Tương tác biển khí quyển ( Đinh Văn Ưu ) - Chương 2

Hệ quả tương tác biển và khí quyển2.1. T-ơng tác nhiệt các lớp biên biển khí và ph-ơng pháp mô hình hoá lớp hoạt động trên của biển. Trong lớp biên trên cùng của biển, những biến động của các đặc tr-ng thuỷ nhiệt động lực và môi tr-ờng biển chỉ có ý nghĩa đáng kể trong lớp hoạt động trên. Tại các độ sâu lớn hơn giới hạn của lớp hoạt động, biên độ dao động mùa của các đặc tr-ng n-ớc biển nh- độ muối, nhiệt độ, v.v.. nhỏ hơn nhiều so với trên mặt biển. Có thể...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tương tác biển khí quyển ( Đinh Văn Ưu ) - Chương 2 Ch−¬ng 2 HÖ qu¶ t−¬ng t¸c biÓn vµ khÝ quyÓn 2.1. T−¬ng t¸c nhiÖt c¸c líp biªn biÓn khÝ vµ ph−¬ng ph¸pm« h×nh ho¸ líp ho¹t ®éng trªn cña biÓn. Trong líp biªn trªn cïng cña biÓn, nh÷ng biÕn ®éng cña c¸c ®Æc tr−ng thuûnhiÖt ®éng lùc vµ m«i tr−êng biÓn chØ cã ý nghÜa ®¸ng kÓ trong líp ho¹t ®éng trªn.T¹i c¸c ®é s©u lín h¬n giíi h¹n cña líp ho¹t ®éng, biªn ®é dao ®éng mïa cña c¸c®Æc tr−ng n−íc biÓn nh− ®é muèi, nhiÖt ®é, v.v.. nhá h¬n nhiÒu so víi trªn mÆt biÓn.Cã thÓ lÊy tû lÖ tíi h¹n gi÷a biªn ®é t¹i hai líp trªn lµ 10% lµm chØ tiªu x¸c ®Þnh ®és©u líp ho¹t ®éng H. §èi víi c¸c vïng biÓn kh«ng cã ®èi l−u th¼ng ®øng cña mËt ®éth× ®é s©u cña líp ho¹t ®éng H vµ líp mas¸t Ecman D hÇu nh− trïng nhau. CÊu tróc th¼ng ®øng cña líp ho¹t ®éng còng bao gåm hai líp nhá h¬n lµ líptùa ®ång nhÊt (T§N) trªn vµ líp nªm nhiÖt (TN - thermocline) mïa. §é dµy cña líptùa ®ång nhÊt trªn (h) còng cã sù biÕn ®éng lín do t¸c ®éng trùc tiÕp cña c¸c qu¸tr×nh t−¬ng t¸c nhiÖt - ®éng lùc biÓn - khÝ quyÓn. §Ó m« pháng vµ nghiªn cøu c¸c quy luËt biÕn ®éng cña líp ho¹t ®éng trªn cñabiÓn, th«ng th−êng ph¶i sö dông hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh thuû nhiÖt ®éng lùc häc lípbiªn bao gåm c¸c ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng, c©n b»ng nhiÖt l−îng, c©n b»ng muèi-n−íc ngät vµ c©n b»ng n¨ng l−îng. §Ó tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña khÝ quyÓn lªn lípho¹t ®éng, ph−¬ng ph¸p tèt nhÊt lµ gi¶i ®ång thêi hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh m« t¶ c¸c qu¸tr×nh trªn cho c¶ hai líp biªn cña biÓn vµ khÝ quyÓn. Tuy nhiªn viÖc gi¶i ®ång thêinµy rÊt phøc t¹p, v× vËy c¸c ®Æc tr−ng khÝ quyÓn, bao gåm c¸c th«ng l−îng qua mÆtph©n c¸ch n−íc - kh«ng khÝ , ®−îc tÝnh ®Õn nh− c¸c ®iÒu kiÖn biªn