Αλληλεπίδραση θάλασσας-ατμόσφαιρας

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Αλληλεπίδραση θάλασσας-ατμόσφαιρας"

Καρπός Ράγκος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

Προσεγγίσεις βραχέων/μακρών κυμάτων Ανεμογεννή κύματα (ind-aes)

1 Αλληλεπίδραση θάλασσας-ατμόσφαιρας ΙΑΛΕΞΗ Περιεχόμενα: Ελεύθερα επιφανειακά κύματα (free-aes) ( απουσία γήινης περιστροφής) Προσεγγίσεις βραχέων/μακρών κυμάτων Ανεμογεννή κύματα (ind-aes) Κυματικά μοντέλα Ο ρόλος των επιφανειακών κυμάτων στην αλληλεπίδραση θάλασσας-ατμόσφαιρας

2 Υποθέσεις για τη μελέτη των ελεύθερων επιφανειακών κυμάτων (no-forcing) LinearWaes R ot Temoral Changes Coriolis Term U T 1 fu 1 ft >> 1 E k Viscosit Terms Coriolis Term AH AV << 1 fl fh F R U gh >> 1

3 1 A A A f t V H H ρ 1 A A A f t V H H ρ 1 A A A g t V H H ρ t ρ 1 t ρ 1 t ρ 1 Εξισώσεις για τη μελέτη των (γραμμικών) επιφανειακών κυμάτων g ρ ' όπου

4 (3) () (1) t ρ 0 0 (Continit) Εξίσωση LALACE t g η η ρ η at 0 0 at H Οριακές συνθήκες

5 Ψάχνουμε κυματικές λύσεις, της μορφής: η η0 cos( k l ωt) - D soltions Για τη λύση αυτή η εξίσωση Lalace γίνεται: για απλούστευση εξετάζουμε μονοδιάστατα κύματα k 0 Χρησιμοποιώντας την οριακή συνθήκη του βυθού: ρgη0 cos( k ωt)cosh[ k( cosh( kh ) H )]

6 Από την Τρίτη σχέση των εξισώσεων κίνησης: kgη 0 cos( k ωt)sinh[ k( H )] ω cosh( kh ) η t Χρησιμοποιώντας την οριακή συνθήκη της επιφάνειας ( ) : ω gk tanh( kh ) Disersion relation Σχέση διασποράς Η σχέση αυτή καθορίζει τη συμπεριφορά/χαρακτηριστικά των κυμάτων και τη μελετάμε παραπέρα (μακρά βραχέα κύματα).

7 Βραχέα κύματα λ << Η (μικρό μήκος κύματος ή μεγάλο βάθος) > k>>h tanh( kh ) 1 ω gk hase Seed : C C g k Gro Velocit : ω k Disersie C g ω k Μακρά κύματα λ >> Η (μεγάλο μήκος κύματος ή μικρό βάθος) > k<<h C tanh( kh ) kh ω gk H hase Seed : C gh Gro Velocit : ω k Non-disersie C g ω k C g C C g C

8 Βραχέα κύματα Τροχιές Μακρά κύματα

9 Stokes Drift Srface aes are non-linear 1 η η0 cos( k ωt) kη0 cos ( k ωt)... cosh k( H ) U L η0ωk sinh kh Βραχέα κύματα U L η 0 ωke k Έντονα επιφανειακό φαινόμενο Επίδραση(?) στη γενική κυκλοφορία

10 Άθροισμα δύο κυμάτων: η1 η0 cos( k1 ω1t ) η η0 cos( k ωt) Ορίζουμε ω και k, ώστε: k1 k Δk k k Δk ω ω Δω 1 ω ω Δω η η 1 η η 0 cos( k ωt) cos( Δk Δω t) Στο όριο ω 0 και k 0: η η 1 η η 0 cos( k ωt)

11 Ανεμογεννή κύματα indsea The ind ae is a secial ater ae as it is generated b the action of ind at the air-ater interface. Since the ind ae is associated ith air and ater flos aboe and belo the aes, its characteristics are determined b the coling rocess beteen the bondar laers in air and ater. The imortant elements in the ind ae are the srface ae motion, the local ind-drift and trblence in the air and ater bondar laers (Toba, 1988) Κύριες φάσεις δημιουργίας ανεμογενούς κύματος: a) Η τύρβη του ανέμου δημιουργεί διαταραχές στην επιφάνεια της θάλασσας (instabilit theor), που εξελίσσονται σε χαοτικές ανωμαλίες/κύματα μεγέθους λίγων εκατοστών b) Ο άνεμος δρά στα μικρά αυτά κύματα, τα οποία συνεχώς αναπτύσσονται λόγω της ορμής του ανέμου πάνω στο προφίλ των κυμάτων c) Τα κύματα αρχίζουν να αλληλεπιδρούν δημιουργώντας όλο και μεγαλύτερα κύματα (μεταφορά ενέργειας από μικρά λ σε μεγάλα λ) d) Τελικά τα κύματα αυτά αναπτύσουν ταχύτητες μεγαλύτερες από αυτές του ανέμου

Root-mean-sqare eleation: η More often Significant Wae Height : H1/3 4.

12 Root-mean-sqare eleation: η More often Significant Wae Height : H1/ η Longet-Higgins, 195 The aerage height, crest to trogh, of the one-third highest aes η( t) N n n e iπnωt N n 1 T / T / T η( t)e iπnωt dt

13 Κυματικό Φάσμα 1 WIND EFFECT Τυπικό κυματικό φάσμα (ανεπτυγμένου κύματος) Dominant ae freqenc D 0.88 g U ω ( U10 ) 10 H 1/3 0. g Kitagorodskii (1973) Significant ae height

14 Κυματικό Φάσμα FETCH ( U / * 7.5) Hasselman et al. (1973) 5 for 10 km 11 for 80 km * ω g 7.1 gx * 1/3 g ζ * gx * Toba s 3/ la: g ζ * * 3/ 3/ 0 ω.057 or 1/ * * gh gt g

15 Κυματικό Φάσμα 3 ae groth Waes generated trael ith seed (free aes): C ω / k g / k Aroimation of ae age: A C * / gx * C 358 * 3 gh gt 1/3 * * C 0.96 C 6.7 * * 3/ or H 1/3 * C * 1/ ak Wae steeness: C 0.34 * 1/

g H S S nl S d εξέλιξη Απώλειες μεταφορά ανάπτυξη

16 Κυματικό Φάσμα 4 Κυματικά μοντέλα/προγνώσεις Η εξέλιξη του κυματικού φάσματος σε ένα σημείο: H t C g H S S nl S d εξέλιξη Απώλειες μεταφορά ανάπτυξη λόγω μη-γραμμικότητας ανάπτυξη λόγω ανέμου WAM SWAN WAVEWWATCH

17 Wae breaking Waes break hen some flid articles on their srface, sall near the ae crest, trael faster than the ae, oertaking it. > C Roller akc U τ Free ae breaking Wind-stress Wind stress srface shear flo The ercentage of the breaking aes deends on ae age A C * /

area Momentm transfer from breaking aes to ater-side trblence M 0.

18 Q Foil Εργαστηριακό πείραμα από Dncan (1981) Roller Breaking ae Waetrain (nonbreaking) L Trblent ake Rate of momentm loss er nit area Momentm transfer from breaking aes to ater-side trblence M 0.003ρC d τ ρc 5 10 ρu 5 10 ρ τ λ π ρc 4 (Long fetch) (C D 10-3 ) D

19 Mechanisms of air-sea scalar roerties transfer ATBL Bondar laer/ ind ae interactions Srface reneal Eosre time DBL δ OTBL Srface reneal Eosre time Bbbles on breakers/sra Microscale breakers Wae steeness

20 Mechanisms of air-sea momentm transfer Trblent fl in atmoshere Long ae b.l. Long ae breaking Velocit shear Short ae breaking Trblent fl in ocean

21 Κυματικές μετρήσεις/παρατηρήσεις

22 Εσωτερικά κύματα h ρ 0 hase Seed : C ω g' h k Για την απλή περίπτωση 11/ στρωμάτων: Ορίζοντας Δρ g' g ρ 0 Σε τυπική στρωμάτωση στον ωκεανό: ΔρΟ(1kg/m 3 ), ρ 0 O(1000kg/m 3 ) g 10-3 g

Σχετικά έγγραφα

ΔΙΑΛΕΞΗ 8 Kύματα βαρύτητας απουσία περιστροφής

ΔΙΑΛΕΞΗ 8 Kύματα βαρύτητας απουσία περιστροφής ΔΙΑΛΕΞΗ 8 Kύματα βαύτητας απουσία πειστοφής Πειεχόμενα: Χαακτηιστικά μεγέθη τν κυμάτν Εξισώσεις τν επιφανειακών κυμάτν Ποσεγγίσεις βαχέν/μακών κυμάτν Το κυματικό φάσμα Εστεικά κύματα βαύτητας Χαακτηιστικά