Các sóng dài trọng lực trong đại dương - Chương mở đầu

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

“Các sóng dài” ở đây được hiểu là những chuyển động với chu kỳ từ một số chu kỳ sóng lừng đến các chu kỳ dao động triều, tức từ 0,5 phút đến 12 giờ. Dải này bằng 10 gam bậc. Đặc điểm đáng ngạc nhiên nhất của các sóng ở dải tần này là chúng không tồn tại.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các sóng dài trọng lực trong đại dương - Chương mở đầu

§¹i häc quèc gia Hμ Néi _____________________________________________________________ A. B. Rabinovich C¸c sãng dμi träng lùc trong ®¹i d ¬ng _________________________________________________ HiÖn t îng bÉy sãng, céng h ëng vμ ph¸t x¹ Biªn dÞch: Ph¹m V¨n HuÊn Nhμ xuÊt b¶n ®¹i häc quèc gia hμ néi http://www.ebook.edu.vn
2.7. C¸c sãng dÞch chuyÓn trong dßng däc bê ë d¶i ven bê 124 2.8. C¸c dao ®éng l¾c trong vÞnh, vòng vμ c¶ng 135 Ch ¬ng 3. C¸c sãng giã ¸p trong ®¹i d ¬ng 150 3.1. Mét sè ®Æc ®iÓm lý thuyÕt cña c¸c sãng trong khÝ quyÓn 151 3.2. Nh÷ng ®Æc tr ng phæ cña ¸p suÊt khÝ quyÓn vμ giã 165 Môc lôc 3.3. Liªn hÖ c¸c dao ®éng sãng dμi cña mùc n íc ®¹i d ¬ng víi ®Æc ®iÓm vμ c êng ®é cña c¸c qu¸ tr×nh khÝ quyÓn 181 3.4. Sù kÝch ®éng trùc tiÕp c¸c sãng dμi trong ®¹i d ¬ng ®é Më ®Çu 6 s©u kh«ng ®æi bëi c¸c qu¸ tr×nh khÝ quyÓn 194 Ch ¬ng 1. Quan tr¾c c¸c dao ®éng sãng dμi cña mùc 3.5. ¶nh h ëng cña vïng thÒm tíi sù ph¸t sinh c¸c sãng dμi 204 n íc ë ®íi ven bê vμ ngoμi kh¬i ®¹i d ¬ng 13 3.6. Sù kÝch ®éng c¸c sãng ven do kÕt qu¶ t¶n m¸t thñy 1.1. LÞch sö nghiªn cøu vÊn ®Ò 14 triÒu khÝ t îng trªn nÒn nh÷ng bÊt ®ång nhÊt ngÉu 1.2. Nh÷ng m¸y ghi mùc n íc ®¹i d ¬ng nguyªn lý phao næi nhiªn cña ®Þa h×nh 222 vμ sö dông chóng ®Ó ®o c¸c sãng dμi 19 3.7. CÊu tróc kh«ng gian cña c¸c sãng dμi trong ®¹i d ¬ng 1.3. C¸c m¸y ®o sãng dμi thñy tÜnh dïng cho vïng thÒm 26 vμ quan tr¾c c¸c sãng ven 240 1.4. C¸c dông cô ®Æt d íi s©u ®Ó ®o mùc n íc ®¹i d ¬ng 34 3.8. Nh÷ng ®Æc ®iÓm céng h ëng cña c¸c sãng dμi trªn vïng 1.5. Quan tr¾c sãng dμi ë ngoμi kh¬i ®¹i d ¬ng 45 thÒm lôc ®Þa 254 1.6. Nh÷ng ®Æc ®iÓm phæ cña c¸c dao ®éng sãng dμi cña mùc 3.9. M« h×nh