เอกสารประกอบการสอน · 2014. 9. 9. · วัฏจักรของน้ํา (Hydrological cycle) น้ําบนผิวโลกไม

เอกสารประกอบการสอน

รายวชา สมทรศาสตรฟสกส

นคม ออนส

คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลยการประมง มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลศรวชย

2557

admin2

Text Box

ลำดบท 14

เอกสารประกอบการสอนรายวชา สมทรสาสตรฟสกส

บทนา

สมทรศาสตรฟสกสศกษาคณสมบตทางกายภาพของนาทะเล ปรากฏการณนาขนนาลง การไหลเวยนของนา การแพรกระจายของสารละลายหรอสารแขวนลอยในนา การถายเทพลงงานและมวลสารระหวางบรรยากาศกบนาทะเล เปนตน ความรเหลานเปนสงสาคญมากตอการทาความเขาใจปรากฏการณตางๆ ทเกดขนในทะเลและมหาสมทร ตลอดจนปฏกรยาระหวางมหาสมทรกบบรรยากาศ ในการศกษาทางสมทรศาสตรฟสกสนนสามารถทาได 2 แนวทาง คอ

1. Descriptive (synoptic) approach คอการเกบขอมลทตองการศกษาในทะเลโดยใชเครองมอวดในพนทจรงหรอตรวจวดระยะไกลดวยดาวเทยม แลววเคราะหและแปรผลขอมลออกมาเปนคณลกษณะเฉพาะของทะเลอนเปนสวนหนงขององคความรเกยวกบมหาสมทร

2. Dynamical (theoretical) approach คอ การใชกฎทางฟสกสเกยวกบการไหลของนามาประยกตใชกบมหาสมทร โดยใชแบบจาลองทางคณตศาสตรศกษาการไหลเวยนของนาจากแรงขบเคลอนตางๆ เปรยบเทยบผลการศกษากบผลการตรวจวดจรง

การศกษาแตละแนวจะมขอดขอดอยตางกน กลาวคอ descriptive approach แบบตรวจวดจรงในพนทจะไดขอมลเฉพาะจดเฉพาะบางชวงเวลาแลวตองนามาสรปเปนลกษณะเฉพาะของมหาสมทรทงหมด บางครงขอมลมไมพอทจะสรปผลไดหรอสรปผลผดพลาดไป การตรวจวดระยะไกลดวยดาวเทยมเปนการแปรคารงสสะทอนหรอกระเจงใหเปนคณสมบตทางฟสกสของทะเล ซงอาจจะผดพลาดไดถาหากวาสมการความสมพนธระหวางคารงสกบคณสมบตทางฟสกสของทะเลไมถกตอง สวน dynamical approach ไดผลลพธในบรเวณกวาง แตผลลพธอาจจะไมตรงกบความเปนจรง และบางครงปรากฏการณในมหาสมทรซบซอนเกนกวาจะจาลองดวยกฎฟสกสอยางงายๆได ในทางปฏบตจงตองมการศกษาทง 2 แนวทางควบคกนไป

สมทรศาสตรฟสกสแบงออกเปน 6 บทหลกๆ เรมจากคณสมบตทางกายภาพของนาและนาทะเล ความสมพนธของบรรยากาศกบมหาสมทรในแงของการถายเทพลงงานระหวางกนในรปของการแผรงสความรอน ลกษณะการไหลเวยนของมวลนาและผลของการหมนของแกนโลกตอการไหลของนาในทะเล คลนผวนา ปรากฏการณนาขนนาลง การศกษาเทาทสามารถรวบรวมได เนอหาของแตละบทจะสมบรณในตวของมนเอง ผเขยนหวงวาเอกสารประกอบการสอนนคงอานวยความสะดวกตอการเรยนการสอนในรายวชาสมทรศาสตรฟสกสตามสมควร

เอกสารประกอบการสอนรายวชา สมทรศาสตรฟสกส

สารบญ

บทท 1 คณสมบตทางฟสกสของนาและนาทะเล .......................................................................... 1 1.1 วฏจกรของนา (Hydrological cycle) ......................................................................... 1 1.2 โมเลกลนา ..................................................................................................................... 3 1.3 คณสมบตในการถกบบอด (Compressibility) และภายใตความดน (Pressure) ........ 6 1.4 ความหนด (Viscosity) ................................................................................................. 7 1.5 ความเคมของนาทะเล ................................................................................................... 7 1.6 อณหภมนาของทะเล .................................................................................................... 10 1.7 ความหนาแนนของนาทะเล ........................................................................................... 29 1.8 แสงและเสยงในนาทะเล ................................................................................................ 42 1.9 สของนาทะเล ............................................................................................................... 61

คาถามทายบท ................................................................................................................ 63 เอกสารอางอง ................................................................................................................ 64

บทท 2 พลงงานในบรรยากาศกบมหาสมทร ................................................................................ 65 2.1 รงสจากดวงอาทตย (Solar Radiation) ........................................................................ 65 2.2 การเคลอนตวของรงสผานชนบรรยากาศ ....................................................................... 66 2.3 รงสทพนผวโลก .............................................................................................................. 68 2.4 ความสมดลของพลงงานและการแผรงสกลบของผวโลก................................................ 70 2.5 ปรมาณความรอน (Heat Budget) ของชนบรรยากาศ ................................................. 71 2.6 Greenhouse Effect ................................................................................................... 72 2.7 Heat Budget ของมหาสมทร ....................................................................................... 74 2.8 การถายเทความรอนขามเสนละตดจด ........................................................................... 76

คาถามทายบท ................................................................................................................ 79 เอกสารอางอง.................................................................................................................. 80


บทท 3 การไหลเวยนของนาในมหาสมทร .................................................................................... 81 3.1 การไหลเวยนของนาในมหาสมทร .................................................................................. 81 3.2 สมการควบคมการไหลเวยนการไหลของนา .................................................................. 85 3.3 ขนาดของการไหลเวยน .................................................................................................. 110 3.4 การตรวจวดกระแสนาและการวเคราะหขอมลเบองตน ................................................. 115


บทท 4 คลน (Wave)..................................................................................................................... 121 4.1 นยามเกยวกบองคประกอบของคลน ............................................................................. 123 4.2 การเคลอนตวของอนภาคนา และผลกระทบจากนาตน ................................................. 129 4.3 การสงผานพลงงานคลน ................................................................................................. 130 4.4 คลนแตกตว (Breaker) .................................................................................................. 132 4.5 การหกเหของคลน (Wave refraction) ......................................................................... 133 4.6 Trapped Wave ............................................................................................................ 137 4.7 คลนทมความยาวคลนยาว ............................................................................................. 139 4.8 Internal Wave ............................................................................................................. 140 4.9 การตรวจคลนและวเคราะหขอมลเบองตน ................................................................... 141


บทท 5 นาขนนาลง ....................................................................................................................... 145 5.1 แรงททาใหเกดปรากฏการณนาขนนาลง........................................................................ 145 5.2 ทฤษฎความสมดลและพลศาสตรของนาขนนาลง .......................................................... 147 5.3 กระแสนาเนองจากนาขนนาลง ...................................................................................... 151 5.4 การจาแนกชนดของนาขนนาลง ..................................................................................... 152

คาถามทายบท ................................................................................................................ 155


เอกสารอางอง ................................................................................................................ 157

บทท 6 เอสทร (Estuaries) ........................................................................................................... 158 6.1 การแบงเอสทรตามธรณสณฐาน (geomorphology) ................................................... 160 6.2 อทกวทยาของเอสทร ..................................................................................................... 162 6.3 การไหลเวยนของนาในเอสทร ........................................................................................ 164 6.4 การผสมผสานของนาในเอสทร ..................................................................................... 165 6.5 พลศาสตรของตะกอน (sediment dynamics) ในเอสทร ............................................ 171 6.6 Estuarine pollution ................................................................................................... 172 6.7 Nutrients and eutrophication ................................................................................. 173



แผนบรหารการสอนประจาบทท 1

.

1. วตถประสงค เชงพฤตกรรม

1) ผเรยนสามารถอธบายวฏจกรของนา (Hydrological cycle).

2) ผเรยนสามารถอธบายโมเลกลนา

3) .ผเรยนสามารถอธบายคณสมบตในการถกบบอด (Compressibility) และภายใตความดน (Pressure)

4) ผเรยนสามารถอธบายความหนด (Viscosity)

5) ผเรยนสามารถอธบายความเคมของนาทะเล

6) ผเรยนสามารถอธบายอณหภมนาทะเล

7) ผเรยนสามารถอธบายความหนาแนน

8) ผเรยนสามารถอธบายแสงและเสยงในนาทะเล

9) ผเรยนสามารถอธบายสของนาทะเล

2. วธการสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจาบท

1) บรรยาย

2) ใหนกศกษามสวนรวมโดยแสดงความคดเหน

3. สอการเรยนการสอน

1) Power Point

2) Internet สาหรบคนควาเอกสารเพมเตมในชวโมง

4. การวดผลและการประเมนผล 1) ตงคาถามขณะบรรยาย

2) สอบขอเขยน


หนา 1

1. คณสมบตทางฟสกสของนาและนาทะเล สาระของบทนเกยวกบองคประกอบ คณสมบต และพฤตกรรมของนาและนาทะเล โดยเรมจากวฏจกรของนาบนเปลอกโลก คณสมบตทางกายภาพตางๆ ของนาและนาทะเล

นาเปนของเหลวทสามารถเปนไดทง 3 สถานภาพบนผวโลก คอเปนของแขง ของเหลว และกาซ นาใสภาพของเหลวอยในมหาสมทรเปนสวนใหญ นาในสภาพของแขงเปนนาแขงหรอหมะในเขตหนาว และนาในสภาพกาซเปนไอนาในชนบรรยากาศ 1.1 วฏจกรของนา (Hydrological cycle) นาบนผวโลกไมไดอยในสภาวะใดสภาวะหนงอยางถาวร แตมการเปลยนสถานภาพและทอยเปนวฏจกรของนา (รปท 1.1) เรมตนเมอนาในมหาสมทรระเหยขนไปเปนไอนา (กาซ) ในบรรยากาศ ไอนาถกลมพดพาไปในทไกลๆ เมอไอนารวมตวกนเปนกอนเมฆแลวควบแนน คายความรอนแฝง เปนละอองนารวมตวกนเปนกอนเมฆ (ซงเปนของเหลวรวมกบของแขง) เมอละอองนารวมกนมขนาดโตขนจะตกลงมาเปนฝน (ของเหลว) หมะหรอลกเหบ (ของแขง) ตกลงบนผวโลกนาทตกบนแผนดนจะไหลกลบสทะเลในรปของนาผวดนหรอนาบาดาล เปนอนครบรอบวฏจกรของนา

รปท 1.1 วฏจกรของนา (ทมา https://sites.google.com/site/mattayom46/science/

krabwnkar-peliynpaelng-khxng-lok/watcakr-na)


หนา 2

เราสามารถแบงมวลนาเปนสถานะ (Stage) และอตราการเปลยนแปลง (Process) (รปท 1.2) ในสภาวะสมดลปรมาณนาทเขาสสถานะหนงๆ จะเทากบปรมาณทไหลออกสถานภาพนน และเวลาพานก (residence time) ทนาใชเวลาอยในสถานะนนสามารถคานวณไดจากปรมาณนาในสถานะนนหารดวยอตราการเตมเขาหรอไหลออกสสถานภาพนน ถาปรมาณนาทงหมดบนโลกเทากบ 1,400 x 1018 kg และตามตวเลขอตราการเปลยนแปลงในรปท 1.2 จะสามารถคานวณเวลาพานกของมหาสมทรเทากบ 4 x 103 ป (1.4 x 1021 x 0.97 / (336 x 1015)) เวลาพานกของนาใตดน นาแขงขวโลก ทะเลสาบ และแมนารวมกน 400 ป เวลาพานกของนาในบรรยากาศ(ไอนาและเมฆ) ประมาณ 15 วน ความจรงมนาใหมจากใตโลกเตมใหกบนาผวโลกจากทางภเขาไฟหรอนาพรอนจงทาใหคานวณปรมาณนาใตดนไดลาบาก

รปท 1.2 สถานะและอตราการเปลยนแปลงของนา (จาก Harvey, J.G. 1975) ตวเลขในกรอบสเหลยม คอ เปอรเซนตของปรมาณนาทงหมดบนผวโลก (1.4 x 1021 กโลกรม) ในแตละสถานะ ตวเลขในวงกลมคออตราการถายเทในแตละป (คณดวย 1015 กโลกรม)


หนา 3

1.2 โมเลกลนา โมเลกลนาประกอบดวยกาซไฮโดรเจน 2 อะตอมและกาซออกซเจน 1 อะตอม อะตอมไฮโดรเจนแตละตวมอเลคตรอน 1 ตว ขณะทอะตอมออกซเจนมอเลคตรอน 6 ตว อเลคตรอนของไฮโดรเจนจบคกบอเลคตรอนของออกซเจน รวมเปนอเลคตรอน 2 ค ยงเหลออเลคตรอนอสระอก 2 ค (รปท 1.3) พนธะระหวางไฮโดรเจนอะตอมจะทามมกนเทากบ 105 องศาแทนทจะเปน 120 องศา ความแตกตางของสมบตทางไฟฟาระหวางออกซเจนกบไฮโดรเจนทาใหทางดานไฮโดรเจนมคาประจไฟฟาเปนบวกเลกนอย สวนดานออกซเจนมคาประจไฟฟาเปนลบเลกนอย เนองจากโครงสรางทมประจไฟฟาแตละดานตางกนดงกลาวทาใหโมเลกลของนามแรงดงดดซงกนและกนเมอโมเลกลนาเรยงตวเอาประจทตางกนมาเขาหากน จงมแนวโนมทจะเรยงตวกนเปนกลมทคอนขางเปนระเบยบจากพนธะระหวางโมเลกลอยางออนๆ ทเรยกวาพนธะไฮโดรเจน (hydrogen bond)

รปท 1.3 โมเลกลนา (ทมาhttp://vichakarn.triamudom.ac.th/comtech/studentproject/sci/ bio1/water/PAGE/wawater.html)

คณสมบตพเศษของนา (ตารางท 1.1) ซงมความสาคญตอสภาวะแวดลอมทางกายภาพและสงมชวต เชน แรงตงผวของนาเปนลาดบ 2 รองจากปรอทเทานน แรงตงผวทาใหนาเกาะกนเปนกอนได สาคญตอภายวภาคของเซล ความจความรอนของนาสงเปนรองแตแอมโมเนยเทานน ความจความรอนสงทาใหนาสามารถสะสมพลงงานความรอนไวไดมาก ชวยใหอณหภมอากาศและรางกายไมเปลยนแปลงรวดเรวเกนไป ความรอนแฝงทสงชวยใหถายเทความรอนไดมากเวลาทนาจะเปลยนสถานภาพเปนของแขง ของเหลว หรอไอนา เปนตน


หนา 4

ตารางท 1.1 แสดงถงสมบตทางกายภาพของนา

สมบตทางกายภาพ เปรยบเทยบกบสารอน ๆ ความสาคญตอสภาวะแวดลอม

ทางกายภาพและชวภาพ ความรอนจาเพาะ (Specific heat) = 4.18 x 103 J Kg –1 o C –1

มคาสงสดของของแขงและของ เหลว ยกเ วนแอมโมเนยเหลว

ช วย ปอง กน ไม ใ หม ก าร เปล ยนแปลงอณหภมอยางรวดเรวเกนไปการเคลอนไหวของนาทาใหเกดการถายเทความรอนในปรมาณสงชวยรกษาอณหภมของมวลนาใหคงทในสงมชวต

ความรอนแฝงของการรวมตว (Latent heat of fusion) = 3.33 x 105 J Kg –1

มคาสงทสดยกเวนแอมโมเนยเหลว

ทา ใ ห อณหภมคงท ระหวาง นา เปล ยนสถานภาพระหวางของแขง-ของเหลว มผลอยางมากตอ thermostatic effect ทจดเยอกแขง

ความรอนแฝงของการระเหย (Latent heat of evaporation) = 2.25 x 106 J Kg –1

มคาสงทสดในสารทงหมด มผลอยางมากตอการแลกเปลยนความรอนและนาระหวางนากบบรรยากาศ

การขยายตวเนองจากความรอน (Thermal expansion)

อณหภมสาหรบคาความหนาแนนส งสดจะมค าลดลงเ มอคาความเคมเ พ ม ข น ส า ห ร บ น าบรสท ธ อยท อณหภมประมาณ 4 o C

นาจดและนากรอยจะมคาความหนาแนนสงสดทอณหภมสงกวาจดเยอกแขง สวนนาทะเล จะมคาความหนาแนนสงสดทจดเยอกแขง มบทบาทสาคญในการควบคมการแพรกระจายของอณหภมและการหมนเวยนของนาในแนวดงในทะเลสาบ

แรงตงผว (Surface tension) = 7.2 x 109 N/m

มคาสงทสดในของเหลวทงหมด

มความสาคญของกายวภาคของเซลล (Cell physiology) ควบคมขบวนการทผวบางประเภท การเกดและพฤตกรรมของหยดนา

ความสามารถในการละลาย (Dissolved power)

โดยทวไป สามารถละลายสารตาง ๆ ไดจานวนและปรมาณมากกวาสารอน ๆ

มผลกระทบอยางมากตอปรากฎการณทางกายภาพและชวภาพ


หนา 5

คาคงทไดอเลคตรก (Dielectric constant) =87 ท 0 oC, 80 ท 20 oC

นาบรสทธ มคาสงทสดในของเหลวทงหมด ยกเวน H2O2 และ HCN

มความสาคญตอพฤตกรรมของสารละลาย อนนทรย

คาการแตกตวของ อเลคโตรไลต (Electrolytic dissociation)

มคานอยมาก เปนสารทเปนกลาง มอออนของไฮโดรเจนกบอออนไฮดรอกซล

ความโปรงใส (Transparency)

มคาคอนขางสง การดดซบพลงงานความรอน (Absorption of radiant energy) มคามากสาหรบรงสอนฟราเรดและรงสอลตราไวโอเลต แตในชวงทตามองเหนไดจะดดซบพลงงานไดนอย ทาใหมองเหนวา “ไมมส”

การนาความรอน (Conduction of heat)

มคาสงทสดในของเหลวทงหมด

มความสาคญในระดบจลภาค เชน ระดบเซลล แตในกรณอนๆ การนาความรอนโดย Eddy conduction มคาสงกวากระบวนการในระดบโมเลกลมาก

ความหนดของโมเลกล (Molecular viscosity) = 10–3 N s m–2 *

มคานอยทสดในของเหลวทงหมด ณ อณหภมเดยวกน

จะเกดการไหลเวยนเพอปรบสภาพสมดลทเกดจากความกดทแตกตางกน

* N = นวตน (Newton) เปน หนวยของแรงใน Kg m s-2

หมายเหต : 1. ความรอนแฝง (Latent heat) เปนปรมาณความรอนทใชในการหลอมเหลวสสาร จานวน 1 หนวยทจดหลอมเหลว หรอ ปรมาณความรอนทใชในการระเหยสสาร จานวนหนงหนวยทจดเดอด

2. ความรอนจาเพาะ (Specific heat) เปนปรมาณความรอนทใชในการทาให อณหภมของสสารจานวน 1 หนวย เพมขน 1 องศา 3. แรงตงผว (Surface tension) เปนการวดความแขงแรง (Strength) ของผวหนา ของเหลว

4. ความหนด (Viscosity) เปนการวดความตานทานตอการการเปลยนสภาพ (Distortion) ของของเหลว เชน การไหล


หนา 6

1.3 คณสมบตในการถกบบอด (Compressibility) และภายใตความดน (Pressure) เมอของเหลวถกแรงกดดนจะทาใหปรมาตรลดลงและความหนาแนนเพมขน กาซเปนของเหลวทถกบบอดไดดเพราะมความหนาแนนตา สวนนาเปนของเหลวทถกบบอดไดนอยจนเรยกไดวาไมสามารถถกบบอดไดอกเนองจากมความหนาแนนสงอยแลว การบบอดเกดจากความดน (pressure) ทกระทาตอของเหลวจากทกทศทาง ความดนของนาในมหาสมทรเกดจากนาหนกของนาทอยเหนอขนไปกดทบโดยความดนทเพมขนสมพนธกบความลกนาทเพมขน ความดนทเพมขนทาใหโมเลกลของนาอยชดกนและชนกนมากขนเปนผลใหอณหภมสงขน ดงนนอณหภมของนาทะเลลกจงเพมขนตามความลก ผลของความดนอกประการคอทาใหกาซละลายในนาไดมากขน เมอนกดานาดาลงไปในนาลก ความดนนาทาใหกาซไนโตรเจนละลายในเลอดมากขน กอนทนกดานาจะขนสผวนาจะตองลอยตวใตผวนาอยระยะหนงเพอใหกาซคอยๆ แยกตวออกมาจากเลอด ถานกดานาขนสผวนาทนทจะเกดกาซในเสนเลอด นกดานาจะเกดอาการเกรง (bend) อาจถงตายได นกดานาทตองทางานในนาลกเปนเวลานานๆ จะใชหองปรบความดนในเรอแทนทจะตองลอยอยใตนาเปนเวลานาน

Hydrostatic equation สมการความดนของนา (hydrostatic equation) เปนความสมพนธของความดนทเพมขนกบความลกนา

p = - g z

เมอ p คอความดนทเพมขน g คอความเรงของโลก (9.8 m s-2)

ความหนาแนนของนาซงคอนขางคงท (1.03 x 103 kg m-3)

และ z ความลกทเพมขน (ความลกใตผวนามคาเปนลบ) ตวอยางเชนนาทระดบความลก 10 เมตร จะมความดนของนาเทากบ 105 นวตนตอตารางเมตร (N.m-2)หรอ 1000 มลลบาร (1 บาร = แรงกดดนของบรรยากาศ)


หนา 7

1.4 ความหนด (Viscosity) ของเหลวและกาซมคณสมบตในการเปลยนรปรางตามแรงเฉอนทกระทาเพราะโมเลกลของของเหลวและกาซเกาะกนอยางหลวมๆ ความหนดคอความสามารถของของเหลวทจะทนตอแรงเฉอนทจะทาใหชนของเหลวทอยตดกนเลอนออกจากกน กาซมความหนดตาจงเคลอนทไดงายเมอมแรงเฉอนจากลมมากระทา นาจะทนแรงเฉอนไดดกวากาซ ความหนดของนาไมคงทขนกบสภาพการไหลของนา สาหรบนาไหลเปนชนเรยบรอย (laminar flow) ความหนดของนาเทากบ 1.0 x 10-3

N.s.m-2 สาหรบนาไหลแบบปนปวน (turbulence flow) จะมความหนดของนาเพมขนหลายเทา ความหนดเปนคณสมบตเฉพาะของของไหลจงไมเกยวของกบความลก ความเคมมผลทาใหความหนาแนนของนาเพมขนเลกนอยจนแทบไมมผลตอคาความหนดของนา 1.5 ความเคมของนาทะเล นาทะเลมความเคมเนองจากมเกลอละลายอยในนา นาทะเล 1 กโลกรมจะมเกลอแรละลายอยประมาณ 35 กรม ซง 99.9% ของนาหนกเปนอออนของเกลอแรหลกเพยง 8 ชนด (คลอไรด โซเดยม ซลเฟต แมกนเซยม แคลเซยม โปแตสเซยม ไบคารบอรเนต และโบรไมด) องคประกอบของเกลอจาพวกนคงทในนาทะเล (conservative) ยกเวนแคลเซยม นอกจากเกลอแรหลก 8 ชนดในนาทะเลแลวยงมเกลอแรปรมาณเลกนอยอกหลายชนดในนาทะเลซงจาเปนตอการสงมชวตในนาทะเล รวมทงกาซตางๆ ดวย รายละเอยดของสงเหลานปรากฏอยในหวขอเคมในทะเล

รปท 1.4 สดสวนของเกลอแรหลกในทะเล (Harvey, J.G. 1975)


หนา 8

นยามความเคมแตเดมเทากบปรมาณเกลอเปนกรมในนา 1 กโลกรม หนวยสวนตอพนสวน

(ppt) ตอมาหาความเคมจากคณสมบตในการนาไฟฟาเปรยบเทยบกบนาทะเลมาตรฐาน (35%,20) ความเคมจากคณสมบตการนาไฟฟาจะไมมหนวย หรอใส psu (practical salinity unit) เปนหนวยก

ได ความเคมของนาทะเลทผวหนาสงสดทละตจด 20 เนองจากการระเหยของนาโดยไมมนาทาหรอฝนมาชวยเจอจาง นาทะเลในเขตละตดจดทอนๆ จะไดรบนาจดจากฝน หรอการละลายของนาแขง ขวโลก หรอจากนาทา

รปท 1.5 ความเคมทผวหนานาทะเล (ppt) ในชวงฤดรอนทางซกโลกเหนอ

(ทมา Harvey, J.G. 1975)

วธการหาความเคมของนาในหองทดลองโดยการไตเตรชนมขอดอยคอ จะตองเกบนามาไตเตรตทหองทดลอง ผไตเตรตจะตองมความชานาญพอควร และสารเคมราคาแพง การหาความเคมโดยวธไต

เตรชนมความละเอยดแมนยาในระดบ 0.02 ppt วธการหาความเคมทสะดวกคอใชเครองตรวจวดในพนททนยมใชกนตามบอเลยงกงคอ Refractomer ซงใชหลกการหกเหของแสงผานหยดนาทจะวด

ความเคม ความละเอยดในการวดคอนขางหยาบคอ 1 ppt เหมาะสาหรบการวดบรเวณนากรอย แตไมเหมาะทจะนาไปใชวดนาทะเลเนองจากความแตกตางของเคมนอยกวา 1 ppt เครองวดความเคมทมความละเอยดสงคอ CTD meter เครองจะวดความนาไฟฟา อณหภม และความลกนาแลวบนทกเกบไว ความเคมจะคานวณจากความนาไฟฟาและอณหภมในภายหลง แตหากเครองวดความ


หนา 9

นาไฟฟาและอณหภมแลวคานวณความเคมในตวเครองเลยจะเรยกเครองมอนวา STD ความละเอยด

ถกตอง ในการวด 0.005 ppt แตเครองมอมราคาคอนขางแพง

คาจากดความของ salinity และ chlorinity

ความเคม (salinity) เปนปรมาณของเกลอในนาทะเลมหนวยเปนกรมของเกลอตอนาทะเล 1 กโลกรม หรอ สวนตอพนสวน (part per thousand, ppt) ใชสญลกษณ %o แทน 200 ปกอนการวเคราะหปรมาณเกลอในนาทะเลนนกระทาโดยการระเหยนาทะเลอยางชาๆ ซงจะทาใหเกดการตกผลกของสารตางๆ (Fractional Crystallization) สารตวแรกทตกผลกคอ แคลเซยมคารบอเนต(CaCO3) ตามดวยยบซม (CaSO4.2H2O) เกลอแกง (NaCl) เกลอกลบเบอร (Na2SO4.10H2O)

เกลอ Epsom (MgSO4.7H2O) เกลอแคลเซยมคลอไรด (CaCl2) กบแมกนเซยมคลอไรด (MgCl2)

เพอใหผลทดลองทถกตองเราตองทาการสลายสารอนทรย (Organic matter) ทงหมด เปลยนโบรไมดและไอโอไดดใหเปนคลอไรด และเปลยนคารบอเนตใหเปนออกไซดเสยกอนทจะทาการระเหยนาทะเล ดงนนคาจากดความของความเคมของนกเคมจะเปนดงน: ปรมาณเปนกรมของของแขงทงหมดในนาทะเลหนก 1 กโลกรมเมอคารบอเนตทงหมดถกเปลยนเปนออกไซด ไอโอไดดและโบรไมดทงหมดถกแทนทดวยคลอไรด และสารอนทรยทงหมดถกออกซไดซ ความเคมของนาทะเลขนอยกบปรมาณอออนหลกเนองจากอออนหลกจะมคาอตราสวนคงท (ตาราง 1.1) ทาใหเราสามารถวดคาความเคมโดยการวดคาความเขมขนของเพยงอออนเดยวเทานน เมอทราบความเขมขนของ 1 อออนหลกแลว จะสามารถคานวณคาของอออนหลกอนๆ ไดจากคาอตราสวน (ratio) เนองจากอออนคลอไรดมมากทสดในนาทะเล จงเปนการงายในการวดคาความเคมโดยวธทางเคมซงทาไดโดยการไตเตรทกบซลเวอรไนเตรท (AgNO3) ปรมาณความเขมขนของ

คลอไรดทไดจากการไตเตรทนเรยกวาคลอรนต (Chlorinity) [%] คลอรนตเปนปรมาณทงหมดของคลอรนโบรมนและไอโอดน ในหนวยกรมในนาทะเล 1 กโลกรม โดยทโบรมนกบไอโอดนถกแทนทดวยคลอรน ความสมพนธระหวางความเคมกบคลอรนตคอ S % = 1.80655 * Cl %


หนา 10

1.6 อณหภมนาทะเล

นาทะเลรอนขนจากการถกแดดเผาทผวนา ความรอนนจะถกสงผานไปยงนาเบองลางจากการผสมผสานกนของนาเนองจากลมและคลน (100-200 เมตร) อณหภมนาในชวงนคงทตามความลกเรยกวา “isothermal” ใตระดบนลงไปแลวอณหภมจะลดลงตามความลก เรยกนาเขตนวา “thermocline” อณหภมนาจะลดลงจนเทากบอณหภมของมวลนาชนลาง (deep water) ซงมคาประมาณ 1 องศาเซลเซยส

รปท 1.6 แผนผงแสดงชนนารอนในมหาสมทร (Harvey, J.G. 1975)

ว ธ ท ถ ก ต อ งและรวด เ ร ว ในการ ว ด ค าความ เค มค อ การว ด ค าความน า ไฟ ฟ า(conductivity)โดยใชเครองซาลโนมเตอร(salinometer) และไดใชกนทวไปจนเปนมาตรฐานมากกวาวธการไตเตรท สาหรบวธทางไฟฟานน ไดกาหนดความเคมใหเปนฟงกชนของอตราสวนของคาความนาไฟฟาของนาทะเลตวอยางกบของนาทะเลมาตรฐาน (standard seawater) ททราบคาความเคม คาความนาไฟฟานใชตวยอวา Rt โดย t เปนคาอณหภมทใชในการวด


หนา 11

รปแบบของนาทะเลผวหนาแสดงไวในรปท 1.7 อณหภมนามคาตงแต –1.9 องศาเซลเซยสทขวโลกถงกวา 30 องศาท บรเวณศนยสตร การเปลยนแปลงของคาอณหภมตามฤดกาลมมากทสดบรเวณละตจดกลางๆ ในซกโลกเหนอเนองจากมแผนดนบนเปลอกโลกจานวนมาก บรเวณทนารอนทสดจะขยบไปทางซกโลกเหนอทละตจด 5 องศาเนองจากอทธพลของแผนดนเชนกน ทวปแอนตารกตกาทขวโลกใตมความหนาวเยนมากเพราะรงสจากดวงอาทตยถกสะทอนกลบออกไปเกอบหมด นารอนเขตเสนศนยสตรถกถายเทไปยงขวโลกดวยกระบวนการไหลเวยนของนา โดยมแผนทวปเปนตวกาหนดรปแบบการไหลเวยนของนา กระแสนาอนทนาความรอนจากศนยสตรไปยงขวโลก (กลฟสตรมทฝงตะวนตกของมหาสมทรแอตแลนตก เปนตน) และกระแสนาเยนนาเยนจากขวโลกกลบสเขตศนยสตรอกครง ทาใหอณหภมนาทฝงซายและขวาของมหาสมทรในละตจดเดยวกนมคาแตกตางกน

รปท 1.7 อณหภมนาในมหาสมทร (องศาเซลเซยส) ในเดอนกมภาพนธ (บน) และเดอน

สงหาคม (ลาง) (ทมา Harvey, J.G. 1975)


หนา 12

รปท 1.8 อณหภมนาวด ณ ความลกแทจรง (T) และอณหภมเมอนานามาวดทระดบผวนา () และความหนาแนนของนาและการแพรกระจายของอณหภมหลงจากปรบแกอณหภมแลว (ทมา Pickard, G. L., and W. J. Emery. 1982) ในนาลกมากๆ (เกนกวา 4 กโลเมตร) ความดนของมวลนา (pressure) ทาใหนามความหนาแนนเพมขน สงผลใหอณหภมนาเพมขนตามความลก การวดอณหภมนาถาวดทความลกจรงของนาจะไดคาสงกวาเมอนานานนขนมาวดอณหภมทระดบผวนา ดงนนตวแปรของอณหภมจงม 2 ตว

แปร คอ t สาหรบอณหภมวดทความลกแทจรง (in situ) และ สาหรบคาอณหภมเมอนานามาวดทระดบผวนา (ตดผลลพธทเกดจากความดนของนาออกไป) โดยทมวลนาไมแลกเปลยนความรอนกบสงแวดลอมรอบขาง (adiabatic change) การวดอณหภมนาทงายทสดคอการตกนาขนมาวดดวยปรอทเทอรโมมเตอร แตตองระวงไมใหมวลนาถายเทความรอนกบมวลนาอนๆ หรออากาศ และใชไดกบนาตนเทานน หากเปนนาลกจะมอทธพลของแรงกดทบของนาความผดพลาด อกทงความละเอยด


หนา 13

ของการอานขนกบสเกลบนเทอรโมมเตอร สาหรบผชานาญสามารถอานไดละเอยดประมาณ 0.3 องศา จงไมเหมาะสมสาหรบการตรวจวดทางวทยาศาสตร การวดอณหภมใหถกตองในอดตจะใชเทอรโมมเตอรแบบหกกลบซงจะบอกคาอณหภมนา ณ จดตรวจวด (in situ) ความละเอยดถกตองถง 0.01 องศาเซลเซยส ปจจบนเราวดอณหภมโดยใชคณสมบตความตานทานกระแสไฟฟาของนา เครองมอทใชเรยกวา CTD, STD, C-T, S-T meter สามารถใหความละเอยดถกตองไดถง 0.002 - 0.1 องศาเซลเซยสตามความซบซอนของหววดและวงจรไฟฟา เครองมอทวดเฉพาะอณหภมและความลกคอ bathythermograph เครองจะบนทกอณหภมนาตามความลกเมอหยอนเครองมอลงในนา ความลกนาของเครองวดจากความดนของนา สามารถวดไดถงระดบความลก 60, 140 หรอ 270 เมตรตามขอจากดของเครองมอ เครองทนยมใชในปจจบนคอ expendable bathythermograph (XBT) โดยมหววดอณหภมแบบตวตานทานไฟฟาบรรจอยในกระสวย ยงกระสวยลงนา คาอณหภมจะสงผานมาทางเสนลวดเลกๆ ทขดอยทดานบนของกระสวยตอกบเครองบนทกอณหภมตามความลก ความลกของนาในทนคานวณจากระยะเวลาทผานไปหลงจากยงกระสวยลงนาเพราะคานวณความเรวในการเคลอนทของกระสวยไวลวงหนาแลว ตวกระสวยราคาไมแพงจงไมมการเกบกลบมาใชใหม สามารถวดอณหภมจากผวนาถงความลก 200-1800 เมตร

รปท 1.9 เครองม

รปท 1.9 เครองวดวดอณหภมประเภทตางๆ (เทอรโมมเตอร, bathythermograph และ expendable bathythermograph ตามลาดบ)


หนา 14

เอล นโญ และ ลา นนญา

เอลนโญ เปนคาทใชเรยกปรากฏการณธรรมชาตทางสมทรศาสตร มหลกฐานแสดงวาเอลนโญไดเกดขนนานนบพนปมาแลว แมแตเอลนโญทเกดขนในป พ.ศ. 2525 – 2526 ซงรนแรงมากกยงไมไดถกกลาวขานวาเปนเอลนโญจนกระทงปรากการณนไดเกดขนแลวหลายเดอน เนองจากปรากฏการณนเปนตนเหตใหเกดผลกระทบตอภมอากาศของโลกอยางรนแรง เชน อเมรกาเหนอประสบกบสภาพอากาศทผดปกตอยางมากตลอดป 2526 ออสเตรเลยประสบกบสภาวะความแหงแลงมากและเกดไฟปาเผาผลาญ ประเทศใกล ๆ ทะเลทรายสะฮาราประสบกบความแหงแลงทเลวรายมากทสดชวงหนง และลมมรสมในมหาสมทรอนเดยออนกาลงลงมาก ประมาณวาความเสยหายทเกดขนทงหมดอยระหวาง 8 - 13 พนลานเหรยญสหรฐ และสญเสยชวตประมาณ 2,000 คน ชวง 30 ปทผานมา ไดมการลงทนจานวนมากในการตรวจวดอากาศและการวจยเพอเพมพนขดความสามารถในการพยากรณปรากฏการณน จนกระทง 10 ปสดทายจงไดมความเขาใจถงการเกดและการคงอยของเอลนโญ อยางไรกตามเมอไมนานมานไดมการใสความสมพนธระหวางกนของบรรยากาศและมหาสมทรทสลบซบซอนและจานวนขอมลอนมหาศาลเขาไปในแบบจาลองเพอทาการพยากรณ ปรากฏการณเอลนโญ ในระยะหลงตงแตประมาณ พ.ศ. 2515 เปนตนมา เอลนโญไดเกดบอยครงขนและมความรนแรงมากขนกวาในอดตทผานมา จงสมควรทจะทาความเขาใจกบปรากฏการณดงกลาว โดยในบทความนจะกลาวถงความรเบองตนเกยวกบปรากฏการณเอลนโญ ผลกระทบ และขาวสารเกยวกบปรากฏการณเอลนโญทเกดขนในป พ.ศ. 2540 – 2541 โดยรวบรวมขอมลจากเอกสารขององคการอตนยมวทยาโลก แหลงขอมลทางวทยาศาสตรและศนยพยากรณภมอากาศหลก ๆ หลายศนย เพอวตถประสงคในการเผยแพรตอสาธารณชน รวมถงผมอานาจในการตดสนใจดานนโยบายไดทราบถงปญหาทเกดจากปรากฏการณเอลนโญ ความหมายของเอลนโญ เอลนโญ มความหมายแตกตางกนในแตละกลมบคคล ในภาษาสเปน คาวาเอลนโญ (el niño) หมายถง เดกชายเลก ๆ แตหากเขยนนาดวยอกษรตวพมพใหญ เอลนโญ (El Niño) หมายถง ทารกพระเยซครสต สาหรบชาวเปรจะมความหมายเพมเตม คอ หมายถงกระแสนาอนทไหลเลยบชายฝงเปรลงไปทางใตทก ๆ 2 – 3 ป หรอกวานน และไดตงชอกระแสนาอนนวาเอลนโญกอนเรมศตวรรษท 20 โดยเรมรจกและสงเกตเหนครงแรกประมาณป ค.ศ. 1892 การทตงชอวา เอลนโญ เนองจากจะมนาอนปรากฏอยตามชายฝงเปรเปนฤด ๆ โดยเรมประมาณชวงครสตมาส (ชวงฤดรอนของซกโลกใต ซงตรงกบชวงฤดหนาวของซกโลกเหนอ) นาอนนจะไหลเขาแทนทนาเยนทอยตามชายฝงเปรนานประมาณ 2 – 3 เดอน (โดยปกตแลวตามชายฝงเปรจะมนาเยนปรากฏอย ซงเปนผล


หนา 15

มาจากขบวนการไหลขนของนาเยนจากใตมหาสมทรขนมายงผวนา ซงทาใหนาเยนอนอดมไปดวยธาตอาหารไหลขนมายงผวนา) บางครง นาอนทปรากฏเปนระยะ ๆ ตามชายฝงประเทศเปรและเอกวาดอร อาจจะคงอยนานเกนกวา 2 – 3 เดอน ซงบางครงอาจจะยาวนานขามไปปถดไป ทาใหเกดผลกระทบตอระบบนเวศวทยาชายฝงซงเกยวของกบปลา นกทกนปลาเปนอาหาร และกจกรรมทเกยวกบการประมงและเกษตรกรรม ฝนทตกหนกเนองจากเอลนโญทางเอกวาดอรใตและเปรเหนอบางครงทาใหเกดความเสยหายในหลาย ๆ เมอง ประมาณกลางทศวรรษ 1970 มคาจากดความเกยวกบเอลนโญมากมาย และประมาณปลายทศวรรษ 1990 หลายสบคาจากดความของเอลนโญตงแตงาย ๆ จนถงซบซอนปรากฏอยในบทความและหนงสอดานวทยาศาสตรทวไป ดงตวอยางของคาจากดความ เอลนโญ คอ ชวง 12 ถง 18 เดอนทอณหภมผวนาทะเลทางครงซกดานตะวนออกของมหาสมทรแปซฟกเขตรอนอนกวาปกต เปนตน เอลนโญทมขนาดปานกลางหรอรนแรงจะเกดขนไมสมาเสมอ เฉลยประมาณ 5 – 6 ปตอครง แมวาทผานมาเอลนโญจะมความหมายมากมาย แตความหมายอนเปนทรบรและเขาใจกนโดยทวไปในปจจบนคอการอนขนอยางผดปกตของนาทะเลบรเวณตอนกลางและตะวนออกของมหาสมทรแปซฟกเขตรอน ซงเกดจากการออนกาลงลงของลมคา (trade wind) คาจากดความของเอลนโญแมจะมมากมายแตลกษณะบางอยางซงเปนลกษณะปกตของเอลนโญจะปรากฏใหเหน คอ การอนขนผดปกตของผวนาทะเล กระแสนาอนทไหลลงทางใตตามชายฝงประเทศเปร เกยวของกบอณหภมผวนาทะเลทสงขนทางดานตะวนออก และตอนกลางของแปซฟกเขตศนยสตรปรากฏตามชายฝงประเทศเอกวาดอร และเปรเหนอ (บางครงประเทศชล) เชอมโยงกบการเปลยนแปลงของความกดอากาศทระดบนาทะเล เกดรวมกบการออนกาลงลงของลมคาทพดไปทางทศตะวนตกบรเวณแปซฟกเขตศนยสตรเวยนเกดซาแตชวงเวลาไมสมาเสมอเกดแตละครงนาน 12 – 18 เดอน การเกดเอลนโญ ตามปกตเหนอนานนามหาสมทรแปซฟกเขตรอนหรอมหาสมทรแปซฟกเขตศนยสตรจะมลมคาตะวนออกพดปกคลมเปนประจา ลมนจะพดพาผวหนานาทะเลทอนจากทางตะวนออก (บรเวณชายฝงประเทศเอกวาดอร เปร และชลตอนเหนอ) ไปสะสมอยทางตะวนตก (ชายฝงอนโดนเซย และออสเตรเลย) ทาใหบรรยากาศเหนอบรเวณแปซฟกตะวนตกมความชนเนองจากขบวนการระเหย (Glantz, 2001) และมการกอตวของเมฆและฝนบรเวณตะวนออกและตะวนออกเฉยงใตของเอเชย รวมทงประเทศตาง ๆ ทเปนเกาะอยในแปซฟกตะวนตก ขณะททางตะวนออกของแปซฟกเขตศนยสตรมการไหลขนของนาเยนระดบลางขนไปยงผวนาและทาใหเกดความแหงแลงบรเวณชายฝงอเมรกาใต แตเมอลมคาตะวนออกมกาลงออนกวาปกต ลมทพดปกคลมบรเวณดานตะวนออกของปาปว


หนา 16

นวกน (ปาปวนวกน คอ เกาะทตงอยบรเวณเสนศนยสตรทางแปซฟกตะวนตกเหนอทวปออสเตรเลย) จะเปลยนทศทางจากตะวนออกเปนตะวนตก ทาใหเกดคลนใตผวนาพดพาเอามวลนาอนทสะสมอยบรเวณแปซฟกตะวนตกไปแทนทนาเยนทางแปซฟกตะวนออก เมอมวลนาอนไดถกพดพาไปถงแปซฟกตะวนออก (บรเวณชายฝงประเทศเอกวาดอร) กจะรวมเขากบผวนา ทาใหผวหนานาทะเลบรเวณนอนขนกวาปกต และนาอนนจะคอย ๆ แผขยายพนทไปทางตะวนตกถงตอนกลางของมหาสมทร สงผลใหบรเวณทมการกอตวของเมฆและฝนซงปกตจะอยทางตะวน ตกของมหาสมทรเปลยนแปลงไปอยทบรเวณตอนกลางและตะวนออก บรเวณดงกลาวจงมฝนตกมากกวาปกต ในขณะทแปซฟกตะวนตกซงเคยมฝนมากจะมฝนนอยและเกดความแหงแลงการเกดเอลนโญสวนมากนาทอนผดปกตจะปรากฏครงแรกบรเวณชายฝงประเทศเอกวาดอรและเปรในเดอนกมภาพนธหรอมนาคม แตเอลนโญทเกดขนแตละครงอาจจะแตกตางไปจากรปแบบปกตดงกลาวนได ไมจาเปนวาจะตองเกดเชนนเสมอไป ดงตวอยางเชน เอลนโญป พ.ศ. 2525 – 2526 อณหภมพนผวนาทะเลบรเวณชายฝงอเมรกาใตเรมอนขนชากวารปแบบปกตหลายเดอน (Glantz et al., 1987)


หนา 17

รปท 1.10 รปแบบสภาวะการเกดเอลนโญ

การตรวจจบเอลนโญ จากเอลนโญขนาดรนแรงในป 2525 – 2526 ทาใหเกดแผนความรวมมอระหวางประเทศเพอตดตาม ตรวจวดและวจยปรากฏการณเอลนโญขน คอแผนงานมหาสมทรเขตรอนและบรรยากาศโลก (Tropical Ocean and Global Atmosphere – TOGA) ซงไดดาเนนการระหวางป 2528 - 2537 ภายใตแผนงานการวจยภมอากาศโลก จากการศกษาและวจยของ TOGA พบวา ปรากฏการณเอลนโญในมหาสมทรแปซฟกเขตรอนตรวจจบไดจากหลายวธ รวมถงจากดาวเทยม ทนลอยทอยกบท ทนลอยทเคลอนท การวเคราะหระดบนาทะเล เปนตน ระบบการตรวจวดเพอการวจยนปจจบนไดเขาสระบบการตรวจวดภมอากาศทางภาคปฎบตแลว โดยขอมลจากระบบการตรวจวดภมอากาศนไดใชปอนเขาไปในแบบจาลองระหวางบรรยากาศและมหาสมทรของโลกเพอทาการคาดหมายเอลนโญ สวนแบบจาลองอน ๆ ไดใชในการวจยเพอใหเขาใจถงเอลนโญไดดและมากยงขน สาหรบการคาดหมายนนมกจะใชแบบจาลองทางคณตศาสตรซงปจจบนมหลายหนวยงานททาการคาดหมายการเกดปรากฏการณเอลนโญ เชน ศนยพยากรณภมอากาศ ประเทศสหรฐอเมรกา และหนวยงานอตนยมวทยา ประเทศญปน เปนตน


หนา 18

ขนาดของเอลนโญ ดชนชวดขนาดของเอลนโญทสาคญและชดเจนทสดตวหนง คอ อณหภมผวนาทะเลทเพมสงขนไมวาจะทางตะวนออกหรอตอนกลางของแปซฟกเขตศนยสตร อณหภมยงสงกวาปกตมากเทาไร ปรากฏการณยงรนแรงมากเทานน ดงจะเหนไดจากรปท 3 ซงแสดงอณหภมผวนาทะเลทตางจากปกตในชวงเอลนโญทรนแรงมาก 2 ครง คอ เมอ พ.ศ. 2525 – 2526 และ พ.ศ. 2540 – 2541

รปท 1.11 อณหภมผวนาทะเลทแตกตางจากปกต (องศาเซลเซยส) ระหวางวนท 20-26 ธนวาคม

2525 (บน) ระหวางวนท 18-24 ธนวาคม 2540 (ลาง) (ทมา CDC/NOAA)

นกวทยาศาสตรไดแบงขนาดของเอลนโญออกเปน ออนมาก ออน ปานกลาง รนแรง หรอรนแรงมาก จากการศกษาของ Quinn et al. (1987, p.14453) กลาวไววา “ปรากฏการณยงมความรนแรงมากเทาไร ปรมาณความเสยหาย การถกทาลาย และมลคาความเสยหายยงสงมากเทานน” พวกเขาไดอธบายถงความรนแรงโดยผนวกเอาการเปลยนแปลงทางกายภาพของมหาสมทรกบผลกระทบทเกดขนบนพนทวปเขาดวยกนดงน


หนา 19

ขนาดรนแรงมาก ปรมาณฝนสงมากทสด มนาทวม และเกดความเสยหายในประเทศเปร มบางเดอนในชวงฤดรอนและฤดใบไมรวงของซกโลกใตทอณหภมผวนาทะเลบรเวณชายฝงสงกวาปกตมากกวา 7 o ซ. ขนาดรนแรง ปรมาณฝนสงมาก มนาทวมตามบรเวณชายฝง มรายงานความเสยหายในประเทศเปร มหลายเดอนในชวงฤดรอนและฤดใบไมรวงของซกโลกใตทอณหภมผวนาทะเลบรเวณชายฝงสงกวาปกต 3 – 5 o ซ. ขนาดปานกลางปรมาณฝนสงกวาปกต มนาทวมตามบรเวณชายฝง ความเสยหายทเกดขนในประเทศเปรอยในระดบตา โดยทว ๆ ไปอณหภมผวนาทะเลบรเวณชายฝงในชวงฤดรอนและฤดใบไมรวงในซกโลกใตจะสงกวาปกต 2 – 3 o ซ. นอกจากนยงมปจจยอนทนามาใชกาหนดขนาดของเอลนโญ ซงรวมถงตาแหนงของแองนาอน (warm pool) ในมหาสมทรแปซฟกเขตศนยสตร บรเวณพนผวมหาสมทรซงปกคลมดวยแองนาอนทผดปกต หรอความลก (ปรมาตร) ของแองนาอนนน ยงแองนาอนมอาณาบรเวณกวางและมปรมาตรมากปรากฏการณจะยงมความรนแรงเพราะจะมความรอนมหาศาลซงจะมผลตอบรรยากาศเหนอบรเวณนน ในกรณทเอลนโญมกาลงออนบรเวณนาอนมกจะจากดวงแคบอยเพยงแคชายฝงตะวนตกของอเมรกาใต แตกรณเอลนโญขนาดรนแรงบรเวณทมนาอนผดปกตจะแผกวางปกคลมทวทงตอนกลางและตะวนออกของมหาสมทรแปซฟกเขตศนยสตร

สถตการเกดปรากฏการณเอลนโญในระยะ 50 ปทผานมา (ตงแต พ.ศ. 2494 – 2543) มปรากฏการณเอลนโญเกดขน 15 ครง ดงน

พ.ศ. ความรนแรงของเอลนโญ พ.ศ. ความรนแรงของเอลนโญ

2494 ออน 2520 – 2521 ออน

2496 ออน 2522 – 2523 ออน

2500 – 2502 รนแรง 2525 – 2526 รนแรง

2506 ออน 2529 – 2531 ปานกลาง

2508 – 2509 ปานกลาง 2533 – 2536 รนแรง


หนา 20

2511 – 2513 ปานกลาง 2537 – 2538 ปานกลาง

2515 – 2516 รนแรง 2540 – 2541 รนแรง

2519 ออน

แหลงขอมล : CPC/NCEP/NOAA

ผลกระทบของเอลนโญ

ในชวงทเกดปรากฏการณเอลนโญ การกอตวของเมฆและฝนเหนอนานนาบรเวณเอเชยตะวนออกเฉยงใตจะลดลง (Wright et al., 1985) และจะขยบไปทางตะวนออก ทาใหบรเวณตอนกลางและตะวนออกของแปซฟกเขตศนยสตร รวมทงประเทศเปรและเอกวาดอรมปรมาณฝนมากกวาคาเฉลย (Rasmusson and Carpenter, 1982) ขณะทมความแหงแลงเกดขนทนวกน (Nicholls, 1974) และอนโดนเซย (Quinn et al., 1978) อกทงบรเวณเขตรอนของออสเตรเลย (พนททางตอนเหนอ) มกจะเรมฤดฝนลาชา (Nicholls, 1984) นอกจากพนทบรเวณเขตรอนแลวเอลนโญยงมความเกยวของเชอมโยงกบความผดปกตของภมอากาศในพนทซงอยหางไกลดวย เชน ความแหงแลงทางตอนใตของแอฟรกา จากการศกษาเอลนโญทเคยเกดขนในอดตนกวทยาศาสตรพบวาในฤดหนาวและฤดรอนของซกโลกเหนอ (ระหวางเดอนธนวาคม – กมภาพนธ และ เดอนมถนายน – สงหาคม) รปแบบของฝนและอณหภมหลายพนทผดไปจากปกต เชน ในฤดหนาวบรเวณตะวนออกเฉยงใตของแอฟรกาและตอนเหนอของประเทศบราซลแหงแลงผดปกต ขณะททางตะวนตกของแคนาดา อลาสกา และตอนบนสดของอเมรกามอณหภมสงผดปกต สวนบางพนทบรเวณกงเขตรอนของอเมรกาเหนอ และอเมรกาใต (บราซลตอนใตถงตอนกลางของอารเจนตนา) มฝนมากผดปกต (รปท 1.11) นอกจากเอลนโญจะมผลกระทบตอรปแบบของฝนและอณหภมแลวยงมอทธพลตอการเกดและการเคลอนตวของพายหมนเขตรอนอกดวย โดยปรากฏการณเอลนโญไมเอออานวยตอการกอตวและการพฒนาของพายหมนเขตรอนในมหาสมทรแอตแลนตก ทาใหพายหมนเขตรอนในบรเวณดงกลาวนลดลง ในขณะทบรเวณดานตะวนตกของประเทศเมกซโกและสหรฐอเมรกามพายพดผานมากขน สวนพายหมนเขตรอนในมหาสมทรแปซฟกเหนอดานตะวนตกทมการกอตวทางดานตะวนออกของประเทศฟลปปนสมกมเสนทางเดนของพายขนไปทางเหนอมากกวาทจะเคลอนตวมาทางตะวนตกผานประเทศฟลปปนสลงสทะเลจนใต


หนา 21

ผลกระทบของเอลนโญตอปรมาณฝนและอณหภมในประเทศไทย จากการศกษาสภาวะฝนและอณหภมของประเทศไทยในปเอลนโญ โดยใชวธวเคราะหคา composite percentile ของปรมาณฝน และ composite standardized ของอณหภมในปเอลนโญ จากขอมลปรมาณฝนและอณหภมรายเดอน ในชวงเวลา 50 ป ตงแต พ.ศ. 2494 ถง 2543 พบวา ในปเอลนโญปรมาณฝนของประเทศไทยสวนใหญตากวาปกต (rainfall Index นอยกวา 50) โดยเฉพาะในชวงฤดรอนและตนฤดฝน และพบวาเอลนโญขนาดปานกลางถงรนแรงมผลกระทบทาใหปรมาณฝนตากวาปกตมากขน สาหรบอณหภม ปรากฏวาสงกวาปกตทกฤดในปเอลนโญ โดยเฉพาะชวงฤดรอนและตนฤดฝน และสงกวาปกตมากขนในกรณทเอลนโญมขนาดปานกลางถงรนแรง อยางไรกตามจากการศกษาพบวาในชวงกลางและปลายฤดฝน ไมสามารถหาขอสรปเกยวกบสภาวะฝนในปเอลนโญไดชดเจน นนคอ ปรมาณฝนของประเทศไทยมโอกาสเปนไปไดทงสงกวาปกตและตากวาปกตหรออาจกลาวไดวาชวงกลางและปลายฤดฝนเปนระยะทเอลนโญมผลกระทบตอปรมาณฝนของประเทศไทยไมชดเจน จากผลการศกษาพอสรปไดกวาง ๆ วาหากเกดเอลนโญ ปรมาณฝนของประเทศไทยมแนวโนมวาจะตากวาปกต โดยเฉพาะฤดรอนและตนฤดฝน ในขณะทอณหภมของอากาศจะสงกวาปกต เฉพาะอยางยงในกรณทเอลนโญมขนาดรนแรง ผลกระทบดงกลาวจะชดเจนมากขน สภาวะทวไปของเอลนโญ พ.ศ. 2540 – 2541 เอลนโญทเกดขนในป พ.ศ. 2540 – 2541 เปนปรากฏการณทรนแรงทสดทเคยมการตรวจวดมา มการพฒนาอยางรวดเรวและมอณหภมทสงกวาทกครง เอลนโญครงนพฒนารวดเรวมากทวทงตอนกลางและตะวนออกของมหาสมทรแปซฟกเขตรอนชวงเดอนเมษายนและพฤษภาคม 2540 และไดมกาลงแรงสงทสดในเดอนมถนายน 2540 ในชวงครงหลงของป 2540 เอลนโญนมกาลงแรงยงกวาเอลนโญทเกดในป พ.ศ. 2525 – 2526 โดยมอณหภมผวนาทะเลทสงกวาปกตทวทงตอนกลางและตะวนออกของแปซฟก 2 – 5 o ซ. อณหภมผวนาทะเลสงเกนกวา 28 o ซ. ทวทงตอนกลางของแปซฟกเขตศนยสตรโดยเรมตงแตเดอนพฤษภาคม 2540 ประมาณวนท 8 มกราคม 2541 ปรมาตรของบรเวณแองนาอนลดลงไปประมาณ 40 เปอรเซนตนบตงแตทมปรมาตรสงสดตอนตนเดอนพฤศจกายน 2540 แตอยางไรกตามพนทผวหนาแองนาอนในแปซฟกกยงมอาณาบรเวณกวางขนาดประมาณ 1.5 เทาของประเทศสหรฐอเมรกา แองนาอนนมพลงงานมหาศาลจนกระทงผลกระทบตอรปแบบของภมอากาศโลกยงคงปรากฏตอเนองไปจนถงกลางป 2541 ผลกระทบดานความรอนของเอลนโญนเปนตวการหลกททาใหอณหภมผวพนเฉลยทวโลกในป พ.ศ. 2540 สงกวาคาเฉลย 30 ป (พ.ศ. 2503 – 2533) ประมาณ 0.44 oซ. และในป 2541 ปรากฏวาอณหภมผวพนโลกยงคงสงกวา


หนา 22

คาเฉลยและสงมากกวาป 2540 จงนบวาป พ.ศ. 2541 เปนปทรอนทสดในศตวรรษท 20 ไดมการกลาววาไฟปาทเกดขนในประเทศอนโดนเซยและกอใหเกดหมอกควนไฟปกคลมบางบรเวณของเอเชยตะวนออกเฉยงใตนบตงแตเดอนสงหาคม 2540 นน เปนสวนหนงจากผลกระทบของเอลนโญ ผลกระทบจากปรากฏการณเอลนโญในป พ.ศ. 2540 ภมภาคทไดรบความแหงแลง ตอนเหนอและตะวนออกของออสเตรเลย ชวงเดอนเมษายน – พฤศจกายน 2540 บรเวณตอนเหนอและตะวนออกของทวปมฝนรวมตากวาคาปกต ทาใหเกดความแหงแลงทวบรเวณ ประกอบกบชวงเดอนพฤศจกายน – ธนวาคม ทางตะวนออกเฉยงใตของทวปมอณหภมสงกวาคาปกต จงกอใหเกดไฟปาขนในบรเวณรฐวคตอเรยและนวเซาตเวลสเปนเวลาหลายสปดาห ตอนใตของแอฟรกาตะวนตกมฝนตากวาปกตตงแตเดอนกรกฎาคมพรอมกบฤดฝนไดเรมชากวาปกต เอเชยตะวนออกเฉยงใตบรเวณทไดรบความแหงแลงมากโดยเฉพาะชวงเดอนพฤษภาคม – ตลาคม ไดแก อนโดนเซย ฟลปปนส มาเลเซย สงคโปร บรไนและปาปวนวกน และไดเกดไฟปาในอนโดนเซย และรฐซาราวคของมาเลเซยตงแตเดอนสงหาคม ถงปลายป 2540 บรเวณอน ๆ ทไดรบความแหงแลงคอ ประเทศไทย บางสวนของพมา ลาว เขมรและเวยดนาม สหรฐอเมรกาตะวนออก แหงแลงชวงเดอนเมษายน – ตลาคม ตอจากนนเปนฤดหนาวทหนาวนอย อเมรกากลาง มสภาพอากาศแลงปกคลมชวงเดอนมถนายน – ตลาคม ตอนเหนอของอเมรกาใต มอากาศรอนและแหงแลงในชวงครงหลงของป ภมภาคทไดรบฝนมากหรอนาทวม คาบสมทรอนเดย มฝนตกชกตงแตเดอนพฤษภาคมตอเนองเกอบตลอดจนถงสนป บรเวณน ไดแกประเทศอนเดย บงคลาเทศ เนปาลและศรลงกา แอฟรกาตะวนออก ไดรบฝนชกมากในชวงตลาคม – ธนวาคม ทาใหเกดนาทวมหนกโดยเฉพาะบรเวณประเทศเคนยา อกานดา รวนดาและตอนเหนอของแทนซาเนย อเมรกาใต ตอนกลางและตอนใตของอเมรกาใตสวนมากมฝนสงกวาคาปกตมากชวงเดอนมถนายนถงสนป บางบรเวณของชลตอนกลางไดรบฝนภายใน 1 วน เทากบปรมาณฝนรวมเฉลยของทงป และบรเวณชายฝงทางใตของเอควาดอรและทางเหนอของเปร ไดรบฝนชกมากและกอใหเกดนาทวมชวงเดอนพฤศจกายน – ธนวาคม


หนา 23

อเมรกาเหนอ มฝนตกชกและเกดนาทวมเปนบางบรเวณจากทางรฐแคลฟอรเนยพาดไปทางตอนใตของสหรฐอเมรกาถงบรเวณรฐฟลอรดาในระยะครงหลงของป 2540 ผลกระทบทมตอการเกดพายหมนเขตรอน พายหมนเขตรอน คอพายทกอตวเหนอมหาสมทรในเขตรอน มความรนแรง 3 ระดบคอพายดเปรสชน พายโซนรอนและไตฝน (ถาเกดทางตะวนตกของมหาสมทรแปซฟกเหนอและในทะเลจนใตเรยกไตฝน แตถาเกดในมหาสมทรแอตแลนตคเหนอจะเรยกวาพายเฮอรรเคน) มหาสมทรแอตแลนตค เอลนโญทาใหพายทมความรนแรงระดบพายโซนรอนและพายเฮอรรเคนทเกดทางเหนอของมหาสมทรแอตแลนตคมจานวนลดลงคอนขางชดเจน โดยในป พ.ศ. 2540 มพายโซนรอนเกดขน 7 ลก (ปกตประมาณ 9 ลก) และทรนแรงเปนพายเฮอรรเคนจานวน 3 ลก (ปกตประมาณ 6 ลก) และโดยรวมแลวพายหมนเขตรอนทเกดขนในฤดพายหมนเขตรอนในแอตแลนตคเหนอ ป 2540 เกดขนเพยง 52 % ของคาปกตเทานน ผลกระทบของเอลนโญตอการเกดพายหมนเขตรอนในมหาสมทรแอตแลนตคปรากฏชดทสดระหวางเดอนสงหาคม – ตลาคม เมอมเพยงจานวน 3 ลก ทไดกอตวขนในชวงน ดานตะวนออกของมหาสมทรแปซฟกเหนอ เอลนโญชวยเออตอการกอตวพรอมกบขยายพนทของการกอตวของพายหมนเขตรอนทางดานตะวนออกของมหาสมทรแปซฟกเหนอ ในป 2540 ไดเกดพายโซนรอนจานวน 17 ลก (ปกต 16 ลก) ทรนแรงถงระดบเปนพายเฮอรรเคนจานวน 9 ลก (ปกต 9 ลก) และเปนพายเฮอรรเคนทรนแรงมากจานวน 7 ลก (ปกต 5 ลก) นอกจากนพนททเกดพายหมนเขตรอนไดแผขยายกวางออกไปจากปกต โดยมจานวน 4 ลก ทไดกอตวและเคลอนตวทางตะวนตกของเสนแวง 135 องศาตะวนตก และมพายเฮอรรเคนทรนแรงจานวน 2 ลก ทาความเสยหายใหกบทวปอเมรกาเหนอ ดานตะวนตกของมหาสมทรแปซฟกเหนอ พายหมนเขตรอนทเกดขนในบรเวณนในป 2540 มรปแบบและลกษณะทผดปกตมาก โดยเฉพาะบรเวณดานตะวนออกของประเทศฟลปปนส กลาวคอ พายมกจะมเสนทางการเคลอนตวขนไปในแนวทศเหนอมากกวาทจะเคลอนมาทางตะวนตกผานประเทศฟลปปนสลงสทะเลจนใต จงทาใหพายทพดผานประเทศฟลปปนสลงสทะเลจนใตมจานวนนอยกวาปกตมาก ขณะทมพายไตฝนจานวน 2 ลกเคลอนเขาสประเทศญปนเรวกวาปกตในเดอนมถนายน สาหรบประเทศจนฤดพายหมนเขตรอนเกดลาชามาก และเปนกรณทเกดไดนอยทมพายหมนเขตรอน (พายไตฝน “ลนดา”) เคลอนผานปลายแหลมญวนและภาคใตของประเทศไทยในตอนตนเดอนพฤศจกายน 2540 ซงพายลกนไดกอใหเกดความสญเสยทงชวตและทรพยสนของทางใตของเวยดนามเปนอยางมาก จากการทจานวนพายหมนเขตรอนเคลอนผานประเทศฟลปปนสมนอย


หนา 24

จงทาใหฟลปปนสประสบกบความแหงแลง และยงสงผลถงประเทศใกลเคยงเชนเวยดนามและไทยดวย เนองจากพายทเคลอนผานฟลปปนสจะมโอกาสเคลอนเขาสเวยดนามและไทยไดในเวลาตอมา หลาย ๆ ลกษณะทกลาวมากไดเกดขนในชวงปเอลนโญ 2525 – 2526 ซงชใหเหนถงความเปนไปไดอยางสงวารปแบบการเกดของพายหมนเขตรอนในป 2540 เกยวของกบการขยบตวไปของการหมนเวยนของอากาศในภมภาคน ซงสมพนธกบปรากฏการณเอลนโญผลกระทบจากปรากฏการณเอลนโญ ในป พ.ศ. 2541 (ชวงเดอนมกราคม – มนาคม) ภมภาคทมอณหภมสงหรอฝนนอยกวาปกต เอเชยตะวนออกเฉยงใต บรเวณเอเชยตะวนออกเฉยงใต ไดแก ประเทศไทย พมา ลาว เวยดนาม เขมร มาเลเซย สงคโปร อนโดนเซยและบรไน มอณหภมสงกวาคาปกตตลอดทงชวง 3 เดอน พรอมกบมฝนตากวาคาปกตบรเวณประเทศไทย มาเลเซย อนโดนเซย บรไนและฟลปปนส ทวปออสเตรเลย บรเวณดานตะวนออก ตะวนตก และบางพนททางตอนกลางของออสเตรเลยไดรบฝนตากวาคาปกตคอนขางมากในชวงมกราคม – มนาคม สงผลใหเกดการขาดแคลนนาโดยเฉพาะตามบรเวณชายฝงดานตะวนออกเฉยงใตของประเทศ เอเชยตะวนออก ดานตะวนออกของประเทศจนตอเนองถงประเทศเกาหลเหนอและใตรวมทงประเทศญปน มอณหภมสงกวาคาปกตในเดอนกมภาพนธ – มนาคม ตอนเหนอของอเมรกาใต มอณหภมสงและฝนตากวาคาปกตตลอดทงชวง ตอนใตของแอฟรกาตะวนตก ชวงเดอนกมภาพนธ – มนาคม มอณหภมสงและฝนตากวา คาปกต เกาะมาดากสการชวงเดอนกมภาพนธ - มนาคม มอณหภมสงและฝนตากวาคาปกต ยโรปตะวนตก มอณหภมสงและฝนตากวาคาปกตในเดอนกมภาพนธ – มนาคมภมภาคทม อณหภมตาหรอฝนมากกวาปกต อรกวยและอารเจนตนา มอณหภมตากวาปกตและมฝนตกหนกในประเทศอรกวยตอเนองถงทางเหนอของอารเจนตนาในเดอนมกราคม สวนเดอนกมภาพนธมอณหภมตาและฝนตกหนกทางเหนอของอารเจนตนา สหรฐอเมรกา ในเดอนมกราคมมฝนตกหนกทางดานตะวนออกลงไปถงทางใตของประเทศ และในเดอนกมภาพนธ – มนาคม บรเวณฝนหนกไดเพมพนทขนคอ พาดจากทางตะวนตก ทางใต ไปถงทางตะวนออก


หนา 25

ลานญา ความหมายของลานญา ลานญา มชอเรยกตาง ๆ กนหลายชอ เชน นองของเอลนโญ (El Niño’s sister) สภาวะตรงขามเอลนโญ (anti–El Niño หรอ the opposite of El Niño) สภาวะทไมใชเอลนโญ (non El Niño) และฤดกาลทอณหภมผวนาทะเลเยน (season with cold SSTs) เปนตน (Glantz, 2001) แตทงหมดไมวาชอใดจะมความหมายเดยวกน คอ ปรากฏการณทกลบกนกบเอลนโญ กลาวคอ อณหภมผวนาทะเลบรเวณตอนกลางและตะวนออกของแปซฟกเขตศนยสตรมคาตากวาปกต เนองจากลมคาตะวนออกเฉยงใตมกาลงแรงมากกวาปกต จงพดพาผวนาทะเลทอนจากตะวนออกไปสะสมอยทางตะวนตกมากยงขน ทาใหบรเวณดงกลาวซงเดมมอณหภมผวนาทะเลและระดบนาทะเลสงกวาทางตะวนออกอยแลวยงมอณหภมและระดบนาทะเลสงขนไปอก ปรากฏการณลานญาเกดขนไดทก 2 – 3 ป และปกตจะเกดขนนานประมาณ 9 – 12 เดอน แตบางครงอาจปรากฏอยไดนานถง 2 ป การเกดลานญา ปกตลมคาตะวนออกเฉยงใตในมหาสมทรแปซฟกเขตรอนหรอแปซฟกเขตศนยสตรจะพดพานาอนจากทางตะวนออกของมหาสมทรไปสะสมอยทางตะวนตก ซงทาใหมการกอตวของเมฆและฝนบรเวณดานตะวนตกของแปซฟกเขตรอน สวนแปซฟกตะวนออกหรอบรเวณชายฝงประเทศเอกวาดอรและเปรมการไหลขนของนาเยนระดบลางขนไปยงผวนาซงทาใหบรเวณดงกลาวแหงแลง สถานการณเชนนเปนลกษณะปกตเราจงเรยกวาสภาวะปกตหรอสภาวะทไมใชเอลนโญ (รปท 1.12) แตมบอยครงทสถานการณเชนนถกมองวาเปนไดทงสภาวะปกตและลานญา


หนา 26

รปท 1.12 สภาวะปกต (ทมา : RMEL/NOAA)

อยางไรกตามเมอพจารณารปแบบของสภาวะลานญา (รปท 1.13) จะเหนไดวาปรากฏการณลานญามความแตกตางจากสภาวะปกต (Glantz, 2001) นนคอ ลมคาตะวนออกเฉยงใตทพดปกคลมเหนอมหาสมทรแปซฟกเขตรอนมกาลงแรงมากกวาปกตและพดพาผวนาทะเลทอนจากตะวนออกไปสะสมอยทางตะวนตกมากยงขน ทาใหบรเวณแปซฟกตะวนตก รวมทงบรเวณตะวนออกและตะวนออกเฉยงใตของเอเชย ซงเดมมอณหภมผวนาทะเลสงกวาทางตะวนออกอยแลวยงมอณหภมนาทะเลสงขนไปอก อณหภมผวนาทะเลทสงขนสงผลใหอากาศเหนอบรเวณดงกลาวมการลอยตวขนและกลนตวเปนเมฆและฝน


หนา 27

รปท 1.13 สภาวะลานญา (ทมา : RMEL/NOAA) สวนแปซฟกตะวนออกนอกฝงประเทศเปรและเอกวาดอรนนขบวนการไหลขนของนาเยนระดบลางไปสผวนา (upwelling) จะเปนไปอยางตอเนองและรนแรง อณหภมทผวนาทะเลจงลดลงตากวาปกต เชน ลานญาทเกดขนเมอ พ.ศ. 2531 – 2532 อณหภมผวนาทะเลบรเวณดงกลาวตากวาปกตประมาณ 4 oซ. (รปท 1.14)

รปท 1.14 อณหภมผวนาทะเลทแตกตางปกตในรปแบบของสภาวะลานญาสถตการเกดปรากฏการณลานญา

ในระยะ 50 ปทผานมา (ตงแต พ.ศ. 2494 – 2543) มปรากฏการณลานญาเกดขน 9 ครง ดงน


หนา 28

พ.ศ. ความรนแรงของลานญา พ.ศ. ความรนแรงของลานญา

2497 - 2499 รนแรง 2531 – 2532 รนแรง

2507 – 2508 ปานกลาง 2538 – 2539 ออน

2513 – 2514 ปานกลาง 2541 – 2544 รนแรงในฤดหนาว พ.ศ. 2541 – 2542 และ 2542

– 2543 ปานกลางในชวง พ.ศ.

