nhӳng vùng ven bӡ nhiӋt ÿӟi, tiӃng ӗn kƭ thuұt chӍ hay gһp ӣ các cҧng và gҫn
các tuyӃn hàng hҧi, còn tiӃng ӗn dѭӟi băng chӍ có ӣ các vùng cӵc. ChӍ có
tiӃng ӗn ÿӝng lӵc quan sát ÿѭӧc ӣ khҳp nѫi và trong mӑi ÿiӅu kiӋn khí tѭӧng
thӫy văn.
Mӝt trong nhӳng biӇu lӝ lý thú cӫa tiӃng ӗn ÿӝng lӵc là hiӋn t
ѭӧng
ÿѭӧc gӑi là
gi͕ng bi͋n. Ĉó là tiӃng ӗn vӟi tҫn sӕ tӯ 5 ÿӃn 12 Hz xuҩt hiӋn ӣ
vùng hoҥt ÿӝng bão. Ngѭӡi ta cho rҵng tiӃng ӗn loҥi này phát sinh trong
nhӳng ÿiӅu kiӋn nhҩt ÿӏnh khi các dòng không khí chuyӇn ÿӝng bên trên
sóng ÿҥi dѭѫng. Xuҩt hiӋn ӣ vùng bão, “giӑng biӇn” truyӅn ÿi trong không
khí và trong nѭӟc vӟi tӕc ÿӝ âm, vѭӧt trѭӟc sӵ di chuyӇn cӫa thành tҥo khí
áp. Rҩt có thӇ rҵng chính nh
ӳng tí
n hiӋu này ÿã ÿѭӧc nhiӅu loài ÿӝng vұt
biӇn (thí dө các loài sӭa) lӧi dөng ÿӇ kӏp thӡi tránh nhӳng nѫi nguy hiӇm ÿӕi
vӟi chúng.
Chѭѫng 4
Sӵ xáo trӝn nѭӟc trong ÿҥi dѭѫng
4.1. Khái niӋm vӅ xáo trӝn
ChӍ có chҩt lӓng lí tѭӣng ӣ trҥng bҩt ÿӝng hoàn toàn mӟi không có xáo
trӝn. Trong nѭӟc biӇn thӵc tӃ luôn diӉn ra sӵ xáo trӝn, vì có nhӳng quá trình
liên tөc tác ÿӝng làm biӃn ÿәi sӵ phân bӕ các ÿһc trѭng lý - hóa cӫa nѭӟc
trong phѭѫng thҷng ÿӭng và phѭѫng ngang. Ĉó là các quá trình hҩp thө và
bӭc xҥ nhiӋt, bӕc hѫi, giáng thӫy, dòng nѭӟc lөc ÿӏa, ÿóng và tan băng, sóng
gió v.v
Rõ ràng cѭӡng
ÿӝ cӫa các quá trình này không giӕng nhau ӣ các vùng
ÿҥi dѭѫng và tҥi các ÿӝ sâu khác nhau. ĈiӅu ÿó gây nên sӵ bҩt ÿӗng ÿӅu
trong phân bӕ các ÿһc trѭng vұt lý và do ÿó xuҩt hiӋn các graÿien theo
phѭѫng ngang và phѭѫng thҷng ÿӭng. Ĉӗng thӡi vӟi các graÿien xuҩt hiӋn,

Re ,
trong ÿó
l kích thѭӟc ÿһc trѭng cӫa dòng chuyӇn ÿӝng, V tӕc ÿӝ chuyӇn
ÿӝng trung bình cӫa dòng,

P
hӋ sӕ nhӟt phân tӱÿӝng lӵc hӑc.
Nhӡ thí nghiӋm trong ӕng khí ÿӝng lӵc ÿã xác lұp ÿѭӧc giá trӏ tӟi hҥn
0002. NӃu kíc
h thѭӟc phѭѫng ngang cӫa dòng chҩp nhұn bҵng 10 m, Re

cr
155 156
thì vӟi 0015,0
P
kg/(m.s) Re
cr
ÿҥt ÿѭӧc tҥi tӕc ÿӝ dòng m/s và
nӃu kích thѭӟc ngang bҵng 100 m thì sӕ Reinolds ÿҥt giá trӏ tӟi hҥn khi
5
103

 V m/s. Vì tӕc ÿӝ các dòng chҧy thӵc trong ÿҥi dѭѫng và các biӇn
cao hѫn nhiӅu so vӟi nhӳng giá trӏ vӯa nêu, nên trong tӵ nhiên chuyӇn ÿӝng
hҫu nhѭ luôn luôn có ÿһc ÿiӇm rӕi chӭ không phҧi là phân lӟp.
4
103

 V
Xáo trӝn rӕi có thӇ diӉn ra trên hѭӟng thҷng ÿӭng và hѭӟng ngang. Và

Ta xét mӝt phҫn tӱ nhӓ cӫa nѭӟc biӇn có thӇ tích ÿѫn vӏ vӟi mұt ÿӝ
U
,
bӏ bӭt ra khӓi trҥng thái cân bҵng thҷng ÿӭng, tӭc do mӝt xung nào ÿó bӏ di
chuyӇn trên phѭѫng thҷng ÿӭng lên trên hoһc xuӕng dѭӟi mӝt khoҧng cách
z
' . Trong ÿҥi dѭѫng chӏu nén và bҩt ÿӗng nhҩt vӅ mұt ÿӝ, phҫn tӱ này rѫi
vào mӝt môi trѭӡng vӟi mұt ÿӝ
U
U
U
'r
c
lӟn hѫn hoһc nhӓ hѫn và nó bҳt
ÿҫu chӏu tác ÿӝng cӫa lӵc Acsimet (lӵc ÿӝ nәi) bҵng
U
U
U
'r 
c
ggF )( . (4.1)
DiӉn biӃn tiӃp theo cӫa phҫn tӱÿang xét dѭӟi ҧnh hѭӣng cӫa lӵc
Acsimet sӁ phө thuӝc vào kiӇu phân tҫng mұt ÿӝ, tӭc sӵ phân bӕ các lӟp
nѭӟc trên phѭѫng thҷng ÿӭng qui ÿӏnh ÿiӅu kiӋn cân bҵng trong biӇn. Phân
tҫng có thӇ là dѭѫng (әn ÿӏnh), âm (bҩt әn ÿӏnh), cân bҵng (phiӃm ÿӏnh).
Phân tҫng mұt ÿӝ có thӇ g
ӗm
hai hӧp phҫn: hӧp phҫn nhi͏t và hӧp phҫn ÿ͡
mu͙i
. Phân tҫng nhiӋt và phân tҫng ÿӝ muӕi ÿѭӧc xác ÿӏnh bӣi các graÿien

trong ÿó
m
khӕi lѭӧng cӫa phҫn tӱ.
Ӭng vӟi mӝt ÿѫn vӏ khoҧng cách thҷng ÿӭng, gia tӕc này bҵng
157 158
z
g
'
'
r
U
U
.
Khi ÿó biӇu thӭc
dz
d
z
g
gE
z
z
U
U
U
U
1
lim
0
'
'

10

, ta có thӇ viӃt
zp
EE
1
02,1


U
.
Tӯÿây thҩy rҵng vӟi ÿӝ chính xác ÿӫ cho các mөc ÿích thӵc tiӉn, có
thӇ chҩp nhұn.
zp
EE
ThӃ vi phân cӫa mұt ÿӝ vào (4.4)
dPkdSTdd
A

1
)( '

ETDUU
, (4.7)
ta ÿѭӧc
dz
dP
k
dz
dS

BiӇu thӭc này có thӇ ÿѭӧc gӑi là ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt muӕi. Vì
, tӯ
(4.9) ta có
A
TT '
T
dz
dS
dz
dT
dz
dT
E
A
ED

¸
¸
¹
·
¨
¨
©
§
 . (4.10)
Trong thӵc tӃ thông thѭӡng ngѭӡi ta vүn tính hӧp phҫn cân bҵng toàn
phҫn này, nó phө thuӝc vào phân bӕ nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ và ÿӝ muӕi theo phѭѫng
thҷng ÿӭng.
Pollak ÿã nhұn ÿѭӧc mӝt biӇu thӭc quan trӑng liên hӋÿӝәn ÿӏnh thҷng
ÿӭng vӟi tӕc ÿӝ âm:

