وَمَا یَسْتَوِی الْبَحْرَانِ هَذَا عَذْبٌ فُرَاتٌ سَائِغٌ شَرَابُهُ وَهَذَا مِلْحٌ أُجَاجٌ وَمِن كُلٍّ تَأْكُلُونَ لَحْمًا طَرِیًّا وَتَسْتَخْرِجُونَ حِلْیَةً تَلْبَسُونَهَا وَتَرَى الْفُلْكَ فِیهِ مَوَاخِرَ لِتَبْتَغُوا مِن فَضْلِهِ وَلَعَلَّكُمْ تَشْكُرُونَ
و دو دریا یكسان نیستند: این یك، شیرینِ تشنگى‏زدا [و] نوشیدنش گواراست و آن یك، شورِ تلخ‏مزه است و از هر یك گوشتى تازه مى‏خورید و زیورى كه آن را بر خود مى‏پوشید بیرون مى‏آورید و كشتى را در آن، موج‏شكاف مى‏بینى تا از فضلِ او [روزى خود را] جستجو كنید و امید كه سپاس بگذارید (قرآن کریم, سوره ی مبارکه ی فاطر٬ آیه ۱۲ ٬ جزء ۲۲).
دانشکده‌ی علوم دریایی و اقیانوسی
پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته فیزیک دریا
موضوع:
تخمين امواج بلند ناشي از عبور چرخندهاي هواشناسي در سواحل بابلسر
استادان راهنما:
دکتر محمد اکبری نسب
دکتر سید محمد متولی
استاد مشاور:
محمدرضا خلیل آبادی
پژوهشگر: مرتضی محسنی مقدم
آذرماه 1393
«تشکر و قدردانی»
سپاس خداوندی راست که سزاوار خدایی است. در همه جا و همه‌ی زمانها یاور ماست. خدایی که درهای علم و دانش را به روی ما گشود و من کمترین را در پناه خویش جای نهاد و با آنکه لایق آن نبودم، از کرم خویش عطا نمود….
با تشکر و سپاس از استاد معزز آقای دکتر اکبری نسب و آقای دکتر متولی که صمیمانه در این مدت با حمایت‌های دلسوزانه‌ی خود مرا همراهی نمودند. با تشکر و سپاس از استاد بزرگوار آقای محمدرضا خلیل آبادی ، که با راهنمایی‌ها و تذکرات مفید و ارزنده‌ی خود راه را برایم هموارتر نمودند و لغزش‌های فراوان مرا با درایت و سعه ی صدر، اصلاح نمودند، و در تمام مراحل این رساله بنده ی حقیر را راهنمایی و کمک کردند.
مرتضی محسنی مقدم
«تقدیم به»
پدر و مادر عزیزم و
همسر عزیزتر از جانم که با همراهی سبزش ، ادامه مسیر زندگی را هموار و پرامید نموده اند.
چکیده
آشفتگی سطح دریا به هنگام عبور توفان معلول دو علت است. علت اول بادهای توفانی است که با وارد کردن تنش بر سطح آب باعث انتقال تکانه به سطح آب شده و منجر به پاسخ واداشته سطح آب و امواج کم عمق می شوند که قادرند به فواصل دورتر از محل شکل گیری حرکت کنند. علت دوم، افت فشار جو به هنگام توفان است که باعث آشفتگی سطح دریا می شود. این اثر که معمولاً تحت عنوان «اثر وارونگی فشار1» شناخته می شود بیان می کند که، به ازای هر میلی بار افت/افزایش فشار هوا روی سطح دریا، ارتفاع سطح آب یک سانتی متر افزایش/کاهش می یابد. در این مطالعه تأثیر کم فشار های جوی بر روی نوسانات سطح آب و ارتفاع امواج ایجاد شده در دریای خزر مورد بررسی و مطالعه قرار میگیرد. در این پایان نامه به منظور شناسایی رخداد های ایجاد شده ( افزایش نوسانات تراز آب )، نسبت به خط میانگین سطح تراز آب، ابتدا داده های نوسانات سطح تراز از اداره بنادر به صورت ساعتی در ایستگاه های جنوبی دریای خزر برای سالهای 2008 و 2009 جمع آوری شده و با ترسیم این داده ها، رخدادها شناسایی شدند. سپس با استفاده از داده های هواشناسی جمع آوری شده برای سالهای 2008 و 2009 با گام شش ساعت شامل دما، باد و فشار را از سایت NOAA در روزهای که رخداد رخ داده شده است، ابتدا با استفاده از میدان باد، تاوایی نسبی در منطقه محاسبه شده است. سپس این پارامترها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان داد، که در محل کمینه فشار(چشمه توفان) بیشینه تاوایی باد مشاهده می شود، و با جابجایی چشمه طوفان، محل بیشینه تاوایی نیز تغییر میکند. در ضمن روند تغییرات فشار هوا و تاوایی نسبی مشابه یکدیگر هستند. همچنین نتایج نشان دادکه کم فشارهای جوی بر تراز سطح آب دریا غالبا بصورت افزایش میانگین روزانه سطح تراز آب می باشد.که می تواند بیانگر غالب بودن اثر وارونگی فشار باشد.در ضمن اکثر رخدادهای در این دو سال در ماه ژانویه رخ داده است.
