دانلود رایگان ترجمه مقاله ساختار ترموهالین و زمان اقامت در خلیج گرگان (اسپرینگر 2017)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

2. مواد و روش‌ها
برای تعیین جریان کلی، ساختار ترموهالین و زمان اقامت در خلیج گرگان، مدل عددی هیدرودینامیکی سه‌بعدی و مدل عدد انتقال محلول مورداستفاده قرار گرفت. علاوه بر این، در سناریوهای مختلف، پارامتر تأثیرگذار بر روی هیدرودینامیک خلیج تعیین شد و همچنین زمان اقامت برآورد گردید.

2.1 مدل عددی
این مطالعه با استفاده از مدل MIKE 3 Flow FM انجام شد. این مدل توسط موسسه هیدرولیک دانمارکی (DHI) برای مدل‌سازی سه‌بعدی آب طراحی‌شده است. مدل MIKE 3 Flow Model FM به‌طورکلی و علمی در جهان مورد تائید قرارگرفته است. FM به شبکه‌ی انعطاف‌پذیر اشاره می‌کند که بر اساس آن تکنیک‌های عددی در سیستم مدل‌سازی (DHI 2012) استفاده‌شده است.

ماژول انتقال مدل FM MIKE 3، یکی دیگر از ماژول‌ها که در این مطالعه مورداستفاده قرارگرفته است، به‌صورت دینامیک با ماژول هیدرودینامیکی ارتباط دارد و توزیع و سرنوشت مواد حل‌شده یا معلق در محیط آب تحت تأثیر انتقال مایع و پراکندگی‌های مرتبط را نشان می‌دهد. امروزه، مطالعات زیادی انجام‌شده است که از این مدول ها استفاده کرده‌اند. ماژول انتقال می‌تواند انتقال یک مقدار اسکالر را محاسبه کند.

2.2 تنظیم شبیه‌سازی‌ها
در این مطالعه، ژنراتور مش MIKE برای تولید مش محاسباتی استفاده شد. تولید مش شامل مراحل زیر است: (1) انتخاب منطقه‌ای که باید از طریق مرزها مدل‌سازی شود؛ (2) تعریف نوع مرزهای مدل و تمایز مرزهای باز، که از طریق آن جریان آب، از مرزهای بسته، که آب نمی‌تواند عبور کند، عبور می‌کند؛ (3) تولید سلول‌های سه‌گوش مستقل در منطقه موردمطالعه؛ (4) داخل کردن عمق سنجی به سلول‌های مثلثی؛ و (5) پالایش کردن سلول‌ها به‌وسیله مقیاس دهی سلول‌ها با توجه به عمق آب در هر نقطه مرکز. داده‌های بیتومتری خلیج گرگان که عمق آب را در هر موقعیت جغرافیایی نشان می‌دهد، توسط مرکز ملی نقشه‌برداری ایران در سال 2006 اندازه‌گیری شد (اطلاعات موجود در www.ncc.org. ir). اندازه سلول‌ها در طول خلیج متفاوت بود؛ در کم‌عمق‌ترین قسمت خلیج، وضوح فضایی به‌صورت ریز هست. وضوح از 300 متر در خط ساحلی تا 500 متر در عمیق‌ترین قسمت خلیج هست. به‌طورکلی، می‌توان گفت که میانگین سطح سلول‌ها حدود 47،700 مترمربع است (شکل 2). علاوه بر این، مدل دارای پنج لایه سیگما عمودی هست.
داده‌های هواشناسی که به مدل عددی اعمال می‌شوند، در یک ایستگاه هواشناسی سینوپتیک متعلق به سازمان هواشناسی ایران در فاصله زمانی 3 ساعته (اطلاعات موجود در www.irimo.ir) اندازه‌گیری شد. سری زمانی تخلیه ماهانه رودخانه به خلیج که از ایستگاه‌های هیدرومتری شرکت مدیریت منابع آب ایران به دست آمد، به‌عنوان منابع نقطه‌ای در مدل (اطلاعات موجود در www.wrm.ir) موردتوجه قرار گرفت.

مدل مورداستفاده در این مطالعه دارای دو نوع مرز بود: مرزهای باز، که شامل ورودی اولیه خلیج گرگان و کانال خزینی و مرزهای بسته شامل خط ساحلی و سطح جامد است. سطح آب به‌عنوان شرایط مرزی باز در مدل هیدرودینامیکی مشخص‌شده است. داده‌های آب در مرزهای باز توسط مرکز تحقیقات ملی دریای خزر، که شعبه‌ای از موسسه تحقیقات آب ایران است، در ایستگاه سطح آب با یک‌زمان با فاصله زمانی 4 ساعت (اطلاعات موجود در www.wri.ac.ir) ثبت شد. علاوه بر این، سطح آب از خلیج 27 متر پایین سطح اقیانوس‌های جهان در آغاز شبیه‌سازی تعریف‌شده است.
این مطالعه شامل پنج مرحله بود: (1) کالیبراسیون، (2) اعتبارسنجی، (3) مدل‌سازی جریان ناشی از باد، (4) مدل‌سازی جریان کلی و ساختار ترموهالین، و (5) محاسبه زمان اقامت. در مراحل 1 و 3، تنها اثرات تنش باد، اصطکاک پایین و تغییرات سطح آب در مرزهای باز به مدل اعمال‌شده است. در مراحل دیگر، مدل‌سازی خلیج گرگان با در نظر گرفتن تغییرات سطح آب، جریان‌های حرارت و شوری در مرزهای باز، تأثیر ورود رودخانه‌ها، رسوب خالص، استرس باد، اصطکاک پایین و تبادل حرارت با جو انجام شد. دومی بر اساس شار حرارتی پایه، شار حرارتی حساس، تابش خورشیدی کل و تابش طول‌موج کل محاسبه‌شده است. بنابراین، جریان‌های حرارتی و نمکی از طریق مرزهای باز نیز به مدل اعمال شد، و سری زمانی تغییرات ماهانه دما و شوری آب به‌عنوان شرایط دیگر مرزی علاوه بر تغییرات سطح آب در نظر گرفته شد.
در آب‌های جزر و مد دار که در آن خطوط مستقیم یا بازگشتی جریان مستقیم هستند، مشخص است که برخی از ردیاب‌ها، که در یک آب آزاد می‌شوند، می‌توانند محیط اطراف را در طول دوره فرورفتگی ترک کنند و در طی دوره سیلاب بعدی دوباره به موقعیت اولیه خود برسند. در این مطالعه، ازآنجاکه در ناحیه مطالعه تقریباً هیچ جزر و مدی وجود ندارد (بنی و همکاران 2013)، فرض بر این بود که هیچ تریسی از مرز باز، ورودی اصلی، هرگز نمی‌تواند بعداً دوباره به خلیج بازگردد و بنابراین، غلظت تریسی صفر به‌عنوان شرایط مرزی در مدل انتقال، در مرحله پنجم در نظر گرفته شد.

2.3 مشاهده منظم جریان‌های سطح
به‌منظور ارائه داده‌ها برای کالیبراسیون مدل‌های عددی، مشاهدات جریان‌های سطح در خلیج گرگان به‌واسطه‌ی سطوح شناور تعیین شد. شناوران دارای شکل استوانه‌ای با ارتفاع 1 متر و قطر 15 سانتی‌متر بودند. مسیرهای مربوط به شناور توسط یک سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) با فاصله زمانی 1 دقیقه ثبت شد.
شناور در شش موقعیت متفاوت در سمت خلیج قرار داده شد، همان‌طور که در شکل 3 نشان داده‌شده است. هر شناور تنها یک‌بار در یک منطقه مستقرشده است. اطلاعات بیشتر در جدول 1 نشان داده‌شده است تا نشان دهد که چقدر طول می‌کشد هر یک از شناورها عمل کنند و طول و سرعت متوسط جابجایی آن‌ها تعیین شود.

3. نتایج و بحث
3.1 تجزیه‌وتحلیل حساسیت و کالیبراسیون
برای ارزیابی داده‌های معتبر، مدل عددی باید کالیبره شود. کالیبراسیون به معنی تنظیم پارامترهای مدل‌سازی برای ایجاد تناسب بین خروجی‌های مدل و داده‌های مربوط به‌ اندازه‌گیری هست. در این مطالعه، مدل عددی بر روی مشاهدات میدانی جریان‌های سطح و مجموعه‌ای از اندازه‌گیری دما و شوری کالیبره شده است.
قبل از کالیبراسیون، حساسیت مدل به تغییرات پارامترهای مدل موردبررسی قرار گرفتند. تجزیه‌وتحلیل حساسیت نشان داد که میدان فعلی مدل شده حساس به‌اندازه سلول شبکه و زبری بستر هست. دمای مدل و شوری نیز به‌اندازه سلول شبکه و شدت نور حساس بودند.
به‌منظور ایجاد خروجی‌های مدل مستقل از اندازه سلول شبکه، نتایج به‌دست‌آمده از وضوح مش‌های مختلف شبکه مورد مقایسه قرار گرفت، اندازه سلول تا زمانی که نتایج ثابت به دست آمد، تصفیه شد و مش نهایی با وضوح مطلوب تعیین‌شده است. همه شبیه‌سازی‌های بعدی با مش نهایی حاوی 12،882 سلول افقی تعیین شد (شکل 2).