A
w
w

w
w

w
w

U
U
U
, (4.12)
công thӭc này ÿѭӧc dùng rӝng rãi trong tính toán thӵc tӃ và ÿѭӧc gӑi là chӍ
tiêu әn ÿӏnh cӫa Hesselberg-Sverdrup.
Nhѭ ta thҩy tӯ (4.12) sӕ hҥng thӭ nhҩt ӣ vӃ phҧi biӇu diӉn vai trò cӫa
ÿӝ muӕi trong ÿӝ әn ÿӏnh (ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi), hai sӕ hҥng khác cho biӃt
phҫn ÿóng góp cӫa nhiӋt ÿӝ (ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt), tӭc.
TS
EEE 
Sӵ phân chia nhѭ vұy cho phép tìm hiӇu ҧnh hѭӣng tѭѫng ÿӕi cӫa ÿӝ
muӕi và cӫa nhiӋt ÿӝ tӟi sӵ hình thành ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt muӕi tәng cӝng.
159 160
Bây giӡ, ta chú ý tӟi hình 4.1, ӣÿó thӇ hiӋn phân bӕÿӝәn ÿӏnh nhiӋt
ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi trên mһt cҳt dӑc kinh tuyӃn 30
o
W ӣĈҥi Tây
Dѭѫng. DӉ dàng thҩy rҵng vӅ toàn cөc thì ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt ÿӝ áp ÿҧo, song ӣ
vùng phân bӕ khӕi nѭӟc trung gian cұn cӵc bҳc phҫn ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi

[
N
dt
d
, (4.13)
trong ÿó
[
là li ÿӝ trong phѭѫng thҷng ÿӭng cӫa phҫn tӱ so vӟi vӏ trí cân
bҵng cӫa nó, . NghiӋm cӫa phѭѫn
g trình này có thӇ biӇu diӉn dѭӟi
dҥng
gEN
2
)(cos
M
[
 tNA , (4.14)
vӟi

A
biên ÿӝ,

M
pha ban ÿҫu, N tҫn sӕ dao ÿӝng ÿѭӧc gӑi là tҫn sӕ
Brent-Vaisial (theo tên cӫa các tác giҧÿã khҧo sát nhӳng chuyӇn ÿӝng dao
ÿӝng trong khí quyӇn). ChӍ tiêu này ÿһc trѭng cho tҫn sӕ cӫa các dao ÿӝng
thҷng ÿӭng trong ÿҥi dѭѫng phân tҫng. Ĉӝ әn ÿӏnh càng cao thì nhӳng dao
ÿӝng này càng nhanh: trong khӕi nѭӟc phân tҫng yӃu nhӳng dao ÿӝng này
rҩt chұm.
Phân bӕ tҫn sӕ Brent-Vaisial trong nhӳng vùng sâu cӫa Ĉҥi dѭѫng ThӃ

1
c ,5

| 3,1|B km. Trên hình 4.3 dүn phân bӕ thҷng ÿӭng cӫa
161 162
tҫn sӕ Brent-Vaisial ÿiӇn hình cho các vùng khѫi ÿҥi dѭѫng, tӯÿây suy ra
rҵng cӵc ÿҥi cӫa N xҧy ra tҥi ÿӝ sâu 500
m và sâu hѫn 2000 m nó hҫu nhѭ
không ÿәi.
Hình 4.3. Phân bӕ thҷng ÿӭng
ÿiӇn hình cӫa tҫn sӕ Brent-Vaisial
ӣ các vùng khѫi ÿҥi dѭѫng
4.3. Nhӳng dүn liӋu tәng quát vӅ xáo trӝn ÿӕi lѭu
Theo nghƭa rӝng, thuұt ngӳ ÿӕi lѭu thѭӡng ÿѭӧc hiӇu là sӵ vұn chuyӇn
khӕi lѭӧng và năng lѭӧng trong chҩt lӓng chuyӇn ÿӝng hoһc xáo trӝn. Trong
trѭӡng hӧp tәng quát, ÿӕi lѭu ÿѭӧc chia thành hai dҥng: ÿӕi lѭu cѭӥng bӭc
và ÿӕi lѭu tӵ do. Ĉӕi lѭu cѭӥng bӭc ÿѭӧc gây nên bӣi tác ÿӝng cӫa các ngoҥi
lӵc ma sát biên và ma sát trong. Các dòng chҧy và rӕi ÿӝng lӵc thuӝc loҥi ÿó.
Ĉӕi l
ѭu cѭӥng
bӭc phát triӇn chӫ yӃu theo phѭѫng ngang, có thӇ mӝt phҫn
theo phѭѫng thҷng ÿӭng.
Ĉ͙i l˱u t͹ do (t͹ nhiên) ÿѭӧc gây bӣi tác ÿӝng cӫa các ngoҥi lӵc trong
khi tӗn tҥi bҩt ÿӗng nhҩt mұt ÿӝ tҥi các ÿiӇm không gian. Nhѭ vұy ÿӕi lѭu tӵ
do thӇ hiӋn chӫ yӃu trong chuyӇn ÿӝng cӫa các khӕi nѭӟc trong phѭѫ
ng
thҷng ÿӭng.
Vì các
hҧi lѭu và rӕi ÿѭӧc xét trong hҧi dѭѫng hӑc dѭӟi dҥng các mөc
ÿӝc lұp, nên theo nghƭa hҽp ngѭӡi ta hiӇu ÿӕi lѭu chӍ là ÿӕi lѭu tӵ do. Tӯÿây

ng
ThӃ giӟi hình thành
6
10)5,11(  km
3
nѭӟc tҫng sâu.
Ĉӕi lѭu có thӇ là thuӝc loҥi ÿ͙i l˱u g̯n m̿t và ÿ͙i l˱u n͡i t̩i lͣp.
Nguyên nhân xuҩt hiӋn ÿӕi lѭu loҥi thӭ nhҩt là sӵ nguӝi lҥnh và mһn hóa lӟp
nѭӟc gҫn mһt ÿҥi dѭѫng do các quá trình trao ÿәi nhiӋt và ҭm vӟi khí quyӇn.
Sӵ hình thành ÿӕi lѭu nӝi tҥi lӟp liên quan tӟi sӵ phát triӇn cӫ
a quá trình dүn
nhiӋt ph
ân tӱ và khuӃch tán muӕi cNJng nhѭ sӵ bҩt ÿӗng nhҩt phѭѫng ngang
cӫa trѭӡng nhiӋt muӕi, tình huӕng này có thӇ do bình lѭu nhiӋt và muӕi bӣi
các dòng chҧy. Thí dө, dѭӟi tác ÿӝng cӫa vұn chuyӇn bình lѭu có thӇ hình
thành cái gӑi là ÿӕi lѭu ngang, ÿó là chuyӇn ÿӝng không cùng hѭӟng cӫa các
163 164
lӟp nѭӟc mӓng kӃ cұn nhau. Dҥng ÿӕi lѭu ngang sӁ tӓ ra có ý nghƭa trong
tình huӕng có hai cӝt nѭӟc әn ÿӏnh thӫy tƭnh, nhѭng phân tҫng theo kiӇu
khác nhau do kӃt quҧ quá trình vұn chuyӇn bình lѭu sӁ di chuyӇn tӟi gҫn
nhau. Trong trѭӡng hӧp này chênh lӋch mұt ÿӝ và áp suҩt sӁ tҥo thuұn lӧi
cho sӵ phát triӇn nhӳng chuyӇn ÿӝng ÿӏa phѭѫng hѭӟng t
ӟi tҥo t
hành mӝt
cҩu trúc thҷng ÿӭng әn ÿӏnh duy nhҩt thay vì hai cҩu trúc ban ÿҫu.
Thѭӡng ngѭӡi ta phân biӋt hai dҥng chuyӇn ÿӝng ÿӕi lѭu chính: ÿ͙i l˱u
d̩ng nhân và ÿӕi lѭu dѭӟi dҥng các nguyên t͙ÿ͙i l˱u. Ĉӕi lѭu nhân ÿѭӧc
nghiên cӭu kƭ nhҩt. Benar lҫn ÿҫu tiên năm 1901 ÿã có mô tҧ kinh ÿiӇn vӅ sӵ
phát triӇn ÿӕi lѭu nhân trong ÿ
iӅu k

,
trong ÿó

D
hӋ sӕ dãn nӣ nhiӋt cӫa nѭӟc biӇn;

