Μαθηματική προσομοίωση φαινομένων ανάβλυσης στο Αιγαίο Πέλαγος
Creators: name: Αρβανιτίδου, Σταματία Καλισθένη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2007
Subjects: Αιγαίο Πέλαγος
Ανάβλυση
Κυκλοφορία
Στρωματωμένη ροή
Ορθογωνική λεκάνη
Μαθηματική προσομοίωση
Aegean Sea
Upwelling
Circulation
Two-layered flow
Rectangular basin
Mathematical simulation

description: Θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της κυκλοφορίας στο Αιγαίο Πέλαγος κατά τη θερινή περίοδο λόγω ανέμου και θερμοαλατικής στρωμάτωσης.Η καλοκαιρινή κυκλοφορία των επιφανειακών νερών του Αιγαίου εξαρτάται από τους Ετησίους άνεμους (μελτέμια) που προκαλούν έντονες αναβλύσεις θαλάσσιων μαζών κατά μήκος των ανατολικών ακτών του Αιγαίου. Το φαινόμενο της ανάδυσης θαλάσσιων μαζών είναι γνωστό ως ανάβλυση.Ο άνεμος που ενεργεί πάνω σε μια στρωματωμένη θαλάσσια λεκάνη με προκαθορισμένες διαφορές πυκνότητας στο βάθος της υδάτινης στήλης και προκαθορισμένα αρχικά πάχη υδάτινων στρώσεων και οι δυνάμεις Coriolis συνιστούν τους βασικούς εξωτερικούς παράγοντες για τη γένεση της υδροδυναμικής κυκλοφορίας στην περιοχή του Αιγαίου.Τα ειδικά χαρακτηριστικά της υδροδυναμικής κυκλοφορίας στο Αιγαίο Πέλαγος σε συνδυασμό με την εμφάνιση του φαινομένου της ανάβλυσης τοπικά κατά τη θερινή περίοδο διερευνώνται μέσω μαθηματικής προσομοίωσης. Η μαθηματική προσομοίωση έγινε με τη χρήση ενός μοντέλου στρωματωμένης ροής δύο στοιβάδων, της επιφανειακής θερμαινόμενης και της υποκείμενης υδάτινης στήλης και περιγράφει τα μέσα μεγέθη της κυκλοφορίας για κάθε στρώση χωριστά. Η επίλυση του μοντέλου έγινε αριθμητικά με τη βοήθεια ρητών σχημάτων πεπερασμένων διαφορών. Το ενδιαφέρον της προσομοίωσης εστιάζεται στην ανίχνευση παράκτιων περιοχών όπου παρατηρούνται συχνά επεισόδια ανάβλυσης κατά την περίοδο του καλοκαιριού. Οι περιοχές αυτές χαρακτηρίζονται από εμπλουτισμό των επιφανειακών νερών σε θρεπτικά και κατά συνέπεια από αυξημένη ιχθυοπαραγωγή.Αρχικά έγιναν εφαρμογές του μοντέλου σε ημίκλειστη και κλειστή ορθογωνική λεκάνη για διάφορα σενάρια διεύθυνσης και έντασης του ανέμου, ώστε να γίνει έλεγχος της συμπεριφοράς του μοντέλου σε οποιαδήποτε γεωμετρία του πεδίου και στη συνέχεια έγινε εφαρμογή στο Αιγαίο Πέλαγος υπό την επίδραση των Ετήσιων ανέμων.Η ρύθμιση και αξιοπιστία του μοντέλου τεκμηριώνονται συγκρίνοντας τα εξαγόμενα αποτελέσματα με στοιχεία και παρατηρήσεις έγκυρων επιστημονικών πηγών. Ο στόχος της εργασίας αναδεικνύει της σημαντική συνεισφορά της μαθηματικής προσομοίωσης στην καλύτερη μελέτη της υδροδυναμικής που διέπει την κυκλοφορία των νερών του Αιγαίου, όπως επίσης και στην ανίχνευση φαινομένων ανάβλυσης.Στα πρώτα κεφάλαια, που αποτελούν και το θεωρητικό μέρος της εργασίας, παρουσιάζονται κάποια βασικά θεωρητικά στοιχεία για την κατανόηση της παράκτιας κυκλοφορίας με έμφαση στη θεωρία Ekman καθώς και τις φυσικές διαδικασίες των συστημάτων παράκτιας ανάβλυσης. Στη συνέχεια ακολουθεί το πειραματικό μέρος όπου γίνεται η περιγραφή του μοντέλου και οι εφαρμογές των διάφορων σεναρίων κυκλοφορίας καθώς και η ερμηνεία των αποτελεσμάτων και η σύγκριση με άλλες επιστημονικές πηγές.
description: This paper deals with the study of water circulation in the Aegean Sea during the summer period and the effects from the winds and the thermo-saline layer.Summer circulation of surface waters in the Aegean depends on the Etesian winds (northeastern winds) that cause intense upwelling of sea masses along the Aegean’s east coast. The upflow of water masses is called upwelling.The main external factors of hydrodynamic circulation in the Aegean region are the Coriolis forces and the wind acting on a layered sea basin with predefined density differences in the water column and predefined initial water layers.The special characteristics of hydrodynamic circulation in the Aegean Sea combined with the appearance of upwelling phenomena locally during the summer period are investigated through a mathematical simulation. For the simulation, a model of two- layered flow, the warm surface layer and the undergoing layer of the water column, describing the average circulation for each layer. The model was solved arithmetically using rational figures of finite differences.The interesting part of this simulation is that it focuses in the detection of coastal areas where upwelling incidents are often observed during the summer period. These areas are characterized by the enrichment of surface waters with nutrients and, consequently, increasing fish population reproduction.In the beginning, the model was applied in a closed and a half-closed rectangular basin, for different scenarios of wind intensity and direction, in order to investigate the model’s behavior for any field geometry. Then, the model was applied in the Aegean Sea and the influence of the Etesian winds.The model’s calibration and credibility are proved by the comparison of the results with data and observations from valid scientific sources. The aim of this paper shows the important contribution of the mathematical simulation in the better study of the hydrodynamics affecting water circulation in the Aegean, as well as in the detection of upwelling phenomena.In the first chapters, that constitute the theoretical part of this paper, some basic theoretical elements are presented, in order to understand coastal circulation, emphasizing in the Ekman theory and in the natural processes of coastal upwelling systems. Then, the experimental part follows in which the model is described, the application of the different circulation scenarios, the interpretation of the results and the comparison with other scientific sources.