Dưới đây đưa ra quy trình tính năng lượng rối trên cơ sở các lập luận lý thuyết ở mục 3.1.
1) Tính các hàm phổ dòng chảy toàn phần
CE(f)CE(f) size 12{C rSub { size 8{E} } \( f \) } {} và
CN(f)CN(f) size 12{C rSub { size 8{N} } \( f \) } {} dựa trên chuỗi thời gian của các thành phần hướng đông và hướng bắc dòng chảy quan trắc.
2) Tính hàm phổ của chuỗi thời gian áp suất đáy
P(f)P(f) size 12{P \( f \) } {}.
3) Tính các hàm hiệp phổ (co-spectra)
CPE(f)CPE(f) size 12{C rSub { size 8{"PE"} } \( f \) } {} và
CPN(f)CPN(f) size 12{C rSub { size 8{"PN"} } \( f \) } {} của áp suất đáy với các chuỗi dòng chảy
uEuE size 12{u rSub { size 8{E} } } {} và
uNuN size 12{u rSub { size 8{N} } } {}.
4) Tính dòng toàn phần hợp biến với phổ áp suất đáy theo các công thức (2):
WE(f)=CPE(f)P(f)WE(f)=CPE(f)P(f) size 12{W rSub { size 8{ size 7{E}} } \( f \) = { {C rSub { size 7{"PE"}} size 12{ \( f \) }} over { sqrt {P \( f \) } } } } {},
WN(f)=CPN(f)P(f)WN(f)=CPN(f)P(f) size 12{W rSub { size 8{ size 7{N}} } \( f \) = { {C rSub { size 7{"PN"}} size 12{ \( f \) }} over { sqrt {P \( f \) } } } } {}.
5) Tính các vận tốc trung bình bằng cách lấy trung bình trong thời gian một Burst.
6) Tính các thành phần năng lượng rối
TE(t)TE(t) size 12{T rSub { size 8{E} } \( t \) } {} và
TN(t)TN(t) size 12{T rSub { size 8{N} } \( t \) } {} theo các công thức:
T
E
(
f
)
=
C
E
(
f
)
−
W
E
2
(
f
)
,
T
E
(
f
)
=
C
E
(
f
)
−
W
E
2
(
f
)
,
size 12{T rSub { size 8{E} } \( f \) =C rSub { size 8{E} } \( f \) - W rSub { size 8{E} } rSup { size 8{2} } \( f \) ,} {}
TN(f)=CN(f)−WN2(f)TN(f)=CN(f)−WN2(f) size 12{T rSub { size 8{N} } \( f \) =C rSub { size 8{N} } \( f \) - W rSub { size 8{N} } rSup { size 8{2} } \( f \) } {}.
7) Tính các đại lượng bình phương trung bình:
- Thành phần tốc độ sóng bình phưuơng trung bình:
uwr2=〈uw2〉=∫f1f2WE2(f)dfuwr2=〈uw2〉=∫f1f2WE2(f)df size 12{u rSub { size 8{"wr"} } rSup { size 8{2} } = langle u rSub { size 8{w} } rSup { size 8{2} } rangle = Int cSub { size 8{f rSub { size 6{1} } } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {W rSub { size 8{E} } rSup { size 8{2} } \( f \) ital "df"} } {};
vwr2=〈vw2〉=∫f1f2WN2(f)dfvwr2=〈vw2〉=∫f1f2WN2(f)df size 12{v rSub { size 8{"wr"} } rSup { size 8{2} } = langle v rSub { size 8{w} } rSup { size 8{2} } rangle = Int cSub { size 8{f rSub { size 6{1} } } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {W rSub { size 8{N} } rSup { size 8{2} } \( f \) ital "df"} } {};
- Các hợp phần năng lượng rối phương ngang:
〈u'2〉=∫f1f2TE(f)df〈u'2〉=∫f1f2TE(f)df size 12{ langle u' rSup { size 8{2} } rangle = Int cSub { size 8{f rSub { size 6{1} } } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {T rSub { size 8{E} } } size 12{ \( f \) ital "df"}} {};
〈v'2〉=∫f1f2TN(f)df〈v'2〉=∫f1f2TN(f)df size 12{ langle v' rSup { size 8{2} } rangle = Int cSub { size 8{f rSub { size 6{1} } } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {T rSub { size 8{N} } } size 12{ \( f \) ital "df"}} {},
ở đây dấu
〈〉〈〉 size 12{ langle " " rangle } {} chỉ phép lấy trung bình thời gian trong một Burst;
f1=0,025f1=0,025 size 12{f rSub { size 8{1} } =0,"025"} {} Hz và
f2=0,5f2=0,5 size 12{f rSub { size 8{2} } =0,5} {} Hz.
