Hải dương học đại cương - Chương 4 pptx

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, lҥi có nhӳng quá trình khác có xu hѭӟng san bҵng các ÿһc trѭng vұt lý và ÿѭӧc gӑi là sӵ xáo trӝn. Trong trѭӡng hӧp tәng quát ngѭӡi ta phân biӋt ba dҥng xáo trӝn: phân tӱ, rӕi và ÿӕi lѭu, mһc dù giӳa hai dҥng cuӕi sӵ khác biӋt ӣ mӝt mӭc ÿӝ nhҩt ÿӏnh chӍ có tính chҩt qui ѭӟc. Xáo trӝn phân tӱ là do chuyӇn ÿӝng nhiӋt ngүu nhiên cӫa các phân tӱ gây nên, nhӳng phân tӱ xâm nhұp tӯ lӟp này sang lӟp khác và san bҵng các tính chҩt vұt lý trên tҩt cҧ các hѭӟng. Xáo trӝn phân tӱ mang ÿһc ÿiӇm vi mô cӫa chuyӇn ÿӝng Braonѫ hay chuyӇn ÿӝng phân lӟp cӫa chҩt lӓng. Do khӕi lѭӧng các phân tӱ rҩt nhӓ và quãng ÿѭӡng chuyӇn ÿӝng tӵ do cӫa chúng ngҳn, nên trong ÿҥi dѭѫng xáo trӝn phân tӱ hoàn toàn không ÿáng kӇ so vӟi nhӳng dҥng xáo trӝn khác. Xáo trӝn rӕi ÿѭӧc hiӇu là mӝt quá trình vұt lý xuҩt hiӋn trong chuyӇn ÿӝng hӛn loҥn cӫa chҩ t lӓng và kèm theo các thăng giáng ngүu nhiên cӫa các trѭӡng thӫy ÿӝng lӵc (vұn tӕc, áp suҩt, nhiӋt ÿӝ v.v ). Khác vӟi quá trình khuӃch tán phân tӱ, trong xáo trӝn rӕi tham gia vào chuyӇn ÿӝng ngүu nhiên không phҧi các phân tӱ riêng lҿ, mà là nhӳng thӇ tích chҩt lӓng lӟn hѫn, do ÿó cѭӡng ÿӝ xáo trӝn tăng lên rҩt nhiӅu. Ĉӕi vӟi chҩt lӓng ÿӗng nhҩt, chuyӇn ÿӝng phân lӟp sӁ chuyӇn sang chuy Ӈn ÿӝng rӕi khi sӕ Reinolds Re ÿҥt giá trӏ tӟi hҥn P U lV cr 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 ӣÿây ÿiӅu kiӋn cҫn cho nó là phҧi tӗn tҥi các graÿien tӕc ÿӝ trên các hѭӟng ÿó. Xáo trӝn rӕi dүn ÿӃn san bҵng nhӳng bҩt ÿӗng nhҩt cӫa các trѭӡng hҧi dѭѫng hӑc. Tuy nhiên, sӵ san bҵng diӉn ra không nhѭ nhau ÿӕi vӟi mӑi tính chҩt. Thұt vұy, dүn nhiӋt rӕi x ҧy ra nhanh hѫn so vӟi khuӃch tán muӕi. Vì vұy, cùng là nhӳng bҩt ÿӗng nhҩt nhѭ nhau nhѭng trong trѭӡng nhiӋt ÿӝ thì sӁ bӏ san bҵng và biӃn mҩt nhanh hѫn so vӟi trong trѭӡng ÿӝ muӕi, ӣÿây nhӳng dҩu vӃt rӕi có thӇ ÿѭӧc bҧo tӗn trong khoҧng thӡi gian dài hѫn. Nhӳng dҩu vӃt này ÿã ÿѭӧc Nasmith gӑi mӝt cách hình tѭӧng là rӕi “hóa thҥch” hay rӕi “tàn dѭ ”. Xáo tr͡n ÿ͙i l˱u (t͹ do) - ÿó là sӵ xáo trӝn trên phѭѫng thҷng ÿӭng do mұt ÿӝ nѭӟc giҧm theo ÿӝ sâu và không phө thuӝc các lӟp xáo trӝn có ӣ trong trҥng thái chuyӇn ÿӝng hay không. Nguyên nhân chính hình thành ÿӕi lѭu là mұt ÿӝ lӟp mһt tăng lên do ҧnh hѭӣng cӫa quá trình nguӝi lҥnh hoһc mһn hóa. Trong sӕ các dҥng xáo trӝn trên ÿây thì xáo trӝn rӕi có ý nghƭa lӟn nhҩt trong ÿiӅu kiӋn tӵ nhiên, nó phә biӃ n to àn cҫu do hӋ quҧ tác ÿӝng không ngӯng cӫa gió lên mһt ÿҥi dѭѫng. Xáo trӝn ÿӕi lѭu chӍ có thӇ phát triӇn mҥnh mӁ trong thӡi kì nguӝi lҥnh thu ÿông ӣ nhӳng vùng vƭÿӝ trung bình và vƭÿӝ cao. Xáo trӝn phân tӱ, nhѭÿã nhұn xét ӣ trên, không ÿáng kӇ và ngѭӡi ta