<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" dtd-version="3.0">
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">GMD</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Geoscientific Model Development</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">GMD</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Geosci. Model Dev.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">1991-9603</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/gmd-11-521-2018</article-id><title-group><article-title>An axisymmetric non-hydrostatic model for <?xmltex \hack{\break}?>double-diffusive
water systems</article-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{An axisymmetric non-hydrostatic model for double diffusion}?><?xmltex \runningauthor{K.~Hilgersom et al.}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Hilgersom</surname><given-names>Koen</given-names></name>
          <email>k.p.hilgersom@tudelft.nl</email>
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0002-2513-8255</ext-link></contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2">
          <name><surname>Zijlema</surname><given-names>Marcel</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>van de Giesen</surname><given-names>Nick</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0002-7200-3353</ext-link></contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>Water Resources Section, Faculty of Civil Engineering and Geosciences,
Delft University of Technology, Delft, <?xmltex \hack{\break}?>P.O. Box 5048, 2600 GA, the
Netherlands</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>Environmental Fluid Mechanics Section, Faculty of Civil Engineering
and Geosciences, Delft University of Technology, Delft, P.O. Box 5048,
2600 GA, the Netherlands</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Koen Hilgersom (k.p.hilgersom@tudelft.nl)</corresp></author-notes><pub-date><day>6</day><month>February</month><year>2018</year></pub-date>
      
      <volume>11</volume>
      <issue>2</issue>
      <fpage>521</fpage><lpage>540</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>6</day><month>July</month><year>2016</year></date>
           <date date-type="rev-request"><day>13</day><month>September</month><year>2016</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>26</day><month>October</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>18</day><month>December</month><year>2017</year></date>
      </history>
      <permissions>
        
        
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018.html">This article is available from https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018.pdf</self-uri>
      <abstract>
    <?pagebreak page521?><p id="d1e106">The three-dimensional (3-D) modelling of water systems involving
double-diffusive processes is challenging due to the large computation times
required to solve the flow and transport of constituents. In 3-D systems that
approach axisymmetry around a central location, computation times can be
reduced by applying a 2-D axisymmetric model set-up. This article applies the
Reynolds-averaged Navier–Stokes equations described in cylindrical
coordinates and integrates them to guarantee mass and momentum conservation.
The discretized equations are presented in a way that a Cartesian finite-volume model can be easily extended to the developed framework, which is
demonstrated by the implementation into a non-hydrostatic free-surface flow
model. This model employs temperature- and salinity-dependent densities,
molecular diffusivities, and kinematic viscosity. One quantitative case
study, based on an analytical solution derived for the radial expansion of a
dense water layer, and two qualitative case studies demonstrate a good
behaviour of the model for seepage inflows with contrasting salinities and
temperatures. Four case studies with respect to double-diffusive processes in
a stratified water body demonstrate that turbulent flows are not yet
correctly modelled near the interfaces and that an advanced turbulence model
is required.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <title>Introduction</title>
      <p id="d1e116">Over the past decades, numerical salt and heat transport models
have increased their capability to capture patterns of double diffusion on
scales varying from laboratory set-ups to the ocean
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx60 bib1.bibx25" id="paren.1"/>. Despite the advance in computation power
and parallel computing, the requirement of dense grids for the
three-dimensional (3-D) modelling of salt and heat transport often yields
unacceptable computation times. In this article, we present a framework for a
finite-volume approach that allows for free-surface flow modelling in a 2-D
axisymmetric grid. The model framework is intended for a shallow water body
where salinity and temperature gradients potentially induce double-diffusive
processes. As such, the model intends to simulate larger-scale features of
double diffusion (i.e., interface locations in a stratified system and heat
and salt transport).</p>
      <p id="d1e122"><xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx25" id="text.2"/> stresses that numerical and analytical methods to model
double diffusion are often only applicable on specific scales. For example in oceans,
internal wave shear and strain enhance salt-finger growth, leading to higher
salt and heat fluxes over stratified interfaces. <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx52" id="text.3"/>
addresses the issue of scale by describing four modes of instability in
salt-fingering systems, which play a role on different scales. Their 3-D
simulations of large-scale instability in salt-fingering systems are the
first known successful direct numerical simulations (DNSs).
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="text.4"/> were among the first to model systems in the
double-diffusive convection regime with 3-D DNS. Their detailed simulations
showed that, in this regime, the salt and heat fluxes across the interface
are largely governed by molecular diffusion and that these salt and heat
diffusion rates control the thickness of the salt and heat interface,
respectively. <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23" id="text.5"/> used 3-D DNS to model salt sheets for
a double-diffusively stratified flow interacting with inflectional shear.</p>
      <p id="d1e136"><xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx60" id="text.6"/> have shown that 2-D numerical models are already well
able to simulate small-scale processes in laboratory set-ups. On a larger
scale, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx42" id="text.7"/> confirm the findings of
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="text.8"/> with 2-D DNS and high-resolution
measurements of a double-diffusive staircase in Lake Kivu for density ratios
larger than 3, noting that in these systems external turbulence by shear or
internal waves should be absent to maintain diffusion as the main driver for
salt and heat transport. <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx30 bib1.bibx31" id="text.9"/> used 2-D
DNS to study the spontaneous layer formation in the double-diffusive
convection regime and explore the layer formation from the non-linear
evolution of disturbances.</p>
      <?pagebreak page522?><p id="d1e150">Most numerical modelling studies of double-diffusive processes calculate
interfaces and salt and heat fluxes on the oceanic scale
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx46 bib1.bibx43 bib1.bibx37 bib1.bibx22 bib1.bibx25 bib1.bibx24" id="paren.10"/>.
This can be explained by the ubiquity of these systems in oceans
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx20" id="paren.11"/> and by the potential of oceanic thermohaline
stratification as an energy source <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx47 bib1.bibx56" id="paren.12"/>.
These larger-scale simulations are commonly performed with Reynolds-averaged
Navier–Stokes (RANS) models. For example,
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx33 bib1.bibx34" id="text.13"/> successfully applied a 3-D RANS
model to an oceanic-scale salt-finger staircase. Recently, the modelling of these
phenomena in smaller-scale water bodies has started to be developed. For
example, double-diffusive processes like thermohaline staircasing have been
successfully modelled in lakes <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx38" id="paren.14"/>, although these
systems are generally modelled with analytical or empirical formulations
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22 bib1.bibx39 bib1.bibx1" id="paren.15"/>. Other known numerical
modelling studies consider double-diffusive convection in monitoring wells
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.16"/> and the collection of thermal energy in solar ponds
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx9 bib1.bibx16 bib1.bibx48 bib1.bibx49" id="paren.17"/>.
However, modelling these complex physical processes in shallow waters still
imposes a major scientific and computational challenge <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11" id="paren.18"/>.</p>
      <p id="d1e182">Axisymmetric CFD models are applied in a wide variety of fields. Examples of
applications include the modelling of gas flow past a gravitating body in
astronomy <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx41" id="paren.19"/>, radiative heat transfer in cylindrical
enclosures <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx29" id="paren.20"/>, the heating of air flowing through a
combustion burner <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx15" id="paren.21"/>, and acoustic axisymmetric
waves in elastic media <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx40" id="paren.22"/>. The similarity
between these examples is that a model calculating in two spatial dimensions
models 3-D processes due to axisymmetry. In geohydrology, axisymmetric models
are often applied for groundwater flow around injection and abstraction wells
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx3" id="paren.23"/>. Groundwater modelling software often offers
code extensions that adjust several input parameters to allow for such modelling
approaches <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx35 bib1.bibx26" id="paren.24"/>.</p>
      <p id="d1e204">In some cases, axisymmetric grid set-ups can also be preferential for
hydrodynamic surface water models. Examples of such cases are
close-to-circular water bodies with uniform boundaries and the flow around a
central point (e.g., a local inflow from a pipe or groundwater seepage). The
occurrence of local saline seepage inflows into shallow water bodies of
contrasting temperatures has been described by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx10" id="text.25"/>.
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx17" id="text.26"/> have shown how these local inflows can induce
thermohaline stratification in the shallow surface water bodies above these
inflows.</p>
      <p id="d1e213">This article derives a framework for an axisymmetric free-surface RANS model,
which is implemented in SWASH. SWASH is an open-source non-hydrostatic
modelling code for the simulation of coastal flows including baroclinic
forcing <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx50" id="paren.27"/>. It is suitable for the simulation of
flows and transport in varying density fields because (1) the staggered grid
allows for a momentum and mass conservative solution of the governing equations,
which is required for accurate salt and heat transport modelling, and (2) the
non-hydrostatic pressure terms aid the simulation of flows in fields with
large density variations. Another major advantage of SWASH is the flexible
and easily extendible code, which can be applied for free under the GNU GPL
licence. Other properties of SWASH are the opportunity to apply
terrain-following <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> layers for the definition of cell depths and the
user friendly pre- and post-processing.</p>
      <p id="d1e226">The development of an axisymmetric variation of SWASH falls in line with our
research on localized saline water seepage in Dutch polders. To simulate the
effect of a local seepage inflow on the temperature profile of the surface
water body, a numerical model is required that accounts for sharp density
gradients, a free surface, and potential double-diffusive processes. The
axisymmetric grid set-up aids in correctly representing the volumetric inflow
and modelling the flow processes around the local inflow. Rather than a
fine-scale model that resolves all the relevant scales for double-diffusive
processes, the current approach should be regarded as a pragmatic solution
tool that can be run on relatively simple computer infrastructure.</p>
      <p id="d1e229">In this article, we present the resulting numerical framework to extend a 2-D
finite-volume model into a 2-D axisymmetric model by adding a few terms to the
solution of the governing Navier–Stokes and transport equations. These terms
are implemented in the SWASH code. The model code is further extended with a
new transport module calculating salt and heat transfer. Although the model
generally calculates with a mesh size that is larger than the size required
to solve small-scale double-diffusive instabilities, the aim is to allow the
model to approximate interface locations and salt and heat fluxes. The
functioning of the code is validated with case studies involving different
salinity and temperature gradients.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <title>Method</title>
<sec id="Ch1.S2.SS1">
  <title>Governing equations</title>
      <?pagebreak page523?><p id="d1e243">The governing equations in this study are the Reynolds-averaged
Navier–Stokes equations for the flow of an incompressible fluid derived in
cylindrical coordinates (<inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>)
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="paren.28"/>. Due to point symmetry, the gradients in
the tangential direction (<inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula>) are set to zero, which leaves the solution of
the equations in one horizontal and one vertical dimension (i.e., 2-DV).

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M6" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E1"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E2"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E3"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e639">In these equations, <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the horizontal axis in the radial direction
and <inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> the vertical axis, with <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math></inline-formula> the velocities along these
axes, respectively. The density <inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is calculated from the local
temperature and salinity states by the updated Eckart formula
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx12 bib1.bibx59" id="paren.29"/>, which is based on the
UNESCO IES80 formula <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx55" id="paren.30"/>.</p>
      <p id="d1e684">This RANS model allows for turbulence modelling with the standard <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula>
model <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx27" id="paren.31"/>. This article presents cases that are modelled
with and without this turbulence model. In the case of the former, the modelled
eddy viscosity is added to the molecular viscosity, yielding a non-uniform
vertical viscosity <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For all the calculations, the horizontal
kinematic viscosity <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is set uniform to its molecular value
(<inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> m<inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> s<inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>).</p>
      <p id="d1e769">The pressure terms are split into hydrostatic and hydrodynamic terms
according to <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="text.32"/>:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M20" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E4"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E5"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M21" display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the hydrodynamic pressure component and <inline-formula><mml:math id="M22" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi></mml:math></inline-formula> the local
free-surface level relative to the reference plane
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>). Horizontal variations in atmospheric pressure
are neglected. The first right-hand-side term of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E4"/>) is split
into baroclinic and barotropic components when the equations are integrated
over the cell depth in Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS3"/>. In the vertical, the
baroclinic pressure gradient and the gravitational acceleration cancel each
other out, leaving the hydrodynamic pressure gradient (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>).</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F1"><caption><p id="d1e947">Definition of the free-surface level <inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the bottom level
<inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx62" id="paren.33"/>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=213.395669pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f01.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e973">The free surface is calculated according to <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx61" id="text.34"/> by
integrating Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E1"/>) over the depth of the water column and
applying the free-surface condition <inline-formula><mml:math id="M25" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:
            <disp-formula id="Ch1.E6" content-type="numbered"><mml:math id="M26" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ς</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the depth-averaged velocity, and <inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the local bottom
depth (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>). <inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> represents the radial discharge
per unit tangential width.</p>
      <p id="d1e1135">The transport of mass and heat is calculated with the convection–diffusion
equation:
            <disp-formula id="Ch1.E7" content-type="numbered"><mml:math id="M30" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where the concentration <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents either the salinity <inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> or temperature
<inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e1286">In the case that turbulence is modelled, the vertical turbulent diffusion,
<inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is calculated by adding the molecular diffusivity and turbulent
diffusivity: <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>mol</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>turb</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The turbulent diffusivity is
calculated by dividing the eddy viscosity <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>turb</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by the turbulent
Prandtl number (<inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.85</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) in the case of heat transport or by the turbulent
Schmidt number (<inline-formula><mml:math id="M38" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.7</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) in the case of salt transport:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M39" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E8"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>turb; T</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>turb</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>turb</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.85</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E9"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>turb; S</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>turb</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>turb</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.7</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            with <inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>turb; T</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>turb; S</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> being the thermal and solutal turbulent
diffusivities in m<inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> s<inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
      <p id="d1e1496">In non-turbulent thermohaline systems, stability largely depends on density
gradients and molecular heat and salt diffusion rates, which in turn are
highly dependent on temperature and salinity. The heat and salt diffusivities
are related to temperature <inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>C) and salinity <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>
(<inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">weight</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) by a quadratic regression on data presented in the
International Critical Tables of Numerical Data, Physics, Chemistry and
Technology <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx58" id="paren.35"/>.