X
hӋ sӕ nhӟt phân tӱÿӝng
hӑc; hӋ sӕ dүn n
hiӋt ÿӝ phân tӱ;
k h
ÿӝ dày lӟp ÿang xét; '
T
hiӋu
các nhiӋt ÿӝ tҥi các biên trên và dѭӟi cӫa lӟp.
Nhӳng sӕ Rayleigh dѭѫng tѭѫng ӭng vӟi phân tҫng bҩt әn ÿӏnh (tăng
nhiӋt ÿӝ - giҧm mұt ÿӝ theo ÿӝ sâu). Trong lӟp ÿӕi lѭu thì sӵ phân tҫng bҩt
әn ÿӏnh là ÿiӅu kiӋn cҫn không chӍÿӇ xuҩt hiӋn, mà ÿӇ phát triӇn các chuyӇn
ÿӝng thҷng ÿӭng có trұt tӵ và vô trұt tӵ
.
Nhӳng sӕ Ray
leigh âm tѭѫng ӭng vӟi phân tҫng әn ÿӏnh (giҧm nhiӋt ÿӝ
- tăng mұt ÿӝ theo ÿӝ sâu). ĈiӅu này có nghƭa rҵng nhӳng nhiӉu ÿӝng ngүu
nhiên cӫa mұt ÿӝ, nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi trong lӟp vӟi ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng bӏ tàn lөi
dҫn do ҧnh hѭӣng ÿӗng thӡi cӫa ÿӝ nhӟt và tính dүn nhiӋt. Ĉӝ әn
ÿӏnh
dѭѫng
cҧn trӣ sӵ phát triӇn cӫa nhӳng chuyӇn ÿӝng có trұt tӵ. Ĉӕi lѭu tӵ do trong
trѭӡng hӧp này là bҩt әn ÿӏnh và phát triӇn theo kiӇu xáo trӝn xâm nhұp.
Trong khi hình thành sӵ bҩt әn ÿӏnh ӣ lӟp nѭӟc mһt, ÿӕi lѭu tӵ do xuҩt

n trung tâm ÿҥi dѭѫng
, ÿӝ dày
lӟp ÿӕi lѭu giҧm ÿi hѫn hai lҫn. Ӣ phía bên kia cӫa bán ÿҧo Pirênê, tҥi vùng
eo biӇn Ghibralta, ÿӝ dày lӟp trӣ thành gҫn bҵng 100 m, tӭc giҧm ÿi khoҧng
165 166
10 lҫn.
Hình 4.4. Phân bӕ không gian cӫa ÿӝ sâu xáo trӝn ÿӕi lѭu (m) ӣ vùng ÿông bҳc
Ĉҥi Tây Dѭѫng vào tháng 3 theo sӕ liӋu quan trҳc nhiӋt áp kӃ
Tuy nhiên, vùng trung tâm cӫa biӇn Grinlan ÿѭӧc xem là nѫi chӫ yӃu
hình thành các khӕi nѭӟc tҫng sâu và nѭӟc ÿáy ӣ bҳc bán cҫu. Sӵ tѭѫng tác
cӫa các dòng hҧi lѭu ҩm và lҥnh trên nӅn ÿӏa hình ÿáy phӭc tҥp cӫa thӫy vӵc
Grinlan ÿã dүn tӟi hình thành mӝt hoàn lѭu xoáy thuұn kín, ÿiӅu này cùng
vӟi sӵ mҩt nhiӋt mҥnh mӁ và tính phân tҫng thҷng ÿӭng yӃu tҥo nên trong
mùa ÿôn
g nhӳng tiӅn ÿӅ thuұn lӧi cho sӵ phát triӇn ÿӕi lѭu sâu.
Thӵc chҩt cӫa cѫ chӃ phát triӇn ÿӕi lѭu Grinlan do các nhà nghiên cӭu
ngѭӡi Nga G.A. Alekseev, V.V. Ivanov và nnk. ÿӅ xuҩt nhѭ sau. Mӝt lӟp
nѭӟc mһt bҩt әn ÿӏnh thӫy tƭnh ÿѭӧc hình thành do sӵ mһn hóa ban ÿҫu là
nguӗn gӕc cӫa nhӳng nguyên tӕ vӟi ÿӝ nәi mang dҩu âm cҩu tҥo tӯ
nѭӟc
ÿұm ÿһc hѫn và có qui mô phѭѫng ngang tӯ mӝt sӕ mét tӟi vài chөc mét (các
tác giҧ gӑi là
nguyên tӕ nhiӋt hay nguyên tӕ nәi). Trong quá trình chìm
xuӕng, kích thѭӟc ÿһc trѭng cӫa các nguyên tӕ nәi tăng dҫn, nhѭng lѭӧng
hөt ÿӝ nәi giҧm mӝt sӕ lҫn do hӋ quҧ xáo trӝn và thu nҥp nѭӟc xung quanh.
Ĉӝ sâu thâm nhұp cӫa nguyên tӕ nәi phө thuӝc vào lѭӧng hөt
ÿӝ nәi ban ÿҫu
và sӵ phân tҫng cӫa môi trѭӡng bao quanh. Trong khi giӳ không ÿәi nhӳng
ÿiӅu k
iӋn bên ngoài, mӛi nguyên tӕ nәi hình thành tiӃp sau sӁ thâm nhұp sâu

167 168
trѭng bҩt ÿӗng nhҩt nhiӋt muӕi vӟi qui mô theo phѭѫng thҷng ÿӭng 1 cm  1
m, phѭѫng ngang 1 m  1 km và thӡi gian 1 s  1 ngày ÿêm. Mӝt trong
nhӳng cѫ chӃ hình thành cӫa nó là sӵÿӕi lѭu khuӃch tán phân hóa, biӇu hiӋn
hoһc dѭӟi dҥng các chùm lѭӥi muӕi (salt fingers), hoһc dѭӟi dҥng ÿӕi lѭu
theo lӟp. Mӝt sӕ qui luұt hình thành vi cҩu trúc sӁ ÿѭӧc xét dѭӟi ÿây.
4.4. Ĉӕi lѭu nhiӋt muӕi thҷng ÿӭng và phѭѫng pháp tính
toán cӫa N.N. Zubov
Nhѭÿã nhұn xét ӣ trên, ÿӕi lѭu tӵ do chӫ yӃu phát triӇn vào thӡi kì
nguӝi lҥnh thu ÿông ӣ các vƭÿӝ trung bình và cao. Trong ÿó sӵ tăng mұt ÿӝ
lӟp nѭӟc mһt ÿҥi dѭѫng là do giҧm nhiӋt ÿӝ hoһc tăng ÿӝ muӕi, hoһc biӃn
thiên ÿӗng thӡi cӫa hai tham sӕÿó. Trong trѭӡng hӧp thӭ nhҩt gӑi là ÿ͙i l˱u
nhi͏t, trѭӡng
hӧ
p thӭ hai - ÿ͙i l˱u ÿ͡ mu͙i và trѭӡng hӧp thӭ ba - ÿ͙i l˱u
nhi͏t mu͙i. Giҧm nhiӋt ÿӝ mһt ÿҥi dѭѫng diӉn ra chӫ yӃu do sӵ phát xҥ sóng
dài vào khí quyӇn, bӕc hѫi và mҩt nhiӋt rӕi, còn tăng ÿӝ muӕi - do mһn hóa
các lӟp nѭӟc mһt khi bӕc hѫi và tҥo băng. Sӵ kӃt hӧp các nhân tӕ này có thӇ
gây
nên ÿӕi lѭu v
ӟi cѭӡng ÿӝ và qui mô khác nhau.
Phҧi lѭu ý rҵng ÿһc ÿiӇm cӫa ÿӕi lѭu nhiӋt biӇu lӝ không nhѭ nhau
trong các vùng nѭӟc biӇn và nѭӟc lӧ (
oS % 7,24 ). Vӟi nѭӟc biӇn, sau khi
ÿҥt nhiӋt ÿӝ ÿông băng, sӵ tăng mұt ÿӝ tiӃp theo diӉn ra do sӵ tăng ÿӝ muӕi
trong khi tҥo băng. Trong trѭӡng hӧp này ÿӕi lѭu nhiӋt chuyӇn thành ÿӕi lѭu
nhiӋt muӕi, hѫn nӳa giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi có vai trò ÿáng kӇ hѫn so vӟi
ÿӕi lѭu nhiӋt.
Trong thӫy vӵc nѭӟc lӧ, quá trình ÿӕ
i lѭu nhiӋt kӃt t

