Samband vinda og strauma í Dýrarði. Tómas Zoëga

Transcription

1 Samband vinda og strauma í Dýrarði Tómas Zoëga Jarðvísindadeild Háskóli Íslands 2016

2

3 SAMBAND VINDA OG STRAUMA Í DÝRAFIRÐI Tómas Zoëga 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í jarðeðlisfræði Leiðbeinandi Andreas Macrander Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Reykjavík, maí 2016

4 Samband vinda og strauma í Dýrarði 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í jarðeðlisfræði Höfundarréttur 2016 Öll réttindi áskilin Tómas Zoëga Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Askja, Sturlugötu 7 101, Reykjavík Sími: Skráningarupplýsingar: Tómas Zoëga, 2016, Samband vinda og strauma í Dýrarði, B.Sc ritgerð, Jarðvísindadeild, Háskóli Íslands. Prentun: Háskólaprent, Fálkagötu 2, 107 Reykjavík Reykjavík, maí 2016

5

6 Hér með lýsi ég því yr að ritgerð þessi er samin af mér og að hún hefur hvorki að hluta né í heild verið lögð fram áður til hærri prófgráðu. Tómas Zoëga

7 Útdráttur Dýrafjörður er einn Vestfjarðanna. Hann er um 30 km langur og meðaldýptin er 40 m. Tveimur mælistöðvum var komið fyrir á botninum utarlega í rðinum í lok apríl 2014 og þær sóttar aftur í byrjun september sama ár. Önnur var nálægt norðurströndinni en hin við suðurströndina. Þær mældu straumhraða í vatnssúlunni alveg upp að yrborði og skráðu á klukkustundar fresti. Við upphaf og lok mælitímabilsins voru sjósýni með upplýsingum um eðlismassa, seltu og hita einnig tekin. Þessi gögn eru notuð til að greina hafstrauma Dýrafjarðar auk þess sem þeir eru bornir saman við vind. Að lokum er Richardson-tala metin fyrir hvora mælistöð fyrir sig og athugað hvort, og þá við hvaða vindaðstæður, lóðrétt blöndun á sér stað. Niðurstöður gefa að vindurinn hefur mun meiri áhrif á strauma norðan megin í rðinum en sunnan. Auk þess fékst góð samsvörun milli yrborðsstrauma og vinds en nánar þyrfti að fara í gögnin til að ganga úr skugga um að hægt væri að nota strauminn sem staðbundinn vindmæli. Abstract Dýrafjörður is one of the West Fjords of Iceland (i. Vestrðir). It is approximately 30 km long and has an average depth of 40 m. Two measurement stations were placed at the bottom near the mouth of the fjord in late April 2014 and early September the same year. One was near the southern shore, the other the northern one. They measured currents in the water column above and logged once every hour. When placed and retrieved, hydrographic proles with information about density, salinity and temperature were also made. Those datasets are used to analyse the ocean currents of Dýrafjörður and compare them to wind. Finally the Richardson number is estimated for each station and tested if and when (in relation to winds) vertical mixing takes place. The results uncover that the wind has considerably more eect on the north lying currents than the southern. There was also a good correlation between surface currents and wind but the data would have to be analysed in greater details to conrm that currents can be used as local anemometers. v

8

9 Efnisyrlit Myndaskrá Töuskrá Þakkir ix xi xiii 1. Inngangur 1 2. Fræðilegur bakgrunnur Straumar við Ísland Sjómælingar í Dýrarði Sjávarfallabylgjur Blöndun vegna iðustreymis Mælitæki, aðferðir og gögn 7 4. Úrvinnsla Straumar Sigtun og snúningur straumgagna Sjávarfallasigtun Straumgreining Vindur Vindsamanburður Liðun vinds Lotur í straumum og vindi Vindur og straumur í yrborði Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala Vindur og skerstraumur Richardson-tala Niðurstöður 29 Heimildir 31 A. Myndir og töur 33 A.1. Lotur í straumum og vindi vii

10 Efnisyrlit A.2. Vindur og straumur í yrborði A.3. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala B. Matlabkóðar 39 B.1. Sigtun og snúningur straumgagna B.2. Sjávarfallasigtun og hlaupandi meðaltal B.3. Straumgreining B.4. Vindsamanburður og liðun vinds B.5. Lotur í straumum og vindi B.6. Vindur og straumur í yrborði B.7. Lagskipting, skerstraumur og Richardson-tala viii