.واژه‌های کلیدی:
تاوایی نسبی، دریای خزر، کم فشار جوی(سیکلون)، رخداد طوفان
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول1
مقدمه و کلیات1
1-1- مقدمه2
1-2- ضرورت اهمیت انجام تحقیق3
1-3- بیان مسأله و اصل تحقیق4
1-4- پرسش‌های اساسي تحقیق4
۱-4-2- نوآوری‌ها5
1-5- اهداف تحقیق5
1-6- فرضیات تحقیق5
1-7- تعاریف واژه های کلیدی:5
1-8- برکشند توفان6
1-9- مراحل رخداد برکشند توفان8
1-10- فشارهوا8
1-10-1- سیستم کم فشار8
1-10-2- سیستم پرفشار9
1-11- جریان هوا یا باد9
1-12- تغییرات تراز آب دریا ها و اقیانوس10
1-13- عوامل مؤثر در تغییرا ت تراز دریا10
1-13-1- مد طوفان و سطح تراز آب12
1-14- تراز آب دریای خزر12
1-15-اثرات افزايش تراز آب جهاني:13
1-16-ثرات بالا آمدن آب درياي خزر13
1-16-1- اثرات مطلوب در ايران:13
1-16-2- اثرات نامطلوب در ايران:14
1-17- نوسانات بلندمدت تراز آب درياي خزر:14
1-18- نوسانات فصلي تراز آب درياي خزر:14
1-19- نوسانات کوتاه مدت تراز آب درياي خزر:15
1-20- جریان های دریای خزر15
1-21- بارش روی دریای خزر16
فصل دوم17
مروری بر پیشینه پژوهش17
2-1- مروری بر مطالعات انجام شده18
فصل سوم24
مواد و روشها24
3-1- روش تحلیل رخدادها25
3-1-1 مراحل تجزیه و تحلیل داده ها و انتخاب رخدادها26
3-5-نرم افزار فرت ((FERRET27
3-3- منطقه مورد مطالعه28
فصل چهارم29
نتایج29
4-2- بررسی رخدادها30
4-2-1- رخداد اول: اواخر ژانویه 200830
4-2-1-1 رهگیری مسیر حرکت کم فشار جوی:30
4-2-1-2 – داده های باد:35
4-2-1- 3- نوسانات تراز دریا :38
4-2-1- 4- رابطه بین کمیتهای هواشناسی (باد،فشار سطح دریا،ورتیسیته) برای رخداد اول :40
4-2- 2- رخداد دوم: رخداد 19 فوریه 200845
4-2-2-1- رهگیری مسیر حرکت توفان45
4-2-2-2 -رابطه بین کمیتهای هواشناسی (باد،فشار سطح دریا،ورتیسیته) برای رخداد دوم52
4-2-3- رخداد سوم 11-10 ژانویه ی 2009 (20-19 دی 1387)61
4-2-3-1- رابطه بین کمیتهای هواشناسی(باد،فشار سطح دریا،ورتیسیته و دما) برای رخداد سوم64
4-2-4 رخداد چهارم : 11 فوریه ی 2009 (23 بهمن 1387)69
4-2-4-1- رابطه بین کمیتهای هواشناسی(باد،فشار سطح دریا،ورتیسیته و دما) برای رخداد چهارم69
رخداد پنجم 18 فوریه ی 2009 (30 بهمن 1387) 4-2-578
4-2-5-1 رابطه بین کمیتهای هواشناسی(باد،فشار سطح دریا،ورتیسیته) برای رخداد پنجم81
فصل پنجم91
نتیجه گیری91
5-1نتيجه گيري92
5-2- پیشنهادات93
منابع و مآخذ95
مراجع فارسی95
مراجع لاتین96
فهرست شکلها
شکل 1-1 تاوایی نسبی و از چپ به راست، دارای مقادیر منفی-مثبت- خنثی6
شکل 1-2- الگوی کلی برکشند توفان در یک خلیج کوچک7
شکل1-3- سمت راست، یک پرفشار( آنتی سیکلون)، سمت چپ، یک کم فشار(سیکلون).9
شکل 3-1- موقعیت نقطه انتخابی28
شکل4-1-یک کم فشار جوی از شمال غرب دریای خزر 29ژانویه ساعت 12 وارد می شود31
شکل 4-2- چشم توفان 29ژانویه ساعت18 از غرب وارد خزر میانی می شود31
شکل4-3- ورود توفان به سمت جنوب شرق خزر29ژانویه ساعت 2432
شکل4-4- حرکت به سمت جنوب شرق خزر 30 ژانویه ساعت 1232
شکل 4-5- رهگیری مسیر حرکت توفان در روز30 ژانویه 200833
شکل4-6- چشم توفان در نیمه ی دوم روز 30 ژانویه 2008منطقه ی جنوب شرق خزر را احاطه نموده است.33
شکل4-7- چشم توفان در اوایل روز 31 ژانویه منطقه ی جنوب شرق خزر را احاطه نموده است.34
شکل4-9- تصاویر ماهواره ای میدان باد در 30 ژانویه35
شکل4-8- تصاویر ماهواره ای میدان باد در 31 ژانویه35
شکل 4-10- نوسانات فشار هوا و اندازه ی سرعت باد در ژانویه 2008 در ایستگاه هواشناسی نوشهر36
شکل 4-11- نوسانات فشار هوا و اندازه سرعت باد در ژانویه 2008در ایستگاه هواشناسی امیر آباد37
