http://doi.io-warnemuende.de/10.12754/msr-1995-0010
doi:10.12754/msr-1995-0010
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Analytical Theory and Numerical Experiments to the Forcing of Flow at Isolated Topographic Features
Abstract. Topographic Rossby waves trapped at a cylindrical seamount are studied under conditions where a linear theory applies. In the barotropic approximation an exact analytical solution valid for obstacles of arbitrary height is derived, baroclinic effects are included approximately. The frequency of the topographic waves is proportionally to the inertial frequency and the relative obstacle height. Stratification increases the wave frequency and restricts the vertical extend of the pressure perturbation. For a homogeneous upstream flow starting at t = 0 the pressure perturbation and the flow field are calculated. The pressure perturbation encircles the obstacle clockwise as a dipole like structure, the velocity field is approximately in geostrophic balance. Due to friction the pressure perturbation becomes stationary after some time in correspondence to a very small flow velocity over the top of the obstacle. The analytical results are compared with the free surface GFDL-modeL For barotropic conditions there is a quantitative agreement of analytical and numerical results. In the baroclinic case especially for small seamounts a difference is found between the analytically and numerically calculated spectrum. This can be traced back to the coupling of low and high order vertical modes which are not resolved by the finite model grid.
Abstract. Die Anregung topographischer Rossby-Wellen an einem zylindrischen unterseeischen Berg wird analytisch und mit numerischen Experimenten für den Fall untersucht, daß eine lineare Theorie anwendbar ist. Unter barotropen Bedingungen wird eine exakte analytische Lösung, gültig für Berge beliebiger Höhe, angegeben, barokline Effekte werden näherungsweise berücksichtigt. Die Frequenz der topographischen Wellen ist zur Trägheitsfrequnz und zur relativen Höhe des Bergs proportional. Durch die Schichtung wird die topographische Frequenz vergrößert und die Druckstörung am Boden lokalisiert. Für eine bei t = 0 beginnende homogene Anströmung werden die Druckstörung und das Geschwindigkeitsfeld berechnet. Die Druckstörung umläuft den Berg im Uhrzeigersinn als dipolartige Struktur, das Geschwindigkeitsfeld ist näherungsweise geostrophisch balanciert. Durch Reibung stellt sich ein stationärer Zustand mit einer sehr kleinen Stromgeschwindigkeit über dem Berg ein. Die analytische Theorie wird mit dem GFDL-Modell verglichen. Unter barotropen Bedingungen ist die quantitative Übereinstimmung zwischen beiden exzellent. Im baroklinen Fall gibt es Abweichungell im Spektrum. Diese können auf im numerischen Modell nicht aufgelöste vertikale Moden höherer Ordnung zurückgeführt werden, die durch die Bodenrandbedingung an den barotropen sowie an niedrige vertikale Moden gekoppelt sind.
Citation
Martin Schmidt: Analytical Theory and Numerical Experiments to the Forcing of Flow at Isolated Topographic Features. Meereswiss. Ber., Warnemünde, 10 (1995), doi:10.12754/msr-1995-0010