آشکارش اتوماتیک پیچک های خلیج فارس و مطالعه ی ساختار و خواص فیزیکی آن ها

پیچک ها، توده های آب نسبتا بزرگ و چرخان در محیط دریاها هستند که مشابه گردبادها در جو هستند و غالبا با جریان های بزرگ دریایی همراه هستند. برای مثال در کناره های جریان کوروشیو غالبا پیچک های میان مقیاسی با شعاع از ده تا صدها کیلومتر وجود دارد. پیچک های دریایی هنگامی امکان تشکیل شدن دارند که جریان ناپایدار شده و این ناپایداری رشد کرده و باعث پیچش جریان شود و در نهایت یک پیچک حاصل شود. مطابق با مطالعات قبلی، پیچک ها به کندی حرکت می کنند و بنابراین در مقایسه با جریان های غالب می توانند به عنوان یک ساختار شبه استاتیک در ستون آب لحاظ شوند. ازآنجا که حمل توده آب های گرم یا سرد می تواند توسط پیچک ها صورت بگیرد، درنتیجه خواصی نظیر توزیع دما و شوری حوضه دچار تغییرات قابل ملاحظه ای شده به نحوی که این تغییرات می تواند بر غلظت مواد مغذی، پخش و انتشار آلاینده ها و تغییرات سرعت صوت در آب اثرگذار باشد؛ بنابراین مطالعه پیچک ها اهمیت بسیار زیادی در ماهیگیری، محیط زیست، صنایع نظامی و دریانوردی دارند.

در این مطالعه از الگوریتم هندسه برداری که بر اساس چرخش بردارهای سرعت جریان به شناسایی و استخراج پیچک ها می پردازد، در خلیج فارس استفاده شده است. ورودی های این الگوریتم که مولفه های افقی سرعت جریان در لایه های مختلف هستند، حاصل از مدل سازی عددی هیدرودینامیکی جریان (گردش آب) توسط مدل مایک هستند. پس از استخراج پیچک ها به کمک الگوریتم، خواص آن ها مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج الگوریتم در 25 لایه 2 متری از سطح تا عمق 50 متری استخراج شده است. در مجموع 4308 پیچک چرخندی و 2860 پیچک واچرخندی در لایه ی سطحی و 617 پیچک چرخندی و 329 پیچک واچرخندی در پایین ترین لایه یعنی عمق 50 متری شناسایی شد. پیچک های با کمترین طول عمر در فصل تابستان و بیشترین در فصل زمستان است. همچنین میانگین طول عمر پیچک های چرخندی نسبت به واچرخندی نیز در همه فصول به غیر از زمستان اندکی بیشتر است. هرچه طول عمر پیچک ها بیشتر باشد در اعماق بیشتر نفوذ می کنند و پیچک های با طول عمر کمتر بیشتر در لایه های سطحی مشاهده می شوند. همچنین در برخی لایه ها تعداد پیچک ها نسبت به لایه ی بالاتر اندکی افزایش نشان می دهد و این حاکی از تشکیل پیچک ها در لایه های میانی است. در فصل تابستان مشخصه شوری را می توان به عنوان یکی از علایم وجود پیچک و در فصل زمستان دما را به عنوان شاخصی برای شناسایی پیچک لحاظ کرد. با این تفاسیر هرگاه کاهش یا افزایش در دما یا شوری به صورت شعاعی رخ دهد، می توان احتمال وقوع پیچک در آن ناحیه را در نظر گرفت؛ البته این گرادیان دما و شوری هرگاه با چرخش جریان همراه شود و تا چند روز حداقل ادامه داشته باشد، احتمال رویداد به مراتب افزایش می یابد.

پیچک های خلیج فارس ازجمله ساختارهای چرخشی جریان در این حوضه آبی هستند که نقش مهمی در گردش جریان، تغییرات دما-شوری و اکوسیستم آن دارند. ازآنجا که این جریان ها پیچیدگی های خاص خود را دارند و سازوکار شکل گیری آن ها به طور دقیق شناخته نشده است، مطالعه و بررسی خواص و ویژگی های فیزیکی و هندسی منجر به درک و شناخت از آن ها می شود. در این مطالعه از الگوریتم هندسه برداری به منظور شناسایی، استخراج و تحلیل پیچک های واقع در خلیج فارس استفاده شد. پس از شناسایی پیچک ها توسط الگوریتم ویژگی های آن ها از قبیل میانگین فصلی مدت دوام، تغییرات تعداد برحسب عمق، ساختار قایم آن ها، توزیع فصلی آن ها و نیمرخ قایم دما و شوری آن ها مورد بحث و بررسی قرار گرفت.