پایان نامه بررسی جریانات دریایی

پایان نامه بررسی جریانات دریایی در 200 صفحه ورد قابل ویرایش   

تابش خورشید، سبب ایجاد جریانات دریایی و جوی می گردد. این جریانات قادرند گرمای دریافتی از تابش خورشید را، از ا ستوا به قطبین ببرند. البته، اتمسفر به اندازة یك ونیم برابر، بیشتر، در انتقال گرما، نقش دارد كه دلیل آن، بالا بودن سرعت حركت اتمسفر نسبت به جریانات اقیانوسی است. علاوه برآن، عوامل زیادی مانند جزرومد (كشند) حركت وضعی زمین ،‌همرفت،‌انواع بادها ،‌فشار آب ،‌غلظت وامواج، سبب ایجاد جریانات دریایی می شود كه می‌توان آنها را سه دسته عمده زیر تقسیم نمود:

1-1)                                           جریانات جزرومدی (كشندی)

1-2)                                           جریانات ناشی از باد

1-3)                                           جریانات ناشی از اختلاف چگالی و شیب سطح دریا.

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 برابر 10¹¹*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 شامل o₁,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.

(1-1-2)                                                                                          

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 و فركانس 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.

1-1)       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.

(1-2-3)                                                                                                                  

(1-2-4)                                                                                                                  

(3- 4 ) آب و هوای خلیج فارس

با توجه به اینکه خلیج فارس در منطقه آب و هوایی دریایی قرار دارد ولی دارای آب و هوای بیابانی گرمسیری است بعبارتی دیگر ، آب و هوای خشك تحت استوایی  چون تقریبا از خشكی احاطه شده است لذا ، آب و هوای آن ضرورتا ، قاره ای است خلیج فارس به علت نداشتن بستر اقیانوس در اطراف خود ، دارای تلاطم شد ید فصلی و تغییرات عمده دررسوبات بستر خود می باشد .

این منطقه از جنوبــی ترین نقطه یعنی مـدار24 درجه و از شمالی تــریـن نقـطه  یعـنی مـدار30 درجه می گذرد . با توجه به عبور مدار24 درجه از بخش جنوبی و 30 درجه از ناحیه شمالی ، این حوزه ، حد نهایی نقطه حاره مدار راس السرطان ، یعنی مدار23 درجه و 27 دقیقه (و ) است . بنابراین ، شمالی ترین نقطه خلیج ، 6 درجه و 34 دقیقه (و) و جنوبی ترین نقطه آن ، فقط 32 دقیقه () با منطقه حاره فاصله دارد .

وضعیت آب و هوایی این منطقه به سه عامل ، تبادل آبی با آبهای باز جهانی (دریای عمان ) ، تبخیر شدید سالیانه و میزان آب های وارده از رودخانه ها در طی فصول مختلف سال ، بستگی دارد . بنابراین هرگونه تغییر درعوامل مذكور ، سبب ایجاد تغییر در خلیج فارس می شود كه حاصل آن حاكم شدن شرایط آب و هوایی خاص در طی فصول مختلف در این ناحیه می باشد . علاوه براین عوامل ، بادهای موسمی شمال و شمال غرب نیز ازجمله عواملی است كه سبب تغییر آب و هوای منطقه می شود .

بطور كلی میانگین درجه حرارت سالیانه در سواحل خلیج ، 24 درجه سانتیگراد() و درسواحل جنوبی آن 27 سانتیگراد () می باشد . گرمترین ماه سال ، مـرداد اسـت به گونه ای كه حوالی این ماه درناحیه شط  العرب ، درجه حرارت به 25 درجه سانتیگراد  ( c 25 ) هم می رسد . درمقابل آن ، درطول سه ماه بهمن ، اسفند و فروردین ، مطـبوعترین هوا درطـول سال ، گزارش گردیده است .

سایر ماههای سال ، گرم یا با طوفان و بارندگی همراه است . سال در این منطقه ، دوفصل تابستان و زمستان را دارد .