11 Myndaskrá 1.1. Kort af Dýrarði ADCP-mælitæki Uppsetning DF Uppsetning DF Styrkur endurkasts við DF Straumrósir fyrir DF Straumrósir fyrir DF Meðalstraumar og staðalfrávik Langvindar við Hóla og Flateyri. Jákvætt er út fjörðinn Þvervindar við Hóla og Flateyri. Jákvætt er til norðurs Vindrós fyrir Flateyri Vindrós fyrir Hóla Straumrós fyrir sellu 14, DF Straumrós fyrir sellu 14, DF Fouriergreining vinds frá Flateyri Langstraumar við DF Þverstraumar við DF Langstraumar við DF Þverstraumar við DF Yrborðsstraumar tíðnigreindir Vindstyrkur sem fall af sjávarfallasigtuðum yrborðsstraumi ix

12 MYNDASKRÁ Vindstefna sem fall af stefnu ósjávarfallasigtaðs yrborðsstraums Meðalskerstraumur við DF1 og DF Skerstraumur við DF2 milli 24. og 30. maí Skerstraumur við DF1 milli 5. og 10. júní Brunt-Väisälä-tíðni sem fall af dýpt Eðlismassasnið tekin við upphaf og lok mælitímabils Seltusnið tekin við upphaf og lok mælitímabils Richardsontölur undir 0,5 ásamt vindi við DF Richardsontölur undir 0,5 ásamt vindi við DF Fylgnistuðlar skerstrauma og vinds A.1. Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF1 - lang A.2. Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF1 - þver A.3. Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF2 - lang A.4. Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF2 - þver A.5. Vindstyrkur sem fall af yrborðsstraumi A.6. Langskerstraumur við DF1 borinn saman við langvind A.7. Þverskerstraumur við DF1 borinn saman við þvervind A.8. Langskerstraumur við DF2 borinn saman við langvind A.9. Þverskerstraumur við DF2 borinn saman við þvervind x

13 Töuskrá 2.1. Helstu sjávarfallabylgjur. Taa fengin frá Unnsteini, Lotur helstu bylgja í sjávarstraumunum og vindi í klst ásamt óvissu Lotur helstu bylgja í yrborðsstraumum í klukkustundum ásamt óvissu Fylgnistuðlar vinds og strauma Meðaltöl Brunt-Väisälä-tíðninnar xi

14

15 Þakkir Mig langar helst að þakka tveimur mönnum, þeim Andreasi Macrander, leiðbeinanda mínum, og Héðni Valdimarssyni. Þeir leyfðu mér að sitja fyrir framan skrifstofur sínar á Hafró og gáfu sér alltaf tíma til að svara spurningum sem ég bæði hafði í huga og hafði ekki enn komið til hugar. xiii

16

17 1. Inngangur Dýrafjörður er einn Vestfjarðanna. Hann er í miðri fjarðasyrpunni á milli Bjargtanga og Hornstranda og teygir sig um 30 km inn í landið. Eini þéttbýliskjarni fjarðarins er Þingeyri. Í þessari ritgerð verður fjallað um straumgögn sem safnað var við utanverðan fjörðinn sumarið 2014 og þau borin saman við vind. Þó svo að hegðun strauma sé áhugaverð í eðli sínu þá voru þessar straummælingar gerðar vegna hugmynda um skeldi. Svo hægt sé að standa í þannig rekstri þarf að hafa góða þekkingu á eigileikum og straumum sjávarins í kring til að meta hversu mikið magn af ski fjörðurinn þolir. Þeir eru notaðir til að skoða dreingu ýmissa efna, svo sem súrefnis, næringar- og eiturefna, og þar með meta hvernig skeldi og umhver hafa áhrif hvort á annað. Hér verður hins vegar ekki fjallað um skeldi heldur verða straumgögnin greind og litið á þau frá nokkrum hliðum. Skoðað verður hvernig vindur og straumar haldast í hendur auk þess sem reynt verður að meta lagskiptingu og blöndun vatnsmassans. Skoðuð verða gögn frá tveimur mælistöðvum og athugað hvernig þau ríma við einfalt líkan af sjávarföllum og hafstraumum umhvers Ísland. 1

18 1. Inngangur Mynd 1.1: Dýrafjörður og staðsetningar Flateyrar, Hóla, DF1 og DF2. Litirnir gefa dýpt til kynna. Mynd fengin frá fjölgeislamælingum Hafrannsóknastofnunnar. 2