lý thuyÕt vÒ phæ cña c¸c sãng dμi ë ®¹i d ¬ng 265 n íc ë vïng kh¬i ®¹i d ¬ng vμ vïng thÒm lôc ®Þa 54 3.10. Kh¶o s¸t dao ®éng l¾c ë nh÷ng vïng ven bê ®¹i d ¬ng 272 3.11. ¶nh h ëng cña c¸c dao ®éng l¾c tíi sù h×nh thμnh phæ Ch ¬ng 2. Lý thuyÕt tuyÕn tÝnh vÒ c¸c sãng dμi trªn c¸c sãng dμi ë vïng Nam Kuril 289 thÒm lôc ®Þa vμ ë vïng kh¬i ®¹i d ¬ng 67 3.12. Abiki, rissaga vμ c¸c dao ®éng l¾c cùc trÞ kh¸c 311 2.1. C¸c ph ¬ng tr×nh c¬ b¶n 68 2.2. C¸c sãng ven cña Stokes: nghiÖm cho tr êng hîp nÒn Ch ¬ng 4. §éng lùc häc ®íi ven bê vμ c¸c sãng ngo¹i ®¸y tho¶i v« tËn 76 träng lùc 325 2.3. C¸c sãng dμi bÞ bÉy ë ®¹i d ¬ng cã vïng thÒm ®é s©u 4.1. C¸c chuyÓn ®éng sãng dμi trong ®íi ven bê: lÞch sö c«ng kh«ng ®æi 83 t¸c nghiªn cøu 326 2.4. Nh÷ng ®Æc ®iÓm cña sãng ven ®èi víi c¸c d¹ng ®Þa h×nh 4.2. Nh÷ng ®Æc tr ng thèng kª cña dao ®éng m¹ch ®éng vç kh¸c nhau 92 bê vμ sù liªn hÖ cña chóng víi c¸c tham sè sãng giã vμ 2.5. §Þnh luËt Snellius, gãc Bruster vμ sù céng h ëng thÒm 100 sãng lõng 335 2.6. TÝnh to¸n c¸c sãng ven vμ sãng ph¸t x¹ ®èi víi nh÷ng 4.3. Sù h×nh thμnh c¸c sãng ngo¹i träng lùc bëi cÊu tróc thñy vùc thùc 111 nhãm cña tr êng sãng giã 353 http://www.ebook.edu.vn 3 4
4.4. M¹ch ®éng vç bê vμ c¸c sãng biªn 368 4.5. D©ng n íc trong sãng ë c¸c vïng ®¹i d ¬ng ven bê 385 4.6. HiÖn t îng x« ®Èy tÇu trong c¸c c¶ng vμ vïng c¶ng 392 4.7. VÒ ¶nh h ëng cña ®é xo¸y chÊt láng tíi chuyÓn ®éng sãng dμi trong c¶ng 407 4.8. C¸c dßng ch¶y ®øt ®o¹n 415 Më ®Çu 4.9. §Þa h×nh d¹ng ren (feston), c¸c b·i d¹ng l ìi liÒm vμ nh÷ng d¹ng ®Þa h×nh tuÇn hoμn kh¸c 422 Tμi liÖu tham kh¶o 434 “C¸c sãng dμi” ë ®©y ® îc hiÓu lμ nh÷ng chuyÓn ®éng víi chu kú tõ mét sè chu kú sãng lõng ®Õn c¸c chu kú dao ®éng triÒu, tøc tõ 0,5 phót ®Õn 12 giê. D¶i nμy b»ng 10 gam bËc. §Æc ®iÓm ®¸ng ng¹c nhiªn nhÊt cña c¸c sãng ë d¶i tÇn nμy lμ chóng kh«ng tån t¹i. V. Munk. C¸c sãng dμi trong ®¹i d ¬ng (1962) Cã vÎ h¬i ®ïa mét chót, nh ng Munk ®· nãi nh vËy vÒ nh÷ng chuyÓn ®éng mμ «ng tõng giμnh gÇn 20 n¨m cuéc ®êi m×nh ®Ó nghiªn cøu. ThËt vËy, phæ c¸c sãng ®¹i d ¬ng t¹i d¶i tÇn nμy thùc tÕ lμ rçng kh«ng (h×nh 0.1). N¨ng l îng triÒu ®Æc tr ng − 10 3 − 10 4 cm2, n¨ng l îng c¸c sãng giã − sãng lõng còng kho¶ng cì ®ã, trong khi t¹i c¸c tÇn sè trung gian tæng n¨ng l îng sãng chØ b»ng kho¶ng 1 cm2 [264]. Nguyªn nh©n duy nhÊt cã thÓ lμm t¨ng ®ét ngét phÇn n¨ng l îng trong d¶i tÇn nμy − ®ã lμ sãng thÇn (“c¸c sãng ®Þa chÊn biÓn” [67]). ThËt vËy, c¸c quan tr¾c sãng dμi liªn tôc trong thêi gian dμi t¹i thÒm lôc ®Þa California [268, 312] ®· cho thÊy r»ng khi cã c¸c nhiÔu khÝ quyÓn m¹nh ®i qua th× gi¸ trÞ phæ c¸c sãng ®¹i d ¬ng cã thÓ t¨ng lªn 10 lÇn, cßn khi sãng thÇn ®i qua − 100 − 1000 lÇn (vÝ dô, ®· quan tr¾c ® îc nh vËy trong thêi gian sãng thÇn Kamchatka ngμy 5 th¸ng 11 n¨m 1952 vμ sãng thÇn Chilª ngμy 23 th¸ng 5 n¨m 1960. Song sãng thÇn m¹nh − ®ã lμ mét http://www.ebook.edu.vn 5 6
hiÖn t îng cùc hiÕm (1 lÇn trong 10 −15 n¨m); phÇn ®ãng gãp tæng §Æc ®iÓm quan träng cña c¸c dao ®éng sãng dμi nÒn − ®ã lμ céng cña sãng thÇn vμo phæ c¸c sãng dμi nhá kh«ng ®¸ng kÓ. chóng phô thuéc yÕu vμo sù quay cña Tr¸i §Êt. Trong ®¹i ®a sè c¸c bμi to¸n kh¶o s¸t nh÷ng dao ®éng nμy cã thÓ kh«ng tÝnh ®Õn sù Theo nghÜa réng cña tõ, c¸c sãng dμi lμ nh÷ng chuyÓn ®éng quay cña Tr¸i §Êt. Nh vËy trong sè ba tham sè chÝnh cña m«i sãng mμ qui m« kho¶ng c¸ch cña chóng nhiÒu lÇn lín h¬n ®é s©u tr êng biÓn quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt cña nh÷ng chuyÓn ®éng sãng ®¹i d ¬ng, tøc c¸c sãng víi b íc sãng tõ mét sè tr¨m mÐt (ë ®íi ven trong ®¹i d ¬ng: f , ρ vμ h [27] − chØ cã ®é s©u cña chÊt láng ( h ) bê − tõ vμi chôc mÐt) ®Õn hμng ngh×n kil«mÐt. Theo ®Æc ®iÓm cña lμ cã vai trß ®¸ng kÓ trong sù h×nh thμnh nhiÔu sãng dμi tù nhiªn. c¸c lùc kÐo trë l¹i vÞ trÝ c©n b»ng th× c¸c sãng nμy cã thÓ ph©n chia thμnh hai lo¹i chÝnh: c¸c sãng gra®ien − xo¸y (c¸c sãng tùa ®Þa chuyÓn) vμ c¸c sãng träng lùc. C¸c sãng lo¹i thø nhÊt ® îc h×nh thμnh d íi ¶nh h ëng cña c¸c lùc xoay vμ ® îc qui ®Þnh bëi ®Þnh luËt b¶o tån xo¸y thÕ vÞ [50]. Nh÷ng vÝ dô ®iÓn h×nh vÒ c¸c sãng gra®ien − xo¸y lμ c¸c sãng vïng thÒm vμ c¸c sãng Rossby. C¸c sãng gra®ien − xo¸y chØ cã thÓ tån t¹i ë c¸c tÇn sè d íi qu¸n tÝnh ( ω < f , ë ®©y f = 2Ω sin ϕ , f − tham sè Koriolis, Ω − tÇn sè quay Tr¸i §Êt, ϕ − vÜ ®é), tøc t¹i c¸c chu kú lín h¬n 12 giê. C¸c sãng lo¹i nμy ® îc nghiªn cøu chi tiÕt trong c¸c chuyªn kh¶o [14, 27, 51, 70] vμ kh«ng thuéc chñ ®Ò c«ng tr×nh nμy. Sau nμy, theo g ¬ng Munk [264] chóng t«i dïng c¸c thuËt ng÷ “c¸c sãng dμi” hay “c¸c dao ®éng sãng dμi” ®Ó ¸m chØ c¸c sãng dμi träng lùc víi c¸c tÇn sè thÊp h¬n c¸c sãng thñy triÒu. C¸c sãng träng lùc ® îc g©y nªn bëi lùc träng tr êng hay lùc næi. Nh÷ng sãng nμy qui ®Þnh tÝnh chÊt cña nh÷ng chuyÓn ®éng ë c¸c tÇn sè trªn qu¸n tÝnh. Trong c«ng tr×nh nμy sÏ xem xÐt c¸c sãng dμi chÝnh ¸p, tøc c¸c chuyÓn ®éng kh«ng phô thuéc vμo nh÷ng biÕn thiªn mËt ®é n íc biÓn ( ρ ) vμ biÓu lé râ nhÊt ë nh÷ng H×nh 0.1. Phæ c¸c sãng träng lùc trong ®¹i d ¬ng dao ®éng cña mùc n íc biÓn. So s¸nh víi thñy triÒu hay n íc d©ng b·o th× nh÷ng dao ®éng nμy lμ nh÷ng dao ®éng nÒn. C¸c dao ®éng Th êng ng êi ta cho r»ng c¸c dao ®éng mùc n íc ®¹i d ¬ng nÒn cña mùc n íc ®¹i d ¬ng (background sea−level oscillations) víi chu kú tõ mét vμi chôc gi©y ®Õn mét sè giê t¹o thμnh nhiÔu hay, nh ng êi ta vÉn gäi lμ nhiÔu sãng dμi tù nhiªn vμ lμ ®èi sãng dμi tù nhiªn, ® îc h×nh thμnh bëi nh÷ng qu¸ tr×nh khÝ quyÓn, t îng chÝnh cña c«ng tr×nh nghiªn cøu nμy. c¶ do t¸c ®éng trùc tiÕp cña nh÷ng th¨ng gi¸ng khÝ ¸p vμ giã lªn http://www.ebook.edu.vn 7 8
c¸c sãng AB vμ c¸c sãng IG kh¸c biÖt nhau kho¶ng 1−2 bËc. mÆt ®¹i d ¬ng lÉn do sù t¸n x¹ c¸c thμnh t¹o sãng dμi vÜ m« hay n íc d©ng b·o trªn nh÷ng bÊt ®ång nhÊt ®Þa h×nh ®¸y vμ ® êng bê ChÝnh hai lo¹i sãng nμy sÏ lμ ®èi t îng chÝnh trong nghiªn (h×nh 0.2). V× vËy ng êi ta gäi nh÷ng dao ®éng t ¬ng øng cña mùc cøu cña chóng t«i. C¸c qui m« ®Æc tr ng cña sãng AB gÇn t ¬ng n íc ®¹i d ¬ng lμ dao ®éng giã ¸p. Tuy nhiªn, gÇn ®©y ®· ph¸t øng víi kÝch th íc vïng thÒm, cßn qui m« ®Æc tr ng cña sãng IG − hiÖn ra r»ng mét nguån quan träng cña nhiÔu sãng dμi lμ c¸c sãng kÝch th íc ®íi ven bê. Sù trïng hîp nμy kh«ng ph¶i ngÉu nhiªn, giã. Mét nguån bªn ngoμi m¹nh mÏ nh sãng b·o, do sù t ¬ng t¸c mμ liªn quan tíi c¬ chÕ h×nh thμnh nh÷ng chuyÓn ®éng ®ã. V× vËy phi tuyÕn sÏ truyÒn n¨ng l îng vμo c¸c sãng dμi, h¬n n÷a trong kh«ng cã g× ng¹c nhiªn