فصل اول: مقدمه و کلیات.. 1

1-1 بیان مسأله و اهمیت موضوع. 2

1-1-1 تأثیرات هیدروآکوستیکی.. 3

1-1-2 تأثیر بر میدان الکترومغناطیسی.. 3

1-1-3 تأثیرات هیدروفیزیکی.. 3

1-1-4 تأثیر بر توزیع مواد مغذی و آلاینده­ها در دریا 4

1-2 پایداری ستون آب.. 4

1-2-1 پایداری استاتیکی.. 4

1-2-2 فركانس پایداری.. 7

1-2-3 پایداری دینامیكی.. 8

1-2-4 عدد ریچاردسون. 8

1-3 امواج داخلی.. 9

1-3-1 مدل جزر و مد داخلی دولایه. 10

1-3-2 برخی مشخصه­های اصلی امواج داخلی.. 13

1-3-3 عبور جریان جزر و مدی از روی توپوگرافی.. 15

1-4 منطقه مورد مطالعه. 21

1-4-1 موقعیت جغرافیایی و اهمیت.. 21

1-4-2 مشخصات هیدروفیزیکی.. 23

1-4-3 امواج داخلی در خلیج عمان. 30

1-4-3-1 مدلهای عددی استفاده شده در خلیج عمان. 32

1-4-3-2 پیکربندی و نتایج مدل­های عددی استفاده شده در خلیج عمان. 36

1-5 اهداف و فرضیات.. 45

1-5-1 اهداف.. 45

1-5-2 فرضیات پژوهش… 45

فصل دوم: مروری بر پیشینه ی پژوهش… 46

2-1 پیشینه­ی مطالعه­ی امواج داخلی در خلیج عمان. 47

2-2 پیشینه­ی مطالعات امواج داخلی در سایر مناطق مستعد. 48

2-2-1 مدل­سازی امواج داخلی در خلیج چین.. 49

2-2-2 مدل­سازی امواج داخلی در خلیج بنگال. 50

2-2-3 مدل­سازی امواج داخلی در دریای آندامان. 51

2-2-4 مدل­سازی امواج داخلی در تنگه های کوریل.. 53

2-2-5 مدل­سازی امواج داخلی در تنگهی جبل الطارق. 53

2-2-6 مدل­سازی امواج داخلی در نواحی شکست فلات قاره و شیب­های توپوگرافی.. 53

فصل سوم: مواد و روشها 55

3-1 انتخاب مدل عددی.. 55

3-1-1 مدل عددی MITgcm.. 56

3-1-2 معادلات حل شده 57

3-2 پیکربندی مدل. 58

3-2-1 محدوده، شبکه و توپوگرافی حوزه 58

3-2-2 طرحواره­ی فرارفتی.. 58

3-2-3 شرایط اولیه. 59

3-2-4 شرایط مرزی.. 59

3-3 پایداری مدل. 60

3-4 اعتبارسنجی مدل. 61

فصل چهارم: نتایج.. 63

4-1 اثرات سطحی امواج داخلی در خلیج عمان. 63

4-1-1 نرخ کرنش سطحی ناشی از امواج داخلی.. 64

4-1-2 تغییرات سطحی میدان فشار غیرهیدروستاتیکی.. 67

4-2 شکل­گیری امواج داخلی غیرخطی در ناحیه­ی فلات قاره­ی خلیج عمان. 68

4-2-1 مشخصه­های موج داخلی در ناحیه­ی فلات قاره 68

4-3 شکل­گیری امواج داخلی غیرخطی در روی گسل بستری.. 85

 

4-3-1 اثر سطحی امواج داخلی بر روی گسل بستری.. 85

4-3-2 پرتوهای موج داخلی.. 87

4-3-3 تأثیر پرتوهای موج داخلی بر پروفایل مشخصه­های هیدروفیزیکی.. 90

4-3-4 مشخصه­های امواج داخلی.. 92

4-4 شکل­گیری موج داخلی در دهانه­ی تنگه­ی هرمز. 94

4-5 تغییرات سرعت­های افقی و قائم در محل امواج داخلی غیرخطی.. 96

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری.. 100

5-1 جمع­بندی و تحلیل نتایج 101

5-1-1 امواج داخلی در ناحیه­ی فلات­قاره(مقایسه­ی نتایج با مشاهدات راداری و نتایج مدلSmall و Martin(2002)) 101

5-1-2 امواج داخلی بر روی تپه­ی دریایی.. 102

5-1-3 موج تنهای داخلی در دهانه­ی تنگه­ی هرمز. 103

5-2 پیشنهادات.. 104

5-2-1 پیشنهادات عملی.. 104

5-2-2 پیشنهادات علمی.. 104

منابع و مآخذ. 106

 