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M48" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E10"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.31721</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4.26657</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.09237</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.74051</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.17759</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E11"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.66025</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.33023</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.21974</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.18290</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.34431</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS2">
  <title>Boundary conditions</title>
      <?pagebreak page524?><p id="d1e1765">At the free surface, we assume no wind and <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="italic">ζ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. At the bottom
boundary, the vertical velocity is calculated by imposing the kinematic
condition <inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The presented case studies
(Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3"/>) include a local seepage inflow at the bottom
boundary, for which the seepage velocity is added to the kinematic condition.
For horizontal momentum, the bottom friction is imposed by applying a
constant friction coefficient to the bottom layer or by using the logarithmic wall
law in case the standard <inline-formula><mml:math id="M51" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model is employed, applying a Nikuradse
roughness height to determine the amount of friction <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx27" id="paren.36"/>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2"><caption><p id="d1e1852">Vertical grid definition (sigma layers)
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx62" id="paren.37"/>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f02.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e1864">A special case is the inner boundary at which symmetry occurs; for all
variables, the gradient is set to zero, except for horizontal momentum:
<inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For the presented case studies, we define a Dirichlet boundary
condition for <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum at the outer boundary at which the total outflow is
equated to the instantaneous seepage inflow.</p>
      <p id="d1e1898">For the transport equation, a homogeneous Neumann boundary condition is
defined at each boundary (<inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), except at a defined seepage inflow of
known temperature and salt concentration for which a Dirichlet boundary
condition is imposed.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3">
  <title>Numerical framework and implementation</title>
      <p id="d1e1953">The physical domain is discretized with a fixed cell width in the radial
direction. The width of the cells in the tangential direction increases by a
fixed angle <inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which allows us to consider the horizontal grid as a
pie slice (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F3"/>). In the model, <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula> could be assigned
any value (i.e., also <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for a completely circular grid). However, to
allow for a simple presentation of the integration step in this subsection, we
consider <inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula> as a small angle.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3"><caption><p id="d1e1991">Axis definition.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f03.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e2000">For the vertical grid, sigma layering is employed, although part of the
layers can be defined by a fixed cell depth (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F2"/>). A
classical staggered grid is applied with velocities defined at the cell
boundaries and the other states in the cell centre.</p>
      <p id="d1e2005">For reasons of momentum and mass conservation, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx62" id="text.38"/>
integrated the governing equations over the cell depth using the Leibniz
integral rule (Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S1"/>). In our case, the cell width in
the tangential direction varies as well. Therefore, the equations are integrated
over the cell depth and the width in the tangential direction, which is in this
case defined as the <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> dimension
(cf. Figs. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F2"/> and <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F3"/>):

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M62" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E12"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            with <inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the cell-depth-integrated velocity
and the relative vertical velocity <inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:math></inline-formula> as defined in Eq. (16) of
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx62" id="text.39"/>.</p>
      <p id="d1e2259">The momentum equations and the transport equation are integrated in a similar
fashion.

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M65" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">→</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=213.395669pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g01.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=213.395669pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g09.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=184.942913pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g02.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            <?xmltex \hack{\newpage}?></p>
      <?pagebreak page525?><p id="d1e2672"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M66" display="block"><mml:mtable rowspacing="0ex 0ex 14.226378pt 0ex 0ex 0ex" displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E14"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=213.395669pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g03.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E15"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            Overlined variables denote spatially averaged values for these
variables in <inline-formula><mml:math id="M67" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> directions, and arrows denote the use of values from
upstream cells. The boxes mark the <italic>alpha terms</italic>, which are the
additional angular terms compared to the 2-DV solutions for the momentum
equations in Cartesian coordinates. In the integrated transport equation
(Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>), the latter three terms on the left-hand side are the
so-called anti-creepage terms, which should be incorporated for the
calculation of transport when large gradients in water depth occur.</p>
      <p id="d1e3424">Since <inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the primitive variables in the momentum equations, and
not <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as in Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E13"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E14"/>), we further
rewrite the momentum equations according to <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx61" id="text.40"/>. In
order to do this for the <inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation, we first spatially discretize
the continuity equation in point <inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M75" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E16"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hspace*{5mm}}?><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e3726">We then spatially discretize the <inline-formula><mml:math id="M76" display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum equation and expand
<inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The latter term falls out by subtracting
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E16"/>) multiplied by <inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E13"/>).<?xmltex \hack{\newpage}?></p>
      <p id="d1e3822"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M80" display="block"><mml:mtable rowspacing="5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt" displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E17"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=219.08622pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g04.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=219.08622pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g05.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=""><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close=")" open="."><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="" open="("><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced close=")" open="."><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=219.08622pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g06.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced open="." close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e5162">Again, the alpha terms are marked with boxes. Another addition compared to
the Cartesian 2-DV solution are the <inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> factors throughout the equation,
which serve as width compensation factors. For <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mi>w</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum, a similar
procedure is applied.</p>
      <p id="d1e5180">The governing equations are spatially discretized with a central differences
approach, except for the advective terms. The advective terms are discretized
with higher-order flux limiters <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx14" id="paren.41"/>, namely MINMOD
flux limiters in the case of the momentum equations and MUSCL flux limiters
in the case of the transport equation.</p>
      <p id="d1e5186">The horizontal time integration of the momentum and transport equations is
Euler explicit. The horizontal advective terms in the momentum equations are
solved with the predictor–corrector scheme of MacCormack
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx19" id="paren.42"/>. The vertical time integration is semi-implicit,
applying the <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:math></inline-formula> scheme. The global continuity equation
(Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E6"/>) and barotropic forcing are solved semi-implicitly
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx7" id="paren.43"/>. The case studies (Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS4"/>) apply
an implicitness factor <inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (i.e., the Euler implicit scheme) for the
vertical momentum and transport equations, the global continuity equation,
and the barotropic forcing. The non-hydrostatic pressure is standard solved
with the Euler implicit scheme. The complete discretizations are shown in
Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S2"/>.</p>
      <?pagebreak page526?><p id="d1e5221">The numerical framework largely follows the SWASH solution procedure
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx63" id="paren.44"/>. The code was extended by adding the alpha terms and
factors accounting for the varying cell width in the tangential direction. The
density and transport calculation modules were replaced by new modules based
on the selected density equation <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx59" id="paren.45"/> and the
presented diffusivity equations.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS4">
  <title>Verification and validation</title>
      <p id="d1e5236">This article validates the model qualitatively and quantitatively. The
behaviour of a local seepage inflow setting on double-diffusive layering is
verified qualitatively (Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS4.SSS3"/>). The quantitative
validation tests the model results against the following:
<list list-type="order"><list-item>
      <p id="d1e5243">documented properties of systems of double-diffusive convection
and salt fingering (Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS4.SSS1"/>);</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e5249">and the expected expansion of an unconditionally stable layer near
a bottom seepage inflow, for which an analytical solution is derived in
Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS4.SSS2"/>.</p></list-item></list></p>
      <p id="d1e5254">In all the case studies (Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>), we applied a
time step of 2 ms and a horizontal mesh size of 5 mm in the radial
direction. The vertical mesh size in Case 1 to Case 4 was set uniformly to
10 mm. In Cases 5 to 7, the vertical mesh size varied over depth.
Because the processes of most interest occurred near the bottom, the mesh
size decreased towards the bottom (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F4"/>).</p>

<?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page527?><table-wrap id="Ch1.T1" specific-use="star"><caption><p id="d1e5264">The dimensions, properties, and consequent stability parameters
applied in the case studies. <italic>Up</italic> and <italic>Down</italic> refer to the upper and
lower layer of the dual-layered system (in Cases 5 to 7, the lower
temperatures and salinities are properties of the central inflow).</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="10">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="right" colsep="1"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="5" colname="col5" align="right" colsep="1"/>
     <oasis:colspec colnum="6" colname="col6" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="7" colname="col7" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="8" colname="col8" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="9" colname="col9" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="10" colname="col10" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row>

         <oasis:entry rowsep="1" colname="col1" morerows="1">Case</oasis:entry>

         <oasis:entry rowsep="1" namest="col2" nameend="col3" align="center" colsep="1">Dimension (<inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>) </oasis:entry>

         <oasis:entry rowsep="1" namest="col4" nameend="col5" align="center" colsep="1"><inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>C) </oasis:entry>

         <oasis:entry rowsep="1" namest="col6" nameend="col7" align="center"><inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">weight</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">‰</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) </oasis:entry>

         <oasis:entry rowsep="1" colname="col8" morerows="1"><inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (m s<inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>

         <oasis:entry rowsep="1" colname="col9" morerows="1"><inline-formula><mml:math id="M92" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>

         <oasis:entry rowsep="1" colname="col10" morerows="1"><inline-formula><mml:math id="M94" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> –</oasis:entry>

       </oasis:row>
       <oasis:row rowsep="1">

         <oasis:entry colname="col2">Depth</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">Radial</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">Up</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">Down</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">Up</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">Down</oasis:entry>

       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>

         <oasis:entry colname="col1">1</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col2">0.7</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">3.0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">10</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">20</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">15</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col8">–</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col9"><inline-formula><mml:math id="M95" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">53.3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col10">0.15</oasis:entry>

       </oasis:row>
       <oasis:row>

         <oasis:entry colname="col1">2</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col2">0.7</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">3.0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">10</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">34</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">15</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col8">–</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col9"><inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">71.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col10">0.50</oasis:entry>

       </oasis:row>
       <oasis:row>

         <oasis:entry colname="col1">3</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col2">0.7</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">3.0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">20</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">10</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">1</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col8">–</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col9">71.2</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col10">2.04</oasis:entry>

       </oasis:row>
       <oasis:row>

         <oasis:entry colname="col1">4</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col2">0.7</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">3.0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">20</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">15</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">1</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col8">–</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col9">85.0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col10">1.19</oasis:entry>

       </oasis:row>
       <oasis:row>

         <oasis:entry colname="col1">5</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col2">0.4</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">3.0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">30</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">5</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">0</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">10</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col8"><inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col9"><inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col10"><inline-formula><mml:math id="M99" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.62</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

       </oasis:row>
       <oasis:row>

         <oasis:entry colname="col1">6</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col2">0.5</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">1.5</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">20</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">25</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">1</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">3</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col8"><inline-formula><mml:math id="M100" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col9"><inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">82.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col10">0.77</oasis:entry>

       </oasis:row>
       <oasis:row>

         <oasis:entry colname="col1">7</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col2">0.5</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col3">1.5</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col4">20</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col5">26</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col6">1</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col7">2.5</oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col8"><inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col9"><inline-formula><mml:math id="M103" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">96.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>

         <oasis:entry colname="col10">1.25</oasis:entry>

       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F4"><caption><p id="d1e5781">Defined cell depths for Cases 1 to 7. For plotting reasons, the
vertical axis displays the depth from the water surface relative to the local
water depth. The cell depths that are defined relative to the local water
depth (as marked by <inline-formula><mml:math id="M104" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>) are displayed for the average water depth in each case
study.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f04.png"/>

