Vật lý đại dương ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 4 pptx

Chơng Những quy luật trình nhiệt muối 4.1 Phân tích bậc đại lợng số hạng phơng trình truyền nhiệt v khuếch tán muối Các trình nhiệt muối đợc hiểu l trình hình thnh nên trờng nhiệt độ v độ muối đại dơng Ngời ta thờng xem xét chúng cách đồng thời, biến thiên nhiệt độ v độ muối nớc biển đợc mô tả phơng trình khuếch tán giống Trong phơng trình thông qua cân nhiệt v nớc đà tính đến ảnh hởng khí quyển, ảnh hởng ny đợc truyền từ mặt xuống dới sâu đại dơng v đặc biệt rõ nét từ mùa ny tới mùa khác Đặc điểm biến thiên nhiệt độ v độ muối nớc đại dơng dới tác động trình khí v dòng chảy có nhiều nét tơng tự Khi nghiên cứu ổn định mËt ®é vμ hoμn l−u cđa n−íc ng−êi ta tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng ®ång thêi cđa nhiƯt ®é vμ ®é muối Nhiệt độ đóng băng nớc tùy thuộc vo giá trị chúng Còn nhiều tợng khác phụ thuộc đồng thời vo hai đặc trng hải dơng học ny Trong đại đa số trờng hợp nhu cầu thực tiễn 143 ngời ta quan tâm mức độ khác tới biến trình l trơn l giá trị tức thời nhiệt độ v độ muối Vì vậy, nh đà nhận xét chơng trớc, phơng trình truyền nhiệt v khuếch tán muối đợc lấy trung bình khoảng thời gian no đó, độ di khoảng thời gian ny đợc xác định tiêu chí đà xét chơng Vì thăng giáng tơng đối mật độ nớc hai bậc đại lợng bé thăng giáng tơng đối nhiệt độ, độ muối v tốc độ dòng chảy, điều ny suy từ phơng trình trạng thái, lấy trung bình phơng trình truyền nhiệt v khuếch tán muối thăng giáng mật độ đà không đợc tính đến Kết l phơng trình truyền nhiệt có dạng ( )  ∂Q L ∂B  + V∇ϑ = ∇ κ T ∇ϑ − V ′ϑ ′ + −   ∂t C PS ρ  ∂t ∂z  (4.1) Để viết ngắn gọn dấu lấy trung bình đợc để lại bên số hạng thăng giáng Tất đặc trng lại v sau ny đợc xem l đặc trng trung bình v không đổi phạm vi khoảng lấy trung bình Phơng trình (4.1) đặc trng cho biến thiên nhiệt độ vị bị chi phối bởi: a) trình bình lu theo phơng ngang v thẳng đứng đợc mô tả số hạng thứ hai vế trái phơng trình; b) vận chuyển phân tử v rối đợc phản ánh số hạng thứ vế phải phơng trình; c) chuyển đổi pha tạo thnh v tan băng bên nớc, tiêu tán v hiệu ứng nhiệt liên quan tới thông lợng muối ( Q L ); d) thông lợng nhiệt tia ( B ) Các số hạng có mặt phơng trình truyền nhiệt không đồng độ lớn v có vai trò không nh 144 trình quy mô khác Vì nên ớc lợng giá trị chúng v giữ lại số hạng bậc đại lợng giải phơng trình (4.1) Còn số hạng bậc bé phải loại bỏ, chúng gây khó khăn giải phơng trình, giải số tạo nên nhiễu động gây khó khăn cho việc xác định giá trị nhiệt độ thực Để đánh giá vai trò thnh phần phải biến đổi phơng trình (4.1) tới dạng không thø nguyªn (víi chØ sè “ n ”) sau sử dụng quy mô đại lợng đặc trng (với chØ sè “ x ”) theo c¸c quan hƯ kiĨu nh− Φ = Φ n Φ x Khi sö dơng nh÷ng quan hƯ nμy vμ nÕu tÝnh tíi phÐp chuyển đổi từ vectơ tốc độ dòng chảy V v từ građien nhiệt độ sang số hạng theo trục tọa độ, phơng trình (4.1) đợc biến đổi thnh d¹ng ∂ϑ n t xV x + ∂t n Lx = + κ T t x  ∂ 2ϑ n L2 x  ∂ϑ n ∂ϑ n un  ∂x + v n ∂y n n  ∂ 2ϑ n  +  ∂x ∂y n  n ( ) hƯ sè quy m«, tøc tïy thc vμo quy mô tợng đợc xét Trong quan trọng l phải biết quy mô lấy trung bình, nh đà nêu chơng 3, khoảng lấy trung bình cng lớn thừa số thăng giáng cng lớn Nếu xét biến thiên quy mô nhỏ nhiệt độ khoảng thời gian từ số giây đến khoảng chục phút chu kỳ lấy trung bình tối u thờng l khoảng Trong phạm vi khoảng ny phép lấy trung bình m biến thiên nhiệt độ bị loại trừ v phơng trình (4.1) không thích hợp để mô tả biến thiên nhiệt độ nh Vì mô tả trình quy mô nh phải sử dụng l phơng trình truyền nhiệt lấy trung b×nh  t x wx ∂ϑ n + = wn  ∂z n zx  '  κ T t x ∂ 2ϑ n t x V x'ϑ x + − 2  ϑ x Lx z x ∂z n  ( )  ∂ ' ' u nϑ n +  ∂x n  ( ) ' ' Bx t x ∂B n Q Lx ∂Q Ln ∂ ' '  t x w xϑ x ∂ ' ' , v nϑ n  − w nϑ n − + ∂y n z xϑ x ∂z n C PS ρz xϑ x ∂z n C PS ρϑ x t n (4.2) V x tốc độ phơng ngang đặc trng dòng chảy khoảng cách L x Vì thừa số không thứ nguyên có độ lớn bậc 1, nên tỷ phần số hạng no đợc xác định giá trị 145 Hình 4.1 Dao động nhiệt độ quy mô vừa độ sâu khác lớp đại dơng [7] 146 Trong trờng hợp sử dụng phơng trình (4.1) để mô tả tợng quy mô vừa với thời hạn kéo di từ mét sè giê ®Õn mét sè ngμy vμ víi L x 103 m, z x 101 m giá trị thõa sè t xV x / L x ∼10−1, nh−ng vùng với dòng chảy triều lớn đạt tới giá trị cỡ 100 Vì nghiên cứu biến thiên nhiệt độ đại dơng quy mô ngy bình lu nhiệt dòng chảy tính tới khu vực no m dòng triều không mạnh vùng thủy triều thừa số số hạng ë biÓu thøc (4.2) t x w x / z x ∼ 10 −2 vμ v× vËy ng−êi ta thờng loại bỏ khỏi phơng trình, nhng c¸c vïng n−íc cã thđy triỊu hay cã sãng néi lớn thừa số ny tăng lên 23 bậc Trong trờng hợp bình lu nhiệt thẳng đứng cần phải đợc tính đến ảnh hởng thủy triều tới nhiệt độ nớc đợc hình 4.1 Thấy rõ biến thiên nhiệt độ lớp nớc sâu lớn so với mặt Vai trò độ dẫn nhiệt phân tử phơng ngang lm biến thiên nhiệt độ nớc quy mô xét hon ton không đáng kể Thừa số T t x / L2 cã ®é lín bËc 10 , số hạng thứ x vế phải phơng trình (4.2) luôn bị bỏ Vai trò độ dẫn nhiệt phân tử vận chuyển nhiệt theo chiều thẳng đứng nhỏ, bëi v× κ T t x / z x ∼ 10 Vì số hạng thứ hai phơng trình (4.2) không đợc tính đến Chỉ no dới băng hay gần đáy, nơi chuyển động rối tắt dần, số hạng ny đợc tính đến Sự hấp thụ nhiệt tia có vai trò rõ nét phạm vi 10 m phía thừa số số hạng thứ năm phơng trình 147 (4.2) thời gian ban ngy có độ lớn bậc 10 Vì để mô tả phân bố nhiệt độ thẳng đứng lớp ny cần tính tới xâm nhập nhiệt tia vo đại dơng Nếu cân xạ m xạ sóng di có vai trò chính, nhng xạ loại ny thực tế không xâm nhập vo đại dơng, số hạng ny bị loại bỏ khỏi phơng trình (4.2) Tác động nguồn sinh v nhiệt bên trình biến đổi pha nớc v tiêu tán không đáng kể Sự bay nớc ảnh hởng mạnh tới biến thiên nhiệt độ Nhng l trình mặt, v đợc tính đến phơng trình truyền nhiệt, m phơng trình cân nhiệt mặt đại dơng, phơng trình ny đợc dùng với t cách l điều kiện biên cho phơng trình truyền nhiệt Sự tỏa hay hấp thụ nhiệt tạo hay tan băng nớc xét theo tốc độ dạng biến đổi pha ny nhỏ, v đánh giá thừa số đứng trớc số hạng cuối có độ lớn bậc 10 Vai trò tiêu tán nhỏ hơn, có bậc 10 Vì số hạng cuối (4.2) trình quy mô vừa không đợc tính đến Vì trình quy mô xét di dịch nớc phơng thẳng đứng vợt vi trăm mét nên hiệu chỉnh đoạn nhiệt coi nh tỷ lệ tuyến tính với độ sâu ϑ = T (1 + γ a z ) Khi phần đóng góp biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt đợc xác định tham số t x wxγ a ∼ 10 −4 , 1+ γ a zx (4.3) điều ny cho phép phơng trình (4.1) thay nhiệt độ 148 vị sử dụng nhiệt độ thông thờng m không cần phần bổ sung no giá trị từ đến 10 lớp dới sâu m đối lu không đạt tới thừa số ny nhỏ nhiều Trong trờng hợp xác định biến thiên nhiệt độ nớc quy m« synop tõ mét sè ngμy tíi hμng chơc ngμy, tøc tκ ∼ 10 s, cã thÓ cho r»ng L x ∼102 km vμ z x ∼ ⋅ 10 m Với quy mô Khi tiếp tục tăng quy mô biến động nhiệt độ đại dơng thừa số số hạng mô tả bình lu phơng ngang cng tăng lên Bình lu thẳng đứng giữ vai trò rõ nét số vùng có xu hớng nớc nâng lên chìm xuống ổn ®Þnh, vÝ dơ nh− ë vïng n−íc tr−ên theo s−ên lục địa Nam Cực Vai trò xáo trộn rối trình quy mô ny giảm Những dao động năm nhiệt độ nớc dẫn hình 4.2 l ví dụ dạng biến động nhiệt độ vừa nói không gian thời gian nh v với giá trị tốc độ dòng chảy đặc trng đà nêu t xV x / L x ∼1 vμ t x w x / z x ∼ 10 −1 −100 §iỊu ny có nghĩa bình lu nhiệt phơng ngang v bình lu nhiệt thẳng đứng khu vực chuyển động thăng v giáng mạnh có vai trò quan trọng biến thiên nhiệt độ nớc Thừa số số hạng vận chuyển nhiệt rối thẳng đứng có ®é lín bËc 100 vμ cịng cã vai trß quan trọng giống nh trờng hợp trình quy mô vừa Do có biến trình ngy tuần hon, giá trị đặc trng trung bình thông lợng nhiệt tia giảm so với biến động quy mô vừa, xâm nhập lợng tia vo đại dơng trình xét tính đến Vì thừa số số hạng lại phơng trình (4.2) có bậc đại lợng không lớn 10 nên giải số hạng ny bị loại bỏ Tơng quan thừa số đứng trớc số hạng phơng trình (4.2) giữ nguyên nh xét biến thiên mùa nhiệt độ đại dơng Có thể l vai trò vận chuyển nhiệt có trật tự phơng thẳng đứng tăng lên chút tăng thời hạn kéo di tác động nhân tố ny Giống nh trờng hợp quy mô biến động đà xét, xáo trộn rối thẳng đứng l chế chủ yếu phân bố nhiệt theo chiều thẳng đứng lớp bên đại dơng, đặc biệt xt hiƯn ®èi l−u, thõa sè t x w′ x / z x x đạt tới x 149 Hình 4.2 Những dao động năm nhiệt độ nớc số tầng sâu Thái Bình Dơng (3536oN, 150151oE, tháng 8) [6] Từ hình ny thấy nhiệt độ mặt đại dơng biến đổi yếu nhiều so với dới sâu Do đó, nguyên nhân tợng l trao đổi nhiệt với khí Đó l di chun cã trËt tù cđa n−íc l¹nh hay n−íc ấm dòng chảy Nh vậy, việc đánh giá thừa số tỷ lệ phơng trình truyền nhiệt cho phép lm sáng tỏ vai trò thnh phần 150 biến thiên nhiệt độ quy mô tơng ứng Vì tốc độ chuyển động nớc, nguồn sinh v nhiệt điều kiện tự nhiên luôn đợc xác định với sai số no đó, không nên ý tới thnh phần bé phơng trình, phần đóng góp chúng nhỏ sai số Đối với quy mô biến động đà nêu không cần phân biệt nhiệt dung đẳng áp v nhiệt dung đẳng thể tích nớc Các quy mô đặc trng có bậc đại lợng nh phơng trình truyền nhiệt v đợc tổ hợp theo cách Vì tất đặc điểm biến đổi tỷ phần đóng góp thnh phần phơng trình tùy thuộc vo quy mô trình đà đợc nêu phơng trình truyền nhiệt phơng trình vận chuyển muối, dĩ nhiên ngoại trừ nguồn nhiệt bên Sau lấy trung bình v không kể tới số hạng bé phơng trình khuếch tán muối biểu diễn khuếch tán nhiệt v khuếch tán nớc có dạng tơng tự nh truyền nhiệt (4.1): 4.2 Các phơng trình cân nhiệt v cân muối ( ) ∂S + V ⋅ ∇S = ∇ κ S ∇S − V ′S ′ ∂t (4.4) T−¬ng quan thnh phần phơng trình ny tùy thuộc vo quy mô tợng giống nh trờng hợp phơng trình truyền nhiệt Vì trớc hết phải ý tới quy mô trình đợc xét, đánh giá bậc đại lợng số hạng, để lại thnh phần có nghĩa phơng trình, sau tiến hnh giải phơng trình đà đợc biến đổi Nếu chuyển sang quy mô độ muối S x vμ thõa sè S n t−¬ng tù nh− nhiƯt độ không thứ nguyên, đồng thời quy tỷ lệ tham số lại nh đà lm với phơng trình truyền nhiệt, từ phơng trình (4.4) nhận đợc phơng trình viết cho hệ tọa độ vuông góc: S n t xV x + ∂t n Lx +  ∂S n ∂S n un  ∂x + v n ∂y n n  κ S tx ∂ 2Sn zx ∂z n − ' t x V x' S x Lx S x  t x wx +  zx  ( )  ∂S  wn n  ∂z n   κ Stx =  Lx  ( )  ∂ 2Sn ∂ Sn   ∂x + ∂y n  n  +   ( ) ' '  ∂ ∂ ' '  t x wx S x ∂ ' ' ' ' un Sn + S n  − wn S n  ∂x n ∂y n z x S x ∂z n   (4.5) 151 Phơng trình cân nhiệt l dạng định luật bảo ton lợng Nó đặc trng cho phân bố dòng lợng theo hớng khác v cho phép đánh giá tơng quan chúng Ngời ta phân biệt phơng trình cân nhiệt mặt đại dơng, lớp v thể tích khác đại dơng Dễ tạo lập l phơng trình cân nhiệt mặt đại dơng đợc biểu diễn mặt phẳng độ dy vô bé Vì tích lũy hay tiêu hao lợng, có dòng nhiệt theo chiều ngang Do tổng dòng lợng thẳng đứng từ phía khí dòng lợng thẳng đứng lớp dới mặt đại d−¬ng, tøc Ba + Φ e + Φ a = Φ T (4.6) Tõ phÝa khÝ quyÓn sù trao đổi nhiệt với đại dơng diễn chủ yếu trao đổi nhiệt tia, đợc đặc trng cân xạ Ba , nhiệt lợng bay hay ngng tụ nớc e v trao đổi nhiệt xáo trén ph©n tư vμ rèi Φ a Tỉng tÊt dòng ny cân với dòng nhiệt thẳng đứng đại dơng T Nếu 152 trao đổi nhiệt rối yếu hay đòi hỏi dộ xác cao thông lợng bao gồm thêm thông lợng trao đổi phân tử chất thể Về nguyên tắc vế trái phơng trình (4.6) có số hạng đặc tr−ng cho sù nhËp nhiƯt hay mÊt nhiƯt gi¸ng thủy nhiệt độ giáng thủy khác với nhiệt độ mặt đại dơng = C p T ∂M ∂t Tuy nhiªn, khã tÝnh tr−íc hiƯu nhiệt độ v tốc độ giáng M nên số hạng ny thực tế không đợc tính đến thủy t Trong trờng hợp cần tính đến xâm nhập dòng nhiệt tia vo đại dơng, thnh phần Ba bị giảm lợng B0 qua vo đại dơng, tức B a B0 + e + Φ a = Φ T (4.7) §Ĩ thuận tiện ngời ta quy ớc thông lợng nhiệt tõ phÝa khÝ qun lμ d−¬ng nÕu chóng h−íng xng mặt đại dơng, thông lợng từ phía đại dơng l dơng chúng hớng từ mặt đại dơng vo bề dy đại dơng Để có phơng trình cân nhiệt lớp nớc đại dơng độ sâu z1 v z ta cần lấy phơng trình truyền z2 C PS z1 z2 ∂Q ∂  ∂ρT ∂ dz =   Tv + T ' v'  dz + − C PS ρ  Tu + T ' u ' + ∂y ∂t  ∂x  z1  ∂t ( [ ( ) ) + C PS ρ Tw + T ' w' + B0 ] ( z2 z1 ) (4.8) Trong rút phơng trình ny ngời ta đà bỏ qua thông lợng nhiệt phân tử m nh ®· chØ ë mơc tr−íc chóng nhá h¬n nhiỊu so với số hạng lại Từ sau chØ sè PS ë nhiÖt dung C PS sÏ đợc bỏ Vế trái phơng trình cân nhiệt lớp nớc đại dơng (4.8) thể biến đổi nội cột nớc với thiết diện đơn vị v độ cao h Trong thực tế ngời ta thờng hay xác định cân nhiệt l lớp mặt đại dơng no v ®ã z1 = , hc lμ cđa toμn bé bề dy đại dơng hay biển v z l độ sâu đáy z = H vế phải biểu thức (4.8) thể thông lợng nhiệt đợc gây nên nguồn nhiệt bên Q , bëi b×nh l−u ngang vμ bëi vËn chuyển nhiệt rối biên lớp z v z1 nh dòng lợng tia biên lớp Cân nhiệt thời điểm no đợc sử dụng mô hình toán học v với t cách l điều kiện biên Trong thực tế ngời ta hay cần biết cân nhiệt khoảng thời gian no ®ã t = t j +1 − t j Có thể rút biểu thức cân nhiệt, chấp nhận thay nhiệt độ vị T , đem nhân với nhiệt dung v mật độ nớc cộng với phơng trình liên tục (2.25) đà đợc nhân với nhiệt độ Sau lấy tích phân phơng trình nhận đợc theo z phạm vi lớp từ z1 ®Õn z b»ng nhiƯt cđa líp n−íc đại dơng dới dạng cách nhân số hạng phơng trình (4.8) với t v lấy tích phân phạm vi từ t j đến t j +1 Vì thông thờng ngời ta quan Trong hệ tọa độ Đêcac thao tác dẫn đến phơng trình tâm tới cân nhiệt mặt đại dơng, nªn tõ (4.8) suy ra: 153 154 h h o  Cρ (T j +1 − T j ) dz =  (Q j +1 − Q j ) dz − t j +1 h   Cρ  ∂x (Tu + T ' u ') + ∂y (Tv + T ' v') dzdt + − ∂ ∂  Hình 4.3 Sơ đồ thông lợng nhiệt tới v thất thoát: c biến thiên entalpy tj + lợng nhiệt khí phơng trình cân nhiệt mặt đại dơng (4.6), T ′w′ = Φ T / Cρ cđa líp n−íc; Q − c¸c ngn nhiƯt néi t j +1  {Cρ [(Tw + T ' w')0 − (Tw + T ' w')h ] + B0 − Bh }dt tại; A1, vận chuyển nhiệt dòng (4.9) chảy v rối ngang; tj Để có đợc phơng trình cân nhiệt cột nớc thiết diện đơn vị, m ton vùng nớc diện tích , cần lấy tích phân phần biểu thøc (4.9) theo x vμ theo y tõ biªn tíi biên diện tích đà đợc tách ra, xem = xy Kết lấy tích phân biĨu diƠn d−íi d¹ng h ( )   Cρ T j +1 − T j dzdΠ = Πo − t j +1 h   (Q j +1 − Q j )dzdΠ − Π0   Cρ  ∂x (Tu + T ' u ') + ∂y (Tv + T ' v')dzdtdΓ + Π tj + h ∂  ∂   t j +1   {Cρ [(Tw + T ' w') − (Tw + T ' w') h ] + B0 − Bh }dtdΠ (4.10) tj Thnh phần thứ hai vế phải phơng trình (4.10) thông lợng nhiệt bình lu ngang v rối biên vùng có độ di , đà xuất lấy tích phân số hạng thứ hai vế phải phơng trình (4.9) Sơ đồ tổng quát tất thông lợng nhiệt đợc thể hình 4.3 Trong phơng trình (4.8)(4.10) ảnh hởng nhiệt khí dới dạng Nó biểu lộ thông qua thông lợng nhiệt rối thẳng đứng liên hệ với thông 155 B a , B , B h thông lợng lợng tia mặt đại dơng, dới mặt v độ sâu h ; T thông lợng nhiệt rối thẳng đứng bên đại dơng; a trao đổi nhiệt rối khí v đại dơng; u nhiệt bay từ mặt đại dơng Phơng trình (4.10) thờng hay đợc dùng để ớc lợng thông lợng nhiệt phơng ngang khó đo đạc biên vùng nớc nghiên cứu Có lẽ giải pháp ny đợc V V Suleikin sử dụng lần [14] xác định cân nhiệt năm biển Karơ Nếu xem xét cân nhiệt biển năm, nhiệt độ trung bình biển không thay đổi thời gian đó, vế trái phơng trình (4.10) không Có thể giả thiết trao đổi nhiệt qua đáy thủy vực đóng băng nguồn nhiệt nội chủ yếu l tỏa nhiệt tạo băng v hấp thụ nhiệt tan băng Nếu băng đợc tạo biển lại tan tổng lợng năm từ nguồn nhiệt ny không Do đó, tính tới phơng trình (4.7) v (4.10) suy ra: t j +1 t j +1 H   (Ba + Φ e + Φ a )dtdΠ =    Cρ (Tu + Tv + T ' u ' + T ' v')dzdtdΓ , Π tj Γ tj (4.11) 156 tøc trao ®ỉi nhiƯt víi khí cân với bình lu phơng ngang v trao đổi nhiệt rối biên vùng Theo ớc lợng V V Suleikin vế trái phơng trình sở quan trắc 176 kJ/(cm2 năm) Lợng nhiệt vo khí ny đợc bù trừ lợng nhiệt nớc Đại Tây Dơng v dòng nớc lục địa mang tới Phơng trình cân nhiệt đáy đại dơng v biển đợc lập giống nh biên phân cách với khí Thông lợng nhiệt thẳng đứng đáy ∂T  Φ H = −C ρ  κ T T ' w' z đợc cho thông lợng nhiệt thẳng đứng vo đất đáy g = g T g z Phơng trình cân muối mặt đại dơng biểu diễn tổng tất thông lợng muối tích phân biên phân cách khí đại dơng S M   , (4.13) − S ' w'  = S ∂z ∂t   ®ã M − thông lợng khối lợng nớc đến giáng thủy bay hơi, trình tan v tạo băng, S độ S muối mặt đại dơng Nếu có lợng nớc đến, M / t > v lm cho độ muối lớp mặt đại dơng giảm Còn nớc bị ( M / t < ), muối lại lm tăng độ muối Phơng trình cân muối cột nớc nhận đợc cách tơng tự nh phơng trình cân nhiệt Từ phơng trình (4.4) không kể đến thông lợng mi ph©n tư, suy , H tø lμ ∂T g ∂T   Cρ  κ T − T ' w'  = λ g ∂z ∂z   ®øng cđa nhiƯt ®é n−íc ( h ∂ρS dz = ρ Sw + S ' w' ∂t  (4.12) H Mặc dù tính đơn giản toán học phơng trình cân bằng, nhng có thông tin đặc điểm chuyển động nớc lớp sát đáy, giá trị thăng giáng rối nhiệt độ v tốc độ dòng chảy Các thông tin thông lợng nhiệt vo đất đáy Về trung bình thông lợng ny đợc ớc lợng 10 W/m2 v hớng từ đáy lên nớc Phần đóng góp thông lợng ny vo cân nhiệt đại dơng không lớn v thờng không đợc ý Tuy nhiên, số biển thông lợng nhiệt từ đáy tỏ đáng kể, ví dụ khu vực sâu Hắc Hải, v dẫn tới tợng nghịch nhiệt trắc diện thẳng 157 ( ) ) ( − ρ Sw + S ' w' ( ) ) h h ∂  ∂ −  ρ Su + S ' u ' + Sv + S ' v' dz ∂y  x (4.14) vế phải phơng trình hai số hạng biểu diễn thông lợng muối thẳng đứng mặt đại dơng v độ sâu h , số hạng thứ ba thông lợng muối theo phơng ngang lớp h bình lu v xáo trộn rối Có thể biến đổi phơng trình (4.14) thnh biểu thức thể cân muối vùng nớc no với độ sâu H khoảng thời gian t = t j +1 − t j Muèn vËy, t−¬ng tù nh phơng trình cân nhiệt, phải lấy tích phân theo t 158 khoảng thời gian đà chọn v theo diÖn tÝch Π H   ρ (S j +1 − S j )dzdΠ =  S (M j − M j +1 )dΠ −  Π Π − t j +1  ρ (Sw + S ' w')H dtdΠ − Π tj t j +1 H   ρ (Su + Sv + S ' u ' + S ' v')H dzdtdΓ (4.15) Γ tj Số hạng thứ vế phải phơng trình ny đặc trng cho lợng nớc đến đi, số hạng thứ hai thông lợng muối qua đáy v số hạng thứ ba thông lợng muối đến thủy vực theo phơng ngang bình lu v rối ngang mặt đại dơng v lớp nớc nằm phía dới bị chi phối xâm nhập thông lợng tia vo đại dơng v thông lợng rối, phân tử theo phơng thẳng đứng Chỉ nhờ xạ kế chuyên dụng đo đợc xạ xâm nhập vo đại dơng Vì ngời ta thờng hay xác định lợng trao đổi nhiệt tổng cộng đại dơng với khí nh l số hạng d phơng trình cân nhiệt, tổng cân xạ, trao đổi nhiệt với khí v nhiệt bay Tuy nhiên, dòng nhiệt ny đo đợc, phần lớn trờng hợp buộc phải tính toán chúng theo số liệu quan trắc khí tợng tiêu chuẩn Giống nh phơng trình cân nhiệt (4.11), phơng trình ny đợc dùng để đánh giá lợng vận chuyển nớc qua eo biển Khi thờng chấp nhận khoảng thời gian năm để cho với trạng thái ổn định tích lũy hay muối thủy vực v vế trái phơng trình (4.15) không Nếu thông lợng muối qua đáy, ảnh hởng lm nhạt hóa dòng nớc hay ảnh hởng lm mặn nớc cân với thông lợng muối qua eo biển Hình 4.4 Phân bố phổ dòng xạ Mặt Trời: ranh giới ngoi khí quyển; bề mặt đại dơng 4.3 Những quy luật trao đổi nhiệt v muối đại dơng với khí Trao đổi nhiệt đại dơng với khí diễn thông qua thông lợng nhiệt tia, rối v phân tử nh nhờ trình biến đổi lợng chuyển đổi pha nớc Mối liên hệ qua lại tất thông lợng nhiệt ny đợc thể phơng trình cân nhiệt (4.6) v (4.7) Rất khó đo trực tiếp đợc thông lợng nhiệt tổng hợp 159 Dòng lợng tia tới bề mặt đại dơng l phổ sóng với bớc sóng v lợng khác biến thiên theo thay đổi điều kiện khí v độ cao Mặt Trời Đặc điểm phân bố lợng phổ Mặt Trời bề mặt đại dơng dẫn hình 4.4 Trong phổ ny quy ớc phân chia phần sóng ngắn tới 160 bớc sóng khoảng 700 Nm v phần sóng di với bớc sóng lớn Trong hải dơng học điều ny quan trọng sóng di thực tế không xâm nhập vo đại dơng m bị hấp thụ lớp mặt mỏng Từ hình 4.4 thấy phần chủ yếu lợng tia Mặt Trời có phổ phức tạp với nhiều dải hấp thụ khí v nớc khí