عنوان پایان‌نامه
اثر پایداری لایه سطحی جو روی امواج ناشی از باد
- رشته تحصیلی
- هواشناسی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 42803;کتابخانه موسسه ژئوفیزیک شماره ثبت: 283پ
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۸۸
- دانشجو
- مهدی گرایلو
- استاد راهنما
- عباسعلی علی اکبری بیدختی
- چکیده
- چکیده امواج شکل گرفته در یک نقطه از دریا، یا ناشی از امواجی است که از نقاط دوردست به آن نقطه رسیده اند و یا محصول اندر کنش بین هوا و دریا در نقطه ی مورد نظر می باشند. نوع اول را امواج دورآ (Swell) و نوع دوم را موج ناشی از باد (Seas) محلی و یا اختصاراً امواج ناشی از باد می نامند. نقش امواج ناشی از باد محلی در الگوی رشد امواج دریا، البته کمتر از نقش امواج دورآ است و از این رو در مطالعه امواج دریا به ویژه به منظور امر پیش بینی امواج، این نقش معمولا ً کمتر در نظر گرفته شده است. برای تصحیح و بهبود مدلهای پیش بینی ضروری است که اثر این امواج نیز در نظر گرفته شود. تحقیق پیش رو به بررسی همین نقش می پردازد و خواهیم دید که اثری محسوس بر الگوی امواج دریا می گذارد. به این منظور اثر پایداری لایه ی سطحی جو بر روی رشد امواج دریا را به منظور بررسی نقش امواج ناشی از باد محلی در شکل گیری الگوی عمومی موج منطقه ی مورد مطالعه قرار می دهد. برای این منظور داده های هواشناسی و امواج مربوط به سالهای 1995 و 1996 و 1999 میلادی به دست آمده از بویه ی سازمان هواشناسی کشور در منطقه ی بوشهر، اطلاعات سال 1989 میلادی بویه ی شرکت ملی نفت در بندر نکا و نیز داده های 6 ماهه ی بویه انزلی متعلق به سازمان بنادر و دریانوردی وزارت راه و ترابری کشور، از ماه می تا نوامبر سال 2007 میلادی مورد استفاده قرار گرفته است. ابتدا مشخصات بی بعد امواج دریا (یعنی انرژی، فرکانس و طول موجگاه(Fetch) بی بعد شده) را برای داده های مذکور محاسبه می نماییم. سپس با محاسبه ی عدد ریچاردسون توده ای و تفکیک مقادیر مثبت و منفی و صفر آن و پس از آن طبقه بندی مقادیر مثبت این کمیت، پایداری لایه ی سطحی جو را بر اساس رژیمهای مختلف عدد ریچاردسون توده ای طبقه بندی کرده و آنگاه با استفاده از روابط همانندی موجود، رابطه ی فرکانس و انرژی بی بعد را با طول موجگاه و سن موج بی بعد، برای هر رژیم پایداری به دست می آوریم. همچنین از بررسی رفتار ارتفاع موج شاخص در حالات پایداری مختلف، نقش پارامتر پایداری در تشکیل الگوی امواج را دقیقتر بررسی می کنیم. سر انجام با کمک مدل لیو، کاتساروس و بوزینگر (Liu, Katsaros, Businger)سرعت اصطکاکی را برای رژیمهای پایداری به دست آورده و تغییرات آنرا در حالات پایداری مختلف لایه ی سطحی جو، مورد مطالعه قرار می دهیم تا سرانجام نقش ثانوی اما محسوس وضعیت پایداری در ساختار لایه ی سطحی و رفتار موج دریا را بالعینه مشاهده نماییم. نتایج تحقیق پیش ِ رو نشان می دهند که انرژی امواج دریا با افزایش میزان پایداری لایه ی سطحی جو کاهش می یابد. این حقیقت را می توان در تغییرات شکلِ بی بعد شده ی انرژی موج، به ازای حالات پایداری مختلف لایه سطحی در هر سه منطقه ی تحت مطالعه، و نیز در رفتار ارتفاع موج شاخص با تغییرات پایداری لایه ی سطحی مشاهده کرد. همچنین نتایج حاصل، نشان دهنده ی آن است که بسامد امواج دریا مستقل از حالت پایداری لایه ی سطحی می باشد. این نتایج کاملاً در توافق با فرضیه ی کاما و کلکوئین (Kahma, Calkoen, 1992)است که حالت پایداری لایه ی سطحی را بر انرژی امواج مؤثر، و بر بسامد آن بی تأثیر می داند. نتایج همچنین نشان می دهند که پایداری لایه ی سطحی ِ جو بر روی سرعت اصطکاکی در این لایه، که