بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تغییرات تاوایی ناشی از کرل تنش باد و فرارفت و انتشار و کرل گرادیان فشار در خزر میانی برای دو ماه فوریه و آگوست با استفاده از مدل POM1 بررسی شد. مدل POM، مدلی اقیانوسی با مختصات عمودی سیگما، شبکهی افقی منحنیوار راست گوشه است. در این مدل از دادههای میدان دما و شوریWOA و دادههای رودخانهها از میانگین ماهیانهی دادههایNRL ، و برای ژرفاسنجی از دادههایGEBCO08 با دقت 30 ثانیه استفاده شد. همچنین دادههای باد، بارش، تبخیر، یخ، تابش امواج کوتاه و بلند، اخذ شده از بانک دادههای روزانه ECMWF، با دقت 7/5 دقیقه و با گام زمانی6 ساعته، استفاده شده است. نتایج مدل پس از بررسی پایداری، با دادههای میدانی موجود، مقایسه و تطابق خوبی بین الگوی تغییرات دما و نیز شوری مشاهده شد. از نتایج این تحقیق، میتوان به مولفهی کرل گرادیان فشار بعنوان تاثیرگذارترین مولفه بر روی تغییرات تاوایی اشاره کرد. بیشینه مقادیر مولفههای فرارفت و انتشار، کرل گرادیان فشار و کرل تنش باد به ترتیب +3e-11، +2e-10 و +2e-11 بر مجذور ثانیه در نواحی شمالغربی و غرب این حوضه میتوان مشاهده کرد.
کلمات کلیدی: تاوایی، مدلPOM،دریای خزر.
-1مقدمه
دریای خزر بزرگترین حوضهی آبی بسته جهان است. این دریا با توجه به اکوسیستم خاصی که دارد دارای گونههای جانوری و گیاهی منحصر به فردی میباشد. این دریا بین دو قاره ی آسیا و اروپا واقع شده است و در عرض جغرافیایی35° تا 48° شمالی و طول جغرافیایی46° تا 55° شرقی قرار گرفته است، به طوری که توسط کشورهای جمهوری اسلامی ایران، ترکمنستان، قزاقستان، روسیه و جمهوری آذربایجان احاطه شده است. با توجه به شرایط فیزیکی و جغرافیایی و توپوگرافی، دریای
خزر را میتوان به سه بخش تقسیم کرد:>1@ خزر شمالی - NCB2 - ، خزر میانی - MCB3 -
و خزر جنوبی. - SCB4 - مساحت خزر شمالی،80000کیلومتر مربع است. حجم آبیدر حدود 400 کیلومتر مکعب، کمتر %1 از حجم کل آب خزر را در خود جای داده است و میانگین عمق آن 5 متر و بیشینه عمق آن 15 متر میباشد. خزر میانی دارای مساحتی در حدود 138000 کیلومتر مربع میباشد که حجم آب در این بخش 26500 کیلومتر مکعب است که % 33/9 درصد از حجم کل آب دریا در این بخش قرار دارد. محدوده خزر جنوبی، مرز جنوبی خزر میانی تا کرانههای ساحل ایران است. مساحت این حوضه در حدود 168000 کیلومتر مربع میباشد. عمیق ترین نقطه دریای خزر در این حوضه است. بیشترین عمق در این قسمت 1025شکل:1رودخانههای اصلی دریای خزر متر و متوسط آن 325 متر میباشد.
>1@ شبکه رودخانهای در اطراف دریای خزر بسیار نامنظم است - شکل. - 1 رواناب متوسط رودخانههای ولگا، اورال، ترک و کورا به حدود %90 کل رواناب همه رودخانههای داخلی دریا میرسد. باقی رواناب مربوط به رودخانههای ایرانی و جریانهای جزئی ساحل غربی دریای خزر میباشد. ساحل شرقی دریا کمابیش از رواناب دائم رودخانههای منتهی به دریا، بیبهره میباشد .>2@به طور کلی گردش آب در دریاها ناشی از نیروهای جزرومدی،اختلاف چگالی،باد و رواناب رودخانهها میباشد. جزرومد در طول چند ساعت، جریانات بادرانده در طول چند روز و جریانات ناشی از اختلاف چگالیو رواناب رودخانهها در چند هفته اثرگذاری میکنند .
>3@برای آگاهی از میزان تاوایی و گردش کلی آب در دریای خزر معمولا از مدلهایهیدرودینامیکی عددی از دادههای جوی و اقیانوسی، با حل معادله تاوایی استفاده میشود. معادلهی تاوایی دارای پنج جمله تاوایی ناشی از فرارفت و انتشار، کوریولیس، گرادیان فشار، تنش باد و تنش بستر میباشد که با توجه به حوضهی مورد نظر اثر هرکدام از این جملات را میتوان مشاهده کرد. مطالعه در این زمینه اولین بار در اواسط 1970 صورت گرفت که نتایج حاصله به دلیل نقایص مدل هیدرودینامیکی عددی و شرایط اولیه و شرایط مرزی استفاده شده، قابل اعتماد نبودند ولی در اواخر 1990 این خطاها رفع شدند که نتایج شبیه سازی عددی با استفاده از مدل هیدرودینامیکی غیر خطی با مشاهدات سه بعدی گردش فصلی خزر مطابقت داشت .>4@ همچنین اولین پژوهش در زمینه تاوایی، بررسییکپارچهسازی عددی معادلات تاوایی در محیط باروتروپیک توسط Charaney بوده است که فاصله ی مکانی در نظر گرفته در این مطالعه، 736 کیلومتر 8 - درجه طول جغرافیایی و 45 درجه عرض جغرافیایی - و ابعاد شبکه مورد نظر 15 18 بوده است.