chӍ tính ÿӃn nó khi xem xét cҩu trúc tinh cӫa ÿҥi dѭѫng, nghiên cӭu lӟp màng bӅ mһt hay mӝt sӕ q uá trình thӫy sinh. 4.2. Phân tҫng mұt ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng 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 thҷng ÿӭng cӫa nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi. Phân tҫng ÿѭӧc gӑi là dѭѫng nӃu mұt ÿӝ tăng theo ÿӝ sâu ( 0 !' U ), là âm nӃu mұt ÿӝ giҧm theo ÿӝ sâu ( 0 ' U ), và là cân bҵng phiӃm ÿӏnh nӃu mұt ÿӝ không biӃn ÿәi theo ÿӝ sâu ( 0 ' U ). Trong phân tҫng dѭѫng, phҫn tӱ bӏ di chuyӇn lên trên hoһc xuӕng dѭӟi sӁ hѭӟng tӟi trӣ vӅ vӏ trí ban ÿҫu; trong phân tҫng âm - phҫn tӱ càng ÿi xa khӓi mӵc ban ÿҫu, còn trong phân tҫng cân bҵng phiӃm ÿӏnh - phҫn tӱ sӁ dӯng tҥi nѫi mà nó bӏ mang ÿӃn. Gia tӕc chuyӇn ÿӝng thҷng ÿӭng cӫa phҫn tӱ có thӇ ÿѭӧc biӇu diӉn bҵng U U ' r g m F dt zd 2 2 , (4.2) 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 ' ' o' (4.4) là ÿӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng toàn phҫn cӫa nѭӟc ÿҥi dѭѫng. Nhѭ vұy, ÿӝ әn ÿӏnh là gia tӕc cӫa phҫn tӱ bӏ di chuyӇn khӓi trҥng thái ban ÿҫu cӫa nó; gia tӕc này ÿѭӧc ÿem chia cho khoҧng cách. 0 !E ӭng vӟi cân bҵng әn ÿӏnh, 0E - cân bҵng bҩt әn ÿӏnh và - cân bҵn g phiӃm ÿӏnh.0 E Graÿien mұt ÿӝ tro ng công thӭc (4.4) ÿѭӧc viӃt theo tӍ lӋ vӟi ÿӝ sâu. Rõ ràng tӯ quan ÿiӇm vұt lý nӃu tính tӟi ÿӝ nén cӫa nѭӟc biӇn thì sӱ dөng graÿien mұt ÿӝ theo áp suҩt sӁ chính xác hѫn dP d E p U U 1 , (4.5) ngoài ra, nӃu chú ý tӟi quan hӋ giӳa ÿӝ sâu biӇu thӏ bҵng m và áp suҩt biӇu thӏ bҵng dba, tӭc gdzdP U 4 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 T dz d E A ' ETD )( . (4.8) Ӣÿây  T nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ, hiӋu chӍnh ÿoҥn nhiӋt. Tӯ (4.8) ta trӯÿi phҫn ÿӝ әn ÿӏnh ӭng vӟi ÿҥi dѭѫng ÿӗng nhҩt khi ' A T const S , tӭc ӭng vӟi các ÿiӅu kiӋn cân bҵng trung hòa. Khi ÿó ta có dz dS dz d E E T D  . (4.9) 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: ¸ ¹ · ¨ © §  2 11 C dP d E U U . (4.11) Tӯÿây thҩy rҵng ÿӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng tăng phi tuyӃn khi tӕc ÿӝ âm tăng và ngѭӧc lҥi. Tѭѫng quan này cho phép loҥi trӯ hiӋu ӭng nén ÿoҥn nhiӋt khӓi ÿӝ әn ÿӏnh toàn phҫn. Tӯ góc ÿӝ thӵc tӃѭӟc lѭӧng E bҵng (4.11) tӓ ra tӕt hѫn, ÿһc biӋt trong nhӳng trѭӡng hӧp có sӕ liӋu quan trҳc tӕc ÿӝ âm. Thay vì (4.10) vӟi sai sӕ không lӟn có thӇ viӃt công thӭc sau: dz dT Tdz dT Tdz dS S E 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 vѭӧt trӝi so vӟi ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt ÿӝ, tӭc. TS EE ! Hình 4.1. Tѭѫng quan giӳa ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi trên mһt cҳt dӑc kinh tuyӃn 30 o W ӣĈҥi Tây Dѭѫng Hình 4.2. Phân bӕÿӝәn ÿӏnh thҷng ÿӭng