        </fig>

<sec id="Ch1.S2.SS4.SSS1">
  <title>Validation for double-diffusive characteristics</title>
      <p id="d1e5804">This subsection lists several common metrics, which we applied to
quantitatively validate our simulations of double-diffusive systems with
varying density gradients (Cases 1 to 4). To validate the applicability of
the standard <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M106" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model, we present model simulations for each of
these cases both with and without the use of the turbulence model
(Sects. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS1"/> and <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS2"/>).</p>
      <p id="d1e5825">The stability of a double-diffusive system is commonly expressed by its
Turner angle <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx36" id="paren.46"/>:
              <disp-formula id="Ch1.E18" content-type="numbered"><mml:math id="M108" display="block"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arctan⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            where the four-quadrant arctangent function preserves the sign of the density
gradients, <inline-formula><mml:math id="M109" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
and <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
<inline-formula><mml:math id="M111" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M112" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>C<inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>) and <inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M115" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)
are the volumetric expansion coefficients for temperature and salinity,
respectively; the <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis is in the downward direction. A stable system
occurs for <inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, whereas <inline-formula><mml:math id="M119" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M120" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> yields a
gravitationally unstable system. Double-diffusive convection occurs for
<inline-formula><mml:math id="M121" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M122" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M123" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and salt fingering for
<inline-formula><mml:math id="M125" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M127" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M128" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e6180">The expansion coefficients <inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M130" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> vary with
temperature and salinity and are calculated for the average salinity
and temperature on the interface. We stress, however, that the calculation of
density gradients is highly sensitive to the assumed values of <inline-formula><mml:math id="M131" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The dependencies of the expansion coefficients on
temperature and salinity (<inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M134" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>C) and <inline-formula><mml:math id="M135" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>
(<inline-formula><mml:math id="M136" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), respectively) are derived from a linear
regression to the density derivatives to <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and the density is
calculated according to <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx59" id="text.47"/>.

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M139" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E19"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.289087</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.324960</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9.289557</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.563400</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E20"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.999302</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.777361</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.190719</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4.156012</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e6514">Cases 1 and 2 concern a system with two layers of equal depth in which a
cold and fresh water layer is overlying a warm and saline water layer
(Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>). Based on the Turner angle,
double-diffusive convection is expected to occur. The onset of convection and
salt and heat transport across the interface is induced by applying a few
very small perturbations of order <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>C throughout the
temperature field. Case 1 has a smaller density ratio
<inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> than Case 2. Note that articles concerning
double-diffusive convection commonly define <inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as its reciprocal in
contrast to the common density gradient calculations for salt-finger systems.
For the sake of consistency, this article employs one definition of the
density ratio (i.e., the thermal density gradient over the saline density
gradient).</p>
      <p id="d1e6585">Based on the Turner angles of Cases 3 and 4 in which warm and saline water
is overlying cold and fresh water, salt fingers are expected to occur
(Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>). Similar to the previous cases, we
slightly perturbed the temperature field on a few locations. Case 3 has a
larger density ratio than Case 4, yielding a lower salt flux over the
interface <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx25" id="paren.48"/>.</p>
      <p id="d1e6593">An effective transport of heat and salt over the interface while maintaining
a sharp interface is expected as this is a known property of double-diffusive
salt fingers <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx53" id="paren.49"/>. Care should be taken that these salt fingers
are calculated in a 2-D radial grid. <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx60" id="text.50"/> pointed out that
there is still a lack of knowledge about the 2-D and 3-D structures of
salt fingers and its implications for the interpretation of 2-D numerical
results.</p>
      <p id="d1e6602">A clear definition of the interface location is relevant for the
determination of the boundary properties and the heat and salt flux across
the boundary. In each simulation, the interface location <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined
for each depth profile of <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> as the location of the isoscalar. The
isoscalar is constant and defined as the average value of <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> across
the initial interface. Figure <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/> marks the interface
locations for Cases 3 and 4 as the locations of the isoscalars for times
<inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page528?><fig id="Ch1.F5" specific-use="star"><caption><p id="d1e6680">Interface positioning over time displayed on the depth profiles of
<inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> (both in <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> relative to the reference density) for
the density ratios <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.04</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 3) and <inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.19</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 4). The
depth profiles are averaged over the complete horizontal domain and represent
the simulations without a turbulence model.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f05.png"/>

          </fig>

      <p id="d1e6750">The vertical saline and thermal density fluxes across the interface, <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
are calculated on each grid location by time differentiating the salt and
heat volumes above the interface according to
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="text.51"/>:
              <disp-formula id="Ch1.E21" content-type="numbered"><mml:math id="M158" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            where <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the converted value of <inline-formula><mml:math id="M160" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M161" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> to density units (i.e.,
<inline-formula><mml:math id="M162" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M163" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M164" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> being the reference density
for the average salinity and temperature at the interface).</p>
      <p id="d1e6885">The simulated salt and heat fluxes are compared with theoretical fluxes based
on molecular diffusivities and double-diffusion-specific eddy diffusivities
according to the equation <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="paren.52"/>
              <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><mml:math id="M165" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mtext>theoretical</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msub><mml:mfenced close="|" open="."><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            with the derivative taken at each location of the isoscalar. Since this
location is usually not located on the horizontal cell boundary, the
derivative is determined by applying a weighted average to the derivatives at
the neighbouring cell boundaries. <inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be either the molecular diffusivity
<inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>mol</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E10"/> and <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E11"/>) or an eddy diffusivity.
In this article, the eddy diffusivities are only calculated for salt
diffusion by applying the following relationship with the molecular thermal
diffusivity:
              <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><mml:math id="M168" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>eddy</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            with <inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> being the ratio of the heat and salt fluxes. A large
variety of theoretical equations have been proposed for the flux ratio
<inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, both for salt fingers <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx45" id="paren.53"><named-content content-type="pre">e.g.,</named-content></xref>,
              <disp-formula id="Ch1.E24" content-type="numbered"><mml:math id="M171" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mtext>Stern</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mfenced></mml:mfenced><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            and for double-diffusive convection <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21 bib1.bibx13" id="paren.54"><named-content content-type="pre">e.g.,</named-content></xref>:

                  <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M172" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E25"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mtext>Kelley</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.4</mml:mn><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E26"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mtext>Fernando</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              where the Lewis number (<inline-formula><mml:math id="M173" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is the ratio of the
molecular thermal and saline diffusivities.</p>
      <p id="d1e7248">For double-diffusive convection, we also compare the heat fluxes with
theoretical heat fluxes as predicted by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21" id="text.55"/> and
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="text.56"/>.<?xmltex \hack{\newpage}?></p>
      <p id="d1e7258"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M174" display="block"><mml:mtable rowspacing="8.535827pt 0ex" displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E27"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>Kelley</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.0032</mml:mn><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">4.8</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.72</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E28"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>Linden &amp; Shirtcliffe</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

              The critical Rayleigh number is set to <inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In line with the
common practice in this field of study, the heat fluxes are presented as a
ratio to the heat flux through a solid plane <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx54" id="paren.57"/>.
              <disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><mml:math id="M176" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>SP</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.085</mml:mn><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>mol</mml:mtext><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e7584">For systems of double-diffusive convection, we calculate the evolution of the
boundary layer thicknesses <inline-formula><mml:math id="M177" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> according to
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="text.58"/>:
              <disp-formula id="Ch1.E30" content-type="numbered"><mml:math id="M178" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mfenced close="|" open="."><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            where the density difference between the upper and lower layer, <inline-formula><mml:math id="M179" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is determined for averaged values of <inline-formula><mml:math id="M180" display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> over the upper and lower
quarter of its depth profile. The ratio of boundary layer thicknesses <inline-formula><mml:math id="M181" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>
scales to <inline-formula><mml:math id="M182" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:math></inline-formula> by the relation
<inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and is expected
to approach 2.5 for salt–heat systems <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="paren.59"/>.</p>
      <p id="d1e7706">As a last validation metric for the salt-finger cases, we employ the Stern
number <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx44" id="paren.60"/>:
              <disp-formula id="Ch1.E31" content-type="numbered"><mml:math id="M184" display="block"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e7776">Stern suggested that the growth of salt fingers is arrested when <inline-formula><mml:math id="M185" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> reaches
<inline-formula><mml:math id="M186" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. However, Stern numbers have been reported as varying from <inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
to <inline-formula><mml:math id="M188" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for finger systems. Recently, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx52" id="text.61"/> reported
Stern numbers <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">76</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for DNS simulations with density ratios
<inline-formula><mml:math id="M191" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. These density ratios are comparable to
Case 3 and Case 4, allowing us to compare our results with these DNS
simulations.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS4.SSS2">
  <title>Analytical validation of a stable inflow</title>
      <p id="d1e7908">The quantitative validation of an unconditionally stable bottom layer is
based on an analytical solution for the radial expansion of this dense layer
from a central inflow under laminar flow conditions (Case 5;
Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>). The interface expansion is described by
its increasing interface radius <inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> over time. When the inflow is
colder and more saline than the overlying water body, the developing layer
has different growth rates for the salinity and temperature interface
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>). This is a consequence of the molecular heat
diffusion, which is approximately 100 times larger than the diffusion of
salt. In laminar flow conditions, molecular diffusion is the main driver of
heat and salt exchange in stable layered systems.</p>
      <?pagebreak page529?><p id="d1e7926">In this quantitative case study, the central inflow has an outer radius of
0.2 m. To allow for a slow development of the bottom layer, the inflow is
placed slightly deeper compared to the rest of the bottom, and the inflow
velocity linearly increases over the first 20 min. The discharge over the
right outflow boundary is set equal to the inflow discharge:
              <disp-formula id="Ch1.E32" content-type="numbered"><mml:math id="M194" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mtext>out</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F6"><caption><p id="d1e7964">Conceptualization of the quantitative validation (Case 5), with
locations of the salinity and temperature interfaces at a certain time after
the start of a central inflow. The inflow is colder and more saline than the
overlying water body.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f06.png"/>

          </fig>

      <p id="d1e7973">To derive the growth rates of the temperature and salinity interfaces, we
consider the similarity solution of the heat equation for a fixed boundary
concentration <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4" id="paren.62"/>:
              <disp-formula id="Ch1.E33" content-type="numbered"><mml:math id="M195" display="block"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">△</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mtext>erfc</mml:mtext><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            where <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the distance from the interface and <inline-formula><mml:math id="M197" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">△</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is
the difference in concentrations (salinity or temperature) between the upper
water body, represented by its initial concentration, and the inflow. The
total mass <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula> that has crossed the interface is found through the integration of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E33"/>)
over <inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and multiplication of the
growing interface surface <inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.<?xmltex \hack{\newpage}?></p>
      <p id="d1e8104"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M201" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E34"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub></mml:mfenced><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E35"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mtext>erfc</mml:mtext><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>x</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E36"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e8248">Derivation over time results in the time-dependent mass flux over the
interface:
              <disp-formula id="Ch1.E37" content-type="numbered"><mml:math id="M202" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">△</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
            With <inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and assuming that the interface surface
increases linearly with time at a constant inflow, we can rewrite the following:
              <disp-formula id="Ch1.E38" content-type="numbered"><mml:math id="M204" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">△</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>×</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e8414">We assume that no mass is stored in the lower layer. Consequently, the mass
flux that crosses the interface is equal to the net mass flux into the domain
<inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mtext>out</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
              <disp-formula id="Ch1.E39" content-type="numbered"><mml:math id="M206" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>×</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e8512">This equation can be used to validate the interface growth of both the
salinity and temperature interface in the case of laminar flow.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page530?><fig id="Ch1.F7"><caption><p id="d1e8517">Double-diffusive convection in a layered system with a cold and
fresh layer on top of warm and saline water (<inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4500</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s since the
start), with density ratios of <bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 1) and
<bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.50</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 2). All figures represent simulations without the use
of a turbulence model.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f07.png"/>

          </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page531?><fig id="Ch1.F8" specific-use="star"><caption><p id="d1e8577">Time evolution of the interface thicknesses <inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> for the depth
profiles of <inline-formula><mml:math id="M211" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> (red) and <inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> (blue) and their ratios for <inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
(Case 1, <bold>a</bold>) and <inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.50</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 2, <bold>b</bold>). The interface thicknesses
are averaged over the complete horizontal domain and each subplot presents
the results for the simulations with and without a turbulence model. The
filled arrows mark clear drops of <inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and the open arrow marks the moment
that <inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> starts its further increase in the direction of the theoretical
interface ratio <inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the simulation of Case 1 without a
turbulence model.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=497.923228pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f08.png"/>

