Tương tác biển - Khí quyển ( Đinh Văn Ưu)

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

199
lượt xem 52
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nguồn gốc của sự sống trên trái đất chính là nguồn bức xạ mặt trời đi vào quả đất được khí quyển, thủy quyển, thạch quyển và sinh quyển hấp thụ và chuyển dổi. Trong quá trình đó toàn bộ khí quyển chỉ hấp thụ 1/3 tổng năng lượng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tương tác biển - Khí quyển ( Đinh Văn Ưu)

§¹i häc quèc gia Hµ néi Tr−êng §¹i häc Khoa häc tù nhiªn §inh V¨n ¦u T−¬ng t¸c BiÓn - khÝ quyÓn Hµ Néi – 1997 1
Môc lôc Më ®Çu 4 Ch−¬ng 1. C¸c quy luËt trao ®æi c¬ n¨ng, nhiÖt vµ 8 vËt chÊt gi÷a biÓn vµ khÝ quyÓn. 1.1. §éng lùc líp biªn khÝ quyÓn s¸t mÆt n−íc. 8 1.2. .¶nh h−ëng cña ph©n tÇng khÝ quyÓn lªn trao ®æi ®éng l−îng 12 biÓn-khÝ quyÓn. 1.3. T−¬ng quan gi÷a hÖ sè truyÒn nhiÖt, khuyÕch t¸n vµ mas¸t rèi trªn 19 biÓn. 1.4. TÝnh to¸n c¸c th«ng l−îng nhiÖt, Èm theo sè liÖu khÝ t−îng th«ng 24 dông vµ trong ®iÒu kiÖn giã lín (b·o). 28 Ch−¬ng 2. HÖ qu¶ t−¬ng t¸c biÓn vµ khÝ quyÓn 2.1. T−¬ng t¸c nhiÖt c¸c líp biªn biÓn khÝ vµ ph−¬ng ph¸p m« h×nh 28 ho¸ líp ho¹t ®éng trªn cña biÓn. 2.2. T−¬ng t¸c ®éng lùc c¸c líp biªn khi hÖ sè rèi kh«ng ®æi. 32 2.3. Sãng giã 37 2.4. Dßng ch¶y trªn biÓn 40 45 2.5. ¶nh h−ëng cña khÝ quyÓn lªn nhiÖt ®é n−íc mÆt biÓn 2.6. C¸c xo¸y Langmur - kÕt qu¶ t−¬ng t¸c nhiÖt ®éng lùc häc quy m« 48 trung b×nh gi÷a biÓn vµ khÝ quyÓn 2.7.BiÕn ®æi nhiÖt ®é cña líp biªn tiÕp gi¸p khÝ quyÓn vµ biÓn 51 2.8. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt hÖ thèng ®¹i d−¬ng - khÝ quyÓn 54 2.9. ¶nh h−ëng cña khÝ quyÓn lªn cÊu tróc líp biªn ®¹i d−¬ng vµ tham 56 sè ho¸ chóng. Ch−¬ng 3. T−¬ng t¸c biÓn-khÝ quyÓn t¹i vïng biÓn 62 nhiÖt ®íi 2
nhiÖt ®íi 3.1. BÊt æn ®Þnh ®èi l−u trong khÝ quyªn nhiÖt ®íi 62 3.2. Ho¹t ®éng cña giã mïa trong hÖ thèng biÓn vµ khÝ quyÓn nhiÖt ®íi 67 3.3. T−¬ng t¸c nhiÖt biÓn - khÝ quyÓn - lôc ®Þa nguyªn nh©n h×nh thµnh 69 vµ biÕn ®æi cña hoµn l−u khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng. 3.4. C¸c chu kú dao ®éng trong hÖ thèng khÝ quyÓn - ®¹i d−¬ng. 74 3.5. C¸c ®Æc ®iÓm khÝ t−îng BiÓn §«ng 80 3.6. C¸c ®Æc ®iÓm h¶i d−¬ng 92 Tµi liÖu tham kh¶o 107 3
Më ®Çu Trong nh÷ng thËp niªn cuèi thÕ kû XX, nh÷ng yªu cÇu cña nh©n lo¹i nh»m khai th¸c sö dông tµi nguyªn thiªn nhiªn. biÕn ®æi khÝ hËu vµ t¨ng møc ®é chÝnh x¸c cña c¸c dù b¸o khÝ t−îng thuû v¨n ®· dÉn ®Õn viÖc t¨ng c−êng nghiªn cøu khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng trong mèi t−¬ng t¸c gi÷a chóng. HiÖn nay mäi ng−êi ®Òu nhËn thÊy râ c¸c yÕu ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p m« t¶ c¸c ®iÒu kiÖn khÝ t−îng thuû v¨n, mét thêi ®· cã ý nghÜa tÝch cùc trong khÝ t−îng häc vµ h¶i d−¬ng häc. §iÒu cÊp b¸ch ®Æt ra ®èi víi ngµnh khÝ t−îng thuû v¨n hiÖn ®¹i lµ cung cÊp c¸c chØ tiªu ®Þnh l−îng vÒ tr¹ng th¸i vµ møc ®é biÕn ®éng cña ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn. Nh− chóng ta ®Òu biÕt, tr¹ng th¸i cña m«i tr−êng lu«n phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ®ã trong qu¸ tr×nh thu nhËn còng nh− ph©n bè l¹i n¨ng l−îng, v× vËy vÊn ®Ò quan träng ®Çu tiªn cÇn gi¶i quyÕt cho phÐp x¸c ®Þnh sù ph¸t triÓn c¸c qu¸ tr×nh khÝ t−îng thuû v¨n lµ nghiªn cøu nguån cung cÊp vµ biÕn ®æi cña n¨ng l−îng trong khÝ quyÓn, thuû quyÓn vµ th¹ch quyÓn cña qu¶ ®Êt. Nguån gèc cña sù sèng trªn tr¸i ®Êt chÝnh lµ nguån bøc x¹ mÆt trêi ®i vµo qu¶ ®Êt ®−îc khÝ quyÓn, thuû quyÓn, th¹ch quyÓn vµ sinh quyÓn hÊp thô