muӕi và
thӇ tích riêng
v
.
Hình 4.5. Sѫÿӗ tәng quát cӫa
quá trình ÿӕi lѭu trѭӟc tҥo băng
(giai ÿoҥn I) và trong khi tҥo băng
(giai ÿoҥn II)
Ĉҫu tiên ta xét quá trình xáo trӝn nhiӋt ÿӝ bên trong lӟp thӭ nhҩt
( ). Trong trѭӡng hӧp
này, ÿӕi lѭu ÿѭӧc duy trì chӍ bӣi mҩt nhiӋt qua
mһt, vì vұy có thӇ bӓ qua nhӳng biӃn ÿәi ÿӝ muӕi do bӕc hѫi và giáng thӫy.
Rõ ràng, ÿӇ xáo trӝn hoàn toàn lӟp thӭ nhҩt phҧi làm sao cho thӇ tích riêng
1 ,0
z'
169 170
cӫa lӟp vào lúc xáo trӝn xong ( ) trӣ thành bҵng thӇ tích riêng tҥi biên
dѭӟi cӫa lӟp trѭӟc khi xáo trӝn ( ). Lѭӧng
biӃn ÿәi thӇ tích riêng này
ÿҥt ÿѭӧc do nhiӋt ÿӝ trung bình cӫa lӟp giҧm tӯ giá trӏ khӣi ÿҫu xuӕng
tӟi nhiӋt ÿӝ lúc xáo trӝn xong mӝt lѭӧng . Ĉӝ muӕi sau
khi xáo
trӝn nhұn giá trӏ trung bình trong lӟp.
Các giá trӏ trung bình trong
lӟp cӫa các ÿһc trѭng ÿѭӧc xác ÿӏ
nh nhѭ là nhӳng trӏ sӕ trung bình sӕ hӑc
trên các tҫng quan trҳc:
M
1 ,0
v

T

,
)
1
D
1 ,0
S
1 ,
T
. (4.15)
Nhѭ vұy, sau khi xáo trӝn chúng ta có các ѭӟc lѭӧng ÿҥi lѭӧng và
. Mӝt giá
trӏ duy nhҩt cӫa nhiӋt ÿӝ ӭng vӟi cһp giá trӏ và
này có thӇ xác ÿӏnh mӝt cách thuұn tiӋn, thí dө, theo biӇu ÿӗ
M
1 ,0
0
S
v
M
1 ,0
M
1 ,0
S
M
0
Tv
S
M

0
q ,
trong ÿó 
M
khӕi lѭӧng cӝt nѭӟc ÿѫn vӏ trong lӟp , nhiӋt
dung. NӃu gҫn ÿúng chҩp nhұn J/(kg.
o
C), kg/m
3
và biӇu
diӉn bӅ dày lӟp nѭӟc bҵng mét, thì lѭӧng mҩt nhiӋt (J/m
2
) có thӇѭӟc lѭӧng
theo công thӭc
1 ,0
z'
3
10

p
c
3
1 ,0
z
10
6
10 '
4
p
c

zSzS
S
'
''
, (4.17)
ӣÿây các trӏ sӕ trung bình trong lӟp ÿѭӧc tính theo nhӳng công thӭc
tѭѫng tӵ (4.15). Giá trӏ tѭѫng ӭng
vӟi các trӏ sӕ và có thӇ
ÿѭӧc tìm theo biӇu ÿӗ
D
2 ,1
S
M
2 ,0
T
S
M
2 ,0
v
M
2 ,0
S
T
 . Lѭӧng giҧm nhiӋt ÿӝ cӫa lӟp xáo trӝn ÿѭӧc
tính bҵng
D
2 ,0
M
2 ,02 ,0
TTT 

,1
z'
1 ,0
z'
2
T
b
Ĉӝ sâu mà giai ÿoҥn ÿӕi lѭu nhiӋt phát triӇn tӟi ÿó có tên gӑi là ÿ͡
sâu tͣi h̩n, còn lѭӧng nhiӋt mà 1 m
2
mһt biӇn mҩt vào khí quyӇn ÿӇ ÿӕi lѭu
ÿҥt tӟi ÿӝ sâu tӟi hҥn ÿѭӧc N.N. Zubov gӑi là ch͑ s͙ÿông băng.
n
z
Trѭӟc khi
bҳt ÿҫu tính giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi, cҫn phҧi rút ra biӇu
thӭc liên hӋÿӝ mһn hóa cӫa lӟp vӟi bӅ dày cӫa băng ÿang gia tăng. Giҧ sӱ
trên mһt lӟp ÿӗng nhҩt bӅ dày
z
' tҥi nhiӋt ÿӝ ÿông băng và ÿӝ muӕi
b
T
w
S
171 172
tҥo thành lӟp băng ÿӝ dày và ÿӝ muӕi rҩt nhӓ so vӟi. Lӟp nѭӟc
tӯÿó băng ÿѭӧc tҥo ra tѭѫng ÿѭѫng vӟi lӟp băng . Ĉӝ muӕi tru
ng bình
cӫa lӟp
b

UU
hh .
NӃu chҩp nhұn gҫn ÿúng kg/m
3
,kg/m
3
, thì ta
ÿѭӧc
3
w
10
U
3
109, 0
)S
,0h | .
(4.18)
Theo ÿӏnh luұt bҧo toàn lѭӧng muӕi có thӇ viӃt
(
bw
hzSzS ' h .
Tӯÿây, ÿӇ xác ÿӏnh lѭӧng mһn hóa có thӇ nhұn ÿѭӧc công thӭc sau
ÿây:
h
S


w
z
z

wb
,
z
Sh
S
G
1,1
|
n
S
'
n
z
S
9,0
|
D
,
n
v
1 ,0 n
D
1
n
v
. (4.20)
Bây giӡ có thӇ bҳt ÿҫu tính giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi. Giҧ sӱ nhiӋt ÿӝ
ÿông băng ÿҥt ÿѭӧc sau
khi xáo trӝn nhiӋt thâm nhұp xuӕng tӟi tҫng sâu
. Lӟp ÿã xáo trӝn có các ÿһc trѭng:

1 ,0
n
S
M
1 ,0 n
S ST 
nhѭ là ÿӝ muӕi tѭѫng ӭng vӟi
các ÿҥi lѭӧng và . Bây
giӡ có thӇ tìm ÿӝ mһn hóa cӫa lӟp
D
n
v
1
b
T
D
1 ,0
M
1 ,01 ,0


nnn
SSS
G
,
ÿҥi lѭӧng này dùng ÿӇ tính ÿӝ dày lӟp băng tăng lên theo công thӭc thӭ hai
cӫa (4.20)
D
1 ,0
1 ,01 ,0

T
.
Hӧp phҫn thӭ hai cӫa lѭӧng mҩt nhiӋt ÿѭӧc tìm theo nhiӋt lѭӧng tinh
thӇ hóa do lӟp băng ÿӝ dày có ÿáy 1 m
2
tӓa ra:
b
h
bb
3
1 ,0 b
10334
U
hq
n