8) Tính biên độ của các thành phần dòng
UCBUCB size 12{U rSub { size 8{"CB"} } } {} và sóng
UWBUWB size 12{U rSub { size 8{"WB"} } } {} (biên độ vô hướng):
UCB=∣UCB∣=UB2+VB2UCB=∣UCB∣=UB2+VB2 size 12{U rSub { size 8{"CB"} } = lline U rSub { size 8{"CB"} } rline = sqrt {U rSub { size 8{B} } rSup { size 8{2} } +V rSub { size 8{B} } rSup { size 8{2} } } } {};
UWB=∣UWB∣=uwr2+vwr2UWB=∣UWB∣=uwr2+vwr2 size 12{U rSub { size 8{"WB"} } = lline U rSub { size 8{"WB"} } rline = sqrt {u rSub { size 8{"wr"} } rSup { size 8{2} } +v rSub { size 8{"wr"} } rSup { size 8{2} } } } {}.
9) Tính hướng trung bình đại diện (representative mean direction)
θwrθwr size 12{θ rSub { size 8{"wr"} } } {} và tần số
fwrfwr size 12{f rSub { size 8{"wr"} } } {} của tốc độ quỹ đạo của sóng ở đáy:
θwr=arctg ∫f1f2WE(f)df∫f1f2WN(f)dfθwr=arctg ∫f1f2WE(f)df∫f1f2WN(f)df size 12{θ rSub { size 8{"wr"} } ="arctg " { { Int cSub { size 8{f rSub { size 6{1} } } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {W rSub { size 8{E} } \( f \) ital "df"} } over { size 12{ Int cSub {f rSub { size 6{1} } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {W rSub {N} size 12{ \( f \) ital "df"}} } } } } {};
fwr=∫f1f2P(f)fdf∫f1f2P(f)dffwr=∫f1f2P(f)fdf∫f1f2P(f)df size 12{f rSub { size 8{"wr"} } =" " { { Int cSub { size 8{f rSub { size 6{1} } } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {P \( f \) f size 5{ } ital "df"} } over { size 12{ Int cSub { size 8{f rSub { size 6{1} } } } cSup {f rSub { size 6{2} } } {P \( f \) size 5{ } ital "df"} } } } } {}.
10) Tính năng lượng rối động học toàn phần TKE và tốc độ động lực:
TKE=12ρ〈u'2〉+〈v'2〉+〈w'2〉TKE=12ρ〈u'2〉+〈v'2〉+〈w'2〉 size 12{ ital "TKE"= { {1} over {2} } ρ left ( langle ital "u'" rSup { size 8{2} } rangle + langle ital "v'" rSup { size 8{2} } rangle + langle w' rSup { size 8{2} } rangle right )} {},
u2=αTKEρu2=αTKEρ size 12{u rSub { size 8{*} } rSup { size 8{2} } = { {α ital "TKE"} over {ρ} } } {},
ở đây
ρ−ρ− size 12{ρ - {}} {} mật độ nước biển;
α=0,9α=0,9 size 12{α=0,9} {}; thành phần thẳng đứng của tốc độ rối bằng không.
Kết quả xử lý số liệu các Burst
Đã thực hiện phân tích phổ và hiệp phổ theo quy trình 10 bước trình bày trong mục 3.2. Trên hình 5 dẫn một thí dụ điển hình về kết quả phân tích phổ và hiệp phổ (thí dụ đối với Burst 150).
