Những quan sát thực nghiệm

D [K-1] Hệ số giãn nở nhiệt của n†ớc

4.6.3.3 Những quan sát thực nghiệm

Để miêu tả định l‡ợng những hệ thống d‡ới n‡ớc, th‡ờng phải miêu tả rõ tỉ lệ thay đổi trực tiếp theo ph‡ơng thẳng đứng, cái mμ có thể đ‡ợc mô tả bằng hệ số khuếch tán giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ (ph‡ơng trình 17). Khi đó có nhiều cố gắng để tạo ra một thông số cho Kdtrong điều kiện l‡ợng dễ dμng đo đ‡ợc. Peter vμ cộng sự (1988) có hệ thống điều tra nghiên cứu sự phụ thuộc của Kdvμo RI coi nh‡ tính chất đúng đắn bởi mô hình dao động Kelvin - Helnholtz đ‡ợc minh hoạ trong hình 4.11a. Giữa các thông số khác nhau, họ đo đ‡ợc gradien vận tốc tr‡ợt thẳng đứng (wu/wz) gradien nhiệt độ (wT/wz), tần số N vμ tỉ lệ tiêu hao H, ngang qua dòng ngầm xích đạo trong Thái Bình D‡ơng. Hệ số khuếch tán diapycnal quả thực nêu ra một sự tăng nhỏ d‡ới R = 0,3 (hình 4.12). Mặc dù đ‡a ra toμn bộ dữ liệu để giải thích về chúng nh‡ng tất cả các thông số lμ không đơn giản.

Nh‡ đã thảo luận trong phần 4.6.1, bản chất các dao động th‡ờng lμ nguyên nhân chủ yếu của ứng suất giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ trong các tầng n‡ớc sâu của hồ. Nh‡ng giá trị t‡ơng ứng Ri có thể đ‡ợc xét v‡ợt quá 20,25. Ví dụ, sự dịch chuyển của c‡ờng độ dao động nêu ra trong (Hình 4.14), hệ số gradien Richardson RIở trung tâm hồ, tính toán từ trung tâm cấu trúc hồ, nằm trong khoảng 200 vμ vμi trăm (Munnich vμ cộng sự 1992).

Một phạm vi để lμm thay đổi nhỏ ngay cả mở rộng của sự xoáy ng‡ợc. Hệ số khuếch tán rối đ‡ợc đo từ hệ thống vi cấu trúc nhiệt độ (bảng 4.8), ở phía trong tầng n‡ớc sâu của Alphachersee lμ thấp, nh‡ng vẫn hoμn toμn ở trên mực hân tử, giá trị Kd xấp xỉ nh‡ lμ hệ số khuếch tán nhiệt phân tử (1,9.10-7 m2s-1ở 0c) cái mμ vẫn lμ hai bậc độ lớn ở trên hệ số khuếch tán phân tử của khoảng hoμ tan (|10-9m2/s) nh‡ng có thể sinh ra chuyển động rối.

p 4

Hình 4.12. Quan hệ giữa Gradient số Richardson Ri vμ hệ số khuếch tán nhiệt độ xoáy giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ , Kd, đ‡ợc đo đạc trong dòng ngầm xích đạo ở Thái Bình D‡ơng bởi Peters vμ những

ng‡ời khác (1988) (những sự tuần hoμn mở) vμ trong một hồ nhỏ bởi Munnich vμ những ng‡ời khác

(1992) (những tuần hoμn đầy đủ). Trong khi hệ số khuyếch tán giao ph‡ơng mặt đẳng mật độ chỉ tăng dần dần cùng với sự giảm R với R > 0.3, nó tăng lên đột ngột với Ri < 0.3.

o ra bởi giả thiết bản chất da

nh i, đ‡ợc tính từ một cách thức nμo đó í nếu μ một cái trội hơn) phải đ‡ợc coi lμ một đ‡ờng cơ sở từ các

oảng gián đoạn nhất định d

phầ n điệu giảm trong hỗn hợp xáo trộn nh‡ một hμm ợc nêu ra trong hình 12, cũng chứng minh giả thiết nμy

.

