Μοντελοποίηση της θαλάσσιας κυκλοφορίας του κόλπου Γέρας στη Λέσβο

Abstract

Η παρούσα εργασία μελετά τη θαλάσσια κυκλοφορία στον κόλπο Γέρας στη Λέσβο για ένα έτος με τη χρήση του αριθμητικού μοντέλου προσομοίωσης ΡΟΜ. Εισαγωγικά αναφέρονται οι φυσικές ιδιότητες του θαλασσινού νερού: θερμοκρασία, αλατότητα, πυκνότητα, ανταλλαγές ενέργειας και οι δυνάμεις που ασκούνται σ’αυτό: βαθμίδα υδροστατικής πίεσης, Coriolis, βαρύτητα, τριβή. Η κίνηση του νερού περιγράφεται από την εξίσωση της συνέχειας, την εξίσωση διατήρησης του άλατος και τις εξισώσεις κίνησης Navier-Stokes, το σύστημα των οποίων καθίσταται επιλύσιμο με τη βοήθεια του αριθμού Reynolds. Το σύστημα για μια περιοχή μελέτης επιλύεται με τη βοήθεια αριθμητικών μοντέλων προσομοίωσης τα οποία απαιτούν τη διακριτοποίηση της περιοχής και τη μετατροπή των εξισώσεων σε μορφή πεπερασμένων διαφορών. Το βηματικό πλέγμα που χρησιμοποιείται συνήθως είναι το Arakawa C, ενώ οι διαφορές ανάλογα με το υδροδυναμικό μοντέλο παρατηρούνται στην κατακόρυφη διακριτοποίηση του χώρου για την οποία χρησιμοποιούνται τρεις διαφορετικοί τύποι συντεταγμένης : η συντεταγμένη z, η σ- συντεταγμένη και η ισόπυκνη. Για την επίλυση των εξισώσεων σε μορφή πεπερασμένων διαφορών χρησιμοποιούνται δύο τεχνικές : η implicit και η explicit. Το αριθμητικό μοντέλο POM που χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία είναι μοντέλο σ- συντεταγμένης και χρησιμοποιεί και τις δύο τεχνικές προσέγγισης των πεπερασμένων διαφορών. Για τον κόλπο της Γέρας χρησιμοποιείται πλέγμα 100x100m και 11 σ- επίπεδα. Τα στοιχεία που εισήχθησαν στο μοντέλο προήλθαν από σταθμούς δειγματοληψιών στον κόλπο, στο δίαυλο επικοινωνίας με το Αιγαίο πέλαγος και στην ανοιχτή θάλασσα. Οι τιμές του αριθμητικού μοντέλου που προέκυψαν συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες πειραματικές με ποσοτικές και ποιοτικές μεθόδους αποδεικνύοντας την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Οι πίνακες της ποιοτικής αξιολόγησης χρησιμοποιήθηκαν για την παρατήρηση της ετήσιας διακύμανσης των τιμών θερμοκρασίας και αλατότητας. Οι τιμές τους κατά τους καλοκαιρινούς μήνες καταγράφηκαν υψηλότερες μέσα στον κόλπο από αυτές της ανοιχτής θάλασσας και αντίστροφα το χειμώνα, που παρατηρείται εισροή υδάτινων όγκων από τη χέρσο. Η κυκλοφορία του νερού στον κόλπο οδηγείται κυρίως από την παλίρροια και κατά την ετήσια μελέτη της κίνησης παρατηρείται μια περίοδος στρωμάτωσης και μία ανάμιξης.