vµ chuyÓn ®æi. Trong qu¸ tr×nh ®ã toµn bé khÝ quyÓn chØ hÊp thô 1/3 tæng n¨ng l−îng, phÇn cßn l¹i ®−îc mét líp t−¬ng ®èi máng cña mÆt ®Êt vµ biÓn hÊp thô dÉn tíi hiÖn t−îng ®èt nãng c¸c líp nµy, ®ång thêi t¹o ra bøc x¹ sãng dµi vµ c¸c th«ng l−îng rèi ®−îc truyÒn cho khÝ quyÓn. ChÝnh vÊn ®Ò nµy ®· cho thÊy sù cÇn thiÕt ph¶i nghiªn cøu c¸c quy luËt biÕn ®æi n¨ng l−îng trong c¸c líp biªn khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng còng nh− líp ho¹t ®éng cña mÆt ®Êt. C¸c ®Æc tr−ng nhiÖt ®éng lùc häc cña mÆt tr¶i cã mét vai trß hÕt søc quan träng ®èi víi c¸c khèi kh«ng khÝ trªn ®ã. §ã lµ c¸c khèi khÝ Èm vµ Êm trong mïa ®«ng vµ m¸t trong mïa hÌ trªn mÆt biÓn cã tÝnh ®èi lËp víi c¸c khèi khÝ trªn ®Êt liÒn. Nghiªn cøu ®Æc tr−ng cña c¸c khèi khÝ ®¹i d−¬ng vµ lôc ®Þa, sù biÕn ®éng cña chóng trong qu¸ tr×nh dÞch chuyÓn trªn mÆt ®Êt lµ vÊt ®Ò v« cïng quan träng cña ngµnh khÝ t−îng häc. §iÒu nµy hoµn toµn tù nhiªn khi x©y dùng c¸c lý thuyÕt khÝ hËu vµ dù b¸o thêi tiÕt ng−êi ta ®Òu ph¶i kÓ ®ªn qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c khÝ quyÓn víi ®¹i d−¬ng vµ lôc ®Þa. Cã thÓ thÊy r»ng sù kh¸c biÖt cña tÝnh chÊt mÆt tr¶i lµ nguyªn nh©n ®Çu ®Çu t¹o nªn sù kh¸c biÖt cña hoµn l−u khÝ quyÓn so víi tÝnh chÊt ®íi vµ g©y nªn sù ®a d¹ng cña ®iÒu kiÖn khÝ hËu vµ thêi tiÕt trªn c¸c vïng khÝ hËu kh¸c nhau cña qu¶ ®Êt. Tuy nhiªn do tÝnh ®Æc thï cña c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng, ng−êi ta chó träng tr−íc hÕt ®Õn qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c kh«ng khÝ víi mÆt tr¶i. 4
Sù kh¸c nhau vÒ tÝnh chÊt vËt lý vµ ®éng lùc cña ®Êt vµ n−íc dÉn ®Õn viÖc ®é dµy líp ho¹t ®éng, trong ®ã xÈy ra dao ®éng cña nhiÖt ®é vµ ®é Èm theo thêi gian, trªn lôc ®Þa lu«n nhá h¬n so víi trªn biÓn. MÆt kh¸c, do nhiÖt dung cña ®Êt nhá h¬n nhiÒu so víi n−íc dÉn ®Õn yªu cÇu nhiÖt l−îng Ýt h¬n khi cho ®èt nãng cïng mét khèi l−îng trªn mÆt ®Êt so víi trªn mÆt n−íc. Do c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt rèi ®¹i bé phËn nhiÖt n¨ng chuyÓn ho¸ trong c¸c líp ho¹t ®éng trªn ®−îc truyÒn l¹i cho khÝ quyÓn th«ng qua líp khÝ quyÓn s¸t mÆt. Còng tõ sù kh¸c nhau vÒ tÝnh chÊt vËt lý vµ ®éng lùc cña ®Êt vµ n−íc c¸c lôc ®Þa cã tÝnh ú nhiÖt nhá h¬n nhiÒu so víi ®¹i d−¬ng v× vËy nhiÒu khi chóng ®−îc xem nh− bÒ mÆt ph¶n x¹ nhiÖt ( cã thÓ trong d¹ng chuyÓn ho¸) vµo khÝ quyÓn. §iÒu nµy cã thÓ lµm cho bµi to¸n tÝnh nguån nhiÖt trªn ®Êt liÒn ®−îc dÔ dµng h¬n. V× vËy trong nhiÒu m« h×nh thuû ®éng lùc hoµn l−u chung khÝ quyÓn cã thÓ cho nhiÖt dung cña ®Êt liÒn b»ng kh«ng. C¸c ®¹i d−¬ng víi ®é ú nhiÖt lín ®· trë thµnh c¸c n¬i tÝch nhiÖt quan träng nhÊt cña qu¶ ®Êt, møc ®é biÕn ®æi cña nhiÖt ®é n−íc theo thêi gian th−êng rÊt chËm. C¸c th«ng l−îng nhiÖt gi÷a ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn trë nªn kh¸c biÖt so víi c¸c th«ng l−îng trªn lôc ®Þa. §ång thêi c¸c dßng ch¶y trªn biÓn vµ ®¹i d−¬ng ®· chuyÓn t¶i nhiÖt theo h−íng ngang dÉn ®Õn sù biÕn ®æi h−íng cña th«ng l−îng nhiÖt. Thùc chÕ cho thÊy r»ng c¸c ®¹i lôc gÇn nh− kh«ng ph¶n øng l¹i ®èi víi c¸c t¸c ®éng cña khÝ quyÓn lªn mÆt tr¶i, trong khi ®¹i d−¬ng l¹i ph¶n øng rÊt nhanh lªn khÝ quyÓn khi bÞ t¸c ®éng. Gi÷a hai m«i tr−êng nµy h×nh thµnh hµng lo¹t c¸c mèi t¸c ®éng ®èi lËp nhau (ng−îc). Trong chõng mùc nµo ®ã cã thÓ hiÓu vµ gi¶i thÝch c¬ chÕ nhiÒu qu¸ tr×nh vµ hiÖn t−îng tù nhiªn th«ng qua nghiªn cøu ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn mét c¸ch ®éc lËp. Tuy nhiªn trong tÝnh to¸n vµ dù b¸o c¸c qu¸ tr×nh khÝ t−îng thuû v¨n ®Æc biÖt ®èi víi b−íc thêi gian t−¬ng ®èi dµi th× kh«ng thÓ bá qua c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi ng−îc ®−îc. Trong c¸c quy m« lín, mèi t−¬ng quan ng−îc nµy ®−îc thÓ hiÖn qua biÕn ®éng mïa cña hoµn l−u chung ®¹i d−¬ng thÓ hiÖn qu¸ tr×nh trao ®æi gi÷a c¸c ®íi vü tuyÕn. ViÖc gia t¨ng chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a cùc vµ xÝch ®¹o trong mïa ®«ng vµ t¨ng c−êng hoµn l−u khÝ quyÓn kinh h−íng dÉn ®Õn t¨ng c−êng vËn tèc dßng ch¶y vµ l−îng nhiÖt ®¹i d−¬ng theo h−íng nµy. HÖ qu¶ cña c¸c qu¸ tr×nh sau sÏ lµm gi¶m sù t−¬ng ph¶n nhiÖt ®é gi÷a c¸c ®íi vü tuyÕn trong ®¹i d−¬ng còng nh− trong khÝ quyÓn. VÝ dô ®iÓn h×nh cña qu¸ tr×nh trªn thÓ hiÖn râ qua tÝnh chÊt mïa râ rÖt cña b×nh l−u nhiÖt n−íc b¾c §¹i T©y d−¬ng vµ B¾c B¨ng d−¬ng. C¸c chuyÓn ®éng cña khÝ quyÓn dÉn ®Õn qu¸ tr×nh vËn chuyÓn mét l−îng n−íc ®¸ng kÓ kÌm theo mét tr÷ l−îng nhiÖt lín ®Õn mét khu vùc víi c¸c ®Æc ®iÓm khÝ hËu hoµn toµn xa l¹, t¹i ®©y tr÷ l−îng nhiÖt cña n−íc sÏ lµm biÕn ®æi tÝnh chÊt cña khèi 5
kh«ng khÝ trªn biÓn vµ tõ ®ã t¹o nªn c¸c khèi khÝ biÕn tÝnh cã thÓ kh¸c biÖt hoµn toµn so víi c¸c c¸c ®Æc tr−ng trung b×nh trªn cïng mét ®íi vü tuyÕn. C¸c mèi quan hÖ ng−îc còng ®−îc h×nh thµnh trong c¸c t−¬ng t¸c vi m«, vÝ dô do kÕt qu¶ trao ®æi c¸c th«ng l−îng nhiÖt, chÊt lu«n h×nh thµnh nªn c¸c líp biªn ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn víi c¸c ®Æc tr−ng nhiÖt ®éng lùc phô thuéc lÉn nhau. §¹i d−¬ng kh«ng chØ lµ n¬i dù tr÷ vµ ph©n phèi l¹i nhiÖt theo kh«ng gian vµ thêi gian, mµ cßn lµ nguån cung cÊp Èm chñ yÕu cho khÝ quyÓn. Chóng ta ®Ò biÕt qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ ®é Èm trong khÝ quyÓn lu«n g©y nªn t¸c ®éng m¹nh mÏ lªn chÕ ®é nhiÖt ®éng häc khÝ quyÓn víi vai trß kh«ng nhá h¬n so víi bøc x¹ mÆt trêi. ChØ cÇn nªu ra thùc tÕ vÒ l−îng nhiÖt khÝ quyÓn nhËn ®−îc do ng−ng tô h¬i n−íc lín h¬n tæng l−îng nhiÖt do trao ®æi rèi vµ hÊp thô bøc x¹ mÆt trêi. Vai trß lín lao cña ®é Èm kh«ng chØ giíi h¹n trong ph©n bè l¹i l−îng nhiÖt trong khÝ quyÓn mµ cßn g©y t¸c ®éng trùc tiÕp tíi mÆt tr¶i. Trao ®æi Èm ®¹i d−¬ng - khÝ quyÓn g©y nªn ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn sù biÕn ®æi ®é muèi vµ tr¹ng th¸i biÓn. NÕu nh− ®¹i d−¬ng t¸c ®éng lªn c¸c qu¸ tr×nh khÝ quyÓn chñ yÕu th«ng qua trao ®æi nhiÖt - Èm, th× khÝ quyÓn t¸c ®éng ng−îc l¹i lªn ®¹i d−¬ng kh«ng chØ qua c¸c th«ng l−îng nhiÖt Èm mµ cßn th«ng qua ®éng l−îng. NhiÖt ®é vµ ®é muèi cña ®¹i d−¬ng vµ biÓn còng nh− chÕ ®é dßng ch¶y chñ yÕu ®−îc h×nh thµnh do c¸c t¸c ®éng cña khÝ quyÓn mét c¸ch gi¸n tiÕp hoÆc trùc tiÕp. ChØ cÇn nh¾c l¹i r»ng c¸c dßng ®èi l−u vµ dßng ch¶y gradient trong biÓn ®−îc g©y nªn do t¸c ®éng trùc tiÕp cña trao ®æi nhiÖt - Èm víi khÝ quyÓn. TËp hîp tÊt c¶ c¸c ®Æc tr−ng t−¬ng t¸c nhiÖt, ®éng lùc, ph©n bè Èm vµ c¸c qu¸ tr×nh liªn quan tíi t¸c ®éng ng−îc cho phÐp xem ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn nh− mét hÖ thèng nhÊt ho¹t ®éng do mét nguån n¨ng l−îng duy nhÊt lµ bøc x¹ mÆt trêi. Do nhiÒu tÝnh chÊt vËt lý ®èi víi m«i tr−êng láng vµ khÝ gièng nhau nªn c¸c nguyªn lý nhiÖt ®éng lùc häc hoµn toµn cã thÓ øng dông cho c¶ hai phÇn cña hÖ. §iÒu nµy ®· ®−îc c¸c nhµ khoa häc x¸c nhËn tõ l©u, vµ trong thêi gian gÇn ®©y ng−êi ta quan t©m chñ yÕu tíi viÖc gi¶i c¸c hÖ ph−¬ng tr×nh m« t¶ toµn hÖ thèng hoÆc Ýt nhÊt còng ®èi víi hÖ thèng c¸c líp biªn tiÕp gi¸p cña hai m«i tr−êng. Tuy nhiªn cho ®Õn nay ng−êi ta còng ch−a thu ®−îc nhiÒu kÕt qu¶ ®¸ng kÓ do nhiÒu khã kh¨n kh«ng nh÷ng trªn ph−¬ng diÖn to¸n häc, mµ trªn c¶ ph−¬ng diÖn vËt lý. Tr−íc hÕt cÇn kÓ ®Õn yªu cÇu x¸c ®Þnh sù biÕn ®æi c¸c nguån n¨ng l−îng mét c¸ch chÝnh x¸c h¬n. Thùc vËy, ®éng n¨ng cña toµn khÝ quyÓn chØ vµo kho¶ng 1% dù tr÷ thÕ n¨ng vµ néi n¨ng, tû lÖ nµy l¹i cßn nhá h¬n ®èi víi ®¹i d−¬ng. V× vËy nh÷ng sai sè t−¬ng ®èi bÐ khi x¸c ®Þnh c¸c th«ng l−îng nhiÖt vµ Èm cã thÓ g©y ra nhiÔu ®éng 6