19 2. Fræðilegur bakgrunnur 2.1. Straumar við Ísland Í hanu umhvers Ísland er mikið um strauma. Þeirra þekktastur er Irmingerstraumurinn sem sér okkur fyrir hlýjum sjó. Hann er lítill angi Golfstraumsins og greinist frá honum sunnan við landið og heldur norður eftir Grænlandssundi. Lítill angi af þessum straumi sveigir til austurs þegar komið er fyrir Vestrði og rennur meðfram Norðurlandi uns hann lognast út af áður en hann nær Austfjörðum (Unnsteinn, 1999). Fljót renna til sjávar ofan af hálendinu, margar þeirra jökulár, og vegna annarra strauma við landið og Coriolis-áhrifa sveigir þetta útæði til hægri og heldur eftir ströndinni. Þegar allt er tekið saman þá æðir hað að meðaltali réttsælis umhvers Ísland og þessi straumur er kallaður Strandstraumur (Unnsteinn, 1999). Sjávarfallabylgjan fylgir óknu mynstri í heimshöfunum en í grófum dráttum má segja að hún snúist um hvira, svokallaða deilipunkta (e. amphidromic points), sem staðsettir eru víðs vegar í hanu. Þar gætir sjávarfalla ekki en eftir því sem fjær dregur aukast þau. Í námunda við Ísland eru nokkrir slíkir punktar, einn fyrir norðan land, annar rétt norðan Færeyja og sá þriðja langt suður í ha austan Nýfundnalands (Pond og Pickard, 1983). Samspil þeirra veldur því að sjávarfallabylgjan hreyst réttsælis um landið. Hvað Coriolis-áhrin sem minnst var á hér að ofan varðar þá hafa þau ekki aðeins áhrif á stefnu árvatns sem streymir frá landi heldur einnig straumana sem fyrir eru í hanu, þar á meðal sjávarfallastrauminn. Þegar sjávarfallabylgjan fer um rði á norðurhveli jarðar ætti hún að hafa tilhneygingu til að halda sig vinstra megin á leið inn fjörðinn og hægra megin á leið til baka þegar horft er út fjörðinn. Í tilfelli Dýrafjarðar mætti því búast við því fyrir fram að aðfallið væri sterkast sunnan megin í rðinum en útfallið sterkast norðan megin. Þó verður að taka með í reikninginn að hann er fremur lítill og því ættu inn- og útstreymi að vera nokkuð jöfn sama hvor hliðin er skoðuð (Bogi, 2000). 3

20 2. Fræðilegur bakgrunnur 2.2. Sjómælingar í Dýrarði Hafrannsóknastofnun fór í nokkra leiðangra árin 2013 og 2014 og gerði sjómælingar í nokkrum fjörðum á Vestfjörðum, þar á meðal Dýrarði. Í skýrslu sem unnin var upp úr þessum leiðöngrum (Héðinn og Magnús, 2014) kom fram að sjórinn ha almennt verið ferskari innarlega í rðinum og norðarlega vegna ferskvatnsæðis af landi. Í fyrstu mælingum í byrjun september var fjörðurinn lagskiptur með um það bil mm til tíu metra þykku seltuminna yrborðslagi. Í október var fjörðurinn að mestu upplandaður og blandaðist síðan alveg áður en nóvember var allur. Dýrafjörður virðist því vera tvílagskiptur að sumarlagi en blandast eftir því sem líður á haustið (Héðinn og Magnús, 2014). Þetta verður skoðað nánar með gögnum frá sumrinu 2014 í kaa 4.5 hér á eftir um skerstraum og lagskiptingu, sjá myndir 4.23 og Sjávarfallabylgjur Þó landslag ha mikil áhrif á það hvernig sjávarföll hegða sér þá er drifkraftur þeirra þyngdartog frá sól og mána. Helstu lotur af þeirra völdum má sjá í töu 2.1. Búast má við því að einhverjar af þessum bylgjum komi fram við tíðnigreiningu á straumum Dýrafjarðar. Taa 2.1: Helstu sjávarfallabylgjur. Taa fengin frá Unnsteini, Hálfsdags Lota í klst. Aðal-tunglkraftur, M 2 12:25 Aðal-sólarkaraftur, S 2 12:00 Stærri sporbaugskr. tungls, N 2 12:40 Tungl-sólarkraftur, K 2 11:58 Heilsdags Tungl-sólarkraftur, K 1 23:56 Aðal-tunglkraftur, O 1 25:49 Aðal-sólarkraftur, P 1 24:04 4