,
hay, nӃu chú ý rҵng kg/m
3
và biӇu diӉn bҵng mét:
3
b
109,0 
U
b
h
b
6
1 ,0 b

ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong thӵc tӃ nghiên cӭu hҧi dѭѫng hӑc. Nhӳng nhѭӧc
ÿiӇm cӫa sѫÿӗ này gӗm: không tính ÿӃn sӵ khuӃch tán nhiӋt và muӕi giӳa
lӟp ÿӕi lѭu và các lӟp nҵm phía dѭӟi, bӓ qua
ҧnh h
ѭӣng cӫa bình lѭu nhiӋt
và muӕi, sӵ trao ÿәi nhiӋt vӟi khí quyӇn quá ÿѫn giҧn hóa. VӅ sau sѫÿӗÿӕi
lѭu cӫa N.N. Zubov ÿã nhiӅu lҫn ÿѭӧc làm chính xác hѫn. Thí dө V.A.
Sirkunov, sau ÿó Iu.P. Ĉoronhin ÿã nhұn ÿѭӧc nghiӋm chһt chӁ hѫn cӫa bài
toán này, cho phép tính toán nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi, ÿӝ dày lӟp ÿӕi lѭu và gia
lѭӧng băng theo nhӳng tham sӕ bên
ngoài.
4.5. Phân loҥi các ÿiӅu kiӋn phân tҫng nhiӋt muӕi. Khái
niӋm vӅ vi cҩu trúc ÿҥi dѭѫng
Các hӧp phҫn nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi cӫa ÿӝ әn ÿӏnh ÿѭӧc sӱ
dөng rӝng rãi khi giҧi quyӃt nhiӅu bài toán, trong ÿó có phân loҥi các ÿiӅu
kiӋn phân tҫng nhiӋt muӕi, chҭn ÿoán các dҥng xáo trӝn có thӇ có và các quá
trình hình thành cҩu trúc, kӇ cҧ các qui mô vi cҩu trúc. Thuұt ngӳ vi cҩu trúc
ÿѭӧc hiӇu là cҩu tҥo cӫa các trѭӡng vұt lý trong ÿҥi dѭѫng gӗm tұp hӧp
nhӳ
ng lӟp dày tӯ 1 cm ÿӃn 1 m tѭѫng ÿӕi ÿӗng
nhҩt vӅ các tính chҩt ÿѭӧc
phân cách bӣi nhӳng lӟp biên mӓng hѫn có graÿien nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi rҩt
lӟn (hình 4.6). Các graÿien thҷng ÿӭng trong nhӳng lӟp mӓng ÿó có thӇ vѭӧt
trӝi các graÿien trung bình tѭѫng ӭng 10100 lҫn hoһc hѫn nӳa.
T
E
S
EE
Sӵ phân lӟp v
i mô trong bӅ dày nѭӟc ÿҥi dѭѫng ÿã ÿѭӧc xác nhұn bӣi

Dѭӟi góc ÿӝ ÿӝng lӵc, nhӳng quá trình tҥo cҩu trúc, nhӡÿó mà trên các
trҳc diӋn ÿѭ
ӧc là trѫn ban ÿҫu có thӇ xuҩt hiӋn nhӳng chi tiӃt vi cҩu
trúc, ÿѭӧc ngѭӡi ta phân chia thành các loҥi: 1) Sӵ biӃn dҥng các trҳc diӋn do
hӋ quҧ hòa trӝn thҷng ÿӭng các lӟp nѭӟc; 2) Sӵ xáo trӝn thҷng ÿӭng ÿӏa
phѭѫng; 3) Bình lѭu ÿҷng mұt ÿӝ, hay bình lѭu ngang (sӵ xâm nhұp lүn nhau
c
ӫa các loҥi nѭӟc vӟi các chӍ sӕ
ST , khác nhau). Hai nhân tӕÿҫu thuӝc loҥi
nhӳng quá trình thành tҥo cҩu trúc thҷng ÿӭng, còn nhân tӕ thӭ ba  các quá
trình thành tҥo cҩu trúc phѭѫng ngang. Ĉѭѫng nhiên, cùng mӝt quá trình, thí
dө sӵ xáo trӝn thҷng ÿӭng, có thӇ ÿѭӧc hình thành trong nhiӅu tính huӕng
ÿӝng lӵc khác nhau, tӭc có nhiӅu cѫ chӃ phát sinh vi cҩu trúc (sӵÿә nhào các
sóng nӝi không әn ÿӏnh, ÿӕi lѭu tӵ do hoһc ÿӕi lѭu cѭӥng bӭc, sӵÿұm ÿһc
nѭӟc t
rong khi hòa trӝn v.v ).
ST ,
Bҵn
g thí nghiӋm trong phòng và ngoài thӵc ÿӏa, ÿã xác lұp ÿѭӧc rҵng
mӝt trong nhӳng cѫ chӃ chӫ yӃu hình thành vi cҩu trúc trong ÿҥi dѭѫng là c˯
ch͇ nhi͏t

n͛ng ÿ͡, hay c˯ ch͇ khu͇ch tán phân hóa, ÿѭӧc gây nên do có sӵ
khác nhau vӅ giá trӏ sӕ cӫa các hӋ sӕ dүn nhiӋt phân tӱ và khuӃch tán
muӕi . Trong ÿiӅu kiӋn trung bình ÿӕi vӟi nѭӟc biӇn, tӍ sӕ giӳa chúng
bҵng 100 : 1 (tuҫn tӵ là và m
2
/s). Tùy thuӝc vào sӵ phân
tҫng nӅn, các hiӋu ӭng ÿӕi lѭu khuӃch tán phân hóa có thӇ biӇu hiӋn hoһc
dѭӟi dҥng các l˱ͩi mu͙i phát triӇn ӣ các lӟp phân tҫng әn ÿӏnh trong ÿiӅu

vүn giӳ không ÿәi do tӕc ÿӝ khuӃch tán muӕi nhӓ. Sau mӝt khoҧng thӡi gian
nào ÿó, mұt ÿӝ cӫa các phҫn tӱÿó t
hành ra nhӓ
hѫn mұt ÿӝ cӫa nѭӟc xung
quanh, và vì vұy các phҫn tӱ bҳt ÿҫu nәi lên phía trên. Và ngѭӧc lҥi, các
phân tӱ nѭӟc ӣ bên trên (ҩm và mһn hѫn) khi bӏ rѫi vào lӟp thҩp hѫn biên
phân cách không nhiӉu, bӏ lҥnh ÿi do tác ÿӝng cӫa trao ÿәi nhiӋt phân tӱ, còn
ÿӝ muӕi cӫa chúng thӵc tӃ vүn giӳ nguyên trong mӝt khoҧng thӡi gian. Vì
vұy, mұt ÿӝ cӫa các
hҥ
t ҩy trӣ nên lӟn hѫn mұt ÿӝ nѭӟc xung quanh và
chúng bҳt ÿҫu chìm xuӕng (xem hình 4.7), lôi kéo theo mình mӝt tia hҽp
nѭӟc mһn phía trên - gӑi là l˱ͩimu͙i. VӅ sau lѭӥi này phân tách thành các
lѭӥi nhӓ hѫn hoһc nhұp vӟi các lѭӥi bên cҥnh, dҫn dҫn hòa trӝn vӟi nѭӟc
xung quanh. Trong các thí nghiӋm trong phòng, các lѭӥi muӕi có thӇ quan
sát thҩy bҵng mҳt nӃu lúc ÿҫu ngѭӡi ta nhuӝm màu cho lӟp nѭӟc ҩm v
à m
һn
hѫn ӣ bên trên.
Hình 4.7. Các trҳc diӋn mұt ÿӝ ӣ thӡi ÿiӇm ban ÿҫu (1) và
sau mӝt thӡi gian (2) trong chӃÿӝ các lѭӥi muӕi (a). Bӭc
tranh khái quát vӅ chӃÿӝ các lѭӥi muӕi (b) (theo Greggu)
Các mNJi tên gҥch nӕi - dòng nhiӋt; các mNJi tên liӅn nét - khuӃch
tán muӕi; các ÿiӇm - nӗng ÿӝ muӕi qui ѭӟc
177 178
Trong ÿҥi dѭѫng các hiӋu nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi trong các lӟp nhӓ cҥnh
nhau không lӟn, nhѭng hiӋu ӭng tәng cӝng cӫa bҩt әn ÿӏnh khuӃch tán ÿóng
vai trò then chӕt trong sӵ hình thành không chӍ vi cҩu trúc, mà cҧ cҩu trúc
qui mô lӟn cӫa ÿӟi chí tuyӃn ӣ các ÿҥi dѭѫng. Theo nhӳng nghiên cӭu cӫa
K.N. Pheÿorov, thì không dѭӟi 50 % nѭӟc Ĉҥi dѭѫng ThӃ giӟi ÿһc trѭng bӣi

ng
lѭӧng xáo trӝn ӣÿây là thӃ năng gây nên bӣi sӵ phân tҫng thҷng ÿӭng
cӫa mӝt trong nhӳng hӧp phҫn (nhiӋt ÿӝ hoһc ÿӝ muӕi) góp phҫn làm mҩt әn
ÿӏnh cӫa graÿien mұt ÿӝ. Chúng tôi nhҩn mҥnh mӝt lҫn nӳa rҵng sӵ giҧi
phóng thӃ năng bҩt әn ÿӏnh ӣÿây diӉn ra do hӋ quҧ không bҵng nhau cӫa cá
c
hӋ
sӕ trao ÿәi nhiӋt và khuӃch tán muӕi.
ViӋc chҭn ÿoán vӅ cѭӡng ÿӝ vi cҩu trúc có thӇ có ӣÿҥi dѭѫng thѭӡng
ÿѭӧc thӵc hiӋn dӵa theo các trҳc diӋn nӅn cӫa nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi nhӡ mӝt loҥt
các tham sӕ và chӍ tiêu. Ĉѫn giҧn nhҩt trong sӕÿó là các hӧp phҫn nhiӋt ÿӝ
và ÿӝ muӕi cӫa ÿӝ әn ÿӏnh
, hoһc tѭѫng quan mұ
t ÿӝ ÿѭӧc xác ÿӏnh dѭӟi
dҥng mӝt trong các tӍ sӕ:
U
R
S
T
E
E
zd
dS
zd
d
R |
¸
¹
·
¨