شکل 4-12- نوسانات فشار هوا و اندازه سرعت باد در ژانویه 2008 در ایستگاه هواشناسی انزلی37
شکل 4-13- نوسانات سطح آب دریا ثبت شده توسط دستگاه های تراز نگار برای ماه ژانویه2008 ایستگاه نوشهر38
شکل4-14- تصویر ماهواره ای میانگین روزانه ی ارتفاع سطح آب دریای خزر در 30 ژانویه200839
شکل4-15 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط نرم افزار ferret در ساعت 00 تاریخ 30 ژانویه 200841
شکل4-16 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 6 تاریخ 30 ژانویه 200842
شکل4-17 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 12 تاریخ 30 ژانویه 200843
شکل4-18 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 18 تاریخ 30 ژانویه 200844
شکل4-19- ورود کم فشارجوی از شمال غرب روز18 فوریه سال 2008،46
شکل4-20 رهگیری مسیر توفان در19 فوریه 200846
شکل4-21- ورود توفان به بخش مرکزی دریای خزر ساعت 6 روز 19 فوریه2008.47
شکل4-22- ادامه حرکت توفان ساعت 12روز 19 فوریه 2008.47
شکل4-23- ساعت 18 روز19فوریه 2008 توفان 48
شکل 4-24- نوسانات فشار هوا و اندازه سرعت باد در فوریه 2008 در ایستگاه هواشناسی امیر آباد49
شکل 4-25- نوسانات فشار هوا و اندازه سرعت باد در فوریه 2008 در ایستگاه هواشناسی انزلی49
شکل 4-26- نوسانات فشار هوا و اندازه سرعت باد در فوریه 2008 در ایستگاه هواشناسی نوشهر50
شکل 4-27- نوسانات سطح آب دریا ثبت شده توسط دستگاه های تراز نگار برای ماه فوریه 2008 ایستگاه نوشهر50
شکل4-28- نصویر ماهواره ای میانگین روزانه ی ارتفاع سطح آب دریای خزر ساعت 12 روز 20 فوریه 200851
شکل4-29- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 00تاریخ 19 فوریه 200853
شکل4-30- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 6تاریخ 19 فوریه 200854
شکل4-31- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 12تاریخ 19 فوریه 200855
شکل4-32 – نمودارهای رسم شده توسط ferret در ساعت 18 تاریخ 19 فوریه 200856
شکل4-33 – نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 00 تاریخ 20 فوریه 200857
شکل4-34- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 6 تاریخ 20 فوریه 200858
شکل4-35 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 12 تاریخ 20 فوریه 200859
شکل4-36 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 18 تاریخ20 فوریه 200860
شکل 4- 29- فشاری در تاریخ .10 ژانویه 200961
شکل 4- 30 خطوط فشاری 11 ژانویه 200962
شکل 4-31 خطوط فشاری 11 ژانویه 200963
شکل 4-32 نمودار ارتفاع تراز سطح آب دریا در ماه دی(ژانویه-فوریه)64
شکل4-34- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 6 تاریخ 11 ژانویه 200966
شکل4-35 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 12 تاریخ 11 ژانویه 200967
شکل4-36 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 18 تاریخ 11 ژانویه 200968
شکل 4-37 خطوط فشاری 11 فوریه ی 200971
شکل 4-38- خطوط فشاری 11 فوریه ی 200972
شکل4- 39- خطوط فشاری 11 فوریه ی 200973
شکل4-40- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 00 تاریخ 11 فوریه ی 200974
شکل4-41- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 6 تاریخ 11 فوریه ی 200975
شکل4-42- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 12 تاریخ 11 فوریه ی 200976
شکل4-43- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت18 تاریخ 11 فوریه ی 200977
عکس 4-44- خطوط فشاری 17 فوریه ی 200978
عکس 4-45- خطوط فشاری 17feb200979
عکس 4-46 خطوط فشاری 18feb200980
عکس 4-47 ارتفاع تراز دریا در بندر نوشهر (بهمن 1387)81
