مطالعه ضریب پخشی پیچک‌های میان مقیاس در خلیج فارس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه فیزیک، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

2 استادیار، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آیت اله بروجردی، بروجرد، ایران

3 استاد، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

زمینه و هدف: پیچک‌های میان مقیاس نه تنها به جهت دینامیکی اهمیت دارند، بلکه از نظر اقلیم شناسی، برهمکنش هوا-دریا و محیط زیست نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. از آنجاکه خلیج فارس به دلیل وجود میدان­های نفتی در معرض آلودگی­های نفتی می­باشد، تجزیه و تحلیل نقش عواملی مانند پیچک­های میان مقیاس در انتشار آلودگی در خلیج فارس بسیار مهم است.
روش بررسی: در این تحقیق از داده های ارتفاع سطح دریا مربوط به سری داده های آنالیز شده مرجعAviso  (سال های 2010 تا 2014) استفاده شد و پیچک‌های میان مقیاس براساس روشی مبتنی بر ارتفاع سطح دریا مورد شناسایی و ردیابی قرار گرفتند و نقشه‌های مربوطه رسم شد. این روش موثرتر از دیگر روش‌های رایج ردیابی پیچک‌ها می‌باشد.
یافته ها: با مطالعه  محل شکل­گیری پیچک­ها، ضریب پخش پیچکی نیز محاسبه گردید و نتایج حاصل از مقادیر محاسبه شده نشان داد که پیچک‌های ایجاد شده در فصل بهار دارای پهنه‌ای بزرگ و سرعت بالا می‌باشند اما پیچک‌های متولد شده در فصل زمستان دارای پهنه‌ای کوچک و سرعتی کم هستند.
بحث و نتیجه گیری: پیچک­های واقع در شمال و جنوب خلیج فارس به ترتیب به سمت غرب و شرق خلیج فارس حرکت کرده و این مهم منطبق بر نتایج دیگر پژوهش­ها است. محدوده بیشترین فعالیت پیچک­ها در بخش­های ورودی خلیج فارس از سمت تنگه هرمز و متمایل به سواحل ایران و همچنین شمال غربی خلیج فارس می­باشد و در فصل های تابستان و زمستان بیشترین تعداد پیچک و فصل های بهار و پاییز کمترین تعداد پیچک حضور دارند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


مقاله پژوهشی

 

 

 

 

 

 

 

فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 60، بهار 1401 صص 215-227

مطالعه ضریب پخشی پیچک‌های میان مقیاس در خلیج فارس

 

امین رئیسی[1]

mnraeisi@gmail.com

حسام الدین مهرفر[2]

عباسعلی علی­اکبری بیدختی[3]

تاریخ دریافت: 29/05/1400                                                                                                              تاریخ پذیرش: 05/08/1400

چکیده

زمینه و هدف: پیچک‌های میان مقیاس نه تنها به جهت دینامیکی اهمیت دارند، بلکه از نظر اقلیم شناسی، برهمکنش هوا-دریا و محیط زیست نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. از آنجاکه خلیج فارس به دلیل وجود میدان­های نفتی در معرض آلودگی­های نفتی می­باشد، تجزیه و تحلیل نقش عواملی مانند پیچک­های میان مقیاس در انتشار آلودگی در خلیج فارس بسیار مهم است.

روش بررسی: در این تحقیق از داده های ارتفاع سطح دریا مربوط به سری داده های آنالیز شده مرجعAviso  (سال های 2010 تا 2014) استفاده شد و پیچک‌های میان مقیاس براساس روشی مبتنی بر ارتفاع سطح دریا مورد شناسایی و ردیابی قرار گرفتند و نقشه‌های مربوطه رسم شد. این روش موثرتر از دیگر روش‌های رایج ردیابی پیچک‌ها می‌باشد.

یافته ها: با مطالعه  محل شکل­گیری پیچک­ها، ضریب پخش پیچکی نیز محاسبه گردید و نتایج حاصل از مقادیر محاسبه شده نشان داد که پیچک‌های ایجاد شده در فصل بهار دارای پهنه‌ای بزرگ و سرعت بالا می‌باشند اما پیچک‌های متولد شده در فصل زمستان دارای پهنه‌ای کوچک و سرعتی کم هستند.

بحث و نتیجه گیری: پیچک­های واقع در شمال و جنوب خلیج فارس به ترتیب به سمت غرب و شرق خلیج فارس حرکت کرده و این مهم منطبق بر نتایج دیگر پژوهش­ها است. محدوده بیشترین فعالیت پیچک­ها در بخش­های ورودی خلیج فارس از سمت تنگه هرمز و متمایل به سواحل ایران و همچنین شمال غربی خلیج فارس می­باشد و در فصل های تابستان و زمستان بیشترین تعداد پیچک و فصل های بهار و پاییز کمترین تعداد پیچک حضور دارند.

واژگان کلیدی: خلیج فارس، پیچک میان مقیاس، ضریب پخش پیچکی، ارتفاع سطح دریا

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Human and Environment, No. 60, Spring 2022, pp. 215-227

The Study of the Diffusion Coefficient of Meso-Scale Eddies in the Persian Gulf

 

Amin Raeasi ⃰  [4]

mnraeisi@gmail.com

Hesameddin Mehrfar[5]

Abbasali Ali Akbari Bidokhti[6]

Received: August 20, 2021

  Accepted: October 27, 2021

Abstract

Background and objectives: Meso-scale eddies are not only dynamically important, but also climatologically, environmentally, as well as in terms of air-sea interaction are of special importance. Due to the existence of oil and gas fields, the Persian Gulf is exposed to oil pollution, analyzing the role of factors such as meso-scale eddies in the spread of pollution in the Persian Gulf is very important.

