An analysis of the salt water inflow into the Baltic in 1975 to 1976

Summary

Time series measurements from light vessel and coastal stations in the transition area of the Kattegat and the Baltic Sea are analyzed for the period August 1975 to March 1976. The data consist of daily sampled salinities from different depth levels and daily means of sea levels, surface current, and wind, respectively. The purpose of this paper is to examine the dynamics of the mass- and salt-transport during a major salt water inflow.

The principal conclusions of this paper are that

• 1) the dynamics of the barotropic water exchange between the Kattegat and the Baltic Sea resembles that of a Helmholtz-resonator with a geostrophically controlled flow in the connecting channel;

• 2) the water exchange is forced by both the east component of the windstress over the North Sea and the windstress component in 30^o true over the Baltic Sea;

• 3) the salinity in the upper layer of the Kattegat is governed by a permanent weak salt flux directed from the bottom to the surface layer and the outflow of less saline Baltic water into the upper layer of the Kattegat whereas the salinity of the Belt Sea is advected by the local currents along the main channel;

• 4) the most favorable conditions for a major salt inflow are initially a mean sea level of the Baltic lowered by about 30 cm followed by west winds steadily increasing over the following several ten days. Moreover, the hitherto used definition of a major salt water inflow is discussed and an improved definition is proposed.

Zusammenfassung

Zeitreihenmessungen von Feuerschiffen und Küstenstationen im Übergangsgebiet zwischen Nord- und Ostsee wurden für die Periode von August 1975 bis März 1976 untersucht. Die Daten bestehen aus täglich gemessenen Salzgehalten in verschiedenen Tiefenhorizonten und aus Tagesmittelwerten des Wasserstandes, der Oberflächenströmung sowie des Windes. Das Ziel der Untersuchung besteht darin, die Dynamik des Massen- und Salztransportes in dieser Periode, in der ein starker Salzwassereinbruch stattfand, zu untersuchen.

Die wesentlichen Ergebnisse dieser Untersuchung sind, daß

• 1) die Dynamik des barotropen Wasseraustauschs zwischen Kattegat und Ostsee die eines Helmholtz-Resonators ist, bei dem die Strömung im Verbindungskanal geostrophisch geregelt ist;

• 2) der Wasseraustausch durch die Ostkomponente der Windschubspannung über der Nordsee und durch ihre Komponente in Richtung 30^o über der Ostsee angeregt wird;

• 3) der Salzgehalt in der Deckschicht des Kattegats durch einen permanenten aber schwachen Salzfluß aus der dortigen Bodenschicht in die Deckschicht und den Ausstrom salzarmen Ostseewassers in das Kattegat bestimmt ist, während der Salzgehalt in der Beltsee durch Advektion mittels des lokalen Stromfeldes entlang des Hauptkanals bestimmt ist;

• 4) die günstigsten Bedingungen für eine Salzwassereinbruch ein um rund 30 cm unter Normal liegender mittlerer Wasserstand der Ostsee und nachfolgendem über mehrere zehn Tage sich ständig verstärkenden Westwind sind. Die bisherige Definition eines Salzwassereinbruchs wird diskutiert und eine verbesserte Definition vorgeschlagen.

Résumé

Des mesurages de séries temporelles effectués par des bâteaux-feu et stations littorales dans la région de transition entre la mer du Nord et la Baltique ont été analysés pour la période du mois d'août 1975 au mois de mars 1976. Les données concernent les salinités mesurées chaque jour aux différents niveaux de profondeur et les valeurs moyennes journalières du niveau d'eau, du courant superficiel ainsi que du vent. L'objectif de la présente étude est d'examiner la dynamique du transport de masses et de sel pendant un majeur flux d'eau salée.

Les résultats les plus importants de cette analyse sont les suivants:

• 1) La dynamique de l'échange d'eau barotropique entre le Cattégat et la Baltique est celle d'un résonateur Helmholtz où le courant dans le détroit est réglé geostrophiquement.

• 2) L'échange d'eau est stimulé par la composante d'est de la tension du vent au-dessus de la mer du Nord et par sa composante en direction de 30^o au-dessus de la Baltique.

• 3) La salinité de l'eau superficielle du Cattégat est déterminée par un faible flux permanent de sel partant de l'eau profonde dans cette région qui se dirige vers l'eau superficielle et par le flux d'eau de la Baltique, pauvre en sel, en direction du Cattégat tandis que la salinité dans la mer du Belt est déterminée par advection au moyen du courant local tout au long du canal principal.

• 4) Les conditions les plus favorables pour un majeur flux d'eau salée sont un niveau moyen d'eau d'environ 30 cm au-dessous du niveau normal de la Baltique, suivi d'un vent d'ouest augmentant en permanence pendant une dizaine de jours. On discute ensuite la définition encore valable d'un majeur flux d'eau salée et propose enfin une définition meilleure.