ISSN:
1616-7228
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geosciences
,
Physics
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung Die Wärmestrahlung des Meeres hängt von vielen Faktoren ab. Diese Abhandlung zielt auf die Abhängigkeit der Infrarotstrahlung von der laminaren Grenzschicht δw im Wasser und dem Verhältnis der laminaren Grenzschicht Wasser/Luft δw/δa ab. Neben der Theorie der Wärmestrahlung an sich geht es dem Verfasser um Aussagen über die Dicke dieser Grenzschicht. Das Energiegleichgewicht an der Meeres „oberfläche” wird an Hand folgender Faktoren aufgestellt: Himmelsstrahlung, Lufttemperatur oberhalb der Grenzschicht (0,3 bis 0,1 cm), Luftgeschwindigkeit (13 bis 36 cm/sec) unmittelbar an der Obergrenze der Grenzschicht, desgleichen Luftfeuchtigkeit, Infrarotstrahlung der Wasser „oberfläche” (die berechnet werden soll), laminare Grenzschicht im Wasser (0,1 cm), Wassergeschwindigkeit eben darunter und Wassertemperatur unterhalb dieser Grenzschicht. Die einzelnen Terme werden diskutiert. Sodann wird die zugehörige Gleichung abgeleitet und vereinfacht. Die Theorie gibt die Strahlungstemperatur der Meeresoberfläche als lineare Funktion bekannter Koeffizienten und der beiden Variablen an: Dicke der Wassergrenzschicht δw und dem Verhältnis δw/δa der Dicken der Grenzschichten Wasser/Luft. Unter der Voraussetzung, daß diese laminaren Grenzschichten über kurze Entfernungen (〈10 cm) und kurze Zeiten (〈1 sec) existent sind, kann die Variation der Strahlungstemperatur der Meeresoberfläche bis ins Einzelne gehend abgeleitet werden. Die Korrekturglieder gegenüber dem mittleren Zustand gibt Gleichung (5) für Wärmeleitung, Strahlung und Verdunstung, und die Tabelle 1 gibt die zugehörigen numerischen Abschätzungen. Die Interpretation zeigt, daß die Dicken der Grenzschicht die größten Unsicherheitsfaktoren sind. Unter Benutzung der Theorie von Lock [1951], die im Anhang A näher erläutert wird, werden die Schwankungen der Strahlungstemperatur numerisch berechnet für Windgeschwindigkeitsänderungen um 1 cm/sec und für Wassergeschwindigkeitsänderungen um 1 mm/sec. So können die aktuellen Temperaturverhältnisse an der Meeresoberfläche an Hand bekannter Luft- und Wassergeschwindigkeiten vorausberechnet werden. Es werden folgende Einzelfälle diskutiert: Klarer Himmel und geringer Wasserdampf; Strom (z.B. Gezeiten) und Windstille; Verhältnisse an der Küste; Flachwasserverhältnisse ohne Küstenbegrenzung; Existenz von Kelvin-Wellen. Die Temperaturschwankungen können umgekehrte Vorzeichen haben je nachdem die Strahlung oder die Verdunstung vorherrscht. Im vorletzten Abschnitt wird auf Desiderata hingewiesen und im letzten werden konkrete Vorschläge gemacht, wie die Dicken der Grenzschichten auf Grund der entwickelten Theorie gemessen werden können Um Folgerungen aus der Theorie zu ziehen und sie zu erläutern, bieten sich viele Experimente in Strömungskanälen und in situ an. Beispielsweise wäre zu erwarten, daß „glatte Flecke”, („slicks”; ungekräuselte Stellen) kalte Stellen anzeigen, obwohl diese Flecken Eigenschaften haben, (z.B. solche, die die Verdunstung herabsetzen), welche die Oberflächentemperatur heraufsetzen; die Untersuchung glatter Flecke dürfte ein guter Prüfstein für die Theorie sein. Im Anhang B wird speziell auf die laminare Grenzschicht im Wasser und auf das Verhältnis der Grenzschichtdicken Wasser/Luft eingegangen.
