hydrodynamic response of thassos passage on the prevailing meteorologic conditions

Transcript

1 υδροδυναμικη ΑΠΟΚΡΙΣΗ διαυλου ΘΑΣΟΥ ΣΤΙΣ ΕΠΙΚΡΑΤΟΥΣΕΣ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Συλαίος Γ. 1, Καμίδης Ν. 1,2, Τσιχριντζής, Β.A. 1 1 Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής & Τεχνολογίας, Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, gsylaios@env.duth.gr 2 Ινστιτούτο Αλιευτικής Έρευνας, Εθνικό Ίδρυμα Αγροτικής Έρευνας Περίληψη Οι υδροδυναμικές συνθήκες στο Δίαυλο Θάσου καταγράφηκαν με την πόντιση από 9/7/2007 έως 20/6/2008 του ωκεανογραφικού σταθμού συνεχούς παρακολούθησης «ΤΡΙΤΩΝ», αποτελούμενο από έναν ακουστικό ρευματογράφο, κατευθυντικό κυματογράφο, παλιρροιογράφο και θολερόμετρο. Παράλληλα, συστηματικοί ωκεανογραφικοί πλόες διεξήχθησαν για την καταγραφή προφίλ θερμοκρασίας, αλατότητας, διαλ. οξυγόνου, ph, θρεπτικών αλάτων και χλωροφύλλης. Η χρονοσειρά μη-παλιρροιακής επίδρασης συσχετίστηκε με τα μετεωρολογικά δεδομένα, δείχνοντας ότι οι βορειοανατολικοί άνεμοι προκαλούν άνοδο της στάθμης στο Δίαυλο ενώ οι νοτιοδυτικοί άνεμοι πτώση. Τα επίπεδα πυθμιαίας θολερότητας μεταβλήθηκαν με βάση το δεκαπενθήμερο παλιρροιακό κύκλο. Λέξεις κλειδιά: Θαλάσσια ρεύματα και κύματα, ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα, ακουστικός ρευματογράφος, Θρακικό πέλαγος. hydrodynamic response of thassos passage on the prevailing meteorologic conditions Kamidis N. 1,2, Sylaios G. 1, Tsihrintzis, V.A. 1 1 Laboratory of Ecological Engineering & Technology, Department of Environmental Engineering, Democritus University of Thrace, gsylaios@env.duth.gr 2 Fisheries Research Institute, National Agricultural Research Foundation Abstract The hydrodynamic conditions of Thassos Passage were recorded during 9/7/2007 until 20/6/2008 utilizing the deployed oceanographic continuous monitoring station TRITON, consisting of an acoustic currentmeter, a directional wave recorder, a tide gauge and a turbidity meter. In parallel, systematic oceanographic cruises were carried out in the area obtaining profiles of water temperature, salinity, dissolved oxygen, ph, nutrients and chlorophyll-a. Non-tidal variability seemed related to wind effects, raising during NNE winds and reducing under opposite effects. The temporal variability of turbidity levels near seabed showed significant relation to the tidal spring-neaps fortnight cycle. Keywords: Sea currents and waves, continental shelf, ADCP, Thracian Sea. 1. Εισαγωγή Ως Δίαυλος της Θάσου (Thassos Passage) θεωρείται ένα κανάλι μήκους 13,6 χλμ, πλάτους 7,3 χλμ και βάθους 25 μ, μεταξύ της Ν. Θάσου και της ακτογραμμής της Κεραμωτής (Sylaios et al., 2005; Εικ. 1). Η περιοχή αποτελεί τμήμα της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας του Θρακικού Πελάγους και αντιπροσωπεύει το ανατολικό όριο