ÿiӇn hình ӣ lӟp trên cӫa biӇn Baren mùa hè (1) và mùa ÿông (2) (theo V.T. Timopheev và V.V. Panov) Ĉӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng, ÿһc biӋt trong các lӟp trên cӫa biӇn có thӇ biӃn ÿәi rҩt mҥnh tӯ mùa này tӟi mùa khác. Trên hình 4.2 dүn phân bӕÿiӇn hình cӫa ÿӝ әn ÿӏnh trong lӟp trên cӫa biӇn Baren. VӅ mùa hè, ÿӝ әn ÿӏnh cӫa các lӟp dѭѫng và giҧm theo ÿӝ sâu. Lӟp trên ÿѭӧc sѭӣi ҩm và xáo trӝn mҥnh do gió bӏ tách biӋt vӟi bӅ dày còn lҥi bҵng mӝt lӟp biӃn ÿәi m ұt ÿӝ ÿӝt ngӝt - nhҧy vӑt, tѭѫng ӭng vӟi cӵc ÿҥi ÿӝ әn ÿӏnh. VӅ mùa ÿông (xem hình 4.2) ÿӝ әn ÿӏnh âm tӯ mһt tӟi ÿӝ sâu 50 m phҧn ánh sӵ xáo trӝn ÿӕi lѭu trong lӟp này diӉn ra bӣi quá trình tăng mұt ÿӝ lӟp mһt khi nó bӏ nguӝi lҥnh. Ta nhұn thҩy rҵng công thӭc (4.2) ÿӗng nhҩt vӟi phѭѫn g trình dao ÿӝng ÿiӅu hòa ÿѫn gi ҧn 0 2 2 2  [ [ 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 giӟi rҩ t giӕng n hau. Ӣ phía dѭӟi lӟp nêm nhiӋt chính có thӇ xҩp xӍ phân bӕ này bҵng mӕi phө thuӝc: ¸ ¹ · ¨ © §  B z NzN exp)( 0 , trong ÿó tҫn sӕ ngoҥi suy tӟi mһt biӇn ( chu trình trong 1 giӡ, hay ),  0 N 3 1024   3 0 |N 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 vӅ sau chúng ta cNJng tuân theo ÿӏnh nghƭa này. ViӋc nghiên cӭu ÿӕi lѭu tӵ do vӟi các qui mô và hình thӭc khác nhau rҩt quan trӑng ÿӇ hiӇu và giҧi thích nhiӅu quá trình thӫy nhiӋt ÿӝng lӵc diӉn ra tron g Ĉҥi dѭѫng ThӃ giӟi. Xáo trӝn ÿӕi lѭu có vai trò ÿáng kӇ trong chӃ ÿӝ thӫy văn các biӇn và ÿҥi dѭѫng, tác ÿӝng trӵc tiӃp tӟi trҥng thái không nhӳng cӫa các lӟp nѭӟc mһt mà cҧӣ dѭӟi sâu. Trѭӟc hӃt ÿiӅu này thӇ hiӋn trong ÿӕi lѭu thu ÿông, dҥng ÿӕi lѭu này phә biӃn rӝng khҳp tҥi các vƭÿӝ trung bình và vƭÿӝ cao trong cҧ hai bán cҫ u. Ngoài ra, ÿӕi lѭu ҧnh hѭӣng tӟi các quá trình, thí dө nhѭ tҥo băng, ÿiӅu kiӋn truyӅn các dao ÿӝng ÿàn hӗi trong nѭӟc, sӵ phân bӕ các vùng vӟi sҧn lѭӧng sinh hӑc khác nhau. Sӵ hình thành lӟp mһt ÿӗng nhҩt, ÿӝ dày và phân bӕ không gian cӫa nó phө thuӝc vào cѭӡng ÿӝ xáo trӝn ÿӕi lѭu, ÿһc biӋt tҥi nhӳng vùng mà dҥng xáo trӝn này diӉn ra trong thӡi gian dài. KӃt qu ҧ nghiên cӭu cho thҩy ÿӕi lѭu xâm nhұp tӟi ÿӝ sâu lӟn ӣ các vùng tây bҳc và bҳc cӫa Ĉҥi Tây Dѭѫng. Thí dө, ÿӝ sâu ÿӕi lѭu ӣ các ÿӟi front cӫa thӫy vӵc Labraÿo ÿҥt tӟi 2 000-3 000 m, trong khi ӣ các vùng khѫi ÿҥi dѭѫng trên cùng nhӳng vƭÿӝ thì ÿӝ sâu ÿӕi lѭu thѭӡng nhӓ hѫn mӝt bұc. Thӵc tӃÿӕi lѭu thu ÿông phát triӇn tӟi ÿáy t ҥi nhiӅu biӇn bao quanh bӡ châu Nam Cӵc. Thí dө nhѭӣ biӇn Weddell, nѭӟc các lӟp mһt lҥnh và mһn trѭӡn theo sѭӡn hҿm sâu xuӕng tӟi ÿáy và sau ÿó theo hӋ thӕng hoàn lѭu tҫng sâu chҧy l an rҩt xa lên phía bҳc cӫa Ĉҥi Tây Dѭѫng, cҳt ÿѭӡng xích ÿҥo. Theo nhӳng ѭӟc lѭӧng hiӋn ÿҥi nhұn ÿѭӧc trên cѫ sӣ mô hình hóa hoàn lѭu chung