0)( ! , mһc dù xét r
iêng biӋt hay có thӇ là âm. Trong
ÿó tѭѫng quan mұt ÿӝ nӅn cҫn phҧi bҵng ; khi tác ÿӝng
cӫa các hiӋu ӭ
ng khuӃch tán nhiӋt - nӗng ÿӝ bӏ loҥi trӯ. Theo ÿӏnh nghƭa
(4.23), giá trӏ cNJng ÿһc trѭng phҫn ÿóng góp tѭѫng ÿӕi cӫa lѭӧng hөt
nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi vào graÿien mұt ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh (tѭѫng quan cӫa các
nhân tӕ làm әn ÿӏnh và phá vӥәn ÿӏnh).
ST
EEE
U
R
S
E
'T
'T
'T
'T
T
E
0 d R
U
!E
S
E
S
!E
S
E
S

hái
phiӃm ÿӏnh tҫm thѭӡng) tѭѫng ӭng vӟi nhӳng tә hӧp các phҫn ÿóng góp
và và
o ÿӝ әn ÿӏnh chung, và chӍ tiêu :
T
E
1) Әn ÿӏnh hoàn toàn, hay әn ÿӏnh tuyӋt ÿӕi:
00 ,0 ,0 !!' ES
T
.
2) Phân tҫng theo kiӇu các lѭӥi muӕi:
00 ,0 ,0 !' ES
T
.
3) Phân tҫng theo kiӇu ÿӕi lѭu theo lӟp:
00 ,0 ,0 !'! ES
T
.
4) Bҩt әn ÿӏnh tuyӋt ÿӕi:
00 ,0 ,0 '! ES
T
.
Tҩt cҧ nhӳng trҥng thái có thӇ này có thӇ biӇu diӉn trên mӝt toán ÿӗ vӟi
các trөc tӑa ÿӝ là các hӧp phҫn ÿӝ әn ÿӏnh và
E (hình 4.9) lҫn ÿҫu tiên
do K.N. Pheÿorov ÿӅ xuҩt. KiӇu khái quát hóa nhӳng ÿiӅu kiӋn phân tҫng
nhiӋt muӕi nӅn nhѭ vұy ÿһc biӋt hӳu ích khi xӱ lí nhӳng mҧng dӳ liӋu quan
trҳc lӟn trên các polygon thӫy văn và
ӣ nhӳng vùng có ÿӟi front.
Hình 4.9. Sѫÿӗ các kiӇu ÿiӅu kiӋn phân tҫng nhiӋt muӕi

VV
,
T
và
trong lӟp ÿang xét. ViӋc tách các thăng giáng ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng cách
lӑc tҫn cao ÿӕi vӟi các chuӛi
S
T
và S ban ÿҫu trong các lӟp vӟi nhӳng ÿiӅu
kiӋn nӅn cùng kiӇu.
Trong kiӇu vi cҩu trúc bұc thang, không phө thuӝc vào cѫ chӃ phát sinh
cӫa nó (hiӋu ӭng ÿӝng hӑc cӫa sóng nӝi, xáo trӝn rӕi ÿӏa phѭѫng, các quá
trình ÿӕi lѭu khuӃch tán cһp), phҧi thӓa mãn ÿҷng thӭc gҫn ÿúng
z
z
S
T
S
T
'
'
|
V
V
, (4.25)
trong ÿó
các graÿien thҷng ÿӭng trung bình trong lӟp ÿang xét.
Trên cѫ sӣ nhӳng ÿiӅu kiӋn này, vӟi tѭ cách là mӝt tham sӕ quyӃt ÿӏnh kiӇu
vi cҩu trúc, nên sӱ dөng tѭѫng quan sau ÿây:
''

ST /
E

DE
/
' R
D
U
các giá trӏ trung bình cӫa tѭѫng quan mұt ÿӝ ÿӕi vӟi
lӟp ÿang xét. Rõ ràng trong trѭӡng hӧp xâm nhұp ÿҷng mұt ÿӝ
giá trӏ

VV
/
ST
G
sӁ bҵng không, nhѭng trong khi ÿó ӣ trѭӡng hӧp
cҩu trúc bұc thang thuҫn túy / thӓa mãn ÿiӅu kiӋn


ST
VV

zz
ST / ''
1
G
.
Phҧi nhұn thҩy rҵng vi cҩu trúc nhiӋt muӕi cӫa ÿҥi dѭѫng là hiӋu ӭng
kӃt quҧ cӫa mӝt sӕ lӟn các quá trình vұt lý khác nhau, ÿӗng thӡi bҧn thân nó

tӱ không thӇ làm tҳt ÿѭӧc nӳa. Quƭÿҥo chuyӇn ÿӝng cӫa các
ҥn. Vұy nӃu các l
ӵc nhӟt phân tӱ vѭӧt trӝi các lӵc quán tính, thì dòng
chҩt lӓng là dòng phân lӟp, trѭӡng hӧp ngѭӧc lҥi - dò
ng rӕi.
Nhѭÿã nêu, sӵ chuyӇn tiӃp tӯ chӃÿӝ chҧy phân lӟp sang chӃÿӝ rӕi
ÿѭӧc thӵc hiӋn kh olds ÿһc trѭng cho tӍ sӕ cӫa các lӵc quán tính và
các lӵc nhӟt ÿҥt ÿѭӧc trӏ sӕ tӟi hҥn. Vұy khi
cr
ReRe  chuyӇn ÿӝng әn ÿӏnh
và phân lӟp, khi
cr
ReRe !
chuyӇn ÿӝng trӣ nên bҩt әn ÿӏnh và có ÿһc ÿiӇm
rӕi. Lѭu ý rҵng tiêu chuҭn Reinolds là ÿiӅ
hӍÿӕi vӟi các chҩt lӓng ÿӗng nhҩt và ÿҷng hѭӟng, ÿһc trѭng ÿӕi vӟi các
dòng chҩt lӓng trong các ӕng khí ÿӝng lӵc.
Ĉҥi dѭѫng hiӋn thӵc là chҩt lӓng phân tҫng, trong ÿó lӵc A
csimet tác
ÿӝng lên phân tӱ di chuyӇn trên phѭѫng thҷng ÿӭng. Trong
ÿiӅu kiӋn phân
tҫng әn ÿӏnh, lӵc Acsimet là cѫ chӃ hi
ong dòng chҧy. Ngѭӧc lҥi, trong ÿiӅu kiӋn phân tҫng không әn ÿӏnh nó
183 184
là nguӗn năng lѭӧng bә sung cho rӕi.
Vì vұy tiêu chuҭn xuҩt hiӋn rӕi trong ÿҥi dѭѫng phân tҫng là sӕ
Richardson ÿӝng hӑc

cr
z

T
U
mұt ÿӝ thӃ vӏ, ÿѭӧc xác ÿӏnh theo nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ cӫa nѭӟc, tӭc
mұt ÿӝ ÿѭӧc qui ÿoҥn nhiӋt vӅ áp suҩt khí quyӇn tiêu chuҭn;

w
w
z
V
graÿien
thҷng ÿӭng cӫa tӕc ÿӝ chuyӇn ÿӝng trung bình.
Sӕ Richardson có ý nghƭa vұt lý ÿѫn giҧn: nó là tӍ sӕ cӫa ÿӝng năng rӕi
chi phí cho công chӕng lҥi các lӵc Acs ăimet trên n ng lѭӧng rӕi do các ӭng
suҩt
ӫa chúng
cNJng thăng giáng hӛn loҥn. ĈiӅu này cho phép
biӇu diӉn giá trӏ cӫa mӝt ÿһc trѭng bҩt kì ӣ mӝt ÿiӇm trong thӡ
xét (
Reinolds sinh ra. Nhѭ dѭӟi ÿây sӁ cho thҩy, các ӭng suҩt Reinolds xuҩt
hiӋn trong khi lҩy trung bình các tích giá trӏ thành phҫn tӕc ÿӝ tӭc thӡi. Trӏ sӕ
tӟi hҥn cӫa sӕ Richardson thѭӡng
bҵng 4/1Ri
|
cr
.
Do liên tөc ÿi qua các xoáy qui mô khác nhau, tӕc ÿӝ dòng chҧy rӕi tҥi
mӛi ÿiӇm thăng giáng không ÿӅu ÿһn xung quanh trӏ sӕ trung bình. Trong
ÿiӅu kiӋn các trѭӡng nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi và các ÿһc trѭng khác không ÿӗng
nhҩt, thì các giá trӏ c
i ÿiӇm ÿang