          </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page532?><fig id="Ch1.F9" specific-use="star"><caption><p id="d1e8672">Time evolution of the salt (red) and temperature fluxes (blue) over
the interface for <inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 1, left) and <inline-formula><mml:math id="M219" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.50</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 2,
right) and for <bold>(a)</bold> the simulations without a turbulence model and <bold>(b)</bold> the
simulations with a turbulence model. The fluxes represent horizontal averages
throughout the complete domain. The figures also present theoretical fluxes
over the interface, which were calculated from molecular and double-diffusive
diffusivities, and their uncertainty bounds for horizontal variations
in density gradients at the interface.</p></caption>
            <?xmltex \igopts{width=483.69685pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f09.png"/>

          </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS4.SSS3">
  <title>Verification for double-diffusive characteristics</title>
      <p id="d1e8723">Cases 6 and 7 represent seepage inflows similar to the ones for which
this modelling approach is developed. A dual-layered system is built up by a
central inflow through the bottom with an outer radius of 0.25 m
(Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>). The inflow velocity <inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is built
up linearly over the first 10 min to prevent a sudden pressure wave at
<inline-formula><mml:math id="M221" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Like Case 5, the average water level is kept constant by a uniform
outflow with the same discharge over the right outer boundary. Based on the
Turner angle, a system with double-diffusive convection is expected to build
up in Case 6, whereas a gravitationally unstable system is expected to
develop in Case 7.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <title>Results and discussion</title>
      <p id="d1e8759">The performance of the numerical framework was tested in several case studies
subject to double-diffusive processes. The numerical results of these case
studies and the extended SWASH code are presented in
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx18" id="text.63"/>.</p>
<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <title>Cases 1 and 2: double-diffusive convection</title>
      <p id="d1e8770">The temperature and salinity gradients in Cases 1 and 2 yield a
theoretical onset of double-diffusive convection, with respective Turner
angles of <inline-formula><mml:math id="M222" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">53.3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M223" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">71.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M224" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The numerical results confirm
that a layered system is maintained that is bordered by a thin boundary layer from
which unstable plumes emerge (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F7"/>). These are clear
characteristics of double-diffusive convection.</p>
      <p id="d1e8803">The boundary layer thickness ratio <inline-formula><mml:math id="M225" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> is expected to be
<inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo></mml:math></inline-formula> 2.5. Figure <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/> shows
that none of the simulations for Cases 1 and 2 reach this value of <inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>. For
Case 1, the simulation without the aid of a turbulence model reaches the
highest value of <inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, although this ratio starts to decrease again
3.5 h after the start. The fact that the expected values of <inline-formula><mml:math id="M229" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> are
not reached during the simulations seems in line with
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="text.64"/>, who presented the evolution of <inline-formula><mml:math id="M230" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> in 3-D
DNS simulations of a salt–heat system. They found that the salinity field in
their simulation was not well resolved over the first 14 h. Only after
this first period of high turbulence does the boundary layer thickness ratio
approach and remain at its expected value.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page533?><fig id="Ch1.F10" specific-use="star"><caption><p id="d1e8856">Simulated and theoretical heat fluxes according to
Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E27"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E28"/>) relative to the
theoretical heat flux through a solid plane (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E29"/>). Green
colours represent the results for Case 1 and brown colours represent the
results for Case 2. The open arrow marks the moment that the simulated heat
flux starts rising towards the theoretical flux laws in the simulation of
Case 1 without a turbulence model.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f10.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e8871">Regarding the tendency to reach a steady state step by step by building up a
system with a stable boundary layer, our findings for Case 1 with a
turbulence model seem more alarming. Here, <inline-formula><mml:math id="M231" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> falls back to a value of 1.18
after its first increase and remains at this value afterwards. The fact that the
simulation does not tend to a system with a higher value of <inline-formula><mml:math id="M232" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> afterwards
might indicate that the standard <inline-formula><mml:math id="M233" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model does not function for
systems with high density gradients.</p>
      <p id="d1e8903">The simulations for Case 2 also show an initial increase in <inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, followed by
one or more drops. The density ratio <inline-formula><mml:math id="M236" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.50</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> indicates a mere
turbulent system. In this sense, it is expected that the boundary layers do
not develop easily. Here, the simulation with a turbulence model seems to
develop <inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> as expected over the first 1.5 h. However, the ratio drops
to values below <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> afterwards.</p>
      <p id="d1e8947">The poor performance of the standard <inline-formula><mml:math id="M239" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M240" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model also appears from the
exaggerated salt and heat fluxes for Case 1 (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>b)
compared to the simulation without the turbulence model
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>a). In the latter simulation, the heat transport
over the interface appears to follow the theoretical heat transport as
predicted from the molecular heat diffusion. Based on the flux ratio
equations by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21" id="text.65"/> and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="text.66"/> (Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>
and <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E26"/>), we expect that the salt transport across the
interface is lower than the heat transport. Initially, this is not the case
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>a), but the salt flux approaches the values
predicted by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="text.67"/> after 110 min. This moment coincides
with the moment that <inline-formula><mml:math id="M241" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> starts a sharp increase in
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>. In general, the salt flux has expected lower
values than the heat flux over the period that the ratio <inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> is highest.</p>
      <p id="d1e9001">The ratio of the simulated heat fluxes to the <inline-formula><mml:math id="M243" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> flux law
(Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E27"/>–<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E29"/>) shows a similar jump after
110 min (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F10"/>). From this moment, the simulated
heat flux in Case 1 without a turbulence model temporarily approaches the
predicted heat flux of <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21" id="text.68"/> and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="text.69"/>. Again, a
similar tendency is not visible for the simulation with a turbulence model,
confirming that the standard <inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model suppresses the onset of
double-diffusive convection.</p>
      <p id="d1e9043">In line with the expectations for turbulent flows, the simulations for Case 2
show a large variation in heat and salt transport (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>).
The simulations with and without a turbulence model both display a heat flux
that is variably higher and lower than the salt flux, but displays the same
pattern. Theoretically, the ratio of the turbulent heat and salt fluxes
across the boundary approaches <inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.70"/> as
<inline-formula><mml:math id="M247" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> approaches unity.</p>
      <p id="d1e9076">The dissimilar behaviour of our simulation with a turbulence model can be
explained by the employed eddy diffusivities, which have similar values for
salt and heat diffusion (note that the turbulent Prandtl and Schmidt number
have similar values). These eddy diffusivities were not employed in the
simulation without a turbulence model, which indicates that the similar heat
and salt transport across the interface is caused by turbulent mixing through
this interface. We refer to Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS6"/> for a further
discussion on this in light of the employed standard <inline-formula><mml:math id="M248" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F11"><caption><p id="d1e9098">Salt fingering in a layered system with warm and saline water on
top of a cold and fresh layer (<inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4500</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s since the start), with
density ratios of <bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.04</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 3) and <bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.19</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
(Case 4). All figures represent simulations without the use of a turbulence
model.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f11.png"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <title>Cases 3 and 4: salt fingers</title>
      <p id="d1e9161">The numerical results for Case 3 (<inline-formula><mml:math id="M253" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">71.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M254" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>) and Case 4
(<inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">85.0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>) confirm that salt fingers are formed over the interface
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F11"/>). The 3-D representation of these fingers would be
circles around the centre of the axisymmetric grid, which is in disagreement
with the real-world physics. However, the model does represent the upward- and
downward-moving parcels of water from the interface and consequently results
in reasonable measures of salt and heat transport across the interface.</p>
      <p id="d1e9210">Based on the difference in density ratios, the salt fingers in Case 4 are
expected to transport more salt and heat than Case 3 (Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S2.SS4"/>).
Figure <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/> shows an interface rise of
about 0.04 m in Case 3 and 0.13 m in Case 4 over a numerical
model run of 6 h. Given the system of closed boundaries, we therefore
find a significantly larger transport over the interface in Case 4.</p>
      <p id="d1e9217">Similar to Cases 1 and 2 (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>), we calculated the
salt and heat fluxes across the interface for Case 3 and Case 4. For these
cases, however, we only report the simulated flux ratios <inline-formula><mml:math id="M257" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mtext>sim</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of
the heat and salt fluxes (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F12"/>). For
salt fingers, flux ratios lower than unity are expected from
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>). From our simulations, however, we find flux ratios
higher than unity. These flux ratios are more in line with oceanic values
in which turbulent values of <inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:math></inline-formula> can approach 1.6 <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx25" id="paren.71"/>.
Over the simulated 6 h, the flux ratios show a decreasing tendency.
However, particularly for the mere turbulent Case 3, we observe sudden upward
jumps in the flux ratios preventing the flux ratios from reaching consistent
values below unity over the course of the simulations. Based on these
results, we hypothesize a settling of the system with more constant low flux
ratios in the long run.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page534?><fig id="Ch1.F12" specific-use="star"><caption><p id="d1e9250">The evolution of flux ratios over time for <inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.04</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 3,
green) and <inline-formula><mml:math id="M260" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.19</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 4, brown). Continuous lines mark the
simulations without a turbulence model, and dotted lines marks the
simulations with a turbulence model. The black lines mark the temporal
averages for each simulation.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f12.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e9290">Based on a 3-D DNS model, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx52" id="text.72"/> found Stern numbers <inline-formula><mml:math id="M261" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and <inline-formula><mml:math id="M262" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">76</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M263" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. Our
simulations for <inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.04</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 3) and <inline-formula><mml:math id="M266" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.19</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 4) yield
lower average Stern numbers of approximately 0.73 and 1.95, respectively
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F13"/>). One reason for the lower values could be
the fact that our model simulates salt and heat transport in two
dimensions: <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx52" id="text.73"/> reported a Stern number of approximately 3.5
in 2-DV simulations for <inline-formula><mml:math id="M267" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Although our simulations yield even
lower Stern numbers, values around <inline-formula><mml:math id="M268" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are not uncommon for salt-finger
systems.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F13" specific-use="star"><caption><p id="d1e9421">The evolution of the Stern numbers over time for <inline-formula><mml:math id="M269" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.04</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
(Case 3, green) and <inline-formula><mml:math id="M270" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.19</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Case 4, brown). Continuous lines mark
the simulations without a turbulence model, and dotted lines marks the
simulations with a turbulence model. The black lines mark the temporal
averages for each simulation.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f13.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page535?><fig id="Ch1.F14" specific-use="star"><caption><p id="d1e9462">Evolution of the interface between a warm and fresh water body and a
bottom cold and saline layer developing form a central inflow (Case 5). After
<inline-formula><mml:math id="M271" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1700</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s, the flow in the numerical results becomes laminar and
differences between the temperature and salinity interface growth become
visible. Analytical results are plotted for the assumptions of completely
molecular diffusion (red) and for diffusivities that are 0.2 %
influenced by turbulent diffusion (blue).</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=398.338583pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f14.png"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS3">
  <title>Case 5: radial expansion of a dense water layer</title>
      <p id="d1e9489">The analytical solution for the radial expansion of inflowing cold and saline
water (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E39"/>) holds for a situation with laminar flow. Given
the geometric properties of the conceptualized situation and the initially
very thin layer of dense water, it is difficult to define the inflow
properties so that the flow near the inflow is immediately laminar. For the
selected inflow parameters (Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>),
laminarization of the flow appears to occur after approximately 1700 s
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F14"/>). From that moment, the numerical results show
significant differences between the salinity and temperature interface
growth. The analytical results are therefore shifted in time to match the
interface radii with the numerical results at the moment that the flow
becomes laminar.</p>
      <p id="d1e9498">Accounting for a purely molecular diffusion, the numerical results show a
fair agreement with the analytical results. As we found some small occasional
eddies occurring after <inline-formula><mml:math id="M272" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1700</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s, we also plotted
analytical results assuming the diffusivity was on average 0.2 %
influenced by turbulent diffusion. Here, the turbulent diffusion was
calculated by dividing an assumed kinematic viscosity <inline-formula><mml:math id="M273" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> m<inline-formula><mml:math id="M274" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> s<inline-formula><mml:math id="M275" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>
by the Prandtl–Schmidt number (Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/> and <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E9"/>).
The assumption of a slight influence of turbulence diffusion shows a better
agreement with the numerical results.</p>
      <p id="d1e9557">One critical note here is the sensitivity of the interface growth to the
definition of the interface location. Similar to the previous cases, we
defined the interface location as halfway to the step change between the inflow
concentration (<inline-formula><mml:math id="M276" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M277" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext>in</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and the concentration of the water body
(<inline-formula><mml:math id="M278" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M279" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) because this matches our visual interpretation of the
interface in the numerical results. However, selecting the interface at a
larger percentage of the step change significantly increases the growth and
makes the numerical and analytical results incomparable.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS4">
  <title>Case 6: inflow yielding double-diffusive convection</title>
      <p id="d1e9611">The temperature and salinity gradients in Case 6 yield the onset of
double-diffusive convection. Like Cases 1 to 4, a sharp interface
develops over which salt and heat is transported by diffusion.
Figure <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F15"/> confirms the development of a salt–heat interface and a
convective layer above the boil. Other convective cells further transport the
salt and heat above the interface. Figure <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F15"/> shows that a
considerable amount of heat and salt was already conveyed to the upper layer over the
first 1.5 h. The lower convective layer slowly builds up, and local
eddies clearly counteract the development when the lower convective layer is
still thin.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F15" specific-use="star"><caption><p id="d1e9620">Double-diffusive layering (Case 6) with cold and fresh water on top
of a warm and saline inflow (<inline-formula><mml:math id="M280" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5400</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s since the
start).</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=369.885827pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f15.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><?pagebreak page536?><fig id="Ch1.F16" specific-use="star"><caption><p id="d1e9643">Unstable system (Case 7) with denser cold and fresh water on top of
a warm and saline inflow (<inline-formula><mml:math id="M281" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5400</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s since the start). The inflowing
water flows upward through the centre independent of the inflow
velocity.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=369.885827pt}?><graphic xlink:href="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-f16.png"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS5">
  <title>Case 7: gravitationally unstable inflow</title>
      <p id="d1e9670">Compared to Case 6, a slightly altered inflow temperature and salinity in
Case 7 theoretically makes the developing layer gravitationally unstable
(Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>). In other words, the water body itself
is denser than the inflowing water, which consequently flows upwards. The
numerical results confirm the onset of a central buoyant flow above the
inflow (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F16"/>).</p>
      <p id="d1e9677">Interestingly, plumes develop from the upward flow. Downward plumes are also
visible below the floating warm and saline water. Like the salt fingers in
Cases 3 and 4, in which warm and saline water also overlaid cold and fresh water,
this is a mechanism to dissipate the heat and salt gradients.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS6">
  <title>Turbulence model</title>
      <p id="d1e9686">In the previous subsections, we found that the standard <inline-formula><mml:math id="M282" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M283" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model
performed insufficiently accurately for predicting the production and dissipation
of turbulence. This subsection briefly discusses the performances of the
turbulence model and future prospects for a relatively simple improvement of
the model.</p>
      <p id="d1e9703">In Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS1"/>, we found a similar heat and salt transport
across the interface that was likely caused by turbulent mixing at the
interface. Following this hypothesis, the RANS model apparently requires a
turbulence model that suppresses the turbulence across the interface, but
predicts the onset of turbulence in the unstable regions near the interface.
This is a known defect of the standard <inline-formula><mml:math id="M284" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M285" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model, which does not
account for buoyancy effects near strong density gradients.
Section <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS3"/> also stressed the importance of the right timing with
which turbulence is modelled when flows are variably laminar and turbulent.</p>
      <p id="d1e9724">More advanced turbulence models have been developed for systems with large
density gradients <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx57 bib1.bibx32" id="paren.74"><named-content content-type="pre">e.g.,</named-content></xref>.
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx51" id="text.75"/> recently showed how a minimal model with two
parameters is already able to characterize differences in transport between
sharp interfaces and unstable regions in a thermohaline staircase. Extending
the <inline-formula><mml:math id="M286" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M287" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model of SWASH with a parameterization that accounts for
these distinct regions could yield a large improvement in properly
representing turbulence on proper locations and times. With such an advanced
turbulence model, the largest improvements are expected when <inline-formula><mml:math id="M288" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
approaches unity, as a good turbulence model becomes increasingly important
for these density gradients.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4" sec-type="conclusions">
  <title>Conclusions</title>
      <p id="d1e9767">This article reports the successful derivation of an axisymmetric framework
for a hydrodynamic model incorporating salt and heat transport. This model
set-up allows us to efficiently calculate salt and heat transport whenever a
situation is modelled that can be approximated by axisymmetry around a
central location. The 2-D axisymmetric grid description demands approximately
the same execution time as a regular 2-DV description with the same dense
mesh and therefore avoids the need to solve the equations over a dense mesh
in the third spatial dimension.</p>
      <p id="d1e9770">For our purpose of studying shallow water bodies, three aspects were
important: (1) the inclusion of a free surface, (2) the efficient solution of
a circular seepage inflow, which makes the problem three-dimensional, and
(3) a proper simulation of density-driven flow and double-diffusivity-driven
salt and heat transport. The former aspect was already fulfilled by employing
the SWASH framework.</p>
      <p id="d1e9773">The second aspect was solved by assuming axisymmetry for the
Reynolds-averaged Navier–Stokes equation in cylindrical coordinates. The
derived numerical framework is presented as a Cartesian 2-DV description with
a few additional terms and width compensation factors. Our implementation of
these terms in the non-hydrostatic SWASH model demonstrates the opportunity
to easily extend a 2-DV model towards the presented 2-D axisymmetric model.</p>
      <p id="d1e9776">The third aspect was fulfilled by extending SWASH with a new density and
diffusivity module. The case studies demonstrate explainable behaviour for
density-driven flow and double-diffusivity-driven salt and heat transport.
The formation of convective layers and salt fingers is in
accordance with the theory of double diffusivity and the enhanced
salt and heat fluxes across the interface for density gradients approaching
unity. Other validation metrics show that the RANS model does not meet the
expected flux ratios and stability criteria in all cases, which is
hypothesized to be caused by a defective turbulence modelling for systems of
large density gradients. Replacing the standard <inline-formula><mml:math id="M289" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M290" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi></mml:math></inline-formula> model with an
advanced turbulence model might improve the results for these merely
turbulent cases.</p>
      <p id="d1e9794">An analytic validation method was presented to evaluate the model's
performance for a cold and saline inflow developing a dense water layer near
the bottom. For laminar flow conditions, the numerical model showed a similar
radial expansion of the bottom layer as expected from analytical results.
<?xmltex \hack{\newpage}?>
Although the model is already able to show expected behaviour in the
double-diffusive regime, we recommend a further exploration of its
limitations and possibilities. For example, a grid convergence study should
indicate whether the selected mesh size yields a convergence of results for
all diffusion- and advection-dominated cases. Further, a nearer comparison
with DNS model results would support the validation of the model. In future
applications, we stress that this model approach should be employed as a RANS
model that simulates thermohaline stratification processes on a larger scale.
As such, the model can be favourable in applications that allow for an
axisymmetric approach.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><notes notes-type="codedataavailability">

