Numerical simulation of the hydrodynamic processes in the Red Sea Region

Madah, Fawaz

The semi-enclosed Red Sea basin presents a unique large marine ecosystem. Therefore it deserves scientific attention. The processes under concern are studied using a combination of very few available observations (water levels and oceanographic data), remotely sensed data as well as numerical modelling approach. The numerical simulations are performed using the three-dimensional modeling system Delft3D, developed by WL | Delft Hydraulics. The first part of the present thesis investigates the tidal characteristics in the Red Sea. The RS-Model suggests that the dominant pattern in the region is primarily semidiurnal with the appearance of diurnal character at places where amphidromic systems are established. The second part of the thesis concerns the seasonal circulation patterns and thermohaline structure in the Red Sea. The most important feature during winter period is eddies activities located in the northern part of the Red Sea that contributes significantly to the formation of the Red Sea Outflow Water (RSOW).The results suggest that the northern part of the Red Sea is the dominant formation site where baroclinic instability mechanism controls the formation process. In the third part of the thesis, the relative importance of wind and thermohaline forcing on the key circulation features is investigated through additional numerical experiments. The numerical experiments showed that the wind-driven circulation is stronger and dominates the themohaline driven-circulation.

Das halbgeschlossene Becken des Roten Meeres (RS) stellt ein einzigartiges großes marines Ökosystem dar, deshalb verdient es die Aufmerksamkeit der Wissenschaft. Die interessierenden Prozesse werden mithilfe einer Kombination aus sehr wenigen verfügbaren Beobachtungen (Wasserstände und ozeanographische Daten), mit Daten aus der Fernerkundung sowie mit einem numerischen Modellierungsansatz studiert. Die numerischen Simulationen werden mithilfe des dreidimensionalen Modellierungssystems Delft3D, das von WL/Delft Hydraulics entwickelt wurde, durchgeführt. Im ersten Teil der Thesis werden die Tidecharakeristiken im Roten Meer untersucht. Das RS Model legt nahe, dass das dominierende Muster in der Region primär semidiurnal mit dem Auftreten diurnaler Charakeristiken an Orten ist, an denen sich amphydrome Systeme etablieren. Der zweite Teil der Thesis behandelt die saisonalen Zirkulationsmuster und thermohaline Strukturen im Roten Meer. Das wesentlichste Merkmal während der Winterperiode sind Wirbel-Aktivitäten, die im nördlichen Teil des Roten Meeres angesiedelt sind und die wesentlich beitragen zur Bildung von aus dem Roten Meer ausströmendem Wasser (Red Sea outflow Water, RSOW).Die Simulation legt nahe, das der nördliche Teil des Roten Meeres die dominierende Region für die Genese ist, wo die Instabilitätsmechanismen der barometrischen Gradienten den Bildungsprozess von RSOW kontrollieren. Im dritten Teil der Thesis wird die relative Bedeutung von Windantrieb und thermohalinen Kräften für die wesentlichen Zirkulationseigenschaften mit Hilfe von zusätzlichen numerischen Experimenten untersucht. Die numerischen Experimente zeigten, dass die windgetriebene Zirkulation stärker ist und die thermohalin angetriebene Zirkulation dominiert.

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Madah, Fawaz: Numerical simulation of the hydrodynamic processes in the Red Sea Region. 2017.

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