³


2
1

12
1
t
t
td
tt
MM
,
trong a khoҧng
lҩy trung bình.
Khi ÿó
ÿó
1
t và 
2
t các thӡi ÿiӇm ÿҫu và cuӕi cӫ
TuTuTuTuuT
cc

c

c
 . (4.30)
Sӱ dөng các tiên ÿӅ trung bình cӫa Reinolds:

U
c
nhӓ hѫn
giá trӏ trung bình
U
mӝt sӕ bұc, tӭc
U
U
. Khi ÿó
theo các trөc
các dòng trӳ lѭӧng nhiӋt
y
x
, vàz có thӇ ÿѭӧc viӃt nhѭ sau:
uTcuTcTuc
ppp
cc

UUU
; (4.32)
vTcvTcTvc
ppp
cc

UUU
; (4.33)
wcwTcTwc
ppp
c


bình l˱u nhiӋt, còn sӕ hҥng thӭ hai - dòng nhiӋt rӕi vƭ mô, chӫ
yӃu ÿѭӧc gây nên bӣi các xoáy synop. NӃu thay vì enthalpy (trӳ lѭӧng
nhiӋt), ta ÿѭa hàm lѭӧng muӕi
S
U
vào công t 35), thì sӕ hҥng thӭ
sӕ hҥng thӭ hai - dòng
í hò du sinh vұt Trao
ÿәi r
hӭc (4.
còn
a tan, phù
nhҩt sӁ chӍ bì
nh lѭu muӕi bӣi các dòng chҧy,
muӕi trên phѭѫng ngang do rӕi vƭ mô.
4.7. Sӵ trao ÿәi rӕi trong ÿҥi dѭѫng
Trao ÿәi rӕi kèm theo sӵ xáo trӝn mҥnh mӁ các khӕi nѭӟc và nhѭ là
mӝt hӋ quҧ, trao ÿәi tҩt cҧ các tính chҩt ÿһc trѭng cӫa nhӳng khӕi nѭӟc ÿó:
ÿӝng lѭӧng (xung lѭӧng), nhiӋt, muӕi, kh
ӕi diӉn ra trong tҩt cҧ các hѭӟng, nhѭng vӟi ÿҥi dѭѫng thӵc thì hѭӟng
thҷng ÿӭng ÿһc biӋt quan trӑng, vì graÿien thҷng ÿӭng cӫa các ÿһc t
rѭng
vѭӧt trӝi hѫn nhiӅu so vӟi graÿien ngang.
Do ÿó, chúng ta sӁ xét sӵ xáo trӝn rӕi cӫa các phҫn tӱ trong phѭѫng
thҷng ÿӭng. Vӟi mөc ÿích ÿó, ta chia ra trong ÿҥi dѭѫng hai mӵc tùy ý,
nhѭng nҵm gҫn và song song vӟi nhau:
z và zz ' . Dƭ nhiên, do chuyӇn
ÿӝng hӛn loҥn cӫa các phҫn tӱ nѭӟc, mӝt bӝ phұn cӫa chúng di chuyӇn thҷng
ÿӭng xuӕng phía dѭӟi, ngѭӧc lҥi mӝt bӝ ph n kh Ӈn thҷng ÿӭng lên
phí o tr i dүn tӟ

zC / '' . NӃu kí hiӋu hӋ sӕ tӍ lӋ bҵng
A
, có thӇ viӃt
công thӭc cӫa thông lѭӧng rӕi dѭӟi dҥng nhѭ sau:
z
C
AQ
'
'
 .
H ӕ tӍ lӋ
(4.36)
Ӌ s
A
trong công thӭc này có tên là h ÿ͝i r͙i. NӃu
yӇ giӟi hҥn trong công thӭc (4.36), ta
͏ s͙ trao
chu n sang có
z
C
A
wz
C
AQ
z 0
lim
w

'
'

'C ).
HӋ sӕ trao ÿәi rӕi
A
bҵng thông lѭӧng tí h ch ÿiӅu kiӋnn ҩt C trong
graÿien thҷng ÿӭng cӫa hàm lѭӧng bҵng ÿѫn vӏ, tӭc
1/ ww zC . Vì ÿѫn vӏ
thông lѭӧng
Q là kg/(m
2
.s), còn graÿien thҷng ÿӭng zC / ww là mӝt ÿҥi
-1
lѭӧ
rӕi
ng ng ӏch ӟi ÿӝ
(m ), nên theo (4 ÿѫ ӕ tr
ao ÿәi
h ÿҧo v dài .37) n vӏ cӫa hӋ s
A
sӁ là k .s). g/(m
187 188
Bên cҥnh hӋ sӕ trao ÿәi rӕi ÿӝng lӵc hӑc t ong hҧi dѭѫng hӑc rҩt hay sӱ
dөng mӝt tѭѫng tӵ dӝng hӑc cӫa nó, tӭc
r
U
A
k
. (4.38)
Phù hӧp vӟi công thӭc (4.38) ÿѫn vӏ cӫa
k là m
2

Q dѭӟi
dҥng nhѭ sau:
zz w
T
kc
T
AcwTcQ
TzPTzPPTz
w

w
w

cc

UU
. (4.39)
NhiӅu
͙i t
h̻ng ÿͱng
và h͏ s͙ d̳n nhi͏t ÿ͡ r͙i th̻ng ÿͱng.
Thông lѭӧng muӕi rӕi thҷng ÿӭng là dòng tr
( ӝt ÿѫn vӏ thӡi
gian qua diӋn tích ÿѫ
oáy c thӇ viӃt dѭӟi
kh
i hӋ sӕ
Tz
A trong công thӭc này ÿѭӧc gӑi là h͏ s͙ trao ÿ͝i
nhi͏t r͙i th̻ng ÿͱng

. (4.40)
HӋ sӕ g công thӭc (
4.40) có tên là
h͏ s͙ khu
ÿͱng cͯa m
òn ͏ s͙ r͙i th̻ng ÿͱng cͯa ÿ͡ mu͙i.
ông lѭӧ
Sz
A tron
u͙i
, c
͇ch tán r͙i th̻ng
kh
Sz
NӃu th ng xu
ng lѭӧng rӕi biӇu diӉn bҵng
wU
c

UW
thì tѭѫng tӵ
vӟi (4.39) và (4.40) ta có
z
U
k
z
U
AwUQ
zzz
w

ng cô t (4.39)
(4.41). VӅ trao ÿәi rӕi theo
n giҧ thiӃt ÿӗng nhҩt và ÿҷng hѭӟng, tӭc
giҧ th
khác nӃu
xem xét sӵ trao ÿәi rӕi ÿӗng thӡi theo phѭѫng
thҷn
y có
dѭӟi dҥng nhӳ ng thӭc tѭѫng ӵ
phѭѫng
ngang, ngѭӡi ta chҩp nhұ
iӃt vӅ sӵ lan truyӅn ÿӗng ÿӅu các chuyӇn ÿӝng xoáy trong tҩt cҧ các
hѭӟng, nên chҩp nhұn
yCxCyCxC
kkAA