شکل4-48- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت00 تاریخ 17 فوریه 200982
شکل4-49 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت6 تاریخ 17 فوریه 200983
شکل4-50 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت12 تاریخ 17 فوریه 200984
شکل4-51 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت18تاریخ 17فوریه 200985
شکل4-51 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت18تاریخ 18فوریه 200986
شکل4-52 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 00 تاریخ 18فوریه 200987
شکل4-53 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 6 تاریخ 18فوریه 200988
شکل4-54 نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 12 تاریخ 18فوریه 200989
شکل4-55- نمودارهای رسم شده باد،تاوایی،فشار و دما توسط ferret در ساعت 18 تاریخ 18فوریه 200990
لیست یکاها
سانتیمتر مکعب (Cubic centimeters) cm3
درجه سلسیوس (Celsius Degree) 0C
هرتز (Hertz) Hz
کیلومتر (Kilometer) Km
متر (Meter) m
میلی‌متر (Milli Meters) mm
میلی بار ( Millibar)mbar
متر بر ثانیه (Meters per second) m/s
پاسکال (pascal) pa
ثانیه (Second) S
متر بر سال (Meters per Year ) myr-1
هکتو پاسکال (Hecto Pascal) hPa
اتمسفر ((atmosphere atm
سانتیمتر (( centimetere cm
فصل اول
مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
در سرتاسر جهان، کشور هایی که از امتیاز همجواری با آب های آزاد و دریاچه های بزرگ برخوردار بوده و فعالیت های ساحلی و دریایی عمده ای را پیش رو دارند در قالب برنامه های منظم به شناخت امواج و سایر پدیده های دریایی خود می پردازند. امواج از مهم ترین پدیده های دریایی هستند که به دلیل ماهیت پیچیده و اتفاقی خود از مشکل ترین موضوعات مهندسی دریایی به شمار می آیند. تأثیرات امواج بر کلیه ی فعالیت های ساحلی و دریایی سبب می گردد تا شناخت مشخصه های امواج از طریق اندازه گیری های میدانی، بررسی های تحلیلی و تـئوریک، مدل سازی های فیزیکی و شبیه سازی های عددی مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی مهندسین سواحل و بنادر با استفاده از روشهای فوق به دنبال شناخت امواج در مناطق مختلف و تعیین مشخصه های بزرگترین امواج محتمل و رژیم سالانه امواج جهتی می باشند. پیش بینی موج معمولا برای حداکثر چند روز جهت به کار گیری در امر کشتیرانی صیادی گردشگری و…به منظور افزایش ضریب ایمنی جان دریانوردان وساحل نشینان، حفظ و بهره برداری بهینه از سرمایه گذاری ها ونظارت بر آلودگی های دریایی ارایه می شود و تحلیل موج معمولاً جهت تعیین احتمال وقوع موج دوره تناوب موج، مقدار بیشینه ارتفاع موج برای دوره زمانی طولانی مرسوم به دوره بازگشت برای به کار گیری در امر مهندسی سواحل وسازه های دریایی مورد استفاده قرار می گیرد. پیدایش امواج در اقیانوس ها از ورود مداوم امواج خارجی است که یکی از آشکارترین آنها فرآیند اندر کنشی بین جو وسطح دریا یعنی عمل باد بر روی سطح دریا می باشد. واکنش سطح اقیانوس نسبت به این نیروها محدوده وسیعی از پریود ها وطول موج ها شامل امواج کشش سطحی با پریود کمتر از1 ثانیه تا امواج ناشی از باد و امواج دورا با پریود کمتر از 1دقیقه و نوسانات جزر و مدی با پریودی ازمرتبه چند ساعت تا یک روز را در بر می گیرد.
سطح آب دريای خزر، علاوه بر تغييرات چند ساله و فصلی، دارای تغييرات ناگهانی و با تداوم‌های ساعتی و روزانه نيز هست که بر اثر الگوهای گردشی جوّ ايجاد می‌شوند و برخی مواقع بعضی از اين نوسان‌ها آنقدر شديد است که خسارات سنگينی را به فعاليت‌های اقتصادی و اجتماعی نواحی ساحلی وارد می‌سازد. (خوشحال، جواد و قانقرمه، عبدالعظیم، 1392).

