جریانات دریایی

در اعماق دریا ، نقش باد و عوامل جوی، بسیار جزئی است و در واقع،‌عملاً،‌این دو عامل نقشی ندارند، عامل جزرومد ، تنها لایه سطحی را تخت تأثیر قرار می‌دهد و در اعماق، نقش شیب‌دار بودن سطح دریا و اختلاف چگالی، بسیار، حائز اهمیت است كه در این فصل به بررسی هریك از این عوامل پرداخته می‌شود،‌بلاخره عامل اختلاف چگالی، كه موضوع اصلی این پروژه است.

1-1)جریانات جزرومدی (كشندی)

به بالا و پایین آمدن سطح آب دریا، در اثر گرانش اجرام سماوی، مثل ماه، زمین و خورشید ،‌جزرومد یا كشند گویند. و به حركت افقی آن در اثر حركت جزرومد (عمودی) جریان جزرومدی (كشندی) گویند. غیر از ماه و خورشید،‌سیاره‌های دیگری نیز، برروی زمین،‌نیروهای كشندی اعمال می كنند. اما مقادیر آنها در مقایسه با نیروهای نام برده، بسیار كوچك است.

اگر ماه و زمین و خورشید در یك راستا قرار گیرند،‌آن گاه ، بالاترین كشند (مهكشند) بوجود خواهد آمد و اگر در راستای عمود برهم قرار گیرند آن گاه كمترین (كهكشند) را خواهیم داشت.

دو تئوری برای جزرومد وجود دارد. یكی تئوری‌ تعادلی و دیگر، تئوری دینامیكی است.

تئوری تعادلی، براساس قانون جاذبه یا ثقل نیوتن تعریف شده است و فرمول آن برمبنای فرمول نیروی گرانش، كه به صورت نوشته می‌شود، است. كه در آن F ، نیروی گرانشی برحسب نیوتن و G ،‌ثابت گرانش جهانی كه مقدار آن برابر10¹¹*67/6 است و R ،‌فاصله بین ماه و زمین برحسب متر و M_m ،‌جرم ماه برحسب كیلوگرم و M_E، جرم زمین برحسب كیلوگرم می باشد. این تئوری توسط شخصی به نام داروین (1911) و( Darwin) ، پیشنهاد شده است . او فرض كرد كه تمام زمین،‌پوشیده از آب است كه دارای عمق ثابت و دانستینه یكنواخت می باشد. همچنین، تنها،‌نیروی وارد برآب را نیروی كشندی را در نظر گرفت. سپس مطابق شكل (1-1-1) با درنظر گرفتن ماه در راستای زمین و سمت چپ و بار دیگر سمت راست آن،‌برآیند نیروهای كشندی وارد برزمین را در قطبین و بار دیگر در نقاط چپ و راست آن كه در ابتدا وانتهای آن خط استوار واقع‌اند. را بدست آورد و با استفاده از رابطه نیروی برآیند بدست آمده، جابه‌جایی آب را روی كرة زمین رامشخص نمود شكل (1-1-2) ، برآمدگی‌های كشندی را در نقاط c,a طبق تئوری تعادلی،‌نشان می‌دهد.

شكل (1-1-2) برآمدگی جزرومد برطبق تئوری تعادلی

شكل (1-1-1) شكل نیروهای كشندی وارد بر زمین از طرف ماه است.

تئوری بعدی. تئوری دینامیكی است كه توسط لاپلاس (Laplace) مطرح شد. او فرض كرد كه اقیانوس همگن و عمق آب در آن ثابت باشد و علاوه برنیروی كشندی. و نیروهای دیگری مانند نیروی اصطكاك و كوریولی و ناشی از شتاب قائم ذره نیز، برروی زمین  اعمال شود. اگر نیروی جزرومدی به صورت تناوبی باشد آن‌گاه، براساس فرضیات فوق. توانست ارتفاع جزرومدی را در زمان t با استفاده از رابطه ذیل بدست آورد:

(1-1-1)                                                  

 ،‌نوسانات سطح یا ارتفاع جزرومدی در زمان t و برحسب سانتی‌متر است. D، فاصله عمودی نوسانات سطح از میانگین  سطح تراز دریا و برحسب متر و A_i ،دامنة حزرومدی مولفه‌های مختلف زمانی، برحسب متر و Ti ، دورة‌ تناوب آن‌ها برحسب ثانیه و Si فازهای حركت جزرومدی مولفه های زمانی برحسب درجه می باشد.

 دراثر حركت زمین به دورخورشید حركت ماه به دور زمین، حركت زمین به دور ماه و خورشید و حركت مجموعه ماه و خورشید به دور زمین و همچنین مدار بیضوری حركات و زاویه قرار گرفتن آنها نسبت به یكدیگر ، جزرومد با مولفه های متفاوت ایجاد می شود.

M₂(جزرومد روزانه ماه) و S₂ (جزرومد روازنه خورشید) و K₂ ( جزرومد روزانه ماه و خورشید) و ‌N₂(جزرود مدار بیضوی ماه) و O₁(جزرومد روزانه ماه) و P₁(جزرومد روزانه خورشید) و K₁(جزرومد روزانه ماه و خورشید) و M_f(جزرو مد ماه دوهفته‌ای) است. كه هر كدام دارای مقادیر ثابت و تعریف شده‌اند. در منطقه خلیج فارس ، چهار مولفه‌های اصلی جزرومد شاملo₁,K₁,S₂,M₂ حائز اهمیت اند و برای پیش‌بینی جزرومد در حوضه خلیج S  منطقه كم عمق آبی است. استفاده می شود. همچنین می‌توان باتوجه به تناوبی بودن این نوع حركت، سرعت جریانات جزرومدی را از فرمول زیر محاسبه و بدست می‌آورند.كه در آن u، سرعت جریان جزرومدی برحسب متر برثانیه و w ، سرعت زاویه‌ای برحسب رادیان برثانیه و a دامنه جزرومد برحسب متر و h ارتفاع نوسان برحسب متر و k عدد موج برحسب یك برمتر وفركانس زاویه‌ای جریان جزرومدی برحسب رادیان برثانیه است فرمول فوق در آبهای كم عمق، نظیر خلیج فارس ،‌هم برای محاسبة سرعت جریان جزرومدی،‌استفاده می شود.

1. جریانات ناشی از رانش باد

جریانات ناشی از باد، همان جریان های سطحی‌اند كه در اثر وزش باد برسطح اقیانوسها بوجود می‌آیند كه اصطلاحاً به آنها ، اثر تنش باد و سطح هم، گفته می شود. سرعت این جریانات برابر 03/0 سرعت باد است.

در مورد اثر باد برروی حركت سطی آب، تئوری‌ها و قطریه های زیادی بیان شد اما  نانسن (nunsen) جزء اولین كسانی بود كه راجع به جریان ناشی از تنش باد تحقیق نمود. او دید كه كوههای یخی در نواحی قطبی در نیمكرة شمالی، در جهت باد حركت نمی كنند بلكه منحرف می‌شوند. او تنها، با یك توصیف كلی ،‌مقدار انحراف حركت را ْ40 – ْ20 درجهت راست باد، برآورد كرد. بعد از وی، فردی به نام اكم (Ekman,102-1995) با استفاده از فرضیات ایده‌آل و بكارگیری فرمول‌های تنش باد توانست ثابت كند كه زاویه انحراف، ْ 45 است.

فرضیات ایده‌آل او به شرح ذیل می باشد:

1. هیچ‌گونه، مرزی وجود ندارد.
2.  باد،‌به صورت پیوسته و یكنواخت می‌وزد.
3.  آب، همگن است.
4. نیروی كوریولیس (f) ثابت است.
5.  آب، بی‌نهایت عمیق است و از اصطكاك بسته صرفنظر می شود.
6.  ضریب چسبندگی ملكولی (A_z) ، ثابت است.
7.  از منابع دیگر حركت مثل جزرومد و اختلاف چگالیب، صرفنظر می شود.
8. حالت مانایا پایدار یا steady state را برای آب درنظر گرفته می‌شود.

آن گاه معادلات اكن به قرار زیر خواهند بود:

در معادلات فوق Az، ضریب چسبندگی ملكولی ، v,u سرعت جریان در راستای f,y,x نیروی كوریولی و f،‌چگالی یا دانستیة آب می باشد.

با حل معادلات بالا واعمال شرط مرزی در می باشد) بصورت زیر بدست می‌آید