ÿҥi dѭѫng, hàng năm trong Ĉҥi dѭѫ 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 iӋn phòng thí nghiӋm. Trong mӝt lӟp chҩt lӓng mӓng ÿѭӧc nung nóng ÿӅu tӯ phía dѭӟi, các phҫn tӱ cӫa nó lúc ÿҫu bҳt ÿҫu ÿҧo lӝn mӝt cách hӛn loҥn. Sau mӝt khoҧng thӡi gian cӥ vài giây hoһc vài phút tùy thuӝc ÿӝ nhӟt cӫa chҩt lӓng, sӁ hình thành mӝt trҥng thái trong ÿó các dòng thҷng ÿӭng tҥo thành nhӳng hình lөc giác. TӍ sӕ giӳa chiӅu dài cҥnh c ӫa nhӳng lөc gi ác này và chiӅu cao cӫa nhân bҵng khoҧng 2 : 1. Chҩt lӓng nâng lên ӣ tâm cӫa các hình lөc giác, phân kǤ tҥi mһt và hҥ chìm xuӕng dӑc theo các mһt, ngoài ra chuyӇn ÿӝng giáng cӵc ÿҥi sӁ quan sát thҩy ӣ các biên bên cӫa nhân. Sӵ hình thành cӫa các nguyên tӕÿӕi lѭu có thӇ liên quan tӟi ÿӝ әn ÿӏnh tѭѫng ÿӕi cӫa các lӟp nѭӟc. Trѭӡng hӧp này gһp thҩy khi hai chҩt lӓng khác nha u có chung mһ t phân cách phҷng chӏu tác ÿӝng cӫa mӝt gia tӕc trên hѭӟng vuông góc vӟi mһt chung cӫa chúng. Khi gia tӕc hѭӟng tӯ môi trѭӡng ít ÿұm ÿһc hѫn tӟi môi trѭӡng ÿұm ÿһc hѫn thì mһt phân cách trӣ nên không әn ÿӏnh. Trong khi phát triӇn tính bҩt әn ÿӏnh, chҩt lӓng ÿұm ÿһc hѫn sӁ phát ra nhӳng luӗng dài vào phía chҩt lӓng ít ÿұm ÿһc. ChӍ tiêu xuҩt hiӋn và phát triӇn cҧ hai dҥng ÿӕi lѭu tӵ do là sӕ Rayleigh, sӕ này có thӇ ÿѭӧc viӃt dѭӟi dҥng: X D 3 Ra k hTg ' , 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 hiӋn ӣ mӝt lӟp ban ÿҫu nào ÿó và trong quá trình phát triӇn nó sӁ xâm nhұp sâu vào môi trѭӡng nѭӟc c ó ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng. Toàn bӝ lӟp nѭӟc trong ÿó phát triӇn ÿӕi lѭu nhiӋt muӕi sӁ cҩu tҥo tӯ hai phҫn: phҫn biên bên trên vӟi ÿӝ әn ÿӏnh âm và phҫn dѭӟi vӟi ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng. Ĉӕi vӟi phҫn bên trên cӫa lӟp ÿӕi lѭu sӁ thӓa mãn tѭѫng quan . Trong phҥm vi ÿӟi này sӁ hình thành nhӳng nhiӉu ÿӝng ÿӕi lѭu; tӯÿó chúng xâm nhұp sâu vào môi trѭӡng có phân tҫng әn ÿӏnh, dҫn dҫn suy yӃu và triӋt tiêu. Trong phҥm vi phҫn dѭӟi cӫa lӟp ÿӕi lѭu sӁ thӓa mãn ÿiӅu kiӋn,ÿiӅu kiӋn này ÿѭӧc tuân thӫ cҧ vӟi ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng cNJng nhѭÿӝәn ÿӏnh âm yӃu. Trӏ sӕ tӟi hҥn cӫa sӕ Rayleigh thѭӡng bҵng Ra . cr Ra ,657 Ra t cr cr RaRa  5 Trên hìn h 4.4 dүn mӝt thí dө vӅ hoҥt ÿӝng cӫa ÿӕi lѭu thu ÿông: phân bӕ không gian cӫa ÿӝ sâu xáo trӝn ÿӕi lѭu trung bình tháng 3 ӣ vùng ÿông bҳc Ĉҥi Tây Dѭѫng. DӉ dàng thҩy rҵng cӵc ÿҥi ÿӝ dày lӟp ÿӕi lѭu quan sát thҩy ӣ khoҧng giӳa Aixѫlen và nѭӟc Anh, trong vӏnh Biskay gҫn bӡ bán ÿҧo Pirênê, ӣÿây ÿӝ dày này ÿҥt tӟi 900 m. Ӣ phҫ 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 hѫn nguyên tӕ trѭӟc do cӝt nѭӟc dҫn dҫn bӏÿӗng nhҩt hóa. Sӵ hòa hӧp mӝt sӕ nguyên tӕ nәi riêng biӋt dүn tӟi hình thành nhӳng ÿӟi ÿӕi lѭu