1-2- ضرورت اهمیت انجام تحقیق
مشخص های امواج دریا به شدت با زمان و مکان در تغییر بوده و شناخت مناسب از مشخصات امواج در یک منطقه مستلزم اندازه گیری های دراز مدت ( در حدود 10 سال به بالا ) در تعداد نقاط متعددی از منطقه مورد مطالعه می باشد. در کشورهای آمریکا، ژاپن، هلند و … علم مهندسی دریا و اقیانوس شناسی از چند دهه قبل مطرح و پیشرفت های قابل توجه نموده است. در نتیجه این پیشرفت ها، موفقیت های علمی و فنی بسیاری در زمینه ناوبری و تردد انواع شناورها از قایق های کوچک تفریحی و لنج های صیادی گرفته تا کشتی های اقیانوس پیمای مسافربری و تجاری و زیر دریایی و ناوهای جنگی نصیب این کشورها گردیده است. پیشرفت این کشورها در زمینه طراحی و احداث بنادر صیادی، تجاری، نظامی و …احداث سکوهای نفتی و انجام دیگر فعالیت های مهندسی نیز قابل توجه می باشد. از مهمترین عوامل مؤثر در انجام این فعالیت های دریایی، انجام اندازه گیری های مناسب و تحلیل های علمی در جهت شناسایی خصوصیات امواج منطقه مورد مطالعه می باشد. روش ایده آل مطالعه یک پدیده خاص موج، انجام تعدادی اندازه گیری واقعی در محل مورد نظر خواهد بود. البته دراکثر اوقات، تحقق آن امکان پذیر نیست. لذا اطلاعات شبیه سازی شده به وسیله یک روش مصنوعی به عنوان جایگزین ثبت های واقعی مورد نیاز است.(گلشاهی، 1385).جمهوری اسلامی ایران با داشتن مرزهای طویل آبی در شمال و جنوب، در زمره ی کشورهای ساحلی محسوب شده و این امکان پر ارزش را یافته است تا با شناخت و استفاده مؤثر از دریا، از این منبع آبی به عنوان یکی از محور های اصلی و حیاتی برای توسعه اقتصادی- اجتماعی منطقه در طی دو دهه ی گذشته و از سوی دیگر به دلیل نوسانات و پیشروی آب آن مورد توجه و اهمیت ویژه قرار گرفته است. دریای خزر در بین کشورهای جمهوری اسلامی ایران، آذربایجان، قزاقستان، روسیه و ترکمنستان قرار گرفته است. نوسانات تراز آب این دریا اثرات زیادی بر کشورهای مجاور داشته است و چون اکثر شهرهای بزرگ در مجاور دریا (شهر های بندری) قرار گرفته اند لذا بررسی نوسانات تراز دریای خزر یک ضرورت می باشد. علاوه بر این نوسانات تراز آب اثرات زیست محیطی و اقتصادی و اجتماعی دارد. اهمیت پیش بینی تراز آب دریا برای زمان کنونی در طراحی مدل های هواشناسی و نیز در حفظ سواحل کمک میکند. در کشورهای اطراف دریای خزر مطالعاتی در مورد نوسانات تراز دریای خزر انجام شده است. برای اندازه گیری تراز سطح دریا وسایل و روش های مختلفی وجود دارد که از جمله بویه های هواشناسی، شاخص هایی که عمود بر سطح دریا قرار دارند، کشتی های تحقیقاتی و تصاویر ماهواره ای و داده های ماهواره ای. ازمیان روش های فوق برای کشورمان به دلیل کمبود امکانات در داشتن بویه ها و به دلیل پایین بودن دقت شاخص ها( شاخص ها معمولاً توسط شخص دیده بانی می شوند) و نیز حرکات عمودی زمین استفاده از ماهواره را در تعیین تراز آب دریا ضروری می کند. دقت اندازه گیری ماهواره ها بسیار بالا است. تنها اشکال ماهوارههای ارتفاع سنجی در منابع خطای آنهاست که در صورت تصحیح این خطاها از تمام روشهای فوق بهتر و مناسبتر است.(فرناندز و دیگران).
1-3- بیان مسأله و اصل تحقیق
نوسانات تراز آب دریاچه ها در نتیجه تغییرات آب و هوایی منطقه ای و جهانی است. نوسانات تراز آب در نتیجه بازتاب تغییرات تبخیر و بارش در محیط دریاچه و حوزه آبخیز آن می باشد.(مرسیر2 و همکاران 2001). اندازه گیری تراز آب معمولاً به دو روش انجام می شود: الف-در مناطق ساحلی به وسیله ی بویه ها و تاید گیجها که نسبت به یک وسیله که عمود بر سطح آب می باشد، اندازه گیری می شود و ب- به وسیله ارتفاع سنج راداری. ماهواره های ارتفاع سنجی، با دقت بالا و کیفیت عالی تراز آب را اندازه گیری می کنند. دریای خزر بزرگترین دریاچه جهان است که طی 200 سال پیش دارای نوساناتی به اندازه 15 متر بوده است و طی 5 قرن، 7 متر از تراز آن کاسته شده است. تراز آب دریای خزر از اواخر قرن 20 روند صعودی داشته است. البته تراز آب دریای خزر نسبت به دریای بالتیک سنجیده می شود. بیشترین تغییرات در تراز اب دریای خزر که برای یک سال اندازه گیری شده است، 34/0 متر در سال بوده است (هوگندوم 3و همکاران 2005). در این تحقیق از داده های ساعتی نوسان سطح آب دریای خزر برای بررسی تراز آب دریای خزر استفاده گردیده است.این داده ها برای سال 2008 و2009میلادی در دسترس می باشد.
1-4- پرسش‌های اساسي تحقیق
1- تغییرات تراز آب دریای خزر در سال 2008 و 2009 به چه شکل می باشد؟
2- سیکلونهای جوی تا چه حد روی تغییرات سطح آب دریای خزر جنوبی موثرند؟
3- اثر تاوایی نسبی بر روی نوسانات تراز آب دریای خزر چگونه است؟
4- جهت باد در هنگام غالب شدن کم فشار جوی چگونه است؟
۱-4-2- نوآوری‌ها
در مطالعات قبلی اثر تاوایی نسبی را بر روی نوسانات سطح تراز آب بررسی نکرده بودند.
