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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Schimpf, Uwe
title: Untersuchung des Gasaustausches und der Mikroturbulenz an der Meeresoberfläche mittels Thermographie
title_en: Investigations of gas-exchange and micro turbulence at the ocean surface using thermography
ispublished: pub
subjects: 530
divisions: 708000
divisions: 130500
adv_faculty: af-13
keywords: Oberflächenerneuerung , Wind-Wellen Kanal , Wärmeflüsse , Konstantflussmethodegas exchange , infrared image processing , near surface turbulence , surface renewal , controlled  flux technique
cterms_swd: Infrarotthermographie
cterms_swd: Gasaustausch
cterms_swd: Turbulenz
cterms_swd: Mehrdimensionale Bildverarbeitung
cterms_swd: Mehrskalenanalyse
abstract: Wärme wird als Tracer für Gase verwendet, um die Austauschprozesse in der Luft-  Wasser Phasengrenze und die Mikroturbulenz der Wasseroberfläche zu untersuchen. Aus den Infrarot-Bildsequenzen wird die  Gastransfergeschwindigkeit bestimmt und die Struktur der oberflächennahen Turbulenz bezüglich ihrer räumlichen Skala und Orientierung analysiert. Experimente wurden am Heidelberger Wind-Wellen-Kanal und während des CoOP Experimentes 1997 im nordatlantischen Ozean durchgeführt. Die gemessenen  Transferraten stimmen mit der Wanninkhof Beziehung überein, wogegen die Liss-Merlivat Beziehung die Transferraten unterschätzt. Oberflächenerneuerungseffekte wurden auf verschiedenen Skalen und bei allen Windgeschwindigkeiten beobachtet.  Die auf Oberflächenerneuerung basierende theoretische Temperaturverteilung an  der Wasseroberfläche stimmt mit den gemessenen Daten überein. Die mikroskaligen  Temperaturfluktuation, welche die turbulenten Transportprozesse in der  Grenzschicht widerspiegeln, zeigen im Labor und Feld das gleiche Verhalten. Bei  niedrigen Windgeschwindigkeiten sind die großen Skalen dominant, wogegen bei  hohen Windgeschwindigkeiten die kleinen Skalen den Transport dominieren. Bei  mittleren Windgeschwindigkeiten liefern alle Skalen den gleichen Beitrag zu den  Temperaturfluktuationen. Im Wind-Wellen-Kanal sind alle Skalen bevorzugt in  Windrichtung orientiert. Auf dem Ozean konnten ebenfalls Vorzugsrichtungen  beobachtet werden. Auf dem Ozean können hohe lokale Fluktuationen in der  Windrichtung, die instantan die oberflächennahe Turbulenz beeinflussen, eine  bevorzugte Orientierung der Temperaturfluktuation hervorrufen, die nicht  notwendigerweise mit der mittleren Windrichtung korreliert ist.
abstract_translated_text: Using heat as a proxy tracer for gases the exchange process at the air/water  interface and the micro turbulence at the water surface is investigated.  Infrared image processing techniques allow the determination of the gas transfer  velocity and the analysis of the structure of near surface turbulence with  respect to spatial scale and orientation. Measurements were carried out in the  Heidelberg wind-wave facility and during the 1997 CoOP experiment in the North  Atlantic ocean. The gas transfer velocity derived from the experiments agree  with the wind speed dependence of the Wanninkhof relationship, whereas the Liss- Merlivat relationship underestimates the transfer rates. Surface renewal effects  were observed at different scales and at all wind speeds. The theoretical  temperature distribution at the water surface, based on surface renewal, fits  the measured data. The micro-scale temperature fluctuations associated with the  turbulent transfer at the interface showed the same behavior in the field and  laboratory. At low wind speeds the large scales are dominant, whereas at high  wind speeds the small scales dominate the transport. At moderate speed all  scales contribute equally to the temperature fluctuations. In the wind-wave  facility all scales are oriented in the along-wind direction. Preferred  alignment is also observed at the ocean. Local, high-amplitude fluctuations in  wind direction, which instantaneous modify the near surface turbulence, induce  preferred orientation of the temperature fluctuations, which is not generally  correlated to the mean wind direction.
abstract_translated_lang: eng
class_scheme: pacs
class_labels: 91.10.Vr
date: 1999
date_type: published
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id_number: 10.11588/heidok.00000545
ppn_swb: 1643163574
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-5454
date_accepted: 2000-02-02
advisor: HASH(0x5561209e9828)
language: ger
bibsort: SCHIMPFUWEUNTERSUCHU1999
full_text_status: public
citation:   Schimpf, Uwe  (1999) Untersuchung des Gasaustausches und der Mikroturbulenz an der Meeresoberfläche mittels Thermographie.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/545/1/thesis.pdf