VẬT LÝ BIỂN ( Đinh Văn Ưu - Nguyễn Minh Huấn - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 3

HỆ CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THUỶ NHIỆT ĐỘNG HỌC 3.1. QUY MÔ CÁC QUÁ TRÌNH THUỶ NHIỆT ĐỘNG HỌC BIỂNCác bài toán hải dương học luôn liên quan tới môi trường nước chứa trong các bể tự nhiên với dạng bờ, đáy, các cửa với kích thước và vị trí địa lý cụ thể. Vì vậy việc sử dụng phương pháp địa thuỷ động lực là cần thiết. Các đặc trưng cơ bản của môi trường biển có sự biến động liên tục do tổng hợp các quy mô thời gian và không gian khác nhau: từ quy...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
VẬT LÝ BIỂN ( Đinh Văn Ưu - Nguyễn Minh Huấn - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 3 Chương 3 HỆ CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN THUỶ NHIỆT ĐỘNG HỌC 3.1. QUY MÔ CÁC QUÁ TRÌNH THUỶ NHIỆT ĐỘNG HỌC BIỂN Các bài toán hải dương học luôn liên quan tới môi trường nước chứa trong các bể tựnhiên với dạng bờ, đáy, các cửa với kích thước và vị trí địa lý cụ thể. Vì vậy việc sử dụngphương pháp địa thuỷ động lực là cần thiết. Các đặc trưng cơ bản của môi trường biển có sựbiến động liên tục do tổng hợp các quy mô thời gian và không gian khác nhau: từ quy mô nhỏ(khoảng một vài giây đến hàng giờ) đến quy mô trung bình (ngày, tuần) và quy mô lớn. Trên hình 3.1 đưa ra đồ thị kết quả phân tích phổ năng lượng hai chiều (T và L) đặctrưng cho các quá trình biển và khí quyển. Hình 3.1. Phân bố hai chiều phổ năng lượng các quá trình đại dương- khí quyển Trong bảng 3.1 đưa ra bức tranh biến động của các quá trình địa - thuỷ động lực biểnvới toàn bộ các giải phổ thường gặp (Nihoul, 1989) , thể hiện thông qua các tần số ƒ = 1/T(s-1 ) và quy mô thời gian T tương ứng. Các đỉnh phổ tương ứng các tần suất dao động tự do(t.s.riêng) của hệ : sóng nội, dao động quán tính, sóng Rossby, El-Nino... hoặc dao động dongoại lực : biến động ngày, năm của bức xạ; triều , bão , biến động khí hậu, v.v.. 34 Bảng 3.1. Sơ đồ tổng quát biến động địa-thuỷ động lực biển Quy Khí hậu Vĩ mô Trung bình Vừa Nhỏ Vi mô mô Climatisca Macroscale Mesoscale Mesialscal Small- Microsca le e scale le f (s-1) 10-9 10-8 10-7 10-5 10- 10-3 10-2 10-6 4 10-1 T Nhiều năm Năm, Tuần, Giờ Phút 1 < 1 giây Tháng Ngày giây Sóng Daođộng Sóng Sóng Sóng âm Rossby quán tính nội mặt Hiện Bão/triều Biến động Biến động Sóng Xáo trộn Tản mát tượng mùa thời tiết Langmuir gió năng lượng Biến đổi Luân phiên xáo Cấu trúc nhỏ và phân tầng do trộn và phân thẳng đứng 3D Khuếch đối lưu tán quá tầng trong lớp trong lớp phân tử nước trên cùng xáo trộn Hoàn lưu chung đại dương trình Hoàn lưu sâu Xoáy synop Trao đổi qua thềm lục địa Dải front - Thời tiết biển - Trong các quá trình nhiệt thuỷ động lực cơ sở có ba tần số đặc trưng chủ yếu đó là: - tần số Brunt-Vaisailia N phụ thuộc vào độ phân tầng mật độ, giá trị cực đại của N vàokhoảng 10-2 s-1. tần số Coriolis : ƒ= 2ω và có bậc đại lượng trung bình vào khoảng 10-4 s-1 tần số Kibel j liên quan đến độ cong của mặt cầu quả đất j ~ βr với β = gradƒ và r =(NH/f) - bán kính biến dạng Rossby tương ứng với độ sâu đặc trưng H; j có bậc đại lượng vàokhoảng 10-6s-1. Các thành phần chuyển động với quy mô thời gian trong khoảng j-1(một vàituần) do tác động của độ cong mặt đất gây nên. Với các phương pháp nghiên cứu của các khoa học cơ bản như toán học, vật lý, cơ học,chúng ta đã thu được các kiến thức tương đối vững chắc về các quá trình quy mô nhỏ và vimô (rối), cho phép tính toán được các đặc trưng của các hiện tượng như sóng gió, sóng âm,xáo trộn rối,v.v... Những kết quả này đã tạo tiền đề cho việc nghiên cứu các quá trình quy môvừa và lớn trong biển. Bên cạnh các quá trình quy mô lớn đặc trưng cho chế độ (khí hậu), các quá trình quymô vừa (triều, bão, lũ, gió đất-biển,v.v...) có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với sự ổnđịnh và phát triển của toàn hệ thống. 35 Đối với các đặc trưng thuỷ động lực biển, các biến động ngày đêm và mùa có một ýnghĩa hết sức quan trọng vì các quá trình động lực học, sinh học, sinh thái và các hiện tượngkhí quyển liên quan đều có năng lượng lớn trong dải phổ này. Những hiện tượng hải dươngquy mô này đã được giáo sư Nihoul gọi là thời tiết biển′ và đề xuất ý kiến nên tập trungnghiên cứu chúng. Những kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cũng như mô hình hóa hệ thống biển, baogồm dải ven bờ, đã cho thấy rằng các quá trình thủy nhiệ ...