Strömungsmessungen in der Deutschen Bucht bei Sturmfluten

Abstract

During the storm surges of the winter period 1965/66 current measurements were conducted in eight geographical positions at two, sometimes also three, different depth layers. The evaluation of the measured data yielded current fields of positive and negative storm surges (at westerly or easterly winds, respectively) and spectra of the internal motion of the German Bight in the oscillation period from 3 to 90 hours. Typical storm surge conditions with strong south-west and north-west winds prevailed in the period from 29 October to 4 November, 1965. Current meters were then placed in the following positions: Vortrapp-Tief, Außeneider, P 8, Helgoland, Elbe 1, Weser light vessel, Norderney, Borkumriff. Their recordings indicate that the transport of water into the areas off the mouths of the rivers Elbe and Weser is, at positive storm surges, effected by strong currents along the east Frisian coast. At heavy storms of 10 Beaufort, for example, they reach 90 cm/sec at 4 m below the surface off Borkumriff, and 75 cm/sec at 6 m below chart datum off Norderney. Even at 2 m above the sea floor a current of 40 cm/sec was measured under these circumstances at Borkumriff. The direction of these drift currents is rather constant even at considerably varying wind directions. Off the coast of Schleswig-Holstein the situation is far more complicated. At first, westerly winds transport the water towards the coast. But in the same manner as a large “Windstau” forms off the Elbe and Weser mouths, a strong west to north-west current develops at the Außeneider which removes the stemmed water, sometimes directly against the wind. This gradient current reaches 45 cm/sec at heavy storms. Summarizing our findings, it can be said that water masses transported towards the east Frisian islands are removed from the coast of Schlweswig-Holstein. At the Außeneider in particular in the range of the north Frisian islands, all current directions of the wind rose occur, depending on “Stau” and wind. The velocity rate lies at 25 cm/sec during heavy storm. From November 17 to 21, 1965, strong easterly winds were prevailing over the German Bight and produced “negative storm surges” (with negative “Stau”). The current measurements recorded during this time indicate a drift current of about 30 cm/sec in a westerly direction along the east Frisian islands, and a southerly gradient current of about the same rate in the area between P 8 and Außeneider. Fourier-integral-analyses of the current measurements revealed considerable long-wave oscillations in the part of the spectrum beyond the M₂, if heavy storms have prevailed during the recording interval.

Zusammenfassung

1. Während der Sturmfluten des Winters 1965/66 sind an acht geographischen Positionen der Deutschen Bucht Strömungsmessungen in zwei, teilweise auch drei verschiedenen Tiefenlagen gemacht worden. Die Auswertung der Meßergebnisse hat Strömungsfelder positiver und negativer Sturmfluten (bei westlichen bzw. östlichen Winden) und Spektren der inneren Bewegungsvorgänge der Deutschen Bucht im Bereich der Schwingungszeiten von 3 bis 90 Stunden ergeben.

2. Eine typische Sturmflutperiode mit starken Winden aus SW bis NW trat vom 29. Oktober bis 4. November 1965 auf. Während dieser Zeit haben Strömungsmesser an folgenden Stellen ausgelegen: Vortrapp-Tief, Außeneider, P 8, Helgoland, Elbe I, Weser Feuerschiff, Norderney, Borkumriff. Ihre Meßergebnisse zeigen, daß der Antransport des Wassers in das Gebiet vor der Elbe- und Wesermündung bei positiven Sturmfluten durch starke Strömungen entlang der ostfriesischen Küste erfolgt. Sie erreichen beispielsweise bei schwerem Sturm der Windstärke 10 vor Borkumriff 4 m unter der Wasseroberfläche 90 cm/sec, vor Norderney in einer Wassertiefe 6 m unter K.N. 75 cm/sec. Selbst 2 m über dem Meeresboden ist unter diesen Umständen bei Borkumriff noch ein Strom von 40 cm/sec gemessen worden. Die Richtung dieser Driftströmungen ist selbst bei wesentlichen Änderungen der Windrichtung recht stabil.

3. Vor der schleswig-holsteinischen Westküste liegen die Verhältnisse wesentlich komplizierter. Zunächst transportiert der Westwind das Wasser auf die Küste zu. Jedoch entsteht in dem Maße, wie sich vor Elbe- und Wesermündung ein großer Windstau ausbildet, bei der Außeneider ein starker Strom in westlicher bis nordwestlicher Richtung, der das angestaute Wasser wieder abtransportiert, und zwar zeitweilig direkt gegen den Wind. Dieser Gefällstrom erreicht bei schwerem Sturm um 45 cm/sec.

4. Vor der schleswig-holsteinischen Küste erfolgt der Abtransport der Wassermassen, die entlang der ostfriesischen Inselkette herantransportiert worden sind.

5. Bei der Außeneider treten je nach dem Stau, besonders im Gebiet der Nordfriesischen Inseln, und dem Wind alle Stromrichtungen der Windrose auf. Der Betrag der Geschwindigkeit liegt bei schwerem Sturm um 25 cm/sec.

6. In der Zeit vom 17. bis 21. November 1965 haben über der Deutschen Bucht starke Ostwinde geweht und „negative Sturmfluten“ (mit negativem Stau) verursacht. Die Strömungsmessungen aus dieser Zeit ergeben einen Driftstrom um 30 cm/sec in westlicher Richtung entlang der ostfriesischen Inselkette und einen Gefällstrom gleicher Größe im Gebiet P 8 — Außeneider von südlicher Richtung.

7. Die Fourier-Integral-Analyse der Strommessungen ergab, daß bei Stürmen im langwelligen Teil des Spektrums jenseits der M₂ intensive zusätzliche Schwingungen mit Perioden um 35 und 65 Stunden auftreten.