1-5- اهداف تحقیق
هدف از این تحقیق، تعیین نحوه تأثیر کم فشار های جوی و حداکثر بالا آمدگی سطح آب در هنگام توفان در جنوب دریای خزر با نگاه موردی به بندر نوشهر و تخمین امواج بلند در این منطقه می باشد.سپس تاوایی نسبی را مورد بررسی قرار می دهیم. با استفاده از شناخت آماری و چگونگی مشاهده و پیش یابی میزان تغییرات تراز دریا در اثر ورود و تأثیر کم فشار های جوی می توانیم در مطالعات مهندسی ساخت سازه های ساحلی و فراساحلی و مطالعات زیربنایی سازمان بنادر و کشتیرانی، شیلات و وزارت دفاع و … مورد استفاده قرار دهیم.
1-6- فرضیات تحقیق
سیکلونها و آنتی سیکلونها بر روی نوسانات تراز آب تأثیر دارند.
1-7- تعاریف واژه های کلیدی:
چرخند(سیکلون) : سیستم های کم فشار جوی که با حرکت از مرکز سیستم به بیرون فشار افزایش مییابد. .
تاوایی نسبی4: هر چیزی بر روی زمین شامل اقيانوس و اتمسفر دقيقا” به همان اندازة چرخش زمين حول محورش دوران نمي كنند بلكه داراي چند حركت چرخشي دیگر نسبت به زمين دارند كه ناشي از جريانهاي مختلف و بادها مي باشند. تاوائی ناشي از گرادیان سرعت شاره (بدون چرخش زمين) تاوائی نسبي5 ناميده مي شود (شکل 1-1). در اكثر مباحث اقيانوس شناسي غالبا” فقط مؤلفة قائم تاوائی مورد استفاده قرار مي گيرد. تاوائی قائم با رابطة زير داده مي‌شود:
(1-1)
شکل 1-1 تاوایی نسبی و از چپ به راست، دارای مقادیر منفی-مثبت- خنثی
در این پایان نامه منظور از v و u مولفه های سرعت نصف النهاری و مداری باد می باشد.
1-8- برکشند توفان
نوسان سطح آب در اثر عوامل جوی مانند باد شدید و تغییر ناگهانی در فشار اتمسفر با پریود بلند را برکشند توفان گویند. وقتی یک جبهه هوای کم فشار از روی سطح دریا می گذرد، تغییر معینی در تراز دریا پدید می آورد، این تغییر عمدتاً به وسیلهی مکش آب دریا ناشی از افت فشار روی سطح دریا و نیز توسط جریان قوی آب دریا در جهت پایین دست باد حاصل می شود. چنین صعودی در تراز آب دریا همواره با پیشروی جبهه هوای کم فشار، نوعی امواج پیشرونده واداشته را در ناحیه محصور نشده دریا به وجود می آورد. مکش آب دریا به وجود آمده در اثر هوای کم فشار مستقل از عمق آب است. لیکن صعود تراز آب دریا در بالای سطح ایستایی به وجود آمده در اثر جریان به طور معکوس با عمق آب متناسب است. به همین دلیل ارتفاع برکشند توفان در آب کم عمق بیشتر است. وقتی موج پیشرونده واداشته به لبه فلات قاره (جایی که عمق آب حدود 200 متر است) نزدیک می شود ارتفاع برکشند توفان در اثر کاهش ناگهانی عمق آب افزایش می یابد. هنگام پیشروی برکشند توفان به داخل ناحیه کم عمقتر و ورود آن به خلیج کوچک، پدیده انعکاس موج در رأس خلیج رخ می دهد، لذا قسمتی از انرژی موج به درون خلیج راه نمییابد ولی بیشتر انرژی برای مدت طولانی در خلیج محصور خواهد شد. از این لحاظ نوسان طبیعی آب خلیج با فرآیند فوق شکل میگیرد. نوسان ایجاد شده فوق نوسان ثانویه بنادر نام دارد و برای چندین ساعت باقی میماند. تاریخچه زمانی نوسانات سطح دریا در یک خلیج کوچک در شکل زیر آورده شده است.
شکل 1-2- الگوی کلی برکشند توفان در یک خلیج کوچک
هنگامی که یک توفان دریایی در 300 تا 1000 کیلومتری محل مورد نظر قرار دارد،نوسان سطح دریا آغاز می شود. البته در این مرحله هنوز نمی توان اغتشاش جوی را شناسایی کرد. اگر محدوده های کوچک در داخل منطقه توفانی قرار داشته باشد، آنگاه آب دریا در داخل خلیج به طور ناگهانی بالا میاید. این قسمت از پدیده برکشند توفان نامیده می شود.بعد از انکه تراز دریا نزول کرد، برای مدتی می توان بالا و پایین رفتن سطح آب دریا با پریود نوسان طبیعی خلیج کوچک را مشاهده کرد. این قسمت از پدیده تجدید برکشند نام دارد.
1-9- مراحل رخداد برکشند توفان
رخداد برکشند توفان را به سه مرحلی می توان تقسیم کرد:
1- ظهور امواج پیش قراول : افزایش تدریجی تراز دریا قبل از ورود توفان و وقوع برکشند اصلی که به علت ورود امواج پیش قراولی که ناشی از باد منطقه نبوده و عمدتاً سوئل یا انتقال غیر خطی امواج بلند هستند رخ می دهد.
