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4  Untersuchungen  zum  Gasaustausch

Aus  Abb.  4.4  folgt,  dass  die  Wassertemperatur  an  der  Position  A  zunächst  bis  Mitte
März  auf  7.0  °C  abnahm.  Danach  stieg  sie  in  der  Oberflächenschicht,  von  leichten
Schwankungen  überlagert,  bis  Mitte  August  auf  14.2  °C  an.  Unterhalb  der
Sprungschicht  wurden  keine  starken  Temperaturänderungen  simuliert.  Die  Temperatur
variierte  im  Laufe  des  Jahres  zwischen  7.0  und  9.7  °C  und  wies  somit  einen  für  die
tiefere  Wasserschicht  charakteristischen  geringen  Schwankungsbereich  auf.  Folglich
unterliegt  die  Sauerstoffsättigungskonzentration  der  Oberflächenschicht  größeren
Schwankungen  als  die  der  Bodenschicht.  Sie  bestimmt  die  Richtung  des  Gasflusses  in
der  Deckschicht.  So  ist  der  Gasfluss  in  der  Zeit  von  Anfang  April  bis  Ende  Oktober
ausschließlich  vom  Wasser  in  die  Atmosphäre  gerichtet.  Die  Zeiträume  Januar  bis  März
sowie  November  bis  Dezember  sind  hingegen  durch  02-Eintrag  aus  der  Atmosphäre
gekennzeichnet.
In  den  ersten  vier  Monaten  (2000)  zeigen  die  Simulationen  für  alle  verwendeten
Parametrisierungen  übereinstimmend  eine  Zunahme  der  Sauerstoffkonzentration  (s.
Abb.  4.3  a,  b).  Die  Unterschiede  zwischen  den  errechneten  Sauerstoffkonzentrationen
sind  gering.  Betrachtet  man  die  ersten  drei  Monaten,  so  stellt  man  fest,  dass  die
Methoden  von  W05  und  N2000  nahezu  identische  (niedrige)  Ergebnisse  liefern.  Mit
den  Parametrisierungen  von  W92  und  WM99  stellen  sich  etwas  höhere  Werte  ein.  Der
Grund  dafür  liegt  in  der  quadratischen  bzw.  kubischen  Beziehung  zwischen  Wind-  und
Transfergeschwindigkeit,  die  einen  schnelleren  02-Eintrag  gegenüber  den  anderen
Methoden  bei  den  in  dieser  Jahreszeit  überwiegend  auftretenden  Windgeschwindigkeiten ­
  >  10  m-s' 1  zur  Folge  hat  (s.  Abb.  4.3  a).  Die  Differenzen  zwischen
den  simulierten  Sauerstoffkonzentrationen  sind  allerdings  sehr  gering.  Sie  weichen  in
diesem  Zeitraum  um  max.  2  %  voneinander  ab.
Wie  Abb.  4.3  a  zeigt,  wird  in  der  Oberflächenschicht  Ende  März  die  Sättigungskonzentration ­
  erreicht.  Von  da  an  ändert  sich  die  Richtung  des  Gasflusses,  d.  h.
überschüssiger  Sauerstoff  wird  an  die  Atmosphäre  abgegeben.  Im  Mai  und  Juni  sind  die
biologischen  Produktionsraten,  die  hauptsächlich  für  die  02-Übersättigung  des
Oberflächenwassers  verantwortlich  sind,  hoch.  Der  Temperaturanstieg  ab  Ende  Mai
sorgt  überdies  für  eine  Abnahme  der  Sättigungskonzentration.  Da  der  Gasaustausch
(aufgrund  der  schwachen  Winde,  Abb.  4.1)  nur  langsam  vor  sich  geht,  entstehen  große
Differenzen  zwischen  der  realen  Sauerstoff-  und  der  Sättigungskonzentration.  Auffällig
ist,  dass  die  größten  Unterschiede  zwischen  den  verwendeten  Parametrisierungen  dann
entstehen,  wenn  der  Sättigungsgrad  am  höchsten  ist,  nämlich  im  Mai.  Von  Ende  März
bis  Anfang  Mai  2000  nehmen  die  berechneten  Sauerstoffkonzentrationen  in  der
Oberflächenschicht  zu.  Die  stärkste  Zunahme  von  6.7  auf  7.7  ml-1' 1  ergibt  sich  bei
Verwendung  der  kubischen  Windabhängigkeit  der  Austauschgeschwindigkeit  (WM99)
bei  Windgeschwindigkeiten  <  5  m-s' 1 ,  die  zu  verzögertem  Ausgasen  führt.  Die
Parametrisierung  nach  W05  führt  im  Gegensatz  zu  den  anderen  Methoden  zur
geringsten  Zunahme  und  somit  zum  größten  Gasfluss.  Ein  lineares  Wachstum  der
Transfergeschwindigkeit  bei  schwachem  Wind  sorgt  für  intensiveren  Austausch  mit  der
Atmosphäre.  Die  maximale  O2-Konzentration  beträgt  nach  W05  am  1.  Mai  7.4  ml-l' 1 ,