Methods: In this study, sea level data related to the analyzed Aviso reference data series (2010-2014) were used and meso-scale eddies were identified and tracked using a method based on sea level, and the relevant maps were drawn. This method is more effective than other common methods of tracking eddies.

Findings: By studying the location of formation of eddies, eddy distribution coefficient was also calculated and the results indicated that eddies created in spring have a larger scale and higher speed, while eddies created in winter have a smaller scale and lower speed.

Discussion and Conclusion: The eddies located in the north and south of the Persian Gulf have moved to the west and east of the Persian Gulf, respectively, which is consistent with the results of other studies. The range of the most eddy activity in the entrance parts of the Persian Gulf is from the Strait of Hormuz and inclined to the coast of Iran as well as northwest of the Persian Gulf. The maximum number of eddies is observed in summer and winter and the least number of eddies is observed in spring and autumn.

Key words: Persian Gulf, meso-scale eddies, eddy diffusion coefficient, sea surface height

 

 

 

 

 

 

 

 

زمینه و هدف

پیچک، حرکت چرخشی سیال است که می­تواند به دلایل مختلفی از جمله چرخش ناشی از برخورد سیال به مانع و یا برخورد دو جریان وارونه ایجاد شود. فاکتورهای اولیه برای تشکیل پیچک­ها نیرویی است که توسط تنش باد، ناپایداری باروکلینیکی و تعادل گرادیان باد اعمال شود [1]. در دینامیک شاره­ها، تلاطم یک رژیم حرکتی سیال است که با تغییر ویژگی­های حرکتی بخشی از یک سیال به صورت آشوبناک همراه است. تغییرات سریع فشار و سرعت سیال در زمان و مکان و همچنین پخش تکانه و گرما از مهم­ترین پیامدهای این حرکت تلاطمی است[2]. باید توجه داشت که تلاطم در عدد رینولدز بالا برای جریان سیال اتفاق می­افتد. این مهم سبب افزایش ترم­های غیرخطی در معادلات حرکت می­شود که با بی نظمی هم زمان در مکان و زمان همراه است. یک جریان تلاطمی با تعداد زیادی پیچک از کوچک­ترین تا بزرگ­ترین مقیاس­ها همراه است.

پیچک­های میان مقیاس اقیانوسی دو نوع هستند که یکی دارای هسته‌ی گرم و دیگری دارای هسته سرد است. مشخصه بارز پیچک­ها با هسته‌ی گرم (سرد) این است که دارای دمای بالاتر (پایین تر) هستند و تراز دریا در مرکز آن بالاتر (پایین­تر) است (شکل 1-الف و ب).  این یک حقیقت شناخته شده است که محیط زیست های دریایی و ساحلی متاثر از چنین گردابه­های اقیانوسی هستند. ویژگی های زیست‌محیطی متداوم پیچک­ها، آب و هوای اقیانوس و جو پیرامون آن را تعیین می‌کند. گسترش یک پیچک چرخندی باعث بالا آمدن آب در مرکز (فراجوشی[7]) می‌شود که در نتیجه آب‌های زیر سطحی سرد و سرشار از مواد غدایی به سطح ستون آب می‌آیند. بنابراین یک پیچک چرخندی به عنوان پیچکی با مرکز سرد و با زیست توده بالا مطرح می‌شود که می‌تواند دمای جوی منطقه را کاهش دهد [3] (شکل 1- الف
و ب). تشخیص چنین پیچک­هایی با استفاده از الگوهای گرادیان ارتفاع و دمای سطح دریا امری دشوار است زیرا تغییرات سطحی به دست آمده بسیار اندک است. بهترین رویکرد در مواجهه با این پیچک­های میان مقیاس استفاده از ارتفاع سنجی­هایی است که از آنومالی­های ارتفاع و دمای سطح هوای تراز دریا به دست می‌آید که در آن سیگنال بالا و پایین ارتفاع و ‏دمای سطح هوا به ترتیب به عنوان یک شاخص برای پیچک­های با هسته گرم و سرد عمل می­کند [1]. در دهه­های اخیر شناخت تغییرات زمانی و مکانی این پیچک­های میان مقیاس همواره بیشتر شده است. فرنگر[8] و همکاران (2013) اثرات این پیچک­ها را بر پارامترهای جوی از جمله دمای هوا، بادها، ابرها و بارش مورد تحلیل قرار داده اند[4]. دامداپات و چارکرابونی[9] (2016) ساختار سه بعدی پیچک­های میان مقیاس را با استفاده از ارتفاع سنجی و شناورهای آرگو برای سال‌های ۱۹۹۳ تا ۲۰۱۴ در قسمت جنوبی خلیج بنگال تحلیل و بررسی کردند[5]. براچ و همکاران (2018) تاثیر پیچک‌های واچرخندی را در انتشار آلاینده‌های پلاستیکی مورد مطالعه قرار دادند [6]. مورنو و همکاران (2019) و دینگ و همکاران (2020) انرژی جنبشی پیچک‌ها را به ترتیب در اقیانوس جنوبی و شمال غربی اقیانوس اطلس با استفاده از داده‌های ارتفاع سطح دریا از مرجع آویسو مورد مطالعه قرار دادند، آنها شکل پیچک را به‌عنوان یک الگوی گوسی تقریب زده و انرژی جنبشی پیچک نیز از تقریب ژئوستروفیک محاسبه گردید [7و8]. خلیج فارس به دلیل وجود میدان­های نفتی و گازی در معرض آلودگی­های نفتی و گسترش آلاینده­های مرتبط با آن می­باشد. از آنجاکه انتشار آلاینده­ها برای محیط دریایی خطرناک بوده و می تواند منجر به خسارت­های زیست محیطی و اقتصادی زیادی شود، تجزیه و تحلیل نقش عواملی مانند پیچک­های میان مقیاس در انتشار آلودگی در خلیج فارس بسیار مهم است [9].