پارامتر مهمی در بررسی برهم کنش هوا و دریا می باشد، تأثیر می گذارد. به این ترتیب که آهنگ رشد سرعت اصطکاکی بر حسب سرعت باد در ارتفاع 10 متری زمین (و به عبارت دیگر شیب نمودار سرعت اصطکاکی بر حسب سرعت باد) با افزایش سرعت باد، در حالت پایداری لایه ی سطحی افزایش، و در حالت ناپایداری کاهش می یابد. به عبارت بهتر، تقعر منحنی سرعت اصطکاکی بر حسب سرعت باد وزنده در ارتفاع 10متری زمین (در واقع مشتق مرتبه ی دوم این منحنی)، در حالت پایدار مثبت، و در حالت ناپایدار منفی می باشد. کلمات کلیدی: انرژی بی بعد شده، بسامد بی بعد شده، طول موجگاه، طول موجگاه محدود شده، مدت زمان وزش باد محدود شده، دریای کاملا ً توسعه یافته، نظریه ی همانندی، ارتفاع موج شاخص، سرعت اصطکاکی، ضریب کشال، مدل LKB Key words: Dimensionless Energy, Dimensionless Frequency, Fetch, Fetch-Limited, Duration-Limited, Fully Developed Sea, Similarity Theory, Significant Wave Height, Friction Velocity, Drag Coefficient, LKB Model.
- Abstract
- Abstract EFFECTS OF STABILITY OF ATMOSPHERIC SURFACE LAYER ON THE WIND GENERATED WAVES MAHDI GERAYLOU The surface waves of a given region of the sea, are generated by the Swells – that receive from very distant points of the sea- and also, the air-sea interactions that produce what are called wind-generated waves. Although the effect of wind generated waves, in pattern of the growth of sea-waves is less than swell’s own; but in study on the these waves, it is necessary to focus on these secondary order effects of air-sea interactions and exchanges, to modify the forecasting models of sea waves. The present research investigates these effects in Bandar-e-Neka, Bandar-e-Anzali in coast of Caspian Sea, and Bushehr located in shore Persian Gulf in Iran. First the dimensionless quantities of the sea waves for these regions, whose meteorological and wave data is available, are calculated; and then the stability regimes of atmospheric surface layer are seperated, due to categorize negative, neutral and positive values of Bulk Richardson Number that calculated through above data. Next step is applying Similarity Theory for growth of wind wave and its relations, for dimensionless quantities of every stability regimes, to formulate the energy and frequency of the waves with respect to Fetches and wave ages, and then to compare these relations of different stability regimes with together. Finally, using the LKB model for modeling the sea-surface layer exchanges, help us to observe the changes occurred in relation between friction velocity of surface layer and wind speed in height 10 meters, due to changes in stability conditions. The results of the similarity relations show that the energy of the waves, declines against raise in Bulk Richardson Number (transition from unstable conditions toward stable one); but the frequency does not change sensible enough. Also, the rate of increasing of the friction velocity against wind speed, decreases at more wind speeds (in other words, the 2nd order derivative of the friction velocity versus wind speed, is negative) in the unstable conditions; while it increases in stable regimes (2nd order derivative is positive).
