b. Sóng nước dâng và sóng leo
2.3.2.2 Các quá trình ven bin do gió
Trong quá trình khí động lực học, gió đóng vai trò trực tiếp bứt và vận chuyển các hạt cát. Năng lượng để vận chuyển bùn cát phụ thuộc vào tốc độ gió và tương tác của gió với mặt biển. Bề mặt và ma sát bề mặt làm thay đổi bản chất của dòng khí và quyết định tốc độ gió gần lớp mặt.
1. Lớp biên
Lớp biên là một phần của tầng đối lưu bị thay đổi bởi quá trình tải. Theo định nghĩa của Stull (1988), lớp biên là một phần của tầng đối lưu, trực tiếp chịu ảnh hưởng của bề mặt trái đất chống lại các lực bề mặt với thời gian khoảng 1 tiếng hoặc nhỏ hơn. Sự tải (nhiệt, ẩm, động lượng) diễn ra do chuyển động rối. Chuyển động rối, gió bão tác động trên nền gió thường có thể hình dung như là các xoáy kích cỡ khác nhau, chồng lên nhau. Phần lớn chuyển động rối trong lớp biên sinh ra do các tác động từ mặt đất. Ví dụ sự đốt nóng mặt đất của mặt trời tạo ra những luồng khí nóng bốc lên (các xoáy lớn). Ma sát dòng khí thổi qua mặt đất là nguyên nhân hình thành các ứng suất trên bề mặt dưới dạng các chuyển động rối. Các vật cản như cây cối, cồn cát làm chuyển hướng luồng gió và sinh rối tại khu vực ngay sau vật cản. Khả năng vận chuyển vật chất trong chuyển động rối thường lớn hơn trong các chuyển động khuếch tán phân tử đến vài bậc. Tần suất khá cao của sự xuất hiện rối gần mặt đất là một trong những đặc điểm phân biệt lớp biên với phần còn lại của khí quyển.
Lớp biên trong
Khi dòng khí bị thay đổi bởi ma sát mặt, nó cần một quãng đường để thích nghi với bề mặt mới. Tại vùng chuyển tiếp do ma sát đó, hình thành lớp biên trong. Trong lớp biên trong, dòng gió thích ứng được với bề mặt mới. Chiều cao của lớp biên trong tăng dần từ điểm có sự chuyển tiếp ma sát bề mặt. Phía trên độ cao này, luồng gió vẫn thích nghi với bề mặt trước khi có sự chuyển tiếp. Ở vùng đất có địa hình phức tạp, mặt cắt gió chứa một vài lớp biên trong chồng lên nhau. Tốc đô gió theo chiều thẳng đứng sẽ khác nhau khi gặp địa hình này và nếu bỏ qua ảnh hưởng
của địa hình thì sẽ rất khó phân tích qui luật của gió và dẫn đến sai số lớn do không xem xét đến ma sát bề mặt.
2. Mặt cắt gió
Gió trung bình đóng vai trò chính trong sự vận chuyển ngang (hay chuyển động đối lưu). Ma sát làm tốc độ gió trung bình giảm đáng kể ở gần mặt đất. Trên một bề mặt đồng nhất, vô hạn và ở điều kiện bình thường, mối quan hệ giữa tốc độ gió theo độ cao tuân theo quy luật có tên gọi là “Luật tường chắn”. Vì tốc độ gió tăng theo logarit của độ cao nên mối quan hệ này còn được gọi phân bố dạnglogarit.
o z z z K U U ln * = (2.13)
Trong đó: Uz là tốc độ gió tại độ cao z và K = 0.41 gọi là hằng số Von Karman. Trong trường hợp phân tầng do nhiệt, phương trình (2.13) phải được sửa như sau:
⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − = m o z z z K U U * ln ψ (2.14)
Trong đó Ψm là tham số ổn định không thứ nguyên, phụ thuộc vào độ cao và độ dài Obukhov L, một hàm của sự biến thiên nhiệt độ gần bề mặt. Trong trường hợp mặt cắt gió dạng logarit, mối quan hệ giữa tốc độ gió và logarit của độ cao là tuyến tính và phụ thuộc vào vận tốc ma sát U*, độ cao nơi tốc độ gió bằng 0 và độ dài nhám zo. Thường trên bãi biển rộng, mặt cắt gió được xem là có phân bố dạng logarit. Khi tốc độ gió được ghi lại ở một vài độ cao, các tham số mặt cắt gió như U* và zo, thường nhận được nhờ các tính toán hồi qui tuyến tính giữa tốc độ gió và logarit của độ cao. Trong trường hợp các điều kiện ổn định (nhiệt độ tại bề mặt < nhiệt độ tại độ cao z, chuyển động không khí theo chiều thẳng đứng bỏ qua) hoặc không ổn định (nhiệt độ tại bề mặt > nhiệt độ tại độ cao z, chuyển động theo chiều thẳng đứng là đáng kể). Các tính toán này sẽ dẫn đến kết quả sai.
3. Dòng khí
Thường trên mặt đất, mặt cắt gió không có dạng chuẩn logarit và sự sai khác này phụ thuộc vào địa hình và độ nhám bề mặt. Khi dòng khí đi ngang qua các cồn cát, phân bố tốc độ gió từ chỗ ổn định khi ở trên bãi biển sẽ bị xáo trộn khi đi qua cồn cát. Các thay đổi của địa hình làm tăng tốc độ gió trên đỉnh và mặt phía biển của các cồn cát và làm giảm tốc độ đó ở dưới chân cồn cát và mặt khuất gió của cồn cát. Sự tăng độ nhám về phía đất liền do mật độ thực vật tăng cũng làm giảm tốc độ gió. Vì vậy, tốc độ gió dọc theo một mặt cắt sẽ rất khác nhau, phụ thuộc vào mức độ tăng hay giảm của nó. Sự thay đổi này có vai trò quan trọng đối với vận chuyển trầm tích do gió. Sự tăng hay giảm tốc độ gió còn phụ thuộc cả vào hướng gió. Nếu gió vuông góc với cồn cát thì tác động của địa hình lên dòng khí đạt giá trị cực đại, nếu gió xiên độ dốc cồn cát giảm và vì vậy ảnh hưởng cuả nó đến dòng khí sẽ nhỏ hơn. Những cồn cát cao thậm chí có thể làm cho dòng khí bị chuyển hướng tạo ra gió ở gần chân cồn cát và song song với nó. Trường hợp này, vận chuyển cát vào phía đất liền bị giảm đáng kể.