®¸ng kÓ trong kÕt qu¶ tÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng ®éng lùc khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng. NhiÒu ®iÒu kh¸c còng ch−a ®−îc lµm s¸ng tá liªn quan tíi c¬ chÕ h×nh thµnh vµ t−¬ng quan ph¸t triÓn cña c¸c qu¸ tr×nh khÝ t−îng. VÝ dô c¬ chÕ liªn kÕt gi÷a th«ng l−îng nhiÖt, bèc h¬i, ng−ng tô Èm vµ t¹o m©y chØ míi ®−îc lµm s¸ng tá ®èi víi quy m« khÝ hËu. Trong nhiÒu tr−êng hîp, kh«ng hiÓu râ ngay c¶ ®Þnh tÝnh møc ®é ¶nh h−ëng cña t−¬ng t¸c ®éng lùc vµ t−¬ng t¸c nhiÖt lªn h×nh thµnh dßng ch¶y biÓn. Nh− vËy, cã thÓ ®−a ra hai d¹ng c¸c vÊn ®Ò cÇn ®−îc tËp trung nghiªn cøu ngay. §ã lµ c¸c quy luËt trao ®æi n¨ng l−îng gi÷a ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn vµ vai trß cña t−¬ng t¸c nhiÖt ®éng trong c¸c qu¸ tr×nh khÝ t−îng thuû v¨n. §èi víi quy m« c¸c hiÖn t−îng, cÇn ®Æc biÖt chó ý tíi t−¬ng t¸c vi m« vµ t−¬ng t¸c vÜ m«. HiÖn nay ch−a cã sù thèng nhÊt trong ®Þnh nghi· c¸c quy m« t−¬ng t¸c ®¹i d−¬ng - khÝ quyÓn. Th«ng th−êng theo møc ®é cÇn thiÕt sù ph©n lo¹i cã thÓ dùa vµo kÝch th−íc ®Æc tr−ng cña chuyÓn ®éng khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng hoÆc kÝch th−íc cña khu vùc trong ®ã xÈy ra trao ®æi n¨ng l−îng gi÷a khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng. Theo ®ã, c¸c qu¸ tr×nh vi m« t−¬ng øng dao ®éng cña c¸c yÕu tè khÝ t−îng thuû v¨n trong kho¶ng tõ vµi phÇn gi©y ®Õn vµi phót. §iÒu nµy cã thÓ ph©n biÖt dÔ dµng trªn c¸c ph©n bè phæ trong khÝ quyÓn, nh− vËn tèc giã hoÆc trong ®¹i d−¬ng - sãng giã. §èi víi c¸c qu¸ tr×nh quy m« võa th× chu kú ®Æc tr−ng vµo kho¶ng vµi ba giê. Nh÷ng hiÖn t−îng d¹ng nµy ®−îc t¸ch ra tõ biÕn tr×nh phæ biÕn trong mét ngµy ®ªm cña c¸c yÕu tè khÝ t−îng thuû v¨n. Ng−êi ta còng ph©n ra c¸c qu¸ tr×nh synèp víi chu kú ®Æc tr−ng mét vµi ngµy vµ c¸c qu¸ tr×nh mïa, n¨m, v.v.. th«ng th−êng nh÷ng quy m« nµy ®−îc ghÐp víi c¸c qu¸ tr×nh vÜ m«. Trªn ph©n bè phæ c¸c yÕu tè khÝ t−îng thuû v¨n kh¸c nhau nh÷ng chu kú nµy lu«n ®−îc thÓ hiÖn kh¸ râ nÐt. 7
Ch−¬ng 1. C¸c quy luËt trao ®æi c¬ n¨ng, NhiÖt vµ vËt chÊt gi÷a biÓn vµ khÝ quyÓn. 1.1. §éng lùc líp biªn khÝ quyÓn s¸t mÆt n−íc. Qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c nhiÖt ®éng lùc g÷a ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn ®−îc thÓ hiÖn qua c¸c dßng (th«ng l−îng) n¨ng l−îng vµ vËt chÊt trao ®æi gi÷a hai m«i tr−êng. Th«ng th−êng tèc ®é giã trong khÝ quyÓn lu«n lín h¬n tèc ®é dßng ch¶y trong biÓn. C¸c dßng n¨ng l−îng tõ khÝ quyÓn ®−îc truyÒn cho ®¹i d−¬ng chñ yÕu t¹o nªn sãng vµ dßng ch¶y trong líp n−íc trªn mÆt biÓn. Kh¸c víi líp biªn khÝ quyÓn s¸t mÆt ®Êt, ®é gå ghÒ cña mÆt tr¶i trªn biÓn lu«n biÕn ®æi, phô thuéc vµo tr¹ng th¸i mÆt biÓn. Trong sù h×nh thµnh ®é gå ghÒ cña mÆt biÓn, bªn c¹nh ®é cao vµ ®é dèc cña sãng, tèc ®é truyÒn sãng vµ h−íng sãng cã mét vai trß ®¸ng kÓ. Sù kÕt hîp gi÷a sãng vµ dßng ch¶y trong líp n−íc s¸t mÆt cã thÓ dÉn tíi hiÖn t−îng tèc ®é giã trªn mÆt ph©n c¸ch n−íc-kh«ng khÝ kh«ng bÞ triÖt tiªu mµ b»ng vËn tèc cña dßng ch¶y mÆt. Nh÷ng ®Æc ®iÓm nªu trªn dÉn tíi qu¸ tr×nh biÕn d¹ng cña profil (ph©n bè) th¼ng ®øng vËn tèc giã trªn mÆt biÓn vµ gi¸ trÞ dßng ®éng l−îng trao ®æi gi÷a hai m«i tr−êng còng thay ®æi theo. Nh− vËy tõ c¶ hai phÝa mÆt ph©n c¸ch n−íc- kh«ng khÝ tån t¹i c¸c líp biªn trong ®ã c¸c qu¸ tr×nh ®éng lùc còng nh− nhiÖt- chÊt t−¬ng øng lu«n phô thuéc vµo tr¹ng th¸i cña hai m«i tr−êng. Chóng ta ®Òu biÕt, c¸c th«ng l−îng rèi trao ®æi qua líp biªn th−êng ®−îc tÝnh to¸n th«ng qua nhiÔu ®éng th¨ng gi¸ng rèi hoÆc gi¸ trÞ trung b×nh cña c¸c ®Æc tr−ng t−¬ng øng. §èi víi dßng ®éng l−îng hay ma s¸t gi÷a dßng khÝ vµ n−íc chóng cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh dùa vµo quy luËt biÕn ®æi cña vËn tèc vµ h−íng giã theo ®é cao trong mét líp t−¬ng ®èi máng- ®−îc gäi lµ líp ma s¸t. Trªn ®Êt liÒn, líp ma s¸t ®−îc xem lµ líp mµ trong ®ã dßng ®éng l−îng gÇn nh− kh«ng biÕn ®æi, ®iÒu nµy còng ®−îc xem xÐt t−¬ng tù ®èi víi dßng nhiÖt vµ dßng Èm. Th«ng th−êng, khi giíi h¹n biÕn ®æi cña c¸c th«ng l−îng tõ 5% ®Õn 10% ∂τ ∂ Η ∂ Ε trong ®é dµy líp ma s¸t, c¸c gi¸ trÞ gradient cã thÓ xem b»ng kh«ng. , , ∂z ∂z ∂z §é dµy cña líp nµy cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së ®¸nh gi¸ c¸c sè h¹ng cña c¸c ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng, truyÒn nhiÖt vµ khuyÕch t¸n. 8
1 ∂τ Cho r»ng trong líp biªn khÝ quyÓn s¸t mÆt biÓn, sè h¹ng thµnh phÇn ρ ∂z trong ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng r ∂v r r r 1 1 + v .∇v + fe3 Λv = − ∇p + ∇τ (1.1) ∂t ρ ρ cã bËc ®¹i l−îng cì 10-1 cm2/s2, t−¬ng øng bËc ®¹i l−îng c¸c sè h¹ng thµnh 1 ∂ρ → phÇn lùc Coriolis (fΛV ) hoÆc lùc do gradient ¸p suÊt . Nh− vËy ®é dµy líp ρ ∂z ∂τ líp khÝ quyÓn cã sù biÕn ®æi kho¶ng 10% sÏ lµ: ∂z 1 ∆τ hu ~ (1.2) ρ 1 ∂ρ ρ ∂z víi c¸c gi¸ trÞ: ρ = 1.3 10-3 g/cm3, ∆τ = 10-1τ , τ = 0.5 - 5 dyn/cm2 vµ (1/ρ) (∂ τ/∂z) = (1/ρ) (∂ p/∂z) = 10-1 cm/s2, ta cã hu ~ (0,5 – 5) 103 cm, hay hu = 5 - 50 mÐt. XÐt c¸c ®iÒu kiÖn t−¬ng tù ®èi víi dßng nhiÖt hiÖn H: ⎛ ∂T ∂θ ⎞ H = C p ρ w' T '−C p ρχ H ⎜ + γ a ⎟ ≈ C p ρ w' T '−C p ρχ H ⎝ ∂z ⎠ ∂z χh hÖ sè truyÒn nhiÖt ®é ph©n tö, γa gradient nhiÖt ®é ®o¹n nhiÖt kh«, θ - nhiÖt ®é thÕ vÞ. Nãi chung dßng nhiÖt H cã thÓ lÊy b»ng trÞ sè dßng nhiÖt rèi. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt trong tr−êng hîp kh«ng cã hiÖn t−îng chuyÓn ®æi pha cã d¹ng sau. 1 ∂ (Η + F ) T dθ =- (1.3) θ dt ρC p ∂z trong ®ã F lµ dßng nhiÖt bøc x¹. BËc ®¹i l−îng cña vÕ tr¸i (1.3) th−êng vµo kho¶ng 3°/h, trong tr−êng hîp ®ã ®é dµy cña líp kh«ng khÝ trong ®ã trÞ sè H+F Ýt biÕn ®æi ( ~10%- 20%) sÏ lµ: h'u ~ 106 ⏐H + F⏐ (1.4) [H,F] = cal/cm2.s, [h’u]= cm. 9
Trong ®iÒu kiÖn ph©n tÇng kh«ng æn ®Þnh (vµo c¸c ngµy hÌ) bËc ®¹i l−îng H vµo kho¶ng 0,005 cal/cm2.s, ®é dµy h’u t−¬ng øng 50 mÐt. Khi H
trong ®ã c¸c biÕn sè lµ ®é gå ghÒ mÆt tr¶i hx, vËn tèc ®éng lùc v* vµ hÖ sè nhít ph©n tö cña kh«ng khÝ k0=0,15 cm2/s. ChÕ ®é dßng ®−îc xem lµ tr¬n ®éng lùc khi Re < 5 vµ nh¸m ®éng lùc khi Re > 90. Trong chÕ ®é dßng ch¶y tr¬n, tån t¹i mét líp máng nhít s¸t mÆt n−íc víi ®é dµy hn ~ 5k0/v*, trong ®ã ®éng l−îng truyÒn b»ng nhít ph©n tö vµ vËn tèc dßng t¨ng tuyÕn tÝnh theo kho¶ng c¸ch tõ mÆt ph©n c¸ch. N»m trªn líp nµy lµ líp chuyÓn tiÕp cã ®é dµy hc ~ 30hn , trong ®ã c¸c nhiÔu ®éng rèi ®ãng vai trß quan träng h¬n so víi nhít ph©n tö trong qu¸ tr×nh trao ®æi ®éng l−îng. VËn tèc giã trung b×nh t¨ng chËm h¬n so víi quy luËt tuyÕn tÝnh, trÞ sè vµ quy luËt ph©n bè giã trung b×nh trªn ®Ønh sãng vµ bông sãng còng kh¸c nhau. Lùc ma s¸t giã trªn mÆt biÓn bao gåm hai thµnh phÇn; tiÕp tuyÕn τt vµ ph¸p tuyÕn τp: ∂v ⎛ ⎞ τ = τt + τp =(1/s) ∫ ⎜ ρ 1κ 0 nz + pn Χ ⎟ ds ⎝ ⎠ ∂h