Nhận thấy rằng các hàm phổ đơn của dòng chảy tổng cộng và áp suất sóng tại đáy có các dải mang năng lượng gần như nhau, trùng với các tần số sóng gió hoặc sóng lừng (chu kỳ từ vài giây tới hơn chục giây). Trong nhiễu động của áp suất biểu thị khá rõ các hợp phần tần thấp có nguồn gốc không phải từ sóng gió. Phân tích hiệp phổ cho thấy rằng dòng toàn phần không hợp biến với các dao động sóng ở những tần số sóng. Điều đó nói lên rằng cường độ rối ở vùng sát bờ có nguồn gốc ở sự phá hủy sóng, sự đổ nhào sóng. Những nhiễu động với tần số cao hơn của dòng toàn phần hiệp biến với nhiễu động sóng. Vậy bản thân dao động sóng yếu tại đới sát bờ tạo nên những nhiễu động bậc cao và ở vùng cụ thể này chưa thấy có vai trò đáng kể.
Trên các hình 6 và 7 tổng hợp các kết quả tính động năng rối toàn phần và tốc độ động lực cho tất cả các Burst. Trong phụ lục dẫn thí dụ kết quả tính cho Burst 150.
Nhận thấy đối với những ngày sóng yếu, khoảng nửa đầu chu kỳ quan trắc các giá trị động năng rối toàn phần biến thiên mạnh. Tại những ngày sóng và thủy triều mạnh dần (nửa sau của chu kỳ quan trắc) các giá trị tính được của động năng rối toàn phần tăng lên và ổn định hơn (hình 5).
Từ hình vẽ này thấy rằng giá trị động năng rối toàn phần biến thiên trong khoảng
(10−50)⋅10−3(10−50)⋅10−3 size 12{ \( "10" - "50" \) cdot "10" rSup { size 8{ - 3} } } {}cm2/s2cm2/s2 size 12{"cm" rSup { size 8{2} } /s rSup { size 8{2} } } {}.
Ước lượng giá trị động năng rối toàn phần trung bình trong cả thời kỳ quan trắc bằng
3,41⋅10−23,41⋅10−2 size 12{3,"41" cdot "10" rSup { size 8{ - 2} } } {}cm2/s2cm2/s2 size 12{"cm" rSup { size 8{2} } /s rSup { size 8{2} } } {} và tốc độ động lực trung bình bằng
3,07⋅10−23,07⋅10−2 size 12{3,"07" cdot "10" rSup { size 8{ - 2} } } {}g/cm3g/cm3 size 12{g/"cm" rSup { size 8{3} } } {}.
1) Lần đầu tiên sử dụng thiết bị độ nhạy và độ độ phân giải thời gian cao để khảo sát những đặc điểm của các nhiễu động trong lớp nước sát đáy ở vùng biển ven bờ.
2) Cấu trúc thẳng đứng của dòng chảy lớp sát đáy khá phức tạp. Ngay trong một lớp mỏng vài chục cm sát đáy có sự phân tầng về dòng. Điều này có thể cần phải tính tới trong việc xem xét cơ chế vận chuyển chất trong vùng nước ven bờ nói chung và ở lớp sát đấy nói riêng.
3) Trong vùng nước gần bờ, năng lượng rối chủ yếu nhận được từ các nhiễu động có nguồn gốc từ sóng. Những quá trình quy mô khác như dòng chảy vùng khơi, nhiễu động nguồn gốc gió không thấy biểu hiện vai trò đáng kể.
4) Kết quả khảo sát phổ rối vùng nước gần bờ cho thấy một đặc điểm khá lý thú là sóng gió hoặc sóng lừng cung cấp năng lượng cho rối nhờ cơ chế phá huỷ sóng.
Đáng tiếc là chúng ta chỉ có một máy đo duy nhất, chưa tổ chức được quan trắc đồng thời tại nhiều điểm cách bờ, nên không có thông tin về những đặc điểm động lực này đối với một dải ven bờ rộng hơn để so sánh.
Trong tương lai, chúng tôi mong muốn được khai thác thiết bị này đều đặn hơn và thiết kế những thí nghiệm đa dạng hơn: về địa điểm, trong những điều kiện thời tiết và chế độ sóng khác nhau.