Abstract:
Résumé Le rayonnement infrarouge de la mer dépend de plusieurs facteurs. Le travail actuel s'occupe surtout de la couche limite laminaire δw en eau et traite le rapport entre la couche limite laminaire: eau/air δw/δa. Outre la théorie du rayonnement infra-rouge en soi, l'auteur étudie en particulier l'épaisseur de cette couche limite. Le bilan d'énergie de la «surface» de la mer est établi à l'aide de facteurs suivants: rayonnement céleste; température de l'air au-dessus de la couche limite (de 0,3 à 0,1 cm), vitesse de l'air (de 13 à 36 cm/séc.) immédiatement à la limite supérieure de la couche limite en eau, teneur en humidité de l'air, rayonnement infra-rouge de la «surface» d'eau (qui est à calculer), couche limite laminaire en eau (0,1 cm), vitesse de l'eau immédiatement au-dessous de la couche limite en eau et la température de l'eau au-dessous de cette couche. Les termes individuels sont discutés. Puis on en dérive l'équation en question en la simplifiant. La théorie considère la température du rayonnement de la surface de la mer comme fonction linéaire des coefficients connus et des deux variables suivantes: l'épaisseur de la couche limite en eau δw et le rapport entre l'épaisseur des couches limites eau/air δw/δa. En supposant que ces couches limites laminaires existent pour de courtes distances (〈10 cm) et de petits intervalles (〈1 séconde) on peut dériver chaque détail de la variation de la température du rayonnement de la surface de la mer. L'équation (5) fournit les termes de correction pour létat moyen de la conduction de la chaleur, du rayonnement et de l'évaporation, pendant que le tableau no. 1 donne les estimations numériques associées. L'interprétation montre que les épaisseurs de la couche limite fournissent le plus grand nombre de facteurs douteux. En se servant de la théorie de R.C. Lock [1951], expliquée dans l'appendice A, on fait le calcul numérique des fluctuations de la température du rayonnement causées par des variations de la vitesse du vent per 1 cm/séc. et par des variations de la vitesse de l'eau par 1 mm/séc. De cette manière, on peut calculer d'avance, au moyen de la vitesse connue de l'air et de l'eau, les conditions actuelles de la température à la surface de la mer. On discute les cas uniques qui suivent: ciel clair et peu de l'humidité; courant (p. e. courant de marée) et calme; conditions sur la côte; conditions dans des eaux peu profondes sans limitations par des côtes; présence des ondes de Kelvin. Les fluctuations de la température peuvent avoir des signes inverses, car suivant que le rayonnement ou que l'évaporation sera prédominant le signe sera négatif ou positif. Le paragraphe avant-dernier indique des recommandations et le dernier paragraphe offre des propositions concrètes, disant de quelle manière on pourrait mesurer les épaisseurs des couches limites à l'aide des théories développées dans ce travail. Beaucoup d'expériences se présentent dans des tunnels de courants et in situ propre à expliquer la théorie établie dans le travail actuel et à en tirer des conséquences. On pourrait, par exemple, supposer que les taches lisses (taches sans rugosité) indiqueraient des endroits froids tout en diminuant, par exemple, le taux de l'évaporation et en augmentant à la fois la température de la surface d'eau. L'étude des taches lisses devrait fournir un bon critérium justifiant la théorie développée ci-dessus. L'appendice B s'occupe surtout de la couche limite laminaire en eau et du rapport des épaisseurs de la couche limite: eau/air.
Notes:
Summary By writing down the heat balance due to radiation, conduction, and evaporation at the sea surface, one can express the radiation temperature of the sea surface as a linear function with known coefficients of two variables: the water boundary layer thickness δw, and the ratio of water to air boundary layer thickness δw/δa. Under the assumption that these two variables can be described by laminar flow for short distance (〈10 cm) and small intervals (〈1 sec), one can derive the conditions for optimum observation of detailed structure in the sea surface temperature. These are clear sky, dry air, and especially an appreciable wind. Calculations were made of the small changes in the radiation temperature of the sea produced by mean air velocity changes of 1 cm/sec and mean water velocity changes of 1 mm/sec. A number of predictions were made concerning the temperature patterns to be observed around known velocity patterns in the air and water. The signs of the temperature fluctuations around some patterns may be reversed depending upon whether radiation or evaporation is dominant. Much experimentation is necessary to check and enlarge the conclusions. For example, slicks would generally be expected to be cold patches, even though they may have properties (such as decreasing the evaporation rate) which raise the surface temperature, and studies of slicks would be a good test of the theory.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF02350516
Permalink