s s h - ph¸p tuyÕn cña mÆt sãng s. Trong tr−êng hîp giã thæi trªn mÆt sãng, sãng cã vËn tèc chuyÓn ®éng c0, ξ(x,t) = a cos(kx- c0t), dßng kh«ng khÝ sÏ v−ît sãng ë c¸c ®é cao lín h¬n ®é cao tíi h¹n zcr vµ chËm h¬n sãng ë c¸c ®é cao z < zcr. Xung quanh khu vùc zcr c¸c ®−êng dßng cã d¹ng khÐp kÝn (h×nh 1.1.). H×nh 1.1. §−ên dßng vËn tèc trªn mÆt sãng chuyÓn ®éng theo Miles [7] Mét ®Æc tr−ng quan träng cña dßng khÝ trªn mÆt sãng lµ ¶nh h−ëng cña nhiÔu ®éng sãng lªn dßng khÝ. C¸c nhiÔu ®éng cña sãng dÉn tíi viÖc viÖc c¸c nhiÔu ®éng vËn tèc ®−îc t¹o nªn bëi hai thµnh phÇn: nguån gèc rèi thuÇn tuý vµ nguån gèc sãng (u',v',w' vµ u's, v' s vµ w's). KÕt qu¶ nghiªn cøu cho thÊy r»ng c¸c lo¹i nhiÔu 11
−−−−−−− −−−−−−− −−−−−−− u's u' ≈ 0, v's v' ≈ 0, u's w' ≈ 0,..... , ®éng trªn th−êng ®éc lËp víi nhau: − −−−−−−−− −−−−−−−−− u's w's ≠ 0, v's w' s ≠ 0 . nh−ng gi÷a chóng l¹i cã mèi t−¬ng quan nhÊt ®Þnh: Nh− vËy trong líp biªn khÝ quyÓn trªn mÆt sãng xuÊt hiÖn c¸c øng suÊt sãng −−−−−−−−− −−−−−−−−− τsx = ρu' s w' s vµ τsy = ρ v' s w' s . Chóng gi¶m rÊt nhanh khi kho¶ng c¸ch tÝnh tõ mÆt sãng t¨ng lªn, v× vËy ¶nh h−ëng cña c¸c thµnh phÇn nµy lªn ph©n bè th¼ng ®øng cña vËn tèc trung b×nh chØ giíi h¹n trong mét líp máng hs vµo kho¶ng 0,1λ (λ- b−íc sãng), sù biÕn ®æi cña vËn tèc trung b×nh trong líp khÝ quyÓn n»m trªn ®ã cã d¹ng t−¬ng tù nh− ®èi víi líp khÝ quyÓn s¸t mÆt trªn nÒn cøng. §èi víi tr−êng hîp ph©n tÇng phiÕm ®Þnh ph©n bè cña vËn tèc trung b×nh ë phÇn nµy sÏ tu©n theo quy luËt logarit. §Ó tÝnh to¸n øng suÊt giã trªn mÆt biÓn cã sãng τ = τt + τs còng nh− ph©n bè th¼ng ®øng cña vËn tèc giã cã thÓ viÕt biÓu thøc øng suÊt giã vÒ d¹ng sau τ = τt (1 + γ) trong ®ã γ = f(v*/c0) lµ mét hµm cña tû sè gi÷a vËn tèc (®éng lùc) giã vµ vËn tèc truyÒn sãng. 1.2. ¶nh h−ëng cña ph©n tÇng khÝ quyÓn lªn trao ®æi ®éng l−îng biÓn-khÝ quyÓn. Trong líp biªn khÝ quyÓn trªn biÓn, nhiÔu ®éng rèi cña ®é Èm q' cã mét vai trß ®¸ng kÓ trong nhiÔu ®éng rèi mËt ®é ρ' , ®¹i l−îng liªn quan trùc tiÕp tíi lùc ®Èy ¸chimede gρ'/ρ v× vËy cÇn tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña sù ph©n tÇng nhiÖt vµ Èm trong líp biªn khÝ quyÓn s¸t mÆt. Tõ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña hçn hîp khÝ vµ h¬i n−íc (kh«ng khÝ Èm) p = RρTv = RρT [1+q((Rh/R) -1)] ~ RρT [1 + 0,61 q] (R=287 J/kg.°K, Rh= 461J/kg.°K - h»ng sè v¹n n¨ng cña kh«ng khÝ kh« vµ h¬i n−íc ) q = ρh/ρ - ®é Èm riªng, T - nhiÖt ®é, Tv - nhiÖt ®é ¶o. Tuy r»ng sù kh¸c biÖt gi÷a T vµ Tv chØ vµo kho¶ng vµi ba phÇn tr¨m (%) nh−ng nhiÔu ®éng th¨ng gi¸ng cña chóng T' vµ T'v th−êng kh¸c nhau rÊt nhiÒu, phô thuéc vµo q. V× vËy chóng g©y ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn ρ' vµ lùc ®Èy ¸schimede trong ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng rèi: ∂v βΗ + 0,61gCpΕ 1 ∂Q −ε = 0 + − v∗ ∂z ρCp ρ ∂z 12
β =g/T - tham sè lùc næi, −−−−−−−−−−− Q = ρ ρ u'i u' j u'3 / 2 - dßng n¨ng l−îng trung b×nh do nhiÔu ®éng vËn tèc rèi theo ph−¬ng th¼ng ®øng, ε- t¶n m¸t n¨ng l−îng. Sè Richardson ®éng lùc, ®Æc tr−ng cho sù ph©n tÇng, biÓu diÔn th«ng qua tû sè gi÷a hai thµnh phÇn n¨ng l−îng ®èi l−u vµ n¨ng l−îng c¬ häc trong ph−¬ng tr×nh trªn sÏ cã d¹ng: Rf* = Rf (1 + I) 1 ρ ' w' βΗ ρ trong ®ã Rf = - (=- ), ∂v ∂v ρCp 2 v' w' ∂z ∂z v∗ Rèi sÏ kh«ng ph¸t triÓn æn ®Þnh khi Rf >1. I = 0,61 Cp T E/ H = 0,61 T q*/T* q* vµ T* lµ c¸c ®¹i l−îng ®Æc t−¬ng tù v* ®Æc tr−ng cho c−êng ®é trao ®æi Èm vµ nhiÖt rèi q* = -E / κρv* , T* = - H / κCpρv* Th«ng th−êng ng−êi ta biÓu diÔn I th«ng qua tû sè Bauen (Bowen): Cp(θ 0 − θ a ) (θ − θ a ) Bo = H / ΛE = = 0,66 0 Λ( q 0 − q a ) ( e0 − ea ) I = m/Bo trong ®ã m = 0,61 Cp T/ Λ lµ hÖ sè kh«ng thø nguyªn, phô thuéc vµo nhiÖt ®é, trong b¶ng 1.1. sau ®©y ®−a ra mét sè gi¸ trÞ ®Æc tr−ng cña m. B¶ng 1.1. Gi¸ trÞ hÖ sè m tÝnh to¸n ¶nh h−ëng ®é Èm lªn trao ®æi ®éng l−îng rèi T (°C) 0 10 20 30 m 0,067 0,070 0,073 0,078 13
