«NORTH – Stommel eksperimentet»: Eksperiment, oppsett og manual

Authors

Tor David Østvold
Einar Marvik
Rune Wiggo Time
Andrianifaliana Herimonja Rabenjafimanantsoa

Synopsis

Denne rapporten beskriver oppbyggingen av «Stommel sløyfa» - et laboratorieprosjekt ved UiS som del av NORTH prosjektet (1) under ledelse av Bjerknes senteret ved Universitetet i Bergen. Denne strømningssløyfa er en videreutvikling av tidligere eksperimentelle versjoner av Stommel’s opprinnelige boksmodell (1961) (6).

Det spesielle med denne strømningssløyfa sammenlignet med andre publiserte versjoner er stor høyde (4.5 meter) slik at hydrostatisk trykkforskjell mellom bunn og topp blir høyere enn i tidligere modeller som ofte bare er 0.5 meter. Dermed gir den en større horisontal trykkdifferanse mellom de to vertikale rørene («hav»). I tillegg er sløyfa godt instrumentert med 4 temperaturmålere i hver vertikal seksjon, samt utstyrt med salinitetsmålere. Endelig måles også både «overturning» og ferskvannsdriv med separate målere. Alle størrelser måles og logges kontinuerlig via egne logge enheter knyttet til et PC-system.

Fordamping fra det ene «havet» («Atlanterhavet» i denne valgte sammenhengen) skjer via en egen fordampingskolbe, mens tapt fordampet vann forsynes via en selvregulerende mekanisme tilbake til det andre «havet» («Polhavet») som ferskvannsdriv. Egne pumpesystem og termostatbad holder temperaturen i hvert hav mest mulig konstant og uniform.

Sløyfa er resultat av ulike forsøk over tid med å optimalisere hver enkelt enhet. In-line salinitetsmåling var lenge en utfordring, men mange av de måletekniske utfordringene fant gode løsninger med introduksjon av PASCO sensorer. Disse fungerer både kablet og trådløst (Bluetooth).

Fordamping og ferskvannsdriv ble til å begynne med forsøkt gjennomført som en integrert operasjon, men viste seg å være for ustabilt driftsmessig og var vanskelig å monitorere. Det nåværende systemet, med separat fordamping og selvregulerende tilbakeføring av de-ionisert vann, fungerer utmerket.

En stor utfordring har også vært termisk og salin homogenisering av vannmassene i hvert hav. I den nåværende konstruksjonen gjøres dette ved vertikal indre strømning mellom bunn og topp. Indre strømning introduserer imidlertid en dynamisk komponent i vannmassene, uansett om den er ganske liten. Det er montert peristaltiske pumper for denne sirkulasjonen. Disse kan justeres ganske lavt, men vil til gjengjeld føre til (små) strømningspulser som influerer på målingen av «overturning». Utviklingsarbeid med studentprosjekter er i gang med å finne metoder for pulsdemping.

En del initielle eksperimenter er gjort både med rent termisk driv og med termo-halint. Termisk driv fungerer bra og følger forventet teoretisk oppførsel. Termo-halint driv indikerer via salinitetsmålerne at salt tapes i løpet av eksperimentet. Det arbeides med å identifisere tapskildene. En antatt grunn er akkumulasjon av salt i koke enheten. Væskevolumet der er imidlertid så lite at det vanskelig kan forklare hele tapet.

Author Biographies

Tor David Østvold

Forskningsassistenter
petroleumsteknologi
Universitetet i Stavanger
mina.farmanbar@uis.no

Einar Marvik

Forskningsassistenter
industriell økonomi
Universitetet i Stavanger
mina.farmanbar@uis.no

Rune Wiggo Time

Professor
Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet
Universitetet i Stavanger
rune.time@uis.no

Andrianifaliana Herimonja Rabenjafimanantsoa

Professor
Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet
Universitetet i Stavanger
a.h.rabenja@uis.no

References

NORTH projektet: https://bjerknes.uib.no/om/fakta-partnere-og-deltakere

Stommel model notes (Eli): https://courses.seas.harvard.edu/climate/eli/Courses/EPS281r/Sources/Thermohaline-circulation/2-THC-Stommel-model-notes.pdf

Climate Dynamics (lecture 10): https://courses.seas.harvard.edu/climate/eli/Courses/EPS281r/Sources/Thermohaline-circulation/more/www.phys.uu.nl_nydeden-lecture10ClimDyn2006-Stommel-slides.pdf

Lambert E, Eldevik T, Haugan PM. How northern freshwater input can stabilise thermohaline circulation. Tellus. Series A, Dynamic meteorology and oceanography. 2016;68(1):31051 - http://bora.uib.no/handle/1956/16217

https://doi.org/10.3402/tellusa.v68.31051

Modeling the Thermohaline Circulation: http://www3.geosc.psu.edu/~dmb53/DaveSTELLA/THC%20model.pdf

Henry Stommel (1961): "Thermohaline Convection with Two Stable Regimes of Flow", Tellus, 13:2, 224-230, DOI: 10.3402/tellusa.v13i2.9491. To link to this article: https://doi.org/10.3402/tellusa.v13i

https://doi.org/10.3402/tellusa.v13i2.9491

Rahmstorf : "Simple Theoretical Model May Explain Apparent Climate Instability", 1999 American Meteorological Society http://www.pik-potsdam.de/~stefan/Publications/Journals/rahmstorf_ganopolski_jclim99.pdf

https://doi.org/10.1175/1520-0442(1999)012<1349:STMMEA>2.0.CO;2

Lecture 22. Conceptual models for the thermohaline circulation http://www.whoi.edu/science/po/people/rhuang/Lecture/22ThcC.pdf

Cover for «NORTH – Stommel eksperimentet»: Eksperiment, oppsett og manual
Published
November 11, 2019