پیش بینی براییک دورهی24 ساعته انجام شد که فاصلهی زمانی در ابتدا یک ساعته در نظر گرفته شد ولی پس از آن به دو و سه ساعت هم افزایش یافت که این افزایش زمانی تاثیری در پیش بینی نداشت و باعث ناپایداری محاسبات هم نشد .>5@ پس از آن مطالعاتی در این زمینه انجام شد که از جمله میتوان به بررسی اثرات کرل تنش باد، توپوگرافی و چینه بندی با استفاده از مدل POM بر روی دریاچه میشیگان اشاره کرد که در این تحقیق، تاوایی تحت شرایط باروکلینیکی و باروتروپیکی و همچنین با متغیر و ثابت فرض کردن تنش باد بررسی شد و از نتایج این تحقیق، نیروی تنش باد عامل اصلی و تاثیر گذار بر روی تاوایی و میانگین الگوی گردش توده آب دریاچه میشیگان در طول فصل زمستان میباشد به طوری که تاوایی ناشی از تنش باد 3-2 برابر بزرگتر از تاوایی ناشی از بستر میباشد .>6@ بررسی گردش آب دریاها از نظر ناوبری و کشتیرانی، مطالعات زیست محیطی و انتقال آلودگیهای نفتی و غیر نفتی، میزان رسوب گذاری بنادر و اسکلهها و هر سازه ساحلی دیگر و برقراری تعادل گرمایی زمین بسیار مهم میباشد. با توجه به عواملی مانند انتقال آلودگی نفتی از سواحل شمالی و غربی و تأثیر آن بر بوم نظام5 و همچنین محصور بودن دریا، انجام اندازهگیریها در محدوده فلات قاره، کوتاه مدت بودن اندازهگیریهای میدانی، مدلسازی تغییرات فراسنجها در این دریا برای بررسی پدیدههای دریایی گریزناپذیر میباشد. هدف از این تحقیق، مطالعه تغییرات تاوایی بستر، فرارفت و انتشار و کرل گرادیان فشار در حوضه میانی دریای خزر است. امروزه مدلسازی و شبیهسازی، مهمترین ابزاری است که استفادهکنندگان، طراحان سیستم و پژوهشگران میتوانند توسط آن، پارامترهای طراحی سیستمهای مورد نظر را در شرایط محیطی مختلف بررسی نمایند.
-2 روش تحقیق
-1-2 تئوری بحث
تاوایییک ذره معیاری از میزان چرخش آن حول محورش که با اندازه حرکت زاویه ای آن متناسب است. تاوایی در محاسبات با مفهوم کرل مرتبط است. بردار تاوایی به صورت کرل بردار سرعت تعریف می شود. واضح هست که هرگاه کرل بردار سرعت صفر باشد حرکت غیر چرخشی و در غیر اینصورت حرکت چرخشی می باشد. طبق قرار داد، چرخش ساعتگرد را تاوایی منفی و چرخش پادساعتگرد را تاوایی مثبت می نامند. به طور کلی چندین شکل از تاوایی در دینامیک شاره ها به کار برده می شود که عبارتند از: تاوایی سیاره ای، تاوایی نسبی، تاوایی مطلق و تاوایی نهفته. هر ذره ای که روی زمین باشد همراه با زمین می چرخد. اقیانوس ها و جو زمین نیز از این قاعده مستثنی نیستند. این چرخش که از دوران زمین ناشی می شود را تاوایی سیاره ای می نامند. تاوایی سیاره ای همان پارامتر کوریولیس - f - است که در بحث جریان های اقیانوسی نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. اقیانوس ها و جو دقیقا به همان اندازه چرخش زمین حول محورش دوران نمی کنند بلکه دارای چند حرکت چرخشی نسبت به زمین نیز هستند که ناشی از جریان های مختلف و بادها است. تاوایی ناشی از حرکت یک سیال به تنهایی - بدون در نظر گرفتن چرخش زمین - تاوایی نسبی نامیده می شود. برای درک بهتر رابطهی بین تاوایی و گردش جریان عبوری از یک مقطع دو بعدی که در شکل 2 نشان داده شده است، تغییرات سرعت در جهت عمود بر امتداد سرعت، تاوایی در این سطح برا به وجود می آورد حال اگر المانی از این سطح در نظر گرفته شود گردش در یک المان به صورت زیر تعریف می شود:
