Virtual laboratory: Sea

Termohalina svojstva

Termohaline osobine

Termohaline osobine površinskog sloja mora ovise o nizu fizikalnih čimbenika koji su dijelom rezultat procesi u moru te procesa na granici s atmosferom. Te procese možemo uvjetno dijeliti na oceanografske i meteorološke. Oceanografski procesi koji uvjetuju promjenu površinske temperature mora te promjene u dubljim slojevima su advektivni prijenosti topline morskim strujama, prijenosi topline molekularnim putem i turbulentna gibanja uvjetovana nestabilnošću vodenog tupca. Učinci interakcije atmosfera-more kao što je tok topline, tj. razlika topline koju more primi iz atmosfere i one topline koju njoj (atmosferi) predaje, uzrokuju znatne vertikalne promjene topline površinskog sloja mora. I druge osobine mora također se mijenjaju pod djelovanjem horizontalnih i vertikalnih procesima. Sadržaj soli površinskog sloja mora, o čemu ovisi njegov salinitet, podložan je promjenama koje se događaju zbog procesa isparavanja, znači gubitka mase, odnosno povećanja sadržaja soli u moru, slatkovodnih dotoka oborinom te u obalnim područjima rijekama i vruljama – procesima koji razrjeđuju more, tj. čine ga manje slanim. Metorološki procesi nad morem reflektiraju se unutar graničnog sloja gdje se stalnom izmjenom svojstava između dvaju medija mijenjaju fizikalni, kemijski i biološki procese u moru i na njegovoj površini.

Opća slika izmjene topline i mase nad Jadranom opisuje se procesima izmjene u graničnom sloju koji povezuje atmosferu i mora na sezonskoj i višegodišnjoj skali. U području srednjeg Jadrana, ovisno o udaljenošću od obale, te o primjeni različitih poluempirijskih jednadžbi za određivanje evaporacije (Grbec, et al., 1997) dobivaju se različiti izračuni tokova topline i vlage. Točno (ili približno točno) poznavanje uvjeta na granici neophodan je korak u modeliranju, i općenito forsiranju mora pod djelovanjem atmosfere.

Srednji je Jadrana geografski smješten u području gdje su sezonske promjenjivosti glavnih atmosferskih parametara kao što su solarno zračenje, vjetar, temperatura i oborina glavni uzročnici sezonske promjenjivosti izmjene topline i vlage između atmosfere i mora. Klima je, uz jaki orografski utjecaj dalmatinskog planinskog lanca (Dinaridi) kao modifikatora klime, uglavnom sredozemna. Jaka ciklonalna aktivnost, naročito u hladnom dijelu godine osigurava prisustnost različitih tipova vremena nad ovim područjem, s čestim izmjenama bure i juga. Nasuprot tome, ljeti je vrijeme, kao posljedica utjecaja subtropskog sistema visokog tlaka zraka, mirno i tiho uz dobro razvijenu dnevno-noćnu cirkulaciju.

Godišnja ruža vjetra. Postaja Split-Marjan. Razdoblje 1961-1990

Godišnja ruža vjetra. Postaja Split-Marjan. Razdoblje 1961-1990

 

Godišnji god površinske temperature zraka

Godišnji god površinske temperature zraka, temperature mora i oborine. Postaja Split-Marjan. Razdoblje 1961-1990. Vertikalne linije su standardne devijacije.

Godišnji god površinske temperature zraka, temperature mora i oborine. Postaja Split-Marjan. Razdoblje 1961-1990. Vertikalne linije su standardne devijacije.

Godišnji hod izmjene topline uravnotežen je onom toplinom koju atmosfera predaje moru i onom koju more gubi procesima dugovalnog zračenja , evaporacije i turbulentnim procesima. Za područje Jadrana komponente toplinske ravnoteže računate su upotrebom različitih polu-empirijskih jednadžbi primjenjenih za različita područja istočne obale (Supić, 1992, Supić i Orlić, 1992; Grbec, 1997, Matić, 2004). Općenito se može reći kako more na godišnjoj skali prima energiju (toplinu) iz atmosfere od travnja do rujna, s maksimumom u srpnju (područje Splita; srpanjski maksimum iznosi 135 Wm-2, dok je gubi (zagrijava atmosferu) u hladnom dijelu godine, najviše tijekom prosinca (112.1 Wm-2). Gubitak topline najvećim dijelom pripisuje se gubitku procesom dugovalnog zračenja (60 %), slijedi gubitak topline evaporacijom (33 %), dok procesom vođenja more gubi tek 7%.

Izmjena vlage (mase) na granici atmosfera-more također je sezonski ovisna u Jadranu. Duž istočne obale Jadrana ovaj parametar pokazuje različitost i u obliku godšnjeg hoda i po apsolutnim mjesečnim vrijednostima. Kako evaporacija ima maksium tijekom ljeta, tj. tijekom sezone grijanja, a istovremeno je oborina u tom dijelu godine minimalna, to je tok vlage (E-P) tijekom godine maksimalan ljeti. Idući dalje od obale oborina se zbog izostanka orografski uvjetovane oborine smanjuje. Sezonski hod E-P razlikuje se stoga signifikantno idući prema otvorenom moru. Utjecaj bure (jaki vjetar u suhoj atmosferi) pogoduje jačem isparavanju, pa je i to dodatni čimbenik prostorne promjenjivosti godišnjih hodova izmjene topline na granici atmosfer-more.

Za vrijeme ekstremnih vremenskih situacija, np. za vrijeme jakih epizoda bure gubitak topline izrazito je velik. Ovaj proces u graničnom sloju uzrokuje dvije, za termohalinu cirkulaciju (THC) vrlo bitne stvari: 1) hlađenje površinskog sloja mora jer se procesom isparavanja gubi toplina; 2) postupni porast salinitete površinskog sloja mora jer procesom isparavanja površinski sloj mora gubi vlagu. Ovo su preduvjeti stvaranja teške vode, čije je formiranje u Jadranu povezano s njegovom mezoskalnom dinamikom na vremenskim skalama od sinoptičke, sezonske, interdekadne i sekularne.

Komponente godišnjeg hoda izmjene topline. Postaja Split-Marjan. Razdoblje 1961 – 1990

Komponente godišnjeg hoda izmjene topline. Postaja Split-Marjan. Razdoblje 1961 – 1990

 

Godišnji hod evaporacije duž istočne obale Jadrana

Godišnji hod evaporacije duž istočne obale Jadrana

 

 

Datum Brzina vjetra (ms-1) SMJER Oblačnost C/10   RELATIVNA VLAGA % Ta TW QS   QH QE QL QNET
(W m-2)
02 JAN 1979 NNE 19.9 0.6 33 -4.3 12.6 57 420 508 164 -1035
08 JAN 1981 NNE 16.9 0 37 -1.9 12.0 96 327 434 166 -831
02 DEC 1983 NNE 16.9 1 36 +1.4 13.5 39 283 471 127 -842

Srednje dnevne vrijednosti komponenata zračenja za vrijedme ekstremnih vremenskih situacija.

  • QS – solarno zračenje
  • QE – latenta toplina isparavanja (W m-2)
  • QH – sensiblna toplina (W m-2)
  • QL – dugovalno zračenje (W m-2)
  • QNET – neto zračenje na granici zrak-more (W m-2),
  • Ta – temperatura zraka (0C),
  • TW – površinska temperatura mora (0C)

 

TERMOHALINE OSOBINE SREDNJEG JADRANA

Temperatura i salinitete vodenog stupca rezultar su uravnoteženosti procesa u moru te onih procesa koji svoju realizaciju ostvaruju u graničnom sloju atmosfera-more. Procesi kao što su advektivni prijenosi topline morskim strujama, prijenosi topline molekularnim putem i turbulentna gibanja uvjetovana nestabilnošću vodenog stupca, kontroliraju toplinu vodenog stupca. Općenito, promjene nekog svojstva morske vode (temperatura, salinitet) događaju se zbog zajedničkog djelovanja horizontalnih i vertikalnih procesa. Često puta je neophodno odrediti udio pojedinog procesa (interesantnog za neku specifičnu fizikalnu pojavu) u ukupnoj promjenjivost nekog svojstva morske vode. U prvoj aproksimaciji (tj. ako se zanemari konvekcija) vremenske promjene topline i soli moguće je odrediti kao rezultat horizontalnih i vertikalnih procesa.

Model određivanja vremenske promjenjivosti topline i soli pod djelovanjem horizontalnih i vertikalnih procesa.

Polazimo od osnovnih jednadžbi vremenske promjene topline (soli):

 

 

 

 

gdje (Hhor, Shor) označavaju horizontalne i vertikalne komponente topline, odnosno soli. Vremenske se promjene topline i soli u sloju debljne h uz uvažavanje parametrizacije uz graničnu površinu s atmosferom određuju rješenjem sustava jednadžbi:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Za određivanje vremenske promjenjivosti svojstava T i S potrebno je naravno poznavati vrijednosti koeficijenata turbulentne izmjene topline i soli u vodenom stupcu te na površini. Iz rubnog uvjeta na površini određujemo koeficijente izmjene KH (KS). Koeficijenti izmjene tek se u novije vrijeme mjere, a odnedavno i u Jadranu (Peters i Orlić, 2005) te mogu poslužiti i za potvrdu ovako izračunatih vrijednosti.

 

 

 

 

Vremenske se promjene odabranih svojstava morske vode, uz pretpostavku vertikalno konstantnih iznosa koeficijenata izmjene toline i soli te aproksimacijom derivacije konačnim razlikama (npr. Stirlingovom metodom) mogu odrediti u svakom odabranom sloju u moru. Srednja temperatura (salinitet) sloja debljine h određuje se iz izmjerenih vrijednosti vertikalnim usrednjavanjem:

 

 

Sezonska promjenjivost temperature za neku dubinu z određuje se prilagođavanjem 2-harmonijske funkcije usrednjenim podacima:

 

 

POSTAJA STONČICA

Dugogodišnja mjerenja temperature i saliniteta na postaji Stončica (1961-1995) poslužila su za dobivanje opće slike termohalinske varijabilnosti tijekom godine. Podaci su mjereni bar jednom mjesečno na standardnim oceanografskim dubinama (0. 10, 20, 30, 50, 75 i 100m) tijekom redovnih krstarenja istraživačkog broda „Bios“ Instituta za oceanografiju i ribarstvo (IOR). Mjerena su započela sredinom 50. godina 20. stoljeća uspostavljanjem stalne mreže oceanografskih postaja u Jadranu. Za prikaz srednjeg godišnjem hoda temperature i saliniteta zbog zahtjeva ujednačene mjerne tehnike, odabrana su klasična mjerenja crpcima.

Na godišnjem se hodu temperature i saliniteta uočava izotermija tijekom jeseni i zime, te mala promjena temperature na dubini od približno 100 m gdje temperatura ne pada ispod 12 0C. U odnosu na površinski sloj, idući dublje godišnji maksimum temperature kasni, dok se minimum gotovo na svim dubinama pojavljuje unutar istog mjeseca. Osim toga varijacije temperature unutar pojedinog mjeseca imaju maksimalne vrijednosti na površini, idući dublje varijabilnost se smanjuje. Primjena gornjih jednadžbi na termohaline polje pokazala je kako na dubini od 10 m maksimum temperature kasni 9 dana u odnosu na površinski sloj. Na dubini od 20 m to kašnjenje je 48 dana, dok sloj 75-100 m kasni 93 dana u odnosu na površinu. Minimalna temperatura bilježi se tijekom veljače, a na dubini od 75-100 m početkom ožujka.

Salinitet također ima sezonski hod. U površinskom sloju do dubine 10 m postoje dva minimuma: u svibnju i srpnju. Na dubini od 20 m značajan postaje maksimum u kolovozu kao rezultat kasnijeg odziva uvjetima na površini.

Poznavanje temperaturne i saliniteta vodenog stupca određuje njegovu stabilnost. Općenito se može reći da je stabilnost veća što je veći vertikalni gradijent gustoće mora. Stoga je stabilnost najveća u ljetnom razdoblju, kada je u vodenom stupcu prisutna naglašena negativna termoklina, te je utjecaj vertikalne promjene temperature na vertikalnu razdiobu gustoće značajniji od utjecaja saliniteta. Tijekom zime, odnosno u hladnom razdoblju godine, termoklina nije prisutna zbog intenzivnih procesa vertikalnog miješanja, te advekcije, pa je vertikalni gradijent gustoće malen, te u plitkom moru dominantno ovisi o vertikalnom gradijentu saliniteta, posebno u područjima koja su pod utjecajem dotoka slatke vode s kopna.

Srednji godišnji hod temperature mora za odabrane slojeve. Postaja Stončica.

Srednji godišnji hod temperature mora za odabrane slojeve. Postaja Stončica.

Srednji godišnji hod saliniteta za odabrane slojeve. Postaja Stončica.

Srednji godišnji hod saliniteta za odabrane slojeve. Postaja Stončica.

Vertikalna razdioba temperature i saliniteta tijekom godine. Postaja Stončica.

Vertikalna razdioba temperature i saliniteta tijekom godine. Postaja Stončica.

Vertikalna razdioba temperature i saliniteta tijekom godine. Postaja Stončica.

Vertikalna razdioba temperature i saliniteta tijekom godine. Postaja Stončica.

DOPRINOSI HORIZONTALNIH I VERTIKALNIH PROCESA

UKUPNOJ TERMOHALINOJ PROMJENJIVOSTI PROFILA

SPLIT-GARGANO

Na profilu Split-Gargano termohalina se promjenjivost pod djelovanjem različitih procesa različito mijenja u tri faktorskom analizom odvojena sloja: u površinskom od 0-20 m; sloju 20-50 m i sloju od 50 m do dna. Uvjeti na površini, odnosno poznavanje izmjena topline i vlage neophodni su za ova razmatranja. Primjena gornjih jednadžbi na nizove temperature i saliniteta mjerenih u razdoblju 1961-1980 na postajama profila Spli-Gargano daje kao rezultat udio horizontalnih i vertikalnih doprinosa ukupnoj sezonskoj promjenjivosti.

Sezonska promjenjivost temperature i saliniteta na profilu Split-Gargano za 3 karakteristična sloja. Razdoblje 1961-1980.

Sezonska promjenjivost temperature i saliniteta na profilu Split-Gargano za 3 karakteristična sloja. Razdoblje 1961-1980.

Promjene topline i soli u sloju 0-20 m i udion vertikalnih procesa (razlika vertikalnog protoka topline, odnosno soli na vrhu i dnu sloja).

Promjene topline i soli u sloju 0-20 m i udion vertikalnih procesa (razlika vertikalnog protoka topline, odnosno soli na vrhu i dnu sloja).

U ovom su sloju promjene topline uzrokovane vertikalnim procesima (procesi izmjene atmosfer-more) značajne gotovo čitave godine. Od ožujka do svibnja (paralelni dio krivulja na slici iznad) promjenjivost topline uzrokovana je vertikalnim procesima. Horizontalni procesi postaju značajni uspostavom i trajanjem termokline od lipnja do rujna. Hlađenje je npr. manje nego što bi bilo kada bi se gledali samo vertikalni procesi. Razlika se pripisuje horizontalnim procesima koji strujanjem donose topliju vodu i na taj način doprinose povećanju topline sloja iznad termokline. U jesen, nakon produbljenja termokline i njenog nestajanja vertikalni procesi prevladavaju i postaju glavni faktor promjenjivosti topline. I ovim se razdiobama ističe važnost poznavanja procesa izmjene topline i vlage na granici s atmosferom, odnosno opravdanost mjerenja parametara koji ih određuju. U dubljim je slojevima također moguće provesti slična razmatranja.

B.G., M.M., F.M.

 

Web Content Display

Grbec, B., Bajić, A. and ViLab team (2010). Virtual laboratory. Institute of Oceanography and Fisheries, Split. Meteorological and Hydrological Service, Zagreb.

Unless authorized by ViLab, reproduction, copying, arranging and other kind of manipulation of displayed contents or informations gained from others to acquire ownership benefit is forbidden. Abuse will be punished according to the Law of changes and annexes of Law of authorship rights (from paragraph 22. to 28.) For scientific research contents published on these pages can be used with permission of ViLab with inevitable citation.

 

 

Skip to content