(3 – 5 ) بارندگی در خلیج فارس

میزان بارش دراین پهنه  ،بین 80  میلی متر تا 270 میلی متر و بطور میانگین ، بارندگی سالانه درسواحل  عربی ، كمتر از 5 سانتی متر می باشد . درتمامی سواحل ایرانی ، این مقدار، 7 سانتی متر می باشد .

درشمال خلیج فارس ، جریان های رودخانه ای ناشی از بارندگی است كه از رشته كوههای البرز سرچشمه می گیرد و در این ناحیه بین 20 تا 50 سانتیمتر ، بارندگی درسال را داریم . جریان های رودخانه ای نیزدرامتداد سواحل جنوب غربی خلیج فارس وجوددارد كه مربوط به سیلابهای اتفاقی و است كه در اثر طوفانهای محلی ایجاد می شود .

از بهم پیوستن سه رودخانه  كارون ،  دجــله و فرات در مـنطـقه بـالای خـلیج فارس ،  رود شط  العرب ایجاد شده میانگین سالانه  مقدار آبی (Discharge  ) دجله و فرات ، 708 متر مكعب درثانیه است ، و كارون به تنهایی ،748 مترمكعب بر ثانیه می باشد .

بنابراین ، كل دبی خروجی شط العرب ، بطور میانگین ، سالانه 1456 متر مكعب بر ثانیه است كه معادل تخلیه آبی به اندازه 180 كیلومتر مكعب برسال ، در ماه فروردین و 22 كیلومتر مكعب برسال درماه مهر است . رودخانه های بـزرگ دیگری نیز ،  به خلیج فارس می ریـزنـد عبارتـنـد از : هندیجان (Hendijan  ) ، بادبی متوسط 203 متر مكعب بر ثانیه، هلیه ( Heilleh ) ، بادبی 444 مترمكعب برثانیه و مند ( Mand ) بادبی 1387 مترمكعب برثانیه است .تمامی دبی ها بطور میانگین محاسبه شده اند . دبی كل آبها ی ورودی به خلیج فارس 10* 1/1 كیلومتر مكعب برسال است كه معادل 46 سانتی متر از افزایش عمق در طی سال می باشد . این برآورد، بطور قابل ملاحظه ای ، بزرگتر از بر آوردهای اخیر یعنی 16 سانتی متر افزایش عمق درطی سال   می باشد.

 (3 – 6) انواع بادها در خلیج فارس

خلیج فارس گستره ای در بین عرض های 24 تا 30 درجه شمالی قرار دارد . جائی كه بیشترین خشكی های زمین در بین این عرض ها واقع شده است . این منطقه در شمال و جنوب استوا ، مشخصه مرز میان گردش های گرمسیری ( Haddhy cell  ) و سیتم های سینوپیتكی جوی درعرض های جغرافیایی متوسط است . به گونه ای كه بادهای قوی كه از ویژگی های آب و هوای گرم و نیمه خشك منطقه صحرایی است ، براین گستره اثر می گذارند . اساسا برای مطالعه بهتر بادهای خلیج فارس بهتر است كه از مبحث كوه شناسی ( orography ) ، مناطق شمالی آن استفاده كنیم . كوههای تاروس (Tauras ) و پونتیك ( Pontic )دركشور تركیه ، كوههای قفقاز (Caucasus ) در كشور آذربایجان ، كوههای حجاز (Hejaz ) در شبه جزیره عربستان با یكدیگربه همراه دجله و فرات Tigri - Euphrates  ، كه محور شمال غربی – جنوب شرقی را تشكیل می دهند كه به میزان زیادی تغییرات ناگهانی و زیاد هوای گرمسیری جنوب شرقی را تحت تاثیر  قرار می دهند . آب و هوای دریایی عمان كاملا از آب و هوای خلیج فارس ، متفاوت است . خلیج فارس عمدتا تحت اثر تغییرات  ناگهانی و زیاد سیستم های جوی است كه از سمت شمال غربی می آیند در حالیكه دریای عمان در كناره شمالی سیستم های گرمسیری دریای عرب و اقیانوس هند واقع شده است .

دردریای عمان جهت  بادها، در زمستان از شمال غربی به جنوب شرقی ، متغیر می باشند . اما جهت این بادها فصل تابستان ، ترجیحا جنوب شرقی می باشد .

گردش موسمی (Monsoon ) ، بادهای جنوبی را درفصل تابستان و بادهای قوی از شمال را در فصل زمستان ،ایجاد می كند .

بادهای غالب  خلیج فارس ، در جهت شمال غربی یا غربی می باشد كه معمولا در سراسر سال وجود دارد.

شناخته شده ترین این بادها درخلیج فارس ، باد شمال (Shamal  ) است كه در واقع یك باد شمال غربی است كه در سراسر سال وجود دارد و به ندرت درخلیج فــارس ، قطع مـــی شود (Shamal، یك كلمه عربی است به معنی شمال ) . منشاء احتمالی این بادها ، سیلكون هایی است كه از ماه آذر تا اواسط بهمن ماه از اقیانوس اطلس شمال شروع می شود و از بالای دریای مدیترانه و شمال عربستان و ایران عبور می كند .

این بادها كه به تدریج ، به طرف جنوب منحرف می شوند منشاء ایجاد بادهای شمال زمستانی نیز می باشند .

هنگام وزش این بادها ، غالبا هوا ابر آلود است كه موجب بارندگی و بروز طوفانهای دریائــی می شود . در این مواقع ، به ویژه هنگامی كه وزش این بادها ، شدت می یابد ، قایق های ماهیگیری كوچك ، قادر به فعالیت صیادی نمی باشند. كه این مسئله در اكثر سواحل استان هرمزگان و بوشهر مشاهده می گردد.

باد شمالی كه معمولا در امتداد شمال غربی مرتبا در مدت چند روزه می وزد را شمال تابستانی یا شمال بزرگ می نامند كه در هنگام وزش این بادها آسمان ، بی ابر و هوا خشك و غبارآلـود است سرعت این بادها به ندرت از 10 متر بر ثانیه افزایش می یابد .

هر گاه باد های شمال غربی در بخش جلویی به جبهه سردی كه از طرف جنوب غربی می آید برخورد نمایند بادی به نام كائوس(Kaus  ) به زبان عربی، یاشاكی ( Shaki ) به زبان فارسی، ایجاد می گردد. در اثر عبور سریع هوا در سطوح پایین ، در مجاورت كوههای زاگرس كه در غرب ایران واقع شده اند قویترین بادها به سمت جنوب ، در قسمت شرقی خلیج فــارس روی می دهد معمولا شمال (  Shamal ) ابتدا در شمال غربی روی می دهد و سپس به طرف جنوب گسترش می یابد اما در بخش شمال خلیج فارس باد های شمال غربی نسبت به سایر باد ها غالب اند . مدت وزش این بادها از یك روز تجاوز نمی كند .

بادهای غالب در خلیج فارس ، گاهی توسط بادهای ناشی (Nashi  ) یا بادهای شمال شرقی كه در طول سواحل ایران به مدت 3 تا 5 روز می وزند ، قطع می شوند . بادهای ناشی Nashi ) ) ، بادهایی هستند كه در هنگام تابستان در سواحل شمال خلیج فارس به ویژه شرقی ، از طرف شمال شرقی ، به طور متناوب مــی وزند این بادها از تاثیر شاخه فشار قوی آنتـــی سیكلون آسیایی ، تولید می شود و مدت وزش آنها كوتاه و گاه به گاه ، قطع و یا به كلی ساكت می گردد. به واسطه اثر این بادها ، مقداری غبار از بیابانهای ساحلی به سمت خلیج می آید . این بـادها ، نیز با تاثیری كه بر وضعیت دریا دارند بسیار موثرند طوریكه حتی تردد كشتی ها كوچك صیادی را نیز مختل می كنند .

بــادهــای “ لهمیار “ كه ممكن است امتدادهای مختلف داشتـه باشنـد فقط در فصل پـاییز و یا در ماههای بهاز بوزند . شدت آن ها به 7 تا 8 گره رسیده و مدت وزش این بادها كمتر از 30 دقیقه است .

در خلیج فارس ، طوفانهای دریایی ، به ندرت ، دیده می شوند و اگر گاهی اتفاق بیفتد در ماههای زمستان است كه مربوط به وجود سیكلونهاست .

د