khi c¸c sãng AB biÓu lé râ nhÊt trong ®íi mét sè tr êng hîp (ë nh÷ng vïng n íc n«ng vμ trong b·o lín) thÒm, cßn c¸c sãng IG − ë gÇn bê. nh÷ng sãng nμy cã thÓ ®¹t tíi ®é cao mÊy chôc x¨ng ti mÐt, cßn th«ng l îng n¨ng l îng chuyÓn vμo c¸c tÇn thÊp diÔn ra ®Õn tËn nh÷ng chu kú 35−40 phót. Tuy nhiªn, th«ng th êng chu kú ®iÓn h×nh cña nh÷ng dao ®éng nμy b»ng 0,5−5 phót vμ ë ®íi ven bê nh÷ng dao ®éng nμy ®· ® îc ng êi ta biÕt tíi víi tªn gäi “m¹ch ®éng vç bê”. LÇn ®Çu tiªn nh÷ng sãng nμy ® îc Munk ph¸t hiÖn [263], «ng ®· cho r»ng chóng h×nh thμnh ë ®íi sãng vç bê do kÕt qu¶ ph¸ hñy sãng giã (tõ ®ã sinh ra tªn gäi trªn ®©y). Tuy nhiªn, nh÷ng quan tr¾c tiÕp theo vμ nghiªn cøu lý thuyÕt ®· cho thÊy nh÷ng sãng nh vËy tån t¹i vμ thËm chÝ cã thÓ ph¸t sinh trùc tiÕp ë ngoμi kh¬i ®¹i d ¬ng. Trong phæ n¨ng l îng tæng qu¸t cña c¸c sãng ®¹i d ¬ng, nh÷ng sãng nμy chiÕm mét vïng ngay c¹nh c¸c sãng träng lùc th«ng th êng (sãng giã vμ sãng lõng). V× vËy Kinsman [225] ®· ®Ò xuÊt gäi chóng lμ c¸c sãng ngo¹i träng lùc. Ngμy nay thuËt ng÷ nμy ® îc dïng chung ®Ó chØ nh÷ng sãng víi chu kú tõ 30 gi©y ®Õn mét sè phót. Trong c«ng tr×nh nμy, chóng t«i sÏ gäi nh÷ng sãng cã liªn quan trùc tiÕp vÒ mÆt ph¸t sinh tíi c¸c qu¸ tr×nh khÝ quyÓn lμ c¸c H×nh 0.2. S¬ ®å ph¸t sinh c¸c sãng dμi träng lùc trong ®¹i d ¬ng sãng giã ¸p (sãng AB), cßn nh÷ng sãng dμi t¹o thμnh do kÕt qu¶ MÆc dï kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt, c¸c sãng AB vμ c¸c sãng IG cã t ¬ng t¸c phi tuyÕn cña c¸c sãng träng lùc ng¾n lμ c¸c sãng ngo¹i rÊt nhiÒu nÐt gièng nhau vÒ cÊu tróc vμ ®Æc ®iÓm. Cã cïng nh÷ng träng lùc (sãng IG) (xem h×nh 0.2). NÕu sö dông nguyªn t¾c ph©n yÕu tè sãng tham gia h×nh thμnh nªn chóng: ®ã lμ c¸c sãng ven lo¹i nguån gèc ph¸t sinh nμy th× c¸c d¶i tån t¹i cña nh÷ng sãng sinh ra bëi hiÖu øng “bÉy sãng” vμ “èng dÉn sãng” (®èi víi c¸c sãng nμy cã thÓ giao nhau, tuy nhiªn chu kú vμ b íc sãng ®iÓn h×nh cña http://www.ebook.edu.vn 9 10