2- رخداد برکشند توفان : افزایش ناگهانی و شدید تراز آب دریا که با ورود توفان به منطقه و هجوم آب به ساحل ایجاد می شود.
3- ظهور برکشند های کوچکتر6: کاهش تدریجی تراز دریا پس از عبور توفان و وقوع برکشندهای اصلی که همراه با ایجاد شدن امواج بلند با پریودی کمتر از خود برکشند اصلی است. این برکشندهای کوچکتر که به علت ادامه نوسانات تراز دریا رخ می دهد، مانع از برگشت سریع دریا به حالت عادی می شود.
1-10- فشارهوا
مرکز توفان یا همان چشم توفان یک مرکز کم فشار است که این مرکز کم فشار باعث بالا آمدن سطح دریا می شود یا به ازای هر میلی بار افت فشار که در مرکز توفان داریم سطح آب 1 سانتی متر بالا می آید. زمانی که فشار هوا زیاد باشد، هوا روی آب سنگینی می کند و آب را فشرده کرده و آب به سمت پایین می رود.حال اگر این فشار هوا افت پیدا کند، یک فشار از روی سطح آب برداشته و آب بالا می آید. حال فرض کنیم سطح آب آرام است، یک ستون از هوا روی این آب در نظر میگیریم. وقتی فشار هوا زیاد می شود به سطح آب فشار وارد می کند وسطح آب را به سمت پایین سوق می دهد و اطرافش به سمت بالا می آید.
1-10-1- سیستم کم فشار
به مراکز فشار هوای کم در جو سیکلون گویند که حداقل فشار هوا در مرکز آن قرار دارد و به حرکت به طرف خارج آن فشار هوا افزایش می یابد.
1-10-2- سیستم پرفشار
به مراکز فشار هوای زیاد در داخل جو مرکز پرفشار(آنتی سیکلون) می گویند. در یک آنتی سیکلون برعکس سیکلون با حرکت از مرکز به پیرامون آن از مقدار فشار هوا کاسته می شود. یعنی حداکثر فشار هوا در مرکز آن قرار دارد.
شکل1-3- سمت راست، یک پرفشار( آنتی سیکلون)، سمت چپ، یک کم فشار(سیکلون).
1-11- جریان هوا یا باد
همراه توفان جریان هوا یا باد را داریم که این بادها باعث می شوند که یک انتقال مومنتوم به سطح آب وارد شود و آب را به سمتی هدایت کند . در بعضی مواقع جهت باد طوری است که آب را به سمت ساحل هل می دهد، در نتیجه هم در اثر افت فشار هوا و هم در اثر بادهای توفانی سطح آب یک مقدار بالا می آید و زمانی که آبها به سمت ساحل جمع شدند، پدیده برکشند توفان رخ می دهد.
بادهای دریای خزر به پنج گروه طبقه بندی می شوند:
(1) باد های شمال غربی: با سرعت یکنواخت تا حوالی شبه جزیره آبشوران را تحت تاثیر قرار می دهند.
(2) باد های شمال – شمال غربی: به تدریج با تغییر جهت خود در نزدیکی شبه جزیره آبشوران به سمت شمال می روند.
(3) بادهای شمال شرقی و شرقی: که گاهی گردبادهای حقیقی را ایجاد می کند.
(4) باد های جنوب شرقی: گاهی شدید و ملایم هستند.
در سواحل ایران، اغلب بادهای شمال شرقی و شمال غربی می وزند که هر دو در موقعی که دارای شدت زیاد باشند توفان های را پدید می آورند. (گلوبستو و لی 7،2000).
1-12- تغییرات تراز آب دریا ها و اقیانوس
تراز آب جهانی به میزان 120 متر از آخرین دوره یخبندان یعنی حدود 18000سال پیش تا کنون بالا آمده است که عمده آن در 6000 سال پیش رخ داد( آرخیپوا8 وهمکاران 2002). از 3000 سال پیش تا آغاز قرن 19 میلادی تراز آب تقریباً ثابت بوده و به میزان 1/0 تا 2/0 میلیمتر در سال افزایش نمود. از ابتدای قرن بیست نیز تراز آب به طور متوسط به میزان 1 تا 3 میلیمتر در سال افزایش یافت (بلینسکی و کالینین 9 2003). از سال 1992 ارتفاع سنجی ماهواره ای نرخ افزایشی حدود 3 میلی متر در سال را نشان داد (ایگنسون 10،2003). این تغییر ممکن است اولین نشانه اثر گرم شدن جهانی بر تراز آب باشد که بالا آمدن تراز آب را در قرن 21 نشان می دهد. تغییرا ت متوسط تراز آب جهانی از تغییرات حجم محیط اقیانوسی که عمدتاً به دلیل تغییر دمـا و شـوری پـدیدار شـده نتیجـه می شوند. داده های اخیر دمای اقیانوس ها امکان تخمین سهم افزایش دمایی در بالا آمدن تراز آب را می دهد. در 50 سال گذشته افزایش دما به اندازه 4/0 میلیمتر در سال موجب بالا آمدن تراز آب شده است(کوکس11 و همکاران 2002). بقیه افزایش تراز آب بر اثر آب شدن یخهای قطبی می باشد به طور مثال آب شدن یخهای گرینلند در دهه 90 میلادی موجب بالا آمدن تراز آب به میزان 1 میلی متر در سال شد.
