بررسی تغییرات ماهانه پارامترهای فیزیکی و ساختارهای پخش دوگانه در خلیج فارس و تنگه هرمز

سلگی, مصطفی; علی اکبری بیدختی, عباسعلی; حسن زاده, اسماعیل; محمد مهدی زاده, مهدی

doi:10.30467/nivar.2025.511375.1327

بررسی تغییرات ماهانه پارامترهای فیزیکی و ساختارهای پخش دوگانه در خلیج فارس و تنگه هرمز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مصطفی سلگی ¹

عباسعلی علی اکبری بیدختی ²

اسماعیل حسن زاده ³

مهدی محمد مهدی زاده ⁴

¹ گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران و گروه علوم غیر زیستی جو و اقیانوس، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

² گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

³ گروه فیزیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

⁴ گروه علوم غیر زیستی جو و اقیانوس، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

10.30467/nivar.2025.511375.1327

چکیده

شرایط آب و هوایی و تبادل لایه‌ای ترموهالین میان دو حوضه آبی در مناطقی مانند تنگه هرمز می تواند شرایط لازم را برای تشکیل ساختار های وابسته به تغییرات قائم دما و شوری فراهم کند. یکی از ساختارهای ناشی از گرادیان قائم چگالی فرآیند پخش دوگانه نام دارد که بر اساس نقش مولفه‌های دما و شوری می تواند به صورت انگشتان نمکی و یا همرفت پخش رخ دهد. بر این اساس در این مطالعه تلاش شده است تا با اجرای مدل عددی هایکام (HYCOM) با 41 لایه ایزوپیکنال، 14 لایه سیگما و با وضوح 50/1 (02/0) درجه، تغییرات ماهانه پارامترهای فیزیکی دما و شوری در خلیج فارس و تنگه هرمز و ساختارهای پخش دوگانه در مسیر تبادل جریان در غرب تنگه هرمز مورد بررسی قرار گیرد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که شرایط برای هر دو ساختار پخش دوگانه در اسفند ماه (مارس) نا مساعد بوده اما در فروردین (آپریل) انگشتان نمکی در سطح تقویت می شوند. افزایش دما و شوری ناشی از تبخیر در اواخر تابستان، همواره شرایط را برای شکل گیری توده گرم و شور و ریزش انگشتان نمکی فراهم می کند اما این ساختارهای نمکی بیشتر در محدوده ساختارهای ضعیف هستند و با افزایش جریان خروجی و نقش آن در چینه بندی توده آب در غرب تنگه، ساختارهای نمکی عمیق تر می شود. با افزایش شوری در پاییز، انگشتان نمکی در سطح تقویت شده و چند ساختار نمکی قوی در سطح و در شمال و جنوب مقطع غربی تنگه هرمز تشکیل می شوند. اما بتدریج با کاهش دما و شوری شرایط برای همرفت پخش مساعد می شود، بطوریکه در آذر ماه (دسامبر)، کاهش قابل توجه دما در غرب تنگه در محدوده 56 درجه شرقی، شرایط را برای شکل گیری همرفت پخش گسترده فراهم می کند.

کلیدواژه‌ها

خلیج فارس

تنگه هرمز

مدل عددی هایکام

زاویه ترنر

انگشتان نمکی

همرفت پخش

موضوعات

فیزیک دریا

عنوان مقاله English

Investigation of monthly changes in physical parameters and double diffusion structures in the Persian Gulf and the Strait of Hormuz

نویسندگان English

Mostafa Solgi ¹

Abbasali Aliakbari Bidokhti ²

Smaeyl Hassanzadeh ³

Mahdi Mohammad Mahdizadeh ⁴

¹ Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Iran and Department of Non-biological Atmospheric and Ocean Sciences, Faculty of Marine Science and Technologies, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran

² Department of Space Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, 14155-6466, Iran

³ Faculty of Physics, University of Isfahan, Isfahan, 81746-73441, Iran

⁴ Department of Non-Biologic Atmospheric and Oceanographic Science, Faculty of Marine Science and Technologies, University of Hormozgan, Bandar Abbas, 79177, Iran

چکیده English

Climatic conditions and thermohaline exchange between two water basins in regions such as the Strait of Hormuz can provide the necessary conditions for the formation of structures dependent on vertical variations in temperature and salinity. One of the structures resulting from a vertical density gradient is known as the double‐diffusion process, which, based on the roles of temperature and salinity components, may occur in the form of salt fingers or diffusive convection. Accordingly, in this study, we attempted to investigate the monthly changes in the physical parameters of temperature and salinity in the Persian Gulf and the Strait of Hormuz, as well as the double‐diffusion structures along the exchange flow pathway in the western Strait of Hormuz, by implementing the HYCOM numerical model with 41 isopycnal layers, 14 sigma layers, and a resolution of 1/50 (0.02) degrees. The results of this study indicate that conditions for both double‐diffusion structures are unfavorable in March, but in April, salt fingers are intensified at the surface. The increase in temperature and salinity caused by evaporation in late summer always creates conditions for the formation of warm and saline water masses and the descent of salt fingers. However, these salt structures are often of the weak type. With the increase in outflow and its role in the stratification of the water mass in the western part of the strait, the salt structures become deeper. With the rise in salinity during autumn, salt fingers are strengthened at the surface, and several strong salt structures form at the surface and in the northern and southern parts of the western section of the Strait of Hormuz. Gradually, with the decrease in temperature and salinity, conditions become favorable for diffusive convection. Specifically, in December, a significant drop in temperature occurs in the western part of the strait, around 56°E, which creates suitable conditions for the formation of widespread diffusive convection.

کلیدواژه‌ها English

Persian Gulf

Strait of Hormuz

HYCOM model

Turner angle

salt fingers

diffusive convection

1. Al-Hajri, K., 1990, the Circulation of the Arabian (Persian) Gulf: A Model Study of its Dynamics. The Catholic University of America, Washington, DC. Ph.D. Dissertation (also available through UMI Dissertation Information Service, Order Number 9106378).
2. Azizpour Jafar, Chegini Vahid, Siadatmousavi Seyed Mostafa. 2017. Seasonal variation of the double diffusion processes at the Strait of Hormuz. Acta Oceanologica Sinica, 36(1): 26–34.
3. Bidokhti, A. A. (2019). Fundamentals of fluid dynamics (2nd ed.). University of Tehran Press. (In Persian)
4. Bidokhti, A. A. and Ezam, M., 2009, The structure of the Persian Gulf outflow subjected to density variations, Ocean Sci., 5, 1–12, https://doi.org/10.5194/os.
5. Boyd, J.D., and H. Perkins, 1987: Characteristics of thermohaline steps off the northwest coast of South America. Deep-Sea Res., 34, 337-364.
6. Carmack, E. C., Macdonald, R. W., Perkin, R. G., McLauglin, F. A., & Pearson, R. J. (1995a). Evidence of warming of Atlantic water in the southern Canadian Basin of the Arctic Ocean: results from the Larsen-93 expedition. Geophysical Research Letters, 22, 1061–1064.
7. Foster, T. D., and Carmack, E. C., 1976, Frontal zone mixing and Antarctic Bottom Water formation in the southern Weddell Sea, Deep Sea Res. Oceanogr. Abstr., 23, 301–317.
8. Ghazi, E., Bidokhti, A. A., Ezam, M., Azad, M. T., 2016, Physical Properties of Persian Gulf Outflow Thermohaline Intrusion in the Oman Sea. Open Jour Mar Sci. 7:169–190.
9. Hoare, R. A., 1966. Problem of heat transfer in Lake Vanda, a density stratified Antarctic Lake. Nature, London, 10, 787–789.
10. Hosseinibalam, F., S. Hassanzadeh, and A. Rezaei Latifi., 2011, Three-dimensional numerical modeling of thermohaline and wind-driven cir- culations in the Persian Gulf, Appl. Math. Model., 35(12), 5884–5902.
11. Howe, M.R., and R.I. Tait, 1970: Further observations of thermohaline stratification in the deep ocean. Deep-Sea Res., 17, 963-972.
12. Johns. W. E, Yao. F, Olson. D. B, Josey. S. A, Grist. J. P and Smeed. D. A, 2003. Observations of Seasonal Exchange Through the Straits of Hormuz and the Inferred Freshwater Budgets of the Persian Gulf,” J. Geophys. Res., 108 (C12), 1–18.
13. Lee, C., Chang, K. I., Lee, J. H., and Richards, K. J., 2014, Vertical mixing due to double diffusion in the tropical western Pacific, Geophys. Res. Lett., 41, 7964–7970, doi:10.1002/ 2014GL061698.
14. Mazeika, P.A., 1974, Subsurface mixed layers in the northwestern tropical Atlantic. J. Phys. Oceanogr., 4, 446-453.
15. Muench, R. D., Fernando, H. J. S., and Stegen, G. R., 1990: Temperature and salinity staircases in the northwestern Weddell Sea. J. Phys. Oceanogr., 20, 295–304.
16. Neal, V. T., Neshyba, S., and Denner, W., 1969, Thermal stratification in the Arctic Ocean. Science, 166, 373–374.
17. Pous S P, Carton X, Lazure P. 2004. Hydrology and circulation in the Strait of Hormuz and the gulf of Oman results from the GOGP99 experiment: 1. Strait of hormuz. J Geophys Res Oceans, 109 (C12).
18. Prasad, T. G., Ikeda, M., Kumar, S. P., 2001. Seasonal spreading of the Persian Gulf Water mass in the Arabian Sea, J. Geophys. Res., 106(C8), 17,059–17,071.
19. Privett, D. W., Monthly charts of evaporation from the North Indian Ocean, including the Red Sea and the Persian Gulf. Quart. J. Roy. Meteorol. Soc, 1959, 85: 424–428.
20. Reynolds. R. M, 1993. Physical oceanography of the Gulf, Strait of Hurmoz, and the Gulf of Oman, results Schmitt, R. W., 1981, Form of the temperature-salinity relationship in the Central Water: evidence for double-diffusive mixing. J. Phys. Oceanogr., 11, 1015–1026.
21. Robertson, R., L. Padman, and M. D. Levine, 1995: Fine structure, microstructure, and vertical mixing processes in the upper ocean in the western Weddell Sea. J. Geophys. Res., 100, 18517–18535.
22. Ruddick, B., 1983, A practical indicator of the stability of the water column to double-diffusive activity. Deep Sea Res an Oceanogr Res Pap, 30(10): 1105–1107. Doi: 10.1016/0198–0149(83)90063–8.
23. Ruddick, B., Gargett, A.E., 2003. Oceanic double-diffusion – introduction. Prog. Oceanogr. 56 (3), 381–393.
24. Salegi, M., Mehdizadeh, M. M., Bidokhti, A. A., & Hasanzadeh, A. (2022). Temperature fluctuations and thermal energy in the location of double-diffusive structures in the Strait of Hormuz. Nivar, 46(118–119), 113–129. https://doi.org/10.30467/nivar.2023.389044.1239 (In Persian)
25. Salegi, M., Mehdizadeh, M. M., Hasanzadeh, A., & Bidokhti, A. A. (2023). Turner angle variations influenced by surface inflow from the Strait of Hormuz. In The 20th Conference on Fluid Dynamics, Semnan. https://civilica.com/doc/1822752 (In Persian)
26. Schmid, M., Busbridge, M. & Wuest, A. 2010 Double-diffusive convection in Lake Kivu. Limnol. Oceanogr. 55 (1), 225–238. Fountain. Deep-Sea Res., 3, 152–153.
27. Schmid, M., Lorke, A., Dinkel, C., Tanyieleke, G. & Wuest, A. 2004 Double-diffusive convection in Lake Nyos, Cameroon. Deep-Sea Res. 51, 1097–1111.
28. Senjyu T, Ishimaru T, Matsuyama M, et al. 1998. High salinity lens from the Strait of Hormuz. In: Otsuki A, Abdulraheem M Y, Reynolds R M, eds. Offshore Environment of the ROPME Sea Area After the War-Related Oil Spill. Tokyo: Terra Scientific Publishing Company, 35–48.
29. Stommel, H., A. B. Arons, and D. Blanchard, 1956: An oceanographic curiosity: the perpetual salt Stern, M. E., 1960: The “salt-fountain” and thermohaline convection. Tellus, 12,172–175.
30. Stommel, H., A. B. Arons, and D. Blanchard, 1956: An oceanographic curiosity: the perpetual salt fountain. Deep-Sea Res., 3, 152–153.
31. Thoppil P G, Hogan P J., 2009. On the mechanisms of episodic salinity outflow events in the Strait of Hormuz. J Phys Oceangr, 39(6): 1340–1360.
32. Turner, J. S., 1965: The coupled turbulent transports of salt and heat across a sharp density interface.
33. Van der Boog, C.G., Dijkstra, H.A., Pietrzak, J.D. et al., 2021, Double-diffusive mixing makes a small contribution to the global ocean circulation. Commun Earth Environ 2, 46.
34. Wallcraft, A., Halliwell, G., Bleck, R., Carroll, S., Kelly, K., Rushing, K., 2002. Hybrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) User’s Manual: Details of the numerical code.
35. Williams, A. J., 1974, Salt Fingers observed in Mediterranean outflow. Science, 185, 941 943.
36. You, Y., 2002, a global ocean climatological atlas of the Turner angle: Implications for double-diffusion and water mass structure. Deep-Sea Res., 49, 2075-2093.
37. Zodiatis, G., and G.P. Gasparini, 1996: Thermohaline staircase formations in the Tyrrhenian Sea. Deep-Sea Res., 43, 655-678.