Georg Wüst et le mouvement des masses d’eau
Jeunesse et éducation
Georg Wüst était le fils du couple de fonctionnaires prussiens Max et Clara Wüst. La famille a rapidement déménagé à Berlin. Là, il fréquenta le gymnase de Charlottenburg puis étudia la géographie et l’océanographie, ainsi que la météorologie, les mathématiques et la physique, à la Friedrich-Wilhelms-Universität de Berlin à partir de 1910. Ses professeurs les plus importants étaient Albrecht Penck, qui depuis 1905 était à la tête de le département géographique avec le Museum für Meereskunde (Berlin) de la Friedrich-Wilhelms-Universität zu Berlin, et surtout son successeur à partir de 1910, l’hydrographe autrichien Alfred Merz. En 1920, l’Institut et Musée für Meereskunde est devenu une institution indépendante avec Merz comme directeur. Merz a aidé Georg Wüst à rejoindre les études de Bjørn Helland-Hansen à Bergen où il a acquis une expérience dans l’observation des océans en travaillant sur des navires-phares, sur des navires de surveillance et lors de croisières sur le navire de recherche norvégien «Armauer Hansen». 
Merz est ensuite devenu le conseiller de Wüst pour sa thèse de doctorat. Dans ce document, Wüst a effectué des mesures systématiques de l’évaporation sur des navires sélectionnés, développé des méthodes de calcul appropriées et discuté de la distribution de l’évaporation dans l’océan Arctique. Au cours de plusieurs décennies, il a traité à plusieurs reprises du lien entre l’évaporation, les précipitations et la distribution de la salinité dans la mer et leur importance pour le cycle de l’eau. Il a ensuite développé des méthodes d’analyse spécifiques et discuté des schémas de distribution de l’évaporation dans les océans du monde.
Pendant la Première Guerre mondiale, Georg Wüst a servi comme météorologue, il a été blessé près de Verdun en 1917. Cependant, il poursuivit ses études après la guerre et participa aux croisières de recherche de Merz en mer du Nord et en mer Baltique. Alfred Merz est devenu chef d’un levé hydrographique de l’océan Atlantique qui a été approuvé par l’Association d’urgence de la science allemande après la Première Guerre mondiale et Wüst a fait partie de la planification du voyage et a rejoint l’expédition 1925à 1927. En 1925, Merz mourut à Buenos Aires et Georg Wüst prit la direction de l’expédition pour les observations. Au cours de cette période, Wüst a livré une analyse pionnière de la distribution à grande échelle des masses d’eau de l’Atlantique et de leurs régions d’origine a montré le rôle important des échanges interhémisphériques et a fourni la première preuve de la concentration de la masse d’eau se propageant dans les courants de frontière ouest. L’expédition de l’Atlantique 
Après sa participation à l’expédition Meteor, ses années les plus productives ont suivi avec le traitement des données de l’expédition de l’Atlantique en coordination avec Albert Defant. Le travail d’expédition Les résultats scientifiques de l’expédition atlantique allemande sur le navire d’arpentage et de recherche « Meteor » ont été créés. Ses recherches sur la distribution à grande échelle des masses d’eau de l’Atlantique et leurs zones d’origine ont été révolutionnaires. Ils ont montré le fort échange interhémisphérique des masses d’eau et ont démontré pour la première fois que la propagation des masses d’eau est concentrée dans les courants de la frontière ouest.
Recherche sur la Seconde Guerre mondiale et l’après-guerre
En 1936, Georg Wüst a été nommé professeur à Berlin et a pu accroître sa réputation internationale en tant que scientifique marin. Cependant, Wüst a également été affecté par le début de la Seconde Guerre mondiale et a dû devenir membre du NSDAP, il a servi comme membre du personnel scientifique nautique au commandement suprême de la marine pendant la guerre. À l’époque, il enseignait à l’Université Friedrich-Wilhelm de Berlin. Après la guerre, Wüst a été chargé de reconstruire la recherche marine à Kiel. Il est ensuite devenu professeur d’océanographie et de météorologie maritime à l’Université de Kiel et directeur de l’Institut des sciences marines. En 1959, Georg Wüst a suivi une invitation à devenir professeur invité à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty à l’Université de Columbia, New York. Là, il a principalement fait des recherches sur la circulation dans la mer des Caraïbes. À l’Institut de météorologie de l’Université de Bonn, Wüst est ensuite devenu professeur invité jusqu’en 1967.