, ,
trong ÿó chӍ sӕ
<<
C
>> chӍ tính chҩt
C
.
Vҩn ÿӅ sӁ
g ÿӭng và phѭѫng ngang. Thұt vұy, nhӳng khác biӋt ÿáng kӇ vӅ qui mô
thҷng ÿӭng và ngang, cNJng nhѭ hiӋu ӭng әn ÿӏnh cӫa các lӵc Acsimet làm
cho ÿһc ÿiӇm chuyӇn ÿӝng cuӝn xoáy cӫa nѭӟc theo phѭѫng thҷng ÿӭng rҩt
khác vӟi chuyӇn ÿӝng theo phѭѫng ngang, tӭc dүn tӟi
tính bҩt ÿҷng hѭӟng
189 190

sau có thӇ xem là ÿӗ ó là sӕ dүn nh
iӋt ÿӝ rӕi và
khuӃch n bҵng nhau (k ác vӟi các quá trình phân tӱ).
Bҧng 4.1. Bұӫa các hӋ sӕ rӕ
2
/s)
HӋ sӕ trao ÿәi rӕi qui mô lӟn
cuӝn xoáy, vӯa thông qua các thăng g
t và muӕi diӉn ra chӍ do xáo trӵc tiӃp v
ì vұy, hai quӝc vào nhӳ
ng dҥng, ÿiӅu ÿ m cho các hӋ
tán muӕi gҫ h
c c i (m
Tính chҩt
Phѭѫng ngang Thҷng ÿӭng
HӋ sӕ trao
ÿәi phân tӱ
Xung lѭӧng
53
1010 
21
1010


6
10

Enthalpy
42
1010 

cӫa hӋ sӕ khuӃch tán rӕi ngang vӟi qui mô hiӋn tѭӧng
L theo dӳ liӋu thӵc
nghiӋm vӅ sӵ khuӃch tán các vӃt ÿánh dҩu trong ÿҥi dѭѫng (hình 4.11). ĈӇ
xây dӵng hình này ÿã sӱ dөng các giá trӏ
L bao quát mӝt dҧi rӝng các quá
trình rӕi: tӯ qui mô nhӓ (10 m) tӟi qui mô synop (10
9
m). Nhѭÿã thҩy trên
hình 4.11, trên ÿó biӇu diӉn theo tӍ lӋ logarit, thӇ hiӋn rõ hai ÿѭӡng thҷng có
tính ÿӏa phѭѫng khá phù hӧp vӟi qui luұt “bӕn phҫn ba” mà Richardson ÿã
ÿӅ xuҩt. Bҧn chҩt cӫa qui luұt này là ӣ chӛ các ÿһc trѭng cӫa rӕi ÿӗng nhҩt và
ÿҷng hѭӟng tӍ lӋ vӟi qui mô cӫa chuyӇn ÿӝng trung bình theo lNJy thӯa 4/3.
Sӵ phá hӫy qui luұt “bӕn phҫn ba” diӉ
n
ra trong dҧi qui mô 1-10 km, tҥi ÿó
các ÿiӇm thӵc nghiӋm “chuyӇn” tӯ mӝt ÿѭӡng thҷng phө thuӝc vҥn năng
sang ÿѭӡng thҷng khác, vӟi giá trӏ hӋ sӕ tӍ lӋ nhӓ hѫn, tӭc tӕc ÿӝ tiêu tán
năng lѭӧng rӕi.
CNJng cҫn nhұn xét vӅ sӵ phө thuӝc cӫa các hӋ sӕ rӕi vào qui mô rӕi,
trong ÿó qui mô rӕi giҧm thì các hӋ sӕ rӕi giҧm. Thұt vұy, ÿӕi vӟi rӕi qui mô
trung bình bұc cӫa các hӋ sӕ nhӟt ngang và thҷng ÿӭng tuҫn tӵ bҵng 10
-1
và
10
-2
- 10
-3
m
2
/s , còn ÿӕi vӟi rӕi qui mô nhӓ bұc các hӋ sӕ giҧm xuӕng 10

w
w
cc


w
w
c


W
Hình 4.12. BiӃn ÿәi cӫa các
hӋ sӕ rӕi vӟi ÿӝ sâu ӣ vùng
Nam Cӵc Thái Bình Dѭѫng
(theo A.G. Kolesnhikov)
Các quan trҳc ÿѭӧc thӵc hiӋn trong ÿiӅu kiӋn gió nhҽ, do ÿó nguӗn
năng lѭӧng chính cӫa rӕi là chênh lӋch tӕc ÿӝ. Ĉӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng cӫa
các lӟp ÿҥt cӵc ÿҥi trong lӟp 15-18 m. Ĉһc ÿiӇm này giҧi thích sӵ phân bӕ
cӫa các hӋ sӕ trao ÿәi rӕi có cӵc ÿҥi bên trên lӟp ÿӝt biӃn ÿӝ әn ÿӏnh (xem
hình 4.12).
Phѭѫn
g pháp khác (gián tiӃp) ÿӇ
tìm các hӋ sӕ rӕi là xây dӵng nhӳng
mô hình lí thuyӃt, sӱ dөng mӝt sӕ giҧ thiӃt nào ÿó vӅ sӵ phө thuӝc cӫa các hӋ
sӕ rӕi vào nhӳng tham sӕ quyӃt ÿӏnh. Trong trѭӡng hӧp này thѭӡng sӱ dөng
các giá trӏ trung bình cӫa các trѭӡng vұt lý thӫy văn nhұn ÿѭӧc qua xӱ lí
nhӳng mҧng sӕ liӋu quan trҳc hҧi dѭѫng hӑc lӟn
. Tuy nhiên, n
Ӄu tính ÿӃn
nhӳng phӭc tҥp và ÿa dҥng cӫa các quá trình rӕi, dҧi biӃn ÿӝng không gian -

Ngang Thҷng ÿӭng
Qui mô lӟnTӯ vài chөc ngày
ÿӃn vài tháng
65
1010 
32
1010 
Qui mô vӯaTӯ vài giӡ
ÿӃn vài ngày
54
1010 
2
1010 
Qui mô nhӓ Tӯ phҫn cӫa giây
ÿӃn vài chөc phút
32
1010  1010
1


HiӋn nay nhұn thҩy có mӝt sӕ cѫ chӃ chӫ yӃu phát sinh rӕi trong ÿҥi
dѭѫng.
1. Bҩt әn ÿӏnh và ÿә vӥ sóng gió trên mһt ÿҥi dѭѫng, gây nên bӣi tác
ÿӝng ÿӝng lӵc cӫa khí quyӇn. Rõ ràng ÿây là cѫ chӃ mҥnh mӁ nhҩt phát sinh
rӕi ӣ lӟp trên cӫa ÿҥi dѭѫng, vì sóng gió diӉn ra khҳp nѫi trong ÿҥi dѭѫng.
2. Bҩt әn ÿӏnh graÿien thҷng
ÿӭng
cӫa tӕc ÿӝ trong các dòng chҧy trôi
do gió tác ÿӝng trӵc tiӃp trên mһt gây nên và bao trùm lӟp trên cӫa ÿҥi
dѭѫng. Bҩt әn ÿӏnh ÿӝng lӵc ÿѭӧc qui ÿӏnh bӣi chӍ tiêu Reinolds ,

yӃu tӯ sӵ bҩt әn ÿӏnh cӫa các sóng triӅu và các dòng chҧy ÿҥi dѭѫng.
Chѭѫng 5
Trao ÿәi nhiӋt và nѭӟc trong hӋ thӕng ÿҥi
dѭѫng - khí quyӇn
5.1. Ĉһc trѭng chung các quá trình tѭѫng tác cӫa ÿҥi
dѭѫng và khí quyӇn
Tѭѫng tác cӫa ÿҥi dѭѫng và khí quyӇn - ÿó là mӝt quá trình rҩt phӭc
tҥp, là biӇu hiӋn cӫa nhiӅu cѫ chӃ qui mô khác nhau phân bӕ lҥi nhiӋt, hѫi
nѭӟc, ÿӝng năng, các chҩt khí và muӕi, kӃt quҧ làm cho các ÿһc trѭng lý -
hóa cӫa ÿҥi dѭѫng thích nghi (phù hӧp) vӟi nhau.
Sӵ tѭѫng tác cӫa ÿҥi dѭѫng và khí quyӇn ÿѭӧc quyӃt ÿӏnh không phҧi
chӍ là do diӋn tích bӅ mһt tiӃp xúc trӵc tiӃp to lӟn giӳ
a ÿҥi dѭѫng và
khí
quyӇn, mà còn do nhӳng ÿһc ÿiӇm cҩu tҥo cӫa chúng (cҩu tҥo nhiӋt, mұt ÿӝ,
ÿӝng hӑc, hóa hӑc v.v ) tҥo ra nhӳng graÿien lӟn tҥi biên phân cách hai môi
195 196