21 2.4. Blöndun vegna iðustreymis 2.4. Blöndun vegna iðustreymis Þegar vindur blæs yr sjó rífur hann í vatnið og veldur svokölluðu skerstraumi. Hann er skilgreindur sem rúmaeiða straums, það er mismunur á straumhraða milli tveggja punkta. Ef vatnsmassinn er kyrr og einsleitur ætti skerstraumurinn að minnka með dýpi. Þegar vatnsmassi er lagskiptur vegna eðlismassamunar og lögin sem um ræðir hreyfast með mismunandi hraða verður skerstraumur þar á milli. Þá núast lögin saman og það getur á endanum leitt til iðustreymis. Iðustreymið getur svo brotið lagskiptinguna upp og hrært í vatnsmassanum. Ein leið til að meta hvort það gerist er að líta á svokallaða Richardson-tölu, Ri. Hún er einingalaus reynslustærð (e. empirical concept) og skilgreind með eftirfarandi jöfnu, Ri = N 2 / ( ) 2 u (2.1) z þar sem u er straumhraði og z er lóðrétt færsla. uppdrifssveiutíðni og gen með N er Brunt-Väisälä-tíðni eða ( N 2 = ge g 1 ρ ) ρ z (2.2) þar sem g er þyngdarhröðun jarðar, ρ eðlismassi sjávar og E stöðugleiki vatnssúlunnar í þá átt sem hlutaeiðan er tekin. Í þeim tilvikum sem E > 0 er vatnssúlan stöðug. Þá leitast vatnspakki sem hreyfður hefur verið við að komast aftur í jafnvægi og við það sveiast hann fram og aftur um jafnvægispunkt. N er hámarkstíðni þessarar sveiu og eins og lesa má úr jöfnu 2.2 þá er hún mest þar sem eðlismassastigullin er hæstur, til dæmis við lagmót. Í grunninn þá ber Ri stöðu- og hreyorku vatnspakka saman eins og jafna 2.1 gefur til kynna. Brunt-Väisälä-tíðnin svarar þá til stöðuorkunnar en skerstraumurinn til hreyorkunnar. Við lágar Richardson-tölur hneygist vatnsmassinn til iðustreymis því þá er hlutfall stöðu- og hreyorku vatnspakka lágt. Þess vegna má nota Ri til þess að meta hvort skerstraumar geti raskað lagskiptingu eða ekki. Tilraunir gefa til kynna að þegar Ri er stærri en um það bil 0,25 þá hætti skerstraumar að valda iðustreymi og lagstreymi getur haldist stöðugt (Pond og Pickard, 1983). Í Dietrich et al., 1980, er þessi krítíska Richardson-tala Ri = 0, 5. Eins og áður sagði þá er Ri er reynslustærð og því ertt að festa eitt gildi við krístíska gildið. 5

22

23 3. Mælitæki, aðferðir og gögn Í þessari ritgerð er samband vinds við hafstrauma í Dýrarði skoðað sumarið Straumgögn eru fengin frá tveimur mælistöðvum nokkra kílómetra inn af mynni fjarðarins, önnur við suðurströnd hans - kölluð DF1 - og hin við norðurströndina - kölluð DF2 (mynd 1.1). Vindgögn eru fengin frá veðurstöðinni á Flateyri í Önundarrði, en Önundarfjörður er næsti fjörður norðan Dýrafjarðar og stefnir í svipaða átt. Hún er sjálfvirk og skráir meðal annars vindstyrk og -stefnu á klukkutíma fresti allan sólarhringinn. Í Dýrarði heldur Veðurstofa Íslands úti einni veðurathugunarstöð að Hólum (mynd 1.1). Hún er ekki eins notadrjúg og veðurstöðin á Flateyri því á Hólum eru einungis framkvæmdar fjórar mælingar á sólarhring og allar að degi til. Auk þess er vindur mældur talsvert strjálar á Hólum. Þar taka vindmælingar einungis gildi með eins til þriggja m/s nákvæmni en á Flateyri er hún 0,1 m/s. Við mælingar á straumhraða var notast við ADCP-mæla (e. Acoustic Doppler Current Proler ) af gerð Workhorse- ADCP 300 khz frá RD Instruments eins og sést á mynd 3.1. Sá til vinstri er svipaður þeim sem notaðir voru í Dýra- rði en hinir tveir eru aðrar gerðir. Þeim er komið þannig fyrir að rauðu diskarnir fjórir vísa upp á við. Þetta eru hátalarar/hljóðnemar sem senda hljóðbylgjur í gegnum hað og mæla Dopplerfærsluna Mynd 3.1: ADCP-mælitæki. sem verður á þessum bylgjum þegar þær berast til baka. Hátalararnir fjórir senda ósamsíða geisla og því geta þeir ákvarðað hreyngu vatnsmassans í þremur víddum. Í raun þarf einungis þrjá hátalara til þess en með fjórum má fá meiri nákvæmni og skekkjumat. Á hvorri stöð skipta ADCP-mælarnir vatnssúlunni í 22 sellur með tveggja metra millibili og þar er straumhraðinn mældur. Í raun eru aðeins 13 til 14 þessarra sella undir sjávarborðinu, hinar gefa falskar upplýsingar vegna bergmáls. 7