La compréhension des processus océaniques
Au cours de sa carrière de chercheur, Georg Wüst a contribué de manière significative à la compréhension des processus océaniques, en particulier l’échange de propriétés, l’origine des masses d’eau et leurs mouvements et transports à grande échelle. Parallèlement à son travail de pionnier sur l’océan Atlantique, Wüst s’est également intéressé à l’origine et à la propagation des eaux profondes. Georg Wüst a montré que la convection verticale dans la mer d’Okhotsk produit des masses d’eau qui fournissent une source essentielle d’eau intermédiaire du Pacifique Nord. Il a en outre donné une vision améliorée de la circulation dans la mer des Caraïbes lors de son séjour à Lamont. Georg Wüst est décédé le 8 novembre 1977 à Erlangen, à l’âge de 87 ans.
La science d’océanographie
Océanographie, discipline scientifique concernée par tous les aspects des océans et des mers du monde, y compris leurs propriétés physiques et chimiques, leur origine et leur cadre géologique, et les formes de vie qui peuplent le milieu marin. Un bref traitement de l’océanographie suit. Pour un traitement complet, voir sciences hydrologiques : étude des océans et des mers.
Traditionnellement, l’océanographie a été divisée en quatre branches distinctes mais liées : l’océanographie physique, l’océanographie chimique, la géologie marine et l’écologie marine. L’océanographie physique traite des propriétés de l’eau de mer (température, densité, pression, etc.), de son mouvement (vagues, courants et marées) et des interactions entre les eaux océaniques et l’atmosphère. L’océanographie chimique concerne la composition de l’eau de mer et les cycles biogéochimiques qui l’affectent. La géologie marine se concentre sur la structure, les caractéristiques et l’évolution des bassins océaniques. L’écologie marine, également appelée océanographie biologique, implique l’étude des plantes et des animaux de la mer, y compris les cycles de vie et la production alimentaire.
L’océanographie est la somme de ces différentes branches. La recherche océanographique implique l’échantillonnage de l’eau de mer et de la vie marine pour une étude approfondie, la télédétection des processus océaniques avec des aéronefs et des satellites en orbite terrestre, et l’exploration du fond marin au moyen de forages en haute mer et de profilage sismique de la croûte terrestre sous le fond de l’océan. Une meilleure connaissance des océans du monde permet aux scientifiques de prévoir avec plus de précision, par exemple, les changements météorologiques et climatiques à long terme et conduit également à une exploitation plus efficace des ressources de la Terre. L’océanographie est également essentielle pour comprendre l’effet des polluants sur les eaux océaniques et pour préserver la qualité des eaux des océans face aux exigences croissantes de l’homme.
Sciences hydrologiques
Sciences hydrologiques, les domaines d’étude concernés par les eaux de la Terre. Sont incluses les sciences de l’hydrologie, de l’océanographie, de la limnologie et de la glaciologie. Dans son sens le plus large, l’hydrologie englobe l’étude de l’occurrence, du mouvement et des caractéristiques physiques et chimiques de l’eau sous toutes ses formes dans l’hydrosphère terrestre. 
En pratique, les hydrologues limitent généralement leurs études aux eaux proches de la surface terrestre de la Terre. L’eau dans l’atmosphère est généralement étudiée dans le cadre de la météorologie. L’eau des océans et des mers est étudiée dans le cadre de la science de l’océanographie, l’eau des lacs et des mers intérieures dans le cadre de la limnologie et la glace à la surface des terres dans le cadre de la glaciologie. Il existe manifestement des chevauchements entre ces grandes disciplines scientifiques ; les hydrologues et les météorologues, par exemple, ont contribué à l’étude du mouvement de l’eau dans les couches limites inférieures de l’atmosphère. Tous sont liés par le concept fondamental du cycle de l’eau (ou cycle hydrologique), selon lequel les eaux de la mer s’évaporent, sont ensuite condensées dans l’atmosphère, tombent sur Terre sous forme de précipitations, et finalement refluent dans les rivières vers la mer.
