Earth

Pływy w estuarium

Patrz, jak wieczorny przypływ wbiega w lejkowate estuarium obok latarni morskiej: kanał zwęża się ku rzece, więc fala rośnie w biegu, a pływ u szczytu jest dużo większy niż u ujścia, przypływ krótszy niż odpływ, a słona woda wpycha się dziesiątki kilometrów w głąb lądu wbrew rzece. Zwiększ przepływ rzeki, a sól cofa się ku morzu; zaostrz lejek albo go wyprostuj; zamknij szczyt, a kanał rezonuje jako ćwierćfala, pływ u szczytu to a / cos(kL) morskiego. Spokojna zamknięta woda zostaje dokładnie spokojna, słone estuarium bez rzeki zostaje dokładnie słone, a woda i sól bilansują się z tym, co przeszło przez ujście i szczyt.

Autor: Mykhailo Makarov

Obraz z aplikacji

Co się dzieje

Kanał 60 km głęboki na 8 m, którego szerokość zwęża się od 3 km jak exp(−x/25 km), w 120 komórkach na siatce przesuniętej: powierzchnia w środkach komórek, prędkość na ścianach. Kroki w przód-wstecz po 20 s aktualizują powierzchnię z wydatków na ścianach, potem prędkość z nowego spadku powierzchni, z adwekcją upwind i niejawnym tarciem Manninga. Pływ M2 morza 1,5 m wchodzi u ujścia przez dwa okresy; rzeka wnosi 100 m³/s u szczytu. Sól niosą te same wydatki schematem upwind z dyspersją pływową 150 m²/s, więc słone estuarium bez rzeki zostaje słone, a spokojna zamknięta woda spokojna. Zamknięty kanał pryzmatyczny sprawdza ćwierćfalę a/cos(kL).

Co wypróbować

Patrz, jak pływ rośnie w górę lejka, a przypływ trwa krócej niż odpływ; zwiększ rzekę i wypchnij sól; wyprostuj lub zaostrz lejek; zamknij szczyt i porównaj z ćwierćfalą.

Model i jego ograniczenia

Jednowymiarowy, dobrze wymieszany kanał o jednolitej głębokości, bez osuszania równi pływowych, zasolenie bez efektów gęstości, jedna składowa pływowa. Pływy należą do tego wyidealizowanego estuarium.

Równania modułu

Równania
b·∂η/∂t + ∂(b·H·u)/∂x = 0,  b = b0·e^(−x/L_b)
∂u/∂t + u·∂u/∂x = −g·∂η/∂x − g·n²·|u|·u/H^(4/3)
∂(b·H·S)/∂t + ∂(b·H·u·S − b·H·K·∂S/∂x)/∂x = 0
closed prismatic channel: a_head = a/cos(kL),  k = ω/√(g·h)

Inne eksperymenty

Wróć do katalogu

Earth

Wiry oceaniczne

Spójrz z góry na basen oceaniczny rozłożony jak stół plastyczny w słońcu i pozwól wiatrom go napędzać: pasaty na południu i wiatry zachodnie na północy skręcają morze w wir, a ponieważ parametr Coriolisa rośnie ku północy, przepływ powrotny nie rozlewa się po oceanie, lecz ściska się w wąski, szybki prąd wzdłuż zachodniego brzegu, jak Golfsztrom, podczas gdy całe wnętrze powoli pełznie na południe z transportem Sverdrupa. Boje i statki płyną z prądem, a powierzchnia morza stoi najwyżej w środku wiru. Wyłącz efekt β, a wir stanie się symetryczny; wzmocnij tarcie albo przenieś basen na wyższą szerokość, a prąd zachodni poszerzy się jak r/β albo jak (A/β)^(1/3) z lepkością Munka; dodaj wir subpolarny; zatrzymaj wiatr i patrz, jak wir zanika. Dokładne rozwiązanie Stommela stoi obok liczb, a praca wiatru równoważy tarcie z dokładnością do zaokrągleń.

Earth

Cyrkulacja termohalinowa

Patrz, jak Atlantyk się przewraca, przecięty od tropików po Arktykę: ciepła słona woda płynie górą na północ, oddaje ciepło polarnemu powietrzu, gęstnieje i tonie w morzach nordyckich, a potem wraca na południe przy dnie — dwie skrzynki Stommela połączone przepływem q = K(αΔT − βΔS). Chłód czyni wodę polarną gęstszą, słodka woda — lżejszą: stop lądolód grenlandzki, a cyrkulacja wymienna słabnie wzdłuż krzywej równowagi ze wzoru zamkniętego, aż za krytycznym strumieniem słodkiej wody 0,66 Sv nie zostaje żaden stan termiczny i cyrkulacja w ciągu stuleci załamuje się, odwraca i przenosi na północ tylko ułamek ciepła. Usuń wodę z topnienia, a ona nie wróci — odbudowuje się dopiero, gdy na północy zaczyna przeważać parowanie. Przemiataj strumień powoli w górę i w dół i wykreśl pętlę histerezy na tablicy; sól i ciepło są bilansowane z dokładnością do zaokrągleń.

Earth

Upwelling przybrzeżny

Pozwól wiatrowi wiejącemu ku równikowi dąć wzdłuż skalistego wybrzeża wschodniej granicy oceanu w niskim wieczornym słońcu i patrz, jak morze się ochładza: obrót Ziemi odchyla pędzoną wiatrem wodę powierzchniową na prawo od wiatru, od brzegu, z transportem Ekmana τ/(ρf), a zimna woda głębinowa wznosi się, by ją zastąpić. W przekroju oceanu granica między ciepłą warstwą a wodą głębinową nachyla się ku górze przy brzegu na szerokości promienia Rossby’ego sqrt(g’H)/f, wznosząc się równomiernie według zamkniętego wzoru Gilla τt/(ρfR) e^(−x/R), a wzdłuż brzegu płynie geostroficzny prąd strumieniowy. Powierzchnia ochładza się tam, gdzie warstwa mieszania sięga zimnej wody, zbiera się nad nią mgła, przypływają łodzie i ptaki morskie, a plankton zakwita kilka dni później. Odwróć wiatr, obróć wybrzeże lub przenieś je na drugą półkulę, a woda zamiast tego opada; objętość wyniesiona od brzegu bilansuje się do zaokrąglenia.