13 giải thích đặc tính nữa của hệ số khuếch tán diapycnal rái ng‡ợc với hình thể trong Đại d‡ơng, nơi mμ năng l‡ợng sóng ng khoảng thời gian giữ lại của các tháng (Gregg vμ

sóng ngầm trong hồ , cái mμ chịu trách nhiệm hầu hết về sự xáo trộn

th‡ờng bị kích thích không liên tục bởi tr‡ờng hợp bão (Hình 7.21 phần 7). Kết ng tính chất gián đoạn hơn trong đ

êu ra một ví dụ đIển hình khác (gần ba bậc về độ lớn )giữa trung bình dμI hạn Kd (tháng bảy tơí tháng m‡ời) ở Urnersee vμ khoảng giữa Kd trong Zugersee trong một cơn bão xảy ra sau đó một vμ ngμy trong tháng 11- 1982. Đó lμ bởi vì sự thay đổi rất lớn của TKE đầu vμo từ gió, cái mμ lμm thay đổi với w3

10 (ph‡ơng trình 46). Vμo 7-8/11/1982 Zugersee bị đập bởi cơn bão fohn mạnh nhất vμo trung tâm nμy (hình 4.21).

i i

ó ở độ chia cắt cao, đ‡ợc tạ au. Gradien Richarson R

nó l Vì vùng nμo đ sóng khác (thậm ch o động vμ phạm vi nhỏ h R ơn, các tần số tạo ra một kh n chuyển động rối. Tính đơ

của R ‡ới giá trị i vμ các i, đ‡ với 0,5< Ri<10 Hình 4. trong hồ . ầm có một giao động T Sanforrd 1988), diapycnal quả lμ sự xáo Hình 13 n

Hình 4.13 mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán xoáy Kd vμ tần số ổn định N2 từ 2 hồ cạnh nhau ở trung tâm Switzerrland. Dữ liệu hoμn toμn phù hợp với Welander (1968) thông số Kd = const (N2)-9cái mμ có sự giải thích sự hợp lý bản chất vật lý chỉ ở phía trên lớp nhảy vọt nhiệt độ. Trong tầng n‡ớc sâu hơn (d‡ới N2) hệ số khuếch tán diapycnal bị chi phối toμn bộ bởi các thông số khác (xem phần 64). Sự khác dvμ các giá trị khác từ tháng 11-1982 giải thích đặc điểm gián μo 7-8/11/1982. Zugersee bị tμn phá bởi một cơn bío vô cùng

động rối trong lớp n‡ớc ở trên lớp có

ng

biệt lớn giữa gía trị trung bình dμi hạn K đoạn của quá trình xáo trộn diapycnal v lớn (xem hình 4.21; Redrawn from wuest 1987).

Nh‡ trình bμy rõ ở hình 4.9a, chuyển

gradien nhiệt độ tăng yếu hơn nhiều so với lớp xáo trộn. Không kể sau khi lực tác dụng mạnh, đáng xét nhất lμ một sự tiêu hao nhỏ của lớp n‡ớc ở d‡ới lớp có gradien nhiệt độ tăng bao gồm những chuyển động rối nối tiếp. Mặt phân cách rối lμ một rμo chắn hứu hiệu cản chở sự chuyền rối của tầng phía trên có mật độ nhỏ. Nh‡ một quy luật chúng ta có thể nói rằng tỉ lệ thay đổi của thế nă

trong tầng n‡ớc sâu (thông l‡ợng nổi) xấp xỉ 1% của năng l‡ợng đi vμo lớp n‡ớc ở trên lớp có gradien nhiệt độ tăng (Wuest 1987), cái trở lại trong 1% thông số năng l‡ợng P10 ở độ cao 10 m trên bề mặt n‡ớc (ph‡ơng trình 46).

Tiêu biểu hệ số khuếch tán xoáy dμi hạn ở mặt đẳng mật độ tại nhiệt độ trung bình của hồ trong suốt quá trình phân tầng bền vững (quyết định gián tiếp tói những nghiên cứu lâu dμi về việc phát hiện sự khuếch tán) lμ loại 0.01 - 0,1 cm2s-1

Các giá trị nμy lớn hơn nhiều hệ số khuếch tán mặt đẳng mật độ gây ra bởi dao động ngầm ở vùng có các trị sô Gradient Richarson quan trắc đ‡ợc ở phía trong cột n‡ớc. Sự so sánh nμy cho chúng ta kết luận rằng giới hạn xáo trộn chịu tác động với sự khác nhau giữa phía trong vμ tổng hệ số khuếch tán trong mặt đẳng mật độ. Dao động ngầm đi theo bởi các dòng ngang tại lớp n‡ớc ở trên lớp có gradien nhiệt độ tăng (Hình 4.14), tầng mμ thực tế tạo ra giới hạn xáo trộn trên trầm tích hồ. D‡ờng nh‡ sự thay đổi gây ra bởi cách trực tiếp tạo ra phần lớn nhiều sự xáo trộn ở giới hạn trầm tích hơn trong tầng n‡ớc sâu. Những bμn luận nμy đ‡ợc nói tới chi tiết hơn ở phần tiếp theo.