Hải dương học đại cương - Chương 4 pptx

nhӳng vùng ven bӡ nhiӋt ÿӟi, tiӃng ӗn kƭ thuұt chӍ hay gһp ӣ các cҧng và gҫn
các tuyӃn hàng hҧi, còn tiӃng ӗn dѭӟi băng chӍ có ӣ các vùng cӵc. ChӍ có
tiӃng ӗn ÿӝng lӵc quan sát ÿѭӧc ӣ khҳp nѫi và trong mӑi ÿiӅu kiӋn khí tѭӧng
thӫy văn.
Mӝt trong nhӳng biӇu lӝ lý thú cӫa tiӃng ӗn ÿӝng lӵc là hiӋn t
ѭӧng
ÿѭӧc gӑi là
gi͕ng bi͋n. Ĉó là tiӃng ӗn vӟi tҫn sӕ tӯ 5 ÿӃn 12 Hz xuҩt hiӋn ӣ
vùng hoҥt ÿӝng bão. Ngѭӡi ta cho rҵng tiӃng ӗn loҥi này phát sinh trong
nhӳng ÿiӅu kiӋn nhҩt ÿӏnh khi các dòng không khí chuyӇn ÿӝng bên trên
sóng ÿҥi dѭѫng. Xuҩt hiӋn ӣ vùng bão, “giӑng biӇn” truyӅn ÿi trong không
khí và trong nѭӟc vӟi tӕc ÿӝ âm, vѭӧt trѭӟc sӵ di chuyӇn cӫa thành tҥo khí
áp. Rҩt có thӇ rҵng chính nh
ӳng tí
n hiӋu này ÿã ÿѭӧc nhiӅu loài ÿӝng vұt
biӇn (thí dө các loài sӭa) lӧi dөng ÿӇ kӏp thӡi tránh nhӳng nѫi nguy hiӇm ÿӕi
vӟi chúng.
Chѭѫng 4
Sӵ xáo trӝn nѭӟc trong ÿҥi dѭѫng
4.1. Khái niӋm vӅ xáo trӝn
ChӍ có chҩt lӓng lí tѭӣng ӣ trҥng bҩt ÿӝng hoàn toàn mӟi không có xáo
trӝn. Trong nѭӟc biӇn thӵc tӃ luôn diӉn ra sӵ xáo trӝn, vì có nhӳng quá trình
liên tөc tác ÿӝng làm biӃn ÿәi sӵ phân bӕ các ÿһc trѭng lý - hóa cӫa nѭӟc
trong phѭѫng thҷng ÿӭng và phѭѫng ngang. Ĉó là các quá trình hҩp thө và
bӭc xҥ nhiӋt, bӕc hѫi, giáng thӫy, dòng nѭӟc lөc ÿӏa, ÿóng và tan băng, sóng
gió v.v
Rõ ràng cѭӡng
ÿӝ cӫa các quá trình này không giӕng nhau ӣ các vùng
ÿҥi dѭѫng và tҥi các ÿӝ sâu khác nhau. ĈiӅu ÿó gây nên sӵ bҩt ÿӗng ÿӅu
trong phân bӕ các ÿһc trѭng vұt lý và do ÿó xuҩt hiӋn các graÿien theo
phѭѫng ngang và phѭѫng thҷng ÿӭng. Ĉӗng thӡi vӟi các graÿien xuҩt hiӋn,

lҥi có nhӳng quá trình khác có xu hѭӟng san bҵng các ÿһc trѭng vұt lý và
ÿѭӧc gӑi là
sӵ xáo trӝn.
Trong trѭӡng hӧp tәng quát ngѭӡi ta phân biӋt ba dҥng xáo trӝn: phân
tӱ, rӕi và ÿӕi lѭu, mһc dù giӳa hai dҥng cuӕi sӵ khác biӋt ӣ mӝt mӭc ÿӝ nhҩt
ÿӏnh chӍ có tính chҩt qui ѭӟc.
Xáo trӝn phân tӱ là do chuyӇn ÿӝng nhiӋt ngүu nhiên cӫa các phân tӱ
gây nên, nhӳng phân tӱ xâm nhұp tӯ lӟp này sang lӟp khác và san bҵng các
tính chҩt vұt lý trên tҩt cҧ các hѭӟng. Xáo trӝn phân tӱ mang
ÿһc ÿiӇm
vi mô
cӫa chuyӇn ÿӝng Braonѫ hay chuyӇn ÿӝng phân lӟp cӫa chҩt lӓng. Do khӕi
lѭӧng các phân tӱ rҩt nhӓ và quãng ÿѭӡng chuyӇn ÿӝng tӵ do cӫa chúng
ngҳn, nên trong ÿҥi dѭѫng xáo trӝn phân tӱ hoàn toàn không ÿáng kӇ so vӟi
nhӳng dҥng xáo trӝn khác.
Xáo trӝn rӕi ÿѭӧc hiӇu là mӝt quá trình vұt lý xuҩt hiӋn trong chuyӇn
ÿӝng hӛn loҥn cӫa chҩ
t lӓng và kèm theo các thăng giáng ngүu nhiên cӫa các
trѭӡng thӫy ÿӝng lӵc (vұn tӕc, áp suҩt, nhiӋt ÿӝ v.v ). Khác vӟi quá trình
khuӃch tán phân tӱ, trong xáo trӝn rӕi tham gia vào chuyӇn ÿӝng ngүu nhiên
không phҧi các phân tӱ riêng lҿ, mà là nhӳng thӇ tích chҩt lӓng lӟn hѫn, do
ÿó cѭӡng ÿӝ xáo trӝn tăng lên rҩt nhiӅu.
Ĉӕi vӟi chҩt lӓng ÿӗng nhҩt, chuyӇn ÿӝng phân lӟp sӁ chuyӇn sang
chuy
Ӈn ÿӝng
rӕi khi sӕ Reinolds Re ÿҥt giá trӏ tӟi hҥn
P
U
lV
cr

Re ,
trong ÿó
l kích thѭӟc ÿһc trѭng cӫa dòng chuyӇn ÿӝng, V tӕc ÿӝ chuyӇn
ÿӝng trung bình cӫa dòng,

P
hӋ sӕ nhӟt phân tӱÿӝng lӵc hӑc.
Nhӡ thí nghiӋm trong ӕng khí ÿӝng lӵc ÿã xác lұp ÿѭӧc giá trӏ tӟi hҥn
0002. NӃu kíc
h thѭӟc phѭѫng ngang cӫa dòng chҩp nhұn bҵng 10 m, Re

cr
155 156
thì vӟi 0015,0
P
kg/(m.s) Re
cr
ÿҥt ÿѭӧc tҥi tӕc ÿӝ dòng m/s và
nӃu kích thѭӟc ngang bҵng 100 m thì sӕ Reinolds ÿҥt giá trӏ tӟi hҥn khi
5
103

 V m/s. Vì tӕc ÿӝ các dòng chҧy thӵc trong ÿҥi dѭѫng và các biӇn
cao hѫn nhiӅu so vӟi nhӳng giá trӏ vӯa nêu, nên trong tӵ nhiên chuyӇn ÿӝng
hҫu nhѭ luôn luôn có ÿһc ÿiӇm rӕi chӭ không phҧi là phân lӟp.
4
103

 V
Xáo trӝn rӕi có thӇ diӉn ra trên hѭӟng thҷng ÿӭng và hѭӟng ngang. Và

ӣÿây ÿiӅu kiӋn cҫn cho nó là phҧi tӗn tҥi các graÿien tӕc ÿӝ trên các hѭӟng
ÿó.
Xáo trӝn rӕi dүn ÿӃn san
bҵng nhӳng bҩt ÿӗng nhҩt cӫa các trѭӡng hҧi
dѭѫng hӑc. Tuy nhiên, sӵ san bҵng diӉn ra không nhѭ nhau ÿӕi vӟi mӑi tính
chҩt. Thұt vұy, dүn nhiӋt rӕi x
ҧy ra nhanh hѫn so vӟi khuӃch tán muӕi. Vì
vұy, cùng là nhӳng bҩt ÿӗng nhҩt nhѭ nhau nhѭng trong trѭӡng nhiӋt ÿӝ thì
sӁ bӏ san bҵng và biӃn mҩt nhanh hѫn so vӟi trong trѭӡng ÿӝ muӕi, ӣÿây
nhӳng dҩu vӃt rӕi có
thӇ ÿѭӧc bҧo tӗn trong khoҧng thӡi gian dài hѫn.
Nhӳng dҩu vӃt này ÿã ÿѭӧc Nasmith gӑi mӝt cách hình tѭӧng là rӕi “hóa
thҥch” hay rӕi “tàn dѭ
”.
Xáo tr͡n ÿ͙i l˱u (t͹ do) - ÿó là sӵ xáo trӝn trên phѭѫng thҷng ÿӭng do
mұt ÿӝ nѭӟc giҧm theo ÿӝ sâu và không phө thuӝc các lӟp xáo trӝn có ӣ
trong trҥng thái chuyӇn ÿӝng hay không. Nguyên nhân chính hình thành ÿӕi
lѭu là mұt ÿӝ lӟp mһt tăng lên do ҧnh hѭӣng cӫa quá trình nguӝi lҥnh hoһc
mһn hóa.
Trong sӕ các dҥng xáo trӝn trên ÿây thì xáo trӝn rӕi có ý nghƭa lӟn nhҩt
trong ÿiӅu kiӋn tӵ nhiên, nó phә biӃ
n to
àn cҫu do hӋ quҧ tác ÿӝng không
ngӯng cӫa gió lên mһt ÿҥi dѭѫng. Xáo trӝn ÿӕi lѭu chӍ có thӇ phát triӇn mҥnh
mӁ trong thӡi kì nguӝi lҥnh thu ÿông ӣ nhӳng vùng vƭÿӝ trung bình và vƭÿӝ
cao. Xáo trӝn phân tӱ, nhѭÿã nhұn xét ӣ trên, không ÿáng kӇ và ngѭӡi ta chӍ
tính ÿӃn nó khi xem xét cҩu trúc tinh cӫa ÿҥi dѭѫng, nghiên cӭu lӟp màng bӅ
mһt hay mӝt sӕ q
uá trình thӫy sinh.
4.2. Phân tҫng mұt ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng

Ta xét mӝt phҫn tӱ nhӓ cӫa nѭӟc biӇn có thӇ tích ÿѫn vӏ vӟi mұt ÿӝ
U
,
bӏ bӭt ra khӓi trҥng thái cân bҵng thҷng ÿӭng, tӭc do mӝt xung nào ÿó bӏ di
chuyӇn trên phѭѫng thҷng ÿӭng lên trên hoһc xuӕng dѭӟi mӝt khoҧng cách
z
' . Trong ÿҥi dѭѫng chӏu nén và bҩt ÿӗng nhҩt vӅ mұt ÿӝ, phҫn tӱ này rѫi
vào mӝt môi trѭӡng vӟi mұt ÿӝ
U
U
U
'r
c
lӟn hѫn hoһc nhӓ hѫn và nó bҳt
ÿҫu chӏu tác ÿӝng cӫa lӵc Acsimet (lӵc ÿӝ nәi) bҵng
U
U
U
'r 
c
ggF )( . (4.1)
DiӉn biӃn tiӃp theo cӫa phҫn tӱÿang xét dѭӟi ҧnh hѭӣng cӫa lӵc
Acsimet sӁ phө thuӝc vào kiӇu phân tҫng mұt ÿӝ, tӭc sӵ phân bӕ các lӟp
nѭӟc trên phѭѫng thҷng ÿӭng qui ÿӏnh ÿiӅu kiӋn cân bҵng trong biӇn. Phân
tҫng có thӇ là dѭѫng (әn ÿӏnh), âm (bҩt әn ÿӏnh), cân bҵng (phiӃm ÿӏnh).
Phân tҫng mұt ÿӝ có thӇ g
ӗm
hai hӧp phҫn: hӧp phҫn nhi͏t và hӧp phҫn ÿ͡
mu͙i
. Phân tҫng nhiӋt và phân tҫng ÿӝ muӕi ÿѭӧc xác ÿӏnh bӣi các graÿien

thҷng ÿӭng cӫa nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi.
Phân tҫng ÿѭӧc gӑi là dѭѫng nӃu mұt ÿӝ tăng theo ÿӝ sâu ( 0
!'
U
), là
âm nӃu mұt ÿӝ giҧm theo ÿӝ sâu ( 0
'
U
), và là cân bҵng phiӃm ÿӏnh nӃu
mұt ÿӝ không biӃn ÿәi theo ÿӝ sâu ( 0
'
U
).
Trong phân tҫng dѭѫng, phҫn tӱ bӏ di chuyӇn lên trên hoһc xuӕng dѭӟi
sӁ hѭӟng tӟi trӣ vӅ vӏ trí ban ÿҫu; trong phân tҫng âm - phҫn tӱ càng ÿi xa
khӓi mӵc ban ÿҫu, còn trong phân tҫng cân bҵng phiӃm ÿӏnh - phҫn tӱ sӁ
dӯng tҥi nѫi mà nó bӏ mang ÿӃn.
Gia tӕc chuyӇn ÿӝng thҷng ÿӭng cӫa phҫn tӱ có thӇ ÿѭӧc biӇu diӉn
bҵng
U
U
'
r g
m
F
dt
zd
2
2
, (4.2)

trong ÿó
m
khӕi lѭӧng cӫa phҫn tӱ.
Ӭng vӟi mӝt ÿѫn vӏ khoҧng cách thҷng ÿӭng, gia tӕc này bҵng
157 158
z
g
'
'
r
U
U
.
Khi ÿó biӇu thӭc
dz
d
z
g
gE
z
z
U
U
U
U
1
lim
0
'
'

o'
(4.4)
là ÿӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng toàn phҫn cӫa nѭӟc ÿҥi dѭѫng. Nhѭ vұy,
ÿӝ әn
ÿӏnh
là gia tӕc cӫa phҫn tӱ bӏ di chuyӇn khӓi trҥng thái ban ÿҫu cӫa nó; gia
tӕc này ÿѭӧc ÿem chia cho khoҧng cách.
0
!E ӭng vӟi cân bҵng әn ÿӏnh, 0E - cân bҵng bҩt әn ÿӏnh và
- cân bҵn
g phiӃm ÿӏnh.0
E
Graÿien mұt ÿӝ tro
ng công thӭc (4.4) ÿѭӧc viӃt theo tӍ lӋ vӟi ÿӝ sâu. Rõ
ràng tӯ quan ÿiӇm vұt lý nӃu tính tӟi ÿӝ nén cӫa nѭӟc biӇn thì sӱ dөng
graÿien mұt ÿӝ theo áp suҩt sӁ chính xác hѫn
dP
d
E
p
U
U
1
, (4.5)
ngoài ra, nӃu chú ý tӟi quan hӋ giӳa ÿӝ sâu biӇu thӏ bҵng m và áp suҩt biӇu
thӏ bҵng dba, tӭc
gdzdP
U
4

10

, ta có thӇ viӃt
zp
EE
1
02,1


U
.
Tӯÿây thҩy rҵng vӟi ÿӝ chính xác ÿӫ cho các mөc ÿích thӵc tiӉn, có
thӇ chҩp nhұn.
zp
EE
ThӃ vi phân cӫa mұt ÿӝ vào (4.4)
dPkdSTdd
A

1
)( '

ETDUU
, (4.7)
ta ÿѭӧc
dz
dP
k
dz
dS

T
dz
d
E
A
'
ETD
)(
. (4.8)
Ӣÿây

T
nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ, hiӋu chӍnh ÿoҥn nhiӋt. Tӯ (4.8) ta trӯÿi
phҫn ÿӝ әn ÿӏnh ӭng vӟi ÿҥi dѭѫng ÿӗng nhҩt khi
'
A
T
const
S , tӭc ӭng vӟi các
ÿiӅu kiӋn cân bҵng trung hòa. Khi ÿó ta có
dz
dS
dz
d
E
E
T
D

. (4.9)

BiӇu thӭc này có thӇ ÿѭӧc gӑi là ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt muӕi. Vì
, tӯ
(4.9) ta có
A
TT '
T
dz
dS
dz
dT
dz
dT
E
A
ED

¸
¸
¹
·
¨
¨
©
§
 . (4.10)
Trong thӵc tӃ thông thѭӡng ngѭӡi ta vүn tính hӧp phҫn cân bҵng toàn
phҫn này, nó phө thuӝc vào phân bӕ nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ và ÿӝ muӕi theo phѭѫng
thҷng ÿӭng.
Pollak ÿã nhұn ÿѭӧc mӝt biӇu thӭc quan trӑng liên hӋÿӝәn ÿӏnh thҷng
ÿӭng vӟi tӕc ÿӝ âm:

¸
¹
·
¨
©
§

2
11
C
dP
d
E
U
U
. (4.11)
Tӯÿây thҩy rҵng ÿӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng tăng phi tuyӃn khi tӕc ÿӝ âm
tăng và ngѭӧc lҥi. Tѭѫng quan này cho phép loҥi trӯ hiӋu ӭng nén ÿoҥn nhiӋt
khӓi ÿӝ әn ÿӏnh toàn phҫn. Tӯ góc ÿӝ thӵc tӃѭӟc lѭӧng
E bҵng (4.11) tӓ ra
tӕt hѫn, ÿһc biӋt trong nhӳng trѭӡng hӧp có sӕ liӋu quan trҳc tӕc ÿӝ âm.
Thay vì (4.10) vӟi sai sӕ không lӟn có thӇ viӃt công thӭc sau:
dz
dT
Tdz
dT
Tdz
dS
S
E

A
w
w

w
w

w
w

U
U
U
, (4.12)
công thӭc này ÿѭӧc dùng rӝng rãi trong tính toán thӵc tӃ và ÿѭӧc gӑi là chӍ
tiêu әn ÿӏnh cӫa Hesselberg-Sverdrup.
Nhѭ ta thҩy tӯ (4.12) sӕ hҥng thӭ nhҩt ӣ vӃ phҧi biӇu diӉn vai trò cӫa
ÿӝ muӕi trong ÿӝ әn ÿӏnh (ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi), hai sӕ hҥng khác cho biӃt
phҫn ÿóng góp cӫa nhiӋt ÿӝ (ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt), tӭc.
TS
EEE 
Sӵ phân chia nhѭ vұy cho phép tìm hiӇu ҧnh hѭӣng tѭѫng ÿӕi cӫa ÿӝ
muӕi và cӫa nhiӋt ÿӝ tӟi sӵ hình thành ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt muӕi tәng cӝng.
159 160
Bây giӡ, ta chú ý tӟi hình 4.1, ӣÿó thӇ hiӋn phân bӕÿӝәn ÿӏnh nhiӋt
ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi trên mһt cҳt dӑc kinh tuyӃn 30
o
W ӣĈҥi Tây
Dѭѫng. DӉ dàng thҩy rҵng vӅ toàn cөc thì ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt ÿӝ áp ÿҧo, song ӣ
vùng phân bӕ khӕi nѭӟc trung gian cұn cӵc bҳc phҫn ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi

vѭӧt trӝi so vӟi ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt ÿӝ, tӭc.
TS
EE !
Hình 4.1. Tѭѫng quan giӳa ÿӝ әn ÿӏnh nhiӋt ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh ÿӝ muӕi
trên mһt cҳt dӑc kinh tuyӃn 30
o
W ӣĈҥi Tây Dѭѫng
Hình 4.2. Phân bӕÿӝәn ÿӏnh thҷng
ÿӭng ÿiӇn hình ӣ lӟp trên cӫa biӇn
Baren mùa hè (1) và mùa ÿông (2)
(theo V.T. Timopheev và V.V. Panov)
Ĉӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng, ÿһc biӋt trong các lӟp trên cӫa biӇn có thӇ biӃn
ÿәi rҩt mҥnh tӯ mùa này tӟi mùa khác. Trên hình 4.2 dүn phân bӕÿiӇn hình
cӫa ÿӝ әn ÿӏnh trong lӟp trên cӫa biӇn Baren. VӅ mùa hè, ÿӝ әn ÿӏnh cӫa các
lӟp dѭѫng và giҧm theo ÿӝ sâu. Lӟp trên ÿѭӧc sѭӣi ҩm và xáo trӝn mҥnh do
gió bӏ tách biӋt vӟi bӅ dày còn lҥi bҵng mӝt lӟp biӃn ÿәi m
ұt ÿӝ ÿӝt ngӝt -
nhҧy vӑt, tѭѫng ӭng vӟi cӵc ÿҥi ÿӝ әn ÿӏnh. VӅ mùa ÿông (xem hình 4.2) ÿӝ
әn ÿӏnh âm tӯ mһt tӟi ÿӝ sâu 50 m phҧn ánh sӵ xáo trӝn ÿӕi lѭu trong lӟp
này diӉn ra bӣi quá trình tăng mұt ÿӝ lӟp mһt khi nó bӏ nguӝi lҥnh.
Ta nhұn thҩy rҵng công thӭc (4.2) ÿӗng nhҩt vӟi phѭѫn
g trình dao ÿӝng
ÿiӅu hòa ÿѫn gi
ҧn
0
2
2
2

[

[
N
dt
d
, (4.13)
trong ÿó
[
là li ÿӝ trong phѭѫng thҷng ÿӭng cӫa phҫn tӱ so vӟi vӏ trí cân
bҵng cӫa nó, . NghiӋm cӫa phѭѫn
g trình này có thӇ biӇu diӉn dѭӟi
dҥng
gEN
2
)(cos
M
[
 tNA , (4.14)
vӟi

A
biên ÿӝ,

M
pha ban ÿҫu, N tҫn sӕ dao ÿӝng ÿѭӧc gӑi là tҫn sӕ
Brent-Vaisial (theo tên cӫa các tác giҧÿã khҧo sát nhӳng chuyӇn ÿӝng dao
ÿӝng trong khí quyӇn). ChӍ tiêu này ÿһc trѭng cho tҫn sӕ cӫa các dao ÿӝng
thҷng ÿӭng trong ÿҥi dѭѫng phân tҫng. Ĉӝ әn ÿӏnh càng cao thì nhӳng dao
ÿӝng này càng nhanh: trong khӕi nѭӟc phân tҫng yӃu nhӳng dao ÿӝng này
rҩt chұm.
Phân bӕ tҫn sӕ Brent-Vaisial trong nhӳng vùng sâu cӫa Ĉҥi dѭѫng ThӃ

giӟi rҩ
t giӕng n
hau. Ӣ phía dѭӟi lӟp nêm nhiӋt chính có thӇ xҩp xӍ phân bӕ
này bҵng mӕi phө thuӝc:
¸
¹
·
¨
©
§


B
z
NzN exp)(
0
,
trong ÿó
tҫn sӕ ngoҥi suy tӟi mһt biӇn ( chu trình trong 1 giӡ,
hay ),

0
N
3
1024


3
0
|N

1
c ,5

| 3,1|B km. Trên hình 4.3 dүn phân bӕ thҷng ÿӭng cӫa
161 162
tҫn sӕ Brent-Vaisial ÿiӇn hình cho các vùng khѫi ÿҥi dѭѫng, tӯÿây suy ra
rҵng cӵc ÿҥi cӫa N xҧy ra tҥi ÿӝ sâu 500
m và sâu hѫn 2000 m nó hҫu nhѭ
không ÿәi.
Hình 4.3. Phân bӕ thҷng ÿӭng
ÿiӇn hình cӫa tҫn sӕ Brent-Vaisial
ӣ các vùng khѫi ÿҥi dѭѫng
4.3. Nhӳng dүn liӋu tәng quát vӅ xáo trӝn ÿӕi lѭu
Theo nghƭa rӝng, thuұt ngӳ ÿӕi lѭu thѭӡng ÿѭӧc hiӇu là sӵ vұn chuyӇn
khӕi lѭӧng và năng lѭӧng trong chҩt lӓng chuyӇn ÿӝng hoһc xáo trӝn. Trong
trѭӡng hӧp tәng quát, ÿӕi lѭu ÿѭӧc chia thành hai dҥng: ÿӕi lѭu cѭӥng bӭc
và ÿӕi lѭu tӵ do. Ĉӕi lѭu cѭӥng bӭc ÿѭӧc gây nên bӣi tác ÿӝng cӫa các ngoҥi
lӵc ma sát biên và ma sát trong. Các dòng chҧy và rӕi ÿӝng lӵc thuӝc loҥi ÿó.
Ĉӕi l
ѭu cѭӥng
bӭc phát triӇn chӫ yӃu theo phѭѫng ngang, có thӇ mӝt phҫn
theo phѭѫng thҷng ÿӭng.
Ĉ͙i l˱u t͹ do (t͹ nhiên) ÿѭӧc gây bӣi tác ÿӝng cӫa các ngoҥi lӵc trong
khi tӗn tҥi bҩt ÿӗng nhҩt mұt ÿӝ tҥi các ÿiӇm không gian. Nhѭ vұy ÿӕi lѭu tӵ
do thӇ hiӋn chӫ yӃu trong chuyӇn ÿӝng cӫa các khӕi nѭӟc trong phѭѫ
ng
thҷng ÿӭng.
Vì các
hҧi lѭu và rӕi ÿѭӧc xét trong hҧi dѭѫng hӑc dѭӟi dҥng các mөc
ÿӝc lұp, nên theo nghƭa hҽp ngѭӡi ta hiӇu ÿӕi lѭu chӍ là ÿӕi lѭu tӵ do. Tӯÿây

vӅ sau chúng ta cNJng tuân theo ÿӏnh nghƭa này.
ViӋc nghiên cӭu ÿӕi lѭu tӵ do vӟi các qui mô và hình thӭc khác nhau
rҩt quan trӑng ÿӇ hiӇu và giҧi thích nhiӅu quá trình thӫy nhiӋt ÿӝng lӵc diӉn
ra tron
g Ĉҥi dѭѫng ThӃ giӟi. Xáo trӝn ÿӕi lѭu có vai trò ÿáng kӇ trong chӃ
ÿӝ thӫy văn các biӇn và ÿҥi dѭѫng, tác ÿӝng trӵc tiӃp tӟi trҥng thái không
nhӳng cӫa các lӟp nѭӟc mһt mà cҧӣ dѭӟi sâu. Trѭӟc hӃt ÿiӅu này thӇ hiӋn
trong ÿӕi lѭu thu ÿông, dҥng ÿӕi lѭu này phә biӃn rӝng khҳp tҥi các vƭÿӝ
trung bình và vƭÿӝ cao
trong cҧ hai bán cҫ
u. Ngoài ra, ÿӕi lѭu ҧnh hѭӣng tӟi
các quá trình, thí dө nhѭ tҥo băng, ÿiӅu kiӋn truyӅn các dao ÿӝng ÿàn hӗi
trong nѭӟc, sӵ phân bӕ các vùng vӟi sҧn lѭӧng sinh hӑc khác nhau.
Sӵ hình thành lӟp mһt ÿӗng nhҩt, ÿӝ dày và phân bӕ không gian cӫa nó
phө thuӝc vào cѭӡng ÿӝ xáo trӝn ÿӕi lѭu, ÿһc biӋt tҥi nhӳng vùng mà dҥng
xáo trӝn này diӉn ra
trong thӡi gian dài. KӃt qu
ҧ nghiên cӭu cho thҩy ÿӕi lѭu
xâm nhұp tӟi ÿӝ sâu lӟn ӣ các vùng tây bҳc và bҳc cӫa Ĉҥi Tây Dѭѫng. Thí
dө, ÿӝ sâu ÿӕi lѭu ӣ các ÿӟi front cӫa thӫy vӵc Labraÿo ÿҥt tӟi 2
000-3 000
m, trong khi ӣ các vùng khѫi ÿҥi dѭѫng trên cùng nhӳng vƭÿӝ thì ÿӝ sâu ÿӕi
lѭu thѭӡng nhӓ hѫn mӝt bұc. Thӵc tӃÿӕi lѭu thu ÿông phát triӇn tӟi ÿáy t
ҥi
nhiӅu biӇn bao quanh bӡ châu Nam Cӵc. Thí dө nhѭӣ biӇn Weddell, nѭӟc
các lӟp mһt lҥnh và mһn trѭӡn theo sѭӡn hҿm sâu xuӕng tӟi ÿáy và sau ÿó
theo hӋ thӕng hoàn lѭu tҫng sâu chҧy l
an rҩt xa lên phía bҳc cӫa Ĉҥi Tây
Dѭѫng, cҳt ÿѭӡng xích ÿҥo. Theo nhӳng ѭӟc lѭӧng hiӋn ÿҥi nhұn ÿѭӧc trên
cѫ sӣ mô hình hóa hoàn lѭu chung ÿҥi dѭѫng, hàng năm trong Ĉҥi dѭѫ

ng
ThӃ giӟi hình thành
6
10)5,11(  km
3
nѭӟc tҫng sâu.
Ĉӕi lѭu có thӇ là thuӝc loҥi ÿ͙i l˱u g̯n m̿t và ÿ͙i l˱u n͡i t̩i lͣp.
Nguyên nhân xuҩt hiӋn ÿӕi lѭu loҥi thӭ nhҩt là sӵ nguӝi lҥnh và mһn hóa lӟp
nѭӟc gҫn mһt ÿҥi dѭѫng do các quá trình trao ÿәi nhiӋt và ҭm vӟi khí quyӇn.
Sӵ hình thành ÿӕi lѭu nӝi tҥi lӟp liên quan tӟi sӵ phát triӇn cӫ
a quá trình dүn
nhiӋt ph
ân tӱ và khuӃch tán muӕi cNJng nhѭ sӵ bҩt ÿӗng nhҩt phѭѫng ngang
cӫa trѭӡng nhiӋt muӕi, tình huӕng này có thӇ do bình lѭu nhiӋt và muӕi bӣi
các dòng chҧy. Thí dө, dѭӟi tác ÿӝng cӫa vұn chuyӇn bình lѭu có thӇ hình
thành cái gӑi là ÿӕi lѭu ngang, ÿó là chuyӇn ÿӝng không cùng hѭӟng cӫa các
163 164
lӟp nѭӟc mӓng kӃ cұn nhau. Dҥng ÿӕi lѭu ngang sӁ tӓ ra có ý nghƭa trong
tình huӕng có hai cӝt nѭӟc әn ÿӏnh thӫy tƭnh, nhѭng phân tҫng theo kiӇu
khác nhau do kӃt quҧ quá trình vұn chuyӇn bình lѭu sӁ di chuyӇn tӟi gҫn
nhau. Trong trѭӡng hӧp này chênh lӋch mұt ÿӝ và áp suҩt sӁ tҥo thuұn lӧi
cho sӵ phát triӇn nhӳng chuyӇn ÿӝng ÿӏa phѭѫng hѭӟng t
ӟi tҥo t
hành mӝt
cҩu trúc thҷng ÿӭng әn ÿӏnh duy nhҩt thay vì hai cҩu trúc ban ÿҫu.
Thѭӡng ngѭӡi ta phân biӋt hai dҥng chuyӇn ÿӝng ÿӕi lѭu chính: ÿ͙i l˱u
d̩ng nhân và ÿӕi lѭu dѭӟi dҥng các nguyên t͙ÿ͙i l˱u. Ĉӕi lѭu nhân ÿѭӧc
nghiên cӭu kƭ nhҩt. Benar lҫn ÿҫu tiên năm 1901 ÿã có mô tҧ kinh ÿiӇn vӅ sӵ
phát triӇn ÿӕi lѭu nhân trong ÿ
iӅu k

iӋn phòng thí nghiӋm. Trong mӝt lӟp chҩt
lӓng mӓng ÿѭӧc nung nóng ÿӅu tӯ phía dѭӟi, các phҫn tӱ cӫa nó lúc ÿҫu bҳt
ÿҫu ÿҧo lӝn mӝt cách hӛn loҥn. Sau mӝt khoҧng thӡi gian cӥ vài giây hoһc
vài phút tùy thuӝc ÿӝ nhӟt cӫa chҩt lӓng, sӁ hình thành mӝt trҥng thái trong
ÿó các dòng thҷng ÿӭng tҥo thành nhӳng hình lөc giác. TӍ sӕ giӳa chiӅu dài
cҥnh c
ӫa nhӳng lөc gi
ác này và chiӅu cao cӫa nhân bҵng khoҧng 2 : 1. Chҩt
lӓng nâng lên ӣ tâm cӫa các hình lөc giác, phân kǤ tҥi mһt và hҥ chìm xuӕng
dӑc theo các mһt, ngoài ra chuyӇn ÿӝng giáng cӵc ÿҥi sӁ quan sát thҩy ӣ các
biên bên cӫa nhân.
Sӵ hình thành cӫa các nguyên tӕÿӕi lѭu có thӇ liên quan tӟi ÿӝ әn ÿӏnh
tѭѫng ÿӕi cӫa các lӟp nѭӟc. Trѭӡng hӧp này gһp thҩy khi hai chҩt lӓng khác
nha
u có chung mһ
t phân cách phҷng chӏu tác ÿӝng cӫa mӝt gia tӕc trên
hѭӟng vuông góc vӟi mһt chung cӫa chúng. Khi gia tӕc hѭӟng tӯ môi trѭӡng
ít ÿұm ÿһc hѫn tӟi môi trѭӡng ÿұm ÿһc hѫn thì mһt phân cách trӣ nên không
әn ÿӏnh. Trong khi phát triӇn tính bҩt әn ÿӏnh, chҩt lӓng ÿұm ÿһc hѫn sӁ phát
ra nhӳng luӗng dài vào phía chҩt lӓng ít ÿұm ÿһc.
ChӍ tiêu xuҩt hiӋn và phát triӇn cҧ hai dҥng
ÿӕi lѭu tӵ do là sӕ Rayleigh,
sӕ này có thӇ ÿѭӧc viӃt dѭӟi dҥng:
X
D
3

Ra
k
hTg '

,
trong ÿó

D
hӋ sӕ dãn nӣ nhiӋt cӫa nѭӟc biӇn;

X
hӋ sӕ nhӟt phân tӱÿӝng
hӑc; hӋ sӕ dүn n
hiӋt ÿӝ phân tӱ;
k h
ÿӝ dày lӟp ÿang xét; '
T
hiӋu
các nhiӋt ÿӝ tҥi các biên trên và dѭӟi cӫa lӟp.
Nhӳng sӕ Rayleigh dѭѫng tѭѫng ӭng vӟi phân tҫng bҩt әn ÿӏnh (tăng
nhiӋt ÿӝ - giҧm mұt ÿӝ theo ÿӝ sâu). Trong lӟp ÿӕi lѭu thì sӵ phân tҫng bҩt
әn ÿӏnh là ÿiӅu kiӋn cҫn không chӍÿӇ xuҩt hiӋn, mà ÿӇ phát triӇn các chuyӇn
ÿӝng thҷng ÿӭng có trұt tӵ và vô trұt tӵ
.
Nhӳng sӕ Ray
leigh âm tѭѫng ӭng vӟi phân tҫng әn ÿӏnh (giҧm nhiӋt ÿӝ
- tăng mұt ÿӝ theo ÿӝ sâu). ĈiӅu này có nghƭa rҵng nhӳng nhiӉu ÿӝng ngүu
nhiên cӫa mұt ÿӝ, nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi trong lӟp vӟi ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng bӏ tàn lөi
dҫn do ҧnh hѭӣng ÿӗng thӡi cӫa ÿӝ nhӟt và tính dүn nhiӋt. Ĉӝ әn
ÿӏnh
dѭѫng
cҧn trӣ sӵ phát triӇn cӫa nhӳng chuyӇn ÿӝng có trұt tӵ. Ĉӕi lѭu tӵ do trong
trѭӡng hӧp này là bҩt әn ÿӏnh và phát triӇn theo kiӇu xáo trӝn xâm nhұp.
Trong khi hình thành sӵ bҩt әn ÿӏnh ӣ lӟp nѭӟc mһt, ÿӕi lѭu tӵ do xuҩt

hiӋn ӣ mӝt lӟp ban ÿҫu nào ÿó và trong quá trình phát triӇn nó sӁ xâm nhұp
sâu vào môi trѭӡng nѭӟc c
ó
ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng. Toàn bӝ lӟp nѭӟc trong ÿó
phát triӇn ÿӕi lѭu nhiӋt muӕi sӁ cҩu tҥo tӯ hai phҫn: phҫn biên bên trên vӟi
ÿӝ әn ÿӏnh âm và phҫn dѭӟi vӟi ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng. Ĉӕi vӟi phҫn bên trên cӫa
lӟp ÿӕi lѭu sӁ thӓa mãn tѭѫng quan . Trong phҥm vi ÿӟi này sӁ
hình thành nhӳng nhiӉu ÿӝng ÿӕi lѭu; tӯÿó chúng xâm nhұp sâu vào môi
trѭӡng có phân tҫng
әn ÿӏnh, dҫn dҫn suy yӃu và triӋt tiêu. Trong phҥm vi
phҫn dѭӟi cӫa lӟp ÿӕi lѭu sӁ thӓa mãn ÿiӅu kiӋn,ÿiӅu kiӋn
này
ÿѭӧc tuân thӫ cҧ vӟi ÿӝ әn ÿӏnh dѭѫng cNJng nhѭÿӝәn ÿӏnh âm yӃu. Trӏ sӕ
tӟi hҥn cӫa sӕ Rayleigh thѭӡng bҵng
Ra .
cr
Ra
,657
Ra t

cr
cr
RaRa 
5
Trên hìn
h 4.4 dүn mӝt thí dө vӅ hoҥt ÿӝng cӫa ÿӕi lѭu thu ÿông: phân
bӕ không gian cӫa ÿӝ sâu xáo trӝn ÿӕi lѭu trung bình tháng 3 ӣ vùng ÿông
bҳc Ĉҥi Tây Dѭѫng. DӉ dàng thҩy rҵng cӵc ÿҥi ÿӝ dày lӟp ÿӕi lѭu quan sát
thҩy ӣ khoҧng giӳa Aixѫlen và nѭӟc Anh, trong vӏnh Biskay gҫn bӡ bán ÿҧo
Pirênê, ӣÿây ÿӝ dày này ÿҥt tӟi 900 m. Ӣ phҫ

n trung tâm ÿҥi dѭѫng
, ÿӝ dày
lӟp ÿӕi lѭu giҧm ÿi hѫn hai lҫn. Ӣ phía bên kia cӫa bán ÿҧo Pirênê, tҥi vùng
eo biӇn Ghibralta, ÿӝ dày lӟp trӣ thành gҫn bҵng 100 m, tӭc giҧm ÿi khoҧng
165 166
10 lҫn.
Hình 4.4. Phân bӕ không gian cӫa ÿӝ sâu xáo trӝn ÿӕi lѭu (m) ӣ vùng ÿông bҳc
Ĉҥi Tây Dѭѫng vào tháng 3 theo sӕ liӋu quan trҳc nhiӋt áp kӃ
Tuy nhiên, vùng trung tâm cӫa biӇn Grinlan ÿѭӧc xem là nѫi chӫ yӃu
hình thành các khӕi nѭӟc tҫng sâu và nѭӟc ÿáy ӣ bҳc bán cҫu. Sӵ tѭѫng tác
cӫa các dòng hҧi lѭu ҩm và lҥnh trên nӅn ÿӏa hình ÿáy phӭc tҥp cӫa thӫy vӵc
Grinlan ÿã dүn tӟi hình thành mӝt hoàn lѭu xoáy thuұn kín, ÿiӅu này cùng
vӟi sӵ mҩt nhiӋt mҥnh mӁ và tính phân tҫng thҷng ÿӭng yӃu tҥo nên trong
mùa ÿôn
g nhӳng tiӅn ÿӅ thuұn lӧi cho sӵ phát triӇn ÿӕi lѭu sâu.
Thӵc chҩt cӫa cѫ chӃ phát triӇn ÿӕi lѭu Grinlan do các nhà nghiên cӭu
ngѭӡi Nga G.A. Alekseev, V.V. Ivanov và nnk. ÿӅ xuҩt nhѭ sau. Mӝt lӟp
nѭӟc mһt bҩt әn ÿӏnh thӫy tƭnh ÿѭӧc hình thành do sӵ mһn hóa ban ÿҫu là
nguӗn gӕc cӫa nhӳng nguyên tӕ vӟi ÿӝ nәi mang dҩu âm cҩu tҥo tӯ
nѭӟc
ÿұm ÿһc hѫn và có qui mô phѭѫng ngang tӯ mӝt sӕ mét tӟi vài chөc mét (các
tác giҧ gӑi là
nguyên tӕ nhiӋt hay nguyên tӕ nәi). Trong quá trình chìm
xuӕng, kích thѭӟc ÿһc trѭng cӫa các nguyên tӕ nәi tăng dҫn, nhѭng lѭӧng
hөt ÿӝ nәi giҧm mӝt sӕ lҫn do hӋ quҧ xáo trӝn và thu nҥp nѭӟc xung quanh.
Ĉӝ sâu thâm nhұp cӫa nguyên tӕ nәi phө thuӝc vào lѭӧng hөt
ÿӝ nәi ban ÿҫu
và sӵ phân tҫng cӫa môi trѭӡng bao quanh. Trong khi giӳ không ÿәi nhӳng
ÿiӅu k
iӋn bên ngoài, mӛi nguyên tӕ nәi hình thành tiӃp sau sӁ thâm nhұp sâu

hѫn nguyên tӕ trѭӟc do cӝt nѭӟc dҫn dҫn bӏÿӗng nhҩt hóa. Sӵ hòa hӧp mӝt
sӕ nguyên tӕ nәi riêng biӋt dүn tӟi hình thành nhӳng ÿӟi ÿӕi lѭu tѭѫng ÿӕi
rӝng (vӟi qui mô mӝt sӕ kilômét) ÿҥt t
ӟi ranh giӟi trên cӫa nѭӟc tҫng sâu.
Nhѭ vұy, sӵ phát triӇn ÿӕi lѭu ÿѭӧc t
hӵc hiӋn tӯ qui mô nhӓ tӟi qui mô lӟn.
Ĉӕi lѭu có thâm nhұp tiӃp nӳa xuӕng tӟi lӟp ÿáy hay không là do cѭӡng ÿӝ
trao ÿәi năng lѭӧng vӟi khí quyӇn quyӃt ÿӏnh và phө thuӝc vào ÿӝ muӕi cӫa
lӟp mһt ÿҥi dѭѫng. Khi ÿӕi lѭu c
ó thӇ lan tӟ
i ÿáy, còn khi ÿӝ
muӕi nhӓ hѫn, ÿӕi lѭu chӍ giӟi hҥn tӟi lӟp nѭӟc tҫng sâu.
oS % 82,34!
Theo
qui mô không gian - thӡi gian, ÿӕi lѭu có thӇ ÿѭӧc phân chia
thành ba kiӇu: kiӇu qui mô lӟn, kiӇu qui mô trung bình và kiӇu qui mô nhӓ.
Ĉӕi lѭu qui mô lӟn trѭӟc hӃt là ÿӕi lѭu tӵ do trong thӡi kì nguӝi lҥnh thu
ÿông, có qui mô không gian - thӡi gian ÿáng kӇ: trong phѭѫng thҷng ÿӭng -
hàng trăm và hàng nghìn mét, phѭѫn
g ngang - hàng nghìn kilômét, qui mô
thӡi gian - mӝt sӕ tháng. Thí dө vӅÿӕi lѭu qui mô vӯa có thӇ là nhӳng quá
trình liên quan tӟi biӃn trình ngày ÿêm cӫa các yӃu tӕ khí tѭӧng thӫy v
ăn.
Thұt vұy, vào ban ÿêm mùa hҥӣ các vƭÿӝ trung bình, lӟp mһt ÿҥi dѭѫng bӏ
lҥnh mҥnh mӁ do sӵ phát xҥ hiӋu dөng, trao ÿәi rӕi và bӕc hѫi và mһn hóa do
bӕc hѫi. KӃt quҧ là xuҩt ÿӕi lѭu tӵ do
vӟi qui mô thҷng ÿӭng ÿһc trѭng tӯ
mӝt sӕ mét ÿӃn vài chөc mét.
Ĉӕi lѭu qui mô nhӓ bao gӗm nhӳng yӃu tӕ vi cҩu trúc
ÿҥi dѭѫng có ÿһc

167 168
trѭng bҩt ÿӗng nhҩt nhiӋt muӕi vӟi qui mô theo phѭѫng thҷng ÿӭng 1 cm  1
m, phѭѫng ngang 1 m  1 km và thӡi gian 1 s  1 ngày ÿêm. Mӝt trong
nhӳng cѫ chӃ hình thành cӫa nó là sӵÿӕi lѭu khuӃch tán phân hóa, biӇu hiӋn
hoһc dѭӟi dҥng các chùm lѭӥi muӕi (salt fingers), hoһc dѭӟi dҥng ÿӕi lѭu
theo lӟp. Mӝt sӕ qui luұt hình thành vi cҩu trúc sӁ ÿѭӧc xét dѭӟi ÿây.
4.4. Ĉӕi lѭu nhiӋt muӕi thҷng ÿӭng và phѭѫng pháp tính
toán cӫa N.N. Zubov
Nhѭÿã nhұn xét ӣ trên, ÿӕi lѭu tӵ do chӫ yӃu phát triӇn vào thӡi kì
nguӝi lҥnh thu ÿông ӣ các vƭÿӝ trung bình và cao. Trong ÿó sӵ tăng mұt ÿӝ
lӟp nѭӟc mһt ÿҥi dѭѫng là do giҧm nhiӋt ÿӝ hoһc tăng ÿӝ muӕi, hoһc biӃn
thiên ÿӗng thӡi cӫa hai tham sӕÿó. Trong trѭӡng hӧp thӭ nhҩt gӑi là ÿ͙i l˱u
nhi͏t, trѭӡng
hӧ
p thӭ hai - ÿ͙i l˱u ÿ͡ mu͙i và trѭӡng hӧp thӭ ba - ÿ͙i l˱u
nhi͏t mu͙i. Giҧm nhiӋt ÿӝ mһt ÿҥi dѭѫng diӉn ra chӫ yӃu do sӵ phát xҥ sóng
dài vào khí quyӇn, bӕc hѫi và mҩt nhiӋt rӕi, còn tăng ÿӝ muӕi - do mһn hóa
các lӟp nѭӟc mһt khi bӕc hѫi và tҥo băng. Sӵ kӃt hӧp các nhân tӕ này có thӇ
gây
nên ÿӕi lѭu v
ӟi cѭӡng ÿӝ và qui mô khác nhau.
Phҧi lѭu ý rҵng ÿһc ÿiӇm cӫa ÿӕi lѭu nhiӋt biӇu lӝ không nhѭ nhau
trong các vùng nѭӟc biӇn và nѭӟc lӧ (
oS % 7,24 ). Vӟi nѭӟc biӇn, sau khi
ÿҥt nhiӋt ÿӝ ÿông băng, sӵ tăng mұt ÿӝ tiӃp theo diӉn ra do sӵ tăng ÿӝ muӕi
trong khi tҥo băng. Trong trѭӡng hӧp này ÿӕi lѭu nhiӋt chuyӇn thành ÿӕi lѭu
nhiӋt muӕi, hѫn nӳa giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi có vai trò ÿáng kӇ hѫn so vӟi
ÿӕi lѭu nhiӋt.
Trong thӫy vӵc nѭӟc lӧ, quá trình ÿӕ
i lѭu nhiӋt kӃt t

húc khi ÿҥt tӟi
nhiӋt ÿӝ mұt ÿӝ cӵc ÿҥi, nhiӋt ÿӝ này cao hѫn nhiӋt ÿӝ ÿông băng, vì khi
nhiӋt ÿӝ tiӃp tөc giҧm thì phân tҫng әn ÿӏnh xuҩt hiӋn. Muӕn cho ÿӕi lѭu tiӃp
diӉn, tӭc giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi, thì cҫn có nhӳng ÿiӅu kiӋn ÿһc biӋt.
ĈӇ ѭӟc lѭӧng v
Ӆ sӵ xáo trӝn ÿӕi lѭu cӫa nѭӟc biӇn tro
ng thӡi kì nguӝi
lҥnh thu ÿông không tính ÿӃn quá trình xáo trӝn rӕi và nhӳng nhân tӕ phӭc
tҥp hóa khác, có thӇ sӱ dөng phѭѫng pháp do N.N. Zubov ÿӅ xuҩt năm 1929.
Trong phѭѫng pháp này cho rҵng các giai ÿoҥn ÿӕi lѭu nhiӋt và ÿӕi lѭu ÿӝ
muӕi thӵc tӃ bӏ quyӃt ÿӏnh hoàn toàn bӣi sӵ trao ÿәi nhiӋt qua mһt ÿҥi dѭѫ
ng.
NhiӋm vө tính toán chính là tìm mӕi liên hӋ giӳa ÿӝ sâu thâm nhұp xáo trӝn
ÿӕi lѭu và lѭӧng mҩt nhiӋt qua mһt biӇn.
Sѫÿӗ tәng quát giҧi bài toán có thӇ diӉn ÿҥt nhѭ sau (hình 4.5). Cho
rҵng quá trình ÿӕi lѭu gӗm hai giai ÿoҥn: giai ÿoҥn thӭ nhҩt, khi chӍ có ÿӕi
lѭu nhiӋt ( ), khô
ng có ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi ( ). Giai ÿoҥn này tѭѫng ӭng
vӟi quá trình ÿӕi lѭu tr
ѭӟc khi tҥo băng. Giai ÿoҥn hai, khi có thêm ÿӕi lѭu
ÿӝ muӕi và quá trình tăng trѭӣng băng diӉn ra.
T
K
S
K
Sӕ liӋu xuҩt phát ÿӇ tính là phân bӕ thҷng ÿӭng cӫa nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi
ngay trѭӟc khӣi ÿiӇm cӫa thӡi kì nguӝi lҥnh mùa thu và các giá trӏ vӅ lѭӧng
mҩt nhiӋt tәng cӝng qua mһt biӇn tron
g suӕt thӡi kì nguӝi lҥnh thu ÿông.
Giҧ sӱ tҥi mӛi tҫng sâu cӫa trҥm hҧi văn ÿѭӧc biӃt nhiӋt ÿӝ, ÿӝ

muӕi và
thӇ tích riêng
v
.
Hình 4.5. Sѫÿӗ tәng quát cӫa
quá trình ÿӕi lѭu trѭӟc tҥo băng
(giai ÿoҥn I) và trong khi tҥo băng
(giai ÿoҥn II)
Ĉҫu tiên ta xét quá trình xáo trӝn nhiӋt ÿӝ bên trong lӟp thӭ nhҩt
( ). Trong trѭӡng hӧp
này, ÿӕi lѭu ÿѭӧc duy trì chӍ bӣi mҩt nhiӋt qua
mһt, vì vұy có thӇ bӓ qua nhӳng biӃn ÿәi ÿӝ muӕi do bӕc hѫi và giáng thӫy.
Rõ ràng, ÿӇ xáo trӝn hoàn toàn lӟp thӭ nhҩt phҧi làm sao cho thӇ tích riêng
1 ,0
z'
169 170
cӫa lӟp vào lúc xáo trӝn xong ( ) trӣ thành bҵng thӇ tích riêng tҥi biên
dѭӟi cӫa lӟp trѭӟc khi xáo trӝn ( ). Lѭӧng
biӃn ÿәi thӇ tích riêng này
ÿҥt ÿѭӧc do nhiӋt ÿӝ trung bình cӫa lӟp giҧm tӯ giá trӏ khӣi ÿҫu xuӕng
tӟi nhiӋt ÿӝ lúc xáo trӝn xong mӝt lѭӧng . Ĉӝ muӕi sau
khi xáo
trӝn nhұn giá trӏ trung bình trong lӟp.
Các giá trӏ trung bình trong
lӟp cӫa các ÿһc trѭng ÿѭӧc xác ÿӏ
nh nhѭ là nhӳng trӏ sӕ trung bình sӕ hӑc
trên các tҫng quan trҳc:
M
1 ,0
v

M
1 ,0
v
M
1 ,0
S
1
v
M
1 ,0
D
1 ,0
T
T
1 ,0
T
G
D
1 ,0
S
2
(
0
S  )
2
(
10
D
1 ,0
ST

T

,
)
1
D
1 ,0
S
1 ,
T
. (4.15)
Nhѭ vұy, sau khi xáo trӝn chúng ta có các ѭӟc lѭӧng ÿҥi lѭӧng và
. Mӝt giá
trӏ duy nhҩt cӫa nhiӋt ÿӝ ӭng vӟi cһp giá trӏ và
này có thӇ xác ÿӏnh mӝt cách thuұn tiӋn, thí dө, theo biӇu ÿӗ
M
1 ,0
0
S
v
M
1 ,0
M
1 ,0
S
M
0
Tv
S
M

1 ,
T  .
Lѭӧng giҧm nhiӋt ÿӝ trung bình cӫa lӟp thӭ nhҩt cҫn ÿӇ nó ÿѭӧc xáo
trӝn hoàn toàn ÿѭӧc xác ÿӏnh bҵng
D
1 ,0
T
D
1 ,0
T
M
1 ,0

c
p
G
1 ,
T
1
M
0
,
T
G
.
Khi ÿó lѭӧng mҩt nhiӋt cӫa lӟp qua mһt, ÿӇ gây nên giҧm lѭӧng ,
có thӇ tính bҵng
1 ,0
T
G

0
q ,
trong ÿó 
M
khӕi lѭӧng cӝt nѭӟc ÿѫn vӏ trong lӟp , nhiӋt
dung. NӃu gҫn ÿúng chҩp nhұn J/(kg.
o
C), kg/m
3
và biӇu
diӉn bӅ dày lӟp nѭӟc bҵng mét, thì lѭӧng mҩt nhiӋt (J/m
2
) có thӇѭӟc lѭӧng
theo công thӭc
1 ,0
z'
3
10

p
c
3
1 ,0
z
10
6
10 '
4
p
c

4 

U
1 ,0
T
G
1 ,0
q . (4.16)
Bây giӡ ta tính toán sӵ xáo trӝn cӫa các lӟp thӭ nhҩt và thӭ hai. NӃu lұp
luұn ÿúng nhѭ khi tính xáo trӝn hai lӟp do hӋ quҧ mҩt nhiӋt, thì lӟp ÿӗng
nhҩt bӅ dày ÿѭӧc tҥo t
hành sӁ có thӇ tích riêng , còn ÿӝ
muӕi ÿѭӧc xác ÿӏnh theo công thӭc cӫa hӛn hӧp
2 ,0
z'
D
2
M
2 ,0
vv
2 ,0
2 ,1
D
2 ,11 ,0
D
1 ,0
M
2 ,0
)(
z

zSzS
S
'
''
, (4.17)
ӣÿây các trӏ sӕ trung bình trong lӟp ÿѭӧc tính theo nhӳng công thӭc
tѭѫng tӵ (4.15). Giá trӏ tѭѫng ӭng
vӟi các trӏ sӕ và có thӇ
ÿѭӧc tìm theo biӇu ÿӗ
D
2 ,1
S
M
2 ,0
T
S
M
2 ,0
v
M
2 ,0
S
T
 . Lѭӧng giҧm nhiӋt ÿӝ cӫa lӟp xáo trӝn ÿѭӧc
tính bҵng
D
2 ,0
M
2 ,02 ,0
TTT 

G
.
Lѭӧng mҩt nhiӋt tӯ khӣi ÿҫu ÿӕi lѭu tӟi thӡi ÿiӇm xáo trӝn ÿҥt tӟi ÿӝ
sâu ÿѭӧc tính the
o công thӭc sau:
2
z
2 ,02 ,0
6
2 ,0
104 Tzq
G
'
.
Sӵ xáo trӝn cӫa lӟp , bây giӡÿã trӣ thà
nh ÿӗng nhҩt, vӟi lӟp tiӃp
theo ÿѭӧc xá
c ÿӏnh ÿúng nhѭÿã làm vӟi sӵ xáo trӝn cӫa lӟp
vӟi lӟp. ViӋc tính toán giai ÿoҥn ÿӕi lѭu nhiӋt tiӃn hành cho ÿӃn khi
nào trong khi xáo trӝn nhiӋt ÿӝ cӫa bӅ dày ÿã xáo trӝn còn chѭa bҵng nhiӋt
ÿӝ ÿông băng . Tӯ thӡi ÿiӇ
m ÿó, n
hiӋt ÿӝ cӫa các lӟp xáo trӝn giӳ không
ÿәi, bҵng nhiӋt ÿӝ ÿông băng. Mҩt nhiӋt tiӃp tөc sӁ gây nên quá trình tҥo
băng, làm tăng ÿӝ muӕi và tăng mұt ÿӝ nѭӟc dѭӟi băng, vì vұy ÿӕi lѭu tiӃp
diӉn là ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi và ÿӕi lѭu nhiӋt.
2 ,0
z'
3 ,2
z'

,1
z'
1 ,0
z'
2
T
b
Ĉӝ sâu mà giai ÿoҥn ÿӕi lѭu nhiӋt phát triӇn tӟi ÿó có tên gӑi là ÿ͡
sâu tͣi h̩n, còn lѭӧng nhiӋt mà 1 m
2
mһt biӇn mҩt vào khí quyӇn ÿӇ ÿӕi lѭu
ÿҥt tӟi ÿӝ sâu tӟi hҥn ÿѭӧc N.N. Zubov gӑi là ch͑ s͙ÿông băng.
n
z
Trѭӟc khi
bҳt ÿҫu tính giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi, cҫn phҧi rút ra biӇu
thӭc liên hӋÿӝ mһn hóa cӫa lӟp vӟi bӅ dày cӫa băng ÿang gia tăng. Giҧ sӱ
trên mһt lӟp ÿӗng nhҩt bӅ dày
z
' tҥi nhiӋt ÿӝ ÿông băng và ÿӝ muӕi
b
T
w
S
171 172
tҥo thành lӟp băng ÿӝ dày và ÿӝ muӕi rҩt nhӓ so vӟi. Lӟp nѭӟc
tӯÿó băng ÿѭӧc tҥo ra tѭѫng ÿѭѫng vӟi lӟp băng . Ĉӝ muӕi tru
ng bình
cӫa lӟp
b

h
b
S
w
S
h
b
h
z
' sau khi tҥo thành băng tăng lên mӝt lѭӧng S
G
. Theo ÿӏnh luұt
bҧo toàn khӕi lѭӧng khi tҥo ra băng vӟi mұt ÿӝ tӯ nѭӟc vӟi mұt ÿӝ
ta c
ó:
b
U
b
U
G

w
U
b
b
9h
( )
w
S
bw

UU
hh .
NӃu chҩp nhұn gҫn ÿúng kg/m
3
,kg/m
3
, thì ta
ÿѭӧc
3
w
10
U
3
109, 0
)S
,0h | .
(4.18)
Theo ÿӏnh luұt bҧo toàn lѭӧng muӕi có thӇ viӃt
(
bw
hzSzS ' h .
Tӯÿây, ÿӇ xác ÿӏnh lѭӧng mһn hóa có thӇ nhұn ÿѭӧc công thӭc sau
ÿây:
h
S


w
z
z

Sh
S
(
G
)
b
. (4.19)
Vì thông thѭӡng và , nê
n bӓ qua các sӕ hҥng bé và
lѭu ý biӇu thӭc (4.18), ta có các công thӭc gҫn ÿúng:
wb
SS h 
w

S
Sz
G
D
,0 n
1 , n
M
1 ,0
n
b
h
M
,0
S
t¹i
T

wb
,
z
Sh
S
G
1,1
|
n
S
'
n
z
S
9,0
|
D
,
n
v
1 ,0 n
D
1
n
v
. (4.20)
Bây giӡ có thӇ bҳt ÿҫu tính giai ÿoҥn ÿӕi lѭu ÿӝ muӕi. Giҧ sӱ nhiӋt ÿӝ
ÿông băng ÿҥt ÿѭӧc sau
khi xáo trӝn nhiӋt thâm nhұp xuӕng tӟi tҫng sâu
. Lӟp ÿã xáo trӝn có các ÿһc trѭng:

b
T
n
z
M
,0
M
,0
,
nn
Tv
T
.
Sau khi xáo trӝn lӟp này vӟi lӟp tiӃp theo do hӋ quҧ mһn hóa
trong khi tҥo băng, lӟp sӁ c
ó các ÿһc trѭng
' z
M
1 ,0
M
1 ,0
,


nn
Tv .
trong ÿó hiӋn tҥi chѭa ÿѭӧc biӃt. Giá trӏÿӝ muӕi sau khi xáo trӝn
sӁ ÿѭӧc xác
ÿӏnh theo biӇu ÿӗ
M

1 ,0
n
S
M
1 ,0 n
S ST 
nhѭ là ÿӝ muӕi tѭѫng ӭng vӟi
các ÿҥi lѭӧng và . Bây
giӡ có thӇ tìm ÿӝ mһn hóa cӫa lӟp
D
n
v
1
b
T
D
1 ,0
M
1 ,01 ,0


nnn
SSS
G
,
ÿҥi lѭӧng này dùng ÿӇ tính ÿӝ dày lӟp băng tăng lên theo công thӭc thӭ hai
cӫa (4.20)
D
1 ,0
1 ,01 ,0

b
1,1


|
n
nn
S
Sz
h
G
. (4.21)
KӃt cөc, lѭӧng mҩt nhiӋt sӁ là tәng cӫa hai hӧp phҫn. Mӝt trong sӕÿó
là ÿѭӧc xác ÿӏnh
theo hiӋu nhiӋt ÿӝ ÿông băng cӫa lӟp ÿã xáo trӝn và
nhiӋt ÿӝ trung bình cӫa nó trѭӟc xáo trӝn theo công thӭc tѭѫng tӵ nhѭ (4.21):
t
q
b
T

D
1 ,01 ,0
6
1 ,0
104


nnnt
Tzq

T
.
Hӧp phҫn thӭ hai cӫa lѭӧng mҩt nhiӋt ÿѭӧc tìm theo nhiӋt lѭӧng tinh
thӇ hóa do lӟp băng ÿӝ dày có ÿáy 1 m
2
tӓa ra:
b
h
bb
3
1 ,0 b
10334
U
hq
n


,
hay, nӃu chú ý rҵng kg/m
3
và biӇu diӉn bҵng mét:
3
b
109,0 
U
b
h
b
6
1 ,0 b

10300 hq
n
|

.
Tәng lѭӧng mҩt nhiӋt nhӡÿó sӵ xáo trӝn ÿӕi lѭu ÿã ÿҥt ÿӃn tҫng sâu
bҵng
1n
h
1 , b1 ,0 1 ,0 

nnntn
qqq
.
Bҵng cách tѭѫng tӵ, ngѭӡi ta tính các giá trӏ cӫa các ÿһc trѭng sau khi
xáo trӝn mӝt lӟp ÿӗng nhҩt vӟi lӟp tiӃp theo v.v
ViӋc tính toán các yӃu tӕÿӕi lѭu nhѭ vұy ÿѭӧc thӵc hiӋn cho ÿӃn khi
nào tәng lѭӧng mҩt nhiӋt trӣ nên bҵng lѭӧng mҩt nhiӋt thӵc tӃ trong suӕt thӡi
kì nguӝi lҥnh tҥi vùng ÿҥi dѭѫng ÿang xét. Ta nhұn thҩy rҵ
ng lѭӧng mҩt
173 174
nhiӋt tәng cӝng ӣÿây thѭӡng ÿѭӧc hiӇu là cân bҵng nhiӋt cӫa mһt biӇn, ÿѭӧc
xác ÿӏnh theo sӕ liӋu trung bình nhiӅu năm. Vì vұy, nӃu biӃt, thí dө lѭӧng
mҩt nhiӋt hàng tháng, có thӇ dӉ dàng ѭӟc lѭӧng ÿѭӧc ÿӝ sâu phát triӇn ÿӕi
lѭu ӣ cuӕi mӛi tháng cNJng nhѭ gia lѭӧng ÿӝ dày băng và nhӳng ÿһc trѭng
khác.
Do tính ÿѫn giҧn vӅ
phѭѫng diӋn vұt l
ý và khá phù hӧp vӟi sӕ liӋu quan
trҳc, sѫÿӗ tính toán các yӃu tӕÿӕi lѭu nhiӋt muӕi do N.N. Zubov ÿӅ xuҩt ÿã

ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong thӵc tӃ nghiên cӭu hҧi dѭѫng hӑc. Nhӳng nhѭӧc
ÿiӇm cӫa sѫÿӗ này gӗm: không tính ÿӃn sӵ khuӃch tán nhiӋt và muӕi giӳa
lӟp ÿӕi lѭu và các lӟp nҵm phía dѭӟi, bӓ qua
ҧnh h
ѭӣng cӫa bình lѭu nhiӋt
và muӕi, sӵ trao ÿәi nhiӋt vӟi khí quyӇn quá ÿѫn giҧn hóa. VӅ sau sѫÿӗÿӕi
lѭu cӫa N.N. Zubov ÿã nhiӅu lҫn ÿѭӧc làm chính xác hѫn. Thí dө V.A.
Sirkunov, sau ÿó Iu.P. Ĉoronhin ÿã nhұn ÿѭӧc nghiӋm chһt chӁ hѫn cӫa bài
toán này, cho phép tính toán nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi, ÿӝ dày lӟp ÿӕi lѭu và gia
lѭӧng băng theo nhӳng tham sӕ bên
ngoài.
4.5. Phân loҥi các ÿiӅu kiӋn phân tҫng nhiӋt muӕi. Khái
niӋm vӅ vi cҩu trúc ÿҥi dѭѫng
Các hӧp phҫn nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi cӫa ÿӝ әn ÿӏnh ÿѭӧc sӱ
dөng rӝng rãi khi giҧi quyӃt nhiӅu bài toán, trong ÿó có phân loҥi các ÿiӅu
kiӋn phân tҫng nhiӋt muӕi, chҭn ÿoán các dҥng xáo trӝn có thӇ có và các quá
trình hình thành cҩu trúc, kӇ cҧ các qui mô vi cҩu trúc. Thuұt ngӳ vi cҩu trúc
ÿѭӧc hiӇu là cҩu tҥo cӫa các trѭӡng vұt lý trong ÿҥi dѭѫng gӗm tұp hӧp
nhӳ
ng lӟp dày tӯ 1 cm ÿӃn 1 m tѭѫng ÿӕi ÿӗng
nhҩt vӅ các tính chҩt ÿѭӧc
phân cách bӣi nhӳng lӟp biên mӓng hѫn có graÿien nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi rҩt
lӟn (hình 4.6). Các graÿien thҷng ÿӭng trong nhӳng lӟp mӓng ÿó có thӇ vѭӧt
trӝi các graÿien trung bình tѭѫng ӭng 10100 lҫn hoһc hѫn nӳa.
T
E
S
EE
Sӵ phân lӟp v
i mô trong bӅ dày nѭӟc ÿҥi dѭѫng ÿã ÿѭӧc xác nhұn bӣi

nhiӅu dӳ liӋu qua
n trҳc thӵc hiӋn tҥi nhӳng vùng ÿҥi dѭѫng khác nhau nhӡ
thiӃt bӏ thám sát có ÿӝ Ǥ nhӓ, thí dө máy thám sâu CTD. Khác vӟi nhӳng trҳc
diӋn ÿã ÿѭӧc là trѫn do các dөng cө thӫy văn chuҭn nhұn ÿѭӧc, nhӳng trҳc
diӋn này chӭa nhiӅu chi tiӃt cҩu trúc th
Ӈ hiӋn rõ nét trong nhiӅu lҫn thám sát
lһp lҥi, vұy chúng là nhӳng chi tiӃt tӗn tҥi lâu. Tính chҩt chi
a cҳt cӫa các
ÿѭӡng cong phân bӕ thҷng ÿӭng
T
và S nhiӅu khi có dҥng rҩt rõ nét, nhӳng
ÿѭӡng cong ÿó có dҥng các bұc thang hay nhӳng thiên sai thay ÿәi dҩu. Sӵ
kiӋn nhӳng bҩt ÿӗng nhҩt vi cҩu trúc tӗn tҥi khҳp nѫi ÿã ÿѭӧc xác nhұn:
trong nêm nhiӋt mùa và nêm nhiӋt chính, tҥi các ÿӝ sâu lӟn và thұm chí trong
lӟp mһt tӵa ÿӗng nhҩt cӫa ÿҥi dѭѫng.
Hình 4.6. Trҳc diӋn nhiӋt ÿӝ
T
, ÿӝ muӕi và mұt ÿӝ theo sӕ liӋu
thám sâu CTD:
a) loҥi bұc thang (do các quá trình tҥo cҩu trúc thҷng ÿӭng);
S
t
V
b) loҥi x
âm nhұp (do bình lѭu ÿҷng mұt ÿӝ)
Ngѭӡi ta quan tâm nhiӅu ÿӃn viӋc nghiên cӭu vi cҩu trúc nhҵm tìm hiӇu
vӅ nhӳng cѫ chӃ vұn chuyӇn nhiӋt, muӕi và các tính chҩt khác trong các hiӋu
ӭng sóng nӝi, rӕi ngѭng trӋ và ÿӕi lѭu nhiӋt muӕi trong ÿiӅu kiӋn graÿien
mұt ÿӝ thҷng ÿӭng әn ÿӏnh.
175 176

Dѭӟi góc ÿӝ ÿӝng lӵc, nhӳng quá trình tҥo cҩu trúc, nhӡÿó mà trên các
trҳc diӋn ÿѭ
ӧc là trѫn ban ÿҫu có thӇ xuҩt hiӋn nhӳng chi tiӃt vi cҩu
trúc, ÿѭӧc ngѭӡi ta phân chia thành các loҥi: 1) Sӵ biӃn dҥng các trҳc diӋn do
hӋ quҧ hòa trӝn thҷng ÿӭng các lӟp nѭӟc; 2) Sӵ xáo trӝn thҷng ÿӭng ÿӏa
phѭѫng; 3) Bình lѭu ÿҷng mұt ÿӝ, hay bình lѭu ngang (sӵ xâm nhұp lүn nhau
c
ӫa các loҥi nѭӟc vӟi các chӍ sӕ
ST , khác nhau). Hai nhân tӕÿҫu thuӝc loҥi
nhӳng quá trình thành tҥo cҩu trúc thҷng ÿӭng, còn nhân tӕ thӭ ba  các quá
trình thành tҥo cҩu trúc phѭѫng ngang. Ĉѭѫng nhiên, cùng mӝt quá trình, thí
dө sӵ xáo trӝn thҷng ÿӭng, có thӇ ÿѭӧc hình thành trong nhiӅu tính huӕng
ÿӝng lӵc khác nhau, tӭc có nhiӅu cѫ chӃ phát sinh vi cҩu trúc (sӵÿә nhào các
sóng nӝi không әn ÿӏnh, ÿӕi lѭu tӵ do hoһc ÿӕi lѭu cѭӥng bӭc, sӵÿұm ÿһc
nѭӟc t
rong khi hòa trӝn v.v ).
ST ,
Bҵn
g thí nghiӋm trong phòng và ngoài thӵc ÿӏa, ÿã xác lұp ÿѭӧc rҵng
mӝt trong nhӳng cѫ chӃ chӫ yӃu hình thành vi cҩu trúc trong ÿҥi dѭѫng là c˯
ch͇ nhi͏t

n͛ng ÿ͡, hay c˯ ch͇ khu͇ch tán phân hóa, ÿѭӧc gây nên do có sӵ
khác nhau vӅ giá trӏ sӕ cӫa các hӋ sӕ dүn nhiӋt phân tӱ và khuӃch tán
muӕi . Trong ÿiӅu kiӋn trung bình ÿӕi vӟi nѭӟc biӇn, tӍ sӕ giӳa chúng
bҵng 100 : 1 (tuҫn tӵ là và m
2
/s). Tùy thuӝc vào sӵ phân
tҫng nӅn, các hiӋu ӭng ÿӕi lѭu khuӃch tán phân hóa có thӇ biӇu hiӋn hoһc
dѭӟi dҥng các l˱ͩi mu͙i phát triӇn ӣ các lӟp phân tҫng әn ÿӏnh trong ÿiӅu

kiӋn ÿӗng thӡi giҧm
T
K
S
K
7
104,1


9
103,1


T
và S vӟi ÿӝ sâu, hoһc dѭӟi dҥng ÿ͙i l˱u theo lͣp,
khi
T
và S tăng vӟi ÿӝ sâu.
Có thӇ giҧi thích bҧn chҩt cӫa quá trình ÿӕi lѭu khuӃch tán phân hóa
trên thí dө tѭѫng tác cӫa hai lӟp tiӃp giáp nhau có các chӍ sӕ
ST ,
khác nhau.
Giҧ sӱ trong trѭӡng hӧp thӭ nhҩt nѭӟc ҩm và mһn nҵm trên nѭӟc lҥnh và
nhҥt hѫn nhѭng sao cho phҫn ÿóng góp dѭѫng cӫa nhiӋt ÿӝ vào ÿӝ әn ÿӏnh
vѭӧt trӝi phҫn ÿóng góp âm cӫa ÿӝ muӕi. Sӵ tѭѫng tác tiӃp theo cӫa hӋ thӕng
cһp (nhiӋt - muӕi) әn ÿӏnh thӫy tƭnh sӁ diӉn ra nhѭ sau. Khi xuҩt hiӋn dù ch
Ӎ
mӝt biӃn dҥng nhӓ cӫa mһt phân cách các lӟp (hình 4.7), thì các phҫn tӱ
nѭӟc tӯ lӟp dѭӟi (lҥnh và nhҥt hѫn) vì nҵm ӣ cao hѫn mӵc biên phân cách
không nhiӉu, nên sӁ bҳt ÿҫu ÿѭӧc sѭӣi nóng, trong khi ÿó ÿӝ muӕi cӫa chúng

vүn giӳ không ÿәi do tӕc ÿӝ khuӃch tán muӕi nhӓ. Sau mӝt khoҧng thӡi gian
nào ÿó, mұt ÿӝ cӫa các phҫn tӱÿó t
hành ra nhӓ
hѫn mұt ÿӝ cӫa nѭӟc xung
quanh, và vì vұy các phҫn tӱ bҳt ÿҫu nәi lên phía trên. Và ngѭӧc lҥi, các
phân tӱ nѭӟc ӣ bên trên (ҩm và mһn hѫn) khi bӏ rѫi vào lӟp thҩp hѫn biên
phân cách không nhiӉu, bӏ lҥnh ÿi do tác ÿӝng cӫa trao ÿәi nhiӋt phân tӱ, còn
ÿӝ muӕi cӫa chúng thӵc tӃ vүn giӳ nguyên trong mӝt khoҧng thӡi gian. Vì
vұy, mұt ÿӝ cӫa các
hҥ
t ҩy trӣ nên lӟn hѫn mұt ÿӝ nѭӟc xung quanh và
chúng bҳt ÿҫu chìm xuӕng (xem hình 4.7), lôi kéo theo mình mӝt tia hҽp
nѭӟc mһn phía trên - gӑi là l˱ͩimu͙i. VӅ sau lѭӥi này phân tách thành các
lѭӥi nhӓ hѫn hoһc nhұp vӟi các lѭӥi bên cҥnh, dҫn dҫn hòa trӝn vӟi nѭӟc
xung quanh. Trong các thí nghiӋm trong phòng, các lѭӥi muӕi có thӇ quan
sát thҩy bҵng mҳt nӃu lúc ÿҫu ngѭӡi ta nhuӝm màu cho lӟp nѭӟc ҩm v
à m
һn
hѫn ӣ bên trên.
Hình 4.7. Các trҳc diӋn mұt ÿӝ ӣ thӡi ÿiӇm ban ÿҫu (1) và
sau mӝt thӡi gian (2) trong chӃÿӝ các lѭӥi muӕi (a). Bӭc
tranh khái quát vӅ chӃÿӝ các lѭӥi muӕi (b) (theo Greggu)
Các mNJi tên gҥch nӕi - dòng nhiӋt; các mNJi tên liӅn nét - khuӃch
tán muӕi; các ÿiӇm - nӗng ÿӝ muӕi qui ѭӟc
177 178
Trong ÿҥi dѭѫng các hiӋu nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi trong các lӟp nhӓ cҥnh
nhau không lӟn, nhѭng hiӋu ӭng tәng cӝng cӫa bҩt әn ÿӏnh khuӃch tán ÿóng
vai trò then chӕt trong sӵ hình thành không chӍ vi cҩu trúc, mà cҧ cҩu trúc
qui mô lӟn cӫa ÿӟi chí tuyӃn ӣ các ÿҥi dѭѫng. Theo nhӳng nghiên cӭu cӫa
K.N. Pheÿorov, thì không dѭӟi 50 % nѭӟc Ĉҥi dѭѫng ThӃ giӟi ÿһc trѭng bӣi

nhӳng
ÿiӅu kiӋn thuұn lӧi ÿӇ các lѭӥi muӕi hoҥt ÿӝng. Chính là nhӡ cѫ chӃ
này mà các khӕi nѭӟc trung gian cӫa biӇn Ĉӏa Trung Hҧi (ҩm và mһn) lan
truyӅn vӅ phía tây ӣĈҥi Tây Dѭѫng xuҩt nhiӋt xuӕng các lӟp sâu (sâu hѫn
1500 m). Không phҧi ngүu nhiên mà chính ӣ phía dѭӟi các khӕi nѭӟc này
ngѭӡi ta thѭӡng ghi nhұn ÿѭӧc các cҩu trúc bұc thang liên quan vӟi các lѭӥi
muӕi.
Hình 4.8. Các trҳc diӋn mұt ÿӝ ӣ thӡi ÿiӇm ban ÿҫu (1) và
sau mӝt thӡi gian (2) trong chӃÿӝÿӕi lѭu tӯng lӟp (a). Bӭc
tranh sѫÿӗ chӃÿӝÿӕi lѭu tӯng lӟp (b) (theo Greggu)
Các mNJi tên gҥch nӕi - dòng nhiӋt; các mNJi tên liӅn nét - khuӃch
tán muӕi; các ÿiӇm - nӗng ÿӝ muӕi qui ѭӟc
Trong phѭѫng án thӭ hai phát triӇn bҩt әn ÿӏnh khuӃch tán phân hóa,
nѭӟc lҥnh và nhҥt nҵm bên trên nѭӟc ҩm và mһn hѫn, nhѭng trong ÿó phҫn
ÿóng góp dѭѫng cӫa ÿӝ muӕi vào ÿӝ әn ÿӏnh tәng cӝng vѭӧt trӝi phҫn ÿóng
góp âm cӫa nhiӋt ÿӝ (hình 4.8). Do ÿó, mӝt nhiӉu ÿӝng bҩt kì cӫa mһt phân
cách sӁ dүn ÿӃn chӛ các phҫn tӱ nѭӟc tӯ
phía dѭӟi do nҵm ӣ phҫn trên cӫa
thӇ tích, bӏ lҥnh ÿi và có mұt ÿӝ lӟn hѫn, vì ÿӝ muӕi không bӏ san bҵng
nhanh nhѭ thӃ. KӃt quҧ là dѭӟi tác ÿӝng cӫa các lӵc Acsimet, chúng quay trӣ
lҥi xuӕng phía dѭӟi và bӏ chìm xuӕng dѭӟi mһt phân cách không nhiӉu ÿӝng
ban ÿҫu. Các phҫn tӱ nѭӟc ÿi tӯ phҫn bên trên cӫa thӇ tích vào phҫn dѭӟi,
ÿѭӧc sѭӣi
nóng và do
ÿó bӏ nәi lên. KӃt cөc, sӵ xáo trӝn có ÿһc ÿiӇm cӫa ÿӕi
lѭu theo tӯng lӟp, gây nên sӵ bҩt әn ÿӏnh có tính chҩt dao ÿӝng cӫa biên
phân cách và làm tăng ÿӝ dày lӟp xáo trӝn. Cҧ hai phѭѫng án bҩt әn ÿӏnh
khuӃch tán phân hóa ÿӅu thúc ÿҭy sӵ vұn chuyӇn nhiӋt và muӕi qua nêm mұt
ÿӝ mà không cҫn tiêu phí năng lѭӧng tӯ nhӳng nguӗn bên ngoài. Nguӗn
nă

ng
lѭӧng xáo trӝn ӣÿây là thӃ năng gây nên bӣi sӵ phân tҫng thҷng ÿӭng
cӫa mӝt trong nhӳng hӧp phҫn (nhiӋt ÿӝ hoһc ÿӝ muӕi) góp phҫn làm mҩt әn
ÿӏnh cӫa graÿien mұt ÿӝ. Chúng tôi nhҩn mҥnh mӝt lҫn nӳa rҵng sӵ giҧi
phóng thӃ năng bҩt әn ÿӏnh ӣÿây diӉn ra do hӋ quҧ không bҵng nhau cӫa cá
c
hӋ
sӕ trao ÿәi nhiӋt và khuӃch tán muӕi.
ViӋc chҭn ÿoán vӅ cѭӡng ÿӝ vi cҩu trúc có thӇ có ӣÿҥi dѭѫng thѭӡng
ÿѭӧc thӵc hiӋn dӵa theo các trҳc diӋn nӅn cӫa nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi nhӡ mӝt loҥt
các tham sӕ và chӍ tiêu. Ĉѫn giҧn nhҩt trong sӕÿó là các hӧp phҫn nhiӋt ÿӝ
và ÿӝ muӕi cӫa ÿӝ әn ÿӏnh
, hoһc tѭѫng quan mұ
t ÿӝ ÿѭӧc xác ÿӏnh dѭӟi
dҥng mӝt trong các tӍ sӕ:
U
R
S
T
E
E
zd
dS
zd
d
R |
¸
¹
·
¨

©
§
¸
¹
·
¨
©
§

E
T
D
U
. (4.23)
Lѭu ý rҵng trong tính toán thӵc tӃ thay vì graÿien nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ ngѭӡi
ta thѭӡng sӱ dөng graÿien nhiӋt ÿӝ in situ, vì dzdTdzd //
|
T
. Dҧi biӃn
thiên cӫa các tham sӕ này nói chung rҩt rӝng: ff ,, nѭng
mӛi mӝt ÿӟi khí hұu cӫa ÿҥi dѭѫng ÿһc hӳu nhӳng giá trӏ nӅn nhҩt ÿӏnh phҧn

U
REE
ST
, h
179 180
ánh nhӳng ÿiӅu kiӋn thӵc cӫa sӵ hình thành cҩu trúc nhiӋt muӕi qui mô khác
nhau. Sӵ hình thành vi cҩu trúc do hӋ quҧ cӫa các hiӋu ӭng ÿӕi lѭu khuӃch
tán phân hóa chӍ có thӇ xҧy ra vӟi ÿӝ әn ÿӏnh tәng cӝng dѭѫng, tӭc

0)( ! , mһc dù xét r
iêng biӋt hay có thӇ là âm. Trong
ÿó tѭѫng quan mұt ÿӝ nӅn cҫn phҧi bҵng ; khi tác ÿӝng
cӫa các hiӋu ӭ
ng khuӃch tán nhiӋt - nӗng ÿӝ bӏ loҥi trӯ. Theo ÿӏnh nghƭa
(4.23), giá trӏ cNJng ÿһc trѭng phҫn ÿóng góp tѭѫng ÿӕi cӫa lѭӧng hөt
nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi vào graÿien mұt ÿӝ và ÿӝ әn ÿӏnh (tѭѫng quan cӫa các
nhân tӕ làm әn ÿӏnh và phá vӥәn ÿӏnh).
ST
EEE
U
R
S
E
'T
'T
'T
'T
T
E
0 d R
U
!E
S
E
S
!E
S
E
S

T
E
S
E
10

U
R
!
U
R
!
U
R

U
R
S
,1 d
U
R
,0 ,
,0 ,
,0 ,
,0 ,
0
U
R
Thұt vұy, tùy thuӝc phân bӕ thҷng ÿӭng cӫa nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi, trong
ÿҥi dѭѫng có thӇ có bӕn kiӇu phân tҫng (ngoҥi trӯ trѭӡng hӧp trҥng t

hái
phiӃm ÿӏnh tҫm thѭӡng) tѭѫng ӭng vӟi nhӳng tә hӧp các phҫn ÿóng góp
và và
o ÿӝ әn ÿӏnh chung, và chӍ tiêu :
T
E
1) Әn ÿӏnh hoàn toàn, hay әn ÿӏnh tuyӋt ÿӕi:
00 ,0 ,0 !!' ES
T
.
2) Phân tҫng theo kiӇu các lѭӥi muӕi:
00 ,0 ,0 !' ES
T
.
3) Phân tҫng theo kiӇu ÿӕi lѭu theo lӟp:
00 ,0 ,0 !'! ES
T
.
4) Bҩt әn ÿӏnh tuyӋt ÿӕi:
00 ,0 ,0 '! ES
T
.
Tҩt cҧ nhӳng trҥng thái có thӇ này có thӇ biӇu diӉn trên mӝt toán ÿӗ vӟi
các trөc tӑa ÿӝ là các hӧp phҫn ÿӝ әn ÿӏnh và
E (hình 4.9) lҫn ÿҫu tiên
do K.N. Pheÿorov ÿӅ xuҩt. KiӇu khái quát hóa nhӳng ÿiӅu kiӋn phân tҫng
nhiӋt muӕi nӅn nhѭ vұy ÿһc biӋt hӳu ích khi xӱ lí nhӳng mҧng dӳ liӋu quan
trҳc lӟn trên các polygon thӫy văn và
ӣ nhӳng vùng có ÿӟi front.
Hình 4.9. Sѫÿӗ các kiӇu ÿiӅu kiӋn phân tҫng nhiӋt muӕi

(theo K.N. Pheÿorov)
ĈӃn nay ÿã xây dӵng ÿѭӧc nhӳng hӋ phѭѫng pháp ÿӏnh danh các dҥng
và các cѫ chӃ có thӇ có hình thành nên vi cҩu trúc, sӱ dөng nhӳng chӍ tiêu
khác nhau nhұn ÿѭӧc trong khi xӱ lí thӕng kê các trҳc diӋn nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi
cNJng nhѭ mӝt sӕ dүn liӋu vӅ các trѭӡng nhiӋt muӕi trung bình. Thí dө, ÿã
khҷng ÿӏnh ÿѭӧc rҵng toàn bӝ sӵÿa dҥng cӫa các kiӇu vi cҩ
u trúc
nhiӋt muӕi
cӫa ÿҥi dѭѫng có thӇ biӇu diӉn dѭӟi dҥng hai kiӇu cѫ bҧn - kiӇu cҩu trúc
thuҫn túy bұc thang và kiӇu xâm nhұp (xem hình 4.6) và tә hӧp giӳa chúng.
Ngѭӡi ta thѭӡng hiӇu
kiӇu xâm nhұp là lӟp nѭӟc trung gian vӟi nhӳng giá
trӏ nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi dӏ thѭӡng so vӟi nѭӟc bao quanh, lӟp này phân bӕ
trong bӅ dày phân tҫng cӫa ÿҥi dѭѫng tҥi mӵc mұt ÿӝ tѭѫng ӭng vӟi nó. Do
ÿó, ÿһc ÿiӇm biӃn ÿӝng
T
và S trong cҩu trúc nhiӋt muӕi xâm nhұp gҫn vӟi
kiӇu ÿҷng mұt ÿӝ, trong ÿó thӓa mãn ÿҷng thӭc
181 182
D
E
V
V

S
T
, (4.24)
ӣÿây n
hӳng ÿӝ lӋch bình phѭѫng trung bình cӫa các giá trӏ
ST

VV
,
T
và
trong lӟp ÿang xét. ViӋc tách các thăng giáng ÿѭӧc thӵc hiӋn bҵng cách
lӑc tҫn cao ÿӕi vӟi các chuӛi
S
T
và S ban ÿҫu trong các lӟp vӟi nhӳng ÿiӅu
kiӋn nӅn cùng kiӇu.
Trong kiӇu vi cҩu trúc bұc thang, không phө thuӝc vào cѫ chӃ phát sinh
cӫa nó (hiӋu ӭng ÿӝng hӑc cӫa sóng nӝi, xáo trӝn rӕi ÿӏa phѭѫng, các quá
trình ÿӕi lѭu khuӃch tán cһp), phҧi thӓa mãn ÿҷng thӭc gҫn ÿúng
z
z
S
T
S
T
'
'
|
V
V
, (4.25)
trong ÿó
các graÿien thҷng ÿӭng trung bình trong lӟp ÿang xét.
Trên cѫ sӣ nhӳng ÿiӅu kiӋn này, vӟi tѭ cách là mӝt tham sӕ quyӃt ÿӏnh kiӇu
vi cҩu trúc, nên sӱ dөng tѭѫng quan sau ÿây:
''

zz
ST ,





1
1
~



U
U
G
R
R
, (4.26)
trong ÿó
 )/()(
~
ST
R
EVDV
U
tә hӧp kiӇu tѭѫng quan mұt ÿӝ ÿѭӧc xây
dӵng theo các ÿӝ lӋch bình phѭѫng trung bình cӫa nhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi;
'
zz

ST /
E

DE
/
' R
D
U
các giá trӏ trung bình cӫa tѭѫng quan mұt ÿӝ ÿӕi vӟi
lӟp ÿang xét. Rõ ràng trong trѭӡng hӧp xâm nhұp ÿҷng mұt ÿӝ
giá trӏ

VV
/
ST
G
sӁ bҵng không, nhѭng trong khi ÿó ӣ trѭӡng hӧp
cҩu trúc bұc thang thuҫn túy / thӓa mãn ÿiӅu kiӋn


ST
VV

zz
ST / ''
1
G
.
Phҧi nhұn thҩy rҵng vi cҩu trúc nhiӋt muӕi cӫa ÿҥi dѭѫng là hiӋu ӭng
kӃt quҧ cӫa mӝt sӕ lӟn các quá trình vұt lý khác nhau, ÿӗng thӡi bҧn thân nó

lҥi là mӝt yӃu tӕ quan trӑng trong chuӛi xích các mӕi tѭѫng tác giӳa trѭӡng
khӕi lѭӧng và chuyӇn ÿӝng trong ÿҥi dѭѫng, cNJng nhѭ giӳa các sóng nӝi,
dòng trung bình, ÿӕi lѭu và quá trình rӕi vi mô.
4.6. Nhӳng dүn liӋu tәng quát vӅ xáo trӝn rӕi
Rӕi là hiӋn tѭӧng quan sát thҩy trong các dòng chҧy chҩt lӓng và khí và
thӇ hiӋn ӣ chӛ các ÿһc trѭng thӫy ÿӝng lӵc hӑc cӫa nhӳng dòng ÿó thăng
giá
phҫn tӱ trӣ nên
hӛn lo
i sӕ Rein
u kiӋn duy
nhҩt và ÿӫ ÿӇ xuҩt hiӋn
rӕi c
Ӌu quҧ trҩn áp n
hӳng nhiӉu ÿӝng ban
ÿҫu tr
ng ngүu nhiên, do ÿó biӃn thiên cӫa chúng trong không gian và thӡi gian
rҩt không ÿӅ
u ÿһn.
Ngay tӯ nhӳng thí nghiӋm trong các ӕng khí ÿӝng hӑc năm 1883,
Reinolds ÿã cho biӃt rҵng tҥi tӕc ÿӝ nhӓ dòng chҧy cӫa chҩt lӓng ÿӗng nhҩt
bҧo tӗn chӃÿӝ ph
ân lӟp. Trong ÿó các lӟp trѭӧt tѭѫng ÿӕi vӟi nhau, còn quƭ
ÿҥo cӫa các phҫn tӱ là nhӳng ÿѭӡng lѭӧn ÿӅu ÿһn. Nhӳng nhiӉu ÿӝng nhân
tҥo sinh ra trong trѭӡng tӕc ÿӝ b
ӏÿӝ nhӟt phân tӱ làm tҳt dҫn. Khi tӕc ÿӝ
trung bình tăng lên, vào mӝt thӡi ÿiӇm nào sӁÿó bҳt ÿҫu chӃÿӝ chuyӇn ÿӝng
rӕi, kh
i ÿó liên tөc xuҩt hiӋn và tăng trѭӣng các nhiӉu ÿӝng trong trѭӡng tӕc
ÿӝ. Trên nӅn chuyӇn ÿӝng trung bình sӁ phát triӇn các xoáy và ÿӝ nhӟt phân

tӱ không thӇ làm tҳt ÿѭӧc nӳa. Quƭÿҥo chuyӇn ÿӝng cӫa các
ҥn. Vұy nӃu các l
ӵc nhӟt phân tӱ vѭӧt trӝi các lӵc quán tính, thì dòng
chҩt lӓng là dòng phân lӟp, trѭӡng hӧp ngѭӧc lҥi - dò
ng rӕi.
Nhѭÿã nêu, sӵ chuyӇn tiӃp tӯ chӃÿӝ chҧy phân lӟp sang chӃÿӝ rӕi
ÿѭӧc thӵc hiӋn kh olds ÿһc trѭng cho tӍ sӕ cӫa các lӵc quán tính và
các lӵc nhӟt ÿҥt ÿѭӧc trӏ sӕ tӟi hҥn. Vұy khi
cr
ReRe  chuyӇn ÿӝng әn ÿӏnh
và phân lӟp, khi
cr
ReRe !
chuyӇn ÿӝng trӣ nên bҩt әn ÿӏnh và có ÿһc ÿiӇm
rӕi. Lѭu ý rҵng tiêu chuҭn Reinolds là ÿiӅ
hӍÿӕi vӟi các chҩt lӓng ÿӗng nhҩt và ÿҷng hѭӟng, ÿһc trѭng ÿӕi vӟi các
dòng chҩt lӓng trong các ӕng khí ÿӝng lӵc.
Ĉҥi dѭѫng hiӋn thӵc là chҩt lӓng phân tҫng, trong ÿó lӵc A
csimet tác
ÿӝng lên phân tӱ di chuyӇn trên phѭѫng thҷng ÿӭng. Trong
ÿiӅu kiӋn phân
tҫng әn ÿӏnh, lӵc Acsimet là cѫ chӃ hi
ong dòng chҧy. Ngѭӧc lҥi, trong ÿiӅu kiӋn phân tҫng không әn ÿӏnh nó
183 184
là nguӗn năng lѭӧng bә sung cho rӕi.
Vì vұy tiêu chuҭn xuҩt hiӋn rӕi trong ÿҥi dѭѫng phân tҫng là sӕ
Richardson ÿӝng hӑc

cr
z

V
z
Ri
)(
Ri
2
d
¸
¹
¨
©
w
w
¹©
w

TU
, (4.27)
trong ÿó
g )(
·§
¸
¸
·
¨
¨
§
w
TU
)(

T
U
mұt ÿӝ thӃ vӏ, ÿѭӧc xác ÿӏnh theo nhiӋt ÿӝ thӃ vӏ cӫa nѭӟc, tӭc
mұt ÿӝ ÿѭӧc qui ÿoҥn nhiӋt vӅ áp suҩt khí quyӇn tiêu chuҭn;

w
w
z
V
graÿien
thҷng ÿӭng cӫa tӕc ÿӝ chuyӇn ÿӝng trung bình.
Sӕ Richardson có ý nghƭa vұt lý ÿѫn giҧn: nó là tӍ sӕ cӫa ÿӝng năng rӕi
chi phí cho công chӕng lҥi các lӵc Acs ăimet trên n ng lѭӧng rӕi do các ӭng
suҩt
ӫa chúng
cNJng thăng giáng hӛn loҥn. ĈiӅu này cho phép
biӇu diӉn giá trӏ cӫa mӝt ÿһc trѭng bҩt kì ӣ mӝt ÿiӇm trong thӡ
xét (
Reinolds sinh ra. Nhѭ dѭӟi ÿây sӁ cho thҩy, các ӭng suҩt Reinolds xuҩt
hiӋn trong khi lҩy trung bình các tích giá trӏ thành phҫn tӕc ÿӝ tӭc thӡi. Trӏ sӕ
tӟi hҥn cӫa sӕ Richardson thѭӡng
bҵng 4/1Ri
|
cr
.
Do liên tөc ÿi qua các xoáy qui mô khác nhau, tӕc ÿӝ dòng chҧy rӕi tҥi
mӛi ÿiӇm thăng giáng không ÿӅu ÿһn xung quanh trӏ sӕ trung bình. Trong
ÿiӅu kiӋn các trѭӡng nhiӋt ÿӝ, ÿӝ muӕi và các ÿһc trѭng khác không ÿӗng
nhҩt, thì các giá trӏ c
i ÿiӇm ÿang

giá trӏ tӭc thӡi) dѭӟi dҥng tәng cӫa giá trӏ trung bình và lѭӧng thăng
giáng so vӟi nó, tӭc
SSSTTTvvvuuu
c

c

c

c
 , , ,
. (4.28)
Sӱ dөng nhӳng quan hӋ này, dӉ dàng nhұn ÿѭӧ
ѭӟ
c dòng nhiӋt tӭc thӡi qui
c (qui chuҭn vӅ
p
c
U
) dӑc theo trөc
x
TuTuTuTuuT
cc

c

c
 . (4.29)
Ta thӵc hiӋn lҩy trung bình biӇu thӭc (4.29) theo thӡi gian. ĈiӅu này có
g t ӕ hnghƭa rҵn ӯng s ҥng cӫa nó chӏu tác ÿӝng cӫa toán tӱ sau ÿây:

³


2
1

12
1
t
t
td
tt
MM
,
trong a khoҧng
lҩy trung bình.
Khi ÿó
ÿó
1
t và 
2
t các thӡi ÿiӇm ÿҫu và cuӕi cӫ
TuTuTuTuuT
cc

c

c
 . (4.30)
Sӱ dөng các tiên ÿӅ trung bình cӫa Reinolds:

ff
MM
, 0
c
M
,
dӉ dà
(4.30) trӣ
ng khҷng ÿӏnh ÿѭӧc rҵng các sӕ hҥng thӭ hai và thӭ ba cӫa biӇu thӭc
nên bҵng không. KӃt quҧ ta có
TuTuuT
cc
 . (4.31)
Theo (4.31) dòng nhiӋt ÿѭӧc lҩy trung bình trong mӝt khoҧng thӡi gian
h Ӌt t
hӵ
yn ó
ÿѫ , ta ph t du
ng vào công thӭc (4.31).
Trong khi làm nhѭ vұy, ta phҧi lѭu ý rҵng thăng giá
12
t là tәng cӫa dòng trung bình ÿһc trѭng cho vұn chuyӇn nhiӋt bӣi
dòng chҧy trung bình trong thӡi gian và dòng nhiӋt rӕi (cuӝn xoáy) gây nên
bӣi nhӳng thăng giáng tӕc ÿӝ và nhiӋt ÿӝ trong thӡi gian.
Bây giӡ, ÿӇ n ұn ÿѭӧc dòng nhi c trong ÿҥi dѭѫng nhѭ là mӝt khӕi
lѭӧng enthalp ào ÿÿѭӧc vұn chuyӇn ÿi trong mӝt ÿѫn vӏ thӡi gian qua
mӝt diӋn tích n vӏҧi ÿѭa mұt ÿӝ và nhiӋ
t
W
ng mұt ÿӝ

U
c
nhӓ hѫn
giá trӏ trung bình
U
mӝt sӕ bұc, tӭc
U
U
. Khi ÿó
theo các trөc
các dòng trӳ lѭӧng nhiӋt
y
x
, vàz có thӇ ÿѭӧc viӃt nhѭ sau:
uTcuTcTuc
ppp
cc

UUU
; (4.32)
vTcvTcTvc
ppp
cc

UUU
; (4.33)
wcwTcTwc
ppp
c


UU
, (4.34)
trong ÿó
vu, và
T
c
U
w h phҫn tӕ các thàn c ÿӝ tuҫn tӵ theo các trөc y
x
, và
z
.
Khi giҧi mӝt sӕ bài toán, ÿӇ thuұn tiӋn nên dùng cách mô tҧ vectѫ cho vұn
185 186
chuyӇn nhiӋt trên phѭѫng ngang. Thí dө, nӃu V vectѫ tӕc ÿӝ dòng chҧy
trên phѭѫng ngang (
vu
j
iV 
), ta có
VVV
cc

TcTcTc
ppp
UUU
. (4.35)
Vӟi nhӳng thӡi kì lҩy trung bình ÿӫ lӟn (chҷng hҥn, tháng) sӕ hҥng thӭ
nhҩt sӁÿһc trѭng cho vұn chuyӇn nhiӋt trung bình bӣi các dòng chҧy, thѭӡng
ÿѭӧc gӑi là

bình l˱u nhiӋt, còn sӕ hҥng thӭ hai - dòng nhiӋt rӕi vƭ mô, chӫ
yӃu ÿѭӧc gây nên bӣi các xoáy synop. NӃu thay vì enthalpy (trӳ lѭӧng
nhiӋt), ta ÿѭa hàm lѭӧng muӕi
S
U
vào công t 35), thì sӕ hҥng thӭ
sӕ hҥng thӭ hai - dòng
í hò du sinh vұt Trao
ÿәi r
hӭc (4.
còn
a tan, phù
nhҩt sӁ chӍ bì
nh lѭu muӕi bӣi các dòng chҧy,
muӕi trên phѭѫng ngang do rӕi vƭ mô.
4.7. Sӵ trao ÿәi rӕi trong ÿҥi dѭѫng
Trao ÿәi rӕi kèm theo sӵ xáo trӝn mҥnh mӁ các khӕi nѭӟc và nhѭ là
mӝt hӋ quҧ, trao ÿәi tҩt cҧ các tính chҩt ÿһc trѭng cӫa nhӳng khӕi nѭӟc ÿó:
ÿӝng lѭӧng (xung lѭӧng), nhiӋt, muӕi, kh
ӕi diӉn ra trong tҩt cҧ các hѭӟng, nhѭng vӟi ÿҥi dѭѫng thӵc thì hѭӟng
thҷng ÿӭng ÿһc biӋt quan trӑng, vì graÿien thҷng ÿӭng cӫa các ÿһc t
rѭng
vѭӧt trӝi hѫn nhiӅu so vӟi graÿien ngang.
Do ÿó, chúng ta sӁ xét sӵ xáo trӝn rӕi cӫa các phҫn tӱ trong phѭѫng
thҷng ÿӭng. Vӟi mөc ÿích ÿó, ta chia ra trong ÿҥi dѭѫng hai mӵc tùy ý,
nhѭng nҵm gҫn và song song vӟi nhau:
z và zz ' . Dƭ nhiên, do chuyӇn
ÿӝng hӛn loҥn cӫa các phҫn tӱ nѭӟc, mӝt bӝ phұn cӫa chúng di chuyӇn thҷng
ÿӭng xuӕng phía dѭӟi, ngѭӧc lҥi mӝt bӝ ph n kh Ӈn thҷng ÿӭng lên
phí o tr i dүn tӟ

n chuy
ch
ұ
ác di chuy
a trên. Vì xá ӝn rӕ i san bҵng hàm lѭӧng cӫa mӝt tính chҩt bҩt kì
C
, nên vұӇn kӃt cөc sӁ hѭӟng vӅ phía hàm lѭӧng nhӓ hѫn cӫa tính
ҩt ÿó.
Ta kí hiӋu
C và CC ' là hàm lѭӧng riêng cӫa tính chҩt tuҫn tӵ tҥi
mӵc
z và zz ' . Hàm lѭӧng riêng ÿѭӧc hiӇu là khӕi lѭӧng cӫa tính chҩt
C
tr m
ӵc
ong mӝt ÿѫn vӏ thӇ tích nѭӟc biӇn. Khi ÿó trong ӝt ÿѫn vӏ thӡi gian 1 s
qua 1 m
2
mһt phҷng ngang nҵm giӳa hai m z và zz ' sӁ có mӝt khӕi
lѭӧng
Q nào ÿó (tính bҵng kg) cӫa tính chҩt C ÿѭӧc vұn chuyӇn qua trong
quá trình xáo trӝn, gӑi là
thông lѭӧng rӕi cӫa tính chҩt ÿang xét (hình 4.10).
Theo quan niӋm vұt lý, suy ra rҵng thông ng Ӎ lӋ vӟi hiӋu sӕ
lѭӧng riêng tҥi các mӵc
lѭӧ
Q phҧi t
cӫa các hàm
z và zz ' qui vӅ mӝt ÿѫn vӏ khoҧng
cách c,giӳa hai mӵ tӭc

zC / '' . NӃu kí hiӋu hӋ sӕ tӍ lӋ bҵng
A
, có thӇ viӃt
công thӭc cӫa thông lѭӧng rӕi dѭӟi dҥng nhѭ sau:
z
C
AQ
'
'
 .
H ӕ tӍ lӋ
(4.36)
Ӌ s
A
trong công thӭc này có tên là h ÿ͝i r͙i. NӃu
yӇ giӟi hҥn trong công thӭc (4.36), ta
͏ s͙ trao
chu n sang có
z
C
A
wz
C
AQ
z 0
lim
w

'
'


o
(4.37)
h ѫÿӗ trao
'
.
Hìn
4.10. S ÿәi rӕi cӫa
tính chҩt
C ѭѫng thҷng
ÿӭng giӳa các tҫng
theo ph
z
và
z
z
'
Ӣÿây ww zC / graÿien thҷng ÿӭng cӫa hàm lѭӧ g riêng. Graÿien
thҷng ÿӭng
zC /
n
ww
và cùng vӟi nó là thông lѭӧng Q ѭѫng (hѭӟng
xuӕng dѭӟi) n
C giҧm theo ÿӝ sâu ( 0
sӁ d
Ӄu
'C ) và âm ( lên trên) nӃu
C tăng theo ÿӝ sâu ( 0!
hѭӟng

'C ).
HӋ sӕ trao ÿәi rӕi
A
bҵng thông lѭӧng tí h ch ÿiӅu kiӋnn ҩt C trong
graÿien thҷng ÿӭng cӫa hàm lѭӧng bҵng ÿѫn vӏ, tӭc
1/ ww zC . Vì ÿѫn vӏ
thông lѭӧng
Q là kg/(m
2
.s), còn graÿien thҷng ÿӭng zC / ww là mӝt ÿҥi
-1
lѭӧ
rӕi
ng ng ӏch ӟi ÿӝ
(m ), nên theo (4 ÿѫ ӕ tr
ao ÿәi
h ÿҧo v dài .37) n vӏ cӫa hӋ s
A
sӁ là k .s). g/(m
187 188
Bên cҥnh hӋ sӕ trao ÿәi rӕi ÿӝng lӵc hӑc t ong hҧi dѭѫng hӑc rҩt hay sӱ
dөng mӝt tѭѫng tӵ dӝng hӑc cӫa nó, tӭc
r
U
A
k
. (4.38)
Phù hӧp vӟi công thӭc (4.38) ÿѫn vӏ cӫa
k là m
2

/s. Vӟi tѭ cách là tính
chҩt
C
có thӇ sӱ dөng các lѭӧng chҩt vҭn tích cӵc hoһc thөÿӝng, cNJng nhѭ
xung lѭӧng.
L˱ͫng v̱n tích c͹c là mӝt ÿһc trѭng cӫa nѭӟc biӇn mà biӃn
thiên
ng
lѭӧng vұn chuyӇn trӳ lѭӧng nhiӋt cӫa các hҥt nѭӟc trong mӝt
ÿѫn vӏ thӡi gian qua diӋn tích ÿѫn vӏ cӫa mһt phҷng nҵm
thӭc (4.31) thì gӗm thông lѭӧng nhiӋt ÿӕi lѭu và thông lѭӧ
Cănó th
cӫa nó có thӇ gây ҧnh hѭӣng tӟi sӵ trao ÿәi rӕi. NhiӋt ÿӝ và ÿӝ muӕi
thu
ӝc loҥi nhӳng ÿһc trѭng tích cӵc, chúng làm biӃn ÿәi mұt ÿӝ nѭӟc biӇn,
và do ÿó làm thay ÿәi ÿӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng cӫa các lӟp nѭӟc, vӅ phҫn mình
ÿӝ әn ÿӏnh lҥi ҧnh hѭӣng tӟi rӕi.
Các ÿһc trѭng
thөÿӝng là các ÿһc trѭng mà nhӳng biӃn thiên cӫa chúng
không ҧnh hѭӣng tӟi sӵ trao ÿәi rӕi. Ĉó là các chҩt khí hòa tan và các chҩt
hӳu c
ѫ, chҩt lѫ lӱng
Xung lѭӧng là tích cӫa tӕc ÿӝ cӫa phҫn tӱ nѭӟc
chuyӇn ÿӝng và khӕi lѭӧng cӫa nó.
Trên cѫ sӣ nhӳng ÿiӅu nói trên ÿây, ta sӁ xem xét sӵ trao ÿәi rӕi cӫa
nhiӋt lѭӧng, muӕi và xung lѭӧng. Dѭӟi dҥng tәng quát thông lѭӧ nhiӋt
thҷng ÿӭng - là
ngang, theo công
ng rӕi thҷng ÿӭng.
cӭ vào (4.34) ta c Ӈ viӃt thông lѭӧng nhiӋt rӕi thҷng ÿӭng

Q dѭӟi
dҥng nhѭ sau:
zz w
T
kc
T
AcwTcQ
TzPTzPPTz
w

w
w

cc

UU
. (4.39)
NhiӅu
͙i t
h̻ng ÿͱng
và h͏ s͙ d̳n nhi͏t ÿ͡ r͙i th̻ng ÿͱng.
Thông lѭӧng muӕi rӕi thҷng ÿӭng là dòng tr
( ӝt ÿѫn vӏ thӡi
gian qua diӋn tích ÿѫ
oáy c thӇ viӃt dѭӟi
kh
i hӋ sӕ
Tz
A trong công thӭc này ÿѭӧc gӑi là h͏ s͙ trao ÿ͝i
nhi͏t r͙i th̻ng ÿͱng

, còn các ÿҥi lѭӧng
TzP
Ac và 
Tz
k tuҫn tӵ gӑi là h͏ s͙
d̳n nhi͏t r
ӳ lѭӧng
muӕi
n vӏ nҵm
ngang do
Sĭ 001,0 ) trong m
chuyӇn ÿӝng cuӝn x ӫa các phҫn tӱ nѭӟc gây nên và có
dҥng sau:
z
ĭ
k
z
ĭ
Q
Sz
Awĭ
SzSz
w

w
ww

cc

UU

. (4.40)
HӋ sӕ g công thӭc (
4.40) có tên là
h͏ s͙ khu
ÿͱng cͯa m
òn ͏ s͙ r͙i th̻ng ÿͱng cͯa ÿ͡ mu͙i.
ông lѭӧ
Sz
A tron
u͙i
, c
͇ch tán r͙i th̻ng
kh
Sz
NӃu th ng xu
ng lѭӧng rӕi biӇu diӉn bҵng
wU
c

UW
thì tѭѫng tӵ
vӟi (4.39) và (4.40) ta có
z
U
k
z
U
AwUQ
zzz
w

w

w
w

c

WWW
UU
. (4.41)
i phѭѫng ng
ang cӫa tҩt cҧ các ÿһc trѭng. Trong trѭӡng
hӧp này các dòng rӕi phѭѫng ngang theo các trөc
Ӣÿây

z
A
W
hӋ sӕ nhӟt rӕi ÿӝng lӵc hӑc, còn 
z
k
W
hӋ sӕ nhӟt ÿӝng
hӑc.
ĈӇ tính trao ÿәi rӕi cӫa chҩt tan thөÿӝng có thӇ sӱ dөng các công thӭc
tѭѫng tӵ (4.40).
Ĉѭѫng nhiên, bên cҥnh sӵ trao ÿәi rӕi thҷng ÿӭng, trong ÿҥi dѭѫng còn
diӉn ra sӵ trao ÿәi rӕ
x
và thӇ ÿѭӧc viӃt

ng cô t (4.39)
(4.41). VӅ trao ÿәi rӕi theo
n giҧ thiӃt ÿӗng nhҩt và ÿҷng hѭӟng, tӭc
giҧ th
khác nӃu
xem xét sӵ trao ÿәi rӕi ÿӗng thӡi theo phѭѫng
thҷn
y có
dѭӟi dҥng nhӳ ng thӭc tѭѫng ӵ
phѭѫng
ngang, ngѭӡi ta chҩp nhұ
iӃt vӅ sӵ lan truyӅn ÿӗng ÿӅu các chuyӇn ÿӝng xoáy trong tҩt cҧ các
hѭӟng, nên chҩp nhұn
yCxCyCxC
kkAA

, ,
trong ÿó chӍ sӕ
<<
C
>> chӍ tính chҩt
C
.
Vҩn ÿӅ sӁ
g ÿӭng và phѭѫng ngang. Thұt vұy, nhӳng khác biӋt ÿáng kӇ vӅ qui mô
thҷng ÿӭng và ngang, cNJng nhѭ hiӋu ӭng әn ÿӏnh cӫa các lӵc Acsimet làm
cho ÿһc ÿiӇm chuyӇn ÿӝng cuӝn xoáy cӫa nѭӟc theo phѭѫng thҷng ÿӭng rҩt
khác vӟi chuyӇn ÿӝng theo phѭѫng ngang, tӭc dүn tӟi
tính bҩt ÿҷng hѭӟng
189 190

cӫa trao ÿәi rӕi.
KӃt quҧ là giá trӏ cӫa các hӋ sӕ rӕi phҧi rҩt khác nhau. ĈiӅu này dӉ dàng
khҷng ÿӏnh nӃu chú ý tӟi bҧng 4.1, ó dүn b c cӫa các hӋ sӕ rӕi ÿӕi vӟi
mӝt sӕ tính chҩt, ngoài ra ÿӇ so sánh còn dүn cҧ các hӋ sӕ trao ÿәi phân tӱ.
Thұ ng vѭӧ ӝi mӝ
trong ÿұ
t vұy, các hӋ sӕ nhӟt ngang và thҷng ÿӭ t tr t sӕ b
ұc cá
c hӋ sӕ
ÿӕi vӟi nhiӋt và muӕi. Mӕi liên hӋ lүn nhau giӳa các hӋ sӕ vӯa nêu ÿѭӧc biӇu
diӉn qua các sӕ Prandtl và Smidth nhѭ sau:
T
k
k
W
Pr ,
S
k
k
W
Sc .
Ngoài ra, nhѭÿã thҩy tӯ bҧng 4.1, 1P
r
!! ,
1Sc !!
. ĈiӅu này là do
trao ÿәi rӕi ÿӕi vӟi xung lѭӧng ÿѭӧc thӵc hiӋn vӯa thông qua sӵÿөng ÿӝ
trӵc tiӃp giӳa các iáng áp suҩt. Còn
trao ÿәi rӕi ÿӕi vӟi nhiӋ trӝn à không
phө thu ng va chҥm giӳa các cuӝn xoáy rӕi. V á trình

sau có thӇ xem là ÿӗ ó là sӕ dүn nh
iӋt ÿӝ rӕi và
khuӃch n bҵng nhau (k ác vӟi các quá trình phân tӱ).
Bҧng 4.1. Bұӫa các hӋ sӕ rӕ
2
/s)
HӋ sӕ trao ÿәi rӕi qui mô lӟn
cuӝn xoáy, vӯa thông qua các thăng g
t và muӕi diӉn ra chӍ do xáo trӵc tiӃp v
ì vұy, hai quӝc vào nhӳ
ng dҥng, ÿiӅu ÿ m cho các hӋ
tán muӕi gҫ h
c c i (m
Tính chҩt
Phѭѫng ngang Thҷng ÿӭng
HӋ sӕ trao
ÿәi phân tӱ
Xung lѭӧng
53
1010 
21
1010