 

 

 

شکل 1-الف                                                         شکل 1-ب

شکل 1- انواع پیچک (الف: چرخندی، ب: واچرخندی) [9]

Figure 1- Eddy types (a: Cyclonic, b: Anti-cyclonic)

 

شکل 2-نقشه خلیج فارس براساس داده‌های ای‌توپو 32، عمق بر حسب متر [10]

Figure 2-Map of the Persian Gulf based on ITOPO2 data, depth in meters [10]

 

 

3- ETOPO2

 

با استفاده از روش مبتنی بر ارتفاع سطح دریا[10] و سری داده‌های مرجع آویسو[11] در دوره زمانی 2014-2010 پیچک‌های منطقه شناسایی و ردیابی شده و نقشه‌های مربوطه به کمک نرم افزار ArcGIS رسم شد. این روش موثرتر از دیگر روش‌های رایج ردیابی پیچک‌ها می‌باشد[11] و پاسخ‌های دقیق‌تری را در مناطق کم عمقی مثل خلیج فارس ارایه می‌دهد. برای این تحلیل دینامیکی پیچک فرض می‌شود که تقریب زمینگرد برقرار است و پیچک‌ها با شکل متقارن گاوسی در نظر گرفته می‌شوند و پس از آن عملیات ردیابی انجام می‌گیرد[12و13]. این مطالعه می تواند یک نقش مهم و اساسی در شناسایی پیچک­ها داشته باشد.

 

روشی بررسی

خلیج فارس

خلیج فارس یک حوضچه نیمه بسته کم عمق است که از طریق تنگه هرمز به دریای عمان متصل می‌شود و دارای عمق متوسط 35 متر است و بیشترین عمق آن برابر با 120 متر که در نزدیکی تنگه هرمز مشاهده شده است [9و14] و بین طول­های جغرافیایی 48 تا 56 درجه شرقی و عرض‌های جغرافیایی 24 تا 30 درجه شمالی واقع شده است[15] (شکل2-الف). طول خلیج فارس تقریبا 1000 کیلومتر و در جهت شمال غربی-جنوب شرقی بوده و عرض آن بین 56 کیلومتر تا 338 کیلومتر متغیر است. مساحت و حجم تقریبی خلیج فارس به ترتیب 239000km2 و 8780km3 است که سومین خلیج بزرگ دنیا می­باشد. خلیج فارس از سمت شمال تا دلتای اروندرود و از سمت جنوب تا بیابان­های وسیع به موازات سواحل قطر، کویت، عربستان سعودی، بحرین و امارات متحده عربی گسترش یافته است[16]. گردش­کلی در این خلیج چرخندی است و توسط جریانی به موازات سواحل ایران در شمال و به سمت شمال­غرب از سمت تنگه­هرمز و یک جریان به سمت جنوب­شرق در بخش جنوبی آن احاطه­شده است. مهم­ترین مشخصه این گردش، تبدیل جریان­های سواحل ایران به­یک سری پیچک­های اغلب چرخندی است [17و18]. اختلاف چگالی در توده­های آب و جریان‌های اصلی بزرگ مقیاس و تنش باد در سطح، موجب شیبدار شدن خطوط هم‌چگال و ایجاد ناپایاری باروکلینیکی در خلیج فارس می­گردد. وجود این ناپایداری‌ها باعث تشکیل پیچک‌ها در اطراف جریان اصلی می‌شود. با تشکیل ترموکلاین و در نظر گرفتن جریان آب اروند و ورودی آب دریای عمان به خلیج فارس از طریق تنگه هرمز، شرایط لازم برای ایجاد پیچک‌های میان مقیاس مخصوصاً در سواحل ایران ایجاد می‌شود [17]. ورود جریان آب شیرین‌تر از میانه تنگه هرمز به درون خلیج فارس سبب ایجاد آشفتگی در میدان چگالی عمود بر فلات قاره می‌شود. این تغییر در میدان چگالی، فرایند ناپایداری باروکلینیکی را به دنبال خواهد داشت. از آنجا که یکی از ساز و کارهای حاکم بر ایجاد پیچک‌ها، وجود ناپایداری باروکلینیکی است، بنابراین سبب تغییرات مهمی در گردش عمومی آب در خلیج فارس و به وجود آمدن پیچک هایی در آن خواهیم بود [19و20].

ردیابی پیچک­ها

پیچک‌ها الگوهای تلاطمی هستند و به وسیله نوسانات مکانی-زمانی مشخص می‌گردند. بنابراین، پیچک‌ها و اثراتشان معمولا به وسیله انحرافات متوسط زمانی و در نقاط جغرافیایی بررسی می‌شوند. به منظور بررسی پیچک‌های میان مقیاس براساس داده‌های ماهواره‌ای نیاز به یک الگوریتم شناسایی ادی وجود دارد [21]. روش خودکار مبتنی بر ارتفاع سطح دریا، یک روش بدون آستانه و همچنین بدون نیاز به مشتق‌گیری از میدان ارتفاع سطح دریا و بدون هیچ هموارسازی خارجی (که طبیعتا در میدان‌های ارتفاع سطح از سری‌های آویسو وجود دارد) می‌باشد و در این روش یک خط کنتور بسته به عنوان معیار استفاده می‌شود. با توجه به برقراری جریان ژئوستروفیک در اطراف الگوهای محلی از قبیل پیچک‌ها، خطوط این جریان‌ها متناظر با کنتورهای بسته ارتفاع سطح دریا در نظر گرفته می‌شوند و با فرض وجود ساختار متقارن گاوسی برای ادی‌ها، این امکان فراهم می‌شود که الگوریتم ساده‌ای برای شناسایی ادی‌ها براساس پیدا کردن خارجی‌ترین کنتور بسته ارتفاع سطح دریا فراهم شود [12].

دامنه هر پیجک چرخندی به صورت اختلاف بین بیشترین ارتفاع در داخل پیچک (hmax) و ارتفاع متوسط خارجی‌ترین کنتور بسته ارتفاع سطح دریا (h0) تعریف می‌شود:

                                           (1)

بطور مشابهی دامنه هر پیچک واچرخندی نیز اختلاف بین ارتفاع
 متوسط خارجی‌ترین کنتور بسته ارتفاع سطح دریا (h0) و کمترین ارتفاع سطح دریا در داخل ادی (hmin) تعریف می‌شود [12]:

                                            (2)

با فرض بیضوی شکل بودن ادی‌ها گستردگی طولی و عرضی آنها
در امتداد طول جغرافیایی () و عرض جغرافیایی () محاسبه می‌گردد. تعریف مبتنی بر سرعت از مقیاس افقی پیچک ()، شعاع دایره‌ای است که دارای مساحت مشابه با منطقه داخل کنتور بسته ارتفاع سطح دریا می‌باشد [12]. و سپس با فرض برقراری تقریب ژئوستروفیک [12]:

 

 

                             (3)

                         (4)

 

 

بعد از اینکه پیچک‌ها برای هر گام زمانی در توالی نقشه‌های ارتفاع سطح دریا به روش مذکور تشخیص داده شدند، یک فرایند خودکار ردیابی با گام زمانی 1 هفته، به منظور تعیین مسیر هر پیچک بکار برده می‌شود.

ضریب پخش پیچکی

همان­گونه که عنوان شد پیچک حرکت چرخشی سیال است که می­تواند به دلایل مختلف ایجاد شود. برای بیان ویژگی­های یک پیچک از ضریب پخش پیچکی استفاده می­شود. این ضریب می­تواند بیانگر ابعاد، قدرت اختلاط و سرعت پیچک­ها باشد. اگر انتقال یک پیچک به وسیله یک ردیاب و به کمک معادله انتشار پارامتریزه شود، خواهیم داشت [22]؛

                               (5)


در این معادله k همان ضریب پخش پیچکی است که در واقع یک تانسور می­باشد. حال برای بررسی بهتر ویژگی­های یک پیچک اگرتوجه خود را به انتقال افقی ردیاب در درون پیچک محدود کنیم، خواهیم داشت [22]:

                          (6)

در رابطه ی فوق  و  همان مولفه­های تانسور پخش پیچکی هستند.

با فرض اینکه پیچک نتیجه یک ناپایداری باروکلینیکی است، پس فرض می­کنیم که طول اختلاطی داده شده به وسیله اولین شعاع تغییر شکل، همان مقیاس طول افقی مشخصه ناپایداری است [22 و 23]. نکته حائز اهمیت آن است که اغلب مباحث خطی نمی­توانند مقیاس سرعت افقی را تعیین کنند و این مهم به آن دلیل است که در آنجا تعادل امواج باروکلینیکی مطرح است و بزرگی آن­ها وابسته به فرایندهای غیرخطی است. ساده ترین فرض آن است که سرعت ادی با تقریب مناسبی برابر با بزرگی سرعت جریان متوسط () در نظر گرفته شود .حال با توجه به این موضوع خواهیم داشت:

                                          (7)

در رابطه فوق نیز است که همان طول تلاطم بوده و در اینجا نیز قطر پیچک می‌باشد [22 و 23].

در این تحقیق از میدان‌های روزانه ارتفاع سطح دریا برگرفته از سایت آویسو (AVISO DT-2014) به مدت 60 ماه (2014-2010) روی یک شبکه 1/4°*1/4° و با دقت اندازه گیری ارتفاع 10-4(m) در نظر گرفته شد. نقشه‌های مورد نظر با استفاده از روش مدل‌سازی زمین آمار و به کمک نرم افزار ArcGIS رسم و مورد تجزیه تحلیل قرار گرفتند. محدوده‌ای که پیچک‌ها دارای بیشترین ضریب پخش پیچکی بودند شناسایی و به عنوان مناطق فعالیت پیچک­ها معرفی شدند.

 

 

 

 

یافته­ها

 

پیچک­ها در خلیج فارس

شکل (3) نقشه کنتورهای ارتفاع را در خلیج فارس برای دو ماه

مختلف سال 2014 به عنوان نمونه نشان می‌دهد. در این نقشه‌ها به خوبی می‌توان مکان پیچک‌ها را مشاهده کرد.

 

 

                          

(الف)                                                               (ب)

شکل 3- خطوط کنتور هم ارتفاع رسم شده درفصل­های مختلف (به عنوان نمونه (الف) 29 ژانویه 2014، (ب) 2 سپتامبر 2014)

Fig. 3- Height contours in the Persian Gulf for various seasons on (a) 29 January 2014 and (b) 2 September 2014.

 

 

 

نمودارهای ترسیم شده برای کل دوره نیز کم و بیش همین روند را نشان می­دهند. با توجه به نمودارهای ترسیم شده و تحلیل­های انجام شده بر روی آنها، تعداد متوسط پیچک­ها در ماه­های مختلف سال بدست آمد (جدول1). این آمار نشان می­دهد که در فصل­های تابستان و زمستان تعداد پیچک­ها بیشتر از فصل­های بهار و پاییز است. علاوه بر آن در ابتدای فصل­های تابستان و زمستان تعداد پیچک­ها افزایش یافته اما با نزدیک شدن به ماه­های پایانی این فصول تعداد آنها کاهش می­یابد. این فرآیند برای فصل های پاییز و بهار روند معکوسی را طی می­کند. جدول (1) بیشترین تعداد پیچک را در فصل زمستان نشان می­دهد. شکل (4) محدوده‌ای که در آن پیچک­های میان مقیاس دارای بیشترین میزان فعالیت هستند را برای فصل­های مختلف نشان می­دهد.

 

 

جدول 1- تعداد متوسط ادیها در ماههای مختلف سالای 2010 تا 2014

Table 1- Mean number of eddies in different months from 2010 to 2014

فصل

ماه

تعداد پیچک

بهار

آوریل

5

می

4

جون

7

تابستان

جولای

9

آگوست

6

سپتامبر

8

پاییز

اکتبر

5

نوامبر

4

دسامبر

7

زمستان

ژانویه

11

فوریه

8

مارس

4

 

 

         

(الف)                                                                                     (ب)

    

(ج)                                                                         (د)

شکل 4- مناطقی که بیشترین میزان فعالیت پیچک در آن مشاهده شده است. الف: بهار، ب: تابستان، ج: پاییز، د: زمستان، دایره های آبی و قرمز به ترتیب بیانگرمحل وقوع پیچک­های قدرتمند چرخندی و واچرخندی رویداده در این مناطق هستند.

Figure 4- Areas with the highest eddy activities. a: Spring, b: Summer, c: Autumn, d: Winter, the blue and red circles are the locations of the powerful cyclonic and anti-cyclonic eddies, respectively.

 

 

 محاسبه ضریب پخش پیچکی پیچک­های میان مقیاس در خلیج فارس

 با توجه به اینکه ضریب پخش موثر در تلاطم عبارت است از:    بنابراین به بررسی مکانی و زمانی ضریب  در پیچک­های خلیج فارس می­پردازیم. در جدول (2) پیچک­هایی که بیشترین ضریب پخشی   را در هر فصل از سال 2010 داشته­اند، به همراه تاریخ وقوع، مکان وقوع و طول عمر این پیچک­ها آورده شده است.

 

 

جدول2- پیچک­های دارای بیشترین ضریب پخشی

Table 2- Eddies with the highest diffusion coefficients kxy (2014).

فصل

شماره ادی

شعاع

Kvy

طول عمر

تاریخ وقوع

بهار

3

95/102

281/182

2

8 ژانویه

20

27/105

223/121

2

5 مارس

22

79/65

424/82

3

 19مارس

23

88/73

312/82

1

 19مارس

تابستان

30

34/48

223/134

2

 24ژوین

12

59/85

021/102

1

 6 می

31

79/52

282/22

1

 24 جون

21

86/49

245/81

3

3 جون

پاییز

25

79/53

28/111

1

23 سپتامبر

20

69/95

34/135

1

9 سپتامبر

4

42/102

8/112

1

15جولای

3

12/60

21/108

2

8 جولای

زمستان

1

80/77

671/187

1

7 اکتبر

25

14/63

52/82

1

30 دسامبر

21

51/57

28/82

2

25 نوامبر

14

25/47

11/12

3

21 اکتبر

 

 

در جدول (2) پیچک­های شماره31 (فصل بهار)، شماره 35 و 14 (فصل پاییز) و شماره 22 (فصل زمستان) واچرخندی هستند، و پیچک­های دیگر چرخندی می­باشند. در جدول (3) نیز بازه زمانی حضور پیچک­هایی با بیشترین ضریب پخشی در هر منطقه مشخص شده است.

بحث

در این تحقیق از میدان‌های روزانه ارتفاع سطح دریا برگرفته از سایت آویسو (AVISO DT-2014) به مدت 60 ماه (2014-2010) روی یک شبکه 1/4°*1/4° و با دقت اندازه گیری ارتفاع 10-4(m) در نظر گرفته شد. نقشه‌های مورد نظر با استفاده از روش مدل‌سازی زمین آمار و به کمک نرم افزار ArcGIS رسم و مورد تجزیه تحلیل قرار گرفتند. با توجه به نمودارهای ترسیم شده و تحلیل­های انجام شده بر روی آنها، تعداد متوسط پیچک­ها در ماه­های مختلف سال بدست آمد. نتایج نشان داد که در فصل‌های تابستان و زمستان تعداد پیچک­ها بیشتر از فصل­های بهار و پاییز است. علاوه بر آن در ابتدای فصل­های تابستان و

 

جدول 3- بازه­های زمانی فعالیت پیچک در هر منطقه و در هرفصل )این زمان­ها بر اساس وقوع پیچک­هایی با بیشترین ضریب پخشی در بازه زمانی سال­های 2010 تا 2014 بدست آمده است(

Table 3- Time range of  eddy activities in each area and in each season (these time range were obtained based on the creation of eddies with the highest diffusion coefficient from  2010 to 2014

فصل

محدوده

بازه زمانی

بهار

A

 21جون- 2 جولای

B

4جون- 2 جولای

D

2جون- 18 ژوئن

C

  26آوریل- 10 می

تابستان

A

  27ژوئن- 9 جولای

B

  20سپتامبر- 30سپتامبر

C

 7جولای- 20 جولای

D

  15سپتامبر- 27 سپتامبر

پاییز

A

  14نوامبر- 15 دسامبر

B

  17دسامبر- 31 دسامبر

C

  24نوامبر- 29 نوامبر

D

   3اکتبر - 30 اکتبر

زمستان

A

  10مارس- 1 ژانویه

B

  16فوریه- 26 فوریه

C

12مارس- 24 مارس

D

1ژانویه- 10 ژانویه

 

زمستان تعداد پیچک­ها افزایش یافته اما با نزدیک شدن به ماه­های پایانی این فصول تعداد آنها کاهش می­یابد. این فرآیند برای فصل های پاییز و بهار روند معکوسی را طی می­کند. ماه­های آوریل، آگوست و نوامبر ماه­هایی با کمترین خطر زیرا که پیچک­های قوی در این ماه­ها روی نمی­دهند. ماه­های ژوئن، جولای و دسامبر ماه­هایی هستند که بیشترین پیچک­های قدرتمند در این ماه­ها رخ می­دهند. ماه جولای، پر تنش­ترین ماه به لحاظ فعالیت پیچک­ها است زیرا که سه منطقه C,B,A بصورت همزمان فعال هستند که مطابق با نتایج مهرفر و همکاران [19] و رهنمانیا و همکاران [24] می­باشد. نتایج نشان داد، پیچک­های واچرخندی نسبت به پیچک­های چرخندی دارای شعاع، انرژی جنبشی و همچنین ضریب پخشی کمتری هستند.

با توجه به بررسی­های انجام شده حرکت پیچک­های واقع در شمال خلیج فارس به سمت غرب و حرکت پیچک­هایی واقع در جنوب خلیج فارس به سمت شرق است. این مهم منطبق بر نتایج دیگر پژوهش­ها از جمله مدل حاج رسولی­ها و همکاران [25] و مهرفر و همکاران [19] است.

 

نتیجه گیری

 با تشخیص محل شکل­گیری پیچک­ها، ضریب پخش پیچکی آن­ها نیز محاسبه شد. حرکت پیچک­های واقع در شمال خلیج فارس به سمت غرب و حرکت پیچک­هایی واقع در جنوب خلیج فارس به سمت شرق است. بیشترین محدوده فعالیت پیچک­ها در بخش­های ورودی خلیج فارس از سمت تنگه هرمز و متمایل به سواحل ایران و همچنین شمال غربی خلیج فارس است. ماه جولای، پر تنش­ترین ماه به لحاظ فعالیت پیچک­ها است و پس از آن با توجه به تعداد پیچک های تشکیل شده در هر ماه، جولای و دسامبر ماه­های پر ریسک هستند. همچنین در ماه اول فصل تابستان و زمستان بیشترین تعداد پیچک و در ماه های اولیه بهار و پاییز کمترین تعداد پیچک حضور دارند. در فصل های تابستان و زمستان بیشترین تعداد پیچک و فصل های بهار و پاییر کمترین تعداد پیچک حضور دارند. نتایج حاصل از مقادیرمحاسبه شده برای ضرایب پخش پیچک­ها نشان داد که پیچک­های ایجاد شده در فصل بهار دارای پهنه­ای بزرگ و سرعت بالا می­باشند اما پیچک­های شکل گرفته در فصل زمستان دارای پهنه­ای کوچک و سرعتی کم هستند.

مراجع

  • Gopalan, A., Krishna, V. V., Al,i M. M., and Sharma, R. 2000. Detection of Bay of Bengal eddies from TOPEX and in situ observations, Journal of Marine Research., 58(5), 721-734.
  • Zarei, Z., Sediq Marosti, S. and Torabi Azad, M. 2006: The study of meso-scale eddies in the Persian Gulf using satellite images, The 13th Iranian Geophysical Conference (In Persian)
  • Kumar, P. S., Muraleedharan, P., Prasad T. G., Gauns, M., Ramaiah, N., De Souza, S.N. and Sardesai, S. and Madhupratap, M. 2002. Why is the Bay of Bengal less productive during summer monsoon compared to the Arabian sea, Geophysical Research Letters, 2002, 29(24), 88.1-88.4. https://doi.org/10.1029/2002GL016013
  • Frenger I, Gruber N, Knutti R. and Münnich M. 2013: Imprint of Southern Ocean eddies on winds, clouds and rainfall. Nature Geoscience.. 6(8), 608-612.
  • Dandapat S, Chakraborty A. 2016: Mesoscale eddies in the Western Bay of Bengal as observed from satellite altimetry in 1993–2014: Statistical characteristics, variability and threedimensional properties. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 9(11), 5044-5054
  • Brach, L., Deixonneb, P., Bernardb, M., Durand, E., Desjeand, M., Pereza, E., Sebille, E. and Hallea, A., 2018. Anticyclonic eddies increase accumulation of microplastic in the North Atlantic subtropical gyre, Marine Pollution Bulletin, 126, 191-196.
  • Moreno M., J., Hogg, A. M., Kiss, A. E., Constantinou, N. C., and Morrison, A. K. 2019. Kinetic energy of eddy‐like features from sea surface altimetry. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11, 3090-3105. https://doi.org/10.1029/2019MS001769
  • Ding, M., Lin, P., Liu, H., Hu, A. and Liu, C. 2020. Lagrangian eddy kinetic energy of ocean mesoscale eddies and its application to the Northwestern Pacific, Scientificreports, 10:12791. https://doi.org/10.1038/s41598-020-69503-z
  • Noori, R., Fuqiang, T., Ronny, B., Abbasi, M.R., VesaliNaseh, M.R., Modabberi, A., Soltani, A. and Klove, B. 2019. Recent and future trends in sea surface temperature across the Persian Gulf and Gulf of Oman, PLOS ONE, E 14(2): e0212790. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212790
  • Mehrfar, H., Torabi Azad, M., Lari, K., and Bidokhti, A.A. 2020: A numerical simulation case study of the coastal currents and upwelling in the western Persian Gulf, Journal of Ocean Engineering and Sciences. 5(4). 323-332.
  • Faghmous, J., Frenger, I., Yao, Y., Warmka, R., Lindell, A., and Kumar, V. 2015. A daily global mesoscale ocean eddy dataset from satellite altimetry, Sci Data, 2:150028. https://doi.org/10.1038/sdata.2015.28
  • Chelton, D.B., Schlax, M.G., and Samelson, R.M. 2011. Global observations of nonlinear meso-scale eddies, Progress in Oceanography, 91, 167-216.
  • Raeisi, A., Bidokhti, A. A., Nazemossadat, S. M. J., and Lari, K. 2020. Impact of mesoscale eddies on climate and environmental changes in the Persian Gulf, Research in Marine Sciences, 5 (4), 823-836.
  • Yao, F., and Johns, W. E. 2010. A HYCOM modeling study of the Persian Gulf: 1. Model configurations and surface circulation. Journal of Geophysical Research: Oceans, 115(C11).
  • Ezam, M., Bidokhti, A.A. and Javid, A.H. 2010. Numerical simulations of spreading of the Persian Gulf outflow into the Oman Sea. Ocean Science, 6(4),.887-900.
  • Pous, S., Lazure, P. and Carton, X. 2015. A model of the general circulation in the Persian Gulf and in the Strait of Hormuz: Intraseasonal to interannual variability. Continental Shelf Research, 94, 55-70.
  • Thoppil, P.G. and Hogan, P.J. 2010. A modeling study of circulation and eddies in the Persian Gulf. Journal of Physical Oceanography, 40(9), 2122-2134.
  • Thoppil, P.G. and Hogan, P.J. 2010. Persian Gulf response to a wintertime shamal wind event. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 57(8), 946-955.
  • Mehrfar, H. Torabi Azad, T. M. Lari, K. and Bidokhti, A.A., 2020. Seasonal Variations of the Coastal Currents and Eddies in the Persian Gulf: A Numerical Case Study. Marine Technology Society Journal. 54(1). 44-52
  • Sabet Ahd, A., Raeisi, A., Torabi Azad, M. Mehrfar, H. 2018. Field Study of Changes in Geostrophic Currents in the Persian Gulf, Iranian journal of Marine Science and Technology. 22(87). 31-37 (In Persian)
  • Lian, Zh., Sun, B., Wei, Z., Wang, Y. and Wang, X. 2019. Comparison of Eight Detection Algorithms for the Quantification and Characterization of Mesoscale Eddies in the South China Sea, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 36, 1361-1380.
  • Vallis, G. K. 2005. Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, Cambridge, UK: University Cambridge Press, 450-451.
  • Raeisi, A., Bidokhti, A. A., Nazemossadat, S. M. J., and Lari, K. 2020. The study of mesoscale eddies and their dispersive environmental impacts in the Persian Gulf. Chinese Physic B., 29(8): 084701. DOI:10.1088/1674-1056/ab96a3
  • Rahnemania, A, Bidokhti A. A., Ezam, M., Lari, K. and Ghader, S. 2019. A Numerical Study of the Frontal System between the Inflow and Outflow Waters in the Persian Gulf, Journal of Applied Fluid Mechanics. 12(5), 1475-1486
  • Haj Rasouliha, O., Hasanzadeh, E. and Rezaei Latifi, A., 2013. The Role of Physical Processes in Ways of Oil Pollutions distribution in the Persian Gulf. Journal of Climate Research, 15, pp 93-106.

 

 

 

 

[1]- استادیار، گروه فیزیک، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

[2]- استادیار، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آیت اله بروجردی، بروجرد، ایران

[3]- استاد، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

[4]- Assistant Professor, Department of Physics, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran.

[5]- Assistant Professor, Department of Physics, School of Science, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran.

[6]- Professor, Geophysics Institute, University of Tehran, Tehran, Iran.

 

[7]- Upwelling

[8]- Frenger

[9]- Dandapat and Chakraborty

[10]- Sea Surface Height (SSH)

[11]-Archiving Validation and Interpretation of Satellite Oceanography data (AVISO)

  • Gopalan, A., Krishna, V. V., Al,i M. M., and Sharma, R. 2000. Detection of Bay of Bengal eddies from TOPEX and in situ observations, Journal of Marine Research., 58(5), 721-734.
  • Zarei, Z., Sediq Marosti, S. and Torabi Azad, M. 2006: The study of meso-scale eddies in the Persian Gulf using satellite images, The 13th Iranian Geophysical Conference (In Persian)
  • Kumar, P. S., Muraleedharan, P., Prasad T. G., Gauns, M., Ramaiah, N., De Souza, S.N. and Sardesai, S. and Madhupratap, M. 2002. Why is the Bay of Bengal less productive during summer monsoon compared to the Arabian sea, Geophysical Research Letters, 2002, 29(24), 88.1-88.4. https://doi.org/10.1029/2002GL016013
  • Frenger I, Gruber N, Knutti R. and Münnich M. 2013: Imprint of Southern Ocean eddies on winds, clouds and rainfall. Nature Geoscience.. 6(8), 608-612.
  • Dandapat S, Chakraborty A. 2016: Mesoscale eddies in the Western Bay of Bengal as observed from satellite altimetry in 1993–2014: Statistical characteristics, variability and threedimensional properties. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 9(11), 5044-5054
  • Brach, L., Deixonneb, P., Bernardb, M., Durand, E., Desjeand, M., Pereza, E., Sebille, E. and Hallea, A., 2018. Anticyclonic eddies increase accumulation of microplastic in the North Atlantic subtropical gyre, Marine Pollution Bulletin, 126, 191-196.
  • Moreno M., J., Hogg, A. M., Kiss, A. E., Constantinou, N. C., and Morrison, A. K. 2019. Kinetic energy of eddy‐like features from sea surface altimetry. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11, 3090-3105. https://doi.org/10.1029/2019MS001769
  • Ding, M., Lin, P., Liu, H., Hu, A. and Liu, C. 2020. Lagrangian eddy kinetic energy of ocean mesoscale eddies and its application to the Northwestern Pacific, Scientificreports, 10:12791. https://doi.org/10.1038/s41598-020-69503-z
  • Noori, R., Fuqiang, T., Ronny, B., Abbasi, M.R., VesaliNaseh, M.R., Modabberi, A., Soltani, A. and Klove, B. 2019. Recent and future trends in sea surface temperature across the Persian Gulf and Gulf of Oman, PLOS ONE, E 14(2): e0212790. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212790
  • Mehrfar, H., Torabi Azad, M., Lari, K., and Bidokhti, A.A. 2020: A numerical simulation case study of the coastal currents and upwelling in the western Persian Gulf, Journal of Ocean Engineering and Sciences. 5(4). 323-332.
  • Faghmous, J., Frenger, I., Yao, Y., Warmka, R., Lindell, A., and Kumar, V. 2015. A daily global mesoscale ocean eddy dataset from satellite altimetry, Sci Data, 2:150028. https://doi.org/10.1038/sdata.2015.28
  • Chelton, D.B., Schlax, M.G., and Samelson, R.M. 2011. Global observations of nonlinear meso-scale eddies, Progress in Oceanography, 91, 167-216.
  • Raeisi, A., Bidokhti, A. A., Nazemossadat, S. M. J., and Lari, K. 2020. Impact of mesoscale eddies on climate and environmental changes in the Persian Gulf, Research in Marine Sciences, 5 (4), 823-836.
  • Yao, F., and Johns, W. E. 2010. A HYCOM modeling study of the Persian Gulf: 1. Model configurations and surface circulation. Journal of Geophysical Research: Oceans, 115(C11).
  • Ezam, M., Bidokhti, A.A. and Javid, A.H. 2010. Numerical simulations of spreading of the Persian Gulf outflow into the Oman Sea. Ocean Science, 6(4),.887-900.
  • Pous, S., Lazure, P. and Carton, X. 2015. A model of the general circulation in the Persian Gulf and in the Strait of Hormuz: Intraseasonal to interannual variability. Continental Shelf Research, 94, 55-70.
  • Thoppil, P.G. and Hogan, P.J. 2010. A modeling study of circulation and eddies in the Persian Gulf. Journal of Physical Oceanography, 40(9), 2122-2134.
  • Thoppil, P.G. and Hogan, P.J. 2010. Persian Gulf response to a wintertime shamal wind event. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 57(8), 946-955.
  • Mehrfar, H. Torabi Azad, T. M. Lari, K. and Bidokhti, A.A., 2020. Seasonal Variations of the Coastal Currents and Eddies in the Persian Gulf: A Numerical Case Study. Marine Technology Society Journal. 54(1). 44-52
  • Sabet Ahd, A., Raeisi, A., Torabi Azad, M. Mehrfar, H. 2018. Field Study of Changes in Geostrophic Currents in the Persian Gulf, Iranian journal of Marine Science and Technology. 22(87). 31-37 (In Persian)
  • Lian, Zh., Sun, B., Wei, Z., Wang, Y. and Wang, X. 2019. Comparison of Eight Detection Algorithms for the Quantification and Characterization of Mesoscale Eddies in the South China Sea, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 36, 1361-1380.
  • Vallis, G. K. 2005. Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, Cambridge, UK: University Cambridge Press, 450-451.
  • Raeisi, A., Bidokhti, A. A., Nazemossadat, S. M. J., and Lari, K. 2020. The study of mesoscale eddies and their dispersive environmental impacts in the Persian Gulf. Chinese Physic B., 29(8): 084701. DOI:10.1088/1674-1056/ab96a3
  • Rahnemania, A, Bidokhti A. A., Ezam, M., Lari, K. and Ghader, S. 2019. A Numerical Study of the Frontal System between the Inflow and Outflow Waters in the Persian Gulf, Journal of Applied Fluid Mechanics. 12(5), 1475-1486
  • Haj Rasouliha, O., Hasanzadeh, E. and Rezaei Latifi, A., 2013. The Role of Physical Processes in Ways of Oil Pollutions distribution in the Persian Gulf. Journal of Climate Research, 15, pp 93-106.