tѭѫng ÿӕi rӝng (vӟi qui mô mӝt sӕ kilômét) ÿҥt t ӟi ranh giӟi trên cӫa nѭӟc tҫng sâu. Nhѭ vұy, sӵ phát triӇn ÿӕi lѭu ÿѭӧc t hӵc hiӋn tӯ qui mô nhӓ tӟi qui mô lӟn. Ĉӕi lѭu có thâm nhұp tiӃp nӳa xuӕng tӟi lӟp ÿáy hay không là do cѭӡng ÿӝ trao ÿәi năng lѭӧng vӟi khí quyӇn quyӃt ÿӏnh và phө thuӝc vào ÿӝ muӕi cӫa lӟp mһt ÿҥi dѭѫng. Khi ÿӕi lѭu c ó thӇ lan tӟ i ÿáy, còn khi ÿӝ muӕi nhӓ hѫn, ÿӕi lѭu chӍ giӟi hҥn tӟi lӟp nѭӟc tҫng sâu. oS % 82,34! Theo qui mô không gian - thӡi gian, ÿӕi lѭu có thӇ ÿѭӧc phân chia thành ba kiӇu: kiӇu qui mô lӟn, kiӇu qui mô trung bình và kiӇu qui mô nhӓ. Ĉӕi lѭu qui mô lӟn trѭӟc hӃt là ÿӕi lѭu tӵ do trong thӡi kì nguӝi lҥnh thu ÿông, có qui mô không gian - thӡi gian ÿáng kӇ: trong phѭѫng thҷng ÿӭng - hàng trăm và hàng nghìn mét, phѭѫn g ngang - hàng nghìn kilômét, qui mô thӡi gian - mӝt sӕ tháng. Thí dө vӅÿӕi lѭu qui mô vӯa có thӇ là nhӳng quá trình liên quan tӟi biӃn trình ngày ÿêm cӫa các yӃu tӕ khí tѭӧng thӫy v ăn. Thұt vұy, vào ban ÿêm mùa hҥӣ các vƭÿӝ trung bình, lӟp mһt ÿҥi dѭѫng bӏ lҥnh mҥnh mӁ do sӵ phát xҥ hiӋu dөng, trao ÿәi rӕi và bӕc hѫi và mһn hóa do bӕc hѫi. KӃt quҧ là xuҩt ÿӕi lѭu tӵ do vӟi qui mô thҷng ÿӭng ÿһc trѭng tӯ mӝt sӕ mét ÿӃn vài chөc mét. Ĉӕi lѭu qui mô nhӓ bao gӗm nhӳng yӃu tӕ vi cҩu trúc ÿҥi dѭѫng có ÿһc 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 húc khi ÿҥt tӟi nhiӋt ÿӝ mұt ÿӝ cӵc ÿҥi, nhiӋt ÿӝ này cao hѫn nhiӋt ÿӝ ÿông băng, vì khi nhiӋt ÿӝ tiӃp tөc giҧm thì phân tҫng әn ÿӏnh xuҩt hiӋn. Muӕn cho ÿӕi lѭu tiӃp diӉn, tӭc giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi, thì cҫn có nhӳng ÿiӅu kiӋn ÿһc biӋt. ĈӇ ѭӟc lѭӧng v Ӆ sӵ xáo trӝn ÿӕi lѭu cӫa nѭӟc biӇn tro ng thӡi kì nguӝi lҥnh thu ÿông không tính ÿӃn quá trình xáo trӝn rӕi và nhӳng nhân tӕ phӭc tҥp hóa khác, có thӇ sӱ dөng phѭѫng pháp do N.N. Zubov ÿӅ xuҩt năm 1929. Trong phѭѫng pháp này cho rҵng các giai ÿoҥn ÿӕi lѭu nhiӋt và ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi thӵc tӃ bӏ quyӃt ÿӏnh hoàn toàn bӣi sӵ trao ÿәi nhiӋt qua mһt ÿҥi dѭѫ ng. NhiӋm vө tính toán chính là tìm mӕi liên hӋ giӳa ÿӝ sâu thâm nhұp xáo trӝn ÿӕi lѭu và lѭӧng mҩt nhiӋt qua mһt biӇn. Sѫÿӗ tәng quát giҧi bài toán có thӇ diӉn ÿҥt nhѭ sau (hình 4.5). Cho rҵng quá trình ÿӕi lѭu gӗm hai giai ÿoҥn: giai ÿoҥn thӭ nhҩt, khi chӍ có ÿӕi lѭu nhiӋt ( ), khô ng có ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi ( ). Giai ÿoҥn này tѭѫng ӭng vӟi quá trình ÿӕi lѭu tr ѭӟc khi tҥo băng. Giai ÿoҥn hai, khi có thêm ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi và quá trình tăng trѭӣng băng diӉn ra. T K S K Sӕ liӋu xuҩt phát ÿӇ tính là phân bӕ thҷng ÿӭng cӫa nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi ngay trѭӟc khӣi ÿiӇm cӫa thӡi kì nguӝi lҥnh mùa thu và các giá trӏ vӅ lѭӧng mҩt nhiӋt tәng cӝng qua mһt biӇn tron g suӕt thӡi kì nguӝi lҥnh thu ÿông. Giҧ sӱ tҥi mӛi tҫng sâu cӫa trҥm hҧi văn ÿѭӧc biӃt nhiӋt ÿӝ, ÿӝ 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 M 1 ,0 v M 1 ,0 S 1 v M 1 ,0 D 1 ,0 T T 1 ,0 T G D 1 ,0 S 2 ( 0 S  ) 2 ( 10 D 1 ,0 ST 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 1 , T  . Lѭӧng giҧm nhiӋt ÿӝ trung bình cӫa lӟp thӭ nhҩt cҫn ÿӇ nó ÿѭӧc xáo trӝn hoàn toàn ÿѭӧc xác ÿӏnh bҵng D 1 ,0 T D 1 ,0 T M 1 ,0  c p G 1 , T 1 M 0 , T G . Khi ÿó lѭӧng mҩt nhiӋt cӫa lӟp qua mһt, ÿӇ gây nên giҧm lѭӧng , có thӇ tính bҵng 1 ,0 T G 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 4  U 1 ,0 T G 1 ,0 q . (4.16) Bây giӡ ta tính toán sӵ xáo trӝn cӫa các lӟp thӭ nhҩt và thӭ hai. NӃu lұp luұn ÿúng nhѭ khi tính xáo trӝn hai lӟp do hӋ quҧ mҩt nhiӋt, thì lӟp ÿӗng nhҩt bӅ dày ÿѭӧc tҥo t hành sӁ có thӇ tích riêng , còn ÿӝ muӕi ÿѭӧc xác ÿӏnh theo công thӭc cӫa hӛn hӧp 2 ,0 z' D 2 M 2 ,0 vv 2 ,0 2 ,1 D 2 ,11 ,0 D 1 ,0 M 2 ,0 )( z 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  G . Lѭӧng mҩt nhiӋt tӯ khӣi ÿҫu ÿӕi lѭu tӟi thӡi ÿiӇm xáo trӝn ÿҥt tӟi ÿӝ sâu ÿѭӧc tính the o công thӭc sau: 2 z 2 ,02 ,0 6 2 ,0 104 Tzq G ' . Sӵ xáo trӝn cӫa lӟp , bây giӡÿã trӣ thà nh ÿӗng nhҩt, vӟi lӟp tiӃp theo ÿѭӧc xá c ÿӏnh ÿúng nhѭÿã làm vӟi sӵ xáo trӝn cӫa lӟp vӟi lӟp. ViӋc tính toán giai ÿoҥn ÿӕi lѭu nhiӋt tiӃn hành cho ÿӃn khi nào trong khi xáo trӝn nhiӋt ÿӝ cӫa bӅ dày ÿã xáo trӝn còn chѭa bҵng nhiӋt ÿӝ ÿông băng . Tӯ thӡi ÿiӇ m ÿó, n hiӋt ÿӝ cӫa các lӟp xáo trӝn giӳ không ÿәi, bҵng nhiӋt ÿӝ ÿông băng. Mҩt nhiӋt tiӃp tөc sӁ gây nên quá trình tҥo băng, làm tăng ÿӝ muӕi và tăng mұt ÿӝ nѭӟc dѭӟi băng, vì vұy ÿӕi lѭu tiӃp diӉn là ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi và ÿӕi lѭu nhiӋt. 2 ,0 z' 3 ,2 z' ,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 h b S w S h b h z ' sau khi tҥo thành băng tăng lên mӝt lѭӧng S G . Theo ÿӏnh luұt bҧo toàn khӕi lѭӧng khi tҥo ra băng vӟi mұt ÿӝ tӯ nѭӟc vӟi mұt ÿӝ ta c ó: b U b U G  w U b b 9h ( ) w S bw 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 Sh S ( G ) b . (4.19) Vì thông thѭӡng và , nê n bӓ qua các sӕ hҥng bé và lѭu ý biӇu thӭc (4.18), ta có các công thӭc gҫn ÿúng: wb SS h  w S Sz G D ,0 n 1 , n M 1 ,0 n b h M ,0 S t¹i T 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: b T n z M ,0 M ,0 , nn Tv T . Sau khi xáo trӝn lӟp này vӟi lӟp tiӃp theo do hӋ quҧ mһn hóa trong khi tҥo băng, lӟp sӁ c ó các ÿһc trѭng ' z M 1 ,0 M 1 ,0 ,  nn Tv . trong ÿó hiӋn tҥi chѭa ÿѭӧc biӃt. Giá trӏÿӝ muӕi sau khi xáo trӝn sӁ ÿѭӧc xác ÿӏnh theo biӇu ÿӗ M 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 b 1,1   | n nn S Sz h G . (4.21) KӃt cөc, lѭӧng