Projekt

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Buoyancy driven nearshore transport in lakes, HYPOlimnetic THErmal SYphonS (HYPOTHESYS)

Gesuchsteller/in Bouffard Damien
Nummer 175919
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Eawag
Hochschule Eidg. Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz - EAWAG
Hauptdisziplin Hydrologie, Limnologie, Glaziologie
Beginn/Ende 01.02.2018 - 31.01.2022
Bewilligter Betrag 450'000.00
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Keywords (6)

Lakes and reservoirs ecosystems; high resolution in situ measurements; buoyancy driven flows; convection; density currents; three dimensional hydrodynamic modelling

Lay Summary (Französisch)

Lead
Effets des forces de flottabilité sur le transport dans les lacs
Lay summary

Ce projet vise à étudier un processus de transport et de mélange souvent négligé dans les lacs : le transport lié à des gradients horizontaux de densité lors du refroidissement des masses d’eaux.

Les lacs sont souvent perçus comme des écosystèmes fermés idéaux dominés par les flux verticaux. Cependant, la plupart des recherches se sont centrés sur la zone pélagique comme un système découplé des processus littoraux. Ce projet vise à coupler les processus littoraux des processus pélagiques afin de fournir une meilleure vision intégrée de la dynamique des lacs.

Le transport lié à des gradients horizontaux de densité lors du refroidissement des masses d’eaux est un exemple clé illustrant la nécessité de coupler processus littoraux et pélagiques. Le refroidissement nocturne ou en automnal se traduit par un mélange convectif des eaux de surface. Ce processus conduit à un refroidissement plus rapide des zones côtières qui plongent sous forme de courant de densité vers le littoral. Ce processus peu étudié est également appelé siphon thermique. Pour ce projet, les études vont se focaliser sur deux lacs différent afin de quantifier le rôle de ce siphon thermique sur la dynamique des lacs: un lac d’altitude et un grand lac péri-alpin.

Ce projet a pour but de contribuer à une meilleure compréhensiuon du transport horizontal dans les lacs. Une analyse détaillée du transport lié à des gradients horizontaux de densité lors du refroidissement des masses d’eaux permettra de reconnecter la zone littorale de la zone pélagique et d’appréhender l’écosystème lac d’une façon intégrée.

Les résultats de ces recherches vont également permettre de mieux comprendre l’évasion des gaz à effet de serres des lacs la nuit, le transport de polluants, nutriments et gaz dissous depuis la zone côtière vers le large.

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 06.12.2017

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Projektpartner

Abstract

Lakes are often seen as ideal ecosystems with well-defined boundary conditions. However, most studies have focused on vertical fluxes in the pelagic main water body thereby minimizing horizontal inhomogeneity and transport. Horizontal exchanges generally play key roles in all water systems on Earth, with the most important one being the thermohaline oceanic circulation. For inland waters,a fascinating example is Lake Baikal with 1640 m deepwater renewal mechanism driven by localized coastal downwelling (Schmid et al. 2008). Such gap in the integration of littoral and pelagic dynamics clearly hampers our ability to properly elucidate lake dynamics and to ultimately understand and the whole lake ecosystem.A central yet overlooked mechanism of horizontal transport is the buoyancy-driven nearshore flows (thermal syphons) resulting from nighttime cooling. This process transports littoral water into the pelagic zone either in the weakly stratified epilimnion, or directly into the deep interior. By shifting oxygen, nutrients and carbon from the littoral to the dilute pelagic waters, such lateral fluxes have major biogeochemical implications. This project aims at investigating the role of buoyancy-driven nearshore flows induced by night cooling in a high altitude small wind sheltered lake (Lake Cadagno) and a large low land lake (Lake Geneva). The approach combines extensive in situ observations analyzed with numerical models. The following questions will be addressed:•What is the role of thermal syphon and associated across shore transports in lakes? •What is the amplitude of thermal syphon in large low land and small sheltered high altitude lakes?•How does natural convection in the shelf region deviate from the pelagic natural convection? What are the spatial and temporal distribution and characteristics of convective plumes? What is the effect of the interaction of the thermal syphon with the pelagic convection?•How often and on what time scales does thermal syphon occur? What is the mechanism that triggers the discharge of littoral waters? •Can we use three-dimensional models to assess the overall transport associated with thermal syphons? What is the effect on the vertical structure of the convective surface boundary layer? Can we parameterize the thermal syphon in one-dimensional models for multiyear climate change scenario analysis and historical data reanalysis?•What are the biogeochemical basin-scale consequences? Because they directly connect to human impacted shore to the water column, the implications of buoyancy-driven nearshore flows are crucial, ranging from an improved estimation of greenhouse gas evasion at night to the fate of pollutants, nutrients and dissolved gases in the lake.
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