trong bµi to¸nlíp ho¹t ®éng trªn cña biÓn. §èi víi bµi to¸n líp ho¹t ®éng trªn cña biÓn, còng tån t¹i hai h−íng gi¶i kh¸cnhau: gi¶i trùc tiÕp hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n - ®¹o hµm riªng vµ ph−¬ng ph¸p tÝchph©n c¸c ph−¬ng tr×nh ®ã theo ®é s©u cho líp tùa ®ång nhÊt vµ líp nªm nhiÖt. D−íi®©y tr×nh bµy c¬ së ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n trong nghiªn cøu líp ho¹t ®éng trªn cñabiÓn. Tr−íc hÕt, lÊy tÝch ph©n c¸c ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt vµ khuyÕch t¸n ®é muèitõ mÆt biÓn ®Õn hÕt líp tùa ®ång nhÊt trªn h, ta cã: ∂T0 ∂T ∂T F F + U 0 + V 0 = T 0 − T h + Kl∇ 2 T0 h h ∂t ∂x ∂y ρCp ρCp 28 ∂S 0 ∂S ∂S F F + U 0 + V 0 = S 0 − S h + Kl∇ 2 S 0 h (2.1) h ∂t ∂x ∂y ρ ρ trong ®ã T0 vµ S0 lµ nhiÖt ®é vµ ®é muèi cña líp tùa ®ång nhÊt trªn cã gi¸ trÞkh«ng biÕn ®æi theo ®é s©u tõ mÆt biÓn (0 m) ®Õn ®é s©u h; FT0, FS0, FTh, FSh lµ c¸cth«ng l−îng nhiÖt vµ muèi qua mÆt biÓn vµ t¹i mÆt ph©n c¸ch gi÷a líp tùa ®ång nhÊtvµ líp nªm nhiÖt, U vµ V c¸c thµnh phÇn cña hµm dßng toµn phÇn. C¸c gi¸ trÞ U vµV ®−îc tÝnh tõ c¸c thµnh phÇn vËn tèc t−¬ng øng u vµ v: h h ∫ ∫ U= udz ,V= vdz . 0 0 C¸c th«ng l−îng FT0 vµ FS0 dÔ dµng tÝnh to¸n ®−îc theo c¸c ®iÒu kiÖn t−¬ngt¸c biÓn - khÝ quyÓn trªn mÆt biÓn nh− ®· tr×nh bµy ë phÇn tr−íc, chóng bao gåm c¸cthµnh phÇn chñ yÕu sau ®©y: FT0 = Bo + F + LE FS0 = S0(E - P), trong ®ã Bo lµ bøc x¹ mÆt trêi tæng céng, F - th«ng l−îng nhiÖt hiÖn rèi, E -th«ng l−îng Èm rèi, LE ( L - nhiÖt ho¸ h¬i) - th«ng l−îng nhiÖt Èn rèi, P - l−îngn−íc ngät (m−a), S0 - ®é muèi trªn mÆt biÓn. §Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng l−îng qua mÆt ph©n c¸ch gi÷a líp tùa ®ång nhÊt vµ lípnªm nhiÖt: FTh vµ FSh ng−êi ta th−êng sö dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p tham sè ho¸ kh¸cnhau, trong ®ã ph−¬ng ph¸p sö dông ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt vµ khuyÕch t¸n tronglíp nªm nhiÖt lµ hîp lý h¬n c¶. Cã thÓ tÝch ph©n hai ph−¬ng tr×nh nµy tõ ®é s©u h®Õn hÕt líp nªm nhiÖt H, kÕt qu¶ cho thÊy: ∂ ∂h ∂T ∂T ∂T H H H H ∫ Tdz + T0 ∂t + ∫ u ∂x dz + ∫ v ∂y dz + ∫ w ∂z dz = ∂t h h h h H FTh F − TH + Kl ∫ ∇ 2 Tdz = ρCp ρCp h ∂ ∂h ∂S ∂S ∂S H H H H ∫ Sdz + S0 ∂t + ∫ u ∂x dz + ∫ v ∂y dz + ∫ w ∂z dz = ∂t h h h h (2.2) H FSh FSH + Kl ∫ ∇ 2 Sdz = − ρ ρ h Trong hai ph−¬ng tr×nh nµy, c¸c thµnh phÇn FTH vµ FSH cã thÓ bá qua v× th«ngl− ...