مدل سازي عددي سه بعدي جريانات بادرانده در درياي خزر با استفاده از معادلات مقدم در دستگاه مختصات سيگما فشاري

3D numerical modeling of wind driven circulation pattern in the Caspian Sea using the primitive equations in the Sigma pressure coordinate

هدف از اين مطالعه طراحي يك مدل عددي سه بعدي با استفاده از معادلات مقدم در دستگاه مختصات كروي زمين با آرايه قائم سيگما جهت شبيه سازي جريانات بادرانده در درياي خزر است. در اين مطالعه براي حل عددي و گسسته سازي معادلات از روش عددي تفاضل متناهي استفاده شد. بدين منظور براي جملات فرارفتي از طرح واره لكس- وندروف دوگامي و براي جملات انتشاري از طرح واره دوفورت-فرانكل استفاده گرديد. نتايج اين مطالعه نشان داد كه چرخه ساعت گرد در مركز و جريان پادساعت گرد در نزديكي سواحل غربي خزر جنوبي در طول سال تداوم داشته و با توجه به شيب تندتر بستر در اين حوضه از ثبات بيشتري نسبت به الگوي جريان در خزر شمالي و مياني برخوردار است. همچنين واگرايي جريان در لايه اكمن سطحي بوسيله همگرايي جريان در لايه اكمن بستري در خزر مياني و جنوبي متعادل شده است. اين امر نشان مي دهد كه توپوگرافي بستر نيز در كنار باد نقش مهم و كليدي در توليد و هدايت جريان در درياي خزر دارد.

The purpose of this study was to design and develop a three-dimensional numerical model using primitive equations in spherical coordinates of the Earth with the Sigma pressure vertical array to simulate currents in the Caspian Sea. In this study, the finite difference method was used for numerical solution and discretization of equations using the two step Lax-Wendroff scheme for advection terms and DuFort-Frankel scheme for diffusion terms. The results of the study showed that the clockwise eddy in the middle and the counterclockwise alongshore current near the western coast of the southern Caspian Sea continued throughout the year. Furthermore, due to the steeper slope of the bed in this basin, it is more stable than the currents pattern in the North and Middle basins of the Caspian Sea. Also, the divergence of the current in the surface Ekman layer is balanced by the convergence of current in the bottom Ekman layer in the middle and southern basins of the Caspian Sea, which indicates that the bed topography beside the wind plays a key role in the production and steering of the currents in the Caspian Sea.