L’eau est la substance la plus abondante sur Terre et le principal constituant de tous les êtres vivants. L’eau dans l’atmosphère joue un rôle majeur dans le maintien d’un environnement habitable pour la vie humaine. La présence d’eaux de surface a joué un rôle important dans l’essor et le déclin des principales civilisations de l’histoire du monde. Dans de nombreuses sociétés, l’importance de l’eau pour l’humanité se reflète dans les structures juridiques et politiques. À l’heure actuelle, la croissance démographique et l’amélioration du niveau de vie exercent des pressions croissantes sur les ressources en eau disponibles. Il n’y a, en général, pas de pénurie d’eau sur la surface terrestre de la Terre, mais les zones de surplus d’eau sont souvent situées loin des grands centres de population. De plus, dans de nombreux cas, ces centres s’avèrent être des sources de pollution de l’eau. Ainsi, la disponibilité et la qualité de l’eau deviennent une contrainte de plus en plus importante pour les activités humaines, malgré les grandes avancées technologiques qui ont été faites dans le contrôle des eaux de surface.
Etude des eaux proches de la surface terrestre
L’hydrologie traite de cette partie du cycle de l’eau depuis l’arrivée de l’eau à la surface terrestre sous forme de précipitations jusqu’à sa perte éventuelle de la terre soit par évaporation ou transpiration vers l’atmosphère, soit par écoulement de surface et souterrain vers la mer. Il concerne donc principalement les eaux proches de la surface terrestre. Il comprend diverses disciplines constitutives de nature plus spécialisée. L’hydraulique s’intéresse à la mécanique et à la dynamique de l’eau à l’état liquide.
L’hydrographie est la description et la cartographie des masses d’eau de la surface de la Terre (y compris les océans), avec une attention particulière pour les cartes de navigation. L’hydrométrie implique des mesures des eaux de surface, en particulier des précipitations et des débits. L’hydrométéorologie se concentre sur l’eau dans la couche limite inférieure de l’atmosphère. L’hydrologie et l’hydrogéologie des eaux souterraines concernent les eaux souterraines dans la zone saturée, tandis que la physique de l’eau du sol implique l’étude des eaux souterraines dans la zone non saturée. L’hydrologie technique s’intéresse à la conception de structures artificielles qui contrôlent le débit et l’utilisation de l’eau.
Sous-jacent à toutes les sciences hydrologiques se trouvent le concept de bilan hydrique, une expression du cycle de l’eau pour une zone de la surface terrestre en termes de conservation de la masse. Sous une forme simple, le bilan hydrique peut être exprimé comme : S = P – Q – E – G,
où S est le changement de stockage d’eau dans la zone sur une période de temps donnée, P est l’apport de précipitations pendant cette période de temps, Q est le débit du flux de la zone, E est le total de l’évaporation et de la transpiration dans l’atmosphère de la zone , et G est l’écoulement souterrain. La plupart des études hydrologiques portent sur l’évaluation d’un ou plusieurs termes de l’équation du bilan hydrique. En raison des difficultés à quantifier le mouvement de l’eau à travers les limites d’une zone à l’étude, l’équation du bilan hydrique est plus facilement appliqué à une zone se drainant vers un point de mesure particulier sur un canal de cours d’eau. Cette zone s’appelle un bassin versant (ou parfois un bassin versant aux États-Unis). La ligne séparant les bassins versants adjacents est connue sous le nom de division topographique, ou simplement de division. Les sections suivantes décrivent l’étude des différents éléments du bilan hydrique du bassin versant et la manière dont ils affectent la réponse des bassins versants au fil du temps sous différents régimes climatiques.
Évaluation du bilan hydrique du captage – Précipitations
Les précipitations résultent de la condensation de l’eau de l’atmosphère lorsque l’air est refroidi jusqu’au point de rosée, la température à laquelle l’air devient saturé en vapeur d’eau. Le processus de refroidissement est généralement initié par le soulèvement de l’air, qui peut résulter d’un certain nombre de causes, notamment la convection, les effets orographiques sur les chaînes de montagnes ou les effets frontaux aux limites des masses d’air de caractéristiques différentes. La condensation dans l’atmosphère nécessite la présence de noyaux de condensation pour initier la formation de gouttelettes.
Une partie du condensat peut être transportée sur des distances considérables sous forme de nuages avant d’être libérée sous forme de pluie ou de neige, selon les températures locales. Certaines précipitations sous forme de rosée ou de brouillard résultent de la condensation sur ou près de la surface terrestre. Dans certaines régions, comme la côte nord-ouest des États-Unis, la rosée et le brouillard peuvent contribuer de manière significative au bilan hydrique. La formation de grêle nécessite une séquence d’épisodes de condensation et de gel, résultant de périodes successives de soulèvement. Les grêlons présentent généralement un motif d’anneaux concentriques de glace.