1-13- عوامل مؤثر در تغییرا ت تراز دریا
تراز آب در نقاط مختلف دریاها و اقیانوس ها متغیر و دارای پستی و بلندی هایی است. این تغییرات به دلیل عوامل گوناگونی نظیر جزر و مد، وجود جریان های دریایی در منطقه، تغییرات جاذبه زمین، باد و یا تغییرات در فشار هوا است. همچنین، سطح دریا شواهدی از گرمای محلی ایجاد شده توسط تابش خورشیدی، مانند افزایش تراز آب در اقیانوس ها بر اثر ذوب شدن کوه های یخ یا یخچال ها را فراهم می کند. تغییرات سطح دریا ناشی از عوامل متفاوتی است که بعضی از آنها نظیر ال نینو و لانینو می توانند اثرات مهمی بر آب و هوای کره زمین و شرایط زیست محیطی آن بگذارند و سبب بروز خشکسالی ها، توفان های شدید، باران های سیل آسا و یا طغیان رودخانه ها در مناطق گوناگون شوند. این پدیده ها به نوبه خود زندگی مردم را به شدت تهدید می کنند. توفان کاترینا نمونه ای از این پدیده ها و تأثیرات مخرب آنها بر حیات و محیط زیست انسانها است؛ لذا دیده بانی سطح آب دریاها و اقیانوس ها می تواند بشر را از بروز چنین پدیده هایی باخبر سازد تا آمادگی مقابله با آنها را بدست آورد و خود را از خطرات احتمالی نجات بخشد. در سال های اخیر دانشمندان در سراسر دنیا توجه خاصی به این امر مبذول داشته اند و در این راه از وسایل گوناگونی برای کنترل و دیده بانی مداوم و پیوسته سطح آب های اقیانوس ها استفاده کرده اند و هر روز نیز بر دقت این وسایل افزوده اند تا مطالعات خود را کامل تر و دقیق تر سازند. این پیشرفت ها موجب شده تا دید محدود ما از اقیانوس در طی سی سال گذشته بسیار واضح تر شود. در گذشته فقط داده های اندک و متفرق در دست بودند. اکنون ماهواره ها با پرواز بر سطح کامل سیاره در طی فقط چند روز و با دقت بی نظیر، ارتفاع موج، دمای سطح آب، رنگ اقیانوس، سرعت باد و جهت آن را اندازه می گیرند و توپوگرافی سطح آب را برداشت می کنند (منارد و همکاران، 2000).
به طور کلی می توان عوامل موثر بر تغییرات سطح آب دریا موارد زیر بیان نمود :
1-کشند
2-برکشندتوفان
3-گرم شدن زمین
4- سیکلونهای جوی
5-باد
6-تبخیر و بارندگی
7- جریانات اقیانوسی
8-نیروی کوریولیس
1-13-1- مد طوفان و سطح تراز آب
معمولاً بلندترین سطح های آب به این سه عامل بستگی دارد:با حداکثر سرعت باد رابطه مستقیم دارد.با فشار میانگین سطح آب رابطه عکس دارد و رابطه مستقیم با مسیر حرکت غرب – شمال غرب توفان درحداکثر سرعتش دارد(حیدری، مهناز ،دکتر بیدختی،1389)
1-14- تراز آب دریای خزر
دریای خزر به عنوان بزرگترین حوضه آبی داخل خشکی در مرز قاره آسیا و اروپا واقع است که اکنون پنج کشور ساحلی جمهوری اسلامی ایران، آذربایجان، فدراسیون روسیه، قزاقستان و ترکمنستان پیرامون آن قرار گرفته اند.( اپولو و الکسوا 121999 ). این دریا بزرگترین قسمت باقیمانده از تجزیه دریای قدیمی تتیس است که در دوران اول تا دوران سوم زمین شناسی از قطب شمال تا اقیانوس هند امتداد داشته است و در دوران سوم بر اثر ظهور چین خوردگی ها و پیدایش رشته کوه هایی مانند قفقاز و آسیای صغیر تجزیه و تقسیم شده و با بالا آمدن قاره اروپا و پیدایش فلات ایران به وجود آمده است(راتکویچ و بولگاو13 ). دریای خزر (صرف نظر از خلیج قره بغاز) از شمال و جنوب به ترتیب محدود به مدارهای 47 درجه و 57 دقیقه و 36 درجه و 33 دقیقه و از غرب و شرق نیز به ترتیب محدود به نصف النهار های 46 درجه و 43 دقیقه و 54 درجه و 53 دقیقه است. این دریا فاقد ارتباط هیدرولوژیک به دریاهای آزاد است. بسیاری از پارامتر های ریخت شناسی در دریای خزر مانند مساحت، حجم، ژرفا با نوسان تراز آب تغییر می کند. از این رو ذکر این مشخصات باید با ذکر تراز آب خزر همراه باشد. تغییرات تراز آب دریای خزر حدود 100 برابر آبهای آزاد می



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید