Download miễn phí Giáo trình Thuỷ văn và thuỷ động lực biển đông



Dòng chảy gió lmột trong những loại dòng chảy phát triển nhất tồn tại trên
mặt biển. Dòng vận chuyển trong lớp Ekman đóng một vai trò hết sức quan
trọng lmột trong những nguyên nhân hình thnh nên chuyển động của các
tầng sâu đại dương. Sở dỹ điều này xẩy ra vì dòng chảy Ekman thường tồn tại
dưới dạng các xoáy với những khu vực hội tụ vphân kỳ, từ đó lm xuất hiện
các dòng chuyển động thẳng đứng trong những lớp nước mặt vđáy nhằm thay
thế hay mang đi các khối nước do phân kỳ vhội tụ. Hiện tượng chuyển động
ny được gọi lbơm Ekman


http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2014-02-25-giao_trinh_thuy_van_va_thuy_dong_luc_bien_dong.0WQheR4LMS.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-60964/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

vùng áp thấp v áp cao trong hình thnh nên thời tiết. Thông th‡ờng chúng
chuyển động về phía đông trên nền của các dòng gió tây. Tuy nhiên đối với dòng
chuyển động trung bình của không khí thì các sóng ny lại có h‡ớng tây, t‡ơng
tự nh‡ chúng ta vừa phân tích.
1.5.3. Hoˆn l€u trong lớp Ekman vˆ cân bằng Sverdrup
Dòng chảy địa chuyển mô tả chuyển động của n‡ớc biển không xét đến ảnh
h‡ởng của ma sát chỉ quan tâm đến cân bằng giữa lực do gradient áp suất sinh
ra v lực Coriolis. Thông l‡ợng động l‡ợng do gió truyền cho biển đi sâu xuống
các lớp sâu đại d‡ơng chủ yếu do lực ma sát của n‡ớc biển. Nh‡ vậy lớp biên
trên cùng của đại d‡ơng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong động lực học
biển. Trong lớp n‡ớc ny luôn có sự cân bằng giữa hai lực chính đó l lực nhớt
đóng vai trò phân bố động l‡ợng xuống các tầng biển sâu v lực Coriolis.
Từ lý thuyết Ekman, bên cạnh cấu trúc thẳng đứng của vận tốc dòng chảy,
chúng ta th‡ờng quan tâm đến dòng vận chuyển tổng cộng do dòng chảy gây ra
trong lớp n‡ớc đó. Khối l‡ợng n‡ớc vận chuyển do dòng chảy gió trong lớp
Ekman đ‡ợc xác định theo công thức đơn giản phụ thuộc vo ứng suất gió v
tham số Coriolis:
36
Hình 1.23. Sơ đồ vận chuyển Ekman v
bơm Ekman trên bờ đông Thái Bình D‡ơng.
Mũi tên đơn chỉ h‡ớng gió, mũi tên kép chỉ
h‡ớng vận chuyển Ekman tổng cộng tính
theo ứng suất gió.
Hộp A nằm giữa hai miền Tín phong v gió
Tây Bắc Bán Cầu. Kết quả cho thấy hiện
t‡ợng hội tụ dòng v bơm Ekman lm chìm
n‡ớc xuống d‡ới sâu.
Hộp B l ảnh chiếu của A trên Bán Cầu
Nam cũng cho thấy bơm Ekman lm chìm
n‡ớc xuống sâu.
Hộp C nằm ở phía nam đới cực đại gió Tây;
dòng Ekman rất mạnh ở phía bắc v yếu ở
phía nam dẫn đến phân kỳ v bơm Ekman
lm n‡ớc nổi lên mặt v tạo n‡ớc trồi.
Hộp D nằm trên xích đạo ứng suất gió
không có biến đổi đáng kể, nh‡ng tham số
Coriolis lại thay đổi dấu khi v‡ợt qua xích
đạo v h‡ớng dòng chảy sẽ đi về hai phía
gây nên phân kỳ hay bơm Ekman nổi v
n‡ớc trồi.
Hộp E nằm trên khu vực tín phong ; dòng
vận chuyển Ekman đi ra từ bờ tạo nên hiện
t‡ợng n‡ớc trồi Ekman ven bờ.
37
f
M e
W (1.18)
có thứ nguyên kg m-1 s-1.
Dòng vận chuyển ny có h‡ớng vuông góc với h‡ớng gió v quay về bên
phải so với h‡ớng gió ở Bắc Bán Cầu v về bên trái ở Nam Bán Cầu.
Nh‡ vậy dòng vận chuyển Ekman l phần bổ sung của dòng vận chuyển
không có nguồn gốc địa chuyển trong đại d‡ơng.
Dòng chảy gió l một trong những loại dòng chảy phát triển nhất tồn tại trên
mặt biển. Dòng vận chuyển trong lớp Ekman đóng một vai trò hết sức quan
trọng l một trong những nguyên nhân hình thnh nên chuyển động của các
tầng sâu đại d‡ơng. Sở dỹ điều ny xẩy ra vì dòng chảy Ekman th‡ờng tồn tại
d‡ới dạng các xoáy với những khu vực hội tụ v phân kỳ, từ đó lm xuất hiện
các dòng chuyển động thẳng đứng trong những lớp n‡ớc mặt v đáy nhằm thay
thế hay mang đi các khối n‡ớc do phân kỳ v hội tụ. Hiện t‡ợng chuyển động
ny đ‡ợc gọi l bơm Ekman.
Từ ph‡ơng trình 1.18 có thể nhận thấy biến động của vận chuyển Ekman
do hai nhân tố l ứng suất gió v tham số Coriolis gây nên, trong đó biến động
của lực Coriolis th‡ờng không đáng kể.
Hình 1.24. Sơ đồ hai tr‡ờng gió v tr‡ờng vận chuyển Ekman t‡ơng ứng, (a) với xoáy ứng suất gió
bằng 0, (b) xoáy ứng suất gió khác 0. Hiện t‡ợng bơm Ekman chỉ xuất hiệnkhi có xoáy của gió.
Nh‡ vậy, biến động của dòng vận chuyển phụ thuộc chủ yếu vo tr‡ờng
38
gió. Trên hình 1.23 dẫn ra các ví dụ về gió gây hội tụ tại các khu vực nằm giữa
tín phong v gió tây A v B v hình thnh bơm Ekman trong dạng n‡ớc chìm.
Hiện t‡ợng chuyển h‡ớng về cực của gió tây mạnh (ô C) tạo ra bơm Ekman
trong dạng n‡ớc trồi.
Ngoại trừ trên xích đạo vận tốc chuyển động theo ph‡ơng thẳng đứng của
biên d‡ới lớp Ekman đ‡ợc xác định theo công thức:
y
M
x
Mw eYeX
w
w

w
w
0U
với Mex v Mey l các thnh phần của vận chuyển Ekman. Công thức ny có
thể có dạng khác liên quan đến xoáy ứng suất gió:
y
f
x
f
f
rotw xyz w
w

w
w

)/()/(
)(0
WWWU (1.19)
Mối t‡ơng quan giữa bơm Ekman v xoáy ứng suất gió đ‡ợc mô tả trên
hình 1.24. Trên hình 1.25 đ‡a ra phân bố tr‡ờng xoáy ứng suất gió trên mặt đại
d‡ơng thế giới chỉ rõ các vùng có khả năng xẩy ra bơm Ekman.
Do công thức đánh giá bơm Ekman không áp dụng cho vùng xích đạo nằm
giữa 2˚N v 2˚S vì vậy cần có những đánh giá riêng cho khu vực đại d‡ơng ny.
Trên khu vực xích đạo (ô D hình 1.23) th‡ờng quan trắc thấy hiện t‡ợng n‡ớc
trồi: trên vùng xích đạo Đại Tây D‡ơng v đông Thái Bình D‡ơng gió th‡ờng
h‡ớng đông v khá đồng nhất, sự thay đổi dấu của tham số Coriolis qua xích đạo
đã tạo ra dòng vận chuyển Ekman ng‡ợc h‡ớng nhau tại 2˚N v 2˚S dẫn đến
phân kỳ v n‡ớc trồi.
Hình 1.25.Phân bố xoáy ứng suất gió trung bình năm v bơm Ekman t‡ơng ứng tính từ tr‡ờng gió thể
hiện ở hình 1.4. Tại vùng xích đạo (2°N - 2°S, tô đậm) giá trị bơm Ekman )(
f
rot z
W
không xác định.
39
Dọc theo bờ đông Thái Bình D‡ơng (ô E) ứng suất gió lại có h‡ớng về xích
đạo, dòng vận chuyển Ekman đi ra từ bờ gây nên hiện t‡ợng n‡ớc trồi. Hiện
t‡ợng t‡ơng tự cũng xẩy ra trên vùng ven bờ Peru-Equator.
Cân bằng Sverdrup
Để giải thích sự hình thnh các khu vực biến đổi của độ sâu nêm nhiệt,
chúng ta có thể kết hợp nguyên lý động lực học dòng địa chuyển trong lòng đại
d‡ơng với động lực học lớp Ekman.
Nh‡ chúng ta đều biết các vùng lồi lõm của lớp nêm nhiệt trong mô hình
đại d‡ơng 1.1/2 chuyển động về phía tây với vận tốc sóng Rossby. Chúng ta có
thể thu đ‡ợc ph‡ơng trình chuyển động của các vùng xoáy cục bộ ny trong
dạng:
x
HH
yf
g
t
H
w
w'
w
w
0
2 )( U
UE
(1.20)
Chuyển động của các xoáy cục bộ ny l hệ quả của quá trình hội tụ dòng
vận chuyển địa chuyển ở phía tây xoáy nghịch v phân kỳ ở phía đông nh‡ đ‡ợc
thể hiện trên hình 1.22, nh‡ vậy ph‡ơng trình 1.20 có thể xem nh‡ ph‡ơng trình
cân bằng đối với hội tụ của tr‡ờng dòng. Những xoáy thể hiện trên hình 1.15.c
cho ta bức tranh trung bình năm t‡ơng ứng trạng thái dừng do đó ˜H/˜t = 0. Bây
giờ chúng ta kết hợp với hiện t‡ợng hội tụ trong bơm Ekman, biết rằng sự biến
đổi của độ sâu nêm nhiệt ở đây xẩy ra do vận tốc theo ph‡ơng thẳng đứng tại
biên d‡ới của lớp Ekman. Trong tr‡ờng hợp ny, kết hợp ph‡ơng trình 1.19 với
1.20 áp dụng cho điều kiện dừng ta sẽ có:
f
rot
x
HH
yf
g
z
00
2 )( U
W
U
UE
w
w'
(1.21)
Có thể cho rằng vế phải của ph‡ơng trình 1.21 nh‡ một phần tạo các xoáy
hay vùng thấp mới chuyển động về phía tây nh‡ các sóng Rossby. Kết quả chung
dẫn đến sự hình thnh gradient H theo h‡ớng đông-tây bao gồm cân bằng địa
chuyển v hội tụ bơm Ekman. Từ đó có thể thấy quá trình lan truyền năng
l‡ợng về phía tây hình thnh nên dòng chảy biên rất mạnh trong các đại d‡ơng
l ph‡ơng thức lm tản mát năng l‡ợng đã đ‡ợc bơm Ekman cu...

---