MEREJÄÄ. TTÜ Meresüsteemide Instituut. Ove Pärn

Transcription

1 MEREJÄÄ TTÜ Meresüsteemide Instituut Ove Pärn

2 Jutuks tuleb MereJää maailm Jää kujunemine, tüübid Jää uurimine modelleerimine Merejää ohud

3 Soojusvahetus Atmosfäär - jää - veekogu tuul

4 Maakera pindalast on ketud veega umbes 80 % millest jäätub külma perioodil kuni 10 % Merejää ~8% ~20% Vesi 80% Maakeral on 22 miljonit km2 (8000 EESTIT ) veepinda, kus külmade saabumise ning kadumisega ökoloogilised ja klimaatilised tingimused dramaatiliselt muutuvad

5 Põhja-Jäämeres on jää paksus 3 m Antarktika vetes 1-1,5 Läänemeres karmi talve korral 1,1 pehmel talvel 1,5 m 1,1 m alla 0,5m Erandiks on rüsijää, mis tuule ja lainete mõjul kuhjab ka 10- meetriseid mägesid.

6 Eesti kliima on suhteliselt muutlik, jääkatte kestvus keskmiselt on: siseveekogud 5 kuud aastas ranniku meri 3 kuud aastas Pärnu lahes pikim jää periood kestnud 6 kuud Rüsijää on sagedane nähtus Liivi lahes, takistades sealset laevaliiklust, Narva lahes ja Peipsi järvel

7 Jäätumise etapid Jää teke Jää kasv Jää deformeerumine/ moondumine Lagunemine

8 Uusik- (värske) jää lobjak ja rasvjää moodustavad jääsupi (pildil)

9 Kus hakkab jää tekkima? Niilas õhuke elastne jääkoorik paksusega kuni 10 cm Taldrikjää Tekkinud jääd töödeldakse lainete ja tuule poolt taldrikuteks, pannkookideks

10 Kinnisjää teke Jäätumine Tüüpiline tiikides, järvedes, aeglase vooluga jõgedes Tekib külmumise tagajärjel, termodünaamiline lähenemine Õhk Soojusvoog Jää Vesi Jäätumine Jää/vee lahutuspinnal on külmumistemperatuur : 0 C magevees.

11

12

13 Ebatasane jää/ moondunud jää (deformed ice) Pealenihe/ladejää teke (rafting) Kurrutus/rüsistumine (ridging)

14 Miks jääd uurida? Jäätumine muudab olulisel määral veekogu keskkonna tingimusi. Seega on vastav protsess olulise tähtsusega: järve elustikule, kohalikule kliimale, kalda asukatele (kala, transport, loomad)

15 Jää kliima süsteemis: Piirab vete ja atmosfääri soojusvahetust, läbi selle reguleerib kohalikku kui ka vee sisest kliimat Muudab vee koostist Piirab valgustingimusi Veekogu tsirkulatsiooni

16 Transport Jääteed Laevaliiklus (säästlikus, ohutus) Keskkonna reostus

17 Jää kandevõime SAFE LOAD OPERATION FRESH ICE SEA ICE One person 0.4 ton 2 ton vehicle 10 ton tracked vehicle 13 ton aircraft at rest moving slowly moving slowly moving slowly parked 8 cm 10 cm 25 cm 43 cm 61 cm 13 cm 18 cm 40 cm 66 cm 102 cm Inimest hakkab tugev jää kandma, kui selle paksus on 5 8 sentimeetrit, sõiduautod nõuavad cm ja traktorid vähemalt 30 cm paksust jääd. Eestis avatakse ametlik jäätee siis, kui selle paksus igas punktis on rohkem kui 22 cm. Tugevaks peetakse eeskätt äsjatekkinud jääd, sest siis ei ole sulailmad jää struktuuri jõudnud kahjustada (Vikipeedia). E.R. Pounder-i järgi

18 Jää uuringutest Esimesed teaduslikud jää dünaamika uuringud Arktikas on teada alates aastatest Nansen kirjutas 1902, et tuule poolt juhitud jää triivib 30 kraadi tuule suunast paremale kus triivkiirus on 2 % tuule suunast. Jää uuringutes on 3 alusvaala: 1. Jää numbriline modelleerimine 2. Kaugseire (remote sensing) 3. Radarid ja muu aparatuur

19 Merejää paksuse mõõtmised helikopterilt, kus kasutati radarit.

20 Satelliidi pildid kirjeldavad muutusi Peipsi jääl a) Feb, b) March, c) March, d) April, Peipsi järv. Sateliidi pildid annavad ülevaate jää paiknemisest alates veebruarist kuni aprillini. MODIS/Terra pildid Anu Reinart.

21 Jää numbriline modelleerimine Numbrilisestes mudelites jää triiv arvutatakse impulsi jäävuse seadusest m dv dt mfk V a w mg massi kiirendus = -Coriolise jõud + tuule hõõrdejõud + vee hõõrdejõud + veetaseme erinevusest tulenev jõud + jäävälja sisemised jõud

22 Jää paksust ja kompaktsust kirjeldav võrrand: h V h T t A t V A A T Ajaline muutus = advektsioon + mehhaaniline ümberjaotus + termodünaamiline muutus

23 Ebatasane jää/ moondunud jää (deformed ice) Pealenihe/ladejää teke (rafting) Kurrutus/rüsistumine (ridging)

24 Vaatleme erinevaid juhtumeid. a) Jäälõhede tekkimine ja sulgumine: A < 1 või V 0, siis võib muutuda ainult kontsentratsioon A. A A V b) Jääpankade pealenihe: A = 1 ja V 0 ning h hcr, tasase jää paksus kasvab konvergentsi tõttu h, V kus C HR on maksimaalne pealenihke paksus. c) Kurrutus: A = 1, V 0 ja hu hcr, kasvab rüsijää paksus h V..

25 Tuul põhjast 6 m/s Algtingimus: jää konsentratsioon a=0.5 Jää mudel (t=24h) (vaba triiv)

26 Tuul põhjast 6 m/s Algtingimus: jää konsentratsioon a=0.5 Jää-ookeni mudel (t=24h) (vaba triiv)