Vì để ớc lợng đợc lợng tới đại dơng phải sử dụng công thức xác mô tả ton phổ xạ, m công thức gần đặc trng cho dòng tổng cộng l theo ton phổ, l riêng biệt phần sóng ngắn v phần sóng di Ngoi ra, tới đại dơng có lợng tia phát xạ khí Dßng nμy tËp trung ë vïng phỉ sãng dμi, cã hình dạng phức tạp chỗ phát xạ v hấp thụ phát xạ diễn ton bỊ dμy khÝ qun vμ phơ thc vμo hμm l−ỵng nớc, lợng mây, son khí, thnh phần khí không khí v nhiệt độ Vì thnh phần cân xạ ny thực tế thờng hay đợc tính toán theo công thức giản ớc Những dẫn tính toán thnh phần cân xạ bề mặt đại dơng theo công thức giản ớc có dẫn ti liệu trợ giúp [2] Việc xác định dòng xạ Mặt Trời mặt đại dơng bớt khó khăn giá trị tổng cộng dòng ny khoảng thời gian, điều kiện bầu trời mây v vùng cụ thể biến đổi không nhiều Vì thông thờng theo liệu quan trắc ngời ta lập bảng xạ Q0 , tức tổng trực xạ v tán xạ tới bề mặt nằm ngang ứng với bầu trời quang mây Sự phụ thuộc tổng quát xạ vo độ cao Mặt Trời hc đợc xấp xỉ công thøc 161 Q0 = C (sinhc ) , D (4.16) hệ số thực nghiệm C vμ D phơ thc vμo ®é st cđa khÝ qun Pa tÝnh theo c«ng thøc Pa = 0,790 − 0,003T (4.17) Tùy thuộc vo nhiệt độ không khí T tham số Pa biến đổi khoảng từ 0,71 vùng xích đạo đến 0,80 vo thời kỳ mùa đông vùng cực Đối với khoảng biến đổi nh Pa hệ số 1,01 < D < 1,18 v giảm Pa tăng, 1,01 < C < 1,12 v tăng Pa tăng ứng với giá trị nh hệ sè C , D vμ Pa thø nguyªn cđa Q0 l kW/m2 Lợng xạ Mặt Trời tới mặt đại dơng, gọi l xạ tổng cộng Q , phụ thuộc vo lợng mây bao gồm trực xạ v tán xạ Hiện cha có công thức xác biểu diễn mối liên hệ nh cho dạng mây v phân bố mây Bởi ngời ta sử dụng công thức xấp xỉ có độ phức tạp khác Để tính xạ tổng cộng ngy có công thøc Q / Q0 = + 0,19 n − 0,71 n , (4.18) n lợng mây trung bình ngy tính phần mời đơn vị Trong Các bảng hải dơng học [8] giới thiệu quan hệ xác so với công thức (4.18), có tính tới tầng mây v độ cao Mặt Trời Trong thực tế phát xạ nhiệt khí đợc tính toán theo công thức có độ phức tạp khác Thông thờng nhất, với t cách l tham số xuất phát công thức ngời ta sử dụng nhiệt độ v độ ẩm không khí lớp khí 162 xây dựng Thùc chÊt cđa lý thut nμy lμ nÕu ph−¬ng trình chuyển động thnh phần tốc độ thẳng đứng m động lực l độ bị gây nên chênh nhiệt độ T so với građien nhiệt ®é tuyÕn tÝnh tõ ban ®Çu γ = (T1 − T2 ) / h , thân biến thiên nhiệt độ T đợc mô tả phơng trình truyền nhiệt có tính đến tốc độ thẳng đứng w v khuếch tán phân tử, cách loại bỏ liên tiếp tốc độ chuyển động ngang v T từ hệ phơng trình ta thu đợc phơng tr×nh ∇3w = αgh ΔT ∂T ∇1 w , κ T κ v ∂z (4.59) ®ã ∇ vμ ∇1 − to¸n tư Laplace ba chiỊu vμ to¸n tư Laplace ph¼ng, α − hƯ sè gi·n në nhiƯt cđa n−íc, ΔT = T1 − T2 − Nu , lμ tỷ số thông lợng nhiệt thực tế T v thông lợng phân tử građien nhiệt độ: Nu = αgh ΔT κ T κν Trong nh÷ng trờng hợp mật độ nớc biến đổi không nhiệt độ, m độ muối, số Reley biến dạng tới dạng Ra = có mặt nghiệm phơng trình (4.59) gọi l số Reley Thấy tồn trị số tới hạn số ny Ra c biên tự lớp Nếu Ra < Ra c giá trị w trở nên có tính tuần hon, tức l xuất dạng hon lu đặc thù đối lu Tại biên cứng Ra c tăng lên xấp xỉ hai lần Theo liệu thực nghiệm phòng thí nghiệm nhận đợc Ra c bậc nh Trong điều kiện đối lu phân lớp ớc lợng đợc quy mô đặc trng nhân đối lu, tốc độ chuyển động nớc chúng, thời hạn tồn chúng Tất đặc trng ny phơ thc vμo nhiƯt ®i vμo líp ®èi l−u hay từ Thông thờng thông lợng nhiệt ny đợc biểu diễn thnh đại lợng tuyệt đối, m thông qua số Nusselt 191 (4.60) Trong thử nghiệm phòng thí nghiệm đối lu nguội lạnh kích thớc nhân đối lu từ vi phần mời xăngtimet đến số xăngtimet, thời gian tồn chúng vi chục giây v tốc ®é n−íc ch×m xng ®ã − mét sè mm/s [13] hiệu nhiệt độ biên lớp đối lu h Tổ hợp không thứ nguyên Ra = ΦT h Cρκ T ΔT Δρgh ρκ T v , (4.61) = hiệu mật độ biên lớp đối lu Nếu điều kiện phòng thí nghiệm h thờng l độ dy lớp nớc bể thí nghiệm, điều kiện tự nhiên h khó ớc lợng, từ nảy sinh vấn đề xác định Ra Vì ngời ta mu tính dùng mối quan hệ không sử dụng h Chẳng hạn, số Nusselt v Reley cã mèi quan hÖ Ra = (Nu / A) , (4.62) A 0,1 0,2 số thực nghiệm Các giá trị tính toán Rac theo công thức (4.62) tỏ bé nhiều so với Rac lý thuyết đà dẫn Đối với đối lu nguội lạnh đà nhận đợc giá trị Rac khác nhau: lớn 100 v nhỏ [13] 192 Tính chất rối đối lu tự đợc nhận thấy từ Ra ≈ 2,5 ⋅ 10 , ngoμi sù độ từ đối lu phân lớp sang đối lu rối diễn dải hẹp Ra, gần nh theo cách đột biến [3] Khi chất lỏng không nhận thấy chuyển động nhiều đặn Vì hải dơng học trờng hợp đối lu rối ngời ta thờng xác định độ dy lớp xáo trộn đối lu, giá trị nhiệt độ v độ muối trung bình theo bề dy, thông lợng nhiệt v muối v.v N N Zubov lần vo năm 1928 đà đề xuất sơ đồ tính độ sâu lan truyền đối lu biển Bắc Cùc cịng nh− nhiƯt ®é vμ ®é mi cđa líp xáo trộn Ông đà xuất phát từ chỗ đối lu luôn xuất điều kiện phân tầng mật độ bất ổn định biển Thông thờng điều ny diễn điều kiện tự nhiên có rối mạnh lớp biển phá hủy trạng thái bất ổn định Về sau phơng pháp N N Zubov đợc hon thiện, đợc bổ sung việc tính đến trình bình lu phơng ngang nhiƯt vμ mi, trao ®ỉi rèi cđa nhiƯt vμ mi lớp đối lu v lớp nằm phía dới biển Ngy phơng pháp đợc biết nh l phơng pháp tích phân xác định đặc trng lớp đối lu Phơng pháp ny sử dụng thực tế đà đợc nh quan trắc nhận l lớp đối lu xáo trộn diễn nhanh nhiều so với biến đổi mật độ nớc Vì vậy, theo quy tắc, biến đổi theo thời gian độ sâu xâm nhập đối lu đồng nhịp với tốc độ gia tăng mật độ nớc Bản thân mật độ nớc lớp biển biến thiên phụ thuộc vo biến đổi nhiệt độ v độ muối, m đại lợng ny đợc mô tả phơng trình cân nhiệt v muối: h  Cρ h ρ ∂T dz = Φ − Φ h + Φ a , ∂t ∂S dz = ϕ − ϕ h + ϕ a , t (4.63) (4.64) v l thông lợng nhiệt v muối mặt đại dơng, độ sâu h v nhờ bình lu phơng ngang Trong cách tiếp cận gần sơ lợc nhất, đòi hỏi nghiệm dới dạng giải tích, sử dụng phơng trình trạng thái tuyến tính hãa ρ = ρ (1 − αT + βS ) (4.65) Trong phạm vi lớp đối lu mật độ nớc không biến đổi theo phơng thẳng đứng, m biên lớp bắt đầu tăng, tức (4.66) z =h = z Khi đà biết đợc thông lợng nhiệt v muối , phơng trình đà liệt kê hon ton xác định nhiệt độ, độ muối, mật độ nớc lớp xáo trộn đối lu v độ dy h lớp Khi giải hệ phơng trình ny ngời ta thờng tránh vi phân cách lấy tích phân phơng trình (4.63) v (4.64) theo thời gian ph¹m vi tõ t j tíi t j +1 , cho thời điểm t j tất yếu tố hải dơng học (T j , S j , j , h j ) đợc biết h j +1 hj h j +1 t j +1 0 hj tj  ρ j +1T j +1 dz −  ρ j T j dz −  ρ j1T j dz =  Φ0 − Φh + Φa dt ≡ ΨT , C (4.68) 193 194 h j +1 hj h j +1 t j +1 0 hj tj  ρ j +1 S j +1 dz −  ρ j S j dz −  