Les mesures directes des précipitations sont effectuées par une variété de jauges, qui consistent toutes en une forme d’entonnoir qui dirige l’eau qui tombe vers un récipient de stockage. Les jauges de stockage stockent simplement les précipitations incidentes et l’eau accumulée est généralement mesurée sur une base quotidienne, hebdomadaire ou mensuelle. Les jauges d’enregistrement permettent de déterminer les taux de précipitations. 
Les volumes de précipitations sont généralement convertis en unités de profondeur – volume par unité de surface. Les mesures obtenues à partir de différents types de pluviomètres ne sont pas directement comparables en raison des effets variables de l’exposition, du vent et des éclaboussures. Le type de jauge le plus précis est la jauge au niveau du sol, dans laquelle l’orifice de la jauge est placé au niveau de la surface du sol et entouré d’une grille anti-éclaboussures. Les captures du pluviomètre diminuent à mesure que l’orifice s’élève au-dessus du sol, en particulier dans les zones soumises à des vents violents. Cependant, dans les régions où les chutes de neige sont importantes, il peut être nécessaire de relever le pluviomètre afin que son orifice soit dégagé de la surface de la neige. Divers écrans pour l’orifice de jauge ont été essayés dans le but de compenser les effets du vent. Les effets du vent sont plus importants pour la neige que pour la pluie et pour les petites gouttes ou les pluies légères que pour les grosses gouttes.
Une impression de la distribution spatiale de l’intensité des précipitations peut être obtenue par des mesures indirectes des précipitations, en particulier la diffusion radar. La relation entre l’intensité des précipitations et les signaux radar mesurés dépend de divers facteurs, dont le type de précipitations et la distribution de la taille des gouttes. Les mesures radar sont souvent utilisées en conjonction avec des pluviomètres pour permettre un étalonnage en ligne lors de la conversion du signal radar en quantités de précipitations. Les mesures radar sont cependant à une échelle spatiale beaucoup plus grande. Une résolution de 5 à 10 kilomètres carrés est courante pour les systèmes opérationnels. Même ainsi, cela fournit une bien meilleure image des schémas spatiaux des précipitations sur de grands bassins versants qu’il n’était possible auparavant. L’utilisation de la télédétection par satellite pour déterminer les volumes de précipitations en est encore à ses débuts, mais la technique semble susceptible de s’avérer utile pour estimer les quantités de précipitations dans les régions éloignées.
La mesure des apports de neige au bilan hydrique du captage est également un problème difficile. La technique la plus basique implique le parcours de neige, une série de piquets pour mesurer les profondeurs de neige. Les chutes de neige peuvent cependant varier considérablement en densité, en fonction principalement de l’histoire de la température de la formation de la neige. La neige accumulée change de densité avec le temps avant de fondre. La densité de la neige peut être mesurée en pesant un échantillon de volume connu prélevé dans un cylindre métallique standard. D’autres techniques de mesure des chutes de neige comprennent l’utilisation de coussins à neige, qui enregistrent l’évolution du poids de la neige qui se trouve au-dessus d’eux, ou l’utilisation de pluviomètres équipés d’éléments chauffants, qui font fondre la neige lorsqu’elle tombe. Ces techniques sont soumises aux effets du vent, à la fois lors d’un événement orageux et entre événements en raison de la redistribution de la neige par le vent.
Les statistiques récapitulatives sur les précipitations sont généralement produites sur la base des quantités quotidiennes, mensuelles et annuelles tombant à un endroit donné ou sur un bassin versant. La fréquence à laquelle une pluie d’un certain volume se produit au cours d’une certaine période est également importante pour l’analyse hydrologique. L’évaluation de cette fréquence, ou de l’intervalle de récurrence des précipitations à partir de l’échantillon de données disponibles, est un problème statistique impliquant généralement l’hypothèse d’une distribution de probabilité particulière pour représenter les caractéristiques des précipitations. De telles analyses doivent supposer que cette distribution ne change pas dans le temps, même s’il a été démontré que dans certaines régions du monde, le changement climatique peut entraîner une variation des statistiques de précipitations. On a longtemps émis l’hypothèse que les précipitations peuvent présenter des schémas cycliques sur de longues périodes de temps, et des efforts considérables ont été déployés pour rechercher de tels cycles. Dans certaines régions, le cycle saisonnier annuel est d’une importance primordiale, mais les démonstrations de périodicités plus longues ne se sont pas révélées d’une applicabilité générale.