فهرست شکل­ها

 

شکل 1-1 اطلس جهانی امواج داخلی(Apel, 2002) 2

شكل1-2 جابجایی یك بسته­ی آب درون شارهای با لایه بندی چگالی.. 5

شکل 1-3 لایه­بندی دو لایه و توپوگرافی ساده­سازی شده توسط Small & Martin(2002). سطح تماس دو لایه با یک خط موجی نازک مشخص شده است. توپوگرافی با یک خط ضخیم­تر مشخص شده است. جریان رفت و برگشتی جزر و مدی نیز با پیکان­ها مشخص شده است (Small & Martin, 2002). 13

شکل 1-4 تولید امواج داخلی جزر و مدی به وسیله­ی عبور جریان نوسانی از روی توپوگرافی با مقادیر مختلف نسبت شیب تپه به موج  17

شکل 1-5 الف) سیستم مختصات استفاده شده برای مدل سازی جریان پتانسیلی پیرامون یک استوانه. ب) سیستم مختصات استفاده شده برای مدل سازی محورهای پرتو عرضی() و پرتو طولی() (Sutherland , 2010). 18

شکل 1-6 کنتورهای دمای پتانسیل(خطوط پررنگ) در هنگام یک باد توفانی شدید در 11 ژانویه 1972 که به سمت سراشیبی گرداله­ی کلورادو می­وزید توسط یک هواپیما اندازه­گیری شده است. خطوط نقطه­چین، مسیر هواپیما را نشان می­دهند (Sutherland , 2010). 19

شکل 1-7 کنتورها جابجایی سطوح ایزوپیکنال را در نتیجه­ی جریان بالاسو با لایه بندی یکنواخت و با سرعت نشان می­دهد که از روی یک تپه­ی نیم دایره با شعاع عبور کرده است. انتشار قائم امواج داخلی به طور موثری با کاهش عدد فرود شروع می­شود. در عدد فرود بحرانی() ایزوپیکنال­ها روی نقطه­ی واژگونی از روی تپه هستند (Sutherland , 2010). 19

شکل 1-8 تصویر شبیه سازی باد توفانی در سراشیبی یک تپه­ی دوبعدی با باد بالاسو و شرایط دمای پتانسیل مطابق با مشاهدات یک باد توفانی که در نزیک گرداله­ی کلورادو در 11 ژانویه­ی 1972 رخ داده است (Sutherland , 2010). 20

شکل1-10 توپوگرافی حوزه­ی مورد مطالعه (Meirion & Former, 2014) 22

شکل 1-11 مشاهدهی اثر بستهی موج داخلی در سطح دریا که در سوم اکتبر 1998 توسط سنجنده­ی راداری ERS SAR ثبت شده است(Small and Martin,2002). 23

شکل 1-12 نیم­رخ تغییرات دما نسبت به عمق در اواخر بهار(نمودار سمت راست) و اواخر پاییز(نمودار سمت چپ) (خلیل­آبادی & اکبری­نسب، 1393) 25

شکل 1-13 نیم­رخ تغییرات شوری نسبت به عمق در اواخر بهار(نمودار سمت راست) و اواخر پاییز(نمودار سمت چپ)(خلیل­آبادی & اکبری­نسب، 1393) 25

شکل 1-14 نیم­رخ تغییرات چگالی نسبت به عمق در اواخر بهار(نمودار سمت راست) و اواخر پاییز(نمودار سمت چپ) (خلیل­آبادی & اکبری­نسب، 1393) 26

شكل1-15 مربع فركانس پایداری مشاهده شده در خلیج­عمان در اواخر بهار(سمت راست) و اواخر پاییز(سمت چپ) (خلیل­آبادی & اکبری­نسب، 1393). 27

شکل 1-16 محدوده­ی رژیم انگشتی، انتشار همرفتی، ناپایداری ایستابی و پایداری مضاعف برای زوایای ترنر مختلف(خلیل­آبادی & اکبری­نسب، 1393) 29

شکل 1-17 نیم­رخ تغییرات زاویه­ی ترنر نسبت به عمق در اواخر بهار(نمودار سمت راست) و اواخر پاییز(نمودار سمت چپ) (خلیل­آبادی & اکبری­نسب، 1393) 29

شکل 1-18 پروفایل های چگالی پتانسیل(سمت چپ) و فرکانس شناوری(سمت راست) در ناحیه­ی عمیق خلیج عمان (Small & Martin, 2002) 32