j1 S j dz = Từ công thức (4.71), (4.72) vμ (4.73) suy  (ϕ − ϕ h + ϕ )dt ≡ ΨS h j +1 = h + j (4.69) 2(βΨS − αΨT ) ρ (βΓS − αΓT ) (4.74) Tu©n theo quy lt ®· nãi vỊ sù bÊt biÕn cđa nhiƯt ®é vμ ®é mi theo chiỊu th¼ng ®øng líp đối lu tích phân số hạng vế trái phơng trình (4.68) v (4.69) dễ tính toán Với khoảng thời gian không lín biÕn ®ỉi cđa T ( z ) vμ S ( z ) phạm vi độ sâu xấp xỉ Nh vậy, độ sâu lan truyền xáo trộn đối lu phụ thuộc vo tỷ số thông lợng nhiệt v muối nhập vo lớp đối lu v građien nhiệt độ v độ muối lớp nớc nằm dới Dòng muối đến, không kèm với tăng đồng thời građien độ muối S lm tăng mật độ v đối lu xâm nhập hm tuyến tính sâu Dßng nhiƯt mÊt cịng dÉn tíi cïng hiƯu øng nh− Ngoi građien nhiệt độ dơng, tức nhiệt độ tăng theo độ sâu, lm giảm độ ổn định phân tầng mật độ v thúc đẩy phát triển đối lu Vì vùng với lợng ma v dòng nớc sông lớn, tức tơng đơng với dòng muối thất thoát, mật độ nớc gần mặt giảm v xáo trộn đối lu gặp khó khăn Ví dụ, biển Karơ đối lu không lan sâu dới 5070 m, biển Na Uy v Grinlan bình lu nớc mặn v ấm m đối lu số khu vực vợt 200 m Từ công thức (4.74) thấy xâm nhập sâu lớp đối lu tỷ lệ với bậc hai nhân tố đà liệt kê Vì với thời gian tăng lên gia tăng h chậm dần T ( z ) = T j + ΓT ( z − h j ) , S ( z ) = S j + ΓS ( z − h j ) (4.70) Sư dơng nh÷ng xÊp xØ nμy cho phép tính đợc tích phân số hạng thứ hai phơng trình (4.68) v (4.69) v nhận đợc công thức ( ) T j +1 = T j + ΓT ΨT , h j +1 − 2h j + h / h j +1 + j ρh j +1 (4.71) S j +1 = S j + ΓS ΨS h j +1 − 2h j + h / h j +1 + j ρh j +1 (4.72) ( ) Gi¸ trị građien mật độ biên dới lớp đối lu (4.66) lý giải theo nghĩa rằng: thêi ®iĨm t j +1 mËt ®é líp ®èi lu (t j +1 ) phải mật độ t¹i mùc h j +1 , tøc ρ (h j +1 ) Theo công thức (4.65) v (4.70) ®iỊu nμy sÏ dÉn tíi biĨu thøc βS j +1 − αT j +1 = β S j + ΓS (h j +1 − h j ) − α T j + ΓT (h j +1 − h j ) (4.73) 195 Sau tìm đợc h j +1 dễ dng xác định đợc nhiệt độ v độ muối lớp đối lu theo công thức (4.72) Việc xác định đầy đủ đặc trng lớp xáo trộn đối lu phơng pháp tích phân m không đòi hỏi phải sử dụng giản hóa đà nêu đợc trình by công trình [10] Về thực chất cách tiếp cận xác không khác với đà giới thiệu, nên không trình by lại 196 Trong đại dơng thờng gặp tợng đối lu bên nớc gây nên trắc diện thẳng đứng nhiệt ®é vμ ®é mi cã cïng xu h−íng B¶n chÊt tợng nh sau: nhiệt độ v độ muối giảm theo độ sâu (hình 4.10) phân tầng mật độ l ổn định Nếu xáo trộn rối phát triển hệ số truyền nhiệt độ ph©n tư κ T ≈ 1,4 ⋅ 10 −6 m2/s xấp xỉ ba bậc vợt trội hệ số khuếch tán mi ph©n tư κ S ≈ 1,3 ⋅ 10 −9 m2/s phát triển đối lu tự do, thờng gäi lμ ®èi l−u “nhiƯt mi” Nã lμm cho phạm vi đoạn građien thẳng đứng nhiệt độ v độ muối trở nên gần không, nhng cao v thấp građien đặc trng ny tăng lên Các nhân đối lu có hình dạng cột nớc hẹp v di với thiÕt diƯn ngang cì cm vμ chiỊu dμi cì 10 cm Ng−êi ta gäi chóng lμ “c¸c l−ìi mi”, bên chúng chỗ nớc chìm xuống có độ muối cao so với xung quanh Sự hình thnh đối lu nh đà đợc khẳng định điều kiện phòng thí nghiệm, đà có lý thut vỊ sù h×nh thμnh nã vμ thÝ nghiƯm mô hình số đà tái lập đợc [4] Những khu vực nớc xáo trộn đồng có độ dμy tíi hμng chơc mÐt mμ ng−êi ta ghi nhËn đợc thám sát đại dơng l đợc hình thnh chế đối lu nh Đối lu bên nớc xuất trờng hợp ban đầu phân tầng mật độ ổn định, nhng nhiệt độ v độ muối tăng theo chiều sâu, ví dụ tình hình ny xảy lớp Bắc Băng Dơng Nếu khối nớc no đợc nâng lên phía với giá trị T , S v nó, trao đổi nhiệt nhanh so với khuếch tán mi, khèi n−íc nμy xÐt theo nhiƯt ®é sÏ trë thμnh gÇn gièng víi n−íc xung quanh, nh−ng xÐt theo độ muối trở thnh mặn hơn, v nặng Điều ny dẫn tới phân tầng bất ổn định v chìm đối lu khối nớc Hình 4.10 Sơ đồ hình thnh lỡi muối đối lu bên nớc [4] a trắc diện mật độ nớc thời điểm ban đầu (1) v sau xáo trộn (2); b sơ đồ hình thnh lỡi muối Những mũi tên liền nét hớng dòng muối, mũi tên gạch nối hớng dòng nhiệt; mật độ điểm biểu diễn độ muối Với phân bố lớp nớc ấm v mặn nh đà thấy hình vẽ, khuếch tán phân tử m trắc diện nhiệt độ đoạn z1 z no trở nên dốc đứng hơn, tức lớp đoạn ny lạnh hơn, lớp dới ấm Kết l phân tầng mật độ nớc phạm vi đoạn z1 z trở nên không ổn định v 197 Phân tầng bất ổn định xuất trờng hợp khối nớc no bị chìm xuống Khi đó, trao đổi nhiệt nhiệt độ khối nớc trở thnh gần giống với nhiệt độ môi trờng xung quanh, nhng độ muối trở thnh thấp hơn, mật độ trở thnh thấp hơn, v khối nớc bắt đầu lên 198 Đặc ®iĨm ®èi l−u nh− vËy gäi lμ sù khch t¸n kép đặc thù khuếch tán nhiệt vμ mi Nã cịng dÉn tíi sù h×nh thμnh vi cấu trúc dạng bậc thang trắc diện thẳng ®øng cđa nhiƯt ®é vμ ®é mi (h×nh 4.11) ®øng tỏ phức tạp v cồng kềnh, đặc điểm đối lu thờng đợc mô tả toán đồ với tọa độ Ra v Rs (hình 4.12) Trên hình ny đờng thẳng PQ ngăn cách vùng ổn ®Þnh träng lùc víi vïng bÊt ỉn ®Þnh Sù ®èi lu hai kiểu nh đà nhận xét xuất từ phân tầng ổn định Các ranh giới cho phép khả xuất đối lu đợc thể đờng thẳng XZ v XW , chúng đợc mô tả phơng trình XZ : Ra = Hình 4.11 Vi cấu trúc nhiệt độ v độ muối dạng bậc thang bên dới khối nớc Địa Trung Hải Đại Tây Dơng [13] + 27π , Pr + ξ ξ  27π  XW : Ra = Rs + (1 + ξ ) 1 +  , Pr + Pr Nh chất đối lu, kiểu lỡi muối lẫn kiểu khuếch tán kép, l nh l trình phá hủy phân tầng mật độ ổn định đại dơng cờng độ khuếch tán nhiệt v muối khác Vì m việc mô tả lý thuyết chúng giống nhau, nhng khác với đối lu nhiệt túy, trờng hợp ny phải tính đến ảnh hởng độ muối tới mật độ ứng với phơng trình trạng thái tuyến tính hóa, phơng trình tuyến tính hóa hai chiều Boussinesq chứa số Reley cải biên, đợc gọi l số Reley độ muối Rs = SRa / T , Rs = (4.76) S T (4.75) S v T lợng sụt độ muối v nhiệt độ phạm vi lớp vi đối lu, v l hệ số co nén độ muối v Hình 4.12 Toán đồ vùng độ ổn định thủy tĩnh khác [12] giÃn nở nhiệt Nghiệm chí phơng trình tuyến tính hóa chuyển động, khuếch tán nhiệt v muối mặt phẳng thẳng 199 Đối lu dới dạng lỡi muối xuất với giá trị 200 Ra v Rs âm vùng ổn định trọng lực (bên phải đờng thẳng PQ ), nhng bên trái đờng thẳng XZ Đối lu kiểu khuếch tán kép thờng xảy với giá trị Ra v Rs dơng vùng hẹp bên đờng thẳng XW Bên trái đờng thẳng XV đặc điểm phân tầng lm cho dao động đà xuất gia tăng theo hm mũ [12] Trong phạm vi lớp dy km Đại dơng Thế giới từ 56 đến 73 % ton thể tích nớc có phân tầng nhiệt độ v độ muối ổn định Trong phạm vi 2542 % thể tích nớc phân tầng T v S thuận lợi cho phát triển đối lu dới dạng l−ìi mi vμ 1−2 % thĨ tÝch n−íc cã thể phát triển đối lu theo kiểu khuếch tán kép [4] Điều ny có nghĩa khoảng phần ba số trờng hợp tồn phân tầng ổn định phát triển