24 3. Mælitæki, aðferðir og gögn Þó svo að mælarnir geti mælt með mikilli nákvæmni í þrjár rúmstefnur gerir lág söfnunartíðni það að verkum að lítið mark er takandi á lóðréttum straumum. Teknar eru 100 mælingar á klukkustund, meðaltal þeirra reiknað og það skráð. Ef til dæmis lóðréttur hvirll myndast og hefur lotu upp á eina klukkustund segði ADCP-mælirinn að lóðréttur straumhraði væri enginn. Það gefur ekki rétta mynd af hreyngum sjávarins og því eru einungis láréttir straumar skoðaðir í þessari ritgerð. Mynd 3.2: Uppsetning DF1. Myndir 3.2 og 3.3 sýna uppsetningar DF1 og DF2. Appelsínugulu kúlurnar, merktar WH-ADCP 300kHz, eru hol otholt sem í hefur verið komið ADCP-mælitælkjunum. Gráu rétthyrningarnir, merktir SBE37SMP-ODO, eru Micro- CAT-mælar fyrir hita, seltu og súrefni en gögn frá þeim verða ekki notuð hér. Þegar ADCP-mælunum var komið fyrir og þeir sóttir aftur voru tekin snið af nokkrum þáttum vatnssúlunnar, þar á meðal seltu og eðlismassa sem notuð Mynd 3.3: Uppsetning DF2. eru hér á eftir. Þetta var gert með CTD-tækjum, einnig kölluð sondur (fr. sonde). CTD stendur einmitt fyrir Conductivity, Temperature and Depth eða leiðni, hita og dýpt. Mælingar eru framkvæmdar þannig að sondunni er dýft ofan í sjóinn, niður á það dýpi sem mælingar eiga að ná, og hún svo dregin upp aftur. Á ákveðnum dýptarbilum er hún stöðvuð og sjósýni tekin. 8

25 4. Úrvinnsla Í umræðunni hér á eftir er ávallt gert ráð fyrir að vindur og straumur stefni í þá átt sem tilgreind er eins og tíðkast í haræði en komi ekki úr henni eins og algengara er í veðurfræði Straumar Sigtun og snúningur straumgagna Til að fjarlægja óeðlilegar mælingar eru straumgögnin frá ADCP-mælinum sigtuð. Það er gert í fjórum hlutum. Í fyrsta lagi er bergmálsstyrkur skoðaður og mælingum sem gefa of há gildi hent, hér er verið að sigta yrborðslagið í burtu. Miðað er við 160 einingar (e.counts) ADCP-mælis. Í öðru lagi er gögnum sem gefa straumhraða meiri en 2 m/s hent. Í þriðja lagi er gögnum sem gefa til kynna straumhraða fyrir ofan yfirborð sjávar hent. Í fjórða hluta sigtunarinnar er svo tekið tillit til þess að mun sterkara bergmál berst frá yrborði sjávar en annars staðar. Þá er mælingum á Mynd 4.1: Styrkur endurkasts við DF1 sem fall af dýpi og tíma. meira en fjögurra metra dýpi sem svara til sterkara endurkasts en 130 eininga hent. Mynd 4.1 sýnir dæmi um endurkaststyrk við DF1. Sjávarborðið sést skýrt sem mikill endurkastsötur. Hnitaker straumanna snúið þannig að í stað þess að skoða hornrétta þætti straums í norður/suður og austur/vestur þá eru skoðaðir þættir straumsins sem eru samsíða rðinum og þvert á hann. Miðað er við að Dýrafjörður stefni í 300. Þá er jákvæður straumur annars vegar út fjörðinn, í 300, og hins vegar í átt að norðurströndinni, í 30. 9

26 4. Úrvinnsla Sjávarfallasigtun Sjávarfallastraumar eru stór hluti af straumum Dýrafjarðar. Til að skoða þá strauma sem eiga aðrar orsakir var sjávarfallastraumurinn sigtaður í burtu. Þó tíðni sjávarfallabylgjunnar sé vel þekkt var straumurinn engu að síður tíðnigreindur og niðurstöðurnar teiknaðar á myndum 4.12 til Þar sést sjávarfallabylgjan greinilega. Til að sigta hana í burtu var bandstoppssía (e. band-stop lter ) notuð, sjá kóða í viðauka. Fyrir langstrauma voru bylgjulengdir á bilinu 11:38 til 12:50 klst sigtaðar í burtu en fyrir þverstrauma 11:15 til 13:20 klst. Ástæðan fyrir þessum mun á lengd bilanna er sá að sjávarfallastraumurinn er mun greinilegri í lang- en þverstraumunum. Sjávarfallahluti langstraumsins við DF1 var á bilinu 2,5 til 3,3 cm/s og 1,6 til 2,9 cm/s við DF2. Í tilfelli þverstraumanna voru þessi bil 0,3 til 1,3 cm/s við DF1 og 0,2 til 1,0 cm/s við DF Straumgreining Á myndum 4.2 og 4.3 eru straumrósir fyrir hverja straumsellu DF1 og DF2 teiknaðar. Á þeim sést skýrt að ráðandi straumar í rðinum eru langstraumar, bæði við DF1 og DF2 og í öllum dýptarsellum. Á mynd 4.4 eru meðalstraumar, langs og þvers, og staðalfrávik. Við DF1 er meðalstraumurinn langs inn fjörðinn fyrir allar dýptarsellurnar og mestur miðja vegu milli yrborðs og botns þar sem hann er 2,4 cm/s. Við DF2 er meðalstraumurinn lagskiptari; örlítið innstreymi við botninn, -0,6 cm/s, útstreymi um miðbikið, 1,9 cm/s, og aftur innstreymi við yrborð. Hvað þverstraumana varðar þá er meðalstreymið til suðurs, 0 til -1,9 cm/s, í öllum dýptarsellum á báðum stöðum nema við botninn þar sem enginn meðalstraumur er og við yrborðið þar sem meðalstraumurinn er til norðurs, 0 cm/s við DF1 en 3 cm/s við DF2. Eins og með langstraumana þá er sterkasti meðalstraumurinn um það bil miðja vegu milli sjávarborðs og botns. Staðalfrávik straumsins sýna að hann er mjög breytilegur enda er staðalfrávik hverrar straumsellu þetta tímabil stærra en meðalstraumurinn og ávallt stærra en 5,5 cm/s hjá langstraumunum en 2,2 cm/s hjá þver. Einnig má sjá að straumurinn verður breytilegri eftir því sem ofar dregur í öllum tilvikum nema þegar litið er á langstrauma við DF1. Þar er staðalfrávikið umtalsvert við botninn, 7 cm/s, en minnkar niður í 6,1 cm/s þegar kemur á um mm til tíu metra dýpi þar sem það stóreykst á ný í átt að yrborðinu. 10

27 4.1. Straumar Mynd 4.2: Straumrósir fyrir DF1. Dýpt í metrum merkt fyrir ofan hverja rós. Mynd 4.3: Straumrósir fyrir DF2. Dýpt í metrum merkt fyrir ofan hverja rós. 11

28 4. Úrvinnsla Mynd 4.4: Meðalstraumar og staðalfrávik Vindur Vindsamanburður Til að skoða hverning vindur hefur áhrif á hafstrauma í Dýrarði voru gögn frá veðurstöðinni á Flateyri í Önundarrði notuð. Eins og rætt er um hér að framan þá er önnur veðurstöð að Hólum í Dýrarði en vegna hærri gæða mælinganna á Flateyri eru gögn frá Hólum ekki notuð þegar vindur og straumur eru bornir saman. Hólar eru því einungis notaðir til að bera Önundarfjörð saman við Dýrafjörð og meta hvort vindarnir í þessum tveimur fjörðum séu nægilega svipaðir svo hægt sé að nota gögn frá Flateyri í stað Hóla. Á myndum 4.7 og 4.8 eru vindrósir fyrir Flateyri og Hóla. Þær sýna hvor um sig að ríkjandi vindáttir eru samsíða fjörðunum. Þann mun sem er á rósunum má skrifa á landslag. Flateyri er staðsett við norðurströnd Önundarfjarðar en Hólar suðurströnd Dýrafjarðar. Á Flateyri er nánast aldrei norðanátt en hún er tiltölulega algeng á Hólum. Líklega er ástæðan sú að Hólar eru í mynni dals sem gengur frá norðri til suðurs. Eins og sjá má á myndum 4.5 og 4.6 þá er gott samband á milli vinda við Hóla og á Flateyri. Þó virðist stöðin að Hólum ekki greina atburði sem standa stutt yr með mikilli nákvæmni auk þess sem hún gefur alla jafa minni vind en á Flateyri. Það er því óhætt að styðjast við vindinn á Flateyri þegar straumar í Dýrarði eru skoðaðir. Þó má ekki gleyma að vindurinn er ekki mældur í sama rði og straumurinn. Þetta verður skoðað betur síðar í ritgerðinni þegar yrborðstraumar og vindur verða bornir saman. 12

29 4.2. Vindur Mynd 4.5: Langvindar við Hóla og Flateyri. Jákvætt er út fjörðinn Mynd 4.6: Þvervindar við Hóla og Flateyri. Jákvætt er til norðurs. Mynd 4.7: Vindrós fyrir Flateyri. Mynd 4.8: Vindrós fyrir Hóla. Mynd 4.9: Straumrós fyrir sellu 14, DF1. Mynd 4.10: Straumrós fyrir sellu 14, DF2. 13

30 4. Úrvinnsla Liðun vinds Til að bera vindinn saman við hafstrauma þá var hann liðaður í hornrétta þætti en ólíkt straumunum þá snýr hnitakerð ekki í 300 heldur 280. Ástæðan fyrir því er sú að meginstefna Dýrafjarðar er örlítið frábrugðin meginstefnu Önundarfjarðar. Landslag hefur auk þess mikil áhrif á vindstefnuna eins og minnst er á hér að framan. Besti rökstuðningurinn fyrir þessu vali eru þó líklega vind- og straumrósirnar hér að framan Lotur í straumum og vindi Til að athuga hvers kyns bylgjur og sveiur væru helst áberandi voru bæði vindog straumgögn tíðnigreind. Óvissa í bylgjulengd, T, getur verið utalsverð en hún er tengd óvissu í tíðni, f með eftirfarandi hætti, T = dt f df f = (4.1) f 2 þar sem T = f 1. Hér er óvissa á aestri tíðninnar f = 10 4 klst 1. Gerum einnig ráð fyrir að óvissan á bylgjulengdinni sé aldrei minni en ± 2 mínútur. Samantekt á umræðunum hér á eftir er að nna í töum 4.1 og 4.2. Heildarvindur Á mynd 4.11 er tíðniróf vindstyrks frá Flateyri teiknað. Útslagið er normað við hámarksútslag. Eins og sést þá er ein tíðni sérstaklega áberandi á þessu tímabili, f = 0, klst. 1 T = f 1 = (23, 99 ± 0, 06) klst 24 klst, það er, dagfarsvindur sem líklega er til kominn vegna sólríkra daga sem hita upp landið. Hann er eina afgerandi tíðnin sem fram kemur á mynd 4.11 en einnig má greina þrjár óskýrar bylgjur með lotur um það bil 33 klst, 3 daga og 6 daga. Lang- og þverstraumar Í langstraumum við DF1 á mynd 4.12 er sjávarfallabylgjan greinileg með bylgjulengdir M 2 = 12 : 24 klst og S 2 = 11 : 58 klst. Í neðri hluta vatnssúlunnar má einnig sjá greinilegar bylgjur með lotur upp á 23 : 30 klst og 25 : 38 klst. Mjög veik merki eru um bylgju með lotu upp á um það bil 6 : 13 klst sem er frekar óregluleg milli dýptarsella. 14

31 4.3. Lotur í straumum og vindi Mynd 4.11: Fouriergreining vinds frá Flateyri. Í þverstraumum við DF1 á mynd 4.13 sést sjávarfallabylgjan einnig en hún er talsvert veikari en á mynd Hér eru einungis hægt að greina eina bylgjulengd upp á M 2 = 12 : 25 klst. Í efri lögum má greina daufa bylgju með um það bil 24 klst lotu. Miðja vegu milli yrborðs og botns, straumsellur 5 til 8, dofna allar bylgjur verulega úr um 1,2 cm/s í minna en 0,3 cm/s. Aftur eru veik merki um bylgju með lotu 6 : 13 klst. Í langstraumum við DF2 á mynd 4.14 sést sjávarfallabylgjan enn með bylgjulengdir M 2 = 12 : 25 klst og S 2 = 11 : 58 klst. Auk þeirra eru greinilegar veikar bylgjur með um það bil 26 klst. og 23 : 58 klst lotur. Að lokum má greina, sér í lagi í efri lögum, daufa bylgju með lotu um það bil 6 : 10 klst. Í þverstraumum við DF2 á mynd 4.15 er sjávarfallabylgjan enn í aðalhlutverki en talsvert daufari en áður. Hér er hún með lotu M 2 = 12 : 25 klst að vanda. Í efsta hluta vatnssúlunnar má greina mjög daufa bylgju með lotu um það bil 24 klst og aðra upp á 6 : 10 klst. 15