شکل 1-19 نقشه­ی عمق­سنجی خلیج فارس و خلیج عمان(Small & Martin, 2002) 34

شکل 1-20 خروجی مدل جزر و مد در تنگه­ی هرمز و بخش­هایی از خلیج عمان. خطوط هم­فاز با رنگ خاکستری و خطوط هم­دامنه با رنگ سفید نشان داده شده­اند(Small & Martin, 2002). 35

شکل 1-21 محل مقطع انتخاب شده برای مدل سازی Small & Martin(2002) (با علامت *) نشان داده شده است. خط­چین­ها نیز کنتورهای عمق را نشان می­دهند. 38

شکل 1-22 پروفایل عمق واقعی در لبه­ی فلات قاره­ی خلیج عمان (Small & Martin, 2002). 38

شکل 1-23 ثبت چند بسته­ی موج داخلی توسط سنجنده­ی راداری در 3 اکتبر 1998(Small & Martin, 2002) 39

شکل 1-24 یک سری از جابجایی­های سطح تماس دو لایه را در 6 فاصله­ی زمانی یکسان در یک دوره­ی جزر و مدی را برای مورد 1 نشان می­دهد. بردارهایی که روی هر یک از جابجایی­هاست، جهت و اندازه­ی جریان را نشان می­دهد. نمودار پایین شکل نیز عمق را نشان می­دهد(Small & Martin, 2002). 40

شکل 1-25 خروجی مدل جزر و مدی داخلی برای مورد3. 6 نمودار بالا نوسانات سطح تماس دو لایه را در محدوده­ی مدل­سازی در یک دوره­ی جزر و مدی 12 ساعته نشان می­دهند. نمودار پایین شکل نیز عمق را نشان میدهد (Small & Martin, 2002). 43

شکل نرخ کرنش در محدوده­ی 90-70 کیلومتر(Small & Martin, 2002). 43

شکل 2-12 موج داخلی شبیه­سازی شده پس از زمان t=2.875 M2 (M2 دوره تناوب جزر و مد نیمه روزانه است). الف) نقشه­ی دو بعدی گرادیان جریان سطحی(du/dx) در راستای مداری. ب) تغییرات du/dx در امتداد برش عرضی 20∘47′N ج) پروفایل عمقی تغییرات دما در امتداد همان برش عرضی (Vlasenko, et al., 2010) 50

شکل 2-13 سری زمانی پروفایل دما حاصل از الف) اندازه­گیری میدانی ب) شبیه­سازی توسط مدل MITgcm (Himansu, et al., 2013) 51

شکل 2-14 نمایش سری زمانی چگالی در مراحل مختلف تکامل امواج داخلی. خط نقطه­چین قائم معرف مکانی است که پارامتر غیرخطی() در سمت راست آن غیر صفر می­شود و امواج داخلی غیرخطی شکل می­گیرند. (Vlasenko & Stashchuk, 2007) 52

شکل 3-1 سری زمانی تغییرات شوری لایه­ی سطحی.. 61

شکل 3-2 مقایسه­ی میانگین ماهانه­ی پروفایل­های دما و شوری حاصل از مدل­سازی عددی با مدل MITgcm و داده­های WOA  62

شکل 4-1 نرخ کرنش سطحی مداری ناشی از امواج داخلی در زمان­های مد(شکل الف) و جزر(شکل ب) 65

شکل 4-2 نرخ کرنش سطحی نصف­النهاری ناشی از امواج داخلی در زمان­های مد(شکل الف) و جزر (شکل ب) 66

شکل 4-3 میدان فشار غیرهیدروستاتیکی در زمانهای مد(شکل الف) و جزر (شکل ب) 67

شکل 4-4 نوسانات داخلی بین­لایه­ای دمای پتانسیل 3 ساعت قبل از جزر، حاصل از مدل­سازی امواج داخلی با مدل MITgcm   69

شکل 4-5 نوسانات داخلی بین­لایه­ای دمای پتانسیل در زمان جزر، حاصل از مدل­سازی امواج داخلی با مدل MITgcm.. 70

شکل 4-6 نوسانات داخلی بین­لایه­ای دمای پتانسیل 3 ساعت قبل از مد، حاصل از مدل­سازی امواج داخلی با مدل MITgcm.. 70

شکل 4-7 نوسانات داخلی بین­لایه­ای دمای پتانسیل در زمان مد، حاصل از مدل­سازی امواج داخلی با مدل MITgcm.. 71

شکل 4-8 تغییرات سرعت قائم در یک دوره­ی جزر و مدی نیمه­روزانه(با فاصله­ی زمانی 3 ساعت مرتبط با تصاویر 4-4 تا 4-7) 71