mҩt nhiӋt sӁ là tәng cӫa hai hӧp phҫn. Mӝt trong sӕÿó là ÿѭӧc xác ÿӏnh theo hiӋu nhiӋt ÿӝ ÿông băng cӫa lӟp ÿã xáo trӝn và nhiӋt ÿӝ trung bình cӫa nó trѭӟc xáo trӝn theo công thӭc tѭѫng tӵ nhѭ (4.21): t q b T  D 1 ,01 ,0 6 1 ,0 104   nnnt Tzq 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 10300 hq n |  . Tәng lѭӧng mҩt nhiӋt nhӡÿó sӵ xáo trӝn ÿӕi lѭu ÿã ÿҥt ÿӃn tҫng sâu bҵng 1n h 1 , b1 ,0 1 ,0   nnntn qqq . Bҵng cách tѭѫng tӵ, ngѭӡi ta tính các giá trӏ cӫa các ÿһc trѭng sau khi xáo trӝn mӝt lӟp ÿӗng nhҩt vӟi lӟp tiӃp theo v.v ViӋc tính toán các yӃu tӕÿӕi lѭu nhѭ vұy ÿѭӧc thӵc hiӋn cho ÿӃn khi nào tәng lѭӧng mҩt nhiӋt trӣ nên bҵng lѭӧng mҩt nhiӋt thӵc tӃ trong suӕt thӡi kì nguӝi lҥnh tҥi vùng ÿҥi dѭѫng ÿang xét. Ta nhұn thҩy rҵ ng lѭӧng mҩt 173 174 [...]... di n tích n v n m ngang do 189 ASz k Sz z z i (4. 40) ASz trong công th c (4. 40) có tên là h s khu ch tán r i th ng ng c a mu i, còn k Sz N u thông l h s r i th ng ng xung l ng c a mu i Uw thì t ng r i bi u di n b ng ng t v i (4. 39) và (4. 40) ta có Q ây A z Uw z h s nh t r i A z U z k z ng l c h c, còn k U z z (4. 41) h s nh t ng h c t tính trao ng t (4. 40) i r i c a ch t tan th ng có th s d ng các công... a m t và nhi t dung vào công th c (4. 31) nh h n Trong khi làm nh v y, ta ph i l u ý r ng th ng giáng m t m t s b c, t c Khi ó các dòng tr l ng nhi t giá tr trung bình theo các tr c x, y và z có th c vi t nh sau: (4. 28) c p Tu c p Tu cp T u ; (4. 32) c dòng nhi t t c th i qui T, c p Tv c p Tv cp T v ; (4. 33) S uT S S (4. 29) Ta th c hi n l y trung bình bi u th c (4. 29) theo th i gian i u này có 185... Richardson th ng b ng Ri cr 1 / 4 t1 các th i i m uT th v c a n c, t c V gra ien c qui o n nhi t v áp su t khí quy n tiêu chu n; z ng c a t c chuy n ng trung bình u 1 t2 ng c a toán t sau ây: t2 uT uT uT uT (4. 30) trung bình c a Reinolds: f f , 0, d dàng kh ng nh c r ng các s h ng th hai và th ba c a bi u th c (4. 30) tr nên b ng không K t qu ta có uT uT uT (4. 31) Theo (4. 31) dòng nhi t c l y trung... ngang theo các tr c x và y có th c vi t d i d ng nh ng công th c t ng t (4. 39) (4. 41) V trao i r i theo ph ng ngang, ng i ta ch p nh n gi thi t ng nh t và ng h ng, t c gi thi t v s lan truy n ng u các chuy n ng xoáy trong t t c các h ng, nên ch p nh n AC x (4. 39) c g i là h s trao ng c P ATz và k Tz ng và h s d n nhi t T z w Q Sz (4. 38) c gây nên và có th vi t d trong ó ch s > AC y , kC x kC y... d ng, i u ó làm cho các h s d n nhi t khu ch tán mu i g n b ng nhau (khác v i các quá trình phân t ) B ng 4. 1 B c c a các h s r i (m2/s) H s trao i r i qui mô l n Tính ch t Ph ng ngang Th ng ng H s trao i phân t 10 3 10 5 10 1 10 2 10 6 Enthalpy 10 2 10 4 10 3 10 4 10 7 mu i 10 2 10 4 10 3 10 4 10 9 Xung l ng C ng c n nh n xét v s ph thu c c a các h s r i vào qui mô r i, trong ó qui mô r i gi m thì... các h s r i vào qui mô r i, trong ó qui mô r i gi m thì các h s r i gi m Th t v y, i v i r i qui mô trung bình b c c a các h s nh t ngang và th ng ng tu n t b ng 1 0-1 và 1 0-2 - 1 0-3 m2/s , còn i v i r i qui mô nh b c các h s gi m xu ng 1 0-3 m2/s trong các h ng ngang và th ng ng 191 ng l theo d li u thí nghi m v khu ch tán các v t ch th màu trong d i ng (theo R.V Ozmi ov và A Okubo) R.V Ozmi ov và A... w , (4. 34) tu n t theo các tr c x, y và z thu n ti n nên dùng cách mô t vect cho v n chuy n nhi t trên ph ng ngang Thí d , n u V trên ph ng ngang ( V iu jv ), ta có cp T V cp T V vect t c cp T V dòng ch y (4. 35) V i nh ng th i kì l y trung bình l n (ch ng h n, tháng) s h ng th nh t s c tr ng cho v n chuy n nhi t trung bình b i các dòng ch y, th ng c g i là bình l u nhi t, còn s h ng th hai - dòng... xét s trao i r i c a nhi t l ng, mu i và xung l ng D i d ng t ng quát thông l ng nhi t th ng ng - là l ng v n chuy n tr l ng nhi t c a các h t n c trong m t n v th i gian qua di n tích n v c a m t ph ng n m ngang, theo công th c (4. 31) thì g m thông l ng nhi t i l u và thông l ng r i th ng ng C n c vào (4. 34) ta có th vi t thông l ng nhi t r i th ng ng Q d i d ng nh sau: QTz Nhi u khi h s nhi t r i th... - ki u c u trúc thu n túy b c thang và ki u xâm nh p (xem hình 4. 6) và t h p gi a chúng Ng i ta th ng hi u ki u xâm nh p là l p n c trung gian v i nh ng giá tr nhi t và mu i d th ng so v i n c bao quanh, l p này phân b trong b dày phân t ng c a i d ng t i m c m t t ng ng v i nó Do ó, c i m bi n ng T và S trong c u trúc nhi t mu i xâm nh p g n v i ki u ng m t , trong ó th a mãn ng th c 182 T , (4. 24) ... tr c tr ng c a qui mô không gian - th i gian c a nh ng l pr ic b n c d n trong b ng 4. 2 D nhiên, trong t t c các d ng r i c nghiên c u nhi u nh t Ngu n c a r i vi i d ng, thì r i qui mô nh mô là sóng m t (mao d n, tr ng l c, gió) và sóng n i c ng nh các quá trình khác, c a r i qui mô v a - sóng và các hi n t ng gây nên b i các dao ng tri u và quán tính, c a r i v mô - các xoáy synop, sóng Rossby, dòng . mұt ÿӝ vào (4. 4) dPkdSTdd A 1 )( '  ETDUU , (4. 7) ta ÿѭӧc dz dP k dz dS T dz d E A ' ETD )( . (4. 8) Ӣÿây  T nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ, hiӋu chӍnh ÿoҥn nhiӋt. Tӯ (4. 8) ta trӯÿi phҫn. 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 w  w w  c WWW UU . (4. 41) i phѭѫng ng ang cӫa tҩt cҧ các ÿһc trѭng. Trong trѭӡng hӧp. dөng các công thӭc tѭѫng tӵ (4. 40). Ĉѭѫng nhiên, bên cҥnh sӵ trao ÿәi rӕi thҷng ÿӭng, trong ÿҥi dѭѫng còn diӉn ra sӵ trao ÿәi rӕ x và thӇ ÿѭӧc viӃt ng cô t (4. 39)  (4. 41). VӅ trao ÿәi rӕi theo