      <p id="d1e9804">The model data for the five case studies and the
extended SWASH code are accessible at
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.4121/uuid:95227d5d-2cf0-44ec-ab2d-705a626dcdf4" ext-link-type="DOI">10.4121/uuid:95227d5d-2cf0-44ec-ab2d-705a626dcdf4</ext-link>
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx18" id="paren.76"/>.</p>
  </notes><?xmltex \hack{\clearpage}?><app-group>

<app id="App1.Ch1.S1">
  <title>Cell depth integration with the Leibniz integral rule</title>
      <?pagebreak page537?><p id="d1e9822">When the continuity, momentum, and transport equations are integrated over the
cell depth, the Leibniz integral rule is applied to the time derivatives and
the horizontal spatial derivatives. Here, we show the cell depth integration
of <inline-formula><mml:math id="M291" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M292" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M293" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E1"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mfenced close="|" open="."><mml:mi>u</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E2"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mfenced close="|" open="."><mml:mi>u</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e10122">The derivatives <inline-formula><mml:math id="M294" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M295" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M296" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M297" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M298" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M299" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> in
Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E1"/>), (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E2"/>), (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E3"/>),
and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E7"/>) are integrated in a similar fashion.</p>
</app>

<app id="App1.Ch1.S2">
  <title>Full discretizations</title>
<sec id="App1.Ch1.S2.SS1">
  <?xmltex \opttitle{$U$ momentum}?><title><inline-formula><mml:math id="M300" display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum</title>
      <p id="d1e10258"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M301" display="block"><mml:mtable rowspacing="5.690551pt 5.690551pt" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E3"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=475.161024pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g07.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S2.SS2">
  <?xmltex \opttitle{$W$ momentum}?><title><inline-formula><mml:math id="M302" display="inline"><mml:mi>W</mml:mi></mml:math></inline-formula> momentum</title>
      <?pagebreak page538?><p id="d1e10923"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M303" display="block"><mml:mtable rowspacing="5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \igopts{width=475.161024pt}?><mml:mstyle background="https://gmd.copernicus.org/articles/11/521/2018/gmd-11-521-2018-g08.pdf"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E4"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S2.SS3">
  <title>Transport equation</title>
      <p id="d1e11958"><disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M304" display="block"><mml:mtable rowspacing="5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt 5.690551pt" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">→</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">→</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E5"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</sec>
</app>
  </app-group><notes notes-type="competinginterests">