Les schémas d’intensité et de durée des précipitations sont d’une grande importance pour l’hydrologue pour prévoir les débits des bassins versants et la disponibilité de l’eau et pour faire face aux inondations, aux sécheresses, au drainage des terres et à l’érosion des sols. Les précipitations varient à la fois au sein et entre les tempêtes de pluie, parfois de façon spectaculaire, selon le type et l’ampleur de la tempête et sa vitesse de déplacement. Au sein d’une tempête, l’intensité moyenne a tendance à diminuer avec une augmentation de la zone de tempête.
A plus grande échelle, les variations saisonnières des précipitations varient avec le climat. Les zones tempérées humides ont tendance à avoir des précipitations assez uniformément réparties tout au long de l’année ; Les régions méditerranéennes ont un pic hivernal avec de faibles précipitations estivales ; les zones de savane ont un double pic de précipitations ; et les zones équatoriales ont à nouveau une répartition relativement uniforme des précipitations au cours de l’année. Les précipitations annuelles moyennes varient également considérablement. La moyenne à long terme minimale enregistrée est de 0,76 millimètre à Arica, au Chili ; le maximum de 11 897,36 millimètres à Tutunendo, en Colombie. Les intensités maximales de précipitations enregistrées sont de 38 millimètres en une minute (Barot, Guadeloupe, 1970) ; 1 870 millimètres en une seule journée (Cilaos, Réunion, 1952) ; et 26 461 millimètres en un an (Cherrapunji, Inde, 1861).
Effets sur la vie marine et humaine
Les organismes marins du système du Gulf Stream n’ont pas une grande valeur commerciale. Les principales espèces sont le thon rouge, le saumon de l’Atlantique et le poisson volant. Cependant, ses eaux chaudes, en se mêlant aux eaux plus froides des Grands Bancs et au large du nord-ouest de l’Europe, contribuent à la turbulence et à la disponibilité de sels nutritifs qui ont fait de ces régions l’une des zones de pêche commerciale les plus productives au monde jusqu’à ce qu’elles soient surexploitées en les années 1980 et le début des années 90.
Une contribution majeure du système Gulf Stream est son effet de réchauffement sur les climats des zones terrestres adjacentes. En hiver, l’air au-dessus de l’océan à l’ouest de la Norvège est supérieur de plus de 22 °C (40 °F) à la moyenne de cette latitude, l’une des plus grandes anomalies de température au monde. 
Les vents d’ouest dominants transportent la chaleur et l’humidité de l’océan vers le nord-ouest de l’Europe, donnant à Bergen, Nor., à 60° de latitude N, une température moyenne élevée pour son mois le plus froid de 34° F (1° C), tandis que Reykjavík, Ice ., 4° de latitude plus au nord, a une moyenne de 31° F (0° C) pour son mois le plus froid. Dans le sud-ouest de l’Angleterre, la modification climatique produite par le courant se traduit par l’extraordinaire douceur des hivers à cette latitude nord, notamment la culture de légumes et de fleurs d’hiver et la présence de végétation subtropicale et de citronniers dans le sud du Devonshire. Le long des marges occidentales de l’Atlantique Nord, cependant, où les vents viennent principalement du rivage, le Gulf Stream a peu d’effet. Halifax, en Nouvelle-Écosse, à près de 1 600 milles au sud de Bergen, ne fait en moyenne que 23 ° F (-5 ° C) pendant son mois le plus froid.
Georg Wüst (1890-1977)
Georg Adolf Otto Wüst était un océanographe allemand qui, en collectant et en analysant de nombreuses observations systématiques, a développé la première compréhension essentiellement complète de la structure physique et de la circulation profonde de l’océan Atlantique. Il a utilisé la distribution des propriétés océaniques pour obtenir des indices sur les mouvements dans l’océan. Wüst a également inventé le concept de «couche centrale», la couche d’eau dans l’océan qui a les valeurs les plus extrêmes en ce qui concerne une ou plusieurs propriétés et est donc la moins mélangée et montre ainsi la trajectoire du mouvement.
https://www.britannica.com/science/hydrologic-sciences/Modeling-catchment-hydrology
https://www.springer.com/journal/10236/updates/17202658