12. Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean

Das Kapitel behandelt die Grundlagen der Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean, wobei die gemeinsamen physikalischen Prinzipien und die spezifischen Einflüsse der Erdrotation berücksichtigt werden. Es werden die Grundgleichungen der Strömungsmechanik auf die geophysikalischen Fluid Dynamics angewendet und spezifische Phänomene wie geostrophische Strömungen und Ekman-Schichten detailliert erläutert. Die Grundgleichungen für Flüssigkeiten und Gase gelten auch für die Fluide in Ozean und Atmosphäre, wobei stoffspezifische Eigenschaften wie Dichte und Viskosität berücksichtigt werden. Die Erde und mit ihr Atmosphäre und Ozean um die Erdachse rotieren, was zusätzliche Coriolis- und Zentrifugalkräfte bewirkt. Die Navier-Stokes-Gleichungen und Reynolds-Gleichungen werden auf das rotierende Koordinatensystem der Erde bezogen, wobei die Coriolis-Kraft eine wichtige Rolle spielt. Geostrophische Strömungen, bei denen die Strömungsrichtung parallel zu den Isobaren ist, werden detailliert beschrieben. Die thermische Windbeziehung und die Rossby-Zahl werden als Maßstäbe für die Bedeutung der Coriolis-Kraft in verschiedenen Strömungssystemen eingeführt. Vorticity und potentielle Vorticity werden als wichtige Parameter für die Beschreibung großräumiger atmosphärischer und ozeanischer Bewegungsvorgänge hervorgehoben. Die Ekman-Schicht und die Prandtl-Schicht werden als spezifische Grenzschichten in Atmosphäre und Ozean beschrieben, wobei die turbulente Diffusion und die Ähnlichkeitstheorie von Monin und Obukhov eine wichtige Rolle spielen. Die detaillierte Beschreibung dieser Phänomene bietet ein tiefes Verständnis der komplexen Strömungsvorgänge in der Atmosphäre und im Ozean.