      <?pagebreak page539?><p id="d1e14060">The authors declare that they have no conflict of
interest.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p id="d1e14066">This project has been funded by the Netherlands Organisation for Scientific
Research (NWO), project number 842.00.004.<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\newline}?>
Edited by: Ignacio Pisso<?xmltex \hack{\newline}?> Reviewed by: three anonymous referees</p></ack><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><label>Arnon et al.(2014)</label><mixed-citation>Arnon, A., Lensky, N. G., and Selker, J. S.: High-resolution temperature
sensing in the Dead Sea using fiber optics, Water Resour. Res., 50,
1756–1772, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/2013WR014935" ext-link-type="DOI">10.1002/2013WR014935</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><label>Batchelor(1967)</label><mixed-citation>
Batchelor, G.: An introduction to fluid dynamics, Cambridge University Press,
615 pp., 1967.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><label>Bennett et al.(1990)</label><mixed-citation>
Bennett, G., Reilly, T., and Hill, M.: Technical training notes in
ground-water hydrology: radial flow to a well, Technical report, US
Geological Survey; Books and Open-File Reports, 1990.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx4"><label>Bergman et al.(2011)</label><mixed-citation>
Bergman, T. L., Incropera, F. P., and Lavine, A. S.: Fundamentals of heat and
mass transfer, John Wiley &amp; Sons, 1048 pp., 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><label>Berthold and Börner(2008)</label><mixed-citation>Berthold, S. and Börner, F.: Detection of free vertical convection and
double-diffusion in groundwater monitoring wells with geophysical borehole
measurements, Environ. Geol., 54, 1547–1566,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/s00254-007-0936-y" ext-link-type="DOI">10.1007/s00254-007-0936-y</ext-link>, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx6"><label>Carpenter et al.(2012)</label><mixed-citation>Carpenter, J., Sommer, T., and Wüest, A.: Simulations of a double-diffusive
interface in the diffusive convection regime, J. Fluid Mech., 711, 411–436,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1017/jfm.2012.399" ext-link-type="DOI">10.1017/jfm.2012.399</ext-link>, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx7"><label>Casulli and Cheng(1992)</label><mixed-citation>Casulli, V. and Cheng, R. T.: Semi-implicit finite difference methods for
three-dimensional shallow water flow, Int. J. Numer. Meth. Fl., 15, 629–648,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/fld.1650150602" ext-link-type="DOI">10.1002/fld.1650150602</ext-link>, 1992.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx8"><label>Casulli and Stelling(1998)</label><mixed-citation>
Casulli, V. and Stelling, G.: Numerical simulation of 3D quasi-hydrostatic,
free-surface flows, J. Hydraul. Eng.-ASCE, 124, 678–686, 1998.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx9"><label>Cathcart and Wheaton(1987)</label><mixed-citation>Cathcart, T. P. and Wheaton, F. W.: Modeling temperature distribution in
freshwater ponds, Aquacult. Eng., 6, 237–257,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/0144-8609(87)90021-5" ext-link-type="DOI">10.1016/0144-8609(87)90021-5</ext-link>, 1987.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx10"><label>De Louw et al.(2013)</label><mixed-citation>De Louw, P., Vandenbohede, A., Werner, A., and Oude Essink, G.: Natural
saltwater upconing by preferential groundwater discharge through boils, J.
Hydrol., 490, 74–87, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.03.025" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jhydrol.2013.03.025</ext-link>, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx11"><label>Dias and Lopes(2006)</label><mixed-citation>Dias, J. and Lopes, J.: Implementation and assessment of hydrodynamic, salt
and heat transport models: The case of Ria de Aveiro Lagoon (Portugal),
Environ. Modell. Softw., 21, 1–15, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2004.09.002" ext-link-type="DOI">10.1016/j.envsoft.2004.09.002</ext-link>,
2006.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx12"><label>Eckart(1958)</label><mixed-citation>
Eckart, C. H.: The equation of state of water and sea water at low
temperatures and pressures, Part 2 of Properties of water, Am. J. Sci., 256,
225–240, 1958.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx13"><label>Fernando(1989)</label><mixed-citation>
Fernando, H. J. S.: Buoyancy transfer across a diffusive interface, J. Fluid
Mech., 209, 1–34, 1989.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx14"><label>Fringer et al.(2005)</label><mixed-citation>
Fringer, O., Armfield, S., and Street, R.: Reducing numerical diffusion in
interfacial gravity wave simulations, Int. J. Numer. Meth. Fl., 49, 301–329,
2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx15"><label>Galletti et al.(2007)</label><mixed-citation>
Galletti, C., Parente, A., and Tognotti, L.: Numerical and experimental
investigation of a mild combustion burner, Combust. Flame, 151, 649–664,
2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx16"><label>Giestas et al.(2009)</label><mixed-citation>Giestas, M., Pina, H. L., Milhazes, J. P., and Tavares, C.: Solar pond
modeling with density and viscosity dependent on temperature and salinity,
Int. J. Heat Mass Tran., 52, 2849–2857,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.003" ext-link-type="DOI">10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.003</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx17"><label>Hilgersom et al.(2016)</label><mixed-citation>Hilgersom, K., Van de Giesen, N., De Louw, P., and Zijlema, M.:
Three-dimensional dense distributed temperature sensing for measuring layered
thermohaline systems, Water Resour. Res., 52, 6656–6670,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/2016WR019119" ext-link-type="DOI">10.1002/2016WR019119</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx18"><label>Hilgersom et al.(2017)</label><mixed-citation>Hilgersom, K., Zijlema, M., and van de Giesen, N.: An axisymmetric
hydrodynamical model: model code and data (v2), TU Delft,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.4121/uuid:95227d5d-2cf0-44ec-ab2d-705a626dcdf4" ext-link-type="DOI">10.4121/uuid:95227d5d-2cf0-44ec-ab2d-705a626dcdf4</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx19"><label>Hirsch(1988)</label><mixed-citation>
Hirsch, C.: Numerical Computation of Internal and External Flows, Wiley,
Chichester, 1988.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx20"><label>Huppert and Turner(1981)</label><mixed-citation>
Huppert, H. E. and Turner, J.: Double-diffusive convection, J. Fluid Mech.,
106, 299–329, 1981.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx21"><label>Kelley (1990)</label><mixed-citation>Kelley, D. E.: Fluxes through diffusive staircases: a new formulation, J.
Geophys. Res., 95, 3365–3371, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/JC095iC03p03365" ext-link-type="DOI">10.1029/JC095iC03p03365</ext-link>, 1990.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx22"><label>Kelley et al.(2003)</label><mixed-citation>Kelley, D. E., Fernando, H. J. S., Gargett, A. E., Tanny, J., and Özsoy,
E.: The diffusive regime of double-diffusive convection, Prog. Oceanogr., 56,
461–481, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00026-0" ext-link-type="DOI">10.1016/S0079-6611(03)00026-0</ext-link>, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx23"><label>Kimura and Smyth(2007)</label><mixed-citation>Kimura, S. and Smyth, W.: Direct numerical simulation of salt sheets and
turbulence in a double-diffusive shear layer, Geophys. Res. Lett., 34,
L21610, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/2007GL031935" ext-link-type="DOI">10.1029/2007GL031935</ext-link>, 2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx24"><label>Kimura et al.(2011)</label><mixed-citation>
Kimura, S., Smyth, W., and Kunze, E.: Turbulence in a sheared,
salt-fingering-favorable environment: Anisotropy and effective diffusivities,
J. Phys. Oceanogr., 41, 1144–1159, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx25"><label>Kunze(2003)</label><mixed-citation>Kunze, E.: A review of oceanic salt-fingering theory, Prog. Oceanogr., 56,
399–417, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00027-2" ext-link-type="DOI">10.1016/S0079-6611(03)00027-2</ext-link>, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx26"><label>Langevin(2008)</label><mixed-citation>Langevin, C. D.: Modeling Axisymmetric Flow and Transport, Ground Water, 46,
579–590, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2008.00445.x" ext-link-type="DOI">10.1111/j.1745-6584.2008.00445.x</ext-link>, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx27"><label>Launder and Spalding(1974)</label><mixed-citation>Launder, B. and Spalding, D.: The numerical computation of turbulent flows,
Comput. Method Appl. M., 3, 269–289, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2" ext-link-type="DOI">10.1016/0045-7825(74)90029-2</ext-link>,
1974.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx28"><label>Linden and Shirtcliffe(1978)</label><mixed-citation>Linden, P. F. and Shirtcliffe, T. G. L.: The diffusive interface in
double-diffusive convection, J. Fluid Mech., 87, 417–432,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1017/S002211207800169X" ext-link-type="DOI">10.1017/S002211207800169X</ext-link>, 1978.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx29"><label>Menguc and Viskanta(1986)</label><mixed-citation>
Menguc, M. and Viskanta, R.: Radiative transfer in axisymmetric, finite
cylindrical enclosures, J. Heat Transf., 108, 271–276, 1986.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx30"><label>Noguchi and Niino(2010a)</label><mixed-citation>Noguchi, T. and Niino, H.: Multi-layered diffusive convection, Part 1:
Spontaneous layer formation, J. Fluid Mech., 651, 443–464,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1017/S0022112009994150" ext-link-type="DOI">10.1017/S0022112009994150</ext-link>, 2010a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx31"><label>Noguchi and Niino(2010b)</label><mixed-citation>Noguchi, T. and Niino, H.: Multi-layered diffusive convection, Part 2:
Dynamics of layer evolution, J. Fluid Mech., 651, 465–481,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1017/S0022112010994160" ext-link-type="DOI">10.1017/S0022112010994160</ext-link>, 2010b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx32"><label>Paik et al.(2009)</label><mixed-citation>
Paik, J., Eghbalzadeh, A., and Sotiropoulos, F.: Three-dimensional unsteady
RANS modeling of discontinuous gravity currents in rectangular domains, J.
Hydraul. Eng., 135, 505–521, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx33"><label>Radko et al.(2014a)</label><mixed-citation>Radko, T., Bulters, A., Flanagan, J., and Campin, J.-M.: Double-diffusive
recipes, Part I: Large-scale dynamics of thermohaline staircases, J. Phys.
Oceanogr., 44, 1269–1284, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1175/JPO-D-13-0155.1" ext-link-type="DOI">10.1175/JPO-D-13-0155.1</ext-link>, 2014a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx34"><label>Radko et al.(2014b)</label><mixed-citation>Radko, T., Flanagan, J., Stellmach, S., and Timmermans, M.-L.:
Double-diffusive recipes, Part II: Layer-merging events, J. Phys. Oceanogr.,
44, 1285–1305, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1175/JPO-D-13-0156.1" ext-link-type="DOI">10.1175/JPO-D-13-0156.1</ext-link>, 2014b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx35"><label>Reilly and Harbaugh(1993)</label><mixed-citation>
Reilly, T. E. and Harbaugh, A. W.: Simulation of Cylindrical Flow to a Well
Using the US Geological Survey Modular Finite-Difference Ground-Water Flow
Model, Ground Water, 31, 489–494, 1993.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx36"><label>Ruddick(1983)</label><mixed-citation>
Ruddick, B.: A practical indicator of the stability of the water column to
double-diffusive activity, Deep-Sea Res. Pt. I, 30, 1105–1107, 1983.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx37"><label>Ruddick and Gargett(2003)</label><mixed-citation>Ruddick, B. and Gargett, A. E.: Oceanic double-infusion: introduction, Prog.
Oceanogr., 56, 381–393, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00024-7" ext-link-type="DOI">10.1016/S0079-6611(03)00024-7</ext-link>, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx38"><label>Schmid et al.(2003)</label><mixed-citation>
Schmid, M., Lorke, A., Wüest, A., Halbwachs, M., and Tanyileke, G.:
Development and sensitivity analysis of a model for assessing stratification
and safety of Lake Nyos during artificial degassing, Ocean Dynam., 53,
288–301, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx39"><label>Schmid et al.(2004)</label><mixed-citation>Schmid, M., Lorke, A., Dinkel, C., Tanyileke, G., and Wüest, A.:
Double-diffusive convection in Lake Nyos, Cameroon, Deep-Sea Res. Pt. I, 51,
1097–1111, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.dsr.2004.02.010" ext-link-type="DOI">10.1016/j.dsr.2004.02.010</ext-link>, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx40"><label>Schubert et al.(1998)</label><mixed-citation>
Schubert, F., Peiffer, A., Köhler, B., and Sanderson, T.: The
elastodynamic finite integration technique for waves in cylindrical
geometries, J. Acoust. Soc. Am., 104, 2604–2614, 1998.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx41"><label>Shima et al.(1985)</label><mixed-citation>Shima, E., Matsuda, T., Takeda, H., and Sawada, K.: Hydrodynamic calculations
of axisymmetric accretion flow, Mon. Not. R. Astron. Soc., 217, 367–386,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1093/mnras/217.2.367" ext-link-type="DOI">10.1093/mnras/217.2.367</ext-link>, 1985.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx42"><label>Sommer et al.(2014)</label><mixed-citation>Sommer, T., Carpenter, J. R., and Wüest, A.: Double-diffusive interfaces
in Lake Kivu reproduced by direct numerical simulations, Geophys. Res. Lett.,
41, 5114–5121, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/2014GL060716" ext-link-type="DOI">10.1002/2014GL060716</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx43"><label>Stern(1967)</label><mixed-citation>Stern, M. E.: Lateral mixing of water masses, Deep-Sea Res., 14, 747–753,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/S0011-7471(67)80011-1" ext-link-type="DOI">10.1016/S0011-7471(67)80011-1</ext-link>, 1967.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx44"><label>Stern(1969)</label><mixed-citation>Stern, M. E.: Collective instability of salt fingers, J. Fluid Mech., 35,
209–218, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1017/S0022112069001066" ext-link-type="DOI">10.1017/S0022112069001066</ext-link>, 1969.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx45"><label>Stern(1975)</label><mixed-citation>
Stern, M. E.: Ocean circulation physics, Academic Press Inc., 1975.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx46"><label>Stommel and Fedorov(1967)</label><mixed-citation>Stommel, H. and Fedorov, K.: Small scale structure in temperature and
salinity near Timor and Mindanao, Tellus A, 19, 306–325,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1967.tb01484.x" ext-link-type="DOI">10.1111/j.2153-3490.1967.tb01484.x</ext-link>, 1967.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx47"><label>Stommel et al.(1956)</label><mixed-citation>
Stommel, H., Arons, A., and Blanchard, D.: An oceanographical curiosity: the
perpetual salt fountain, Deep-Sea Res., 3, 152–153, 1956.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx48"><label>Suárez et al.(2010)</label><mixed-citation>Suárez, F., Tyler, S., and Childress, A.: A fully coupled, transient
double-diffusive convective model for salt-gradient solar ponds, Int. J. Heat
Mass Tran., 53, 1718–1730, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.01.017" ext-link-type="DOI">10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.01.017</ext-link>,
2010.
</mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bibx49"><label>Suárez et al.(2014)</label><mixed-citation>Suárez, F., Ruskowitz, J. A., Childress, A. E., and Tyler, S. W.:
Understanding the expected performance of large-scale solar ponds from
laboratory-scale observations and numerical modeling, Appl. Energ., 117,
1–10, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.12.005" ext-link-type="DOI">10.1016/j.apenergy.2013.12.005</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx50"><label>SWASH source code(2011)</label><mixed-citation>SWASH: SWASH source code (Version 1.20), available at:
<uri>http://swash.sourceforge.net/</uri> (last access: 30 May 2016), 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx51"><label>Toffolon et al.(2015)</label><mixed-citation>Toffolon, M., Wüest, A., and Sommer, T.: Minimal model for double
diffusion and its application to Kivu, Nyos, and Powell Lake, J. Geophys.
Res.-Oceans, 120, 6202–6224, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/2015JC010970" ext-link-type="DOI">10.1002/2015JC010970</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx52"><label>Traxler et al.(2011)</label><mixed-citation>Traxler, A., Stellmach, S., Garaud, P., Radko, T., and Brummeln, N.: Dynamics
of fingering convection. Part 1 Small-scale fluxes and large-scale
instabilities, J. Fluid Mech., 677, 530–553, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1017/jfm.2011.98" ext-link-type="DOI">10.1017/jfm.2011.98</ext-link>,
2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx53"><label>Turner(1965)</label><mixed-citation>Turner, J. S.: The coupled turbulent transports of salt and heat across a
sharp density interface, Int. J. Heat Mass Tran., 8, 759–760, 761–767,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/0017-9310(65)90022-0" ext-link-type="DOI">10.1016/0017-9310(65)90022-0</ext-link>, 1965.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx54"><label>Turner(1973)</label><mixed-citation>
Turner, J. S.: Buoyancy Effects in Fluids, Cambridge University Press,
367 pp., 1973.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx55"><label>UNESCO(1981)</label><mixed-citation>
UNESCO: Tenth report of the joint panel on oceanographic tables and
standards, UNESCO Technical Paper in Marine Science, vol. 36,
25 pp., 1981.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx56"><label>Vega(2002)</label><mixed-citation>Vega, L. A.: Ocean Thermal Energy Conversion Primer, Mar. Technol. Soc. J.,
36, 25–35, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.4031/002533202787908626" ext-link-type="DOI">10.4031/002533202787908626</ext-link>, 2002.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx57"><label>Venayagamoorthy(2003)</label><mixed-citation>
Venayagamoorthy, S. K., Koseff, J. R., Ferziger, J. H., and Shih, L. H.:
Testing of RANS turbulence models for stratified flows based on DNS data,
Stanford University CA Environmental Fluid Mechanics Lab, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx58"><label>Washburn and West(1933)</label><mixed-citation>
Washburn, E. W. and West, C. J.: International Critical Tables of Numerical
Data, Physics, Chemistry and Technology, vol. 5, McGraw-Hill, 471 pp.,
1933.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx59"><label>Wright(1997)</label><mixed-citation>Wright, D. G.: An Equation of State for Use in Ocean Models: Eckart's Formula
Revisited, J. Atmos. Ocean. Tech., 14, 735–740,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1175/1520-0426(1997)014&lt;0735:AEOSFU&gt;2.0.CO;2" ext-link-type="DOI">10.1175/1520-0426(1997)014&lt;0735:AEOSFU&gt;2.0.CO;2</ext-link>, 1997.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx60"><label>Yoshida and Nagashima(2003)</label><mixed-citation>Yoshida, J. and Nagashima, H.: Numerical experiments on salt-finger
convection, Prog. Oceanogr., 56, 435–459,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00032-6" ext-link-type="DOI">10.1016/S0079-6611(03)00032-6</ext-link>, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx61"><label>Zijlema and Stelling(2008)</label><mixed-citation>
Zijlema, M. and Stelling, G.: Efficient computation of surf zone waves using
the nonlinear shallow water equations with non-hydrostatic pressure, Coast.
Eng., 55, 780–790, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx62"><label>Zijlema and Stelling(2005)</label><mixed-citation>Zijlema, M. and Stelling, G. S.: Further experiences with computing
non-hydrostatic free-surface flows involving water waves, Int. J. Numer.
Meth. Fl., 48, 169–197, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/fld.821" ext-link-type="DOI">10.1002/fld.821</ext-link>, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx63"><label>Zijlema et al.(2011)</label><mixed-citation>Zijlema, M., Stelling, G., and Smit, P.: SWASH: An operational public domain
code for simulating wave fields and rapidly varied flows in coastal waters,
Coast. Eng., 58, 992–1012, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.05.015" ext-link-type="DOI">10.1016/j.coastaleng.2011.05.015</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>

  </ref-list><app-group content-type="float"><app><title/>

    </app></app-group></back>
    <!--<article-title-html>An axisymmetric non-hydrostatic model for double-diffusive water systems</article-title-html>
<abstract-html><p class="p">The three-dimensional (3-D) modelling of water systems involving
double-diffusive processes is challenging due to the large computation times
required to solve the flow and transport of constituents. In 3-D systems that
approach axisymmetry around a central location, computation times can be
reduced by applying a 2-D axisymmetric model set-up. This article applies the
Reynolds-averaged Navier–Stokes equations described in cylindrical
coordinates and integrates them to guarantee mass and momentum conservation.
The discretized equations are presented in a way that a Cartesian finite-volume model can be easily extended to the developed framework, which is
demonstrated by the implementation into a non-hydrostatic free-surface flow
model. This model employs temperature- and salinity-dependent densities,
molecular diffusivities, and kinematic viscosity. One quantitative case
study, based on an analytical solution derived for the radial expansion of a
dense water layer, and two qualitative case studies demonstrate a good
behaviour of the model for seepage inflows with contrasting salinities and
temperatures. Four case studies with respect to double-diffusive processes in
a stratified water body demonstrate that turbulent flows are not yet
correctly modelled near the interfaces and that an advanced turbulence model
is required.</p></abstract-html>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>Arnon et al.(2014)</label><mixed-citation>
Arnon, A., Lensky, N. G., and Selker, J. S.: High-resolution temperature
sensing in the Dead Sea using fiber optics, Water Resour. Res., 50,
1756–1772, <a href="https://doi.org/10.1002/2013WR014935" target="_blank">https://doi.org/10.1002/2013WR014935</a>, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>Batchelor(1967)</label><mixed-citation>
Batchelor, G.: An introduction to fluid dynamics, Cambridge University Press,
615 pp., 1967.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>Bennett et al.(1990)</label><mixed-citation>
Bennett, G., Reilly, T., and Hill, M.: Technical training notes in
ground-water hydrology: radial flow to a well, Technical report, US
Geological Survey; Books and Open-File Reports, 1990.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>Bergman et al.(2011)</label><mixed-citation>
Bergman, T. L., Incropera, F. P., and Lavine, A. S.: Fundamentals of heat and
mass transfer, John Wiley &amp; Sons, 1048 pp., 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>Berthold and Börner(2008)</label><mixed-citation>
Berthold, S. and Börner, F.: Detection of free vertical convection and
double-diffusion in groundwater monitoring wells with geophysical borehole
measurements, Environ. Geol., 54, 1547–1566,
<a href="https://doi.org/10.1007/s00254-007-0936-y" target="_blank">https://doi.org/10.1007/s00254-007-0936-y</a>, 2008.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>Carpenter et al.(2012)</label><mixed-citation>
Carpenter, J., Sommer, T., and Wüest, A.: Simulations of a double-diffusive
interface in the diffusive convection regime, J. Fluid Mech., 711, 411–436,
<a href="https://doi.org/10.1017/jfm.2012.399" target="_blank">https://doi.org/10.1017/jfm.2012.399</a>, 2012.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>Casulli and Cheng(1992)</label><mixed-citation>
Casulli, V. and Cheng, R. T.: Semi-implicit finite difference methods for
three-dimensional shallow water flow, Int. J. Numer. Meth. Fl., 15, 629–648,
<a href="https://doi.org/10.1002/fld.1650150602" target="_blank">https://doi.org/10.1002/fld.1650150602</a>, 1992.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>Casulli and Stelling(1998)</label><mixed-citation>
Casulli, V. and Stelling, G.: Numerical simulation of 3D quasi-hydrostatic,
free-surface flows, J. Hydraul. Eng.-ASCE, 124, 678–686, 1998.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>Cathcart and Wheaton(1987)</label><mixed-citation>
Cathcart, T. P. and Wheaton, F. W.: Modeling temperature distribution in
freshwater ponds, Aquacult. Eng., 6, 237–257,
<a href="https://doi.org/10.1016/0144-8609(87)90021-5" target="_blank">https://doi.org/10.1016/0144-8609(87)90021-5</a>, 1987.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>De Louw et al.(2013)</label><mixed-citation>
De Louw, P., Vandenbohede, A., Werner, A., and Oude Essink, G.: Natural
saltwater upconing by preferential groundwater discharge through boils, J.
Hydrol., 490, 74–87, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.03.025" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.03.025</a>, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>Dias and Lopes(2006)</label><mixed-citation>
Dias, J. and Lopes, J.: Implementation and assessment of hydrodynamic, salt
and heat transport models: The case of Ria de Aveiro Lagoon (Portugal),
Environ. Modell. Softw., 21, 1–15, <a href="https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2004.09.002" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2004.09.002</a>,
2006.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>Eckart(1958)</label><mixed-citation>
Eckart, C. H.: The equation of state of water and sea water at low
temperatures and pressures, Part 2 of Properties of water, Am. J. Sci., 256,
225–240, 1958.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>Fernando(1989)</label><mixed-citation>
Fernando, H. J. S.: Buoyancy transfer across a diffusive interface, J. Fluid
Mech., 209, 1–34, 1989.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>Fringer et al.(2005)</label><mixed-citation>
Fringer, O., Armfield, S., and Street, R.: Reducing numerical diffusion in
interfacial gravity wave simulations, Int. J. Numer. Meth. Fl., 49, 301–329,
2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>Galletti et al.(2007)</label><mixed-citation>
Galletti, C., Parente, A., and Tognotti, L.: Numerical and experimental
investigation of a mild combustion burner, Combust. Flame, 151, 649–664,
2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>Giestas et al.(2009)</label><mixed-citation>
Giestas, M., Pina, H. L., Milhazes, J. P., and Tavares, C.: Solar pond
modeling with density and viscosity dependent on temperature and salinity,
Int. J. Heat Mass Tran., 52, 2849–2857,
<a href="https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.003" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.003</a>, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>Hilgersom et al.(2016)</label><mixed-citation>
Hilgersom, K., Van de Giesen, N., De Louw, P., and Zijlema, M.:
Three-dimensional dense distributed temperature sensing for measuring layered
thermohaline systems, Water Resour. Res., 52, 6656–6670,
<a href="https://doi.org/10.1002/2016WR019119" target="_blank">https://doi.org/10.1002/2016WR019119</a>, 2016.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>Hilgersom et al.(2017)</label><mixed-citation>
Hilgersom, K., Zijlema, M., and van de Giesen, N.: An axisymmetric
hydrodynamical model: model code and data (v2), TU Delft,
<a href="https://doi.org/10.4121/uuid:95227d5d-2cf0-44ec-ab2d-705a626dcdf4" target="_blank">https://doi.org/10.4121/uuid:95227d5d-2cf0-44ec-ab2d-705a626dcdf4</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>Hirsch(1988)</label><mixed-citation>
Hirsch, C.: Numerical Computation of Internal and External Flows, Wiley,
Chichester, 1988.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib20"><label>Huppert and Turner(1981)</label><mixed-citation>
Huppert, H. E. and Turner, J.: Double-diffusive convection, J. Fluid Mech.,
106, 299–329, 1981.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib21"><label>Kelley (1990)</label><mixed-citation>
Kelley, D. E.: Fluxes through diffusive staircases: a new formulation, J.
Geophys. Res., 95, 3365–3371, <a href="https://doi.org/10.1029/JC095iC03p03365" target="_blank">https://doi.org/10.1029/JC095iC03p03365</a>, 1990.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib22"><label>Kelley et al.(2003)</label><mixed-citation>
Kelley, D. E., Fernando, H. J. S., Gargett, A. E., Tanny, J., and Özsoy,
E.: The diffusive regime of double-diffusive convection, Prog. Oceanogr., 56,
461–481, <a href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00026-0" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00026-0</a>, 2003.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib23"><label>Kimura and Smyth(2007)</label><mixed-citation>
Kimura, S. and Smyth, W.: Direct numerical simulation of salt sheets and
turbulence in a double-diffusive shear layer, Geophys. Res. Lett., 34,
L21610, <a href="https://doi.org/10.1029/2007GL031935" target="_blank">https://doi.org/10.1029/2007GL031935</a>, 2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib24"><label>Kimura et al.(2011)</label><mixed-citation>
Kimura, S., Smyth, W., and Kunze, E.: Turbulence in a sheared,
salt-fingering-favorable environment: Anisotropy and effective diffusivities,
J. Phys. Oceanogr., 41, 1144–1159, 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib25"><label>Kunze(2003)</label><mixed-citation>
Kunze, E.: A review of oceanic salt-fingering theory, Prog. Oceanogr., 56,
399–417, <a href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00027-2" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00027-2</a>, 2003.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib26"><label>Langevin(2008)</label><mixed-citation>
Langevin, C. D.: Modeling Axisymmetric Flow and Transport, Ground Water, 46,
579–590, <a href="https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2008.00445.x" target="_blank">https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2008.00445.x</a>, 2008.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib27"><label>Launder and Spalding(1974)</label><mixed-citation>
Launder, B. and Spalding, D.: The numerical computation of turbulent flows,
Comput. Method Appl. M., 3, 269–289, <a href="https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2" target="_blank">https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2</a>,
1974.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib28"><label>Linden and Shirtcliffe(1978)</label><mixed-citation>
Linden, P. F. and Shirtcliffe, T. G. L.: The diffusive interface in
double-diffusive convection, J. Fluid Mech., 87, 417–432,
<a href="https://doi.org/10.1017/S002211207800169X" target="_blank">https://doi.org/10.1017/S002211207800169X</a>, 1978.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib29"><label>Menguc and Viskanta(1986)</label><mixed-citation>
Menguc, M. and Viskanta, R.: Radiative transfer in axisymmetric, finite
cylindrical enclosures, J. Heat Transf., 108, 271–276, 1986.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib30"><label>Noguchi and Niino(2010a)</label><mixed-citation>
Noguchi, T. and Niino, H.: Multi-layered diffusive convection, Part 1:
Spontaneous layer formation, J. Fluid Mech., 651, 443–464,
<a href="https://doi.org/10.1017/S0022112009994150" target="_blank">https://doi.org/10.1017/S0022112009994150</a>, 2010a.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib31"><label>Noguchi and Niino(2010b)</label><mixed-citation>
Noguchi, T. and Niino, H.: Multi-layered diffusive convection, Part 2:
Dynamics of layer evolution, J. Fluid Mech., 651, 465–481,
<a href="https://doi.org/10.1017/S0022112010994160" target="_blank">https://doi.org/10.1017/S0022112010994160</a>, 2010b.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib32"><label>Paik et al.(2009)</label><mixed-citation>
Paik, J., Eghbalzadeh, A., and Sotiropoulos, F.: Three-dimensional unsteady
RANS modeling of discontinuous gravity currents in rectangular domains, J.
Hydraul. Eng., 135, 505–521, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib33"><label>Radko et al.(2014a)</label><mixed-citation>
Radko, T., Bulters, A., Flanagan, J., and Campin, J.-M.: Double-diffusive
recipes, Part I: Large-scale dynamics of thermohaline staircases, J. Phys.
Oceanogr., 44, 1269–1284, <a href="https://doi.org/10.1175/JPO-D-13-0155.1" target="_blank">https://doi.org/10.1175/JPO-D-13-0155.1</a>, 2014a.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib34"><label>Radko et al.(2014b)</label><mixed-citation>
Radko, T., Flanagan, J., Stellmach, S., and Timmermans, M.-L.:
Double-diffusive recipes, Part II: Layer-merging events, J. Phys. Oceanogr.,
44, 1285–1305, <a href="https://doi.org/10.1175/JPO-D-13-0156.1" target="_blank">https://doi.org/10.1175/JPO-D-13-0156.1</a>, 2014b.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib35"><label>Reilly and Harbaugh(1993)</label><mixed-citation>
Reilly, T. E. and Harbaugh, A. W.: Simulation of Cylindrical Flow to a Well
Using the US Geological Survey Modular Finite-Difference Ground-Water Flow
Model, Ground Water, 31, 489–494, 1993.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib36"><label>Ruddick(1983)</label><mixed-citation>
Ruddick, B.: A practical indicator of the stability of the water column to
double-diffusive activity, Deep-Sea Res. Pt. I, 30, 1105–1107, 1983.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib37"><label>Ruddick and Gargett(2003)</label><mixed-citation>
Ruddick, B. and Gargett, A. E.: Oceanic double-infusion: introduction, Prog.
Oceanogr., 56, 381–393, <a href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00024-7" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00024-7</a>, 2003.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib38"><label>Schmid et al.(2003)</label><mixed-citation>
Schmid, M., Lorke, A., Wüest, A., Halbwachs, M., and Tanyileke, G.:
Development and sensitivity analysis of a model for assessing stratification
and safety of Lake Nyos during artificial degassing, Ocean Dynam., 53,
288–301, 2003.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib39"><label>Schmid et al.(2004)</label><mixed-citation>
Schmid, M., Lorke, A., Dinkel, C., Tanyileke, G., and Wüest, A.:
Double-diffusive convection in Lake Nyos, Cameroon, Deep-Sea Res. Pt. I, 51,
1097–1111, <a href="https://doi.org/10.1016/j.dsr.2004.02.010" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.dsr.2004.02.010</a>, 2004.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib40"><label>Schubert et al.(1998)</label><mixed-citation>
Schubert, F., Peiffer, A., Köhler, B., and Sanderson, T.: The
elastodynamic finite integration technique for waves in cylindrical
geometries, J. Acoust. Soc. Am., 104, 2604–2614, 1998.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib41"><label>Shima et al.(1985)</label><mixed-citation>
Shima, E., Matsuda, T., Takeda, H., and Sawada, K.: Hydrodynamic calculations
of axisymmetric accretion flow, Mon. Not. R. Astron. Soc., 217, 367–386,
<a href="https://doi.org/10.1093/mnras/217.2.367" target="_blank">https://doi.org/10.1093/mnras/217.2.367</a>, 1985.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib42"><label>Sommer et al.(2014)</label><mixed-citation>
Sommer, T., Carpenter, J. R., and Wüest, A.: Double-diffusive interfaces
in Lake Kivu reproduced by direct numerical simulations, Geophys. Res. Lett.,
41, 5114–5121, <a href="https://doi.org/10.1002/2014GL060716" target="_blank">https://doi.org/10.1002/2014GL060716</a>, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib43"><label>Stern(1967)</label><mixed-citation>
Stern, M. E.: Lateral mixing of water masses, Deep-Sea Res., 14, 747–753,
<a href="https://doi.org/10.1016/S0011-7471(67)80011-1" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0011-7471(67)80011-1</a>, 1967.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib44"><label>Stern(1969)</label><mixed-citation>
Stern, M. E.: Collective instability of salt fingers, J. Fluid Mech., 35,
209–218, <a href="https://doi.org/10.1017/S0022112069001066" target="_blank">https://doi.org/10.1017/S0022112069001066</a>, 1969.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib45"><label>Stern(1975)</label><mixed-citation>
Stern, M. E.: Ocean circulation physics, Academic Press Inc., 1975.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib46"><label>Stommel and Fedorov(1967)</label><mixed-citation>
Stommel, H. and Fedorov, K.: Small scale structure in temperature and
salinity near Timor and Mindanao, Tellus A, 19, 306–325,
<a href="https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1967.tb01484.x" target="_blank">https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1967.tb01484.x</a>, 1967.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib47"><label>Stommel et al.(1956)</label><mixed-citation>
Stommel, H., Arons, A., and Blanchard, D.: An oceanographical curiosity: the
perpetual salt fountain, Deep-Sea Res., 3, 152–153, 1956.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib48"><label>Suárez et al.(2010)</label><mixed-citation>
Suárez, F., Tyler, S., and Childress, A.: A fully coupled, transient
double-diffusive convective model for salt-gradient solar ponds, Int. J. Heat
Mass Tran., 53, 1718–1730, <a href="https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.01.017" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.01.017</a>,
2010.