2543 - 2544

2516 – 2519 รนแรง

2526 – 2527 ออน

2527 – 2528 ออน

แหลงขอมล : CPC/NCEP/NOAA

ผลกระทบของลานญา จากการทปรากฏการณลานญาเปนสภาวะตรงขามของเอลนโญ ดงนนผลกระทบของลานญาจงตรงขามกบเอลนโญ กลาวคอ ผลจากการทอากาศลอยขนและกลนตวเปนเมฆและฝนบรเวณแปซฟกตะวนตกเขตรอนในชวงปรากฏการณลานญา ทาใหออสเตรเลย อนโดนเซย และฟลปปนสมแนวโนมทจะมฝนมากและมนาทวม ขณะทบรเวณแปซฟกเขตรอนตะวนออกมฝนนอยและแหงแลง นอกจากพนทในบรเวณเขตรอนจะไดรบผลกระทบแลว ปรากฏวาลานญายงมอทธพลไปยงพนทซงอยหางไกลออกไปดวย โดยพบวาแอฟรกาใตมแนวโนมทจะมฝนมากกวาปกตและมความเสยงตออทกภยมากขน ขณะทบรเวณตะวนออกของแอฟรกาและตอนใตของอเมรกาใตมฝนนอยและเสยงตอการเกดความแหงแลง และในสหรฐอเมรกาชวงทเกดปรากฏการณลานญาจะแหงแลงกวาปกตทางตะวนตกเฉยงใตในชวงปลายฤดรอนตอเนองถงฤดหนาว บรเวณทราบตอนกลางของประเทศในชวงฤดใบไมรวง และทางตะวนออกเฉยงใตในชวงฤดหนาว แตบางพนททางตอนเหนอและตะวนออกมฝนมากกวาปกตในชวงฤดหนาว สวนผลกระทบของลานญาทมตอรปแบบของอณหภมปรากฏวาในชวงลานญาอณหภมผวพนบรเวณเขตรอนโดยเฉลยจะลดลง และมแนวโนมตากวาปกต ในชวงฤดหนาวของซกโลกเหนอทางตะวนตกเฉยงเหนอของมหาสมทรแปซฟกบรเวณประเทศญปนและเกาหลมอณหภมตากวาปกต ขณะททางตะวนตกเฉยงใตของมหาสมทรรวมถงพนททางตะวนออกเฉยงเหนอของออสเตรเลยมอณหภมสงกวาปกต สวนทางตอนเหนอของสหรฐอเมรกาตอเนองถงตอนใตของ


หนา 29

แคนาดามอากาศหนาวเยนกวาปกต แสดงใหเหนผลกระทบจากปรากฏการณลานญาในชวงฤดหนาวและฤดรอนของซกโลกเหนอ

ผลกระทบของลานญาตอปรมาณฝนและอณหภมในประเทศไทย จากการศกษาสภาวะฝนและอณหภมของประเทศไทยในปเอลนโญ โดยใชวธวเคราะหคา composite percentile ของปรมาณฝน และ composite standardized ของอณหภมในปเอลนโญ จากขอมลปรมาณฝนและอณหภมรายเดอน ในชวงเวลา 50 ป ตงแต พ.ศ. 2494 ถง 2543 พบวา ในปลานญาปรมาณฝนของประเทศไทยสวนใหญสงกวาปกต โดยเฉพาะชวงฤดรอนและตนฤดฝนเปนระยะทลานญามผลกระทบตอสภาวะฝนของประเทศไทยชดเจนกวาชวงอน และพบวาในชวงกลางและปลายฤดฝนลานญามผลกระทบตอสภาวะฝนของประเทศไทยไมชดเจน สาหรบอณหภมปรากฏวาลานญามผลกระทบตออณหภมในประเทศไทยชดเจนกวาฝน โดยทกภาคของประเทศไทยมอณหภมตากวาปกตทกฤด และพบวาลานญาทมขนาดปานกลางถงรนแรงสงผลใหปรมาณฝนของประเทศไทยสงกวาปกตมากขน ขณะทอณหภมตากวาปกตมากขน

1.7 ความหนาแนน ความหนาแนนของนาทะเลคานวณจากความเคม อณหภม และความดนของมวลนานน 75% ของนาในมหาสมทรมความหนาแนนอยระหวาง 1026.4-1028 kg/m3 เราสามารถใชคาความหนาแนนเปนคาคงทกรณศกษาบางอยาง เชน การไหลเวยนของนาในแนวราบในมหาสมทร แตในบางกรณเรากตองใชความหนาแนนนาทตางคากน เชน ศกษาการแบงชนนา มวลนา การไหลเวยนของนาในแนวดง สมการความหนาแนนของนาทะเล (Equation of State) เนองจากการตรวจวดความหนาแนนของนาทะเลมวธการทละเอยดออน จงหนมาใชการคานวณจากสมการแทน สมการทใชจะงายหรอซบซอนขนอยกบความตองการใชงานของเรา 1) ตองการความหนาแนนของนาทะเลคงท 1 คาสาหรบนาทะเล (zero order,

homogeneous ocean) ใชคาอณหภมนา 2 C ความเคม 35 psu ความดนระดบผวนา จะไดความหนาแนนของนา 1028 kg/m3 2) ความหนาแนนของนาทะเลทมความถกตองพอสมควรโดยใชสมการเชงเสนอยางงาย

pkSSbTTa )()( 000 เปนการคานวณความหนาแนนนาจากคาโดยเฉลย ไดความถกตอง 0.5 kg/m3 คาตางๆ ทใชคอ


หนา 30

0 = 1027 kg/m3, 0T = 10 C, 0s = 35 psu,

a = -0.15 kg/m3 ตอองศาเซลเซยส

b = 0.78 kg/m3 ตอ ppt ความเคม

k = 4.5 x 10-3 kg/m3 ตอเดซบาร 3) สมการสมบรณของ United Nation Educational Science and Cultural Organization Technical Papers in Marine Science, No. 40, 1982 เปนสมการไมเชงเสน (nonlinear) ไดจากการลากกราฟผานขอมลจากการตรวจวดใหมความผดพลาดนอยทสด ไมไดจากทฤษฎเหมอนสมการสาหรบมวลอากาศ

รป 1.15 สมประสทธของ (a) การขยายตวเนองจากอณหภม (b) การหดตวเนองจากความเคม (c) และการบดอดเนองจากความดน ความเคม และอณหภม เสนทบเปนคาทความดนผวนา เสนประเปนคาทความดน 4000 เดซบาร (ประมาณ 4000 เมตร) (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 31

สมประสทธทเปลยนแปลงมากทสดเกยวของกบการขยายตวเนองจากความรอน (thermal

expansion) โดยคาสมประสทธของการขยายตวเปน 0 ทอณหภม 4 C (นาหนาแนนทสด)อณหภมสงกวาหรอตากวานจะมสมประสทธเพมขน (ทาใหมวลนาขยายตว)คณสมบตนาทเกยวของกบอณหภมคอจดเยอกแขงและจดความหนาแนนสงสด ซงสมพนธกบความเคมดวยโดยคาลดลงเมอความเคมเพมขน แตจดความหนาแนนสงสดจะลดลงเรวกวาจดเยอกแขง กราฟของจดสองจดนตดกนทความเคม 24.7 psu ถานาเคมนอยกวา 24.7 psu เมออณหภมนาถงจดทมความหนาแนนมากทสด นาชนบนจะจมตวลง ดนนาดานลางขนมาจนนาทงหมดมอณหภมทนามความหนาแนนทสด หากนาทผวเยนตวลงกวานมนจะเบากวานาดานลาง มนจงสามารถลอยอยขางบนจนถงจดเยอกแขงนาจะกลายเปนนาแขงเฉพาะผวบน ถานาเคมมากกวา 24.7 psu เมอนาชนบนเยนลงถงจดเยอกแขงมนจะหนกกวานาดานลางนาดานบนกจะจมตวสเบองลางเชนกน จนนาทงคอลมนถงจดเยอกแขง พอนาชนบนเปนนาแขงและอณหภมลดลงอก มนจะหนกกวานาเคมขางลางกจะจมตวลงผลกนาขางลางขนมากลายเปนนาแขง สดทายแลวนาจะเปนนาแขงทงคอลมนความเคมทาใหความจความรอนของนาทะเลเพมขน 5% และความเรวของเสยงเพมขน 4%

รป 1.16 เสนแสดงอณหภมทมความหนาแนนสงสด ( T )และอณหภมทเปนจดเยอกแขง ( fT ) สาหรบนาทความเคมตางๆ กน (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 32

สญลกษณของความหนาแนนและความสงพลศาสตร (dynamic height) ความหนาแนนของนาทะเลจะเกยวของกบกระบวนการตางๆ ในทะเล นกวทยาศาสตรจะใชสญลกษณหลายประเภทเพอแสดงความหนาแนนหลากหลายชนด เนองจากความหนาแนนของนาทะเลมคาสงกวา 1000 kg/m3 เลกนอย จงลดแรงงานโดยการละ 1000 ไวในฐานทเขาใจ ดงนนจงบอกความหนาแนนนาโดยใชอกษรกรกตวเลก “sigma”

1000,, pTS โดย มหนวยเปน kg/m3 เชน 40.26 ,40.1026 ความหนาแนนนาทไมมตวหอยหมายถงใชคาตามทมนอย (in situ) ปกตเราตองการใชคาความหนาแนนทผวนา 2000 หรอ 4000 เดซบาร (เมตร)

10001000

1000

4000,,4

2000,,2

0,,

TS

TS

TSt

บางทเรากใชสวนกลบของความหนาแนนนา (เปลยนตวหารใหเปนตวคณในสมการ) เรยกเทอมนวา

specific volume, /1 และไมคอยมใครเขยนคาเตมๆ จะเขยนเฉพาะ

)(anomaly ric thermoste )(anomaly volumespecific TS,and

0,0,350,,,

,0,35,,

TSTS

ppTS

(1.3) คา specific volume ใชในการคานวณหา dynamic height และ dynamic height anomaly โดยเรมจากสมการอทกสถต (hydrostatic equation)


หนา 33

gdzdp

gdzdp

เราใชความดนไมใชความลกเพราะวาความหนาแนนนาคานวณมากจาความดน อนทเกรตสมการแรกของ (2.5) ในชวงความดนจะได dynamic height, D มหนวยเปนพลงงานตอมวลนา 1 หนวย, Joules/kilogram (J/kg) หรอ m2/s2

2

1

p

p

dpD

dpdD

คา dynamic height ใชในการคานวณ Geostrophic Flow ในบทท 3 วธการหาคา dynamic height ตองใชคาอณหภม ความเคม และความดน มาคานวณความหนาแนนทแตละระดบความลก

(ความดน) คานวณคา specific volume แตละความลก (ความดน) แลวบวกคายอย ( p ) ระหวางความดน 2 ระดบ จะไดคา dynamic heightความแตกตางของ dynamic height ระหวางสถาน 2 แหง a และ b จะเทยบเทากบความแตกตางของความดนในแนวราบ (horizontal pressure gradient) ในชวงความดนเดยวกน

2

1

2

1

2

1

)(p

pbaba

p

pbb

p

paa

dpDD

dpD

dpD

(1.6) สมยกอนหรอปจจบนเมอตองคานวณดวยมอจงตองลดตวเลขการคานวณใหนอยลงโดยการลบคาปกตของนาทะเลออกไปใหเหลอแตคาความแตกตาง โดยใชสมการ 1.3 แทนใน 1.6 จะได

dynamic height anomaly, D


หนา 34

2

1

)(p

pbaba dpDD

ถงแมมคอมพวเตอรใชกยงคานวณวธเดมอย คณะกรรมการระหวางประเทศแนะนาใหใช geopotential และ geopotential difference แทน dynamic height และ dynamic height anomaly เพราะใหความหมายทเปนจรงกวา แตนกสมทรศาสตรยงใชคาดงเดมกนอยอณหภมเมอวดทระดบผวนา ในการคานวณความหนาแนนนาจะตองคานงถงวาจะใชอณหภมทวดได ณ ความลกของมวลนา (in situ) หรอจะใชคาอณหภมทควรจะวดไดทระดบผวนาเมอมวลนาถกนาขนมาโดยไมมการถายเทความรอนกบสงแวดลอมรอบขาง (adiabatic change) ปรมาตรนาจะขยายตวเลกนอย ทาใหอณหภมลดลงเลกนอย ในทางตรงกนขามถามวลนาถกดนลงไปยงเบองลางโดยไมถายเทความรอนกบมวลนารอบขาง ความดนนาจะทาใหอณหภมนาเพมขน

ตวอยางมวลนาทความลก 5000 เมตร วดอณหภมทความลกนนได 1.00 C มความเคม 35

psu เมอนาขนมาแบบ adiabatic จะวดคาอณหภมทผวหนาได 0.58 C ดงนน

in situ temperature (T) = 1.00 C

potential temperature () = 0.58 C

09.2807.28

t

แนวคดเรอง potential temperature มาจากกฎขอท 1 ของเทอรโมไดนามค ตารางท 1 ใชในการหา potential temperature เมอทราบอณหภม ณ ความลกนนๆ รปท 1.17 แสดงอณหภมท

เพมขนเนองจากความดน ในบรรยากาศมคา adiabatic lapse rate เทากบ 10 C/1000 เมตร ใน

นามคาเพยง 0.1 ถง 0.15 C/1000 เมตร การเพมหรอลดอณหภมตามความสงในชนบรรยากาศเมอเปลยนระดบความสงจะรนแรงกวาในมหาสมทรเปน 100 เทา


หนา 35

รปท 1.17 in situ temperature .vs. potential temperature ทเหวมนดาเนา และทสถานใน

มหาสมทรแปซฟก (17 N, 162 W) (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 36

รปท 1.18 แสดงอณหภม ความเคม และความหนาแนนนาจากการตรวจวดกลางมหาสมทรแปซฟก

(17 N, 162 W) จะเหนวาแรงบบอด (ความดน) มผลตอความหนาแนนนามาก แมเมอตดผลจากความดนออกไปจะพบวาความหนาแนนเพมขนตามความลกนาอยางชาๆ ความหนาแนนเพมขนอยางรวดเรวทระดบ 200 เมตรแรกจากผวนาอตราการเพมของความหนาแนนตามความลกเรยกวาเทยบกบความหนาแนนนาเราเรยกวาคาเสถยร ตามสมการ 2 หนวยเปนเมตร (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 37

z

Ε

1)(Stability

เปนคาวดงานทตองทาในการเคลอนมวลนาขนหรอลง ตวอยางในรปท 1.18 สมมตวาดนนาจากระดบสมดลขนไปดานบนซงมมวลนาเบากวา นาหนกตวของนากอนนนจะทาใหมนขยบลงมาขางลางจนเลยจดสมดล จะมแรงลอยตวเนองจากนากอนนเบากวามวลนารอบขาง (buoyant force) กจะดนมวลนาใหลอยขนไปจนเลยจดสมดลไปอก ถาไมมแรงเสยดทานมวลนากอนนกจะเคลอนทขนลงทความถคงทและแอมปลจดของการขจดคงท ถาความแตกตางของความหนาแนนตามความลกมากจะตองใชแรงมากขนในการขยบนาใหถงระดบเดยวกบกรณแรก แตความถของการกระเพอมจะเรวกวาเพราะนาหนกตวของมวลนาและแรงลอยตวจะมมากกวา จะใชอณหภม ณ ความลกเรมตนในการคานวณความเสถยรไมไดเพราะมวลนามการหดตวเมอจมลงและขยายตวเมอลอยตวทาใหอณหภมเปลยนไปถงแมจะไมมากเทาเมอคดถงแรงบบอดตามปกต อณหภมนาจะเพมขน(เลกนอย)เมอขยบลงและลดลงเลกนอยเมอขยบขน ดงนนจงควรใชอณหภมนาทไมมแรงบบอดมาเกยวของ คอ potential temperature

z

E 1

เปนความหนาแนนนาทเปนฟงกชนของ S และ กยงไมเปนสมการทแมนตรง (Exact) เพราะแรงบบอดยงขนกบอณหภมดวย สมการสมบรณคอ

2

1c

g

zE

นกสมทรศาสตรจะใชพารามเตอรอกตวเปนตววดความเสถยรของคอลมนนา เรยกวา ความถ Brunt-Väisälä ตามรป 2.5 แรงลอยตวจะสมพนธกบระยะหางจากจดสมดล เหมอนกบลกตมแกวงปลายเชอกหรอสปรง ถาอตราการเปลยนแปลงความหนาแนนนาตามความลกสงจะทาใหมวลนากระเพอมดวยคาบเวลาทสนลง (ความถสงขน) ความถในการแกวงคานวณจากสมการ


หนา 38

2/1)( ,2gEN

NTN

N คอความถ Brunt-Väisälä คาบเวลาทสนทสดทพบในมหาสมทรคอ 1 นาทเทากบคาความเสถยร E = 10-3 m-1 ในทะเลลกซงมคาความเสถยร 10-7 ถง 10-8 m-1 คาบการแกวงอยในชวง 3 ถง 5 ชวโมง ถามวลนาเสถยรอยางเปนกลาง (potential temperature คงทตามความลก) คาบเวลาเปนอนนต (ไมมการแกวงตว) ผลจากการทนาในมหาสมทรแบงชน

ตวอยางการใชการแบงชนของนาในการศกษากระบวนการในมหาสมทร

รปท 1.19 แสดงพลงงานศกยของนาทมการแพรกระจายของความหนาแนนนา

ตามความลกตาง ๆ กน (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 39

การผสมผสานของนาในแนวดง ใชในการคานวณพลงงานศกยของมวลนา ตามรปท 1.19 แสดงพลงงานศกยของนาทมการแพรกระจายของความหนาแนนนาตามความลกตางๆ กน

รป (a) นามความหนา z ผสมผสานกนดมควาหนาแนนเฉลย ตลอดเวลา พลงงานศกย

เทากบความดน ( gz ) คณกบความสงของจดศนยกลางของมวลจากระดบอางอง ( 2/z ) จะได

เทากบ 2/2gz ในกรณ (b) จะซบซอนขนมากเพราะความหนาแนนนาเปลยนตามความลก พลงงานศกย

เทากบ 3/22/2/ 222 gzgzgz และในกรณ (c) นาแบงเปน 2 ชนจะม

พลงงานศกยเทากบ 4/2/ 22 gzgz

จะเหนไดวานาทผสมผสานกนดจะมพลงงานศกยสงทสด พลงงานในการผสมผสานจะไดมาจากแรงเฉอนเนองจากลม และยงไดจากความปนปวนจากการไหลของนา ในนาลกถงแมความหนาแนนนาไมเปลยนแปลงตามความลกมากนกแตเนองจากไมมแรงทจะมากวนนาใหผสมกน ดงนนการผสมผสานของนาลกจงคอนขางจากด การผสมผสานของนาในแนวราบ นาทมความหนาแนนเทากน(ถงแมคนละมวลกน) จะผสมผสานกนไดดกวาการผสมในแนวดง การผสมของนาทมความหนาแนนเทากนไมมแรงเสยดทานเหมอนกบของเหลวในอดมคต ในการคานวณการไหลเวยนและแพรกระจายจะมคาสมประสทธ eddy viscosity (สาหรบการสงผานโมเมนตม=การไหลของนา) และ eddy diffusivity (สาหรบการแพรกระจายของสารละลายหรอสารแขวนลอยในนา) ทงในแนวดงและแนวราบ สดสวนคาสมประสทธในแนวราบตอแนวดงประมาณ 108 กลาวคอการสงผานโมเมนตมปรอการผสมผสานของสารละลายในแนวราบเรวกวาแนวดง 100 ลานเทา แหลงพลงงานจลนจากการแบงชนของนา ถาเกดความลาดเอยงของเสนพลงงานศกยหรอความดนเทยบกบแนวระนาบ (ของ geoid, gravity) จะเปนชนวนใหเกดการไหลเวยนของนา (geostrophic flow) ซงเปนพลงงานจลน


หนา 40

รปท 1.20 นาในมหาสมทรแบงเปน 2 ชน (a) รอยตอระหวางชนนาเอยงจะทาใหเกดการไหลของนา (b) มวลนาเสถยรไมเกดการไหลเวยน (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

T-S Diagram เปนการเปรยบเทยบมวลนาโดยดจากกราฟอณหภม-ความเคมและความหนาแนนของนา (รปท 1.21) เสนความหนาแนนนาไมเปนเสนตรงเพราะมความสมพนธแบบ

nonlinear ตองสงเกตวาพลอตโดยใช ,,, tT จดสงเกตคอในนาระดบบนจะมการแบงชนอยางชดเจน เสน T-S จะผานเสนความหนาแนนนาหลายเสน สวนในนาระดบลางจะมคาความหนาแนนนาคอนขางเปลยนแปลงชามาก แสดงวาการแบงชนนาไมรนแรง


หนา 41

รปท 1.21 T-S Diagram ของขอมลจากสถานในมหาสมทรแอตแลนตก ตวเลขตดเสน T-S คอความ ลกทกๆ 100 เมตร (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 42

รปท 1.22 แสดงเสนความหนาแนนทระดบผวนา ( t )และทระดบ 4000 เดซบาร ( 4 ) จะเหนความแตกตางของความหนาแนนนาชดเจน โดยทวไปเราพลอตขอมลทงหมดบนกราฟแผนเดยว ควร

ใช , (ทมา KNAUSS, J.A.1978.) 1.8 เสยงและแสงในมหาสมทร

มหาสมทรเปนตวกลางทรงสแมเหลกไฟฟาผานไปไดนอยมาก รงส 100 เปอรเซนตทผวนาจะเหลอไมถง 1 เปอรเซนตทความลก 100 เมตร ในทางตรงกนขามมหาสมทรเปนตวกลางทดสาหรบเสยงในอากาศ สามารถใชเสยงสาหรบการสอสารใตนา ตดตามหาเรอดานา วดความลกของนา ความหนาของตะกอนทองนา หาฝงปลา และสงเกตกระบวนการทางสมทรศาสตร ใชในเครองมอสาหรบการสงและรบเสยงใตนาหรอตดตามทนลอยใตนา แตมขอดอยคอเครองมอจะมขนาดใหญ ใชพลงงานสง นยามสาหรบเสยงใตนา ความเขมของเสยง เสยงเดนทางโดยการบบและขยายของตวกลางสลบกนไป ความเขมของ

เสยงจะสมพนธกบการกระเพอมของแรงดนนา p ซงใกลเคยงกบแรงดนอทกสถตตามสตร

c

p

c

pI

22


หนา 43

เมอ คอความหนาแนนเฉลย และ c คอความเรวของเสยงในนา ความเขมของเสยงพลงงานตอพนทตอเวลา หรอวตตตอตารางเมตร พลงงานเสยงเคลอนทดวยความเรวเทากบเสยง แรงดนของเสยงมคาตงแต 10-3 N/m2 ซงตากวาทหจะไดยน ถง 105 N/m2 ซงเทากบแรงดนบรรยากาศ ระดบความดงของเสยง(เดซเบล) เสยงมความดงในชวงกวางมาก เราวดความดงของเสยงโดยเทยบกบระดบความดงอางองของเสยงตามสตร

Ilog10log20log10SL

refref p

p

I

I

ความดงของเสยงเปนลอการทมหรอเลขฐานสบ หนวยของความดงเปนเดซเบล(เพราะคณอตราสวนดวยสบ) เสยงดงเพมขนเทาตวจะเทากบระดบความดงของเสยงดงขน 3 dB และเสยงดงขน 10 เทาจะเทากบระดบความดงของเสยงเพมขน 10 dB ความดงอางองของเสยงในบรรยากาศและนาจะไมเทากน และความดงอางองของเสยงในนากมการเปลยนแปลงเมอไมกสบปมาน ความดงของเสยงอนเดยวกนจะใหคาระดบความดงของเสยงไมเทากนขนกบวาใชคาอางองตวไหน ตารางท 1.2 แสดงระดบความดงของเสยงทมแรงดนเทากนคอ 1 ปาสกาล(Pa) สาหรบคาอางองในบรรยากาศ ในนา

แบบเกาและแบบใหม ระดบความดงอางองของเสยงในนาแบบใหมคอ 1 ไมโครปาลกาล (Pa) หรอ 1 x 10-6 N/m2 โดย 1 ปาสกาลเทากบ 1 นวตน/ตารางเมตร ระดบความดงของเสยงในทะเลจากคาอางองใหมจะดงกวาคาอางองเดม 100 dB

ตารางท 1.2 ระดบความดงของเสยงเปนเดซเบลซงขนกบแรงดนอางอง

Pref (Pa) p(Pa) SL (dB)

บรรยากาศ 20 1 94 นา (อางองเกา) 1 x 105 1 20 นา (อางองใหม) 1 1 120

ความถของเสยง ความถเปนตววดความทมความแหลมของเสยง หคนเราจะไดยนเสยงแหลมในความถ 15,000 ถง 18,000 เฮรตซ (Hz) และทมไดตา 20 ถง 50 Hz โดยท 1 Hz เทากบ 1 รอบตอวนาท สมมตใหความเรวของเสยงในนาเทากบ 1500 เมตรตอวนาท และความเรวของเสยงเทากบความยาวคลนหารดวยคาบเวลา (หรอคณดวยความถ) ดงนนความยาวของคลนเสยงในนาขนกบความถเปนดงน


หนา 44

ความถ (Hz) 102 103 104 105 ความยาวคลน 15 m 1.5 m 15 cm 1.5 cm ความเรวของเสยงในนา : ชองเสยงในนาลก ความเรวของเสยงเฉลยในนาเทากบ 1500 เมตรตอวนาท ความเรวของเสยงแปรผนโดยตรงกบแรงดน ความเคม และอณหภมของนาตามสตร

ZSTTTTc 017.0)35)(012.039.1(003.055.06.41449 32 เมอ c คอความเรวเสยงในหนวย m/s, T คออณหภมในหนวยเซลเซยส, S คอความเคมในหนวย psu และ Z คอความลกหรอแรงดนในหนวยเดซบาร ความเรวเสยงเปลยนตามความลกนา ความเรวเสยงจะลดลงอยางรวดเรวในชน thermocline ใตจากนนลงไปความเรวเสยงจะเพมขนเพราะแรงดนของนา ความเรวเสยงมคามากในนาชนบน ใตนาชนบนลงมาความเรวเสยงจะตากวานาชนบน ถอเปนชองเสยง(จากใตผวนาลงมาถงทองทะเล) เสยงจะหกเห แลวถกดกและสงผานเสยงไปไดรอบโลกในชองเสยง

รปท 1.23 ความเรวเสยงตามความลกในทะเลจะขนกบอณหภมและแรงดนของนาเปนหลก ความเคมมอทธพลตอความเรวเสยงนอยยกเวนบรเวณมหาสมทรอารคตก รปซายเปนความเคมและ


หนา 45

อณหภมตามความลกในมหาสมทรแปซฟก รปกลางเปนการเปลยนแปลงความเรวของเสยงเนองจากแรงดน อหภม และความเคมของนา ความเรวเสยงลดลงอยางรวดเรวในชน thermocline รปขวาสดเปนความเรวเสยงตามความลก ชองเสยงคอบรเวณทเสยงมความเรวตา แกนของชองเสยงคอระดบความลกทเสยงมความเรวตาทสด (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

รปท 1.24 รงสของเสยงในชองเสยง แหลงกาเนดเสยงในอดมคตคอเสยงถกปลอยทแกนของชองเสยงดวยมมจากแกนชองเสยงตางๆ กน เสยงมกจะหกเหอยในชองเสยงโดยวงไปไมถงผวนาหรอทองทะเล ในสภาพจรง ความปนปวนของเสยงเนองจากการเปลยนอณหภมหรอความเคมในระดบจลภาคทาใหพลงงานเสยงกระเจงไปจากชองเสยงได ตวเลขบอกมมของเสยงททากบแกนชองเสยงขณะเสยงถกปลอยออกไป (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

การลดลงของความเขมเสยงในระหวางการเดนทาง เสยงเมอออกจากแหลงกาเนดจะเดนทางไปทกทศทกทางเปนทรงกลม หากเสยงไมมการสญเสยเพราะดดกลนหรอกระเจงในระหวางการเคลอนท ความเขมของเสยงจะลดลงตามระยะทางยกกาลงสอง


หนา 46

2

20

0

0022 44

R

R

I

I

IRIR

แปลงเปนระดบความเขมของเสยงไดเปน

RSSSL

R

RII

log20

log20log10log100

0

เทอม Rlog20 เรยกวาการลดลงของความเขมเสยงในระหวางการเดนทาง (transmission loss, TL) เสยงทเคลอนทไปถงทองทะเลจะทะลลงไปใตทองทะเล บางสวนจะสะทอนกลบซงความเขมของเสยงจะแผกระจายเปนทรงกลมเชนกน ถาทองทะเลสะทอนเสยงทกระทบทงหมด ความเขมของเสยงทปลอยจากแหลงกาเนด (SS) และความเขมเสยงทเหลอ (SL) เทากบ

RSSSL

RRSSSL

log40log20log20

ตวอยางระดบความเขมของเสยงทระยะ 1 เมตรจากแหลงกาเนดเทากบ 100 dB ระดบความเขมของเสยงทเหลอหลงจากเดนทางไป-กลบในนาลก 2000 เมตรจะเทากบ –32 dB เนองจากวตถแตละอยางจะสะทอนเสยงไดดไมเทากน ทองทะเลทเปนทรายแนนจะสะทอนไดดกวาทองทะเลทเปนเลนออน ฝงปลาขนาดใหญสะทอนไดดกวาฝงปลาขนาดเลก รปรางของวตถบางแบบจะสะทอนมากกวาจะทาใหกระเจง ในสมการความเขมของเสยงจงเพมเทอมขนมาอกเทอมคอกาลงในการสะทอนของวตถ (target strength, TS)

TSRSSSL log40 คา TS ไดจากการตรวจวดจรงในสนาม จากตวอยางแหลงกาเนดเสยงทมความเขม 100 dB เมอเดนทางกระทบวตถทมกาลงในการสะทอน –5 dB จะทาใหเหลอความเขมของเสยงหลงจากเดนทาง


หนา 47

ไป-กลบความลกนา 2000 เมตร เพยง –37 dB ซงเทยบเทากบแรงดน 1.4 x 10-2 Pa สาหรบเสยงทเดนทางในระยะทางไกลๆ ความเขมของเสยงลดลงจากการแผออกเปนแผนทรงกระบอกกลม การลดลงของเสยงจะอยในมตเดยวคอตามระยะทาง ดงนนการลดลงของความเขมเสยงเปนดงน

เดนทางทางเดยว RSSSL log10

เดนทางไป-กลบ TSRSSSL log20

ดงนนการลดลงของความเขมเสยงจะขนกบระยะทางทเสยงเดนทางกบความลกนา ในระยะทางสนๆ การลดลงของเสยงจะเปนทรงกลม(3 มต) ถาในระยะทางไกลๆ เสยงทเดนทางกระทบผวนาหรอทองทะเลจะหกเหกลบเขาไปในชองเสยงจงไมมการสญเสยกาลงของเสยงจะเปนแผนกระบอกกลม (มตเดยว)


หนา 48

รปท 1.25 (a) ความเขมของเสยงในการแผแบบทรงกลมจะลดลงตามระยะทางยกกาลงสอง (b) ความเขมของเสยงในการแผแบบแผนทรงกระบอกลดลงตามระยะทาง (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

การดดกลนและการกระเจง ความดงของเสยงจะลดลงไปจากการดดกลนและการกระเจงภายในมหาสมทร เราจะเรยกวาการลดทอนของเสยง (attenuation) การดดกลนเกดจากคณสมบตของโมเลกลนาเองและการดดกลนแปรผนโดยตรงกบความถยกาลงสอง การกระเจงเกดจากการทนาในมหาสมทรไมไดเปนเนอเดยวกนทงหมด เชนอณหภมนาเปลยนแปลงในระดบจลภาค มฟองอากาศ แพลงตอน หรอสารแขวนลอยอนๆ การกระเจงจะสาคญในชวงความถตาๆ และเมอใกลผวนา โดยทวไปเราจะถอวาการลดทอนของเสยงเกดจากดดกลนของโมเลกลนา เราประมาณกนวาการลดทอนของเสยงเปนไปตามกฎของเบยร (Beer’s law) ทวาการสญเสยกาลงตอหนวยความยาวแปรผนตรงกบกาลงทมอยในหนวยของเดซเบล

jReII

jIdR

dI

0


หนา 49

jRSSSL

ejRII

log10log10log10 0

เมอสมประสทธของการดดกลน ej log10j และมหนวยเปนเดซเบลตอหนงหนวยความยาว สมประสทธของการดดกลนจะแปรผนตรงกบความถยกกาลงสอง การดดกลนขนกบอณหภม ความเคม และแรงดน การดดกลนของนาจดจะนอยกวานาทะเลเมอนาทงสองมวลมอณหภมและแรงดนเทากน การดดกลนของ MgSO4 ในนาทะเลจะมผลสาหรบเสยงทมความถตากวา 100 kHz การดดกลนของกรดบอรค (B(OH)3) จะมผลสาหรบเสยงทมความถตากวา 1 kHz การกระเจงของเสยงจะเทากนทกความถและมคาประมาณ 3 x 10-3 dB/km การกระเจงจะมความสาคญสาหรบเสยงทมความถตากวา 100 Hz ตวอยางเชนการลดทอนของเสยงทมความถ 1 kHz ในนาทะเล เทากบ 0.05 dB/km (ตามรปท 1.26)

รปท 1.26 การลดทอนของเสยงตามความถในนาทะเลและนาจด การลดทอนของเสยงเกดจากการดดกลนเปนสวนใหญเมอความถเสยงมากกวา 500 Hz การกระเจงมคาคงทประมาณ 3 x 10-3 dB/km และมผลตอการลดทอนของเสยงนอยเมอเสยงมความถสงกวา 200 Hz (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 50

เสยงรบกวน (Ambient Noise) เสยงทเราไมตองการถอเปนเสยงรบกวน (noise) ทงหมด ระดบความดงของการสนทนาจะขนกบระดบเสยงรบกวนในพนท ในหองเงยบๆ เราสามารถจะคยกนเบาๆ กสามารถสอสารกนรเรองได แตในหองจดเลยงหรอทองถนนเราจะตองตะโกนจงจะไดยนกน บางครงเมอเราตงใจฟงเรากสามารถจะรบสญญาณเสยงทเราตองการไดถงแมวาเสยงนนจะเบากวาเสยงรบกวน และเราไมจาเปนตองรบสญญาณไดครบถวนจงเขาใจความหมายทงหมด ตวอยางเชน การหยงนาจะมสญญาณรบกวนมากมายปรากฏอยบนกระดาษบนทก แตเรากสามารถแยกสญญาณความลกทองนาออกมาไดเมอมสญญาณความลกนามากพอ เสยงรบกวนในมหาสมทรมาจากหลายแหลง คอ ลมเหนอผวนา เสยงนาไหลเหนอทองนา คลนแตกตว ฝนตก เสยงจากปลาในนาเชนปลาโลมาสงเสยงความถสง(ความเขมจะลดทอนอยางรวดเรว) ปลาวาฬสงเสยงความถตาออกมาซงจะไดยนไปไดระยะทางไกลๆ นอกจากนยงมเสยงจากกจกรรมของมนษย เชนเสยงเครองยนตเรอ เสยงจากเครองสง-รบสญญาณเสยงใตนา

รปท 1.27 ระดบเสยงรบกวนในมหาสมทร เสนสดาบอกลมตบนและลางของเสยงรบกวน เสยงฝนตกอยางหนกหรอเครองยนตเรออาจมระดบเสยงเกนลมตทขดไว (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 51

การหกเหและการสะทอนของเสยง เสนทางเคลอนทของเสยงเปนเสนโคงตามความเรวของเสยงทเปลยนแปลง ทศทางการเคลอนทของเสยง(หกเห) เปนไปตามกฎของสเนล (Snell’s Law)

2

1

2

1

coscos

c

c

มมมวกฤต 2

1cosc

cc

พลงงานจะหกเหเขาสชนตวกลางทมความเรวสงกวาไดหากมมตกระทบตา

กวามมวกฤต ถาความเรวของเสยงลดลง/เพมขนตามความลกนาอยางคงท

constant

dz

dc

แลว

เสนทางเคลอนทของเสยงจะเปนเสนรอบวงของวงกลมทมรศมเทากบ 0

0

cos)/( dzdc

crc

โดย

0 เปนมมทเสยงทากบแนวระนาบขณะทเคลอนทดวยความเรว 0c


หนา 52

รปท 1.28 (a) การหกเหของเสยงเปนไปตามกฎของสเนล (b) มมวกฤตททาใหพลงงานเสยงสะทอน

กลบไปทงหมด (c) เสนทางเคลอนทของเสยงเปนเสนโคงรศม cr มมตกกระทบ ( 0 ) และการเปลยนแปลงความเรวตามความลกชน thermocline ทาใหเสนทางการเลยวเบนของเสยงมลกษณะพเศษคอจะมบรเวณอบเสยงเพราะเสยงเลยวเบนไปหมดซงจะอยใตชน thermocline (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 53

รปท 1.29 เสนทางการเคลอนทของเสยงตามการเปลยนแปลงความเรวเสยงตามความลก เสยงจะเลยวลงถาความเรวเสยงลดลงตามความลก เสยงจะเลยวขนถาความเรวเสยงเพมขนตามความลก และพนทอบเสยงถามชน thermocline อยใกลผวนา (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 54

เปอรเซนตของพลงงานเสยงทสะทอนกลบไปมหาสมทรทผวนาหรอทองทะเลจะขนกบมมทเสยงตกกระทบผวรอยตอและความหนวงของเสยง (acoustic impedance) ความหนวงของเสยงคอ

ผลคณของความหนาแนนคณกบความเรวเสยง ( c ) ถาความหนวงของตวกลาง 2 ชนดแตกตางกนมากจะทาใหเสยงสะทอนกลบมากกวาทจะหกเหผานออกไป ถาความหนวงของของตวกลางเทากน

พลงงานเสยงไมมการสะทอน เปอรเซนตการสะทอนกบทะลผานสาหรบ c ของตวกลางทกาหนด

จะขนกบมมทเสยงตกกระทบผวรอยตอ ( i ) ถามมตกกระทบตาๆ พลงงานเสยงจะสะทอนไดมาก

2

1122

1122

sinsinsinsin

ti

ti

i

r

cc

cc

I

I

รปท 1.30 สดสวนของพลงงานเสยงทหกเหผานตวกลางกบพลงงานทสะทอนกลบไปขนอยกบคา

ความหนวง ( c ) และมมทเสยงตกกระทบ ( i ) c ของนาทะเลและบรรยากาศมคาแตกตางกน

มาก ดงนนเสยงจะสะทอนเกอบหมดทรอยตอระหวางนากบบรรยากาศ ในทางตรงกนขาม c ของนาทะเลกบตะกอนทองมหาสมทรมคาไมตางกนมาก เสยงจากนาสามารถทะลผานชนตะกอนแลวสะทอนกลบขนมากจากชนตะกอนลกๆ ลงไป (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 55

รปท 1.31 แหลงเสยงทมพลงงานมาก (echo sounder) สามารถทะลทองทะเลและแสดงรายละเอยดของชนตะกอนใตทองทะเล (ทมา https://encryptedtbn0.gstatic.com/images? q=tbn:ANd9GcR9VQivpn17OceRNmmuA7yBt4x0ue6UqoP3uz_iex8tLTdRZl_p)


หนา 56

แสงใตนา รงสแมเหลกไฟฟาทะลลงไปในมหาสมทรไดนอยมากยกเวนในชวงแสงทตามองเหนได แมกระนนกตามใตความลก 300 เมตรจะไมเหลอแสงจากผวนา จะมแตการเรองแสงของสงมชวต การลดทอนของแสง เปนไปตามกฎของสเนล

)(

1

2 12 zze

เมอ คอฟลกซของพลงงานแสง (irradiance) ทไดรบในแนวตงฉากกบแนวราบทความลก z2 และ z1 ตามลาดบ หนวยของฟลกกซคอพลงงานตอหนวยพนทตอเวลา หรอวตตตอตารางเมตร การลดทอนของแสงขนกบการกระเจงและการดดกลนแสง การดดกลนแสงคอการเปลยนเปนพลงงานความรอน การดดกลนและกระเจงจะแปรตามความยาวคลน การดดกลนแสงจะมมากในบรเวณทมสงมชวตในนาหรอมซากพชซากสตวแขวนลอยอยในนา การกระเจงจะสงสาหรบแสงทมความยาวคลนตา แสงสนาเงนกระเจงไดดกวาแสงสแดง เราจงเหนนาทะเลเปนสนาเงน (เชนเดยวกบทองฟาเปนสนาเงน เรยกวา Rayleigh effect)

รปท 1.32 การสงผานแสงในนาไดดทสดในชวงแสงทตามองเหนได นอกชวงนแสงจะถกดดกลนอยางรวดเรว (ทมา http://th.orphek.com/about/about-corals/)


หนา 57

การหกเหของแสง เมอแสงผานรอยตอระหวางตวกลางจะเกดการหกเหตามกฎของสเนล ดชนการหกเหของแสงระหวางผวนากบอากาศคอ 1.34 เมอถายรปใตนา หรอสวมแวนตาวายนาเราจะเหนวตถอยใกลกวาและเหนปลาตวใหญกวาความเปนจรง และมองจากในนาทะลขนไปในบรรยากาศจะเหนวตถสงกวาความเปนจรง และจะเหนภาพชดเจนสาหรบวตถทอยในกรวยของมม 48 องศา

รปท 1.33 ดชนการหกเหระหวางอากาศกบนาทาใหวตถในทองฟาอยสงกวาความเปนจรง และวตถในทองฟาจะไมอยตากวา 48 องศาจากแนวดง (ทมา http://img3.wikia.nocookie.net/_cb2011 0521151944/science/el/images/1/10/Refraction_fish.jpg)

การดดกลนและการกระเจง การลดลงของพลงงานแสงจะแปรผนตามความยาวคลน อตราการลดลงของพลงงานแสงนอยทสดทความยาวคลน 460 นาโนเมตร ไมถง 1 เปอรเซนตของพลงงานแสงทผานผวนาจะลงเหลออยทระดบความลก 100 เมตร และทความลก 400 เมตรจะยงมพลงงานแสงจากผวนาหลงเหลออยเพยง 10-6 เทาของทผวนา


หนา 58

รปท 1.34 การเปลยนแปลงของพลงงานแสงทผวนา ทความลก 1, 10, และ 100 เมตร ทความลกไมกเมตรจะเหลอแตแสงสนาเงน-เขยว (ทมา https://encrypted-tbn2.gstatic.com /images? q=tbn:ANd9GcTJ479GeFKEotSoOJ18uQDe_mTaWDvuTlxH2mfdD1Hd2Ro9P9MW) นาทะเลใสเปนตวกระจายแสง ตะกอน แพลงตอนพชซงมคลอโรฟลล สารอนทรยทละลายในนา และสารละลายและแขวนลอยอนๆ จะมผลตอการดดกลนและกระเจงแสงในนา Jerlov พยายามทจะจาแนกนามหาสมทรและนาชายฝงโดยดจากความสามารถในการใหแสงแตละความยาวคลนสงผาน เมอนาขนและการสงผานแสงลดลง แสงทสองลงไปไดมากทสดจะมความยาวคลนมากกวา 460 นาโนเมตร นยามความสามารถในการใหแสงสองผาน (Transmittance) ของนาวาคอเปอรเซนตในการใหแสงสองผานในระยะทกาหนด คอ 1 เมตร ดงนนความสามารถในการใหแสงสองผานตอความยาว 1 เมตรจะเทากบสารอนทรย และอนนทรยในนาทาใหแสงทสงผานไปไดมากทสดกลายเปนคลนยาว เพราะตวมนจะดดกลนและกระเจงคลนสนไดด ตวอยางเชนนาชายฝงหลงพายพดผานจะมสเขยวเพราะตะกอนทองทะเลแขวนลอยขนมา นาจากแมนาทมตะกอนมากจะออกสเหลองเทาชนดของนาชายฝง ตวเลขมากจะมความขนสง


หนา 59

รปท 1.35 ความสามารถในการใหแสงสองผานตามชนดของนาและความยาวคลน ตวโรมนคอชนดของนา ตวเลขคอชนดของนาชายฝง ตวเลขมากจะมความขนสง (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

สนาในมหาสมทรขนกบกจกรรมของสงมชวตในนา ในทะเลทเปนสนาเงนเขมจะปราศจากแพลงตอนจงเปนทะเลทรายในมหาสมทร บรเวณทมสารอนทรยมากจะทาใหนากลายเปนสเขยวและเหลอง สารคลอโรฟลลจะดดกลนแสงในชวงความยาวคลนทมมากทสดในทะเล ซงนาจะเปนววฒนาการมากกวาความบงเอญ ทงแพลงตอนพชและสารอนทรยทละลายในนาจะดดกลนคลนสนเหลอคลนยาวไว ทาใหนาทะเลกลายเปนสเขยว


หนา 60

รปท 1.36 สมประสทธของการดดกลน )( แสงของคลอโรฟลลทความเขมขน 1 mg/m3 แสงทดดกลนนอยทสดอยทความยาวคลน 570 นาโนเมตร ซงสงกวาในนาใสบรสทธ (460 นาโนเมตร) (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

ไดมความพยายามในการใชสของนาทะเลจากภาพถายทางอากาศและภาพถายดาวเทยมในการบอกกจกรรมของสงมชวต (ปรมาณแพลงตอนในนา) รปท 12.16 เปนสเปคตรมของแสงจากผวนาทระดบความเขมขนของคลอโรฟลลทละลายในนาตางๆ กน ประมาณ 90 เปอรเซนตของแสงมา

จากคอลมนนาในระดบความลกไมเกน /1 สาหรบนาใสความลกจะเปน 30 – 50 เมตร และสาหรบนาขนตามชายฝงความลกจะเปน 3 – 5 เมตร วธการทาไมใชงายเพราะดาวเทยมจะวดแสงจากผวมหาสมทรรวมทงการสะทอนของรงสจากชนบรรยากาศทผวนาดวย ซงมระดบพลงงานแสงมากกวาพลงงานแสงทเปลงออกมาจากมหาสมทร 10 เทา


หนา 61

รปท 1.37 รปแบบสเปคตรมของแสงทปลอยออกมาจากผวนาทะเลทมความเขมขนของคลอโรฟลลตางๆ กน, (c) ความเขมขนของคลอโรฟลลมากๆ จะทาใหคลนยาวเปนแสงทปลอยออกมามาก (ทมา KNAUSS, J.A.1978.) 1.9 สของนาทะเล

นาทะเลมสตงแตนาเงน เขยว ถง เหลอง ดวยเหตผลหลายประการ สนาทะเลในทะเลลกของเขตศนยสตรและทรอปคจะเปนสนาเงนเขมเพราะปราศจากสารแขวนลอยเลกๆ ในนา เมอมองจากอากาศสนาจะเหนนาทะเลเปนสนาเงนเขมเพราะแสงสนาเงนซงเปนคลนสนสามารถกระเจงไดดกวาแสงสอนๆ นอกจากนแสงสเหลองและแดงจะถกดดกลนอยางรวดเรวในความลกนาไมกเมตรจากผวนา จงเหลอแตแสงสนาเงนในระดบลกลงไป ในเวลาททองฟาเปนสนาเงนใสนนแสงสนาเงนจากทองฟาเมอกระทบกบผวนาจะสะทอนกลบสอากาศบางสวนซงยงทาใหนาทะเลเปนสนาเงนเขม แตในเวลาททองฟามเมฆมากแสงสขาวซงสะทอนจากผวนาจะทาใหนาทะเลมสนาเงนไมเขมขนนก ถามแพลงตอนพชในนา คลอโรฟลในแพลงตอนจะดดกลนแสงสนาเงนและคายแสงสเขยวทาใหนาทะเลเปนสเขยว สารอนทรยจากพชอาจปลอยสารสเหลองซงจะดดกลนแสงสนาเงนแลวทาใหสนาทะเลเปลยนเปนสเขยว สงนเกดขนเขตละตจดตอนบนหรอเขตชายฝงซงมความอดมสมบรณของ


หนา 62

สารอาหารและสงมชวตสง นาจากแมนาซงมสารอนทรยละลายมาดวยจะทาใหสนาชายฝงเปนสเขยวเหลอง นาจากแมนามตะกอนของสารอนนทรยซงจะสะทอนแสงจนทาใหสของนาทะเลเปลยนไป ในแมนาในเขตฟยอรดจะพดพาแปงจากหนทถกบดละเอยดโดยธานนาแขงทาใหนาทะเลชนบนซงมความเคมตามสขาวขน ทะเลสแดงเกดขนเปนครงคราวในทะเลบางแหงนนเกดจากสาหรายสแดง-นาตาลเจรญเตบโตและแพรพนธอยางรวดเรว การบอกสของนาทะเลเราสามารถใชแผนวสดสขาว (อาจใช secchi disc สขาว) ชวยในการพจารณา หรอเปรยบเทยบกบชดสนาทะเล "Forel Scale" ซงเปนขวดแกวบรรจนาเฉดสตางๆ ของนาสนาเงนไปจนถงสนาตาล-เหลอง ผคดคนคนแรกคอ Francoise-Alphonse Forel. Forel เมอป ค.ศ. 1887 และไดมการพฒนาจนเปน Forel-Ule color scale

รปท 1.38 ภาพทางซายคอ F.A. Forel scale (จาก http://www.photolib.noaa.gov/ships/ship4021.htm ) และทางขวาคอ Forel-Ule color scale (จาก http://gvsu.edu/wri/education/manual/color.htm)


หนา 63

คาถามทายบท

1. จงอธบายวฎจกรของนาพรอมวาดภาพประกอบ 2. จงอธบาย อณหภม ความเคม ความหนาแนน ความเขมแสง และความเรวเสยงของนาทะเล

ทมเปลยนแปลงในมหาสมทร พรอมเขยนกราฟประกอบ (ทผวหนานาทะเลและตามความลก)

3. อณหภม ความเคม และความเขมแสง อทธพลเหลานมการเปลยนแปลงหรอไมตามฤดกาล อธบายพรอมใหเหตผลประกอบ

4. คณสมบตในการถกบบอด (Compressibility) และภายใตความดน (Pressure) ของนาทะเล อธบายพรอมใหเหตผลประกอบ

5. เอลนนโย และ ลานนยาเกยวของกบอณหภมของนาอยางไร อธบายพรอมวาดภาพประกอบ 6. คณสมบตของเสยงและแสงในมหาสมทร อธบายพรอมใหเหตผลประกอบ 7. สของนาทะเล อธบายพรอมใหเหตผลประกอบ


หนา 64

เอกสารอางอง

ชาญ สวางวงศ. 2527. สมทรศาสตรเบองตน. เอกสารประกอบการสอน ภาควชาวารชศาสตร วทยาศาสตร มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ บางแสน. 258 หนา.

สวจน ธญรส. 2550. วทยาศาสตรทางทะเลเบองตน. สานกพมพโอเดยนสโตร. 264 หนา. Garrison, T. 2007. Oceanography: An invitation to marine science (6th eds.).

Thomas Brook & Cole. Australia. 588 p.

Gross, M. G. 1995. Principles of oceanography (5th eds.). Prentice Hall. Englewood Cliffs, NJ. 230 p.

KNAUSS, J.A.1978. Introduction to Physical Oceanography, Prentice Hell. This book

begins with a theoretical background about the balances of forces involved in ocean circulation, and then provides an overview of ocean currents, tides and surface waves.

Millero, F.J. 1992. Chemical Oceanography. CRC Press. London. 530p. P.R. 2009. Invitation to oceanography. Jones and Bartlett, Boston. 626 p.

เวปไซต

www.chanthaburi.buu.ac.th/~tachanat/course/830321/unit1.pdf www.tmd.go.th/index.php



.


1) ผเรยนผเรยนสามารถอธบายรงสจากดวงอาทตย (Solar Radiation)

2) ผเรยนสามารถอธบายการเคลอนตวของรงสผานชนบรรยากาศ

3) ผเรยนสามารถอธบายรงสทพนผวโลก

4) ผเรยนสามารถอธบายความสมดลของพลงงานและการแผรงสกลบของผวโลก

5) ผเรยนสามารถอธบายปรมาณความรอน (Heat Budget) ของชนบรรยากาศ

6) ผเรยนสามารถอธบาย Greenhouse Effect

7) ผเรยนสามารถอธบาย Heat Budget ของมหาสมทร

8) ผเรยนสามารถอธบายการถายเทความรอนขามเสนละตดจด





1) Power Point


4. การวดผลและการประเมนผล 1) ตงคาถามขณะบรรยาย

2) สอบขอเขยน


หนา 65

2. พลงงานในบรรยากาศกบมหาสมทร สาระของบทนเกยวของกบพลงงานบนผวโลกซงมจดตงตนจากดวงอาทตย การรกษาความสมดลของพลงงานในแตละบรเวณบนผวโลกและชนบรรยากาศโดยการแผรงสกลบ การสะทอน ดดกลน ขบวนการพาความรอน และการถายเทความรอนขามเสนละตจด

เราพอจะกลาวไดวาพลงงานแหลงเดยวทผวโลกและบรรยากาศไดรบคอรงสจากดวงอาทตย มแหลงพลงงานอน เชน ความรอนทปลอยออกมาจากภายในโลก (ภเขาไฟ นาพรอน เปนตน) นาขนนาลง คลน เปนตน แตวาปรมาณพลงงานเหลานนอยกวาพลงงานจากดวงอาทตยถง 10,000 – 100,000 เทา เราจะมาเรยนรเกยวกบรงสจากดวงอาทตย และการถายเทรงสจากดวงอาทตยในบรรยากาศ บนผวโลก และในมหาสมทร

2.1 รงสจากดวงอาทตย (Solar Radiation) ดวงอาทตยทาตวเสมอนวตถดา (Black body) ทมอณหภมทผวนอกประมาณ 6000 เคลวน

(K = Kelvin และ 0 K = -273.16 องศาเซลเซยส (C)) และปลอยรงสแมเหลกไฟฟาทเคลอนทดวยความเรวเทากบแสง (3x108 เมตรตอวนาท) ปรมาณรงสตอหนวยพนททปลอยออกมา (E, (W/m2)) เปนไปตามกฎของสเตฟานทวา

4TE เมอ เปนคาคงทของสเตฟาน (5.7 x 10-8 W/m2/K4) และ T คออณหภมสมบรณทผวดวงอาทตย (K) พลงงานรงสนกระจายตวอยในหลายความยาวคลนดงรปท 2.1 ซงพอจะ

แบงเปน 3 หมวดใหญๆ คออนฟราเรด (> 0.7 ไมโครเมตร (m)) รงสทตามองเหนได (0.4 – 0.7

m) และรงสอลตราไวโอเลต (< 0.4 m) 99% ของรงสทแผออกมาจากดวงอาทตยอยในความยาวคลน 0.15 ไมโครเมตร ถง 4 ไมโครเมตร (พลงงานสงสดอยทคลนรงสฟา-เขยว) อตราการไดรบรงสทผวโลกจากดวงอาทตยตอหนวยพนทตงฉากเรยกวา Solar Constant, S คอนขางจะคงทเทากบ 1,386 วตตตอตารางเมตร แตเนองจากโลกมลกษณะเปนทรงกลม ผวโลกไมไดตงฉากกบรงสความรอนทกแหง ดงนนพลงงานดวงอาทตยตอหนวยพนทผวโลกเฉลยจงเหลอประมาณ 344 วตตตอตารางเมตร หากไมมชนบรรยากาศจานวนพลงงานรงสทผวโลกแตละแหงไดรบในแตละวนกจะไมเทากน ขนอยกบระยะเวลา


หนา 66

ทผวโลกไดรบแสงอาทตยในแตละวน มมทรงสตกกระทบผวโลก หากรงสตงฉากกบผวโลกจะไดพลงงาน มากทสด และระยะทางระหวางดวงอาทตยกบผวโลก ยงใกลมากยงรอน

รปท 2.1 ลกษณะการแพรกระจายของความเขม(พลงงาน)ของรงสจากดวงอาทตยในแตละความยาวคลน (ทมา http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Solar_Spectrum.png)

2.2 การเคลอนตวของรงสผานชนบรรยากาศ

รงสเมอเคลอนตวผานชนบรรยากาศจะเกดกระบวนการ ดดกลน (absorption) กระเจง (scattering) และสะทอนกลบ (reflection) โดยกอนเมฆ ในบรรยากาศชนบนรงสทมความยาวคลนสน (ไดแกรงสอลตราไวโอเลต และ เอกซเรย) จะถกดดกลนโดยโมเลกลของกาซ ทาใหอเลคตรอนแตกตวออกมาเกดเปนชนบรรยากาศทมประจไฟฟามากมาย กาซโอโซน (O3) ซงเปนกาซทอนตรายตอชวตเกดจากโมเลกลของออกซเจนชนกบอะตอมของออกซเจน และเมอมนดดกลนรงสอลตราไวโอเลตกจะแตกตวเปนโมเลกลของออกซเจนใหม ประมาณวา 3% ของรงสจากดวงอาทตยจะถกดดกลนโดยกาซทระดบความสง 10 กโลเมตรจากผวโลกขนไป ตากวาระดบ 10 กโลเมตรลงมารงสจะถก


หนา 67

ดดกลนโดยไอนาอกประมาณ 10% นอกจากไอนาแลว กอนเมฆและฝนละอองสามารถดดกลนรงสความรอนไดดวย รงสสวนทไมถกดดกลนกจะถกทาใหกระเจงโดยอนภาคในบรรยากาศ ถาอนภาคมรศมนอยกวา 1/10 ของความยาวคลนของรงส อนภาคนนจะกระเจงรงสทมความยาวคลนสนไปไดมากกวารงสทมความยาวคลนยาว ดวยเหตนแสงสนาเงนกระเจงโดยโมเลกลของกาซในบรรยากาศได

ดทสดทาใหเรามองเหนทองฟาเปนสฟา สวนในเวลาใกลพระอาทตยขนหรอตกเราจะเหนทองฟาเปนสเหลองหรอแดงกเนองจากแสงสนาเงนถกกระเจงไปหมดแลวเหลอแตแสงทมความยาวคลนยาวในชนบรรยากาศซงกคอแสงสเหลองและแดง สาหรบอนภาคขนาดใหญในบรรยากาศจะกระเจงแสงทกความยาวคลนไดดพอๆ กนทาใหทองฟาเปนสขาวเมอมหมอก (fog, haze) รงสทถกกระเจงจะถกดดกลนและบางสวนจะทะลถงผวโลก ประมาณวา 7% ของรงสจากดวงอาทตยจะกระเจงออกไปกอนจะถงผวโลก รงสเมอเคลอนทมากระทบกบเมฆจะเกดการสะทอนกลบคน สดสวนของรงสทสะทอนกลบเราเรยกวา albedo เมฆแตละชนดมคา abedo ไมเทากนขนกบชนดและความหนาของกอนเมฆ โดยเฉลย 55% ของรงสจะถกสะทอนกลบ (abedo = 0.55) จากกระบวนการดดกลน กระเจง และสะทอน ทาใหผวโลกไดรบปรมาณรงสไมเทากนในแตละวน ในวนททองฟาสดใสรงสจากดวงอาทตยจะสามารถสองถงผวโลกไดถง 80% และในวนทมเมฆหมอกหนาผวโลกอาจไดรบรงสไมถง 20% (รปท 2.2)


หนา 68

รปท 2.2 รงสคลนสนจากดวงอาทตยลดความเขมลงเมอผานชนบรรยากาศอนเนองมาจากการกระเจงและดดกลนรงสโดยโมเลกลของกาซ ไอนา และกอนเมฆ (จาก Harvey, J.G. 1975)

2.3 รงสทพนผวโลก

เมอรงสทแผจากดวงอาทตยจะถกดดกลน หรอสงผานไปยงเบองลางถาวตถยอมใหแสงสองผานไดหรอสะทอนกลบไป คา albedo ของพนผวไมคงทขนอยกบชนดและเนอวตถ มมทรงสตกกระทบกบพนผว และความยาวคลนของรงส คา albedo ของพนผวโลกชนดตางๆ สาหรบรงสดวงอาทตยทตกกระทบตงฉากกบพนผวเปนดงน

ชนดพนผว albedo

หมะทเพงตก ถง 90%

หมะกาลงละลาย ประมาณ 40%

ทะเลทราย 35%

ทงหญาหรอปาชน 10% - 25%

ทองทงแหงทเพงผานการไถ 12% - 20%

เมองใหญหรอหน 12% - 18%

ดนชน ประมาณ 10%

ผวนาปราศจากคลน 2%

คา albedo ของแผนดนอยระหวาง 10%-30% คาเฉลย albedo สาหรบโลกซงรวมทงบรรยากาศและเมฆดวยมคาประมาณ 0.35


หนา 69


หนา 70

รปท 2.3 ความเขมของรงสตามความยาวคลนทหลงเหลอในความลกนาตางๆ กน (Knauss, 1997)

นาเปนพนผวชนดเดยวบนโลกทยอมใหแสงสองผานไปยงเบองลางได รงสสวนทไมสะทอนกลบจะหกเหผานนาแลวถกดดกลนหรอกระเจงดวยตะกอนแขวนลอย ในนาทะเลโดยเฉลย 35% ของรงสจะสงผานถงนาลก 1 เมตร และ 10% ของรงสจะทะลไปถงระดบนาลก 10 เมตร ในขณะทนาชายฝงซงนาขนจะทาใหรงสสองผานไปไดเพยง 23% ทระดบ 1 เมตร และ 0.5% ทระดบ 10 เมตรตามลาดบ รงสทมความยาวคลนตางๆ จะถกดดกลนและกระเจงไดไมเทากน รงสอนฟราเรดและแสงสแดงสองผานไปไดนอยทสด แสงสนาเงนสองผานไปไดไกลทสดในนามหาสมทรจงทาใหนาทะเลเปนสนาเงนเขม ในนาตนนาทะเลเปนสเขยวหรอเหลองเนองจากการกระเจงของแสง การดดกลนของรงสทพนผวโลกทาใหแผนดนหรอนารอนขน ความรอนจะถกสงตอไปยงวตถเบองลาง การนาความรอนของแผนดนในแตละวนทาใหความรอนลงไปไดเพยง 0.5 เมตรจากผวโลกเทานน ขณะทการพาความรอนของนาในมหาสมทรทาใหความรอนกระจายลงไปไดถงนาลก 10 เมตร


หนา 71


หนา 72

2.4 ความสมดลของพลงงานและการแผรงสกลบของผวโลก

ผวโลกเมอดดกลนพลงงานจากดวงอาทตยแลวถาไมปลอยพลงงานกลบออกไปกจะทาใหผวโลกรอนขนเรอยๆ ในความเปนจรงสามารถสนนษฐานไดวาผวโลกอยในสภาวะสมดลคอผวโลกปลดปลอยพลงงานในรปของรงสคลนยาวเทากบพลงงานคลนสนทไดรบ การปลอยรงสของโลกเปนไปตามกฎของสเตฟานเชนกน รปท 2.4 แสดงการแพรกระจายของความเขมของรงสทโลก (วตถดาทมอณหภมพนผว 285 K) ปลอยออกมา พลงงานถกปลอยออกมามากทสดทความยาวคลน 10 ไมโครเมตร รงสในชวงความยาวคลนตากวา 8 ไมโครเมตร และสงกวา 12 ไมโครเมตรจะถกดดกลนเกอบหมดโดยไอนา คารบอนไดออกไซด และโอโซน ไอนา(กอนเมฆ) เมอกาซและไอนาดดกลนพลงงานกปลอยรงสออกมาดวย ซงรงสทปลอยออกมาจะเปนคลนยาวในชวงอนฟราเรดเชนกน

รปท 2.4 ลกษณะการแพรกระจายของความเขมของรงสจากโลกในแตละความยาวคลน (วตถดาทมอณหภมทผว 285 K) และการดดกลนพลงงานทปลอยออกมาโดยไอนา คารบอนไดออกไซด และโอโซน (จาก Harvey, J.G. 1975)


หนา 73


หนา 74

2.5 ปรมาณความรอน (Heat Budget) ของชนบรรยากาศ

ความสมดลของพลงงานทไดรบจากดวงอาทตยกบพลงงานในบรรยากาศและพนผวโลก สมมตวาทปลายชนบรรยากาศโลกมพลงงานรงสพงเขามา 100 หนวย ในจานวนนจะถกกระเจงกลบ (back-scattering) โดยอนภาคเลกๆ ในชนบรรยากาศ รวมกบสะทอนกลบออกนอกชนบรรยากาศโลกโดยเมฆและผวโลกเสย 30 สวน ใน 70 สวนทเหลอยงถกดดกลนโดยกาซและเมฆอก 19 สวน เหลอรงสทจะตกถงโลกเพยง 51 สวน ผวโลกจะตองปลอยรงสคนออกไป 51 สวนเชนกน ในรปของการแผรงสในชวงคลนอนฟราเรด 21 สวน การพาความรอนโดยอากาศ (sensible heat flux) 7 สวน และเปนความรอนแฝงไปกบไอนา (latent heat flux) อก 23 สวน บรรยากาศตองคนรงส 70 สวนออกสนอกโลกดวยในลกษณะของการปลอยรงสจากผวโลก 6 สวน จากกาซ 38 สวน และจากเมฆอก 26 สวน

รปท 2.5 ความสมดลของรงสในชนบรรยากาศ (ทมา http://calipsooutreach.hamptonu.edu/pbl/pbl02-budget.html)


หนา 75


หนา 76

รปท 2.6 ความสมดลของรงสในชนบรรยากาศ (ทมาhttp://calipsooutreach.hamptonu.edu/pbl/pbl02-budget.html)

2.6 Greenhouse Effect

ผวโลกนอกจากจะไดรบรงสจากดวงอาทตยแลว ยงไดรงสคลนยาวจากชนบรรยากาศดวย ปรากฏการณนเรยกวา greenhouse effect ทาใหอณหภมของผวโลกรอนกวากรณไมมชนบรรยากาศ อธบายโดยสมมตวามแผนแกวใส(ซงกคอเมฆหรอกาซตางๆ) อยเหนอผวโลก (รปท 2.6)

แผนแกวนมคณสมบตในการใหรงสคลนสนความยาวคลนตากวา 4 m ถงผวโลก (I) สมมตวาผวโลกเยนอย เมอไดรบรงสความรอน I จะทาใหผวโลกรอนแลวปลอยรงสคลนยาวออกมา (U) แผนแกวจะดดกลนรงสคลนยาวจากผวโลกบางสวน (eU) จนรอนขนแลวปลอยรงสคลนยาว (B) ออกมาทงขนบนและลงลาง


หนา 77

รปท 2.7 Greenhouse Effect ในชนบรรยากาศ (จาก Gill, A.E., 1982)

สภาวะสมดลเกดขนเมออตราการสงผานรงสลงไปเทากบรงสทพงขนมา ดงสมการ

BUBUeI )1(

รงสคลนสน ( B ) จากแผนแกวทาใหอณหภมโลกรอนขน คาของ B จะขนกบความสามารถในการดดกลนรงสคลนยาวของแผนแกว เมอ e เทากบหนง ทาให IUBI 2 , หมายความวาผวโลกไดรบรงสรวมเปน 2 เทาของรงสคลนสนจากดวงอาทตย ทาใหอณหภมโลกรอนขนกวาทควรจะเปน 19% การเผาเชอเพลงจากฟอสซล (ถานหน นามน และกาซธรรมชาตเปนหลก นอกจากนยงมถานจากไม เปลอกขาว ชานออย เปนตน) ทาใหปรมาณคารบอนไดออกไซดในชนบรรยากาศเพมขนประมาณ 10% ในระยะ 70 ปทผานมา ปรมาณกาซทเพมขนอาจทาใหอณหภมของผวโลกเพมขนไดในอนาคต


หนา 78

รปท 2.8 แสดงการเกด Greenhouse Effect ในชนบรรยากาศ (ทมา http://www.nps.gov/goga/naturescience/climate-change-causes.htm)

2.7 ปรมาณความรอน (Heat Budget) ในมหาสมทร

นาในมหาสมทรไดรบพลงงานจากรงสคลนสนจากดวงอาทตยและรงสคลนยาวจากบรรยากาศ ขณะเดยวกนนากสญเสยพลงงานจากการปลอยรงสคลนยาวออกไป การระเหยของนา การ การพาความรอนของอากาศ การไหลไปของนา เราสามารถเขยนความสมดลของพลงงานในมหาสมทรดงน

vehbsT QQQQQQ

TQ คอพลงงานสทธทมหาสมทรไดรบ ในสภาพสมดลจะมคาเทากบศนย

sQ คอปรมาณรงสจากดวงอาทตยทสงไปถงมหาสมทร มคาเปนบวกเสมอ


หนา 79

bQ คอปรมาณการสญเสยพลงงานในรปรงสคลนยาวจากนาสบรรยากาศ (โดยหกลบรงสคลนยาวทไดรบจากบรรยากาศแลว) มคาเปนลบเสมอ

วตถทมอณหภมสงกวา 0 องศาเคลวนจะปลอยรงสออกมากตามกฏของสเตฟาน-โบลทซมาน โดยความยาวคลนทมพลงงานสงทสดเปนไปตามกฎของเวน อณหภมโลกเฉลย 285 เคลวนนอยกวาดวงอาทตย 200,000 เทาและความยาวคลนทมพลงงานสงสดเทากบ 10 ไมโครเมตร มหาสมทรมร

อณหภมเฉลย 18 C จะปลอยรงสคลนยาว 400 วตตตอตารางเมตร เปน 2 เทาของรงสคลนสนทไดรบ แตมหาสมทรไดรบรงสคลนยาวจากบรรยากาศเชนกน สทธแลวมหาสมทรปลอยคลนยาวออกไปประมาณ 50-75 วตตตอตารางเมตร

hQ คอปรมาณการสญเสยความรอนดวยขบวนการพาความรอน (มวลอากาศรอนขนแลวลอยตว)

สมการความรอนจากกระบวนการพาความรอน อยางงายๆ

WTTcQ awhh )( aT อณหภมของอากาศทระดบ 10 เมตรเหนอผวนา wT อณหภมของอากาศทผวนา

hc คาคงท W ความเรวลมทระดบ 10 เมตรเหนอผวนา สมการการหาปรมาณความรอนจากการระเหยและการพาความรอนใกลเคยงกน เพราะตงอยบนหลกการวาการถายเทความรอนขนกบความปนปวนของอากาศ ดงนนเรานาจะสามารถหาสดสวนของความรอนทงสองอยางนได เรยกวา Bowen Ratio

)/()(*062.0 awaw eeTTR


หนา 80

ถาเราทราบคา R และปรมาณความรอนจากการระเหยเรากจะสามารถหาปรมาณความรอนจากการพาความรอนไดโดยงาย

eQ คอปรมาณความรอนทสญเสยจากการระเหยของนา หรอไดรบเมอไอนากลนตว สมการความรอนจากการระเหยอยางงายคอ

WeecQ awee )( ae ความชนในอากาศทระดบ 10 เมตรเหนอผวนา หาไดเมอทราบอณหภมและความชนสมพนธ we ความชนของอากาศทผวนา

ec คาคงท W ความเรวลมทระดบ 10 เมตรเหนอผวนา

vQ คอปรมาณความรอนทไดรบหรอสญเสยจากการไหลเวยนของนาในแนวราบ

รปท 2.9 ภาพแสดงความสมดลของพลงงานในมหาสมทร และคาเฉลยรายปของคาปรมาณพลงงาน (จาก Pickard, G. L., and W. J. Emery. 1982)

คาเฉลย (W/m2) พสย (range)

Qs 150 +80 ถง +200

Qb -50 นอย

Qe -90 -50 ถง -160

Qh -10 0 ถง -40


หนา 81

2.8 การถายเทความรอนขามเสนละตดจด

ผวโลกแตละบรเวณโดยเฉลยในรอบปจะไดรบรงสไมเทากนในขณะทปลอยรงสออกไปใกลเคยงกน ทาใหในพนทละตจดตาไดรบรงสเกนกวาทปลอยออกไปในขณะททางแถบขวโลกไดรบรงสนอยกวาทปลอยออกไป หากปลอยใหเปนเชนนไปเรอยๆ จะทาใหความแตกตางของอณหภมผวโลกทแถบศนยสตรกบขวโลกเพมขนเรอยๆ จงตองมขบวนการในชนบรรยากาศและในมหาสมทรทจะถายเทพลงงานจากพนทสวนเกนไปยงสวนทขาด

รปท 2.10 คาเฉลยตามละตจดของรงสความยาวคลนสนจากดวงอาทตยทโลกและชนบรรยากาศไดรบและรงสความยาวคลนยาวทโลกปลอยออกไป (จาก Harvey, J.G. 1975)

ตามรปท 2.10 จดทมความสมดลระหวางรงสทไดรบและปลอยออกไปอยทละตจด 37 องศาเหนอและใต พลงงานสวนเกนและสวนขาดจะถกชดเชยโดยการพาความรอนในแนวราบในชนบรรยากาศและในมหาสมทร ขอมลจากดาวเทยมแสดงวามหาสมทรชวยพาความรอน 40% ของความรอนทงหมดทตองสงไปยงขวโลกสาหรบเสนศนยสตรถง 70 องศาเหนอ และมหาสมทรชวยพาความรอนถง 74% สาหรบ 70-90 องศาเหนอ การถายเทความรอนในชนบรรยากาศใชขบวนการพา


หนา 82

ในแนวดง (convection) เกดจากชนบรรยากาศรอนขนจากดานลางจากการรบรงสจากผวโลก โดยเฉพาะบรเวณเสนศนยสตร อากาศใกลผวโลกรอนขนแลวจะเบากวาอากาศเหนอขนไป มวลอากาศรอนจะลอยตวขนจนถงระดบหนงจะเคลอนตวขนเหนอและใต เมออากาศเยนจะหนกแลวจมตวลงแลวไหลเขามาแทนทอากาศทรอนและลอยตวขนไปทเสนศนยสตร เกดเปนวงจรอากาศเปนวงกลมเรยกวา Hadley cell ในบรเวณละตจดเหนอขนไปจะมวงจรอากาศอก 2 วง การเคลอนตวของอากาศจะเฉยงไปจากแนวเหนอ-ใต เนองจากแรงโครโอลส (แรงเนองจากการหมนรอบตวเองของโลก รายละเอยดของแรงโครโอลสอยในบทถดไป) การสงผานความรอนในแนวราบบนแผนดนใชขบวนการนาความรอน (conduction) โดยความรอนถายระหวางโมเลกลทตดกน จงเปนขบวนการทไมมประสทธภาพในการถายความรอนจากบรเวณศนยสตรไปยงบรเวณละตจดสงขนไปถงขวโลก มหาสมทรมขบวนการพาความรอนในแนวราบทมประสทธภาพเรยกวา advection กระแสลมผวนาและแผนดนใหญเปนตวบงคบการไหลของนาในมหาสมทร


หนา 83

รปท 2.11 แผนผงการไหลเวยนของอากาศเปนวงจากเขตศนยสตรถงขวโลก และทศทางลมใกลผวโลก(จาก http://www.scidacreview.org/0701/images/climate2.jpg)


หนา 84


1. การแลกเปลยนพลงงานในบรรยากาศกบมหาสมทรมกระบวนการใดบางเขามาเกยวของ

จงอธบายพรอมยกตวอยาง

2. จงอธบายปรากฎการณ Greenhouse Effect

3. จงอธบายความสมดลของรงสในชนบรรยากาศ พรอมวาดภาพประกอบ

4. จงเขยนแผนผงการไหลเวยนของอากาศเปนวงจากศนยสตรถงขวโลกและทศทางลมใกล

ผวโลก


หนา 85


Easterbrook, D.J.1999. “Surface Processes and Landforms”, Prentice Hall, New Jersey, pp. 429 – 470

Garrison, T.2007. Oceanography: An invitation to marine science (6th eds.).Thomas Brook & Cole. Australia. 588 p. Gross, M. G.1995. Principles of oceanography (5th eds.). Prentice Hall. Englewood

Cliffs, NJ. 230 p. Komar, P.D.1992. “Ocean Processes and Hazards along the Oregon Coast” Oregon Geology Vol. 54 No.1 pp. 3-19 U.S.Army Corps of Engeneers, “Shore Protection Manual Vol III”, Coastal

Engeneering. Research Center, Washignton D.C., 1984. Viles, H. and Spencer, T.1995. “Coastal Problem:Geomorphology ecology and

society at t he coast” , Edward Arnold, London, 350 pp. เวปไซต

www.chanthaburi.buu.ac.th/~tachanat/course/830321/unit1.pdf http://www.tmd.go.th/info/knowledge_greenhouse02_n.html



.


1) ผเรยนสามารถอธบายการไหลเวยนของในมหาสมทร

2) ผเรยนสามารถอธบายสมการควบคมการไหลเวยนการไหลของนา

3) .ผเรยนสามารถอธบายขนาดของการไหลเวยน

4) ผเรยนสามารถอธบายการตรวจวดกระแสนาและการวเคราะหขอมลเบองตน





1) Power Point


4. การวดผลและการประเมนผล 1) ตงคาถามขณะบรรยาย 2) สอบขอเขยน


หนา 81

3. การไหลเวยนของนาในมหาสมทร บทนกลาวถงการไหลของนาในมหาสมทร สมการควบคมการไหลเวยนการไหลของนาโดย

เรมจากกฎขอท 2 ของนวตน มแรงทเกยวของคอ แรงโนมถวง แรงจากความดน แรงโครโอลส และแรงเสยดทาน แสดงสมการควบคมการไหลเวยนโดยใชสมการโมเมนตมซงสามารถแปลงเปนสมการการหมนเปนวงได

3.1 การไหลเวยนของนาในมหาสมทร นาเปนของไหลเชนเดยวกบอากาศ การไหลเวยนของกระแสนาในมหาสมทรจงมลกษณะคลายการไหลเวยนของกระแสลมในบรรยากาศ หากแตการไหลเวยนของกระแสนามอปสรรคขวางกน เนองจากหนงในสามของพนผวโลกเปนแผนดน ดงนนการไหลเวยนของนาในมหาสมทรจงไมปรากฏรปแบบทชดเจนเหมอนดงกระแสลม ขอแตกตางอกประการหนง นาทะเลในมหาสมทรมความเคมไมเทากน นาทะเลทเคมกวามความหนาแนนสงจะเคลอนไปแทนทนาทะเลทมความหนาแนนตา เราจงแบงการไหลเวยนของนาในมหาสมทรเปน 2 ประเภทคอ กระแสนาบรเวณพนผว (Surface currents) และกระแสนาลก (Deep currents)

การไหลเวยนของกระแสนาบรเวณพนผวมหาสมทร

กระแสนาพนผวมหาสมทรเกดขนเนองจากความฝดของอากาศกบผวนาในมหาสมทร กระแสลมเคลอนทดวยความแตกตางของพลงงานจากดวงอาทตยซงอากาศสะสมไว พลงงานจากอากาศถายทอดลงสผวนาอกทหนง กระแสลมพดพาใหกระแสนาเคลอนทไปในทางเดยวกน ภาพท 1 แสดงใหเหนวา ลมสนคาตะวนออกบรเวณใกลเสนศนยสตร มอทธพลพดใหนาในมหาสมทรเคลอนตวไปทางทศตะวนตก และลมตะวนตกในบรเวณใกลขวโลก มอทธพลพดใหนาในมหาสมทรเคลอนตวไปทางทศตะวนออก การไหลของนาในมหาสมทรเคลอนทเปนรปวงเวยน ในทศทางตามเขมนาฬกาในซกโลกเหนอ และในทศทางทวนเขมนาฬกาในซกโลกใต


หนา 82

ภาพท 3.1 อทธพลของกระแสลมตอกระแสนาในมหาสมทร

ทรงกลมของโลกทาใหนาในมหาสมทรมอณหภมแตกตางกน พลงงานจากดวงอาทตยตกกระทบบรเวณศนยสตรมากกวาขวโลก นาทะเลบรเวณเสนศนยสตรมอณหภมสงจงไหลไปทางขวโลก ในขณะทนาทะเลบรเวณขวโลกมอณหภมตากวาไหลเขามาแทนท (ภาพท 3.2) เนองจากนามคณสมบตในการเกบความรอนไดดกวาพนดนกลาวคอ ใชเวลาในการสะสมความรอน และเยนตวลงนานกวาพนดน ดงนนกระแสนาพบพนผวมหาสมทรจงพดพาพลงงานความรอนไปดวยเปนระยะทางไกล ทาใหเกดผลกระทบตอภมอากาศและระบบนเวศบนพนทชายฝงเปนอยางยง อยางกตาม อทธพลของกระแสลมสงผลกระทบกระแสนาในมหาสมทร เพยงความลก 1 กโลเมตรเทานน นนหมายถง การไหลเวยนของกระแสนาผวพน มอทธพลตอนาในมหาสมทรประมาณรอยละ 10


หนา 83

ภาพท 3.2 กระแสนาพนผวมหาสมทร

การไหลเวยนของกระแสนาลกในมหาสมทร นาทะเลมรสเคม เนองจากมเกลอซงประกอบดวยแรธาตตางๆ ปะปนอยในรปของสารละลาย ในนาทะเล 1 ลตร (1,000 กรม) มเกลออย 35 กรม ในบรเวณทนาทะเลอณหภมสง เชน ใจกลางมหาสมทรบรเวณเสนศนยสตร แสงแดดมความเขมสง ทาใหนาในมหาสมทรระเหยเปนไอนา ทงแรธาตทตกคางไวในจนนาทะเลมความเขมของเกลอมาก แตในทหนาวเยนทบรเวณขวโลก แสงแดดตกกระทาพนผวโลกเปนมมเฉยง พลงงานทตกกระทบนอย ปรมาณการระเหยของนาทะเลยอมนอยตามไปดวย ความเขมของเกลอจงไมมาก ในบรเวณใกลปากแมนา ความเขมของเกลอจะนอยเนองจาก อทธพลของนาจดจากแมนาลาคลอง ทาใหนาทะเลเจอจาง เกลอในทะเลและมหาสมทรมกาเนดมาจากแรธาตบนพนโลก นาเปนตวทาละลายทด นาฝนละลายกาซคารบอนไดออกไซดในอากาศทาใหมฤทธเปนกรดออนๆ นาทอยบนพนโลกละลายแรธาตในหนและดน และไหลรวมกนเปนแมนาลาธาร ไปสะสมกนในมหาสมทร สารละลายเกลอเหลานอยในประจของแรธาตทสาคญไดแก ประจโซเดยม (Na+) และประจคลอไรด (Cl-) เมอนาระเหยออกไป ประจเหลานรวมตวกนเปนสารประกอบ ไดแก เกลอแกง (NaCl)


หนา 84

นาทะเลในแตละสวนของโลกมความเคมไมเทากน และมความหนาแนนไมเทากน นาทะเลทมความหนาแนนสงยอมไหลไปแทนทนาทะเลทมความหนาแนนตา การหมนเวยนของกระแสนาลกมปจจยทสาคญ 2 ประการคอ ความรอน (Thermo) และเกลอ (Haline) เราเรยกการไหลเวยนในลกษณะนวา “เทอรโมฮาลน” (Thermohaline)

ภาพท 3.3 การไหลเวยนของนาลกในมหาสมทร

วงจรการไหลเวยนของกระแสนาลกในมหาสมทรมชอเรยกวา “แถบสายพานยกษ” (Great conveyor belt) นาทะเลความหนาแนนสงอณหภมตาจมตวลงสทองมหาสมทรแอตแลนตกเหนอไหลลกลงทางใต แลวเลยวไปทางตะวนออก ขณะทมนไหลผานมหาสมทรอนเดยอณหภมจะสงขน และลอยตวขนทางตอนเหนอของมหาสมทรแปซฟก (ภาพท 3.3) นาทะเลความหนาแนนตาอณหภมสงจากมหาสมทรแปซฟก ไหลวกกลบผานมหาสมทรอนเดยลงมาทางมหาสมทรแอตแลนตกใต แลวไหลยอนมาทางมหาสมทรแอตแลนตกเหนอ กระแสนามความเคมมากขนเนองจากการระเหยของนาประกอบกบการเดนทางเขาใกลขวโลกทาใหอณหภมตาลง จนจมตวลงอกครงเปนการครบรอบวงจร ใชเวลาประมาณ 500 – 2,000 ป การไหลเวยนเชนนสงผลกระทบตอสภาพภมอากาศในระยะยาว อาทเชน ยคนาแขงเลก ในยโรปเมอครสตศตวรรษ17 อทธพลของการไหลเวยนแบบเทอรโมฮาลน มอทธพลตอนาในมหาสมทรประมาณรอยละ 90


หนา 85

3.2 สมการควบคมการไหลเวยนการไหลของนา การเขยนสมการตองอางองพกด มความแตกตางในการบอกทศทางการเคลอนทระหวางนก

อตนยมวทยา กบนกสมทรศาสตร กลาวคอนกอตฯ จะบอกวาลมพดมาจากทศไหน เชนลมตะวนออกเฉยงเหนอ คอลมทพดมากจากทศตะวนออกเฉยงเหนอ (northeasterly wind) เปนตน สวนนกสมทรศาสตรจะพดวากระแสนาจะไหลไปทางไหน เชนกระแสนาตะวนออก เปนกระแสนาทไหลไปทางทศตะวนออก (eastward current) เปนตน

รปท 3.4 ระบบพกดฉากบนผวโลก

กฎขอท 2 ของนวตน

กฎขอท 2 ของนวตน กลาววาแรงลพธ *F

กระทาตอวตถมวล m จะทาใหวตถมความเรง a

หรอ amF

* ซง am เปนเทอมความเฉอย

ถาความเรวคงท วงเปนเสนตรง ความเรงเปนศนย ถาความเรวคงท แตวงเปนเสนโคง ความเรงไมเปนศนยเพราะมการเปลยนทศทาง

ในวชากลศาสตรของไหลนยมเขยนอยในรปของแรงตอวตถ 1 หนวยนาหนก(กโลกรม)


หนา 86

m

Fa *

หรอ F

Dt

VD

1

เมอ F

คอแรงตอวตถ 1 หนวยปรมาตร มหนวยเปน 2-2TL M

ความเรงในบทนเกดจาก

mifugalrCent

mtioncFri

mvityaGr

miolisrCo

mradientgpress.

Dt

VD

ตอไปเราจะแจกแจงรายละเอยดของแตละเทอม

เทอมความเฉอย (Inertia term) สามารถแยกเทอมความเฉอยออกไดโดยใชกฎลกโซ

VVt

V

Dt

VD

).(

ขางบนนเปนการเขยนสมการในรปของเวคเตอรซงยากแกการมองเหนเทอมแตละเทอม เพอ

ความสะดวกเราจะแตกสมการตามแกนทงสามของระบบพกดฉาก ความเรวในระบบพกดฉากเขยน

ไดดงน kwjviuV

เมอ kji

,, เปนเวคเตอรหนงหนวยของแกน zyx ,,ตามลาดบ โดย wvuV ,,,

เปนฟงกชนของ ),,,( tzyx ดงนนเทอมความเฉอยจะเขยนไดเปน

แกน x: z

uw

y

uv

x

uu

t

u

Dt

Du

แกน y: z

vw

y

vv

x

vu

t

v

Dt

Dv

แกน z: z

ww

y

wv

x

wu

t

w

Dt

Dw


หนา 87

เทอม t

เรยกวาเทอมความเรงเฉพาะถน (local acceleration term) เปนการ

เปลยนแปลงเมอความเรวตอเวลาไมคงท

เทอม ,...x

uu

เรยกวาความเรงเชงสนามความเรว (field acceleration term) เปนการ

เปลยนแปลงเพราะความเรวในแตละพนทไมเทากน การมองการเปลยนแปลงกมองได 2 แบบ

1) Eulerian จดสงเกตนงอยกบทเหนความเปลยนแปลงของมวลนาทไหลเขามาแลวผานไป

2) Lagrangian จดสงเกตเคลอนทไปกบมวลนาดวย เหนการเปลยนแปลงตอเวลาของมวลนากอนเดยวเลย

รปท 3.5 นาไหลสมาเสมอในทอ เมอขนาดทอเลกความเรวกระแสนาตองเพมขน จด A และ B จะวดไดความเรวคงทและความเรงเปนศนย ชวงททอเปลยนขนาดจะมความเรวของนาเพมขน ความเรงไมเปนศนย และเปนความเรงเชงสนาม (ทมา KNAUSS, J..A.1978)


หนา 88

ตามรปท 3.5 เปนการไหลของนาในทอซงมขนาดเสนผาศนยกลางไมคงทตลอดความยาว ใหปรมาตรการไหลคงท ดงนนความเรวในแตละจดตอเวลาจะคงท แตความเรวในแตละตาแหนงอาจะไมเทากน ชวงททอเปลยนขนาดนาจะมความเรงเชงพนทดวย

สรปวา

t ) (

เปน local acceleration วดความเรวทจดนงอยกบท (บนเรอ)

dt

d ) ( เปนความเรงทงหมด ตามมวลนา ความเรวจะเปลยนเพราะความเรงเฉพาะถนความเรงเชง

สนามความเรว

เทอมความแตกตางของความดน (Pressure Gradient term)

P1

m.Press.Grad

ซงมองคประกอบใน 3 แกนคอ

x

Px

1 :

y

Py

1 :

z

Pz

1 :

เทอมนมเครองหมายตดลบเพราะนาไหลจากจดทมความดนสงไปหาจดทมความดนตา อยาลมวา gzP เวลาใชงานจรงกคอจากระดบนาสงไประดบนาตา

รปท 3.6 ความแตกตางของความดนเทอมแรงโนมถวงและแรงหนศนยกลาง (ทมา KNAUSS, J..A.1978)


หนา 89

เทอมนเปนผลรวมของแรงโนมถวง (ดงมวลเขาหาจดศนยกลาง) และแรงหนศนยกลาง แรงโนมถวง เปนแรงดงดดระหวางวตถ 1 กโลกรมบนผวโลกกบมวลทงหมดของโลก ทศทางของแรงจะเขาหาจดศนย กลางของโลก ( ag )

ag = แรงโนมถวง = 2

2m/s 81.91*earth of mass

R

การทโลกหมนรอบตวเองทาใหเกดแรงเหวยงหนศนยกลาง cos

2

R

Vcf T ซงมคาประมาณ 0.01

m/s2 เมอรวมกบแรงโนมถวงจะไดแรงโนมถวงลพธสาหรบวตถหยดนงบนผวโลก g

เมอวตถ

เคลอนททาใหเกดแรงหนศนยกลางเพมขนเนองจากความเรวเชงเสน cf รวมกบแรงโนมถวงลพธ

จะไดแรงโนมถวงทวตถเคลอนทดงดดกบโลก eg , ea ggg

,, แทบจะเปนแรงเดยวกนเลยเพราะแรงหนศนยกลางนอยกวาแรงโนมถวงมาก แรงโนมถวง eg

จะตรงกบแกน Z แตมคาเปนลบเพราะพงเขาสจดศนยกลางของโลก

เทอมนสาหรบแตละแกน จะเปน

g :z0 :y 0 :x

g มคาประมาณ 9.81 m/s2

แรงโครโอลส เปนแรงทเกดจากการหมนรอบตวเองของโลก เนองจากกฎของนวตนใชสาหรบพกดทอยคงท

เมอมาใชกบพกดทหมนไปกบโลก จงตองมแรงมาเพมซงเปน “แรงปลอม”จะเกดกตอเมอวตถเคลอนทบนผวโลก

หลกการของแรงโครโอลสหรอการอนรกษโมเมนตมเชงมม เมอโลกหมนรอบตวเองดวยความเรว


หนา 90

1-5 s 10*29.7day 1/365day 1

2

ทาใหทกจดบนพนโลกมความเรวเชงมมเทากน แตความเรวเชงเสนทจดสมผสกบผวโลกไม

เทากนขนอยกบรศมจากแกนการหมนของโลก ตวอยางเชนความเรวเชงเสนทเสนศนยสตรเทากบ

ทละตจด 0 m/s 455 (m) 10*37.6*)(s 10*29.7 6-15 r

ทละตจด 30 m/s 402 (m) 30 cos 10*37.6*)(s 10*29.7 6-15 r

ทละตจด 60 m/s 232 (m) 60 cos 10*37.6*)(s 10*29.7 6-15 r ทขวโลกมความเรวเชงเสนเปนศนย

รปท 3.7 ความเรวเชงเสนทละตจดตาง ๆ (ทมา KNAUSS, J..A.1978)

จากการทความเรวเชงเสนไมเทากน เมอวตถเคลอนทขามเสนละตจดมนจะมความเรวเชงเสนเทากบละตจดทมนถกยงซงจะไมเทากบความเรวเชงเสนทละตจดทมนวงไปหา ทาใหคนดทอยบนผวโลกในซกโลกเหนอเหนวตถเบยงไปทางขวา และคนทางซกโลกใตเหนวตถเบยงไปทางซาย สาหรบคนทสงเกตการณอยนอกโลกจะเหนวตถเคลอนทเปนเสนตรงโดยไมมการเบยงเบน


หนา 91

ทอมของแรงโครโอลสสามารถหาไดจากผลคณของเวคเตอร V x2

แตเราจะหาเทอมโครโอลสแบบเขาใจงายๆ กรณวตถเคลอนทในแนวตะวนออก - ตะวนตก ( u )

แรงหนศนยกลาง(โลกหมนรอบตวเอง+วตถเคลอนท) = r

uVT

2)(

r

uV

r

u

r

V TT 222

เมอ m/s 400TV และ m/s101u ดงนนเทอม r

u 2

<< เทอมทเหลออก 2

เทอมมาก จงสามารถตดทงได

กาหนดความเรวเชงมม T

2 ความเรวเชงเสนเทากบ r

แรงหนศนยกลางเทากบ ur 22

ความเรว u ทาใหแรงหนศนยกลางเพมขนมา u2

รปท 3.8 แรงโครโอลสเมอวตถเคลอนทในแนวตะวนออก – ตะวนตก (ทมา KNAUSS, J..A.1978)

แตกแรง u2 ออกเปนแรงในทศเหนอ-ใต จะได usin2 เมอ คอคาละตจดทวตถอย จะไดแรงโครโอลสในแกน y ทเกดจากวตถเคลอนทในแกน x ถาวตถเคลอนทจากตะวนตกไปตะวนออก ความเรว u เปนบวก แรงโครโอลสจะทาใหวตถเบยงไปทางขวาคอทศใตเขาหาเสนศนย


หนา 92

สตร ถาหากวตถเคลอนทจากตะวนออกไปตะวนตก ความเรว u เปนลบทาใหวตถเคลอนไปทางทศเหนอ

กาหนด Coliolis parameter, sin2f หนวย -1T เทอมโครโอลสทางซายมอของสมการโมเมนตมแกน y เทากบ fu ถายายไปอยฝงซายของสมการจะมเครองหมาย “–” นาหนา

กรณวตถเคลอนทในแนวเหนอ-ใต ( v ) เมอวตถเคลอนทในแนวเหนอ-ใต ความเรวเชงเสนของผวโลกเปลยนแปลงตามละตจด ใหผวโลกมความเรว 1u ทละตจด และ 2u ทละตจด

รปท 3.9 การเบยงเบนของเสนทางเมอวตถเคลอนทขามเสนละตจด (ทมา KNAUSS, J..A.1978)


หนา 93

จากกฎการเคลอนท 212

atuu

เมอ a คอความเรงในแนวตะวนออก-ตะวนตก t คอเวลาทใชในการเคลอนทระหวาง 2 ละตจด ความเรวเชงเสน cos1 Ru และ )cos(2 Ru แทนคา 21 , uu ในสมการการเคลอนท

2cos)cos( at

rr

cos)cos(2

t

Ra

ใชหลกทางตรโกณมตจะได

cossinsincoscos2

t

Ra

พจารณา เลกมากจนเขาใกลศนย ดงนน 1cos และ sin

vt

Ra sin2sin2

เมอ

t

Rv

จะไดแรงโครโอลส v sin2 ในแกน x ทเกดจากวตถเคลอนทในแกน y ถาวตถเคลอนทจากใตไปเหนอ ความเรว v เปนบวก แรงโครโอลสจะทาใหวตถเบยงไปทางขวาคอทศตะวนออก (ตะวนตกในซกโลกใต) ถาหากวตถเคลอนทจากเหนอไปใต ความเรว v เปนลบทาใหวตถเคลอนไปทางทศตะวนตก (ตะวนออกในซกโลกใต) กาหนด Coliolis parameter, sin2f หนวย -1T เทอมโครโอลสทางซายมอของสมการโมเมนตมแกน x เทากบ fv ถายายไปอยฝงซายของสมการจะมเครองหมายบวก


หนา 94

หมายเหต 0 คอทเสนศนยสตร

90 คอทขวโลกเหนอ

90 คอทขวโลกใต

ขณะนเราจะไดสมการโมเมนตมในแตละแกนดงน

X : ForcesFriction 1

x

Pfv

z

uw

y

uv

x

uu

t

u

Y : ForcesFriction 1

y

Pfu

z

vw

y

vv

x

vu

t

v

Z : ForcesFriction 1

gz

P

z

ww

y

wv

x

wu

t

w

Local Acc. Field Acc. Coriolis Press.Grad. Gravity Inertial Terms Body Forces Surface Forces Surface forces ประกอบดวย internal friction, wind stress, และ bottom friction


หนา 95

เทอมแรงเสยดทาน ในมหาสมทรขบวนการในระดบความปนปวนของนาจะมมากกวาขบวนการในระดบโมเลกล แตความปนปวนไมมสตรตายตวจงตองยมใชจากขบวนการในระดบโมเลกล

รปท 3.10 ขอมลตอเนองของความเรวแสดงการเปลยนแปลงอยางชาๆ และการกระเพอมของ

ความเรว (ทมา KNAUSS, J..A.1978) ตอไปนเราจะเลนกลทางคณตศาสตรโดยพจารณาขอมลความเรวตอเนอง ).(tu จะเหนวาความเรวเปลยนแปลงตอเวลาอยางชาๆ ในรปแบบทแนชด )(tu และการกระเพอมของความเรวเนองจากความปนปวน )(tu ทาใหความเรวตางไปจากรปแบบทควรจะเปน โดยเรากาหนดให

0dtu ดงนนเราสามารถแตกความเรวจากการตรวจวดออกเปน

)()().( tututu โดย )(tu เปนความเรวทเปลยนแปลงอยางชาๆ ตามแนวโนมและ )(tu ความเบยงเบนของขอมลตรวจวดไปจากคาทเปลยนแปลงอยางชาๆ ทควรจะเปนในทานองเดยวกน กาหนดให

)()().( tvtvtv

)()().( twtwtw

)()().( tptptp


หนา 96

กอนจะนาไปแทนคาในสมการโมเมนตมเราจะเขยนสมการโมเมนตมเสยใหมโดยใชหลกการตอไปน

x

uu

x

u

x

uu

2

y

vu

y

uv

y

uv

z

wu

z

uw

z

uw

และ )(2

z

w

y

v

x

uu

z

uw

y

uv

x

u

z

uw

y

uv

x

uu

เทอมในวงเลบเปนศนยจากสมการความตอเนอง นาสมการขางตนไปแทนสมการโมเมนตมใน

แนวแกน X จะได x

Pfv

z

uw

y

uv

x

u

t

u

12

เปลยนตวแปรตามโดยเตมจด x

Pfv

z

wu

y

vu

x

u

t

u

.1....... 2

เราไมคดแรงเสยดทานในระดบโมเลกลเพราะมคานอยกวาแรงเสยดทานระดบความปนปวนมาก นาคา

)()().( tututu , )()().( tvtvtv , )()().( twtwtw , และ )()().( tptptp แทนลงในสมการโมเมนตมขางตนและหาคาเฉลยโดยอนทเกรตในชวงชน 1-3 นาท 12 TTT เราจะพจารณากนทละเทอม

t

u

t

u

t

uu

)( เมอหาคาเฉลยตอเวลาจะได


หนา 97

2

1

2

1

2

1

111 T

T

T

T

T

T

dtt

u

Tdt

t

u

Tdt

t

u

t

u

T

t

udtu

tTT

T

t

u T

T

2

1

1

เทอมทอยในรปแบบเดยวกนกจะไดผลลพธแบบขางตน

2

1

.1 T

T

dtfvT

fvdtvvdtT

f T

T

T

T

2

1

2

1

x

u

2

x

u

x

uu

x

u

x

uu

222)( เมอหาคาเฉลย

2

1

2

1

2

1

2

1

222 1111 T

T

T

T

T

T

T

T

dtuxT

dtuuxT

dtuxT

dtx

u

T

2

1

2

1

2

1

22 111 T

T

T

T

T

T

dtuxT

dtux

u

Tdt

x

u

T

2

1

22 10

T

T

dtuTxx

u

22

0 uxx

u

ตวแปรทมขดอยขางบนหมายถงคาเฉลยตอเวลา

y

vu

y

uvdt

y

uv

T

T

T

2

1

1


หนา 98

z

wu

z

uwdt

z

uw

T

T

T

2

1

1

x

Pdt

x

P

T

T

T

1.11 2

1

เราสามารถเขยนสมการโมเมนตมในแนวแกน X ใหมไดดงน

z

wu

y

vu

x

u

x

Pfv

z

uw

y

uv

x

u

t

u 22 1

เทอมในวงเลบเรยกวา Reynolds Stress Terms ซงเปนตวแทนของขบวนการระดบความปนปวน เปนสงปกตทเราจะเขยนแรงเสยดทานเนองจากความปนปวนใหคลายคลงกบแรงเสยดทานระดบโมเลกล

สตรของแรงเสยดทาน (แรงเฉอน) ในระดบโมเลกล = x

u

และเปนการยากในการตรวจวด Reynold Stress เราจงเสนอแนวคดของ Eddy/Turbulent Viscosity

-12TL โดยกาหนดวา

x

uNuu xx

รวมอยในเทอมความดนแลว

y

uNvu xy

ปกตจะมคานอยมาก เราจงกาหนดวามคานอย

z

uNwu xz

มความสาคญมากเพราะเปนแรงเสยดทานภายในแบบปนปวน และ

แรงเฉอนเนองจากลมและแรงเสยดทานจากทองนา


หนา 99

รปแบบหนงของสมการโมเมนตมของแกน 3 แกนจะเขยนไดดงน

X : z

uN

zx

Pfv

z

uw

y

uv

x

u

t

uxz

12

Y : z

vN

zy

Pfu

z

vw

y

v

x

uv

t

vyz

12

Z : gz

P

10

เปนการเขยนกฎขอท 2 ของนวตนใหในรปของความเรงประจาถน ความเรงจากสนามความเรว และการหมนของโลก ในระบบพกดฉาก สมการโมเมนตมในแกน Z : จะมชอเรยกเฉพาะวา Hydrostatic Approximation เนองจากวาความเรงจากความเรวในแนวดงของนาในมหาสมทรจะเลกมากเมอเทยบกบแรงโนมถวงและความดนอทกสถตย (hydrostatic pressure)

ผลเฉลยของ Hydrostatic Approximation เรมจากสมการโมเมนตมในแนวแกน Z

gz

P

10

รปท 3.11 ระบบการคดความลกนาโดยใหทองนามระดบเทากบศนย (ทมา KNAUSS, J..A.1978)


หนา 100

จดระบบพกดเสยใหมโดยให 0z ททองนา ความลกจากทองนาถงระดบผวนานง h ระดบผวนา ),( tx ตองการคานวณความดนของนาทความลก z จากทองนา ( zh จากระดบนาทะเล)

เนองจากตวแปรตาม P ขนกบตวแปรหลก z เพยงตวเดยว เราจงสามารถเปลยน เปน d ได สมการจะเปน

gdzdP อนทเกรตสมการจากความลกใดๆ z ถงผวนา )( 0 h

0

)(

h

z

P

zP

dzgdPatm

เมอไมคานงถง baroclinic geostrophic current เรามกจะใหความหนาแนน คงทเขยนสมการใหมจะได

0

)(

h

z

P

zP

dzgdPatm

)( 0 zhgPP zatm

)( 0 zhgPP atmz โดยปกตเราจะให 0atmP หรอใหความดนของบรรยากาศเทากบคาคงท constantatmP ในทนเราให z เปนความลกเหนอทองนา ความลกของนา ณ จด z เทากบ )( 0 zh ถา

, , , , zhg และ atmP เปนคาคงท เราจะได

gPz หรอ

000,10 zP เมอ 3kg/m 020,1 และ 2m/s 81.9g ถา เ พม ขน 1 เมตรจะทาให zP เ พม ขน

hPa 100Pa 000,10 ดงนน


หนา 101

mb)or (hPa(cm) P ในชวงทมพายไตฝนเขาความกดอากาศจะเปลยนแปลงซงทาใหระดบนาเปลยนไปดวย ความกดอากาศทเพมขนจะทาใหระดบนาทะเลลดลง atmP หรอความกดอากาศลดระดบนาจะเพมขน

การเปรยบเทยบขนาดของเทอมตางๆ ในสมการโมเมนตม (Scaling of Momentum Balance) พจารณาสมการโมเมนตมในแนวแกน x

z

uN

y

uN

x

uN

x

Pfv

z

uw

y

uv

x

uu

t

uzyx

22

2

21

yx NN , และ zN เปน turbulent kinematic viscosity ในแนวแกน yx, และ z ตามลาดบ

โดยมหนวยเปน -12TL ถาการไหลของนาเปนแบบราบเรยบ (larminar) yx NN , และ zN จะ

ถกแทนดวย molecular viscosity ซงมคาเทากนทกทศทางคอ ซงมหนวยเปน -12TL เชนกน แตมคานอยกวาความหนดแบบปนปวน 103-106 เทา

เราเรมทาการประมาณขนาดของเทอมแตละเทอมโดยใหขนาดของตวแปรแตละตวอยางเหมาะสม เชน

- ความเรวกระแสนา wvu ,, จะม velocity scale 1-10 m/s - ระยะทาง zyx ,, จะม length scale ใชขนาดของมหาสมทรหรอขนาดของชองก

รดโมเดล - คาสมประสทธอนๆ ใชคามาตรฐาน

จากสมการโมเมนตมในแนวแกน x พจารณาในสภาพสมดล คอ

0

t

u

สาหรบ Inertial term

LU 2

x

uu

Coriolis effect Uf 0fv


หนา 102

Viscous Effect

22

2

LU

x

u

Pressure term

LHg1 0

x

hg

x

P

(ไมสนใจเครองหมายหนาพจน)

ตอไปหาสดสวนของเทอมแตละเทอม

ViscousInertial

UL

UL

LU 22

เรยกวา “Reynolds number” เปนตววดความปนปวนของนา (turbulence)

หมายเหต

คา 1 – 100 Larminar flow 100 - 1000 Transitional > 1000 Turbulent

CoriolisInertial

LfU

Uf1

LU

00

2

เรยกวา “Rossby number” เปนตววดปจจยจากการหมนรอบตวเองของโลก ถาความเรวกระแสนาสง

ขนาดของพนทศกษาเลก จะไดคา Rossby number มาก แสดงวาแรงโครโอลสมผลตอการไหลเวยนนอย

สามารถตด Coriolis effect ออกจากสมการได

Coriolisvicous

200

2 LfUf1

LU

เรยกวา “Ekman number” เปนตววดปจจยความหนดทมผลตอการไหลเวยนของนา


หนา 103

Hg

U

gH

L

L

U

0

22

PressureInertial

เรยกวา “Froude number” เปนตววดลกษณะการไหลของนาและการเคลอนตวของสณฐานใตนา

รปท 3.12 แสดงคา Fr < 1 subcritical flow เปนการไหลปกต ระดบนาสง เนนทองนาลาด ดานปะทะกระแสนา ชนดานทายนา (ทมา KNAUSS, J..A.1978)

รปท 3.13 แสดงคา Fr = 1 critical flow จะเกดลกษณะการไหลทเรยกวา hydraulic jump เพอเปลยนจาก subcritical flow เปน supercritical flow (ทมา KNAUSS, J..A.1978)


หนา 104

รปท 3.14 แสดงคา Fr > 1 supracritical flow นาไหลเรว ระดบนาตาลง เนนทองนาจะชนดานทปะทะกบกระแสนา ลาดดานทายนา (ทมา KNAUSS, J..A.1978) ดงนน ในสภาวะสมดล สมการโมเมนตมในแนวแกน x ประกอบดวย

20

0

2

L

U

L

Hgvf

L

U

เมอแทนคาตวแปรตางๆ ลงในสมการแลว ถาเทอมไหนมขนาดตางจากเทอมอนมากกวา 10-100 เทา แสดงวาสามารถตดเทอมนนออกจากสมการได สมการควบคมการไหลเวยนของเราจะลดรปลงไป

ความเสถยร (Stability) ม 2 แบบ คอ

1) Dynamic stability ความเสถยรเชงพลศาสตร ใช Reynolds number (Re) เปนตววด ถา Re > 105 - 106 แสดงวาการไหลเวยนเปนแบบปนปวนซงเปนเรองปกตสาหรบมหาสมทรและบรรยกาศ ตองมความแตกตางของความเรวตามระยะทางจงจะเกดความปนปวนได

2) Static stability ความเสถยรเชงสถตย เปนความแตกตางความหนาแนนตาม ความลกซอาจชวยเสรมหรอลดผลจากความเสถยรเชงพลศาสตรได ความเสถยรเชงสถตย E คานวณจาก

2

1c

g

zE


หนา 105

เมอ c คอความเรวของเสยงในนา

2c

g คอคาแกสาหรบความดนในนา

E มคาประมาณ 10-8 10-6 m-1

หรอคานวณจากความถ Brunt-Väisälä gEN 2 rad/s หรอ s-1

รปท 3.15 ความเสถยรในทะเลลกษณะตางๆ (ทมา KNAUSS, J..A.1978)

ในความเปนจรงเราจะตองพจารณาทง dynamic และ static stabilities จงสรางสดสวนขนมาใหมอกหนงตว เรยกวา Richardson number

2

2

z

u

NRi

(เรายกกาลงสองเพอตดเครองหมายบวกลบออก)

หมายเหต Ri < 0 ไมเสถยร ความแตกตางของความหนาแนนนาจะเกดความปนปวน Ri = 0 เสถยร แบบเปนกลาง Ri > 0 เสถยร ความแตกตางของความหนาแนนนาชวยลดความปนปวน


หนา 106

การหมนวนของนา (Vorticity) สมการโมเมนตมในพกดฉากซงอธบายการไหลเวยนของนาในมหาสมทรสามารถเขยนไดอกแบบโดยใชสมการการหมนวนของนา กอนอนตองนยามการหมนวนเสยกอน

การหมนวนสมพทธ =

y

u

x

v

0 การหมนวนเปนบวก (ทวนเขมนาฬกา) ทงสองซกโลก 0 การหมนวนเปนลบ (ตามเขมนาฬกา) ทงสองซกโลก

0y

u, 0x

v = บวก

0y

u, 0x

v = ลบ

การหมนวนสมบรณ = การหมนวนสมพทธ + การหมนรอบตวเองของโลก

frelabs โดย sin2f

จากสมการโมเมนตมในแกน x และ y เมอไมมแรงเสยดทาน และความหนาแนนของนาคงท

fvx

P

dt

du

1

fuy

P

dt

dv

1


หนา 107

หาอนพนธเทยบกบ y ในสมการโมเมนตมแกน x และหาอนพนธเทยบกบ x ในสมการโมเมนตมแกน y (เราเรยกวา cross-differentiation) แลวจดเทอมใหมโดยเอาสมการโมเมนตมแกน y ลบกบสมการแกน x จะได

y

v

x

uf

y

fv

y

v

x

u

y

u

x

v

y

u

x

v

yv

y

u

x

v

xu

y

u

x

v

t

แทน

y

u

x

v และ ) (v) (u) () (

yxtDt

D

จะได

y

v

x

uf

y

fv

Dt

D )(

แต Dt

Dfv

y

fv

y

fv

x

fu

t

f

โดย 0

x

fu

t

f, yaf

ดงนนเราจะไดสมการการหมนวน

y

v

x

uf

Dt

fD )()(

สาหรบการอนรกษมวลนาใน 2 มต ในคอลมนนาลก D และไมมการไหลถายเทของนาเขาออกผนงของคอลมนนา


หนา 108

t

DDv

yDu

t

ขยายสมการขางตน

t

D

y

Dv

y

vD

x

Du

x

uD

y

Dv

x

Du

t

D

y

vD

x

uD

Dt

DD

Dy

v

x

u 1

แทนคาสมการขางตนลงในสมการการหมนวน และเขยน ) (dt

d แทน ) (

Dt

D

)(1)( fdt

dD

Df

dt

d

จดเทอมใหม D

dD

f

fd

)()(

แลวอนทเกรตจะได constantln

D

f

เราจะได Potential Vorticity Equation constant D

f


หนา 109

รปท 3.16 ตวอยางโมเดลการหมนวนของนาในมหาสมทร (Stommel’s Model) (ทมา KNAUSS, J..A.1978)

การหมนวน การหมนวน

ลม ลม

โครโอลส แรง โครโอลส ออน

ความเสยดทาน แรง ความเสยดทาน ออน

ไหลแรง ไหลเออ


หนา 110

3.3 ขนาดของการไหลเวยน การจาแนกประเภทการไหลเวยนอกแนวทางหนงคอ ดระยะเวลาของการไหลวาเกดขนชวขณะหรอเกดอยางตอเนองและขนาดของระยะทางทเคลอนทไป ประกอบดวย 1) การไหลเวยนระยะเวลานานทสดและไกลทสดคอการไหลเวยนอยางตอเนอง ตวอยางเชน ลมสนคา และกระแสนาอนกลฟสตรม เปนปรากฏการณทเกดขนอยางคงทถาวรถงแมวารปแบบการไหลเวยนจะเปลยนแปลงอยบาง ระยะทางการไหลมความยาวหลายพนกโลเมตร 2) การไหลเวยนลาดบถดไปคอสงทเกดขนตามฤดกาล ตวอยางเชน ระบบลมมรสมในทวปเอเชย และการเปลยนทศทางการไหลเวยนของนาในมหาสมทรอนเดย ระยะทางการไหลมความยาวหลายพนกโลเมตรเชนกน แตลกษณะเดนของมนคอการเปลยนเปลงตามฤดกาล 3.) การไหลเวยนทเกดขนหลายๆ วนหรอสปดาหสวนใหญจะเกดขนไมสมาเสมอ ระยะทางการไหลมความยาวประมาณ 1000 กโลเมตร เชนการเคลอนทของหยอมอากาศ การเปลยนทศทางการไหลเวยนของนาในมหาสมทร 4) การไหลเวยนระดบหลายชวโมงถง 2 วนมอยหลายชนด ตวอยางเชนการเกดพายไซโคลนหรอดเปรสชน ลมบก-ลมทะเล นาขนนาลง ระยะทางการไหลมความยาวตงแต 50 กโลเมตรถง 2000 กโลเมตร 5) การไหลเวยนในระดบวนาทหรออาจจะเปนนาทคอคลนผวนาทเกดจากลมทพด ระยะทางการไหลมความยาว 100 เมตร แตอาจมากกวานได การเคลอนททไมสมาเสมอในคาบเวลาเปนวนาทเกดจาก turbulence

การไหลเวยนทสงเกตไดในมหาสมทรเปนผลรวมของความเรวในคาบเวลาตางๆ เชน

ui = u1 + u2 + u3 + u’

เมอ uI คอกระแสนาทวดได u1, u2, และ u3 คอ กระแสนาจากแรงตางๆ กน u’ คอความเรวเนองจาก turbulence ซงจะถกขจดออกไปโดยการเฉลยความเรวทตรวจวดในระยะเวลาทเหมาะสม การจะกาจดความเรวของคาบเวลาทไมตองการกสามารถทาไดเชนเดยวกนโดยการเฉลยขอมลใหครบคาบเวลาของความเรวทไมตองการ เชนวดกระแสนารายชวโมงจนครบ 1 วน (25 ชวโมง) แลวหาคาเฉลยเพอขจดกระแสนาเนองจากนาขนนาลงออกไป

ตวอยางของการไหลเวยนทสาคญในมหาสมทรทจะกลาวถง คอ inertial motion, Geostrophic motion, และ Ekman current และ Ekman transport


หนา 111

Inertial Motion (การเคลอนทตามแรงเฉอย) การไหลเวยนแบบนเรมตนจากเหตการณทางอตนยมวทยา เชนลมพายพดอยชวครจนเกดกระแสนา เมอลมหยดพดแลวแตกระแสนายงไหลเปนวง การไหลเปนความสมดลระหวางแรงโครโอลสและแรงหนศนยกลางเทานน รศมและคาบการหมนวนขนอยกบละตจด

r

cfc

2

เมอ f = Coriolis paremeter ( sin2 ), c = tangential current, r =

radius

f

cr และ

sin hr 122

f

T

ตวอยาง กระแสนา 0.5 m/s ทละตจด 42 มรศม 5 กโลเมตร คาบเวลา 18 ชวโมง

รปท 3.17 นาไหลเปนวงตามแรงเฉอยในทะเลบอลตก (จาก Beer, T. 1983)


หนา 112

Geostrophic Motion (การเคลอนทตามความดนของนา) ความดนของนาเกดขนเนองจากระดบนาแตกตางกนหรอมวลนาทมความหนาแนนแตกตาง

กน กจะเกดการเคลอนตวของนาเพอลดแรงดนดงกลาว แตเมอนาเคลอนทจะเกดแรงโครโอลสเขามาผสม สดทายแลวนาจะไหลเปนวงตามเสนชนทมแรงดนเทากน ในซกโลกเหนอนาไหลตามเขมนาฬการอบจดศนยกลางทมความดนสง และทวนเขมนาฬการอบจดศนยกลางทมความดนตา การไหลของนาเนองจากความดนจะเกดขนกลางมหาสมทรหางจากฝง

รปท 3.18 การไหลแบบ geostrophic ในซกโลกเหนอจะนาไหลตามเขมนาฬกา (anticyclonic) รอบจดศนยกลางทมแรงกดสง และทวนเขมนาฬกา (cyclonic) รอบจดศนยกลางทมแรงกดตา (ทมา http://automne-catsat.cls.fr/files/pmedia/public/r91_9_image_planche6_geocurrents. png Ekman current และ Ekman transport Ekman current เกดขนบรเวณผวนา ใกลทองนา และขอบฝงมหาสมทร ถอเปนกระแสนาในขอบมหาสมทร (boundary layer) Ekman current บรเวณทองนามความหนาประมาณ 10 เมตร เกดจากแรงเฉอนจากความเสยดทานของทองนารวมกบแรงโครโอลสและความแตกตางของความดนนาในแนวราบ แรงโครโอลสทาใหกระแสนาใชนขอบมคาลดลงจากกระแสนาเฉลยในมหาสมทรและทศทางของกระแสนาเปลยนแปลงตามความลก กระแสนาททองนามคาเปนศนย การเคลอนตวของมวลนาในชนขอบ (Ekman transport) ไปทางซายมอของการไหลของนาในมหาสมทร

Ekman current ทผวนาเกดจากแรงเฉอนเนองจากลมทผวนา แทนทกระแสนาจะไหลไปตามทศทางของลม แรงโครโอลสจะทาใหกระแสนาผวหนาไหลไปทางขวามอของทศทางลม ตาม


หนา 113

ทฤษฎแลวในซกโลกเหนอกระแสนาผวหนาจะทามม 45 องศาทางขวาของทศทางลม กระแสนาผวหนาจะสรางแรงเฉอนฉดใหมวลนาระดบตาลงไปเกดการเคลอนตวโดยกระแสนาระดบลางจะเบยงไปทางขวาทามมกบกระแสนาชนเหนอขนไป ดงนนทศทางกระแสนาจะหมนวนตามความลก เรยกวา Ekman spiral ทศทางกระแสนาทระดบลางสดของชนขอบ Ekman (Ekman boundary layer) จะตรงกนขามกบทศทางกระแสนาทผวนาพอด ความหนาของชนขอบ Ekman ทผวหนาจะขนกบความหนดและสมประสทธของแรงโครโอลส โดยเฉลยชน ขอบ Ekman หนาประมาณ 50 เมตร การเคลอนตวสทธของมวลนาในชนขอบ Ekman จะตงฉากกบทศทางลมโดยในซกโลกเหนอจะอยทางขวามอของทศทางลม

รปท 3.19 ลกษณะการไหลของ Ekman boundary layer บรเวณผวนา (ทมา http://earth .usc.edu/ classes/geol150/stott/variability/images/oceansurf/ekman2.gif)


หนา 114

Ekman boundary layer บรเวณขอบฝงเกดเนองจากลมพดขนานกบฝง ผลจาก Ekman ถาฝงอยทางซายมอของทศทางลมจะทาใหมวลนาชนบนไหลออกจากฝงในซกโลกเหนอ มวลนาชนลางจะไหลขนมาแทนทจนเกดเปนปรากฏการณนาผด (upwelling) ถาฝงอยทางขวามอของทศทางลมจะเกดปรากฏการณนาจม (downwelling)

รปท 3.20 Upwelling และ downwelling บรเวณขอบฝงอนเนองมาจาก Ekman transport (ทมา http://www.iupui.edu/~g115/assets/mod10/updownwell_lg.jpg.)


หนา 115

3.4 การตรวจวดกระแสนาและการวเคราะหขอมลเบองตน การตรวจวดกระแสนาม 2 ลกษณะคอ 1. ตรวจวดแบบกาหนดจดตรวจวดคงท เปนการตรวจวดแบบ Eulerian เนองจากบรเวณ

ตรวจวดจะมอทธพลของนาขนนาลง จงจาเปนตองตรวจวดเปนรายชวโมงใหครบวฏจกรนาขนนาลง (12.42 หรอ 25 ชวโมง) ควรทาการตรวจวดหลายระดบความลกเนองจากความเรวกระแสนาแตละระดบจะไมเทากน

เครองตรวจวดทใชเรยกวา current meter ซงใชเทคโนโลยหลายอยาง คอ 1) แบบใชแผนวสด 2 แฉก (current vane)หรอ 4 แฉก (current cross) ผกอย

กบเชอก เวลาใชงานกหยอนเครองใหถงระดบความลกทตองการ วดความเอยงของเชอกแลวนาไปคานวณเปนคาความเรวกระแสนา และวดทศของเชอกดวยเพอบอกทศทางการไหล current vane ใชงานงายและตนทนในการผลตตา กอนใชตองมการ calibrate เครองกบเครองวดกระแสนาแบบอนทมความถกตองสงกอนทจะนาไปใชงานได

2) แบบเครองกลคอใชใบพดหมน นบจานวนรอบทใบพดหมนตอเวลาจะสมพนธกบความเรวกระแสนาตามสมการทโรงงานไดหาไวแลว

3) แบบ Savonious rotor จะมใบพดประมาณ 6 ใบ ตดอยบนตวเครองซงตงขวางการไหลของนา สามารถกาหนดใหเครองวดกระแสนาเปนชวงๆ แลวเฉลยความเรวให 1 คา สวนทศทางไดจากการวดครงเดยว สามารถเกบขอมลอยางตอเนองไวในหนวยเกบขอมลซงอาจเปนเทปแมเหลก หรอ RAM

4) แบบแมเหลกไฟฟา ประจไฟฟาในนาทเคลอนผานหววดแมเหลกไฟฟาจะบงบอกถงความเรวของกระแสนา เปนการวดกระแสนาทางตรง

5) แบบสะทอนของเสยงหรอเรยกวา acoustic doppler current meter มเครองปลอยเสยงและตวรบเสยง ใชหลกการเปลยนความถของเสยงในนาในการคานวณเปนความเรวกระแสนา คาความเรวกระแสนาทไดจะมความแมนยาไมมากแตมขอไดเปรยบคอสามารถวดความเรวกระแสนาไดหลายระดบในคราวเดยวกน

การแสดงผลขอมลสามารถแสดงกราฟความเรวและทศทางตอเวลาแยกกนคนละรป แตวธนจะเหนการเปลยนแปลงความเรวและทศทางของกระแสนาไมคอยชดเจน การแสดงผลอกวธหนงคอพลอตความเรวและทศทางกระแสนาบนกราฟอนเดยวกน เราเรยกวา stick diagram วธนจะเหนการเปลยนแปลงของความเรวไดชดเจนยงขน


หนา 116

รปท 3.21 การพลอตความเรวและทศทางของกระแสนาตอเวลา โดย (a) พลอตความเรวและทศทางอยคนละกราฟ (b) พลอตความเรวและทศทางบนกราฟเดยวกน

2. ตรวจวดแบบอปกรณลอยไปกบนา เปนการตรวจวดแบบ Lagrangian วสดทใชอาจเปนของหาไดงายๆ เชนแผนกระดาษลอยนา ทนลอย ซงตองมเรอวงตามแลววดตาแหนงของวตถลอยนาเปนระยะ หรอจะใชเครองมอโดยเฉพาะเรยกวา drouge ซงบางรนสามารถสงสญญาณบอกตาแหนงของมนไปยงดาวเทยมได และบางรนกสามารถปรบความหนาแนนเพอใหจมตวลงสระดบความลกนาทตองการเปนระยะเวลาทกาหนดแลวจะลอยตวขนสงสญญาณบอกตาแหนงของตวมนกอนจมตวลงไปใหม อปกรณแบบนเหมาะสาหรบการศกษากระแสนาในทะเลหรอมหาสมทรและตองทาเปนเครอขายขนาดใหญ

การวเคราะหขอมลกระแสนาขนอยกบความตอเนองของขอมลและขอมลประกอบอนๆ เพมเตม โดยทวไปเราจะหาคาเฉลยของขอมลซงจะไดทศทางและความเรวของกระแสนาสทธ การหาคาเบยงเบนของขอมลกระแสนาจะทาใหเราไดคาแอมปลจดของนาขนนาลง และถามขอมลพนทหนาตดของรองนาเรากสามารถคานวณหาปรมาณนาทไหลเขาออกรองนาได หากขอมลกระแสนารายชวโมงมความตอเนองถง 14 หรอ 29 วนเรากสามารถวเคราะหขอมลกระแสนาแบบฮารโมนค ซงจะไดองคประกอบนาขนนาลงทกอใหเกดกระแสนา และการเปลยนแปลงของทศทางและความเรวของกระแสนาในรอบวฏจกรนาขนนาลง (tidal cycle)


หนา 117

สาหรบขอมลกระแสนาแบบ Largrangian ทาใหเราทราบทศทางและความเรวและทศทางของกระแสนาตอเวลาได เหมาะสาหรบการตดตามดการเคลอนทของมวลนาทเราสนใจ ขอมลกระแสนาแบบ Eulerian กสามารถศกษาทศทางการเคลอนทของมวลนาไดโดยการพลอตความเรวและทศทางของกระแสนาแบบตอเนองทเรยกวา Progressive Vector Plot (PVD)

รปท 3.22 ตวอยางเครองวดกระแสนาแบบตางๆ


หนา 118


1. กระแสนาในมหาสมทร มกประเภท อธบายพรอมใหเหตผลประกอบ - กระแสนาศนยสตร กระแสนาแนวฝง และ Gyres อธบายพรอมวาดภาพประกอบ - Geostrophic current, western intensification และ Equatorial countercurrents อธบายพรอมใหเหตผลประกอบ - การหมนเวยนของกระแสนาในมหาสมทรตางๆของโลก อธบายพรอมวาดภาพประกอบ - กระแสนาลก(Deep current) อธบายพรอมวาดภาพประกอบ

2. Coriolis force คอ อะไร

3. Coriolis parameter, f, ทเสนศนยสตรมคาเทากบ

4. เครองบนกาลงบนมงหนาไปทางทศเหนอดวยความเรว 500 เมตรตอวนาท เหนอเมองชารลสตน (ละตจด 30 องศาเหนอ ลองตจด 100 องศาตะวนตก) สมมตวาเครองบนมมวล 100,000 กโลกรม ใหหาขนาดของแรงโครโอลสทกระทากบเครองบนและทศทางของแรงโครโอลส ใหใสหนวยของแรงโครโอลสใหถกตองดวย (Coriolis force = m*f*v)

5. Rossby number คออะไร ใชสาหรบบอกอะไร

6. ใหคานวณ Rossby number และแปลผลทไดจากการคานวณ กาหนดคาทใชดงตอไปน (อาจให

ขอมลมาเกนกวาทตองใช) U=1 m/s, L=108 m, f0=1.5x10-4 radian/s, g=10 m/s2, =102 m2/s, H=104 m

7. กระแสนา inertial current มความเรว 0.5 เมตรตอวนาท ทละตจด 30 องศาเหนอ จะมรศมเทาไร และคาบเวลาเทาไร และกระแสนาหมนตามเขมหรอทวนเขมนาฬกา

8. จงอธบายพอสงเขปวาทาไมกระแสนาทางฝงตะวนตกของมหาสมทรจงไหลแรงกวากระแสนาฝงตะวนออกของมหาสมทร

9. Geostrophic current คออะไร

10. อธบายลกษณะสาคญของ Barotropic flow กบ Baroclinic flow

11. Ekman current เปนกระแสนาในมหาสมทรทเกดเนองจากลม มคณสมบตเดนๆ เปนเชนไรบาง


หนา 119

100 m

100 m

U=0.3 m/s V=0.1 m/s

U=0.3 m/s V=0.3 m/s

U=0.1 m/s V=0.1 m/s

U=0.1 m/s V=0.3 m/s

100 m

100 m

12 Ekman pumping คออะไร สมพนธกบกระบวนการนาผด (upwelling) และนาจม (downwelling) อยางไร

13. ผลการตรวจวดความเรวกระแสนา 4 จดในเวลาเดยวกนเปนดงรป ใหคานวณอตราการหมนวน

(vorticity) ของนาและบอกทศทางการหมนวนตามสตร

y

u

x

v


หนา 120


HARVEY, J.G. 1976. Atmosphere and Ocean: Our Fluid Environments, The Artemis Press. An

overview of the physical properties and circulation of the atmosphere and the ocean; has a small amount of mathematics.

KNAUSS, J..A.1978 Introduction to Physical Oceanography, Prentice Hell. This book begins

with a theoretical background about the balances of forces involved in ocean circulation, and then provides an overview of ocean currents, tides and surface waves.

Knauss, J.A.1997.Introduction to physical oceanography Second Edition, Prentice Hall. 309 p.

PONE, S. AND PICKARD, G.L. 1978. Introductory Dynamic Oceanography, Pergamon Press. A

discussion of mathematical relationships used in physical oceanography, with explanations of their physical bases and description of how they may be manipulated.

เวปไซต

www.chanthaburi.buu.ac.th/~tachanat/course/830321/unit1.pdf http://portal.edu.chula.ac.th/lesa_cd/assets/document/LESA212/7/circulation

_sea/circulation_sea/circulation_sea.html



.

1.วตถประสงค เชงพฤตกรรม

1) ผเรยนสามารถอธบายนยามเกยวกบองคประกอบของคลน

2) ผเรยนสามารถอธบายการเคลอนตวของอนภาคนา และผลกระทบจากนาตน

3) ผเรยนสามารถอธบายการสงผานพลงงานคลน

4) ผเรยนสามารถอธบายคลนแตกตว (Breaker)

5) ผเรยนสามารถอธบายการหกเหของคลน (Wave refraction)

6) ผเรยนสามารถอธบาย Trapped Wave

7) ผเรยนสามารถอธบายคลนทมความยาวคลนยาว

8) ผเรยนสามารถอธบาย Internal Wave

9) ผเรยนสามารถอธบายการตรวจคลนและวเคราะหขอมลเบองตน

2.วธการสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจาบท



3.สอการเรยนการสอน

1) Power Point


4.การวดผลและการประเมนผล 1) ตงคาถามขณะบรรยาย 2) สอบขอเขยน


หนา 121

4 คลน (Wave) สาระของบทนกลาวถงการเกดของคลน คณสมบตและชนดของคลน ตลอดจนอทธพลของ

คลนตอชายฝง เนองจากคลนมหลายประเภท อกทงสมการทอธบายการเคลอนตวของคลนมความซบซอน ในบทนจงยกสมการคลนบางสมการโดยไมไดบอกทมาหรอพสจน คลนบางชนดอาจจะทาความเขาใจไดยาก เชนคลนคาบยาว ผอานสามารถขามหวขอนนไปได

คลน คอการเคลอนทของพลงงานผานตวกลางโดยทตวกลางมการขจด (การเคลอนทสทธ) เปนศนย คลนเกดขนบรเวณรอยบรรจบ(ผว)ของตวกลาง 2 ชนด เชน ผวทะเลกบบรรยากาศ บางครงเกดคลนในตวกลางชนดเดยวแตตางความหนาแนนกน คลนบนผวทะเลเปนแบบ gravity wave กลาวคอใชแรงดงดดของโลกเปนตวการทาใหคลนสงบ คลนบนผวทะเลอกชนดเปนคลนพรวเลกๆ เรยกวา capillary wave คลนนจะใชแรงตงผวของนาทาใหผวนาสงบเมอปราศจากลมพด คลนผวนาจดเปนคลนตามขวางโดยคลนและพลงงานคลนเคลอนทในแนวราบในขณะทผวนาขยบขนลงในแนวดง คลนในทะเลสวนใหญเปน progressive wave กลาวคอมสนคลนและทองคลนเคลอนทผานจดอางองใดๆ จดหนงในทะเลสลบกนไปอยางตอเนอง เมอใดทคลนวงกระทบขอบฝงจะเกดการสะทอนกลบ คลนทวงเขามาจะผสมกบคลนทสะทอนออกไปเกดเปน standing wave กลาวคอมบางจดของผวนาทระดบนากระเพอมขนสงแลวตาสลบกนไป (ปฏบพหรอ antinode) และบางจดทระดบทรงอยกบทตลอดเวลา (บพหรอ node)

ชนดของคลนและสาเหตในการเกดคลนมดงน (รปท 4.1) 1) ripple, wind wave, และ swell เกดจากลมตรงรอยตอระหวางบรรยากาศกบผว

นา เปนคลนคาบสนคอมคาบเปนวนาท ripple จะเปนคลนพรวขนาดเลกๆ บนผวนาเกดจากลมในพนท wind wave คอคลนจากลมโดยทวไปมคาบและความสงคลนมากกวา ripple สวน swell คอคลนเนองจากลมทเคลอนตวมาจากทะเลไกล จะมคาบและความสงคงท ในชวงทชายฝงสงบลมเราจะเหนคลน swell ทเขากระทบชายฝงไดอยางชดเจนขน

2) คลนใตนา (internal wave) คอคลนระหวางชนนา เกดจากนามความหนาแนนไมเทากน เชนชนนาจดลอยอยเหนอชนนาทะเลทาใหความเรวกระแสนาไมเทากน หรอมสงรบกวนระหวางชนรอยตอของนา เชน เรอแลน เปนตน

3) ซนาม (tsunami) เกดจากแผนดนไหวหรอแผนดนถลมใตนา ทาใหนาเกดการกระเพอมอยางรนแรง คลนซนามเปนคลนคาบยาวทเคลอนทจากฟากมหาสมทรหนงไปยงฟากตรงขามไดอยางรวดเรว โชคดทประเทศไทยไมอยในแนวทางเคลอนตวของคลนซนาม


หนา 122

4) gyroscopic-gravity wave (ผวนาหรอระหวางชนนา) คลนมคาบยาวเปนชวโมงและไดรบอทธพลจากแรงโครโอลส เกดจากหลายสาเหต เชน แรงเฉอนจากลม การเปลยนความกดอากาศ เปนตน

5) Rossby หรอ Planetary wave เปนคลนคาบยาวเปนวนและคลมพนทขนาดใหญ สงเกตจากความเรวและทศทางกระแสนาเปลยนแปลง เกดจากแรงเฉอนจากลมเปลยนแปลง หรอความไมเสถยรของคอลมนนาแบบ baroclinic (ความหนาแนนนาเปลยนตามความลก) หรอ barotropic (ความหนาแนนนาคงท) เปนตน

6) tide (นาขนนาลง) เปนคลนผวนาชนดหนงทเกดจากแรงดงดดของดวงจนทรและดวงอาทตย

ในบทนเราจะศกษาคลนชนดท (1)-(3) เปนหลก กลาวถงคลนชนดท (4) และ (5) เลกนอย และนาขนนาลงอยในบทตอไป แตกอนอนตองทาความเขาใจกบองคประกอบของคลนผวนากอน

รปท 4.1 ประเภทของคลนแยกตามความถของคลน (ทมา http://img26.imageshack.us/img26/5964/fig7pj.gif)


หนา 123

4.1 นยามเกยวกบองคประกอบของคลน

รปท 4.2 กราฟการกระเพอมของระดบนาเทยบกบ (a) ระยะทาง และ (b) เวลา สาหรบคลนแบบซายนเวฟ (ทมา J. G. Harvey, 1975.)

องคประกอบของคลนทสาคญคอ - ความยาวคลน (wave length, L) คอระยะทางระหวางยอดคลน 2 ยอดทตดกน

- แอมปลจด (amplitude, a) คอความสงระหวางระดบนานงถงยอดคลน (crest) หรอทองคลน (through) เปนการขจดสงสด

- ความสงคลน (height, H) ผลตางระหวางยอดคลนกบทองคลน - คาบคลน (period, T) คอเวลาทยอดคลน 2 ลกจะเคลอนทผานจดใดจดหนงทอยคงท - ความถคลน (frequency, f) คอจานวนลกคลนทผานจดสงเกตภายในหนงหนวยเวลา มคา

เปนสดสวนผกผนกบคาบเวลา (1/T) - ความเรวของคลน (C) คานวณไดจาก

C = L/T (4.1) - ความชนของคลน (steepness) ถกกาหนดใหมคาเทากบความสงคลนหารดวยความยาวคลน (H/L)


หนา 124

เพอความสะดวกในการกลาวถงเราจะแบงคลนตามคาบเวลาของคลนดงน

คาบเวลา ความยาวคลน ชนดของคลน 0 - 0.2 วนาท 0.2 - 9 วนาท 9 - 15 วนาท 15 - 30 วนาท

0.5 นาท – ชวโมง 12.4 , 24.84 ชวโมง

เซนตเมตร ถง 130 เมตร หลายรอยเมตร หลายหลายรอยเมตร พนกโลเมตร หลายพนกโลเมตร

Ripple (คลนพรว) Wind wave (คลนลม) Swell (คลนลม) Long swell หรอ Forerunner Long period wave รวมทง Tsunami (ซนาม) Tide (นาขนนาลง)

การเคลอนทผานของคลนทาใหระดบนากระเพอมขนลง () ซงเปนฟงกชนกบระยะทาง (x) ณ เวลาใดเวลาหนง หรอเปนฟงกชนกบเวลา (t) ณ ตาแหนงทคงทแหนงหนง ถาสมมตใหคลนมการกระเพอมแบบซายนฟงกชน สมการการกระเพอมของคลนจะเปนแบบฮารโมนค คอ

L

xa

2sin สาหรบ รปท 4.2-a

T

ta

2sin สาหรบ รปท 4.2-b

หรอสมการโดยทวไปสามารถเขยนไดดงน

)T

2 2sin( t

L

xa

(4.2)

คา (2 x/L - 2 t/T) เรยกวาเฟสของคลน นอกจากคลนแบบฟงกชนซายนแลว ยงมคลนในรปแบบอนอก เชน trochoid ตามรปท 4.3 ซงจาลองสภาพของคลนผวนาไดเหมอนจรงกวาแตวามสมการทางคณตศาสตรคอนขางซบซอน

รปท 4.3 คลนแบบ trochoid เสนกราฟเปนสวนของเสนรอบวงของวงกลม (ทมา J.G. Harvey, 1975)


หนา 125

ถาเราตงสมมตฐานใหงายตอการคานวณ ความเรวของคลนทมแอมปลจดเลกกจะสมพนธกบความยาวคลนและความลกของนา (d) ตามสมการ

) 2tanh(2 L

dgLC

(4.3)

เมอ tanh(x) = ((ex – e-x)/(ex+e-x)) ถา x มคานอย tanh(x) จะมคาใกลเคยงกบ x และถา x มคา

มากกวา tanh(x) มคาใกล 1 เราสามารถประมาณความเรวของคลนใน 2 ลกษณะคอคลนนาลกหรอคลนสน และคลนนาตนหรอคลนยาวตามตาราง จะเหนวาความเรวของคลนจะขนอยกบตวพารามเตอรเพยงตวเดยว คอ L ในกรณทเปนคลนนาลก(คลนสน) หรอ d ในกรณทเปนคลนนาตน (คลนยาว) ความเรวของคลนทจดอยระหวางคลนนาลกและคลนนาตนจะตองคานวณโดยใชสมการ (4.3) เตมรปแบบ

คลนนาลกหรอคลนสน คลนนาตนหรอคลนยาว อตราสวน d/L > ½ <1/20

(a) ถา L = 300 ม. คา d ตอง (b) ถา d = 4 กม. คา L ตอง

> 150 ม. < 8 กม.

< 15 ม. > 80 กม.

ความเรวคลน (C) จากสมการ )2/( gl gd

สาหรบคลนนาลก เมอแทนท c ดวย L/T จะไดความสมพนธระหวาง L และ T ดงน

2

2T

gL

(4.4)

ถา T มหนวยเปนวนาทแลว L = 1.56T2 (เมตร) และ c = 1.56T เมตรตอวนาท) หรอ = 3.03T (นอต) (1 นอตเทากบ 1 ไมลทะเลตอชวโมง, 1 ไมลทะเลเทากบ 1.85 กม. หรอประมาณ 1 ลปดา ในแผนทเดนเรอ)


หนา 126

คลนเมอกอตวขนครงแรกจะเปนคลนนาลก กระบวนการในการเกดคลนนนมอยหลายทฤษฎและยงไมรกนอยางชดแจง แตเกยวของกบการแกวงตวอยางปนปวนของลมเมอปะทะกบคลนผวนาและสงผานพลงงานจากบรรยากาศสมหาสมทร จากการศกษาโดยการสงเกตพบวา 1) ถาลมทมความเรวสมาเสมอ 2) พดผานผวหนานาอยางตอเนองเปนระยะเวลาหนง 3) ตามระยะทางของผวนา (fetch) ทพอเพยงจะทาใหเกดรปแบบของคลนลกษณะหนงซงสมพนธกบความเรวลม คลนในทะเลมความซบซอนเนองจากเกดจากการผสมผสานของคลนจากลมทพดดวยความเรวและทศทางตางๆ กน (รปท 4.4) จงไมสามารถวเคราะหคลนดวยตาเปลาได ตองใชวธการทางคณตศาสตรเรยกวา harmonic หรอ spectral analysis ซงคดคนโดย J. B. Fourier (1768-1830) Fourier analysis แยกขอมลทตอเนองออกเปนผลรวมขององคประกอบของ sine wave ยอยๆ ทมความถและแอมปลจดตางๆ กน

รปท 4.4 คลนทเหนบนผวนาเกดจากการซอนทบกนขององคประกอบคลนหลายขนาด เคลอนทในทศทางตางๆ กน (ทมา J.G. Harvey, 1975)


หนา 127

รปท 4.5 สเปคตรมคลนสาหรบคลนทพฒนาจนเตมทดวยความเรว 20, 30, และ 40 นอต แกนตงคอ พลงงาน (ทมา J.G. Harvey, 1975)

Wave spectra (รปท 4.5) เกยวของกบพลงงานคลนทความถคลนตางๆ กน โดยพลงงานในแตละความถจะเปนสดสวนกาลงสองของแอมปลจดของคลนในความถนนๆ ดงไดกลาวแลววาพลงงานคลนขนกบความแรงของลม ระยะเวลาทลมพด และระยะทางบนผวนาทลมพด ถาทะเลไมมขอจากดจะทาใหคลนพฒนาไดเตมท เรยกสภาวะคลนผวนาวา fully arisen sea (FAS) คาบเวลาและความสงคลนสมพนธกบขอจากด 3 ขอนดงตาราง wave spectra ของ FAS เปนดงรป 4.5 ความเรวลม 40 นอต จะใหคลนพลงงานสงสดทความถ 0.06 ตอวนาท (s-1) หรอคาบเวลา 16 วนาท

ความเรวลม

(ม./ว.)

ระยะทางผวนา (กม.)

เวลาทลมพด (ชม.)

คาบคลนทมพลงงานสงทสด (ว.)

คาบคลนเฉลย

(ว.)

พลงงานคลนรวม (จล/

ม.2)

ความสงคลน

นยสาคญ(ม.)

ความสงคลน

เฉลย(ม.)

5 10 15 20 25

10 100 250 750

1400

2 10 22 45 70

4.0 8.1

12.1 16.1 20.2

2.8 5.7 8.5

11.4 14.2

55 17.6 x 102 13.4 x 103 56.3 x 103 17.2 x 104

0.43 2.44 6.58

13.80 23.80

0.27 1.52 4.11 8.50

14.90


หนา 128

การบอกความสงของคลนเราจะใชคา significant wave height โดยเมอเอาขอมลความสงคลนมาเรยงลาดบจากนอยไปหามาก นาความสงคลนดานยอดสงจานวน 1/3 ของยอดคลนทงหมดมาหาคาเฉลย จะไดความสงคลนทเรยกวา significant wave height นกสมทรศาสตรจะใช significant wave height เมอพดถงความสงของคลน

พลงงานของคลนสมพนธกบความสงคลน เมอความเรวลมเพมความสงคลน(และพลงงาน)กจะเพมขน และคาบเวลาทมพลงงานสงสดกจะเพมขนดวย (รปท 4.5) ดวย ความสมพนธระหวางความเรวลมกบสภาพทองทะเลแสดงไวในตาราง Beaufort Scale เมอทราบ Beaufort Scale เรากจะสามารถประมาณความเรวลมและประมาณสภาพคลนทพฒนาไดเตมทแลวทพนทบรเวณนน (ระยะเวลาทลมพดและระยะทางของผวนาเพยงพอ) เชน Beaufort scale ระดบ 5 ตองมลมพด 10 ชวโมง ระยะทาง 100 กม. Beaufort scale ระดบ 8 ตองมลมพด 40 ชวโมง ระยะทาง 1,000 กม. นอกจาก Beaufort scale แลวยงมการจดสถานะของทะเล (State of the Sea) ของ World Meterological Organization – No. 306 (1971) ซงกรมอตนยมวทยาใชพยากรณคลนในทะเลดงน

เลขรหส ลกษณะของทะเล อกษรยอ

ความสงของคลน เปนเมตร

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

ทะเลสงบ (เรยบเหมอนกระจก-glassy) ทะเลสงบ (พรวนอยๆ – ripples) ทะเลเรยบ (เปนละลอกนอยๆ – wavelets) ทะเลมคลนเลกนอย ทะเลมคลนปานกลาง ทะเลมคลนจด ทะเลมคลนจดมาก ทะเลมคลนใหญ ทะเลมคลนใหญมาก ทะเลมคลนใหญและจดมาก (ทะเลบา)

Calm Calm Smooth Slight Moderate Rough Very Rough High Very High Phenomenal

- ง,พ ร คน คป คจ จม คญ คญม

-

0 0 – 0.1

0.1 – 0.5 0.5 – 1.25 1.25 – 2.5

2.5 – 4 4 – 6 6 – 9 9 – 14 > 14


หนา 129

เมอคลนเกดขนมาแลวจะเคลอนทออกจากจดกาเนด ความเรวของคลนจะสมพนธกบคาบคลน คลนยาวจะเคลอนทออกไปกอนตามดวยคลนสน ความเรวกลมของคลนในนาลกจะเปนครงหนงของความเรวคลนแตละลก ถาสงเกตคาบเวลาของคลนทผาน ณ ตาแหนงคงทใดๆ อยางตอเนองกจะสามารถคานวณความเรวกลมและแหลงกาเนดของคลนไดวามาจากทไหน คลนเมอเคลอนออกไปพลงงานตอหนวยระยะทางจะลดลงเพราะรศมการแผกระจายใหญออกไปเรอยๆ ความสงคลนจะลดลง คลนสนจะหายไปเนองจากแรงหนดของนา คลนทไมเปนระเบยบ ณ จดกาเนดกจะเรมถกจดเรยงเปนระเบยบ(ตามความเรวคลน) เมอเคลอนทหางออกไปจากจดกาเนดมากๆ จะเหลอแตคลนยาวทเรยกวา swell ซงมคาบเวลาและความสงคลนคงท swell สามารถเคลอนทขามมหาสมทรได

4.2 การเคลอนตวของอนภาคนา และผลกระทบจากนาตน อธบายการเคลอนทของอนภาคนาได 2 แบบ (รปท 4.6)

1) แบบ Lagrangian ตดตามดการเคลอนตวของอนภาคนา โดยนาเคลอนทเปนวงกลมตามการเคลอนทของคลนจนครบรอบ วงจรการเคลอนตวของอนภาคใหญทสด(เทาความสงคลน)ทผวนาแลวลดลงแบบเอกโปเนนเชยลตามความลก ทระดบความลก L/9 รศมของวงกลมจะเหลอเพยงครงหนงของทผวนา และทความลก L/2 (ความลกนอยทสดทจะจดวาคลนนนเปนคลนนาลก) อนภาคนาไมไดเคลอนทเปนวงกลมอยางสมบรณเนองจากนาขยบไปขางหนาขณะอยทยอดคลนมากกวาถอยหลงกลบขณะอยททองคลนเลกนอย ดงนนมวลนาจงมการขจดไปตามทศทางการเคลอนตวของคลน

เมอคลนเคลอนเขาสพนททมความลกตากวา L/2 อนภาคนาใกลทองนาจะเคลอนตวเปนวงรแทนทจะเปนวงกลม ความเรวของคลนลดลงตามสมการ 4.3 ใกลทองนาอนภาคนาจะไหลไปและกลบไมเปนวงร และเมอความลกนาตากวา L/20 คลนจะเคลอนทดวยความเรว gd อยางไรกตามคาบของคลน (ความถ)ของคลนกยงคงคงท ดงนนความยาวคลนตองลดลงตามสมการ 4.1 คลนเกดการเลยวเบนซงเปนผลใหสนคลนพยายามวางตวขนานกบเสนชนความลกนา 2) แบบ Eulerian ตดตามดการเคลอนตวของมวลนาจากกระแสนาและเสนกระแสนา (streamline) โดยมวลนาเคลอนตวไปสะสมอยทจดบพ (node) หนายอดคลนเพอทจะเปนยอดคลนลาดบตอไป ททายยอดคลนนามวลนาไหลลง และตรงยอดคลนปจจบนมวลนาเคลอนทในแนวราบ


หนา 130

รปท 4.6 การเคลอนทของอนภาคนาเมอมองแบบ streamline และ Lagrangian (ทมา T. Beer, 1983)

4.3 การสงผานพลงงานคลน

พลงงานทผวนาประกอบดวย 2 สวน 1) พลงงานศกยจากการทผวนาสงกวาแนวระดบนานง นาจะถกดงลงดวยแรงโนมถวง 2) พลงงานจลนจากการทอนภาคนาเคลอนทเปนวงกลมหรอวงร

เราสามารถแสดงใหเหนวาพลงงานคลนตอหนวยพนทผวนาเทากบ E = (g/a2)/2 =

(gH2)/8 (a คอแอมปลจดคลน, H คอความสงคลน) หนวยจลตอตารางเมตร และโมเมนตมตอหนวยพนทเทากบ E/C พลงงานคลนและโมเมนตมเคลอนทดวยความเรวเทากบความเรวกลมของคลน เมอคลนวงเขามาเขตนาตนความเรวกลมจะลดลงและความสงคลนจะตองเพมขนเพอใหพลงงานยงคงอยคงท และเมอความยาวคลนลดลงคลนยงตองเพมความสงไปอกและความเรวของอนภาคตองเพมขนจนเกนความเรวกลมของคลนเมอนนคลนจะไมเสถยร จงเกดการแตกตวของคลน การแตกตว


หนา 131

ของคลนเปนการถายเทพลงงานไปในรปของการกดเซาะและพดพาตะกอนชายฝง หรอคายความรอนออกมา หรอพลงงานเสยง การเลยวเบนของคลนจะทาใหพลงงานไปกระจกตวบรเวณโขดหนทยนออกไป จงเปนการกดเซาะโขดหนเพอใหชายฝงใหโคงเรยบรอย

มความพยายามในการเปลยนแปลงพลงงานคลนใหเปนพลงงานไฟฟาโดยใชอปกรณแบบแพลอยนา(flap, buoy, ramp) บรเวณทจะตดตงเครองมอนไดตองเปนบรเวณทมความสงคลนเหมาะสมและมคลนอยตลอดเวลา เชน สหราชอาณาจกร ญปน หรอหมเกาะในทะเล รายละเอยดเพมเตมสามารถคนไดจากอนเทอรเนตภายใตหวขอ wave energy (http://acre.murdoch.edu.au/refiles /wave/text.html.)นอกจากพลงงานคลนแลวยงมโมเมนตมจากคลนซงทาใหวตถลอยนาเคลอนตวไปตามทศทางของคลนดวย


หนา 132

4.4 คลนแตกตว (Breaker) เมอคลนเคลอนเขาหาฝง ความเรวจะลดลงตามความลกนา เมอนาตนมากๆ ความเรวทสน

คลน (crest) จะมากกวาททองคลน (trough) เนองจากความลกนาทสนคลนมากกวาททองคลน สนคลนจะเคลอนทเรวกวาทองคลนจนในทสดสนคลนจะแตกตวหนาทองคลนตวหนา

รปท 4.7 ลกษณะการแตกตวของคลนตวความลาดเอยงของทองนา (ทมา http://i16.photobucket.com/albums/b19/apalach/Breakers.jpg)

ลกษณะการแตกตวของคลนจะขนกบความลาดเอยงของชายหาด ถาชายหาดลาดมากคลนจะคอยๆ แตกตว เรยกวา Spilling Breaker จะปรากฏฟองอากาศบรเวณสนคลน ถาชายหาดมความลาดชนปานกลางคลนจะแตกตวแบบเปนวง เรยกวา Plunging Breaker การแตกตวของคลน 2 ลกษณะนเหมาะแกการเลนกระดานโตคลน ถาชายหาดมความชนมากๆ คลนจะแตกตวเปนโฟมขณะทระดบนาเพมสงขน (Collapsing Breaker) กอนทจะมวนเปนวง และถาชายหาดมความชนมากๆ คลนจะไมแตกตวแตจะเหนแตระดบนาสงขน (Surging Breaker)


หนา 133

การแตกตวของคลนทชายหาดทาใหตะกอนแขวนลอยไปกบนา ในฤดกาลทคลนแรงคลนจะกดเซาะชายหาดแลวนาตะกอนไปทบถมนอกชายฝงเกดเปนสนทรายใตนา เมอถงฤดกาลทคลนออนตวคลนจะพดพาตะกอนนอกชายฝงกลบมาทบถมทชายฝงอกครงหนง การกดเซาะและงอกของชายหาดเปนปรากฏการณธรรมชาตและอยในสมดลตราบเทาทมนษยไมไปขดขวางธรรมชาต 4.5 การหกเหของคลน (Wave refraction) เมอคลนเคลอนทเขาหาฝง คาบของคลนคงทในขณะทความเรวและความยาวคลนจะลดลงตามความลกของนา ทาใหคลนถกบบใหความยาวคลนลดลง คลนชนมากขน คลนทวงเขาหาฝงแบบไมขนานกบแนวชายฝงจะเกดการหกเห(เหนไดชดทสนคลน) จะทาใหสนคลนใกลขนานกบแนวชายฝง การหกเหของคลนเหมอนกบการหกเหของแสงและเปนไปตามกฎของ Snell

constantsin

c

เปนมมทสนคลนทากบเสนขนานกบแนวชายฝง

รปท 4.8 การหกเหของคลน (ทมา KNAUSS, J.A.1978)


หนา 134

(a)

(b)

รปท 4.9 การหกเหของคลนทชายหาดทมความลาดเอยงของทองนาคงท (a) และการหกเหของคลนเขาหาบรเวณชายฝงทมโขดหนใตนาหรอหวเขา และออกจากบรเวณชายฝงทมนาลกกวาบรเวณขางเคยง (b)(ทมา.http://homepages.cae.wisc.edu/~chinwu/CEE514_Coastal_Engin

eering/2007_Students_web/Jennifer_Matt/refraction.jpg


หนา 135

ตามรปท 4.8 (a) เมอคลนวงเขาหาฝงแบบทามมเฉยงกบแนวชายฝง สนคลนในนาตนจะเคลอนทไดชากวาสนคลนในนาลก ทาใหสนคลนเกดการหกเหจนใกลขนานกบแนวชายฝง การหกเหของคลนทาใหพลงงานคลนสะสมตวกนในบางบรเวณและกระจายพลงงานคลนในอกบรเวณหนง คลนเคลอนทผานนาลกจะทาใหพลงงานกระจายตวแลวไปเพมใหบรเวณทคลนหกเหเขาไปรวม (รปท 4.8 (b)) พลงงานคลนสะสมตวบรเวณหวเขา หวเนนทยนออกไปสทะเลเนองจากเปนเขตนาตนทาใหหวเขาถกกดเซาะ สทธแลวคลนจะพยายามทาใหแนวชายฝงเปนเสนตรง การกอสรางโครงสรางชายฝง เชน สะพาน เขอน จะตองคานงวาบรเวณนนเปนทคลนรวมตวกนหรอกระจายตว มเชนนนสงปลกสรางจะถกกดเซาะจนพงลง

คลนทเขากระทบฝงเปนมมเฉยงจะทาใหเกดกระแสนาชายฝงไหลขนานไปกบชายฝง (longshore current) ซงเปนขบวนการเคลอนทรายไปตามชายฝงเกดเปนจะงอย (spit) ตามปากแมนา หรอเปนสนทรายเลยบชายฝง

บรเวณชายฝงทคลนแตกตวแลวนามวลนาเคลอนเขามาปะทะกน เมอมวลนาไมมทจะไปตามชายฝงกจะไหลออกนอกชายฝงเกดเปนกอนมวลนาทไหลตงฉากกบชายฝง เราเรยกวา rip current กระแสนานจะพดพาตะกอนออกนอกชายฝง รวมทงนกวายนาทบงเอญพลดเขามาอยในมวลนาของ rip current เมอรสกวาอยในอาณาเขตของ rip current ใหวายขนานกบฝงจนออกนอกเขตของ rip current จงวายกลบเขาฝง อยาวายทวนนากลบฝงภายในเขต rip current เพราะจะเหนอยกอนถงฝงและอาจจมนาตายได ดงทปรากฏเปนขาวบอยๆ ในประเทศไทย


หนา 136

รปท 4.10 rip current (ทมา http://www.daukas.com/Geoscience/MAtour/CCC/images/drift.gif)

รปท 4.11 Longshore current(ทมา http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/comet/ma rine/ripcurrents/NSF/media/graphics /rip_structure.jpg)


หนา 137

4.6 Trapped Wave Trapped wave หมายถงคลนลกษณะตางๆ ทเกดขนเมอคลนไดรบอทธพลของขอบเขตทางกายภาพคอชายฝง หรอขอบเขตทางพลศาสตรคอเสนศนยสตร trapped wave ทนาสนใจมดงตอไปน

4.6.1 Edge Wave (คลนขอบฝง) เปนคลนวงขนานกบชายฝงโดยแนวสนคลนตงฉากกบชายฝง ความสงคลนมคาสงสดทชายฝงและลดลงอยางรวดเรวจนไมสามารถสงเกตไดเมอระยะหางฝงออกไปเทากบหนงความยาวคลน ความเรวของ edge wave ขนอยกบความเอยงของทองนา และเกดจากการหกเหของคลนตามกฎของ Snell (อตราสวนของความเรวคลนและมมทสนคลนทากบแนวชายฝงคงท) คลนเมอเขาสเขตนาตนจะมความเรวลดลงและเกดการหกเห สนคลนในนาลกจะเคลอนทไดเรวกวาสวนทอยในนาตนกจะเกดการหกเหเขามาสมทบทขอบฝง edge wave ทมคาบเวลาใกลเคยงกบคลน swell ทวงเขาหาฝงจะเปนตวกาหนดตาแหนงของยอดคลนและทองคลนซงจะเปนตวกาหนดตาแหนงของ rip current (กระแสนาทไหลออกจากชายหาด) เรยงๆ กนไปตามชายหาด edge wave รวมกบ คลนแตกตวทาใหชายฝงเวาแหวงเรยกวา cusp สามารถพบไดตามชายหาดยาวๆ เชนหวหน เปนตน

รปท 4.12 Trapped wave ในซกโลกเหนอ ลกศรหนา(บน) ชทศทางทคลนเคลอนตวไปตามชายฝง ลกศรบางแสดงความเรวกระแสนาทตาแหนงตางๆ ตามระยะหางจากฝง (ทมา T. Beer, 1983)


หนา 138

4.6.2 คลนกระฉอก (Seiche) ทขอบทะเลสาบอาจเหนระดบนากระเพอมขนลงเหมอนปรากฏการณนาขนนาลงในทะเลแตคาบเวลาสนกวามาก คลนทเกดขนเปนลกษณะของ standing wave (เปนคลนนาตนหรอคลนยาว) คอทปลายทะเลสาบมระดบนาขนลงสลบกนไป(ปฏบพ)ในขณะทกงกลางทะเลสาบมระดบอยนง(บพ) ความถของการกระเพอมคานวณไดจากสตร

gd

LT

2

เมอ T คอคาบคลน L ความยาวของทะเลสาบ g แรงโนมถวงของโลก และ d คอความลกของนาในทะเลสาบ seiche สามารถเกดไดในทะเลบรเวณทมแนวปะการงขนานกบชายฝงแตอยนอกฝง

รปท 4.13 ลกษณะของ standing wave (seiche) ทสามารถจาลองใหเกดขนไดในถาดนา (ทมา J.G. Harvey, 1975)

4.6.3 การกาทอนบรเวณทาเรอ (Harbour Resonace) การกาทอนในทาเรอเปน Seiche ทสามารถเกดขนไดในทะเล หรอแองจอดเรอกงปดไดเชนกน โดยบพ (จดทระดบนาไมเปลยนแปลง) จะอยทปากแองจอดเรอหรอปากอาว และปฏบพ(ระดบนากระเพอมขนลงมากทสด)อยทกนอาว คาบคลนคานวณไดจากสตร

gd

LT

4

การกาทอนบรเวณทาเรอ (Harbour resonance) อาจเกดขนไดตามธรรมชาตโดยลม กระแสนาชายฝง หรอคลนยาว (long wave) คอนาขนนาลงเมอความยาวของอาวหรอทาเรอพอเหมาะ ในการออกแบบทาเรอหรอสรางเขอนกนแมนาจะตองคานงความยาวของรองนาหรอแองจอดเรอไมใหเกด


หนา 139

harbour resonance ขนได ตวอยาง seiche ทเกดจากการลมคานงถงคอการสรางเขอนสยดกนแมนาบางปะกง ทาใหคาบเวลาของแมนาไปตรงกบคาบเวลาของนาขนนาลง เปนผลใหระดบในแมนาทเขอน

สยดสงกวาการขนลงของนาตามปกต จงเกดการพงทะลายของรมฝงแมนา

รปท 4.14 seiche ทเกดขนในทะเลสาบหรอทาเรอ (ทมา T. Beer, 1983) 4.7 คลนทมความยาวคลนยาว นอกจากคลนทเราเหนไดดวยตาอยางงายดายแลวยงมคลนทมคาบคลนและความยาวคลน

ยาวมาก คลนดงกลาวจะเคลอนทแบบคลนนาตน ( gdc ) เนองจากความยาวคลนยาวกวาความลกเฉลยของมหาสมทรมาก

คลนทมคาบคลนและความยาวคลนยาวบางประเภทจะไดรบอทธพลจากการหมนรอบตวเอง

ของโลกดวย ณ แลตตจดใดๆ () บนผวโลกจะมคาบคลนเฉอย (inertial period), TI = 12/sin หนวยเปนชวโมง คลนทมคาบคลนมากกวาคาบคลนเฉอยเรยกวา planetary wave หรอ Rossby wave

4.7.1 Kelvin wave เปน trap wave ชนดหนงทเคลอนทดวยความเรวของคลนนาตน เกดขนไดทกความถจากแรงรบกวนตางๆ (นาขนนาลง การเปลยนทศทางลมอยางฉบพลน) คาบคลนทพบตงแตชวโมงจนเปนวน แอมปลจดของคลนสงสดทขอบฝงแลวลดลงแบบเอกซโปเนนเชยลเมอหางฝงออกไป ของการเคลอนทของนาขนนาลงแบบ Kelvin wave รายละเอยดอยในบทท 5 Kelvin wave เคลอนทโดยมขอบฝงอยทางขวามอเสนอในซกโลกเหนอ แตมวลนาสามารถเคลอนททางเดยวหรอสวนทางกบคลน โดยเมอมวลนาเคลอนทในทศทางเดยวกบคลนจะทาใหระดบนาทชายฝงสงขน (upwelling) เมอเคลอนทสวนทางกนจะทาใหระดบนาตาลง (downwelling)


หนา 140

4.7.2 ซนาม (Tsunami) หรอทเรยกกนผดๆ วา tidal wave เปนคลนยาวเกดจากแผนดนสนสะเทอนอยางรนแรง เชนรอยแยกเปลอกโลกเคลอนตว แผนดนถลมใตนา หรอภเขาไฟชายฝงหรอใตนาระเบด ซนามเคลอนตวดวยความเรวสงสดในมหาสมทรโดยคานวณจากสมการคลนนาตน (d/L < ½)

m/s 200m 4000*/ 10 2 smgdc ความเขมของพลงงานคลนจะลดลงตามระยะทางทเคลอนทออกไป ซนามอาจเปนคลนทมสนคลนเดยว กอนสนคลนจะมาอาจมทองคลนมากอนทาใหระดบนาชายฝงลดลงมากและหลงคลนใหญแลวมคลนขนาดเลกตอทายเปนลาดบ คนมกจะลงไปเดนเลนดวยความแปลกประหลาดแลวหนไมทนเมอสนคลนมา ซนามมความยาวคลน 100 – 200 กโลเมตร ความสงคลนในทะเลอาจจะเพยง 1-2 เมตรแตไมสามารถสงเกตดวยตาเปลาไดเนองจากความยาวคลนยาวมาก แตเมอถงชายฝงจะสงไดถง 15 เมตร

4.8 Internal Wave Internal wave เกดจากการทนาทะเลแบงชนอยางชดเจน เชนในมหาสมทรอารคตกมนาชนบนเปนนาจดจากการละลายของหมะหรอนาจากแมนาลอยอยเหนอนาทะเล กจะเกดคลนทผวของนาทะเลชนลางไดเนองมาจากเรอวงดวยความเรวตาหรอลมผวนา ความเรวของคลน (c ) ระหวางชนนาขนกบความแตกตางของความหนาแนนนาทง 2 ชน

gdc2

122

เมอ 1 , 2 คอความหนาแนนของนาชนบนและลางตามลาดบ g คอแรงโนมถวงของโลก และ d คอความลกนา สตรความเรวใกลเคยงกบคลนนาตนแตมแฟคเตอรของความตางของความหนาแนนนามาเกยวของ ความสงคลนอาจมไดถง 30 เมตร แตพลงงานคลนนอยกวาคลนทผวทะเลมาก


หนา 141

รปท 4.15 Internal wave (ทมา http://mwp.flightplanner.info/images/Projpicture/mwp_graphic.jpg)

4.9 การตรวจคลนและวเคราะหขอมลเบองตน การตรวจวดคลนคอการวดการกระเพอมของระดบนาทกๆ วนาทหรอถกวานนเพอคานวณหาคาบเวลา(ความถ) และความสงคลนนยสาคญ ความสงคลนสงสด เครองมอวดคลนววฒนาตามกาลเวลา การตรวจวดมไดหลายวธ อาทเชน - วดโดยสรางทนลอยไปทงไวในทะเลทระยะ 200-1000 เมตรจากฝง ตดตามการเคลอนขนลงของทนลอยโดยโยกคนโยกซงจะเชอมตออยกบปากกาทจะลากเสนระดบนาไปบนกระดาษกราฟบนทกคลนทเคลอนทดวยความเรวสมาเสมอ โดยปกตจะตรวจวดทกตนชวโมงเปนเวลา 10 นาท เครองวดระดบนาแบบนเรยกวา stadia - เครองมอวดอยเหนอระดบนา มนจะสงสญญาณเสยงไปยงผวนาแลวสะทอนกลบมา เครองจะวดระยะหางระหวางหววดกบระดบนาเบองลาง ขอมลจะถกบนทกอยในทเกบขอมลของคอมพวเตอร เชน ดสเกต จานแมเหลกแขง เครองมออกแบบมสายลวดหยอนลงไปถงนาทะเล ตรวจวดความนาไฟฟาทเปลยนแปลงตามความยาวของลวดซงจะตองแปลงสญญาณไฟฟาเปนความสงคลนอกทหนง


หนา 142

- เครองวดความกดของนาซงตองตดตงคงทไวททองนาหรอผกตดไวกบเสาหรอโครงสรางใตนา ความกดของนาจะสมพนธกบคลนทเคลอนตวอยเหนอนา วธนจะไดเฉพาะเขตนาตนเพราะในเขตนาลกนนไมสามารถสงเกตเหนการเปลยนแปลงความกดของนาเนองจากคลนททองนาได ชดเจนนก

เครองมอทกลาวมาขางตนนตดตงอยกบทเพยงแหงเดยว จงใหขอมลเฉพาะคาบเวลา และความสงคลนเทานน การจะหาความยาวคลนหรอทศทางการเคลอนทของคลนตองตดตงเครองมอไวมากกวา 1 จด นอกจากนการตรวจวดระยะไกลดวยดาวเทยมโดยใชดวยอปกรณตรวจวด (sensor) ตางๆ กน (radar altimetry, synthetic aperture radar(SAR)) สามารถใหขอมลไดเพมเตม เชน ความหนาแนนของพลงงานคลน ความยาวคลน เปนตน

รปท 4.16 ตวอยางเครองมอวดคลน


หนา 143


1. ตารางขางลางนแสดงคณสมบตของคลนนาลกและคลนนาตน d คอความลกของนา L คอความยาวคลน g คอแรงโนมถวง 9.81 m/s2

คลนนาลกหรอคลนสน คลนนาตนหรอคลนยาว อตราสวน d/L > ½ <1/20 (a) ถา L = 300 ม. คา d ตอง (b) ถา d = 4 กม. คา L ตอง

> 150 ม. < 8 กม.

< 15 ม. > 80 กม.

ความเรวคลน (C) จากสมการ gL/2 (gd)

1.1 คลนทมความยาวคลน 500 m เคลอนทในนาลก 20 m ถอวาเปนคลนนาลกหรอคลนนาตน

1.2 คลนนาตนในนาลก 1000 m จะตองมความยาวคลนมากกวาเทาใด 1.3 คลนทมความเรวขนกบความยาวคลนจดเปนคลนประเภทใด 1.4 คลนนาตนในนาลก 5 m มความเรวเทาใด 1.5 คลนนาลกเมอเคลอนทเขาสเขตนาตนจะมความเรวเพมขนหรอลดลง

2. ตารางขางลางนแสดงคณสมบตของคลนนาลกและคลนนาตน (T คอคาบคลน d คอความลกของนา L คอความยาวคลน g คอแรงโนมถวง 9.81 m/s2)

คลนนาลกหรอคลนสน คลนนาตนหรอคลนยาว อตราสวน d/L > ½ <1/20 ความเรวคลน (C) TT

g 5.12

,√gL/2 gd

ความยาวคลน () 22 5.12

TTg

CT

2.1 คลนนาลกในนาลก 27 เมตรจะตองมคาบเวลานอยกวากวนาท (5 คะแนน) 2.2 คลนนาตนในนาลก 0.5 เมตรจะตองมคาบเวลามากกวากวนาท (5 คะแนน)


หนา 144


GROEN, P. 1967. The Waters of the sea. Van Nostrand. Useful background material, including a good general coverage of wave and tide.

KINSMAN, B. 1965. Wind Waves: Their Generation and Propagation on the Ocean

Surface, Prentice-Hall. A morebdetaled survey of the dynamics of wind waves , with a more mathematical treatment than that given in this Volume.

KNAUSS, J.A.1978. Introduction to Physical Oceanography, Prentice Hell. This book

begins with a theoretical background about the balances of forces involved in ocean circulation, and then provides an overview of ocean currents, tides and surface waves.

Knauss, J.A.1997.Introduction to physical oceanography Second Edition, Prentice Hall.

309 p. PETHICK, J. 1984. An Introduction to Coastal Geomophylogy, Edward Arnold. Do not

be misled by the use of ‘geomorphology’ in this title. This is a simple introduction to waves, tides, coastal sediment, the littoral zone and estuaries which is easily accessible to the mathematically less confident reader.

เวปไซต www.chanthaburi.buu.ac.th/~tachanat/course/830321/unit1.pdf



. 1.วตถประสงค เชงพฤตกรรม

1) ผเรยนสามารถอธบายแรงททาใหเกดปรากฏการณนาขนนาลง

2) ผเรยนสามารถอธบายทฤษฎความสมดลและพลศาสตรของนาขนนาลง

3) .ผเรยนสามารถอธบายกระแสนาเนองจากนาขนนาลง

4) ผเรยนสามารถอธบายการจาแนกชนดของนาขนนาลง

2.วธการสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจาบท



4.สอการเรยนการสอน

1) Power Point


5.การวดผลและการประเมนผล 1) ตงคาถามขณะบรรยาย 2) สอบขอเขยน


หนา 145

5. นาขนนาลง สาระของบทนเกยวของกบปรากฏการณนาขนนาลงในทะเลและตามชายฝง แรงททาใหเกด

นาขนนาลง และชนดของนาขนนาลง

5.1 แรงททาใหเกดปรากฏการณนาขนนาลง นาขนนาลงเกดจากการเปลยนแปลงของแรงดงดดทดวงอาทตยและดวงจนทรทากบมวลนา

ตามขณะทโลกหมนรอบตวเอง แรงดงดดระหวางดวงดาวเปนสดสวนกบมวลแตเปนสดสวนผกผนกบระยะทางระหวางดวงดาวยกกาลงสอง

เพอความงายจงขอพจารณามวลนาทจด a และ b ซงอยบนแกนหมนของโลกและดวงจนทร (รปท 5.1) มความสมดลระหวางแรงดงดดของโลก-ดวงจนทร และแรงหนศนยกลางรอบจดศนยกลางมวลของโลก-ดวงจนทร (อยภายในโลก) ทาใหโลกและดวงจนทรไมวงเขาหากนหรอแยกออกจากกน

รปท 5.1 ตาแหนงของจด a และ b บนแกนหมนของโลกและดวงจนทร (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

แรงหนศนยกลางเทากนททกจดบนโลก แตแรงดงดดระหวางมวลนากบดวงจนทรจะแตกตางกนไปเลกนอยตามตาแหนงบนผวโลก แรงดงดดของดวงจนทรซงมมวลเทากบ M กระทากบมวลนา m ท

จด a เทากบ 2)( RP

mMGFa

เมอ G เปนคาคงท Pคอระยะระหวางจดศนยกลางของโลกกบ

ดวงจนทร และ R คอรศมของโลก แรงหนศนยกลางเทกบ 2P

mMGFc สวนตางของแรงทง

สองอนเทากบ

2234

2

22 22)(

)( RPRPP

RPRGmM

P

mMG

RP

mMGFF ca


หนา 146

เนองจาก RP 60 สมการลดเหลอ

32)(P

RGmMFF cz

สวนตางของแรงดงดดและแรงหนศนยกลางทจด b เทากบ

3

2)(P

RGmMFF cz

เราจะมแรงเทากนแตทศตรงกนขาม โดยแรงเปนสดสวนกบมวลและผกผนกบกาลงสามของระยะทางระหวางโลก-ดวงจนทร จดอนๆ บนโลกกจะมสวนตางของแรงดงดดและแรงหนศนยกลางแตการคานวณจะซบซอนกวาเพราะมแรงในทศตงฉากกบแกนของโลก-ดวงจนทรดวย แรงททาใหเกดนาขนนาลงมคานอยมากเมอเทยบกบแรงโนมถวงของโลก (1 ใน 9 ลาน) เฉพาะแรงในแนวราบเทานนททาใหเกดนาขนนาลง

รปท 5.2 a) ทศทางของแรงททาใหเกดนาขนนาลงบนสวนตางๆ ของผวโลก b) แรงในแนวสมผสกบผวโลกซงเปนแรงททาใหเกดนาขนนาลงจรงๆ มวลของดวงอาทตยเปน 2.5 x 107 เทาของดวงจนทร แตอยหางจากโลก 400 เทาของระยะทางโลก-ดวงจนทร ทาใหแรงดงดดของดวงจนทรมากกวาโลกประมาณ 2 เทา (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 147

5.2 ทฤษฎความสมดลและพลศาสตรของนาขนนาลง แนวคดทงายทสดคอ ความสมดลของนาขนนาลงเสนอโดยนวตน ใหโลกปกคลมดวยนาทงหมด นาขนนาลง จะเปนความสมดลของแรงททาใหเกดนาขนนาลงกบความเอยงของผวนา ตามทฤษฎจะไดความสงของนาจากแรงดงดดของดวงจนทร 0.55 เมตร และความสงจากแรงดงดดของดวงอาทตย 0.24 เมตร ไดความสงของนาชวงนาเกดเทากบ 0.79 เมตร ซงตากวาความเปนจรง แตสดสวนของนาเกดตอนาตายใกลเคยงความเปนจรง

รปท 5.3 การแพรกระจายของมวลนาตามทฤษฎความสมดลของนาขนนาลง (ทมา http://ctang97.files.wordpress.com/2012/05/tides-2.png

ลาปลาซเปนผตงทฤษฎพลศาสตรของนาขนนาลง โดยใหนาขนนาลงเปนคลนทเกดจากแรงกระทาทมคาบเวลาตางๆ ในมหาสมทรมรปรางและความลกแตกตางกน ทาใหการคานวณมความซบซอนยงขน หวใจของปญหาคอการบงคบแรงผลกดนใหเกดนาขนนาลงในความถตางๆ ททราบคา แลวกบแองนาทเชอมตอกน ซงทกแองนามความถในการสนตามธรรมชาตและแรงเสยดทานแตกตางกน


หนา 148

ตวอยางเชนใหมมวลนาหอหมบรเวณศนยสตร ถามวลนาจะเคลอนทใหทนการหมนของโลกจะตองเคลอนทดวยความเรว 450 เมตรตอวนาท ถาใหนาขนนาลงเปนคลนนาตน

ghc ความลกของทะเลจะตองเทากบ 21 กโลเมตร ถานาลก 21 กโลเมตรจรงๆ จะเกดกระบวนการกาทอนของนาขนนาลง ระดบนาจะสงขนเรอยๆ จนถงระดบหนงจะถกแรงเสยดทานในมวลนา ขอบรอง และทองนาตานทานไมใหสงไปกวาน แตจรงๆ แลวไมเกดขนเพราะความลกเฉลยของมหาสมทร 4,000 เมตร ความเรวในการเคลอนทของนา 200 เมตรตอวนาท ชากวาการหมนของโลก เราจงไดคลนนาขนนาลงมคาบ 12.4 ชวโมง เคลอนทดวยความเรว 450 เมตรตอวนาท ความสงคลน 6 เซนตเมตร

รปท 5.4 การเคลอนทของสปรงเมอความถตรงกบความถตามธรรมชาตจะเกดกระบวนการ

กาทอน แอมปลจดการเคลอนทของสปรงจะสงสดเมอความถตรงกบความถตามธรรมชาต (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 149

ตารางท 1.1 องคประกอบฮารโมนคหลกของนาขนนาลง

(ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

รปท 5.5 ระดบนาทานายเปนผลรวมขององคประกอบนาทมแอมปลจดและเฟสเหมาะสม 7 ตว

ระดบนาทานายใกลเคยงกบระดบนาจากการตรวจวดมาก (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 150

การทานายตามวธของลอรดเคลวน ใชไดกบสถานชายฝงหรอตามเกาะทมสถานวดระดบนา แตถาเปนในทะเลซงไมมขอมลกตองใชวธการของลาปลาซ ตามรปท 10.5 และ 10.16 เปนตวอยางของนาขนนาลงในมหาสมทรแอตแลนตกและทะเลเหนอ จะเหนการไหลของนาเปนวงเรยกวา amphidromic stystem จดศนยกลางเรยกวา amphidromic point ซงเปนจดทระดบนาไมมการเปลยนแปลง เสนทลายผานจด amphidromic point เรยกวา co-tidal line ตวเลขบอกชวโมงทนาขนสงสดภายหลงจากทดวงจนทรเคลอนทผานเสนแวงท Greenwich และมเสน co-range line ซงจะเปนวงรอบจด amphidromic point จะเชอมบรเวณทมเรนจนาเทากน ปจจบนมขอมลระดบนาจากอปกรณ altimeter บนดาวเทยมสามารถใชหาระดบนาในมหาสมทรไดอยางถกตอง ใชสาหรบเปนขอมลปอนแบบจาลองการไหลเวยนของนาในมหาสมทร การจาลองการไหลในมหาสมทรเนองจากนาขนนาลงจะตองใชรปรางและความลกจรง เนองจากวาพลงงานจากนาขนนาลงถกเปลยนไปเปน internal wave ทมคาบคลนเทากบนาขนนาลงเมอนาเคลอนผานภเขาใตนา และพลงงานสญเสยไปเมอนาขนนาลงทมเรนจนา สงเคลอนทเขาสนาตน เชนททะเลเบรง รอบเกาะองกฤษ หรอทวปออสเตรเลย

รปท 5.6 amphidromic system ทวโลก (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 151

5.3 กระแสนาเนองจากนาขนนาลง กระแสนาเนองจากนาลงจะมความสาคญบรเวณชายฝงเพราะแรงกวากระแสนาอนๆ กระแสนาเนองจากนาขนนาลงในมหาสมทรมคาประมาณ 0.02-0.05 เมตรตอวนาทเทานน แตเชอกนวา internal wave จากนาขนนาลงทาใหการไหลของนาในมหาสมทรมความเรวมากกวาปกต ทศทางการไหลของนาขนนาลงทผวหนาเปลยนแปลงเปนรปวงร (รปท 5.6) ตองรลกษณะของคลนนาขนนาลง tidal wave จงจะสามารถคานวณคาแอมปลจดของระดบนา สดสวนของแกนหลกและแกนรอง และทศทางการหมนของกระแสนา กระแสนาเนองจากนาขนนาลงสวนใหญจะขนานกบชายฝง ความเรวของกระแสนาเนองจากนาขนนาลงจะเพมขนเมอความลกนาลดลง ความเรวสงสด

ในแนวราบของคลนในนาตนคอ h

ga

h

aCu ดงนนกระแสนาจะแรงขนเมอความลกลดลงแม

แอมปลจดจะคงท มขอยกเวนในบรเวณทความลกทองนามความซบซอน กระแสนาเนองจากนาขนนาลงจะแรงในบรเวณทมคาบธรรมชาตในการกาทอนใกลเคยงกบคาบของนาขนนาลง ซงจะเกดคลนนงทมคาบเทากบนาขนนาลง ตวอยางเชนทอาวฟนด ประเทศคานาดา มเรนจนาขนนาลง 15 เมตร เรนจนาจะเพมขนในบรเวณทมปากอาวกวางและความกวางคอยๆ แคบเขามา เมอนาเคลอนทเรวกวาความเรวของคลนนาตน ทาใหเกดคลนวงเขาอาวหรอแมนาอยางรวดเรวเรยกวา tidal bore เกดหลายบรเวณบนโลก รปท 5.7 ทศทางและความเรวกระแสนาเนองจากนาขนนาลง ทศทางกระแสนาหมนเปนวงมแกน

หลกและแกนรอง (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 152

5.4 การจาแนกชนดของนาขนนาลง ในการวเคราะหระดบนาแบบฮารโมนคเราจะไดแอมปลจดขององคประกอบนามาหลายตว ในการจาแนกลกษณะนาขนนาลงในแตละบรเวณจะใชแอมปลจดขององคประกอบนาในบรเวณนนเพยง 4 ตว คอองคประกอบนาเดยว 2 ตว (K1 และ O1) และองคประกอบนาค 2 ตว (M2 และ S2) หาสดสวนของผลรวมนาเดยวตอผลรวมนาค เรยกสดสวนนวา Form number

Form number, 22

11

SM

OKF

จาแนกลกษณะนาขนนาลงตาม Form number ใชหลกการจาแนกของ G. Dietrich ตามทปรากฏใน NAGA Report , Volume 2 (ค.ศ. 1961 = พ.ศ. 2503) ดงน

1) 0 < F < 0.25 นาขนนาลงเปนแบบนาค มยอดนาขนและลงวนละ 2 ครง โดยยอดนา ขนทง 2 ครงและยอดนาลงทง 2 ครงนนมระดบใกลเคยงกน ตวอยางเชน ขอมลระดบนาทสถานวดระดบนาเกาะตะเภานอย จ. ภเกต

2) 0.25 < F < 1.50 นาขนนาลงเปนแบบนาผสม มยอดนาขนและลงวนละ 2 ครง แต ยอดนาขนทง 2 ครง หรอยอดนาลงทง 2 ครงนนไมเทากนและระยะเวลาขนลงไมเทากน ตวอยางเชนสถานวดระดบนาปตตาน จ.ปตตาน

3) 1.50 < F < 3.0 นาขนนาลงเปนแบบนาผสม โดยบางวนอาจมยอดนาขนและลงวนละ 2 ครง หรอบางวนจะมยอดนาขนและลงเพยงยอดเดยว ตวอยางเชนสถานวดระดบนาคลองใหญ จ.ตราด

4) F > 3.0 นาขนนาลงเปนแบบนาเดยว โดยแตละวนมยอดนาขนและลงวนละครงเทานน

ตวอยางสถานวดระดบนาเกาะหลก จ.ประจวบครขนธ


หนา 153

รปท 5.8 ลกษณะนาขนนาลงแบบตางๆ (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

รปท 5.9 ลกษณะการเคลอนทและตาแหลงแบบตางๆของดวงจนทร (ทมา http://s2.hubimg.com/u/5567451_f520.jpg)


หนา 154

รปท 5.10 ลกษณะของดวงจนทรแบบตางๆในรอบเดอน (ทมา http://1.bp.blogspot.com/_h-emw8c6t28/S9tPpt5derI/AAAAAAAAAQk/V-

60DAJiFnY/s400/may.jpg


หนา 155


1. องคประกอบนาขนนาลง ณ สถานตรวจวดแหงหนงแสดงดงตาราง

Component Amplitude (A : cm)

Local Phase (G : Degree )

ความเรวเชงมม

)(

Argument ( iuV 0 : Degree)

Nodal Factor

)(F

A0 17.72 - - - -

K1 62.35 166.7 15.04 290.8 1.027

O1 39.54 117.5 13.94 13.5 1.043

M2 34.12 137.1 28.98 300.5 0.996

S2 16.93 206.3 30.00 120.0 1.000

สมการพยากรณระดบนาขนนาลงสามารถเขยนไดดงสมการ

iiii

k

ii GuVtFAAt

0

10 cos

เมอ )(t ระดบนาเมอเวลา t ใดๆ (เมตร) 0A ระดบนาเฉลยในชวงเวลาใดๆ (เมตร)

k จานวนขององคประกอบนาขนนาลง i ดชนขององคประกอบ

iA แอมพลจดขององคประกอบ i (เมตร) iF nodal amplitude factor

i ความเรวเชงมม (องศา/ชวโมง) iuV 0 astronomical argument (องศา)

iG improved kappa number (= local phase lag)

จากขอมลขางบน จงตอบคาถามตอไปน 1.1 บอกประเภทของนาขนนาลง 1.2 หาระดบนาในชวโมงท 0, 8, 11, 16 และ 23 1.3 จงคานวณหา tidal range ในชวงวนดงกลาว


หนา 156

2. จากตารางตอไปนเปนแอมปลจดและเฟสของขององคประกอบฮารโมนคหลกทสถานวดระดบนา

บางปะกง ใหคานวณหาคา F number 22

11

SM

OKF

และบอกชนดของนาขนนาลงจากขอกาหนด

ตอไปน F < 0.25 นาค 0.25 < F < 1.25 นาผสมทมนาคเดน 1.25 < F < 2.5 นาผสมทมนาเดยวเดน F > 2.5 นาเดยว

แอมปลจด (cm) เฟส (degree)

K1 60.3 167.1

O1 42.4 154.3

M2 47.1 170.8

S2 33.3 218.9


หนา 157


KNAUSS, J.A.1978. Introduction to Physical Oceanography, Prentice Hell. This book begins with a theoretical background about the balances of forces involved in ocean circulation, and then provides an overview of ocean currents, tides and surface waves.

PETHICK, J. 1984. An Introduction to Coastal Geomophylogy, Edward Arnold. Do not

be misled by the use of ‘geomorphology’ in this title. This is a simple introduction to waves, tides, coastal sediment, the littoral zone and estuaries which is easily accessible to the mathematically less confident reader.

เวปไซต

www.chanthaburi.buu.ac.th/~tachanat/course/830321/unit1.pdf



.


1) ผเรยนสามารถอธบายการแบงเอสทรตามธรณสณฐาน (geomorphology)

2) ผเรยนสามารถอธบายอทกวทยาของเอสทร

3) .การไหลเวยนของนาในเอสทร

4) ผเรยนสามารถอธบายการผสมผสานของนาในเอสทร

5) ผเรยนสามารถอธบายพลศาสตรของตะกอน (sediment dynamics) ในเอสทร

6) ผเรยนสามารถอธบาย Estuarine pollution

7) ผเรยนสามารถอธบาย Nutrients and eutrophication





1) Power Point


4. การวดผลและการประเมนผล 1) ตงคาถามขณะบรรยาย 2) สอบขอเขยน


หนา 158

6. เอสทร (Estuaries) สาระของบทนเกยวของลกษณะ นยามของเอสทร การจาแนกประเภทของเอสทรตาม

คณสมบตทางกายภาพ พลศาสตรของนาและตะกอนในเอสทร เนอหาของบทนครอบคลมเฉพาะฟสกสเทานน ผอานควรอานลกษณะทางเคมและชววทยาของเอสทรเพมเตม

เอสทร (estuary) เปนเขตรอยตอระหวางแมนากบทะเล ทเราเขาใจกคอปากแมนาเปนสวนใหญ เอสทรอยในเขตอทธพลของนาทา นาขนนาลง และลมชายฝง เอสทรเปนบรเวณทมความสาคญเพราะเปนแหลงทตงของชมชน แหลงโรงงานอตสาหกรรม เขตทาเรอ เขตฐานทพ เขตทองเทยวพกผอน เขตอนบาลสตววยออน อกทงเปนแหลงรองรบของเสยจากชมชนและโรงงาน เอสทรหลายแหงถกดดแปลงใหเปลยนไปจากสภาพธรรมชาต ทาใหคณภาพของเอสทรเสอมลง

คาจากดความของเอสทรกวางๆ ตามนยามของ Cameron & Pritchard (1963) “ a semi-enclosed body of water having a free connection with the open sea

and within which seawater is measurably diluted with freshwater derived from land drainage”

“บรเวณผนนากงปดซงมรองนาตดตอกบตอกบทะเล และนาทะเลในเอสทรถกเจอจางโดยนาทาจากลมนา”

เอสทรหลายแหงมสภาพไมตรงกบนยามขางตน เนองจากเอสทรตงอยในบรเวณสภาพภมศาสตรทแตกตางกนมาก อาทเชน เอสทรบางแหงไมมทางตดตอกบทะเลในบางฤดกาล ความเคมของนาในเอสทรสงกวานาทะเลถานาระเหยออกไปมาก เอสทรบางแหงไมมแมนาไหลลง เปนตน จงไมสามารถนยามเอสทรใหครอบคลมเอสทรไดทงหมด

เอสทรแตละแหงสามารถแบงออกเปนเขตตางๆ ได 4 เขตดงน 1) Riverine zone เปนเขตทไมไดรบอทธพลของนาขนนาลง นาไหลลงทางเดยว

ตามความลาดเอยงของทองนา 2) Estuarine-Riverine zone เปนเขตทไดรบอทธพลของนาขนนาลง อยเขามาใน

แมนาเปนระยะทางไกล กระแสนาจะเปลยนทศทางการไหลตามนาขนนาลง ความเคมของนาไมเกน 1 ppt

3) Estuarine mixing zone เปนสวนทเกดกระบวนการทางกายภาพตางๆ ซบซอนทสด ขอบเขตดานบนอยทความเคม 1 ppt ขอบเขตดานลางทสนดอนนาลงทปากแมนา (ebb tidal delta) ความเคมของนาอยระหวาง 1-34 ppt เขต estuarine mixing จะเปลยนแปลง


หนา 159

ขนลงตามปรมาณนาทา ถาปรมาณนาทามมากเขตนอาจหลดเลยออกไปจากแมนาได เขตทมความเคม 4-8 ppt เปนเขตทมอนภาคตะกอนเกาะตวกนทาใหความเขมขนของตะกอนแขวนลอยสงทสด (turbidity maximum zone)

4) Coastal boundary layer เขตชายฝงระยะ 1-20 กโลเมตรจากชายฝง อยใน เขตอทธพลของนาขนนาลง นาทา และคลนลม มรอยปะทะ (front) ของนาชายฝงกบนาทะเลชดเจน มสวนผสมของนาทา มความเขมขนของตะกอนแขวนลอยสง

ตาแหนงของเอสทรขนอยกบระดบนาทะเลซงควบคมโดยปรมาณนาแขงขวโลก เอสทรจงถอยรนเขาไปในแผนดนหรอยนลงไปในทะเล เอสทรในปจจบนเพงเกดขนหลงจากยคนาแขงลาสดเมอไมถง 10,000 ปทผานมา เราอยในชวงทระดบนาทะเลเพมขนหรอทรงตว เอสทรจงถอยรนเขาไปในแผนดน

รปท 6.1 ลกษณะทางกายภาพตามนยามของเอสทร


หนา 160

6.1 การแบงเอสทรตามธรณสณฐาน (geomorphology) เราสามารถแบงประเภทของเอสทรตามลกษณะทางธรณและธรณสณฐานได 4 ประเภท คอ

1) Coastal plain (Drown river valley) estuary 2) Fjords estuary 3) Lagoon estuary 4) Tectonically formed estuary

1) Coastal plain (Drown river valley) estuary เกดจากแมนาและพนทราบจมอยใตทะเลจากการทระดบนาทะเลเพมขน ประกอบไปดวยรองนาลกและทราบจมนาดานขางซงไมลก การวางตวของเอสทรจะตงฉากกบชายฝง ปากรองนาจะกวางแลวแคบเขามาทปลายรองนา อาจจะตอกบทะเลเพยงรองนาเดยว หรอมหลายรองนาเชนบรเวณดนดอนสามเหลยมปากแมนา การไหลเวยนของนาไดรบอทธพลของนาขนนาลงและนาทา โดยทวไปนาชนบนมทศทางสทธเปนนาไหลออก ขณะทนาชนลางมทศทางสทธเปนนาไหลเขา ความเคมของนาขนกบปรมาณนาทา เอสทรในประเทศไทยสวนใหญจะเปนแบบน

รปรางหนาตดเปนรปตว V รองนาลก 10 เมตร แต tidal flat กวางหลายกโลเมตร เมอพลอตโดยขยายความลก 50 เทา

รปท 6.2 ลกษณะของ coastal plain estuary และการไหลเวยนของนา


หนา 161

2) Fjords estuary เอสทรประเภทนพบไดตามพนทใกลขวโลก เกดจากธารนาแขงเคลอนทแลวกดเซาะแผนดนจนเปนรองลก ตอมาธารนาแขงจมนากลายเปนเอสทร ความลกนาโดยทวไปจะคอนขางลก 200-800 เมตร รปรางหนาตดรองนาเปนรปตวอกษร “U” ทองทะเลราบ บรเวณปากรองนามหนแขงใตนาเรยกวา sill กนการไหลเวยนของนาชนลาง นาถกแบงเปน 2 ชน นาชนบนจดกวาชนลางมการไหลออกสทะเลไดสะดวก มปรมาณออกซเจนสง สวนนาชนลางเคม นานงเพราะถก sill กน ไมเกดการหมนเวยนผสมผสานกบนาทะเล ปรมาณออกซเจนนอยจนเปนศนย รปรางหนาตด

Velocity profile Salinity profile

รปท 6.3 ลกษณะของ Fjord และการไหลเวยนของนา

3) Lagoon estuary เอสทรแบบลากนเกดเมอระดบนาเพมขนทวมชายฝง ตอมาคลนซดตะกอนมาปดกนทางตดตอกบทะเล จงเกดเปนทะเลสาบชายฝงเกดขน ตวอยางเอสทรแบบลากนคอ ทะเลสาบสงขลา รองนาตากใบ เปนตน แนวปะการงนอกชายฝงกทาใหเกดลากนไดเชนกนโดยปะการงเกดขนรอบๆ เกาะ ตอมาเกาะจมตวลงเปนแองนาขณะทปะการงงอกสงขน ลากนจะวางตวขนานกบชายฝง อาจมรองนาตอกบทะเลเพยงรองเดยวหรอหลายรอง สวนใหญนาตน ดงนนลมผวนาจะพดจนทาใหเกดระบบการไหลเวยนของนาทงคอลมนนา หรอมนาขนนาลงตามนาทะเล ความเคมอาจใกลเคยงนาทะเลหรอเคมยงกวาเนองจากมอตราการระเหยสง


หนา 162

รปท 6.4 ลกษณะของ lagoon estuary และการไหลเวยนของนา

4) Tectonically formed estuary เอสทรแบบนเกดขนเนองจากการเคลอนตวของเปลอกโลก ไมมรปรางทเปนลกษณะเฉพาะ โดยมากมกเกดในบรเวณทมรอยเลอน (fault zone) เชน อาวซานฟรานซสโก เปนตน ในประเทศไทยมเอสทรประเภทนคอ แหลมตะลมพก เปนตน

อนง ตามสภาพทเปนจรงไมสามารถจะแบงแยกเอสทรไดอยางแนชด ทงนเพราะอทธพลของทะเลและนาแมนามดวยกนหลายระดบ เราจงเหนเอสทรในรปแบบตางๆ ตงแตดนดอนสามเหลยมปากแมนา(delta)ซงไดรบอทธพลของนาทามาก เอสทรแบบเดลตา เอสทรปากแมนา เอสทรกงทะเลสาบ จนถงทะเลสาบชายฝงทะเลซงไดรบอทธพลของทะเลคอนขางมาก

6.2 อทกวทยาของเอสทร

ความเคมของนาในเอสทรขนกบปรมาณนาทา ปรมาณฝน การระเหยของนา นาขนนาลง ความแรงของลม และรปราง-ความลกของนา (ควบคมประสทธภาพในการผสมผสานกนของนา) นาในเอสทรจงมความเคมไดตงแต 0 ppt จนถงเคมยงกวานาทะเล

ปรมาณฝนและนาทา ฝนทตกบนแผนดนทาใหเกดนาทา ฝนทกลายเปนนาทาจะมากหรอนอยขนกบความชนใน

ดน ความสามารถในการซมของชนดน และอตราการระเหยของนา โดยเฉลย 20-60% ของปรมาณฝนจะกลายเปนนาทา การไหลของนาทาสทธคอออกสทะเล

ปรมาณนาทาเมอเทยบกบนาทะเลแลวมสดสวนนอยมาก อทธพลของนาทาจงอยเฉพาะเขตชายฝง (coastal boundary layer) เทานน ยกเวนลมนาอเมซอนทมปรมาณนาทาเฉลย 236,000 ลกบาศกเมตรตอวนาท จะเหน plume นาทาไปไดเปนรอยกโลเมตรจากชายฝงออกไป


หนา 163

เราสามารถคานวณอตราการผสมผสานและเวลาทใชในการไหลลงสทะเล (flushing time)มลพษในเอทรทมวงจรคลายกบโมเลกลของนาไดงาย การหา flushing time อยางงายคอปรมาณนาจดในเอสทรหารดวยอตราการไหลของนาทา (R)

0

0 )( timeFlushingS

SS

R

V ee

eV คอปรมาตรนาในเอสทร oS คอความเคมของนาในทะเล eS คอความเคมของนาในเอสทร R คออตราการไหลของนาทา การคานวณแบบนมสมมตฐานวากระบวนการในเอสทรอยในสภาวะสมดล

ปรมาณฝน อตราการระเหย และลม ฝนตกเปนฤดกาลในขณะทอตราการระเหยคอนขางจะคงท สาหรบประเทศไทยปรมาณฝน

ตกจะมากกวาปรมาณนาทระเหยไป จงมปรมาณนาทาหลงเหลออยทาใหนาในเอสทรมความเคมตากวาหรอใกลเคยงกบนาทะเล แตในแถบแหงแลงนาทระเหยไปจะมากกวานาทไดรบจากฝน ทาใหความเคมของนาในเอสทรสงกวานาทะเลปกต

ลมนอกจากจะทาใหเกดการไหลเวยนของนาแลว ยงชวยเรงการระเหยของนาโดยพดพาเอาอากาศทชมไอนาขนสเบองบน อากาศทแหงกวาจะเขามาแทนท

นาขนนาลง นาขนนาลงชวยในการเปลยนถายนาในเอสทรเชนกน ปรมาณนาทอยระหวางระดบนาทะเล

สงสดกบตาสดคณกบพนทผวนาเฉลยจะเรยกวา tidal prism ซงกคอปรมาณนาทจะไหลออกสทะเลใน 1 รอบวฏจกรนาขนนาลง เราสามารถคานวณคา flushing time โดยแทน R ดวย tidal prism โดยมสมมตฐานวานาในระบบผสมผสานกนด 100 เปอรเซนต และนาทออกจากระบบในรอบวฏจกรนาขนนาลงรอบกอนไมไหลกลบเขาสระบบในรอบถดไป

นาขนนาลงทาใหนาไหลเขาและออกใน 1 รอบวฏจกร เมอเฉลยกระแสนาในแตละจดแลวอาจพบวากระแสนาไมเปนศนย แสดงวามการไหลเวยนสทธเรยกวา residual circulation ซงอาจเกดจากรปหนาตดของรองนา (tidal pumping ทไมสมมาตรกนทางฝงซายและขวา โดยนาไหลเขาทางรองนาลกและไหลออกทางรองนาตน หรอแรงโครโอลสทาใหนาไหลเบยงไปทางขวาถาปากแมนากวางมากๆ


หนา 164

6.3 การไหลเวยนของนาในเอสทร การไหลเวยนของนาในเอสทร ม 3 ประเภทหลกคอ

1) กระแสนาเนองจากแรงโนมถวง (Gravitational circulation) หรอเรยกอกอยางหนงวา classical circulation หรอ estuarine circulation เปนลกษณะทนาทาซงเบากวานาทะเลลอยตวอยเหนอชนนาเคมและไหลลงสทะเล ขณะนาทาไหลไปกจะดงนาเคมชนลางมาผสมทาใหปรมาณนาทไหลเพมมากขน นาทะเลจะไหลเขามาทางชนลาง บางสวนกผสมกบนาทาแลวไหลออกไป ดงนนการไหลสทธคอนาชนบนไหลออก นาทะเลดานลางไหลเขามา นาชนบนจะจดกวานาชนลาง

รปท 6.5 การไหลเวยนแบบ Gravitational circulation

2) กระแสนาสทธ(Residual circulation) เกดขนเมอเราทาการเฉลยคากระแสนาตอเวลา ณ จดใดจดหนงใน 1 รอบวฏจกรนาขนนาลง จะปรากฏวากระแสนาสทธไมเปนศนย เกดลกษณะการไหลเวยนทวากระแสนาไหลเขาสทธทฝงหนง และไหลออกสทธทอกฝงหนง มกเกดในกรณทในแนวหนาตดมรองนา 2 รองทมความลกไมเทากน นาเฉลยไหลเขาทางรองนาตนแลวไหลออกทางรองนาลก

รปท 6.6 การไหลเวยนแบบ Residual circulation


หนา 165

3) กระแสนาเนองจากลม(Wind-driven circulation) ทศทางและความเรวกระแสนาแปรปรวนตามทศทางและความเรวลม ถากระแสนาลมแรงพอและพดอยเปนเวาลานานกจะทาใหเกดการไหลเวยนของนาทวทงบรเวณเอสทร สามารถกอใหเกด seiche หรอ harbour resonance ได (ดเรองคลนในบทท 4) และสามารถชวยเพมความเรวของ gravitational circulation หรอ residual circulation

รปท 6.7 ผลจากกระแสนาเนองจากลม

6.4 การผสมผสานของนาในเอสทร พจารณาปากแมนาทมความกวางจากด ทองนาอยเหนอระดบนาทะเลจนอยใตระดบนาทะเล นาทะเลจะอยทกนแมนาในระดบนาทะเล นาทา (discharge) ทไหลลงสทะเลดานบนจะชกพานาทะเลเบองลางเขามาผสมกบนาทาแลวไหลออกสทะเล ทาใหปรมาณนาทไหลออกสทะเลจะมากกวาปรมาณนาทาหลายเทาตว เราสามารถหาความสมพนธของปรมาณนาทา นาทไหลเขา-ออกเอสทรโดยใชหลกการอนรกษสสารในบทท 4 ซงจะแสดงใหเหนอกครงหนง


หนา 166

รปท 6.8 a) ถาไมมการผสมของนาทากบนาทะเล นาทะเลจะอยใตนาทาในระดบนาทะเล

b) ถามการผสมของนาทะเลกบนาทา ทาใหความเคมตามความลกมรปรางตาม c) (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

ใหปรมาณนาทไหลออกคอ oT ปรมาณทไหลเขาคอ iT และปรมาณนาทาเทากบ R

ความสมพนธระหวางปรมาณนาคอ

RTT io

ใหความเคมของนาทไหลออกเทากบ oS และนาไหลเขาเทากบ iS ความสมพนธของปรมาณเกลอคอ

iioo STST


หนา 167

แกสมการหาคา iT และ oT จะได

oi

oi

oi

io

SS

SRT

SS

SRT

ถาปรมาณนาทาคงท หากมการผสมผสานของนา (การพา) ของนามากจะทาใหปรมาณนาทไหลเขา-ออกเอสทรสงตามไปดวย

รปท 6.9 การผสมของนาทะเลกบนาทาทาใหปรมาณนาทไหลออกในนาชนบนมมากขน

(ทมา KNAUSS, J.A.1978.)

สมการอนรกษมวลสารบอกไดแตปรมาตรการไหลแตไมสามารถบอกไดวานายงคงแบงเปน 2 ชนไดอยางไร มองเปน 3 กรณ คอ

1) ไมมการผสมระหวางนาทะเลกบนาทา นาแบงเปน 2 ชนชดเจน ความเอยงของ ผวนาชนบนจะตรงกนขามกบนาชนลางตามสมการของ Margule ในบทท 6 แรงบงคบการไหลเปนความสมดลระหวางความเอยงของผวนาชนบนกบแรงเสยดทาน

2) นาผสมกนอยางสมบรณ ทาใหความเคมในแตละจดเทากนตลอดความลก ถา สมมตวาผวนาอยในแนวระนาบ แรงเนองจากความตางของแรงดนจะเปนศนยทผวนาแลวเพมขนตามความลก ความเรวกระแสนาในแนวดงกจะเพมขนตามความลกดวย


หนา 168

3) รวม 2 กรณเขาดวยกน คอนาผสมกนไดไมสมบรณ ผวนามความเอยงทาใหนา ชนบนไหลลงสทะเล นาชนลางไหลเขามา จดทกระแสนาเปลยนทศทางการไหลจะอยตรงบรเวณ halocline

รปท 6.10 a) นาทาไหลอยบนนาทะเลซงหยดนง b) นาผสมกนอยางสมบรณ ความเคม

เทากนตลอดความลก ความเคมเพมขนตามระยะทางสทะเล ความตางของแรงดนจะเพมขนตามความลก และกระแสนาไหลเขาจะเพมขนตามความลก c) แบบผสมระหวาง a) กบ b) การไหลของนาขนกบความเอยงของเสนชนแรงดน นาชนบนไหลออกขณะทนาชนลางไหลเขา (ทมา KNAUSS, J.A.1978.)


หนา 169

ดชนบงบอกวานาผสมกนมากนอยเพยงใดคอ Richardson number (Ri) ตามสตร

2

zu

zg

Ri

เครองหมายลบมไวเพอทาใหคา Richardson number เปนบวก ถาความเรวนาไหลออก(ชนบน) และไหลเขา(ชนลาง)แรง จะทาใหความแตกตางของความเรว(horizontal shear) มคามาก คา Richardson number จะตาลง ถาคา Richardson number ตากวา 0.25 จะเรมเกดคลนบรเวณรอยตอระหวางนาชนบนกบนาชนลาง นาเคมจากชนลางจะถกดงไปผสมกบนาทาขางบนไดมาก

การปรบปรงรองนาเพอลดการตกตะกอนอาจเปนการเพมการตกตะกอนได ยกตวอยางเชนการผนนาทามาลงสแมนาใหมากขนเพอชวยผลกตะกอนจากแมนาไมใหตกในรองนา แตจะไปเพมความเรวกระแสนาและความแตกตางของกระแสนาระหวางชนบนกบชนลาง (vertical velocity shear) นาชนลางจะไหลแรงขนและพดพาทรายจะชายฝงมาตกในรองนาไดมากขน

การผสมผสานของนาในเอสทรเกดจากอทธพลของนาขนนาลง ปรมาณนาทา ลม รปราง และความลกของเอสทรเปนหลก เราสามารถแบงเอสทรตามการผสมผสานของนาไดดงน

1) Well-mixed estuary สวนใหญมกเกดในบรเวณนาตน มวลนาผสมผสานกน ดทงคอลมนนา ความเคมเทากนทกระดบความลก ความเคมของนาลดลงตามระยะทางทเขาไปในแมนา

รปท 6.11 ลกษณะของ well-mixed estuary


หนา 170

2) Stratified estuary นาแบงเปน 2 ชนโดยนาชนบนจะมความเคมตากวานาชน ลาง แบงไดเปน 2 ประเภทยอย

2.1 Partially Stratified estuary เปนลกษณะโดยทวไปของเอสทร มกเกดในบรเวณนาตน นาชนบนจะเคมนอยกวานาชนลางเลกนอย มการผสมผสานกนระหวางนาทง 2 ชน ความเคมของนาลดลงตามระยะทางทเขาไปในแมนา กระแสนาสทธไหลออกในนาชนบนและไหลเขาในนาชนลาง เรยกการไหลเวยนแบบนวา classical circulation ปรมาณนาทาทพอเหมาะจะเหนยวนาใหนาผสมผสานกนไดมาก ปรมาณทเขาสวฏจกรการไหลเวยนจะเพมมากกวาปรมาณนาทาหลายเทาตว

2.2 Highly stratified estuary เกดขนในฟยอรด เฉพาะนาชนบนเทานนทมการไหลลงสทะเล นาชนลางหยดนงเนองจากมโขดหนใตนา (sill) กน

รปท 6.12 ลกษณะของ partially stratified estuary

3) Salt wedge estuary เกดในกรณทมนาทามากๆ นาทาไหลออกสทะเลอยาง รวดเรวโดยไมผสมผสานกบนาชนลางอยางพอเพยง นาชนบนจะจด ขณะทนาชนลางมความเคม นาแบงเปน 2 ชนคอนขางชดเจน

รปท 6.13 ลกษณะของ salt wedge estuary


หนา 171

6.5 พลศาสตรของตะกอน (sediment dynamics) ในเอสทร ตะกอนในเอสทรมแหลงทมหลายทางดวยกนอาทเชน การชะลางจากแผนดนโดยนาทา มา

กบนาทงของชมชนและโรงงาน เคลอนตวมาตามชายฝงหรอรมฝงพงทลาย ลมกดกรอนและพดพาทรายจากเนนทรายหรอทตนนาทวมถง ตะกอนไหลทวปถกกดเซาะ ตะกอนจากการขดลอก และ ชนสวนของสตวหรอพชเมอตาย เปนตน ตะกอนในเอสทรจะถกพดพา ตกตะกอน จบตวหรอแตกตวตามอทธพลของกระแสนาและความเคมของนา

กระแสนามสวนในการอมและพดพาตะกอนใหออกจากแหลงกาเนด เมอกระแสนาออนตวลงไมสามารถอมตะกอนขนาดใหญไดกจะเกดการตกตะกอน โดยเฉพาะบรเวณปากแมนา จะมสนดอนนาลง (ebb tidal delta) ทปากแมนา และสนดอนนาขน (flood tidal delta) เกดขนเขาไปในแมนา ขนาดของตะกอนทตกจะขนกบแหลงทมาของตะกอน โดยตะกอนละเอยดจะมากบนาทาในขณะทตะกอนทรายมาจากชายฝง การทบถมของตะกอนทรายเนองจากคลนจะทาใหเกดสนทรายปากแมนา (spit) สนดอนและสนทรายจะเปลยนขนาดและรปรางอยตลอดเวลาตามอทธพลของคลนและกระแสนา

ตะกอนทรายทเคลอนเขาไปในแมนาอาจจะเกดจาก gravitational circulation และหรอ tidal pumping และรปรางของลอนทรายจะสามารถบอกไดวากระแสนาไหลออก (ebb current) หรอไหลเขา (flood current) แรงกวากน

ตะกอนดนเหนยวจะเกดขนบรเวณจดทมความเขมขนของตะกอนแขวนลอยสงสด (turbidity maximum zone) บรเวณมวลนาไหลมาบรรจบกน กระแสนาวนตรงทนาไหลมาบรรจบกนทาใหเกดการกดเซาะทองนาจนเปนรองลก (คนไทยเรยกวงนาวน)

ตะกอนขนาดเลกในเอสทรแบบ partially mixed จะผานขบวนการ flocculation/ deflocculation โดยตะกอนขนาดเลกซงมประจไฟฟาเมอเจอกบนาทะเลทมความเคม 4-8 ppt จะรวมตวกนเปนกอนใหญเทาเมดทราย เรยกวา flocculation แลวตกตะกอนในทะเล ตะกอนบางสวนจะไหลยอนกลบเขาไปในเอสทรในนาชนลาง เมอถงบรเวณทมความเคม 4-8 ppt ตะกอนกจะกระจายตวอกครงเรยกวา deflocculation และเปนจดทมความเขมขนตะกอนแขวนลอยสงสด (turbidity maximum zone) เมดตะกอนดนบางสวนจะผานกระบวนการ flocculation/ deflocculation ไปเรอยๆ ไมมทสนสด

การสรางเขอนกนคลนกนทรายปากรองนา การสรางทาเรอ การขดลอกรองนาทาใหความสมดลของตะกอนผดไปจากธรรมชาต อาจะเกดผลทไมพงประสงคได เชนการพงทลายของชายฝง


หนา 172

การหดหายของชายหาดได ในขณะทการตดไมทาลายปาทาใหการชะลางหนาดนสงขน เปนการเพมความเขมขนของตะกอนในแมนา

โดยสรปแลวเอสทรเปนแหลงดกตะกอนจากแมนา ในขณะทระดบนาทะเลยงทรงตวอย ตะกอนจะทบถมในเอสทรเรอยๆ ทาใหเอสทรตนเขนในทสด

รปท 6.14 กระบวนการ flocculation/deflocculation

เราสามารถแบงเอสทรตามปจจยทควบคมการแพรกระจายและทบถมของตะกอนเปน 3 ประเภทคอ

1) River-dominated deposition นาทาปรมาณมากพดพาตะกอนจานวนมากมา ตกปากแมนากลายเปนดนดอนปากแมนา หรอบางเอสทร(ยาวและคดเคยว)จะมตะกอนตกภายในแมนา

2) Tide-dominated deposition รปรางของเอสทรเปนแบบปากกวางแลวแคบ เขาทกนอาว เรนจนาสงและกระแสนาจากนาขนนาลงทแรงจะทาใหตะกอนทองนาเปนทราย มตะกอนดนเหนยวอยเฉพาะกนอาว ตะกอนทองนาจะเปนลอนคลนตามความเรวของกระแสนา

3) Wave-dominated deposition คลนทาใหเกดการทบถมหรอกดเซาะของ ตะกอน จะตองมแหลงทมาของตะกอนจงจะเกดการทบถม

6.6 Estuarine pollution เอสทรเปนทรองรบนาเสยจากชมชนและโรงงาน นาในระบบมความสามารถระดบหนงทรบ

ของเสยและเกดขบวนการทางชวะ เคม ฟสกส เพอสลายมลพษนน หากของเสยเกนระดบทระบบจะรบไวไดกจะเกดมลพษทางนาขน ตวชวดอนหนงคอคา carrying capacity คอความสามารถในการรองรบของเสยของระบบกอนทจะทาใหคณภาพนาเสอมลง ตวชวดอกตวคอ residence time คอระยะเวลาทมวลสารใชเวลาอยในระบบกอนทจะไหลออกสทะเลหรอระเหยสบรรยากาศ


หนา 173

6.7 Nutrients and eutrophication สารอาหารของแพลงตอนในเอสทร คอคารบอนไดออกไซด ฟอสฟอรส และไนโตรเจน นาทง

จากบานและโรงงานจะเพมสารอาหารใหกบสงมชวตในระบบ ทาใหแพลงตอนสามารถเจรญไดไมจากด เรยกวา eutropphication การเจรญเตบโตของแพลงตอนบางชนดทาใหนาเปนสแดง เรยกวา red tide


หนา 174


1. รปแสดงการเปลยนแปลงของระดบนา ความเคม อณหภม และความเรวกระแสนา (กราฟลาง) เปนรายชวโมงในทะเลอนดามน กระแสนา 10 ระดบความลก bin 1 หมายถงทองนา bin 9- 10 หมายถงทผวนา ทศทางของกระแสนาในแนวนอนคอทศตะวนออก-ตะวนตก และในแนวดงหมายถงทศเหนอ-ใต ขณะตรวจวดลมพดมาจากทศเหนอ/ตะวนออกเฉยงเหนอ/ตะวนออก จงตอบคาถามตอไปน

1.1 จงบอกลกษณะนาขนนาลงในบรเวณน และเรนจนาประมาณเทาใด 1.2 เมอไมคดผลการตรวจวดในชวโมงแรกคาความเคมอยในชวงเทาใด (ตอบหนวยดวย) 1.3 เมอไมคดผลการตรวจวดในชวโมงแรกคาอณหภมอยในชวงเทาใด(ตอบหนวยดวย) 1.4 ขณะนาขนนาไหลไปทางทศใด ขณะนาลงนาไหลไปทางทศใด 1.5 อทธพลของลมมผลชดเจนตอการไหลของนาใน bin ใดบาง

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

Wat

er le

vel (

m)

32

32.2

32.4

32.6

32.8

33

33.2

Salin

ity (p

su)

0 5 10 15 20 25 30Hour (11:00 am 25 Jan. 2005 - 17:00 pm 26 Jan. 2005)

28.4

28.5

28.6

28.7

28.8

Tem

pera

ture

(deg

. C)

SalinityTemperature

0 5 10 15 20 25 30

Hour (11:00 am 25 Jan. 2005 - 17:00 pm 26 Jan. 2005

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Bin

num

ber (

from

bot

tom

to sur

face

)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


หนา 175

2. การแบงประเภทของเอสทรตามเขตตางๆไดกแบบ พรอมวาดภาพประกอบ

3. การแบงประเภทของเอสทรตามธรณสณฐานไดกแบบ พรอมวาดภาพประกอบ

4. เราสามารถแบงเอสทรตามการผสมผสานของมวลนาไดกแบบ พรอมวาดภาพประกอบ

5. จงอธบายกระบวนการ flocculation/deflocculation พรอมวาดภาพประกอบ


หนา 176


PETHICK, J. 1984. An Introduction to Coastal Geomophylogy, Edward Arnold. Do not be misled by the use of ‘geomorphology’ in this title. This is a simple introduction to waves, tides, coastal sediment, the littoral zone and estuaries which is easily accessible to the mathematically less confident reader.

เวปไซต

www.chanthaburi.buu.ac.th/~tachanat/course/830321/unit1.pdf

Documents

เอกสารประกอบการสอน · 2014. 9. 9. · วัฏจักรของน้ํา (Hydrological cycle) น้ําบนผิวโลกไม