4  Untersuchungen  zum  Gasaustausch

4.1  Anwendung  verschiedener  Parametrisierungen  der  Transfergeschwindigkeit ­
  und  ihre  Auswirkung  auf  die  Sauerstoffkonzentration ­
  im  Wasser

Der  Gasaustausch  von  Sauerstoff  zwischen  der  Atmosphäre  und  dem  Wasser  wird  in
der  Regel  durch  Parametrisierungen  (s.a.  Kapitel  2.2)  beschrieben.  Es  gibt  zahlreiche
Ansätze,  bei  denen  die  Abhängigkeit  des  Gas  au  stau  sehe  s  von  den  entscheidenden
Einflussgrößen,  wie  z.  B.  der  Windgeschwindigkeit  und  der  Wassertemperatur,
berücksichtigt  wird.  Die  Windgeschwindigkeit  Uw  (in  10  m  Höhe  über  der
Wasseroberfläche)  ist  jedoch  der  wichtigste  äußere  Faktor,  der  die  Gasaustausch-Transfergeschwindigkeit
  kw  beeinflusst.  In  einer  großen  Zahl  von  Labor-  und
Felduntersuchungen  wurde  versucht,  die  Funktion  kw(Uw)  zu  bestimmen.  Abb.  2.7  (a,
b)  zeigt  Resultate  aus  einigen  Experimenten  (die  kw  -Werte  wurden  jeweils  auf  eine  für
O2  typische  Schmidtzahl  von  589  normiert).  Diese  Experimente  liefern  für  kleine
Windgeschwindigkeiten  unterhalb  von  4-6  m-s' 1  relativ  kleine  Austauschgeschwindigkeiten ­
  kw  zwischen  0.01  und  3.5  m-d' 1 .  Oberhalb  einer  kritischen
Windgeschwindigkeit  von  ca.  6  m-s' 1  steigt  kw(Uw)  stärker  an,  was  mit  einer
qualitativen  Veränderung  der  Wasseroberfläche  (Schaumkronen,  Gischtbildung,
signifikante  Vergrößerung  der  Oberfläche  zwischen  Wasser  und  Luft)
Zusammenhängen  dürfte.  Die  Abb.  2.7  zeigt,  dass  große  Differenzen  zwischen  den
verschiedenen  Experimenten  bestehen  und  unterschiedliche  Fittungskurven  für  die
Funktion  kw(Uw)  abgeleitet  worden  sind.  Diese  Unterschiede  in  den  Parametrisierungen
der  Transfergeschwindigkeit  lassen  Differenzen  in  den  Sauerstoffkonzentrationen  in  der
Wassersäule  erwarten.
Die  unterschiedlichen  Ansätze  für  die  Abhängigkeit  des  Gasaustausches  von  der
Windgeschwindigkeit  wurden  auch  in  den  verschiedenen  Ökosystem-Modellen
verwendet.  ERSEM  verwendet  die  lineare  Abhängigkeit  nach  Liss  und  Merlivat  (1986),
COHERENS  und  GHER  dagegen  nutzen  quadratische  Windabhängigkeiten  nach  Liss
(1988)  bzw.  Wanninkhof  (1992).  Jedoch  nicht  alle  Ökosytem-Modelle  berücksichtigen
diese  Windabhängigkeit.  In  den  Ökosystem-Modellen  ERGOM 34  für  die  Ostsee  sowie
ECOSMO  wird  eine  konstante  Transfergeschwindigkeit  verwendet,  also  keine

34

ERste  Generation  des  Ostsee  Modells,  Version  II  (Neumann  et  al.,  2002)