Physics of Lakes: Volume 3: Methods of Understanding Lakes as Components of the Geophysical Environment

موضوع در حال انجام در این جلد از فیزیک دریاچه ها، ارائه روش های مختلف بررسی برای فرآیندهایی است که در دریاچه های واقعی با هدف درک دریاچه ها به عنوان اجزای محیط ژئوفیزیکی انجام می شود. این به سه قسمت تقسیم شده است. بخش اول به تکنیک‌های مدل‌سازی عددی اختصاص دارد و نشان می‌دهد که (1) جریان‌های ناشی از باد در مدل‌های ادغام‌شده با عمق، تنها می‌توانند میدان‌های جریان را برای دریاچه‌های بسیار کم عمق پیش‌بینی کنند، و (ب) اینکه مدل‌های شبیه‌سازی چند لایه کلاسیک فقط می‌توانند به اندازه کافی جریان را تولید کنند. و توزیع دما زمانی که دریاچه مستقیماً در معرض باد قرار می گیرد، اما پاسخ نوسانی پس از باد نیست. این امر باعث می‌شود که تکنیک‌های گسسته‌سازی ثبت شوک و طرح‌های بسته شدن آشفتگی Mellor-Yamada، و همچنین وضوح شبکه بسیار بالا برای کاهش انتشار بیش از حد عددی ضروری باشد. بخش دوم به ارائه اصول مشاهده و روش های آزمایشی آزمایشگاهی اختصاص دارد. این جزئیات اصول عملکرد جریان، دما، رسانایی و سایر حسگرهای اعمال شده در میدان را شرح می دهد. همچنین مزایا و محدودیت‌های روش‌های اندازه‌گیری متداول مانند ثبت نام از شناورهای ثابت یا رانش، صداگذاری و نمایه‌سازی از قایق، و غیره را مورد بحث قرار می‌دهد. سؤالات مربوط به دقت، کیفیت و قابلیت اطمینان داده‌ها نیز مطرح می‌شود. استفاده از آزمایش‌های آزمایشگاهی بر روی یک سکوی دوار بر اساس تحلیل ابعادی و نظریه مدل است و با استفاده از دریاچه کنستانس به عنوان مثال نشان داده شده است. بخش III پویایی آب دریاچه را به عنوان یک مایع مملو از ذرات توضیح می دهد که همراه با حمل و نقل رسوبات پایین، منجر به تغییرات مورفودینامیکی عمق سنجی در دهانه رودخانه و احتمالاً مناطق کل دریاچه می شود. یک نظریه یک بعدی فضایی زیبا، استخراج راه حل های تحلیلی سازندهای دلتایی را ممکن می سازد که توسط آزمایش های آزمایشگاهی تأیید می شوند. یک توصیف سه بعدی کامل از تکامل آب‌سنجی آبرفتی تحت ورودی رسوب شاخه‌ای تجویز شده، موضوعی بالقوه برای تحقیقات آینده را نشان می‌دهد.

The ongoing thread in this volume of Physics of Lakes is the presentation of different methods of investigation for processes taking place in real lakes with a view to understanding lakes as components of the geophysical environment. It is divided into three parts. Part I is devoted to numerical modeling techniques and demonstrates that (i) wind-induced currents in depth-integrated models can only adequately predict current fields for extremely shallow lakes, and (ii) that classical multi-layered simulation models can only adequately reproduce current and temperature distributions when the lake is directly subjected to wind, but not the post-wind oscillating response. This makes shock capturing discretization techniques and Mellor-Yamada turbulence closure schemes necessary, as well as extremely high grid resolution to reduce the excessive numerical diffusion. Part II is devoted to the presentation of principles of observation and laboratory experimental procedures. It details the principles of operation for current, temperature, conductivity and other sensors applied in the field. It also discusses the advantages and limitations of common measuring methods like registration from stationary or drifting buoys, sounding and profiling from a boat, etc. Questions of data accuracy, quality, and reliability are also addressed. The use of laboratory experiments on a rotating platform is based on an exposition of dimensional analysis and model theory and illustrated using Lake Constance as an example. Part III gives an account of the dynamics of lake water as a particle-laden fluid, which, coupled with the transport of the bottom sediments, leads to morphodynamic changes of the bathymetry in estuarine and possibly whole lake regions. An elegant spatially one-dimensional theory makes it possible to derive analytic solutions of deltaic formations which are corroborated by laboratory experiments. A full three-dimensional description of the evolution of the alluvial bathymetry under prescribed tributary sediment input indicates a potential subject for future research.