Quá trình xáo trộn sóng nộ

D [K-1] Hệ số giãn nở nhiệt của n†ớc

4.6.1.3 Quá trình xáo trộn sóng nộ

Các sóng nội có một vai trò quyết định đối với quá trình xáo trộn trong cột n‡ớc phân tầng nằm d‡ới lớp mặt hoạt động. Chúng lμm giảm độ đứt gãy ở các phần bên trong cột n‡ớc (đặc biệt lμ trong đới nằm giữa tầng nông vμ tầng sâu) cũng nh‡ tại lớp biên trầm tích.

Những sóng nội trọng lực chủ yếu phát sinh do gió. ứng suất gió khiến cho n‡ớc mặt ở bờ khuất gió dâng lên. Cùng lúc, n‡ớc d‡ới lớp sâu hơn dâng lên gần tới mặt n‡ớc ở bờ đón gió. Khi gió tạm ngừng thổi, trên mặt phân giới bắt đầu dao động. Do biên rắn của hồ phản xạ các sóng nội, các sóng tới vμ sóng phản xạ giao thoa với nhau sinh ra sóng nội dừng gọi lμ "dao động mực n‡ớc nội tại". Chúng lμ những đặc tr‡ng dễ thấy của các l‡u vực kín vμ có thể tìm thấy trong gần nh‡ tất cả các phổ sóng nội (hình 4.8 vμ 4.14). Ngoμi ra tr‡ờng sóng nội chứa đựng một số l‡ợng lớn các dạng sóng khác có tần số nằm trong phạm vi từ tần số quán tính đến tần số ổn định N.

Trong một chất lỏng phân tầng, tồn tại một số l‡ợng vô hạn các trị số Eigen có chu kì Tn,,m , có thể kí hiệu bằng 2 số l‡ợng tử chỉ ph‡ơng ngang (n) vμ ph‡ơng

thẳng đứng (m). Trong tr‡ờng hợp đơn giản nhất, ph‡ơng thẳng đứng bậc nhất (m=1), ứng với hệ hai lớp, chu kì dao động theo chiều thẳng đứng Tn vμ b‡ớc sóngOn với l‡u vực có chiều dμi L, có thể đ‡ợc xấp xỉ bởi công thức Merian tổng quát: ,1 2 ' ' ; ,1 2 . . n n L L T n n g h O (58)

ngang cấp cao hơn tới n = 5 ứng với kiểu thẳng đứng cấp 1. Ta

í dụ điển hình về cấp độ dao động ực n‡ớc thẳng đứng bậc 2. Ng‡ời ta còn miêu tả chi tiết hơn bằng mô hình 2

ái hồ cũng nh‡ sự phân tầng liên tục. Munnich (1993) đã chỉ ra rằng một số loại có tỉ lệ chu kì vμ tỉ lệ không gian t‡ơng tự nh‡ng có cấu trúc không gian khác nhau sẽ rất có ích nếu các nhân tố nμy cũng đ‡ợc đ‡a vμo tính toán.

nh ra dòng chảy ngang trong tầng nông khiến cho quá trình xáo trộn rối đủ mạnh để thắng đ‡ợc sự phân tầng tỉ khối. Khi số Richardson chênh lệch Ri biểu diễn tỉ số của độ đứt dọc

trong đó n lμ số đ‡ờng nút vμ g', h' lần l‡ợt lμ độ sâu vμ trọng lực suy giảm xác định nh‡ trong bảng 4.7. Hình 4.8 minh hoạ một ví dụ về phổ nhiệt nội thể hiện rõ các kiểu

có thể xấp xỉ tốt hơn nhờ sử dụng hμm Defant mở rộng (Theo Mortimer, 1979). Lemmin vμ Mortimer (1986) cũng đã đ‡a ra các ví dụ minh hoạ. Nói một cách chặt chẽ, những ví dụ nμy (hình vẽ 4.8) thể hiện tần số của các kiểu ngang cấp cao hơn không điều hoμ, giống nh‡ tần số âm thanh.

Để mô tả các kiểu thẳng đứng cấp cao hơn, ta cần đến một l‡ới đứng t‡ờng minh hơn. Năm 1992, Munich cùng các cộng sự đã sử dụng cả mô hình ba lớp vμ mô hình phân tầng liên tục để mô tả một v

m chiều, có xét cả hình th Sóng nội si / u z w w vμ độ ổn định tỉ khối thẳng đứng N (bảng 5) lớn hơn 0,25 nhiều, do đó cả rối vμ cả xáo trộn bị triệt tiêu (hình 4.12). Tiếp đến, những dị nhiệt đóng vai trò nh‡ một mặt trơn cho phép những chuyển động t‡ơng đối của lớp mặt liên hệ với tầng nông. D‡ới những điều kiện

ng phạm vi dải ‡ợng rối gần nh‡ không xảy ra thì độ tổn thất năng l‡ợng thấp vμ sóng nội có thể duy trì hμng tuần (theo Lemmin, 1987). Dao động bên trong của mực n‡ớc theo ph‡ơng thẳng đứng cao hơn (m > 1) t‡ơng ứng với dao động của một hệ m+1 lớp. Th‡ờng biên độ của chúng nhỏ hơn, nh‡ng những dòng chảy ngang suy giảm đổi dấu trên tỉ lệ thẳng đứng nhỏ hơn gây ra độ đứt gãy lớn hơn (theo Munnich cùng các cộng sự, 1992).

Khi R < 0,25, dòng chảy tăng dần mức độ hỗn loạn cho đến khi chúng biến thể vμ xáo trộn bất thuận nghịch với các lớp xung quanh (hình 4.11). Trong tr‡ờng hợp nμy, năng l‡ợng tổn thất lớn vμ tr‡ờng sóng nội tan rã rất nhanh (Hình 4.12). Sự gia tăng những kích thích do sóng cái gọi lμ sóng Kelvin Helmholtz vμ sự tan vỡ sau đó của chúng đ‡ợc Wood (1968) dẫn chứng rất hấp dẫn trong n‡ớc thiên nhiên, qua những thí nghiệm bằng thuốc nhuộm trong dị nhiệt ở Địa Trung Hải. Quá trình xáo trộn bất thuận nghịch qua các mặt phân giới tỉ nh‡ vậy sóng nội có biên độ khá nhỏ vμ nằm hoμn toμn tro

khối t‡ơng ứng sẽ đ‡ợc thảo luận ở phần 4.6.3.