Tû sè Bauen cßn ®ù¬c sö dông ®Ó tÝnh tæng th«ng l−îng nhiÖt trao ®æi qua mÆt biÓn trªn c¬ së sè liÖu nhiÖt ®é. KÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm trªn biÓn cho thÊy r»ng ¶nh h−ëng cña ph©n tÇng sÏ lín khi I > 1 . Víi c¸c trÞ sè trung b×nh mïa hÌ m ~ 0.07 vµ Bo ~ - 0,1 th× I chØ vµo kho¶ng - 0,1 . Trong tr−êng hîp I cã trÞ sè ©m vµ gi¸ trÞ tuyÖt ®èi lín h¬n 1 (I
v2 = (v* /κ) [ln(z/z0) + β (z2 - z0)/L] §èi víi líp biªn khÝ quyÓn trªn mÆt biÓn, tham sè nh¸m z0 kh«ng cè ®Þnh mµ phô thuéc vµo tr¹ng th−êng ng−êi ta thÓ hiÖn mèi t−¬ng quan ®ã qua d¹ng sau: z0 = zm exp (-κc0/v* ) trong ®ã zm lµ ®é cao mµ trªn ®ã vËn tèc giã trung b×nh cã trÞ sè b»ng vËn tèc pha cña sãng c0. Trªn h×nh 1.2 cho ta ph©n bè kÕt qu¶ thùc nghiÖm quan tr¾c so s¸nh víi kÕt qu¶ tÝnh theo c«ng thøc trªn. H×nh 1.2. Phô thuéc gi÷a tham sè nh¸m z0 vµ ®é cao sãng kh«ng thø nguyªn, theo Kitaigorotski [ 4] ViÖc x¸c ®Þng gi¸ trÞ cña z0 vµ zm trªn mÆt biÓn th−êng rÊt phøc t¹p vµ khã kh¨n, phô thuéc kh«ng chØ vµo vËn tèc truyÒn sãng c0 mµ cßn c¶ tuæi sãng. Trong giai ®o¹n ph¸t triÓn ®Çu cña sãng c0/v* > 1 th× z0 = const, kh«ng cßn phô thuéc vµo tr¹ng th¸i mÆt biÓn n÷a. 15
Theo lý thuyÕt ph©n tÝch thø nguyªn th× tû sè gi÷a tham sè nh¸m z0 vµ kÝch th−íc ®Æc tr−ng cña sãng hg : z0/hg cã thÓ ®−îc xem nh− mét hµm cña sè Reinolds sãng Reg: z0 = hg P0(Reg) trong ®ã Reg = (hg.v*)/γ vµ hg= v*2/g. Cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c biÓu thøc tiÖm cËn cho hµm P0(Reg) theo c¸c gi¸ trÞ Reg tíi h¹n kh¸c nhau. Trong tr−êng hîp giã yÕu, gi¸ trÞ Reg sÏ rÊt nhá, mÆt kh¸c sãng träng lùc ch−a ph¸t triÓn nªn vai trß cña gia tèc träng tr−êng g còng bÞ triÖt tiªu, v× vËy hµm P0 ph¶i cã d¹ng Reg-1, hay: z0 = m0 hg(Reg-1) = m0 (v*/g)(gγ/v*3) = m0 γ/v* = m0 hv hv lµ ®é dµy ®Æc tr−ng cho líp ma s¸t ph©n tö- nã cã trÞ sè vµo kho¶ng mét vµi milimÐt, hÖ sè kh«ng thø nguyªn m0 ®èi víi c¸c mÆt tr¶i cøng vµo kho¶ng 0,1. Trong tr−êng hîp giã m¹nh, Reg cã gi¸ trÞ lín, ph©n bè vËn tèc giã trung b×nh theo ®é cao sÏ kh«ng cßn phô thuéc vµo hÖ sè nhít ph©n tö γ n÷a vµ hµm P0 sÏ tiÕn tíi mét trÞ sè kh«ng ®æi. BiÓu thøc tham sè nh¸m z0 sÏ cã d¹ng sau: z0 = m1(v*2/g) =m1 hg Gi¸ trÞ cña hÖ sè m1 ®èi víi mÆt tr¶i cøng vµo kho¶ng 0.03. Nh÷ng c«ng thøc tiÖm cËn trªn ®©y trïng víi c¸c biÓu thøc thùc nghiÖm cña Charnock, trong ®ã trÞ sè m1 lÊy b»ng 0,035. Theo kÕt qu¶ xö lý c¸c sè liÖu thùc nghiÖm trªn biÓn, Kitaigorotxki ®· ®−a ra c¸c ®−êng cong biÔu diÔn hµm P0 nh− sau: ⎡ 0,1/ Reg víi 0 < Reg
mét ®é cao nhÊt ®Þnh t−¬ng øng hÖ sè Cu. Trong c¸c tÝnh to¸n chuÈn ho¸ ®é cao nµy ®−îc chän b»ng 10 mÐt. τ = ρCu v2 H×nh 1.3. HÖ sè ma s¸t mÆt biÓn theo c¸c sè liÖu quan tr¾c kh¸c nhau theo Bortkovxki P. C vµ ctv. [ 1] Trong trõ¬ng hîp khÝ quyÓn ph©n tÇng phiÕm ®Þnh, hÖ sè ma s¸t Cu0 cã thÓ dÏ dµng rót ra tõ biÓu thøc ph©n bè vËn tèc: Cu0 = (κ2)/[ln(z/z0)]2 =(v*/v)2 NÕu kÓ ®Õn sù ph©n tÇng, hÖ sè Cu sÏ cã d¹ng tæng qu¸t h¬n: Cu = (v*/v10)2 ={κ2/[ln(z10/z0) + β (z10 - zm)/L]}2 = = Cu0{1 + β (z10 - zm)/[Lln(z10/z0)] }-2= = Cu0{1 - 2β [(z10)/L]ln(z10/z0)} §èi víi ph©n tÇng kh«ng æn ®Þnh ( L < 0), trÞ sè Cu sÏ lín h¬n Cu0, vµ ng−îc l¹i víi ph©n tÇng æn ®Þnh ( L > 0) th× Cu < Cu0. 17
