مدل سه بعدی گردش آب و ساختار دما در دریای خزر

این تحقیق یک مدل عددی سه بعدی برای پیش بینی گردش آب های ناشی از وزش باد متغیر ارائه می دهد و نتایج حاصل از آن در مقایسه با مشاهدات، مورد بحث قرار می گیرد. مدل عددی مذکور براساس حل معادلات حاکم بر جریان و توزیع دما با روش تفاضل محدود (finite difference) با فرض  ثابت و  متغیر استوار است. معادلات تکانه، تاوایی، پیوستگی و روابط تنش در سطح، کف و لایه های میانی مورد استفاده قرار گرفته اند. لزجت افقی و عمودی و ضریب پخش تلاطمی بر اساس فرمول های استفاده شده بنت در دریاچه آنتریو (۱۹۷۷) برآورد شده است. با توجه به ابعاد دریای خزر در مدل عددی، از پارامتر کوریولیس (coriolis) متغیر و همچنین از تقریب هیدروستاتیک (hydrostatic)، صفحه بتا و تقریب بوسینسک (boussinesq) استفاده شده است. برای آزمایش مدل از چند مورد ساده با شرایط مرزی مشابه دریای خزر، استفاه شده است. برای مدل سازی دریای خزر، شبکه بندی حوزه در سطح افقی با ابعاد ۱۰×۱۰ کیلومتر و در جهت قائم در ۱۰ لایه با ضخامت های متغیر از سطح به کف به ترتیب: ۵، ۱۰، ۲۰، ۳۰، ۶۰، ۱۰۰، ۱۵۰، ۲۵۰، ۵۰۰ و بالاتر از ۵۰۰ متر در نظر گرفته شده اند. داده های باد شامل سرعت، جهت و دمای آب که مربوط به روز پانزدهم شهریور سال ۱۳۷۴ در ساعت های ۶، ۱۲ و ۱۸ بود که از طریق ایستگاه های همدیده ای حاشیه دریای خزر و گشت دریایی حاجی علی اف، گردآوری شده است. اطلاعات باد ساحلی اندازه گیری شده با تصحیحات اعمالی به روش (SPM, shore protection manual) به باد دور از ساحل تبدیل شد و به روش درون یابی با استفاده از عکس مربع فاصله، توزیع مکانی سرعت باد در سطح حوزه دریای خزر به دست آمد. مدل بر اساس مشاهدات و گزارش های موجود مورد ارزیابی قرار گرفته است. وضعیت جریان در چند لایه بررسی شده و سرعت ها در برش طولی و برش های عرضی در ناحیه شمالی، میانی و جنوبی مورد بحث قرار گرفته است. در کل حوزه، اندازه سرعت جریان متفاوت است. سرعت جریان محاسبه شده از cm.s-۱۶/۱ تا cm.s-۱۱۵است که بیشترین مقدار سرعت در ناحیه میانی به ازای سرعت باد حداکثر ۷ متر بر ثانیه و تنش باد . همچنین نتایج به دست آمده، وجود سلول های گردشی را به طور پاد ساعتگرد در سه ناحیه فوق نشان می دهد و اینکه گردش با عمق به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. نتایج حاصل از حل عددی معادله دما با اطلاعات حاصل از مشاهدات گشت دریایی مقایسه شده است و تغییرات دما در لایه های متفاوت برش های عرضی و طولی، هم خوانی نسبتا قابل قبولی از مدل با مشاهدات را بیان می کند.

Keywords:

گردش , دما , مدل عددی , تنش باد متغیر