</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib49"><label>Suárez et al.(2014)</label><mixed-citation>
Suárez, F., Ruskowitz, J. A., Childress, A. E., and Tyler, S. W.:
Understanding the expected performance of large-scale solar ponds from
laboratory-scale observations and numerical modeling, Appl. Energ., 117,
1–10, <a href="https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.12.005" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.12.005</a>, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib50"><label>SWASH source code(2011)</label><mixed-citation>
SWASH: SWASH source code (Version 1.20), available at:
<a href="http://swash.sourceforge.net/" target="_blank">http://swash.sourceforge.net/</a> (last access: 30 May 2016), 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib51"><label>Toffolon et al.(2015)</label><mixed-citation>
Toffolon, M., Wüest, A., and Sommer, T.: Minimal model for double
diffusion and its application to Kivu, Nyos, and Powell Lake, J. Geophys.
Res.-Oceans, 120, 6202–6224, <a href="https://doi.org/10.1002/2015JC010970" target="_blank">https://doi.org/10.1002/2015JC010970</a>, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib52"><label>Traxler et al.(2011)</label><mixed-citation>
Traxler, A., Stellmach, S., Garaud, P., Radko, T., and Brummeln, N.: Dynamics
of fingering convection. Part 1 Small-scale fluxes and large-scale
instabilities, J. Fluid Mech., 677, 530–553, <a href="https://doi.org/10.1017/jfm.2011.98" target="_blank">https://doi.org/10.1017/jfm.2011.98</a>,
2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib53"><label>Turner(1965)</label><mixed-citation>
Turner, J. S.: The coupled turbulent transports of salt and heat across a
sharp density interface, Int. J. Heat Mass Tran., 8, 759–760, 761–767,
<a href="https://doi.org/10.1016/0017-9310(65)90022-0" target="_blank">https://doi.org/10.1016/0017-9310(65)90022-0</a>, 1965.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib54"><label>Turner(1973)</label><mixed-citation>
Turner, J. S.: Buoyancy Effects in Fluids, Cambridge University Press,
367 pp., 1973.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib55"><label>UNESCO(1981)</label><mixed-citation>
UNESCO: Tenth report of the joint panel on oceanographic tables and
standards, UNESCO Technical Paper in Marine Science, vol. 36,
25 pp., 1981.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib56"><label>Vega(2002)</label><mixed-citation>
Vega, L. A.: Ocean Thermal Energy Conversion Primer, Mar. Technol. Soc. J.,
36, 25–35, <a href="https://doi.org/10.4031/002533202787908626" target="_blank">https://doi.org/10.4031/002533202787908626</a>, 2002.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib57"><label>Venayagamoorthy(2003)</label><mixed-citation>
Venayagamoorthy, S. K., Koseff, J. R., Ferziger, J. H., and Shih, L. H.:
Testing of RANS turbulence models for stratified flows based on DNS data,
Stanford University CA Environmental Fluid Mechanics Lab, 2003.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib58"><label>Washburn and West(1933)</label><mixed-citation>
Washburn, E. W. and West, C. J.: International Critical Tables of Numerical
Data, Physics, Chemistry and Technology, vol. 5, McGraw-Hill, 471 pp.,
1933.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib59"><label>Wright(1997)</label><mixed-citation>
Wright, D. G.: An Equation of State for Use in Ocean Models: Eckart's Formula
Revisited, J. Atmos. Ocean. Tech., 14, 735–740,
<a href="https://doi.org/10.1175/1520-0426(1997)014&lt;0735:AEOSFU&gt;2.0.CO;2" target="_blank">https://doi.org/10.1175/1520-0426(1997)014&lt;0735:AEOSFU&gt;2.0.CO;2</a>, 1997.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib60"><label>Yoshida and Nagashima(2003)</label><mixed-citation>
Yoshida, J. and Nagashima, H.: Numerical experiments on salt-finger
convection, Prog. Oceanogr., 56, 435–459,
<a href="https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00032-6" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0079-6611(03)00032-6</a>, 2003.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib61"><label>Zijlema and Stelling(2008)</label><mixed-citation>
Zijlema, M. and Stelling, G.: Efficient computation of surf zone waves using
the nonlinear shallow water equations with non-hydrostatic pressure, Coast.
Eng., 55, 780–790, 2008.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib62"><label>Zijlema and Stelling(2005)</label><mixed-citation>
Zijlema, M. and Stelling, G. S.: Further experiences with computing
non-hydrostatic free-surface flows involving water waves, Int. J. Numer.
Meth. Fl., 48, 169–197, <a href="https://doi.org/10.1002/fld.821" target="_blank">https://doi.org/10.1002/fld.821</a>, 2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib63"><label>Zijlema et al.(2011)</label><mixed-citation>
Zijlema, M., Stelling, G., and Smit, P.: SWASH: An operational public domain
code for simulating wave fields and rapidly varied flows in coastal waters,
Coast. Eng., 58, 992–1012, <a href="https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.05.015" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.05.015</a>, 2011.
</mixed-citation></ref-html>--></article>