επικοινωνίας του Κόλπου Καβάλας με το ανοικτό Βόρειο Αιγαίο Πέλαγος. Ο Δίαυλος επηρεάζει σημαντικά την υδροδυναμική κυκλοφορία του Θρακικού Πελάγους, καθώς η κυκλωνική γεωστροφική ροή που επικρατεί στην περιοχή ενισχύεται σημαντικά λόγω της τοπογραφικής αυτής στένωσης. Η ενίσχυση των ταχυτήτων ροής σε συνδυασμό με την έκχυση του γλυκού νερού του π. Νέστου στο βορειοανατολικό τμήμα του Διαύλου Θάσου προκαλεί τη συνήθη δυτικότροπη εκτροπή του πλουμίου και τον περιορισμό του κατά μήκος της ακτής της Κεραμωτής. Συνεπώς, η καταγραφή των κυματικών και υδροδυναμικών χαρακτηριστικών στην -494-

2 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι περιοχή του Διαύλου της Θάσου (Στενό Κεραμωτής - Θάσου) είναι ιδιαίτερα σημαντική για την κατανόηση: α) της συνολικής βαροτροπικής, βαροκλινικής και ανεμογενούς ροής στο Θρακικό Πέλαγος, β) των εισροών νερού, άλατος, θρεπτικών και λοιπών ρύπων στον Κόλπο Καβάλας, και γ) των διεργασιών παράκτιας διάβρωσης των ακτογραμμών Κεραμωτής και Θάσου, οι οποίες αναμένεται να επιταθούν στο άμεσο μέλλον, μετά τη φραγματοποίηση του π. Νέστου (Sylaios et al., 2008; Tsihrintzis et al., 2008). Εικ. 1: Βαθυμετρικός χάρτης Θρακικού Πελάγους, θέση του Διαύλου Θάσου και του ωκεανογραφικού σταθμού παρακολούθησης «ΤΡΙΤΩΝ». 2. Υλικά και Μέθοδοι Στον πυθμένα της περιοχής του Διαύλου Θάσου ποντίστηκε ο ωκεανογραφικός σταθμός «ΤΡΙ- ΤΩΝ» (40 ο Ν, 24 ο Ε, 23 μ βάθος) κατά το χρονικό διάστημα 9/7/2007 έως 20/6/2008, με σκοπό τη συνεχή παρακολούθηση των κατευθυντικών κυμάτων, του προφίλ των ρευμάτων και της πυθμιαίας θολερότητας (Εικ. 2). Το σύστημα αποτελείται από έναν ακουστικό κυματογράφο και ρευματογράφο (upward-facing ADCP, TRDI Sentinel 300 KHz), εξοπλισμένο κατάλληλα με το λογισμικό Wave Array για την καταγραφή των κατευθυντικών κυματικών χαρακτηριστικών (Terray et al., 1997), έναν παλιρροιογράφο και έναν αισθητήρα θερμοκρασίας (Εικ. 2). Προφίλ ρευμάτων καταγράφονταν κάθε 20 λεπτά με διακριτοποίηση υδατικής στήλης 1 μ. Τα κατευθυντικά κυματικά δεδομένα καταγράφονταν για διάστημα 20 λεπτών κάθε 3 ώρες με ρυθμό 2 Hz αποδίδοντας μετρήσεις κυμάτων με μέγιστη συχνότητα 1 Hz. Το σύστημα καταγράφει κυματικές παραμέτρους όπως το σημαντικό ύψος κύματος H S, την περίοδο φασματικής κορυφής T p, τη διεύθυνση της κυματικής διάδοσης ως προς το Βορρά και τη στάθμη της θάλασσας. Ο σταθμός «ΤΡΙΤΩΝ» ήταν επίσης εξοπλισμένος με θολερόμετρο συνεχούς καταγραφής (OBS 3A) κατάλληλο για την καταγραφή της επιτόπιας θολερότητας, της υδροστατικής πίεσης και της επιτόπιας θερμοκρασίας και αλατότητας. Η μέτρηση της θολερότητας βασίζεται στην καταγραφή μέσω οπτικών αισθητήρων της διασποράς της υπέρυθρης ακτινοβολίας (875 nm), λόγω της παρουσίας αιωρούμενων συστατικών

3 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Εικ. 2: Ο Ωκεανογραφικός σταθμός «ΤΡΙΤΩΝ» (Βάση στήριξης, ADCP και θολερόμετρο). Παράλληλα, συστηματικοί ωκεανογραφικοί πλόες διεξήχθησαν σε 8 σταθμούς στην περιοχή του Διαύλου, για την καταγραφή προφίλ θερμοκρασίας, αλατότητας, διαλ. οξυγόνου, ph, θρεπτικών αλάτων και χλωροφύλλης. Οι επικρατούσες τοπικές μετεωρολογικές παράμετροι μετρήθηκαν από τον παρακείμενο μετεωρολογικό σταθμό του Αεροδρομίου Χρυσούπολης, ενώ οι συνοπτικές μετεωρολογικές συνθήκες ελήφθησαν από τις συστηματικές δορυφορικές παρατηρήσεις του NOAA ( 3. Αποτελέσματα 3.1. ΚΥΜΑΤΙΚΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΔΙΑΥΛΟΥ Η στατιστική ανάλυση της χρονοσειράς κυματικών δεδομένων έδειξε ότι περίπου το 51% των κυμάτων που προσεγγίζουν την ακτογραμμή της Κεραμωτής είχαν Α-ΝΑ διεύθυνση ( ο ) (Εικ. 3). Τα κύματα αυτά είχαν σχετικά υψηλότερα σημαντικά ύψη (μέση τιμή H S : 0.36 m, μέγιστη τιμή H S : 1.51 m) και περιόδους (μέσο T P : 4.13 s, μέγιστο T P : 8.50 s). Ωστόσο, οι ΝΔ και Δ-ΝΔ διευθύνσεις παρήγαγαν κυρίως βωβά κύματα (T P > 9 s). Τρία τέτοια γεγονότα καταγράφησαν με περιόδους από 11.6 έως 12.0 s, προκαλούμενα από σταθερό νότιο άνεμο έντασης 8-10 m/s και διάρκειας πνοής ωρών. Εικ. 3: Διάγραμμα επικρατούντων κυματικών χαρακτηριστικών όπως καταγράφηκαν στο Δίαυλο Θάσου από το σταθμό ΤΡΙΤΩΝ

4 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι 3.2. ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΔΙΑΥΛΟΥ Ο Δίαυλος Θάσου χαρακτηρίζεται από έντονη στρωματοποίηση ως προς την αλατότητα, λόγω της παρουσίας του πλουμίου του π. Νέστου και της επίδρασης του Νερού Μαύρης Θάλασσας (Εικ. 4). Το χειμώνα το επιφανειακό στρώμα καταλαμβάνει τα πρώτα 5 μ. με αλατότητα (34-35 psu), ενώ η υπόλοιπη υδάτινη στήλη χαρακτηρίζεται από αλατότητα psu. Το καλοκαίρι το πλούμιο εξαφανίζεται και το αλοκλινές εμφανίζεται σε βάθος 15 μ. με αλατότητα <35.5 psu στην επιφάνεια και psu στο πυθμένα. Η παλιρροιακή διακύμανση της ελεύθερης στάθμης της θάλασσας και της επιφανειακής ροής διερευνήθηκε με την εφαρμογή της Αρμονικής Ανάλυσης Ελαχίστων Τετραγώνων για τον προσδιορισμό των κύριων παλιρροιακών συνιστωσών. Τα αποτελέσματα έδειξαν την ισχυρή επίδραση των ημι-ημερήσιων και ημερήσιων συνιστωσών στη δυναμική του Διαύλου Θάσου. Εικ. 4: Κατανομές αλατότητας (α) τον Ιανουάριο 2007, και (β) τον Αύγουστο 2008 στο Δίαυλο Θάσου., Εικ. 5: Χρονική μεταβολή (α) των διανυσμάτων ανέμου, (β) της βαρομετρικής πίεσης και (γ) της μη-παλιροιακής διακύμανσης της ελεύθερης στάθμης της θάλασσας

5 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Η αναπαραγωγή της παλιρροιακής μεταβλητότητας επιτεύχθηκε με την άθροιση όλων των επιμέρους παλιρροιακών συνιστωσών, οπότε η μη-παλιρροιακή επίδραση προσδιορίστηκε με την αφαίρεση της αναπαραγόμενης χρονοσειράς από την καταγραφόμενη διακύμανση τη ελεύθερης επιφάνειας της θάλασσας και του επιφανειακού ρεύματος. Η μη-παλιρροιακή επίδραση συσχετίστηκε με τη μεταβολή της συνοπτικής βαρομετρικής πίεσης και την ανεμογενή διακύμανση (Εικ. 5). Η μη-παλιρροιακή μεταβολή φαίνεται να σχετίζεται με την επίδραση του ανέμου, προκαλώντας άνοδο της στάθμης της θάλασσας κατά τη διάρκεια ΒΒΑ ανέμων και την πτώση της κατά τη διάρκεια ΝΝΔ ανέμων. Για την ποσοτική έκφραση των συσχετίσεων των παρατηρούμενων χρονοσειρών, τα δεδομένα διήλθαν από φίλτρο χαμηλής συχνότητας 0.5 Hz, και κατόπιν εφαρμόσθηκε η μέθοδος AMI (average mutual information), για διάφορες χρονικές υστερήσεις. Τα αποτελέσματα έδειξαν την έντονη συσχέτιση της μη-παλιρροιακής στάθμης με τη βαρομετρική πίεση (AMI score = ), με υστέρηση 48 ωρών, και τη μέτρια συσχέτιση της μη-παλιρροιακής στάθμης με τον άνεμο (AMI score = για τη συνιστώσα Α-Δ και AMI score = για τη συνιστώσα Β-Ν), με υστέρηση 24 ωρών. Η χρονομεταβολή της θολερότητας πυθμένα έδειξε σημαντική συσχέτιση με το δεκαπενθήμερο παλιρροιακό κύκλο. Κατά την παλιρροιακή μεταβολή χαμηλού εύρους τα πυθμιαία ρεύματα ταλαντώνονται με εύρος 0.05 m/s, ενώ κατά την παλίρροια μεγάλου εύρους τα ρεύματα πυθμένα αυξάνουν το μέγεθός τους σε 0.15 m/s, προκαλώντας αύξηση της θολερόητας σε επίπεδα NTU. 4. Συμπεράσματα Συνεχείς και συστηματικές μετρήσεις κατευθυντικών κυμάτων, προφίλ ρευμάτων, θερμοκρασίας νερού, αλατότητας και θολερότητας πυθμένα καταγράφηκαν στο Δίαυλο Θάσου από το σταθμό «ΤΡΙΤΩΝ». Τα αποτελέσματα δείχνουν την εμφάνιση κυμάτων από ΑΝΑ διεύθυνση (51%) τα οποία μεταφέρουν την υψηλότερη κυματική ενέργεια στην περιοχή μελέτης. Βωβά κύματα περιόδου s διαδίδονται με ΝΝΔ διεύθυνση. Η μη-παλιρροιακή μεταβλητότητα σχετίζεται με την ανεμογενή επίδραση, αυξάνοντας τη στάθμης της θάλασσας υπό την επίδραση ΒΒΑ ανέμων και υποβιβάζοντας την υπό αντίθετους ανέμους. Η χρονική διακύμανση της θολερότητας πυθμένα σχετίζεται με την εμφάνιση σχετικά εντονότερων ρευμάτων λόγω παλιρροιών μεγάλου εύρους. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Sylaios G., Stamatis, N., Kallianiotis, A. & Vidoris, P Monitoring and assessment of land-based nutrient loadings, distributions and cycling within Kavala Gulf. Water Resources Management 19(6): Sylaios, G.K., Akratos, C., Pissinaras, V., Kamidis, N. & Tsihrintzis, V.A TRITON: A monitoring station for wave climate, hydrodynamics and turbidity offshore Nestos River mouth, N. Greece. Proceedings of the 9th International Conference on Protection and Restoration of the Environment, Kefalonia, 29/6 3/7/2008. Terray, E., Gordon, R.L., & Brumley, B Measuring waves height and direction using upward-looking ADCPs. Proceedings of the Oceans 97. IEEE, New York, pp Tsihrintzis, V.A., Sylaios, G.K., Akratos, C. & Pisinaras, V Beach nourishment studies along the East Macedonia Thrace coastline. Proceedings of the 9th International Conference on Protection and Restoration of the Environment, Kefalonia, 29/6 3/7/