علم المحيطات الفيزيائي
يتناول علم المحيطات الفيزيائي المحيط كسائل دوار ومُطبّق، واصفًا كيف تحدد الحرارة والملوحة والزخم بنيته الكثافية وتدفع التيارات والأمواج والخلط على نطاقات تتراوح من السنتيمترات إلى أحواض كاملة.
Definition
علم المحيطات الفيزيائي هو دراسة الحالة الفيزيائية وحركة المحيط — حقول درجة حرارته وملوحته وكثافته، والتيارات والأمواج والمد والجزر والاضطرابات التي تنشأ عن القوى المؤثرة من الرياح والتدفئة والتبريد ودوران الأرض.
Scope
يغطي هذا المجال الخصائص الديناميكية الحرارية لمياه البحر ومعادلة الحالة، والبنية الحرارية الملحية الرأسية لعمود الماء، والدوران المدفوع بالرياح والمدفوع بالكثافة (الجيوستروفي)، وديناميكيات التدفق الدوراني التي يهيمن عليها تأثير كوريوليس، وأمواج الجاذبية السطحية والداخلية، والاضطراب والخلط على النطاق الصغير التي تُغلق ميزانيات الحرارة والملح والطاقة.
Sub-topics
Core questions
- كيف تتحد درجة الحرارة والملوحة لتحديد كثافة مياه البحر والطبقات المستقرة لعمود الماء؟
- لماذا تتدفق تيارات المحيطات واسعة النطاق تقريبًا بمحاذاة خطوط الضغط الثابت، بدلاً من عبورها؟
- كيف تنظم رياح السطح ودوران الأرض الدوامات واسعة النطاق والتيارات الحدودية؟
- كيف تنتقل الطاقة من التيارات والأمواج واسعة النطاق إلى النطاقات الصغيرة حيث تتبدد عن طريق الخلط؟
Key theories
- التوازن الجيوستروفي
- بعيدًا عن الحدود وعلى نطاقات واسعة، تتوازن قوة تدرج الضغط الأفقي مع قوة كوريوليس، لذا تتدفق التيارات بمحاذاة خطوط تساوي الضغط ويمكن استنتاجها من ميل حقول الكثافة وارتفاع سطح البحر.
- نقل وضخ إيكمان
- يؤدي الاحتكاك الناتج عن إجهاد الرياح، الذي يعمل عبر الطبقة الحدودية الدوارة، إلى نقل كتلة صافٍ بزاوية قائمة على الرياح، حيث يؤدي تقاربها وتباعدها إلى ضخ المياه عموديًا ويفرض الدوران الداخلي.
- معادلة حالة مياه البحر
- يحكم الاعتماد غير الخطي للكثافة على درجة الحرارة والملوحة والضغط الطفو والطبقات والظواهر مثل التكبل (cabbeling) والحرارة البارية (thermobaricity)، وهو مُدوّن في المعيار الديناميكي الحراري الدولي لمياه البحر.
Clinical relevance
يرتكز علم المحيطات الفيزيائي على التنبؤ بالطقس والمناخ من خلال اقتران المحيط بالغلاف الجوي، والملاحة البحرية والتنبؤات التشغيلية، وانتشار الملوثات واليرقات، وتصميم الهندسة البحرية والساحلية، مما يجعل فيزياء حركة مياه البحر ذات أهمية واسعة للمجتمع.
History
نما علم المحيطات الفيزيائي الكمي من بعثة تشالنجر (1872-1876) والعمل الديناميكي لبييركنس وإيكمان وسفيردروب في أوائل القرن العشرين. وقد حولت نظريات منتصف القرن للدوران المدفوع بالرياح التي قدمها سفيردروب وستوميل ومونك، تلتها قياسات الارتفاع الساتلية ومصفوفات العوامات العالمية مثل Argo، هذا المجال إلى علم كمي غني بالملاحظات.
Key figures
- Vagn Walfrid Ekman
- Harald Sverdrup
- Henry Stommel
- Walter Munk
Related topics
Seminal works
- talley2011
- vallis2017
Frequently asked questions
- لماذا تعتبر الملوحة مهمة بقدر درجة الحرارة في المحيط؟
- تتحكم كل من درجة الحرارة والملوحة في كثافة مياه البحر، وفي المياه القطبية الباردة غالبًا ما تهيمن الملوحة؛ وهما معًا يحددان أين تغوص المياه، وكيف يتكون عمود الماء من طبقات، وما هي الكتل المائية التي تتشكل.
- ما الذي يجعل تيارات المحيط تنحرف بدلاً من التدفق مباشرة إلى الأسفل؟
- يُدخل دوران الأرض تأثير كوريوليس، الذي يحرف المياه المتحركة، وفي توازن مع تدرجات الضغط، يجعل التيارات واسعة النطاق تتدفق بشكل شبه موازٍ لخطوط الضغط الثابت بدلاً من عبورها.