H×nh 1.4. T−¬ng quan gi÷a vËn tèc ®éng lùc tÝnh theo quan tr¾c gradient vµ gi¸ trÞ quan tr¾c trùc tiÕp theo Kitaigorotxki [4]. Kh¸c víi tr−êng hîp trªn mÆt tr¶i cøng, trªn mÆt biÓn hÖ sè ma s¸t Cu phô thuéc vµo tr¹ng th¸i giã vµ sãng. §èi víi tr−êng hîp ph©n tÇng kh«ng ®¸ng kÓ, hÖ sè Cu0 ®−îc xem nh− mét hµm cña vËn tèc giã v, nÕu sö dông vËn tèc giã trªn 10 mÐt (v10) c«ng thøc tÝnh cã d¹ng: Cu0 = 10-3(a + cv10) trong ®ã c¸c hÖ sè a: 0,70 < a < 1,10, c: 0,04 < c < 0,12 víi thø nguyªn vËn tèc giã [v] = (m/s). Tuy c«ng thøc trªn chØ ®óng cho tr−êng hîp ph©n tÇng yÕu, song ®iÒu kiÖn nµy th−êng rÊt phæ biÕn ®èi víi líp biªn khÝ quyÓn trªn biÓn nªn hay ®−îc sö dông. Trªn h×nh 1.3. cho ta sè liÖu quan tr¾c vµ tÝnh to¸n theo c¸c gi¶ thiÕt kh¸c nhau vÒ sù phô thuéc hÖ sè ma s¸t vµo vËn tèc giã. H×nh 1.4 ®−a ra so s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n vËn tèc ®éng lùc vµ sè liÖu thùc ®o. DÔ dµng thÊy tÝnh phøc t¹p cña sù phô thuéc vËn tèc ®éng lùc vµo vËn tèc giã. Trong tr−êng hîp nµy, ph©n bè vËn tèc tu©n theo quy luËt logarit: 18
- trªn mÆt tr¶i cøng: v2 = (v* /κ) ln(z/z0) , - trªn mÆt sãng: v2 - c0 = (v* /κ) ln(z/zm) . §èi víi tr−êng hîp ®èi l−u tù do hay ®iÒu kiÖn ph©n tÇng kh«ng æn ®Þnh m¹nh: (z/L) < -0,05 ÷ -0,10, hÖ sè trao ®æi rèi sÏ biÕn ®æi theo quy luËt sè mò 4/3 vµ ph©n bè th¼ng ®øng vËn tèc giã theo quy luËt -1/3. HÖ sè mas¸t Cu sÏ cã d¹ng: Cu =κ2[ln(zk/z0) + β (zk/L) + C1(z10-1/3 - zk-1/3 )/L-1/3 ] -2 zk lµ ®é cao b¾t ®Çu cã ®èi l−u tù do: zk ~ -0,07 L. Nh− vËy cïng mét trÞ sè vËn tèc giã, ®èi l−u lµm t¨ng dßng ®éng l−îng trao ®æi qua mÆt ph©n c¸ch khÝ quyÓn - biÓn do t¸c ®éng cña lùc ®Èy ashimede lµm t¨ng c−êng qu¸ tr×nh trao ®æi th¼ng ®øng. Trong ®iÒu kiÖn ph©n tÇng rÊt æn ®Þnh z/L > 0,04, hÖ sè rèi kh«ng cßn phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch, hÖ sè mas¸t Cu cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau: Cu =κ2[ln(zi/z0) + β (zi/L) + C1(z10 - zi )/LRfcr ] -2 trong ®ã Rfcr lµ gi¸ trÞ tíi h¹n cña sè Richardson ®éng lùc, zi lµ giíi h¹n d−íi cña tÇng nghÞch nhiÖt, th«ng th−êng zi ~ 0,4L, β = 10. Nh− vËy ph©n tÇng æn ®Þnh cña khÝ quyÓn lµm gi¶m dßng ®éng l−îng trao ®æi gi÷a biÓn vµ khÝ quyÓn. 1.3. T−¬ng quan gi÷a hÖ sè truyÒn nhiÖt, khuyÕch t¸n vµ mas¸t rèi trªn biÓn. Sö dông nguyªn lý ®ång d¹ng vµ thø nguyªn, gradient c¸c gi¸ trÞ trung b×nh cña vËn tèc giã, nhiÖt ®é thÕ vþ vµ ®é Èm cã thÓ biÓu diÔn qua d¹ng: ∂v v ∗ v = ψ v (ξ ) = ∗ g v (ξ ) ∂ z κz κL ∂θ T∗ T = ψ θ (ξ ) = ∗ gθ (ξ ) (1.9) ∂ z κz κL ∂q q ∗ q = ψ q (ξ ) = ∗ g q (ξ ) , ∂z κz κL 19
trong ®ã: R Α* ⎛P ⎞ Cp ξ=z/L; Ψ(ξ) = ξg(ξ) ; θ = T ⎜ 0 ⎟ ⎝ P⎠ A*=2,39 10-8 cal/erg - ®−¬ng l−îng c«ng. Sau khi tÝch ph©n (1.9) chóng ta thu ®−îc c¸c c«ng thøc sau: u* ⎡ z 2 z1 ⎤ u( z 2 ) − u( z1 ) = ⎢ f u ( L ) − f u ( L )⎥ κ⎣ ⎦ θ* ⎡ z1 ⎤ z2 θ ( z 2 ) − θ ( z1 ) = ⎢ fθ ( L ) − fθ ( L )⎥ (1.10) κ ⎣ ⎦ q* ⎡ z1 ⎤ z2 q ( z 2 ) − q ( z1 ) = ⎢ f q ( L ) − f q ( L )⎥ κ⎣ ⎦ C¸c th«ng l−îng øng suÊt (®éng l−îng) τ = ρ u' w' , nhiÖt Η = ρC p T ' w' vµ Èm Ε = ρ q' w' cã thÓ tÝnh to¸n ®−îc khi biÕt c¸c gi¸ trÞ gradient vËn tèc, nhiÖt ®é vµ ®é Èm vµ sö dông gi¶ thiÕt vÒ hÖ sè trao ®æi rèi ®éng l−îng Kv, nhiÖt l−îng Kh vµ Èm Kq : ∂u τ = ρKv ∂z ∂θ Η = ρCpKh (1.11) ∂z ∂q Ε = ρK D ∂z Trªn c¬ së c¸c c«ng thøc (1.9) vµ (1.11) ta cã: κu* L Kv = gu(ξ ) κu* L KΗ = (1.12) gθ (ξ ) κu* L KD = g q (ξ ) Th«ng th−êng ng−êi ta sö dông c¸c gi¸ trÞ nghÞch ®¶o sè Prandtl vµ sè Shmidt αH vµ αD trong d¹ng sau: 20