شکل4-9 تغییرات دمای پتانسیل مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در 3 ساعت قبل از جزر 73

شکل4-10 تغییرات دمای پتانسیل مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در زمان جزر 74

شکل4-11 تغییرات دمای پتانسیل مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در 3 ساعت قبل از مد  75

شکل 4-12 تغییرات دمای پتانسیل مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در زمان مد  76

شکل4-13 تغییرات سرعت قائم و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در 3 ساعت قبل از جزر 77

شکل4-14 تغییرات سرعت قائم و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در زمان جزر 78

شکل4-15 تغییرات سرعت قائم و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در 3 ساعت قبل از مد. 79

شکل4-16 تغییرات سرعت قائم و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در زمان مد. 80

شکل4-17 تغییرات مولفه­ی مداری سرعت افقی و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در 3 ساعت قبل از جزر 81

شکل4-18 تغییرات مولفه­ی مداری سرعت افقی و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در زمان جزر. 82

شکل4-19 تغییرات مولفه­ی مداری سرعت افقی و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در 3 ساعت قبل از مد. 83

شکل 4-20 تغییرات مولفه­ی مداری سرعت افقی و کنتورهای موج داخلی در 120 متر بالایی مقطع ”ب“ برای اجراهای هیدروستاتیک(شکل الف) و غیرهیدروستاتیک(شکل ب) در زمان مد. 84

شکل4-21 تغییرات نرخ کرنش سطحی مداری ناشی از امواج داخلی در محل گسل بستری در یك دوره­ی جزرومدی.. 85

شکل 4-22 تغییرات میدان فشار غیرهیدروستاتیکی در زمان های جزر(شکل الف) و مد(شکل ب) 86

شکل 4-23 میدان سرعت قائم در محل تپه­ی دریایی در یک دوره­ی جزر و مدی.. 89

شکل 4-24 میدان سرعت افقی در محل تپه­ی دریایی در یک دوره­ی جزر و مدی.. 89

شکل 4-25 تغییرات شوری در روی تپه­ی دریایی در یک دوره­ی جزر و مدی.. 91

شکل 4-26 تغییرات شوری در 140 متر بالای تپه­ی دریایی در یک دوره­ی جزر و مدی.. 91

شکل 4-27 تغییرات عدد بدون بعد فرود در محل تپه­ی دریایی در یک دوره­ی جزر و مدی.. 92

شکل 4-28 تغییرات دمای پتانسیل و کنتورهای امواج بین لایه­ای در یک دوره­ی جزر و مدی.. 94

شکل 4-29 مراحل شکل­گیری یک موج تنهای داخلی در یک مقطع قائم شمالی-جنوبی در دهانه­ی تنگه­ی هرمز(که تقریبا بر مقطع ”ه“ شکل 4-2 منطبق است) در یک دوره­ی جزر و مدی.. 95

شکل 4-30 تغییرات سرعت قائم در محل امواج داخلی غیرخطی در زمان­های جزر(شکل الف) و مد(شکل ب) 97

شکل 4-31 تغییرات سرعت افقی در محل امواج داخلی غیرخطی در زمان­های جزر(شکل الف) و مد(شکل ب) 98

شکل 4-32 تغییرات سرعت قائم در محل تشکیل موج تنهای داخلی جزر(شکل الف) و مد(شکل ب) 99

 

 

فهرست جداول

 

 

جدول 1-1 دامنه و فاز مولفه­های جزر و مدی در چهار بندر در تنگه­ی هرمز و خلیج عمان (Small & Martin, 2002) 34

جدول 1-2 جزئیات لایه­بندی در ناحیه­ی فلات قاره­ی خلیج عمان(مجموع عمق آب 100 متر در نظر گرفته شده است) (Small & Martin, 2002) 37

جدول 1-3 لیست مشخصه­های ورودی مدل در اجراهای مختلف (Small & Martin, 2002) 44

جدول 1-4 لیست مشخصه­های بسته­ی موج پیش­بینی شده به وسیله­ی مدل جزر و مد داخلی در محدوده­ی تقریبی 80 کیلومتر که امواج توسط سنجنده­ی SAR مشاهده شده­اند (Small & Martin, 2002). 44

جدول 5-1 مقایسه­ی مشخصه­های بسته­های موج پیش­بینی شده در مطالعه­ی حاضر با نتایج پیش­بینیSmall و Martin(2002) و مشاهدات سنجنده­های راداری در محدوده­ی 80 کیلومتری که امواج توسط SAR ثبت شده­اند. 102

 

 فصل اول

 

مقدمه و کلیات