6
10

Enthalpy
42
1010 

43
1010


7
10

Ĉӝ muӕi
42
1010  10
43
10


9
10

Hình 4.11. Phө thuӝc cӫa hӋ
sӕ khuӃch tán rӕi ngang vào
qui m
ô hiӋn tѭӧng theo dӳ
liӋu thí ng
hiӋm vӅ khuӃch tán
các vӃt chӍ thӏ màu trong ÿҥi
dѭѫng (theo R.V. Ozmiÿov và
A. Okubo)
l
k
l
R.V. Ozmiÿov và A. Okubo ÿã nhұn ÿѭӧc mӕi phө thuӝc chi tiӃt hѫn

cӫa hӋ sӕ khuӃch tán rӕi ngang vӟi qui mô hiӋn tѭӧng
L theo dӳ liӋu thӵc
nghiӋm vӅ sӵ khuӃch tán các vӃt ÿánh dҩu trong ÿҥi dѭѫng (hình 4.11). ĈӇ
xây dӵng hình này ÿã sӱ dөng các giá trӏ
L bao quát mӝt dҧi rӝng các quá
trình rӕi: tӯ qui mô nhӓ (10 m) tӟi qui mô synop (10
9
m). Nhѭÿã thҩy trên
hình 4.11, trên ÿó biӇu diӉn theo tӍ lӋ logarit, thӇ hiӋn rõ hai ÿѭӡng thҷng có
tính ÿӏa phѭѫng khá phù hӧp vӟi qui luұt “bӕn phҫn ba” mà Richardson ÿã
ÿӅ xuҩt. Bҧn chҩt cӫa qui luұt này là ӣ chӛ các ÿһc trѭng cӫa rӕi ÿӗng nhҩt và
ÿҷng hѭӟng tӍ lӋ vӟi qui mô cӫa chuyӇn ÿӝng trung bình theo lNJy thӯa 4/3.
Sӵ phá hӫy qui luұt “bӕn phҫn ba” diӉ
n
ra trong dҧi qui mô 1-10 km, tҥi ÿó
các ÿiӇm thӵc nghiӋm “chuyӇn” tӯ mӝt ÿѭӡng thҷng phө thuӝc vҥn năng
sang ÿѭӡng thҷng khác, vӟi giá trӏ hӋ sӕ tӍ lӋ nhӓ hѫn, tӭc tӕc ÿӝ tiêu tán
năng lѭӧng rӕi.
CNJng cҫn nhұn xét vӅ sӵ phө thuӝc cӫa các hӋ sӕ rӕi vào qui mô rӕi,
trong ÿó qui mô rӕi giҧm thì các hӋ sӕ rӕi giҧm. Thұt vұy, ÿӕi vӟi rӕi qui mô
trung bình bұc cӫa các hӋ sӕ nhӟt ngang và thҷng ÿӭng tuҫn tӵ bҵng 10
-1
và
10
-2
- 10
-3
m
2
/s , còn ÿӕi vӟi rӕi qui mô nhӓ bұc các hӋ sӕ giҧm xuӕng 10

-3
m
2
/s trong các hѭӟng ngang và thҷng ÿӭng.
ĈӇ xá
c ÿӏnh các hӋ sӕ trao ÿәi rӕi, ngѭӡi ta sӱ dөng các phѭѫng pháp
trӵc tiӃp và các phѭѫng pháp gián tiӃp. Các phѭѫng pháp trӵc tiӃp dӵa trên
nhӳng sӕ liӋu ÿo thăng giáng cӫa các trѭӡng vұt lý thӫy văn (nhiӋt ÿӝ, ÿӝ
191 192
muӕi, tӕc ÿӝ dòng chҧy ) nhӡ thiӃt bӏÿӝ nhҥy cao và ÿӝ Ǥ nhӓ. Ĉáng tiӃc là
các kӃt quҧ quan trҳc thăng giáng rӕi hoàn toàn chѭa ÿӫ, và ÿӝ chính xác thì
chѭa cao do nhiӅu nhiӉu và sai sӕ dөng cө. NӃu tính ÿӃn sӵ phong phú cӫa
các nhân tӕҧnh hѭӣng tӟi rӕi qui mô nhӓ, thì sӁ hiӇu tҥi sao các ѭӟc lѭӧng
hӋ sӕ rӕi theo phѭѫng pháp trӵc tiӃp cò
n rҩt tҧ
n mҥn.
Trên hình 4.12 là thí dө sӱ dөng phѭѫng pháp trӵc tiӃp, ӣÿây dүn phân
bӕ các hӋ sӕ nhӟt và dүn nhiӋt ÿӝ thҷng ÿӭng ӣÿҥi dѭѫng Nam Cӵc nhұn
ÿѭӧc dӵa trên ÿo trӵc tiӃp các thăng giáng nhiӋt ÿӝ và tӕc ÿӝ dòng chҧy bҵng
các máy ghi thăng giáng. Các hӋ sӕÿѭӧc xác ÿӏnh theo các công thӭc sau:
z
T
wT
k
z
u
wu
k
zTz
,

w
w
cc


w
w
c


W
Hình 4.12. BiӃn ÿәi cӫa các
hӋ sӕ rӕi vӟi ÿӝ sâu ӣ vùng
Nam Cӵc Thái Bình Dѭѫng
(theo A.G. Kolesnhikov)
Các quan trҳc ÿѭӧc thӵc hiӋn trong ÿiӅu kiӋn gió nhҽ, do ÿó nguӗn
năng lѭӧng chính cӫa rӕi là chênh lӋch tӕc ÿӝ. Ĉӝ әn ÿӏnh thҷng ÿӭng cӫa
các lӟp ÿҥt cӵc ÿҥi trong lӟp 15-18 m. Ĉһc ÿiӇm này giҧi thích sӵ phân bӕ
cӫa các hӋ sӕ trao ÿәi rӕi có cӵc ÿҥi bên trên lӟp ÿӝt biӃn ÿӝ әn ÿӏnh (xem
hình 4.12).
Phѭѫn
g pháp khác (gián tiӃp) ÿӇ
tìm các hӋ sӕ rӕi là xây dӵng nhӳng
mô hình lí thuyӃt, sӱ dөng mӝt sӕ giҧ thiӃt nào ÿó vӅ sӵ phө thuӝc cӫa các hӋ
sӕ rӕi vào nhӳng tham sӕ quyӃt ÿӏnh. Trong trѭӡng hӧp này thѭӡng sӱ dөng
các giá trӏ trung bình cӫa các trѭӡng vұt lý thӫy văn nhұn ÿѭӧc qua xӱ lí
nhӳng mҧng sӕ liӋu quan trҳc hҧi dѭѫng hӑc lӟn
. Tuy nhiên, n
Ӄu tính ÿӃn
nhӳng phӭc tҥp và ÿa dҥng cӫa các quá trình rӕi, dҧi biӃn ÿӝng không gian -

thӡi gian rӝng cӫa chúng, thì không thҩy có gì ÿáng ngҥc nhiên rҵng cho ÿӃn
nay chѭa tìm ÿѭӧc mӝt mӕi phө thuӝc vҥn năng nào cho phép tính các hӋ sӕ
rӕi vӟi ÿӝ chính xác ÿáp ӭng ÿѭӧc các mөc ÿích thӵc tӃ.
4.8. Nhӳng qui mô và cѫ chӃ phát sinh rӕi ÿҥi dѭѫng
Nhѭÿã ÿѭӧc xác lұp trong rҩt nhiӅu nghiên cӭu, rӕi trong ÿҥi dѭѫng
thӇ hiӋn ӣ mӝt dҧi rҩt rӝng và thѭӡng ÿѭӧc phân chia thành ba lӟp: rӕi qui
mô lӟn (rӕi vƭ mô), rӕi qui mô vӯa (rӕi trung bình) và rӕi qui mô nhӓ (rӕi vi
mô). Nhӳng giá trӏÿһc trѭng cӫa qui mô không gian - thӡi gian cӫa nhӳng
lӟp rӕi cѫ bҧn ÿѭӧc dүn trong bҧng 4.2. Dƭ nhiên, trong tҩt cҧ các dҥng rӕi
ӣ
ÿҥi dѭѫn
g, thì rӕi qui mô nhӓÿѭӧc nghiên cӭu nhiӅu nhҩt. Nguӗn cӫa rӕi vi
mô là sóng mһt (mao dүn, trӑng lӵc, gió) và sóng nӝi cNJng nhѭ các quá trình
khác, cӫa rӕi qui mô vӯa - sóng và các hiӋn tѭӧng gây nên bӣi các dao ÿӝng
triӅu và quán tính, cӫa rӕi vƭ mô - các xoáy synop, sóng Rossby, dòng chҧy
trôi v.v
Vì dҧi phә các hiӋn tѭӧng rӕi khá rӝng, nên sӵ phân chia chuyӇn ÿӝng
trong ÿҥi dѭѫng thành chuyӇn ÿӝng trung bình và chuyӇn ÿӝng thăng
giáng
tuân theo công th
ӭc (4.31) là mӝt bài toán khá phӭc tҥp, bӣi vì sӵ phân chia
này hoàn toàn phө thuӝc vào lӵa chӑn vùng không gian - thӡi gian trên ÿó
xác ÿӏnh các giá trӏ trung bình. Sӵ phân chia sӁ tin cұy vӅ mһt thӕng kê chӍ
khi nào vùng không gian - thӡi gian lҩy trung bình bao gӗm sӕ lѭӧng rҩt lӟn
các xoáy có kích thѭӟc nhӓ hѫn kích thѭӟc cӫa vùng lҩy trung bình và chӭa
rҩt ít nhӳng xoáy vӟi kích thѭӟc lӟn hѫn vùng lҩy trung bình.
193 194
Bҧng 4.2. Các dүn liӋu vӅ qui mô không gian - thӡi gian cӫa các dҥng rӕi chính
Qui mô không gian (m)
Rӕi Qui mô thӡi gian

Ngang Thҷng ÿӭng
Qui mô lӟnTӯ vài chөc ngày
ÿӃn vài tháng
65
1010 
32
1010 
Qui mô vӯaTӯ vài giӡ
ÿӃn vài ngày
54
1010 
2
1010 
Qui mô nhӓ Tӯ phҫn cӫa giây
ÿӃn vài chөc phút
32
1010  1010
1


HiӋn nay nhұn thҩy có mӝt sӕ cѫ chӃ chӫ yӃu phát sinh rӕi trong ÿҥi
dѭѫng.
1. Bҩt әn ÿӏnh và ÿә vӥ sóng gió trên mһt ÿҥi dѭѫng, gây nên bӣi tác
ÿӝng ÿӝng lӵc cӫa khí quyӇn. Rõ ràng ÿây là cѫ chӃ mҥnh mӁ nhҩt phát sinh
rӕi ӣ lӟp trên cӫa ÿҥi dѭѫng, vì sóng gió diӉn ra khҳp nѫi trong ÿҥi dѭѫng.
2. Bҩt әn ÿӏnh graÿien thҷng
ÿӭng
cӫa tӕc ÿӝ trong các dòng chҧy trôi
do gió tác ÿӝng trӵc tiӃp trên mһt gây nên và bao trùm lӟp trên cӫa ÿҥi
dѭѫng. Bҩt әn ÿӏnh ÿӝng lӵc ÿѭӧc qui ÿӏnh bӣi chӍ tiêu Reinolds ,

trong ÿó.
cr
ReRe !
0002Re |
cr
3. Bҩt әn ÿӏnh
cӫa sóng nӝi và sӵÿә vӥ cӫa nó - diӉn ra khҳp nѫi và có
lӁ là cѫ chӃ chӫ yӃu phát sinh rӕi quy mô nhӓ bên trong bӅ dày cӫa ÿҥi
dѭѫng.
4. Bҩt әn ÿӏnh thӫy ÿӝng lӵc cӫa các dòng chҧy phѭѫng ngang không
dӯng qui mô vӯa, chӫ yӃu do các dao ÿӝng triӅu và quán tính (vӟi qui mô
hàng chөc km) gây nên.
5. Bҩt әn ÿӏnh graÿien thҷng ÿӭng cӫa vұ
n tӕc trong các dòng chҧy ÿҥi
dѭѫng qui mô lӟn phân tҫng. ChӍ biӇu lӝӣ mӝt sӕ vùng, vì vұy chӫ yӃu
mang tính khu vӵc.
6. Ĉӕi lѭu trong các lӟp phân tҫng mұt ÿӝ không әn ÿӏnh gây bӣi sӵ
nguӝi lҥnh mһt ÿҥi dѭѫng trong mùa lҥnh và trong
tăng ÿӝ muӕi ӣ lӟp mһt trong thӡi kì bӕc hѫi mҥnh.
mӝt sӕ trѭӡng hӧp - do
7. Bҩt әn
ÿӏnh
graÿien thҷng ÿӭng cӫa vұn tӕc dòng chҧy ӣ lӟp biên sát
ÿáy. Vai trò cӫa nguӗn phát sinh rӕi này tѭѫng ÿӕi nhӓ, ÿһc biӋt so vӟi lӟp
trên cӫa ÿҥi dѭѫng.
Dѭӟi góc ÿӝ phát sinh rӕi, ÿҥi dѭѫng ÿѭӧc phân chia thành ba lӟp: a)
lӟp xáo trӝn bên trên, nѫi ÿây quá trình ÿә nhào sóng mһt giӳ vai trò chính
phát sinh rӕi; b) BӅ dày chính cӫa ÿҥi dѭѫng, ӣÿây sӵ bҩt әn ÿӏnh c
ӫa sóng
nӝi góp phҫn chính; c) Lӟp biên sát ÿáy, trong ÿó phҫn ÿóng góp cho rӕi chӫ

yӃu tӯ sӵ bҩt әn ÿӏnh cӫa các sóng triӅu và các dòng chҧy ÿҥi dѭѫng.
Chѭѫng 5
Trao ÿәi nhiӋt và nѭӟc trong hӋ thӕng ÿҥi
dѭѫng - khí quyӇn
5.1. Ĉһc trѭng chung các quá trình tѭѫng tác cӫa ÿҥi
dѭѫng và khí quyӇn
Tѭѫng tác cӫa ÿҥi dѭѫng và khí quyӇn - ÿó là mӝt quá trình rҩt phӭc
tҥp, là biӇu hiӋn cӫa nhiӅu cѫ chӃ qui mô khác nhau phân bӕ lҥi nhiӋt, hѫi
nѭӟc, ÿӝng năng, các chҩt khí và muӕi, kӃt quҧ làm cho các ÿһc trѭng lý -
hóa cӫa ÿҥi dѭѫng thích nghi (phù hӧp) vӟi nhau.
Sӵ tѭѫng tác cӫa ÿҥi dѭѫng và khí quyӇn ÿѭӧc quyӃt ÿӏnh không phҧi
chӍ là do diӋn tích bӅ mһt tiӃp xúc trӵc tiӃp to lӟn giӳ
a ÿҥi dѭѫng và
khí
quyӇn, mà còn do nhӳng ÿһc ÿiӇm cҩu tҥo cӫa chúng (cҩu tҥo nhiӋt, mұt ÿӝ,
ÿӝng hӑc, hóa hӑc v.v ) tҥo ra nhӳng graÿien lӟn tҥi biên phân cách hai môi
195 196