vi đối lu thúc đẩy xáo trộn thẳng đứng đại dơng Khi xét tợng đối lu cỡng lớp đại dơng ngời ta sử dụng luận điểm có từ liệu quan trắc phạm vi lớp đối lu nhiệt độ, độ muối v mật độ nớc không biến đổi theo chiều thẳng đứng Khi tăng độ dy lớp đồng lôi kéo theo lợng nớc phía bên dới với đặc trng vo lớp xáo trộn Những luận điểm ny đà l sở mô hình tích phân đối lu cỡng Mô hình đơn giản số Kraus v Terner đề xuất năm 1957 dựa phơng trình cân lợng lớp đối lu cỡng bức, tính đến lợng rối gió v độ liên quan tới dòng lợng ny ranh giới với khí v lôi kéo chất lỏng đậm đặc vo lớp xáo trộn Nếu thông lợng động tới vợt trội thông lợng trình thâm nhập sâu 201 xuống lớp tựa đồng xảy Về sau số nhân tố ảnh hởng tới đối lu cỡng đà đợc tính đến nhiều hơn, có thông lợng nhiệt v muối thẳng đứng vo nêm mật độ, bình lu nhiệt v muối lớp xáo trộn nh bên dới Trong nhiều mô hình tích phân phơng trình cân lợng rối không tính đến thông lợng phơng ngang khó xác dịnh v đồng thời giả thiết lợng rối lớp xáo trộn không đợc tích lũy m tồn cân lợng ®Õn vμ l−ỵng mÊt ET , tøc ∂ET / ∂t = Trong trờng hợp ny phơng trình cân lợng rối (3.47) lớp xáo trộn độ dy h(t ) đợc viết dới dạng ( ) h   du dv g d u ' w' ⋅ + v' w' ⋅ − ρ ' w' + b ′w'  dz −  ε dz =  dz dz ρ dz  0 h (4.77) Hai số hạng đầu phơng trình biểu diễn nhập lợng lợng rối quy chuẩn động dòng chảy trung bình chơng đà cho thấy tích thăng giáng tốc độ đợc biểu diễn qua građien tốc độ v hệ số rối thẳng đứng h  du   dv   Gv =  K   +    dz  dz    dz  (4.78) Nếu giả thiết trắc diện tốc độ dòng chảy phạm vi lớp tựa đồng l dòng chảy trôi chi phối, K không đổi theo chiều thẳng đứng tốc độ dòng chảy trôi ổn định đại dơng đợc biểu diễn công thức u( z) = 202 e [( ω K − z ωz / K 2ρ z x ( ) ( )] + τ y ) cos z ω z / K + (τ x − τ y ) sin z ω z / K , v( z ) = e [(τ ω K − z ωz / K 2ρ y ( ) ∂ρ ∂ρ ∂T =β −α ρ∂z ∂z ∂z )] ( − τ x ) cos z ω z / K + (τ x + τ y ) sin z ω z / K , z (4.79) ®ã τ x , τ y − c¸c øng st ma s¸t giã theo c¸c trơc täa ®é x vμ y , ω z = ω sin Sử dụng tốc độ dòng chảy ny công thức (4.78) cho phép nhận đợc 2 2 G v = u u *0 + v v*0 − u h u *h − v h v*h , (4.80) Do đó, công lực Acsimet đợc biểu diễn biểu thức GA = C«ng cđa lùc Acsimet h G A = − g ρ ρ ' w'dz = g h ∂ρ gh  ∂ρ K ≈ K ρSc  ∂z ρSc  ∂z h +K ∂ρ ∂z  − wh lợng nớc no với mật độ khác biệt với mật độ lớp đối lu cỡng tầng sâu h lợng Sự lôi kéo nớc nặng lm giảm G A (4.83) Khuếch tán lợng rối dz (bw')dz h Gk = d (4.84) đợc xác định thông lợng lợng rối qua biên lớp Tại mặt đại dơng thông lợng lợng bị chi phối phá hủy sóng Thông thờng ngời ta giả thiết giá trị tỷ lệ với lợng gió truyền cho sóng Theo d÷ liƯu thùc nghiƯm Gω ≈ c a ρ aVa3 / , (4.85) c a tham số không thứ nguyên phụ thuộc vo rối sóng v vo đổ nho sóng chơng đà nhận xét khuếch tán lợng rối l đặc trng khó xác định Từ lý thuyết rèi b¸n thùc nghiƯm suy r»ng ε = cK / l NÕu ta giíi h¹n ë lý thut cđa Karman −íc l−ỵng K vμ l , thông lợng lợng tiêu tán bên ngoi phạm vi lớp đối lu Với phơng trình trạng thái tuyến tính hóa, 203  αΦ T    αΦ T  − ΦS  +  − Φ S  − wh Δρ  ,  h  C 0  C lớp (4.81) Mật độ nớc lớp xáo trộn biến đổi yếu theo chiều thẳng đứng, theo định lý trung bình tích phân đợc biểu diƠn b»ng nưa tỉng cđa biĨu thøc d−íi dÊu tÝch phân giới hạn v dới Số hạng bổ sung đợc đa vo l tăng h với tốc độ wh xảy lôi kéo vo lớp xáo trộn gh T v S thông lợng nhiệt v muối biên 2 u * = τ x / ρ , v* = τ y / tốc độ động lực theo tọa độ x v y tầng sâu v h Vế phải công thức (4.80) phụ thuộc vμo øng st ma s¸t giã vμ dƠ dμng tÝnh ®−ỵc (4.82) 204 h τ G d =  ε dz = b b = ℵC E 3(2ω z K ) 3/ , τ0 = (τ ) + (τ ) x   ,   y (4.86) Víi lý lẽ nh số hạng phơng trình cân lợng rối phơng trình ny có đợc dạng Gv + ρh = gh (Φ ρh − Φ ρ ) + Gω − Gd = gh Δρ wh , 2ρ 2ρ α Φ Th − Φ Sh , Φ ρ = C mật độ tầng sâu h v T C (4.87) Về nguyên tắc, thông lợng nhiệt v muối thẳng đứng tới biên dới lớp xáo trộn đợc tính toán theo giá trị đà biết građien thẳng đứng v theo hệ số xáo trộn rối chất thể Tuy nhiên, phần lớn trờng hợp giá trị đợc biết Vì phải dùng số giải pháp phụ để xác định thông lợng ny [10] Giải pháp đơn giản số ®ã lμ sư dơng nhiƯt ®é vμ ®é mi trung bình phạm vi nêm nhiệt phía dới lớp xáo trộn Trong trờng hợp ny biến đổi T v S đợc mô tả phơng trình S thông lợng Nếu không ý tíi sù l«i cn líp phÝa d−íi vμo líp rèi th×  g (Φ ρ − Φ ρh ) h = (Gv + Gω − G d )    2ρ  ∂T  ∂T ∂  =  KT , ∂t ∂z  ∂z  h≤z≤H ∂T ∂ H ∂h ∂T dz =  Tdz + Th = KT  ∂t ∂t h ∂t ∂z h H dh 2ρ (Gv + Gω − Gd ) + (Φ ρ − Φ ρh ) = dt gh (4.90) Từ suy (4.88) Còn wh wh = lu tự (4.68)(4.69) hay dới dạng đơn giản hóa (4.71)−(4.72) + H Φ Th Cpρ (4.91) NÕu ®−a ký hiƯu T = (4.89) Tõ biĨu thøc (4.89) suy chênh lệch mật độ lớp xáo trộn v nớc phía dới cng lớn xâm nhập sâu lớp xáo trộn cng chậm ảnh hởng nhân tố học tới gia tăng h suy giảm tăng độ dy lớp xáo trộn Với giả thiết nh đồng phơng ngang đại dơng v T0 v S bất biến theo chiều thẳng đứng lớp xáo trộn, T0 v S đợc xác định từ phơng (4.92) H không đổi v thông lợng nhiệt H biểu thức (4.91) đợc viết lại dới dạng Th T ∂h = (H − h ) + (Th − T ) C t t (4.93) Bằng cách tơng tự nhận đợc biểu thức để xác định thông lợng muối trình khuếch tán nhiệt v muối đà đợc sử dụng mô tả đối 205 H Tdz , H −h  h 206 Φ Sh ρ = (H − h ) ∂S ∂h + Sh − S ∂t t ( ) (4.94) Nếu không tồn gián đoạn nhiệt độ v độ muối biên dới lớp đối lu cỡng bức, Th = T0 v S h = S Thông thờng điều kiện ny thỏa mÃn đại dơng v sử dụng nã sÏ lμm gi¶m nhĐ rÊt nhiỊu viƯc dù tÝnh đặc trng lớp xáo trộn Để tìm nhiệt độ v độ muối trung bình nêm nhiệt ngời ta sử dụng l phép tham số hóa bổ sung, l thông tin biến đổi chúng dựa quy luật biến đổi đặc trng ny bên ngoi phạm vi lớp tựa đồng Đối lu tự v cỡng tồn đồng thời Trong trờng hợp ny độ dy lớp h đợc định tác động trình đối lu mạnh mẽ Các trình đối lu tác động không đồng thời, chẳng hạn vo mùa hè v ban ngy đối lu cỡng áp đảo, mùa đông v ban đêm đối lu tự (hình 4.13) Hình 4.13 Độ dy v nhiệt độ lớp tựa đồng năm 19671968 (trạm November) theo số liệu đo; tính toán 207 4.7 Biến đổi nhiệt độ v độ muối dòng biển Phần lớn nớc biển không trạng thái bất động, m di chuyển không gian dới tác động nhân tố khác nhau, v ®ã chóng tiÕp xóc víi c¸c khèi n−íc kh¸c biƯt đặc trng thủy văn, có nhiệt độ v độ muối Các lớp bề mặt dòng chảy tiếp xúc với khí có điều kiện khí tợng khác thời gian nh không gian Sự tơng tác nhiệt dòng chảy với khí v môi trờng nớc xung quanh, sù trao ®ỉi n−íc vμ mi sÏ dÉn tíi biến đổi nhiệt độ v độ muối dòng chảy Những biến đổi đợc quy ớc gọi l biến tính nhiệt v độ muối khối nớc Ngời ta phân biệt hai dạng biến tính cđa c¸c khèi n−íc: 1) biÕn tÝnh dõng, nhiƯt ®é vμ ®é mi cđa n−íc kh«ng biÕn ®ỉi theo thời gian m biến đổi không gian, trờng hợp ny l biến đổi dọc theo v ngang hớng với dòng nớc dòng chảy; 2) biến tính không dừng, đặc trng hải dơng học ny biến đổi theo thời gian Để lm quen với quy luật biến đổi nhiệt độ v độ muối nớc dòng chảy phải lu ý chiều sâu dòng chảy D thờng nhỏ chiều rộng hai bậc đại lợng Vì chúng sù trao ®ỉi chđ u vỊ nhiƯt vμ mi víi môi trờng xung quanh diễn thông qua bề mặt phía v phía dới Trong trờng hợp đơn giản đặc điểm biến tính chung dễ đánh giá vÝ dơ sù biÕn tÝnh cđa toμn bé líp dßng ch¶y däc theo trơc cđa nã NÕu xÐt sù biÕn đổi độ muối, đợc mô tả phơng trình khuếch tán 208 u S S = KS , l z z Tại biên với khí thông lợng muối phụ thuộc vo hiệu khối lợng nớc giáng thủy v bay M , tøc ∂S ∂z z =0 = S ∂M , t z = (4.96) Tại biên dới dòng chảy thông lợng muối tỷ lệ với hiệu độ muối dòng chảy v nớc nằm dới, nh với tốc độ tơng đối dòng chảy ∂S (4.97) z = D = C S Δu (S S ) , z C S − hƯ sè trao ®ỉi mi, S1 − ®é mi cđa líp n−íc n»m KS Sè h¹ng thø nhÊt cđa nghiệm thu đợc biểu diễn biến thiên độ muối ban đầu dòng chảy trao đổi mi víi líp n−íc n»m phÝa d−íi cịng nh− víi khí Số hạng thứ hai biểu diễn phần đóng gãp cđa sù trao ®ỉi mi víi líp n−íc n»m phía dới Để dễ phân tích ảnh hởng nhân tố khác tới biến thiên độ muối, nên chấp nhận độ dy v tốc độ dòng chảy cịng nh− ®é mi cđa líp n−íc n»m phÝa d−íi l không đổi Nếu nh ngoi xem bay v giáng thủy bù trừ lẫn nhau, tức M = , th× tõ (4.99) suy   C Δu   C Δu  S () = S H exp  − S  + S1 1 − exp  S  uD   uD phía dới dòng chảy Sau tích phân phơng trình (4.95) theo ton độ dy lớp dòng chảy D v tính đến điều kiện biên (4.96) v (4.97) ta nhận đợc biểu thức S + aS = bS1 , ∂l ®ã a = (4.99) u tốc độ chuyển động nớc trªn h−íng l KS  S () = S H e − a +  be − a (  − x ) dx (4.95) (4.100) Tõ biÓu thức thu đợc thấy độ muối dòng chảy biến đổi từ giá trị ban đầu S H ®Õn ®é mi cđa líp n−íc n»m phÝa d−íi S1 tuân theo quy luật hm mũ Biến đổi ny diễn cng nhanh độ dy dòng chảy cμng nhá (4.98) C Δu  ∂M  , b = S  C S Δu +   uD  ρ ∂t  uD Trong ph−¬ng trình ny S độ muối lấy trung bình theo ton độ dy lớp dòng chảy Nghiệm phơng trình (4.98) với độ muối xuất phát S H đợc biểu diễn dới dạng 209 Nếu độ muối dòng chảy thay đổi hiệu giáng thủy v bay hơi, M S () = S H exp  −  ρ uD ∂t   (4.101) Nó tăng lên bay áp đảo giáng thủy M / t < v suy giảm trờng hợp ngợc lại ( M / ∂t > ) Sù phơ thc vμo ®é dμy líp vμ vμo qu·ng ®−êng ®i qua l cịng gièng nh công thức (4.100), tức quÃng đờng qua tăng biến tính độ muối dòng chảy tăng lên 210 Quy luật biến đổi nhiệt độ dòng chảy tơng tự nh đà trình by với trờng hợp biến tính độ muối Nếu viết phơng trình cân nhiệt bề mặt dòng chảy dới dạng công thức (4.43), trao đổi nhiệt dòng chảy với lớp nớc nằm phía dới công thức tơng tự nh (4.97), giá trị nhiệt độ trung bình theo chiều sâu dòng chảy có thĨ thĨ hiƯn b»ng mét biĨu thøc t−¬ng tù víi (4.99) Khi ®ã a=  R  ,  CT Δu +  uD  Cρ   b=  Ψ   CT Δu +  uD CT1 Sự khác biệt với công thức dẫn xảy tính ®Õn sù biÕn tÝnh nhiƯt trao ®ỉi nhiƯt víi khí Trong trờng hợp ny thay công thức (4.101) ph¶i sư dơng biĨu thøc   Rl  Ψ  Rl   T (l ) = TH exp  −  CρuD  + R 1 − exp  − CρuD          biÕn tÝnh kh«ng dõng cđa n−íc bất động Trên hình 4.14 cho thấy đặc điểm biến đổi theo khoảng cách cờng độ biến tính nhiệt nớc chuyển động bị chi phối thông lợng nhiệt từ khí Lớp bề mặt dòng chảy bị biến tính mạnh nhất, với độ sâu tăng lên biến đổi nhiệt độ giảm dần đầu đoạn đờng biến tính nớc bề mặt l cực đại, sau ®ã däc theo trơc tèc ®é biÕn ®ỉi nhiƯt độ giảm dần lớp nớc sâu bị lôi vo trình trao đổi nhiệt Đặc điểm biến tính độ muối dòng chảy nh vậy, thay đặc trng nhiệt trục tung hình vẽ đặc trng độ muối phải lu ý ví dụ nêu với phân tầng mật độ dòng chảy l ổn định Nếu dòng chảy xuất đối lu quy luật biến tính phần no khác tùy thuộc vo độ dy lớp xáo trộn đối lu (4.102) Từ công thức (4.102) thấy nhiệt độ trung bình dòng chảy trờng hợp xét biến đổi từ giá trị ban đầu T đến giá trị đợc xác định tỷ số / R Trong trờng hợp cần phải biết phân bố nhiệt độ dòng chảy theo chiều thẳng đứng, đợc mô tả biểu thức (4.49), t đợc thay x / u Khi giá trị ban đầu nhiệt độ tơng ứng với x = Bằng cách tơng tự, trắc diện thẳng đứng độ muối biến tính dừng đợc mô tả biểu thức (4.53) với t = x/u Tất quy luật chÝnh vỊ biÕn ®ỉi nhiƯt ®é vμ ®é mi theo độ sâu giữ nguyên nh đà trình by xem xét 211 Hình 4.14 Biến đổi nhiệt độ n−íc chun ®éng trao ®ỉi nhiƯt víi khÝ qun đà nhận xét tỷ số khích thớc thẳng đứng dòng chảy v kích thớc ngang có giá trị cỡ 10 bé hơn, biến tính dòng chảy kết trao đổi rối qua 212 cạnh bên với nớc xung quanh diễn yếu nhiều so với qua mặt v mặt dới Dù phải đánh giá vai trò biến tính cạnh bên Lm điều ny đơn giản trờng hợp trình dừng Ví dụ, xét ảnh hởng trao đổi nhiệt cạnh bên thông qua xáo trộn rối biến đổi nhiệt độ đợc mô tả phơng trình u T 2T − KΓ , ∂x ∂y 0≤ y ≤Y , (4.103) y trục ngang hớng với dòng chảy với gốc trục dòng chảy, Y tọa độ ranh giới dòng chảy, K cờng độ xáo trộn rối ngang dọc theo trục y Nên xem biến đổi nhiệt độ xảy hai phía trục dòng chảy, trục tồn điểm uốn, tức T y y =0 =0 (4.104) Điều kiện biên thứ hai hợp lý l ranh giới dòng chảy chấp nhận thông lợng nhiệt v nhiệt độ khối nớc tiếp xóc b»ng nhau, tøc CρK Γ ∂T ∂y Y = CρK ∂T2 ∂y Y = Φ Y , T = T2 y = Y (4.105) NÕu trao đổi nhiệt dòng chảy với nớc tiếp xúc Y đà đợc biết nghiệm bi toán nh không khác với bi toán đà xét v đợc biểu diễn dới dạng x T  , y  = TH + CρY u  x/u  x  Φ Y  − ξ  ϕ (ξ , y ) dξ , u  (4.106) 213 ∞  n 2π K Γ n y ( , y ) = + 2 (−1) n cos   exp  −  Y2  Y  n =1    , TH − gi¸   trị ban đầu nhiệt độ x = Từ biểu thức thu đợc thấy biến đổi nhiệt độ dòng chảy tỷ lệ với thông lợng nhiệt qua cạnh bên, với quÃng đờng qua, v phụ thuộc vo hệ số truyền nhiệt độ phơng ngang v chiều rộng dòng chảy Trờng hợp tổng quát hơn, thông lợng nhiệt Y cha biết, kết biến tính nhiệt độ nớc xung quanh thay đổi, phải đánh giá biến đổi cđa nhiƯt ®é n−íc xung quanh NÕu n−íc xung quanh chuyển động để mô tả biến tính tơng hỗ khối nớc phải sử dụng thêm phơng trình bổ sung kiểu nh (4.103), nhng với tốc độ dòng chảy khác v với hệ số K khác Còn nh nớc xung quanh bất ®éng th× chÊp nhËn ®iỊu kiƯn t = x / u , tức đoạn quÃng đờng x dòng chảy tiếp xúc với khối nớc đà bị biến tÝnh mét thêi gian t nμo ®ã NghiƯm biÕn tÝnh dòng chảy điều kiện nh biĨu diƠn b»ng biĨu thøc n T − TH = T2 − T H + κ Γ / κ  κ − κ   (2n + 1)Y − y (2n + 1)Y + y  ,  Γ  + efrc    efrc κΓx / u κΓx / y   κΓ − κ2       (4.107) T2 nhiệt độ không đổi nớc xung quanh xa ranh giới dòng chảy (hình 4.15) Trong điều kiện khác, tốc độ biến đổi nhiệt độ nớc tuân theo công thức (4.107) nhỏ so với tuân theo công thức (4.106) Đó l trờng hợp sau nhiệt độ dòng chảy biến đổi, m nhiệt độ nớc xung quanh biến đổi, 214 kết l chiều rộng nhiệt dòng nớc hình nh tăng lên di chuyển phía trớc Về phơng diện định tính, đặc điểm biến đổi nhiệt độ nh phù hợp với đặc điểm quan trắc đợc tất dòng chảy, kể dòng chảy ấm (ví dụ, Nođcap, Curosyo) lẫn dòng chảy lạnh (ví dụ, Đông Grinlan, Pêru) Còn phơng diện định lợng có khác biệt trao đổi nhiệt với môi trờng xung quanh diễn đồng thời hớng thẳng đứng lẫn hớng ngang Ngoi có trình uốn khúc dòng chảy diễn liên tục lm tăng cờng trao đổi nhiệt cách đáng kể Để gi¶n −íc thđ tơc gi¶i sè ng−êi ta th−êng sư dụng phơng pháp phân rà phơng trình khuếch tán đợc phân tách số hạng, số hạng chứa hay số nhân tố ảnh hởng tới biến đổi nhiệt độ v độ muối Thông thờng l tách trình bình lu v khuếch tán rối nhiệt v muối Ví dụ, phơng trình truyền nhiệt đợc biểu diễn tổng ba phơng trình sai phân T (n +1 / ) = T (n ) + V∇T (n ) Δt , T (n + / ) = TY (n ) + w T (n +1) = T (n ) + Hình 4.15 Biến đổi nhiệt độ nớc dòng chảy trao đổi nhiệt với nớc xung quanh khoảng cách kể từ trục y / Y = 0; 0,5; 1,0 (đờng gạch T (n +1 / ) Δt , ∂z ∂  ∂T (n + / 3)   KT Δt + K Γ ∇ T (n + / 3) Δt (4.108)   ∂z  ∂z  Trong hai phơng trình đầu thnh phần bình lu đợc biểu diễn sơ đồ sai phân hớng để cho không xuất sóng chuyển động ngợc hớng với dòng vận chuyển nhiệt chủ yếu Thông thờng điều ny đợc biểu diễn dới dạng nối Y = const Những quy luật biến đổi nhiệt độ v độ muối dòng chảy đà trình by trờng hợp trao ®ỉi nhiƯt vμ mi diƠn ®ång thêi trªn tÊt hớng v biến tính l không dừng Nghiệm giải tích tỏ phức tạp nói chung có đợc Vì thực tế phơng trình khuếch tán nhiệt v muối đợc giải số nghiên cứu đặc điểm hình thnh trờng nhiệt độ v độ muối Nhng trờng hợp ny xuất khó khăn liên quan tới độ ổn định v hội tụ cđa nghiƯm 215 vμ ( ) ( ) ∂T u T j − T j −1 = ∂x Δx ∂T u T j +1 − T j u = ∂x Δx u u > u < Việc biểu diễn số hạng bình lu phơng trình khuếch tán nh nâng cao đợc ®é nhít tÝnh to¸n vμ sÏ dÉn tíi sù ỉn định nghiệm Những nhiễu động xuất trờng nhiệt ®é phÐp xÊp xØ nh− vËy ®−ỵc mang theo dòng chảy Dĩ nhiên l điều kiện biên đà đợc sử dụng giải giải tích có mặt nghiệm số, tức có mặt 216 sơ đồ nút tơng ứng miền v thời điểm ban đầu [11] 10 Б Горизонтально-неоднородный деятельный слой океана и его моделирование Севастополь-Обнинск, 1989 233 Vì trờng dòng chảy phụ thuộc vo phân bố nhiệt độ v độ muối, nên mô hình số có tính chất dự báo ngời ta phải đồng thời tính toán dòng chảy, nhiệt độ v độ muèi 11 Саркисян А С Моделирование динамики океана Глава СПб., Гидрометеоиздат, 1991 12 Тернер Дж Эффекты плавучести в жидкостях Главы 6, 8, Пер с англ М., Мир, 1977 13 Федоров К Н., Гинзбург А И Приповерхностный слой океана Глава Л., Гидрометеоиздат, 1988 Tμi liƯu tham kh¶o bỉ sung 14 Шулейкин В В Физика моря Глава М., Наука, 1968 Гидрология Тихого океана М., Наука, 1968 520 с Гирдюк Г В., Егоров Б Н, Малевский-Мапевич СП Определение радиационного балана поверхности океана Справочное пособие СПб., Гилрометеоиздат, 1992 147 с Зимин В Д., Фрик П Г Турбулентная конвекция М., Наука, 1988 173 с Карлин П Н., Клюйков Е Ю., Кутько В П Мелкомасштабная структура гидрофизических полей верхнего слоя океана М., Гидрометеоиздат, 1988 162 с Лаппо С С., Гулев С К., Рождественский А Е Крупномасштабное тепловое взаимодействие в системе океан-атмосфера и энергоактивные области Мирового океана Л., Гидрометеоиздат, 1990 335 с Монин А С., Каменкович В М., Корт В Г Изменчивость Мирового океана Л., Гидрометеоиздат, 1974 261 с Океанографическая энциклопедия Пер с англ Л., Гилрометеоиздат, 1974 631 с Океанографические таблицы Л., Гидрометеоиздат, 1975 477 с Оптика океана Физическая оптика океана Т М., Наука, 1983, гл 7, 217 C©u hái tù kiĨm tra HÃy giải thích nguyên tắc lấy trung bình phơng trình truyền nhiệt v muối HÃy lập phơng trình cân nhiệt v muối cho mặt biển, lớp hoạt động v ton biển Xác định thông lợng nhiệt v muối đại dơng v khí theo thông tin khí tợng nh no? Cờng độ xáo trộn rối ảnh hởng nh thÕ nμo tíi biÕn tr×nh ngμy vμ mïa cđa nhiƯt ®é vμ ®é mi vμ sù biÕn ®ỉi cđa chóng theo độ sâu? Giữa đặc trng có mối liên hệ qua lại không? Những nguyên nhân no hình thnh nên lớp lạnh bề mặt đại dơng (skin-layer)? Sự bất ổn định phân tầng mật độ đại dơng v đối lu đợc hình thnh nh no? Cái dẫn tới hình thnh đại dơng lớp tựa đồng quy mô ngy v mùa, nêm nhiệt v nêm muối? HÃy giải thích tạo thnh v tiêu tán cấu trúc nhiệt muối vi mô đại dơng 218 HÃy viết phơng trình v điều kiện biên biến tính độ muối dừng nớc dòng chảy HÃy giải thích đặc điểm biến đổi độ muối dòng chảy ví dụ luồng nớc sông chảy vo biển 10 HÃy viết phơng trình v điều kiện biên biến tính nhiệt không dừng nớc dòng chảy HÃy giải thích đặc điểm biến đổi nhiệt độ dòng chảy trao đổi nhiệt víi khÝ qun vμ víi c¸c líp n−íc n»m phÝa dới Chơng Những tính chất vật lý băng biển 5.1 Sự hình thnh v tăng trởng tinh thể băng Sự độ chất từ trạng thái tổ hợp ny sang trạng thái khác diễn trờng hợp tham số trạng thái trở nên khác với giá trị cân Điều ny có nghĩa nhiệt độ, độ muối v áp suất nớc cần phải lm để biểu đồ trạng thái pha (xem hình 1.2) điểm giao đặc trng ny không nằm đờng phân chia pha Mức độ chênh lệch tọa độ trạng thái thể tích nớc riêng rẽ khỏi vị trí cân định động lực trình kết tinh, hiệu lợng tự hệ nhiệt ®éng lùc häc, phơ thc rÊt nhiỊu vμo st ngi lạnh Suất nguội lạnh đợc hiểu l hiệu nhiệt độ cân v nhiệt độ thực Động lực đặc trng cho khả nớc tiến tới kết tinh, l tốc độ trình kết tinh, tác động tới có nhân tố nh: động phân tử, ảnh hởng định hớng tạp chất nớc, c−êng ®é cđa sù trao ®ỉi nhiƯt v.v St ngi lạnh nớc phụ thuộc vo khác biệt 219 220 ... Φ h ) = dt gh (4 .9 0) Từ suy (4 .8 8) Còn wh wh = lu tự (4 .68 )( 4 .6 9) hay dới dạng đơn gi¶n hãa (4 .7 1)? ? ? (4 .7 2) + H Φ Th Cpρ (4 .9 1) NÕu ®−a ký hiƯu T = (4 .8 9) Tõ biĨu thức (4 .8 9) suy chênh lệch... + (? ? − RT z ) e p / KT η (? ? ) =  +   R + λ p / KT σ + i∞  2π i σ −i∞ e pt X ( p) (4 .4 7) t dp , p K T ( t −ξ ) (4 .4 8) dξ + + ξ   ε K (? ? −ζ ) d ζ  η (t − ξ ) d ξ , Ψ (? ? ) − RT z − ( R... ∂T / ∂z (4 .4 4) =0 dT dz = Ψ − RT0 (4 .4 6) z =0 §iỊu kiƯn thø hai z → ∞ T ≠ ∞ gi÷ nguyên Nghiệm 175 176 phơng trình (4 .4 5) với ®iỊu kiƯn biªn (4 .4 6) vμ nÕu T z = const sÏ lμ T ( p, z ) − T z =