®ã suy ra tõ ®Þnh luËt b¶o tån xo¸y thÕ. Nh÷ng chu kú ®iÓn h×nh AB th× ®íi bÉy sãng vμ tËp trung n¨ng l îng lμ vïng thÒm, ®èi víi cña c¸c sãng nμy lμ 10−15 ph, v× vËy ®«i khi ng êi ta dïng thuËt c¸c sãng IG − vïng ven bê), c¸c sãng ph¸t x¹ (g©y nªn hiÖn t îng céng h ëng thÒm vμ cÊu tróc c¸c dao ®éng ®øng trªn h íng ® êng ng÷ “c¸c sãng siªu ngo¹i träng lùc” [149]. C¸c sãng nμy ® îc quan s¸t thÊy trªn nÒn nh÷ng sãng träng lùc th«ng th êng, v× vËy chóng bê), nh÷ng hîp phÇn c ìng bøc thuÇn tóy (®èi víi c¸c sãng AB (nh÷ng hîp phÇn nμy liªn quan tíi c¸c sãng khÝ quyÓn, cßn ®èi víi còng ® îc gép vμo c«ng tr×nh nghiªn cøu nμy. c¸c sãng IG − c¸c nhãm sãng giã) v.v... TÊt c¶ nh÷ng ®iÒu ®ã cho phÐp nghiªn cøu hai lo¹i sãng nμy theo nh÷ng quan ®iÓm thèng nhÊt, dÜ nhiªn cã tÝnh tíi nh÷ng ®Æc thï riªng cña chóng. Dao ®éng l¾c (setxi) lμ mét kiÓu dao ®éng träng lùc quan träng − ®ã lμ nh÷ng dao ®éng riªng cña chÊt láng h×nh thμnh ë nh÷ng thñy vùc tù nhiªn kÝn hoÆc kÝn mét phÇn. Chu kú ®iÓn h×nh cña dao ®éng l¾c ë c¸c c¶ng, vòng vμ c¸c vÞnh kh«ng lín, b»ng tõ vμi chôc gi©y ®Õn mét sè giê, tøc t ¬ng øng víi d¶i chu kú ® îc xem xÐt trong c«ng tr×nh nμy. Nh÷ng nguyªn nh©n g©y nªn dao ®éng l¾c cã thÓ lμ rÊt nhiÒu, nh ng quan träng nhÊt trong sè ®ã lμ c¸c qu¸ tr×nh khÝ quyÓn, sãng giã vμ sãng thÇn. Th«ng th êng dao ®éng l¾c trong c¸c thñy vùc cã cöa më ® îc ph¸t sinh kh«ng ph¶i do t¸c ®éng trùc tiÕp cña nh÷ng nh©n tè bªn ngoμi t¸c ®éng tíi vïng n íc bªn trong, mμ do c¸c sãng ®¹i d ¬ng ®i tíi qua cöa. Nh vËy, c¸c sãng AB h×nh thμnh trªn vïng thÒm bªn ngoμi, d íi t¸c ®éng cña nh÷ng nh©n tè khÝ quyÓn, hay c¸c sãng IG g©y nªn bëi sù t ¬ng t¸c phi tuyÕn cña sãng giã, khi x©m nhËp vμo vïng n íc bªn trong sÏ ph¸t sinh ë ®ã nh÷ng dao ®éng l¾c séng h ëng. VÒ ph ¬ng diÖn nμy th× c¸c sãng thÇn lμ mèi ®e däa ®Æc biÖt nhÊt, song trong mét sè tr êng hîp c¸c dao ®éng l¾c do c¸c sãng AB sinh ra còng cã thÓ cã tÝnh chÊt g©y th¶m häa (196, 260]. V× vËy, nghiªn cøu dao ®éng l¾c g¾n liÒn víi c¸c sãng ¸p vμ sãng ngo¹i träng lùc lμ hîp lÝ. Thùc tÕ tÊt c¶ c¸c sãng trong d¶i chu kú tõ mét sè gi©y ®Õn mét sè giê lμ c¸c sãng träng lùc. Chóng ® îc gäi lμ c¸c sãng “chªnh lÖch” hay sãng “xo¸y” t¹o thμnh trong ®íi ven bê khi ë ®ã cã c¸c dßng ch¶y chªnh lÖch m¹nh [128, 282]. Sù tån t¹i cña nh÷ng sãng http://www.ebook.edu.vn 11 12