Giáo trình học Động lực học biển - Chương 1

1.1 Những khái niệm chung về dòng chảy biển Dòng chảy là sự chuyển động có hướng của các hạt nước. Vận tốc của dòng chảy ngang thường được biểu diễn bằng nút (nút = hải lý/giờ). Đối với các dòng chảy có vận tốc nhỏ người ta sử dụng đơn vị hải lý/ngày. Trong các nghiên cứu lý thuyết người ta quy ước dùng đơn vị cm/s. Hướng dòng chảy là hướng mà dòng chảy đó sẽ đến, ví dụ: dòng chảy biển chảy về phía đông được gọi là dòng chảy hướng đông... ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình học Động lực học biển - Chương 1 25 ∂T ∂S = 0. (1.82) = ∂n ∂n - Tại các đoạn biên lỏng bên, cần phải xác định được các giá trị của dòng nhiệt và muốihay gradien của nhiệt và muối tương ứng theo phương pháp tuyến với mặt cắt qua biên đó: ∂T ∂S (1.83) = G Tn ; = G Sn ∂n ∂n Các điều kiện ban đầu phản ánh trạng thái nhiệt động của đại dương tại thời điểm ban đầut = 0. Thông thường phải cho trước trường của các đặc trưng hải dương tại thời điểm ban đầu: u = u(0), v = v(0), w = w(0), p = p(0), T = T(0), s = s(0), ρ = ρ(0). (1.84) Khi giải các bài toán dừng thì các điều kiện ban đầu không có.1.5 Phân loại các quá trình không dừng trong đại dương và một số phép xấp xỉ ứng dụng cho nghiên cứu dòng chảy1.5.1 Phân loại các quá trình không dừng Khi nghiên cứu hải dương, ta thấy hiện tượng dao động theo thời gian của các trường hảidương như trường vận tốc dòng chảy V, trường nhiệt độ T0, trường độ muối S0/00, trường mậtđộ ρ..., chúng tạo nên các quá trình vật lý rất đa dạng trong biển. Để phân loại các quá trìnhđó theo thời gian và không gian, tương tự như việc phân loại sự thay đổi của các trường khíhậu, người ta xuất phát từ phổ của chu kỳ mà chia chúng thành 7 khoảng thời gian. 1. Các hiện tượng quy mô nhỏ: Chu kỳ từ vài giây đến hàng chục phút. Những hiện tượng thuộc loại này có: sóng mặt,sóng trong, rối và các quá trình tiến triển về cấu trúc vi mô thẳng đứng của đại dương. 2. Các hiện tượng quy mô trung bình: Chu kỳ từ vài giờ đến hàng ngày. Đó là các dao động triều và dao động quán tính, chúngxuất hiện do tác dụng của lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời và lực quán tính khi cóchuyển động quay của các hành tinh (có thể như thuỷ triều chu kỳ dài nhưng với biên độ rấtnhỏ). Có thể bao gồm cả những dao động ngày có nguồn gốc nhiệt, tức là những thay đổi gâyra do bức xạ mặt trời. 3. Thay đổi quy mô synốp: Chu kỳ một vài ngày đến hàng tháng. Đó là sự thành tạo các xoáy không chu kỳ trongđại dương với quy mô bậc xấp xỉ 100 km nhờ tác động tích luỹ của những dao động khíquyển (như tác động của gió thay đổi trên mặt đại dương và những tác động nhiệt của khí 25 26quyển) và các quá trình thuỷ nhiệt động không ổn định của các dòng chảy đại dương với quymô lớn. 4. Những dao động mùa: Chu kỳ năm và lớn hơn, chúng biểu hiện rõ ràng nhất ở các vĩ độ cao, như ở vùng giómùa ở Ấn Độ Dương. 5. Sự thay đổi giữa các năm: Tức là những thay đổi phù hợp với trạng thái của các vùng biển lớn và của toàn bộ khíquyển từ năm này sang năm khác. Ví dụ: có thể là sự tự dao động của một nhánh phía bắc của Gơnstrim với chu kỳ 3,5năm, hiện tượng gần như 2 năm “En - Nino” ở vùng biển ven bờ Pêru của Thái Bình Dương,sự dịch chuyển các dị thường nhiệt theo các vòng hoàn lưu nước trong Đại dương Thế giới ... 6. Sự thay đổi trong thế kỷ: Chu kỳ vài chục năm. Đó là việc nghiên cứu mối liên hệ giữa đại dương với những thayđổi trong thế kỷ của khí hậu. 7. Thay đổi giữa các thế kỷ: Chu kỳ hàng trăm năm và lớn hơn. Đó là việc nghiên cứu mối liên hệ giữa đại dương vớinhững dao động giữa các thế kỷ của khí hậu.1.5.2 Một số phép xấp xỉ ứng dụng cho nghiên cứu dòng chảy biển Khi nghiên cứu các quá trình trong đại dương người ta thường xuất phát từ các quy luậtcơ bản về thuỷ nhiệt động lực học của đại dương: các định luật của Niutơn về chuyển động,phương trình bảo toàn khối lượng, phương trình khuếch tán nhiệt và muối. Những đặc điểmcơ bản trong các chuyển động của đại dương là các đặc trưng rối của chúng, do đó cácphương trình xuất phát cần phải là các phương trình trung bình và thay cho việc tìm cáctrường tức thời của các đặc trưng hải dương, ta sẽ xét các bài toán xác định các trường trungbình (với nghĩa thống kê) của chúng. Đối với các chuyển động trung bình thì các phép xấp xỉsau đây là đúng: 1. Xấp xỉ tựa tĩnh Khi nghiên cứu các quá trình với quy mô trung bình và lớn trong đại dương (quy môthẳng đứng H ≈ 100 m ÷ 1 km và các quy mô ngang L ≈ 100 ÷ 1000 km) thì vận tốc thẳngđứng nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc ngang. Xét bậc đại lượng trong phương trình bảo toànkhối lượng (phương trình liên tục): W = H.U/L suy ra W = 10-3U (1.85) với W, U là các đại lượng đặc trưng của tốc độ theo phương thẳng đứng và nằm ngang. ...