32 4. Úrvinnsla Mynd 4.12: Langstraumar við DF1. Mynd 4.13: Þverstraumar við DF1. Mynd 4.14: Langstraumar við DF2. Mynd 4.15: Þverstraumar við DF2. Taa 4.1: Lotur helstu bylgja í sjávarstraumunum og vindi í klst ásamt óvissu. Vindur 24:00 ± 0:04 DF1 - lang 6:13 ± 0:02 11:28 ± 0:02 12:24 ± 0:02 23:30 ± 0:03 25:38 ± 0:04 DF1 - þver 6:13 ± 0:02 12:25 ± 0:02 24:00 ± 0:04 DF2 - lang 6:10 ± 0:02 11:58 ± 0:02 12:25 ± 0:02 23:58 ± 0:04 26:00 ± 0:04 DF2 - þver 6:10 ± 0:02 12:25 ± 0:02 24:00 ± 0:04 16

33 4.3. Lotur í straumum og vindi Yrborðsstraumar Tíðniróf yrborðsstraumanna er einnig reiknað. Helstu bylgjulengdir eru skráðar í töu 4.2 og þær má sjá á mynd Athyglisvert er að bylgjur sem samsvara dagfarsvindi eru áberandi í langstraumum yrborðs bæði við DF1 og DF2 en þær eru varla greinanlegar í þverstraumunum. Þar að auki er sjávarfallabylgjan ekki eins skörp og áberandi í yrborðinu og dýpra í vatnsmassanum. Mynd 4.16: Yrborðsstraumar tíðnigreindir. Athugið mismunandi kvarða á ásum fyrir lang- og þverstrauma. Taa 4.2: Lotur helstu bylgja í yrborðsstraumum í klukkustundum ásamt óvissu. DF1 - lang 4:52 ± 0:02 8:11 ± 0:02 12:29 ± 0:02 24:00 ± 0:04 DF1 - þver 12:26 ± 0:02 DF2 - lang 8:11 ± 0:02 12:29 ± 0:02 24:00 ± 0:04 DF2 - þver 12:26 ± 0:02 17

34 4. Úrvinnsla 1/f suð Stutt útskýring; á myndunum af tíðniró vinds og strauma kemur fram aukning í styrk bylgjulengda eftir því sem tíðnin minnkar. Þetta er svokallað 1/f suð, einnig þekkt sem bleikt suð. Það fylgir veldishegðun og kemur fram í hinum ólíkustu kerfum, þar á meðal í sjávarstraumum og vindi (Bak, Tang og Wiesenfeld, 1987) Vindur og straumur í yrborði Má nota straumgögn úr yrborðslaginu sem staðbundinn vindmæli? Til að athuga það er vindur borinn saman við hrá straumgögn, það er gögn sem ekki hafa verið meðhöndluð með tilliti til endurvarps frá yrborði, frá straumsellu 14. Á myndum 4.7 til 4.10 eru rósir sem sýna mikil líkindi milli vinds og strauma. Í báðum tilvikum er ríkjandi stefna langsum eftir rðinum og oftar blæs og streymir út en inn. Auk þess er straum- og vindstyrkur meiri út fjörðinn. Það er áhugavert, sér í lagi þegar litið er til DF1, því eins og komið var að í umfjöllun um strauma hér að framan þá er meðalstraumur alla jafna inn fjörðinn. Til að skoða fylgni voru vindstyrkur- og stefna teiknuð sem fall af straumstyrk- og stefnu í yrborðslagi á myndum A.5 til Reiknuð var besta lína fyrir þessi punktasöfn og fylgnistuðlar reiknaðir. Þeir eru skráðir í töu 4.3 Fylgnistuðlarnir sem hér eru notaðir eru skilgreindir þannig að fylgnistuðull breytanna X og Y er R XY = Corr(X, Y ) = Cov(X, Y ) σ X σ Y (4.2) þar sem Cov(X, Y ) er samdreifni X og Y og σ staðalfrávik hvorrar breytu fyrir sig. Besta línan er svo ákvörðuð með aðferð minnstu fervika. Fylgnistuðullinn gefur til kynna hversu mikil fulgni er á milli gagnanna. Hann tekur gildi milli -1 og 1 þar sem mörk bilsins lýsa fullkominni fylgni en R = 0 engri fylgni (Suhov og Kelbert, 2005). Eins og sést á mynd 4.17 þá er umtalsverð fylgni milli vindstyrks og yrborðsstraums langsum en nánast engin milli vinds og þverstraums. Einnig eykst fylgnin í öllum tilvikum þegar sjávarföll eru sigtuð í burtu. Þegar langsum þættirnir eru skoðaðir kemur í ljós að vindurinn er alla jafna ekki hvassari en 5 m/s inn fjörðinn og 10 m/s út hann. Það veldur því að við þennan hámarksvind má búast við talsvert breytilegum straumhraða. Ennfremur þá minnka þessi áhrif þegar sjávarföllin eru sigtuð í burtu. Mynd 4.18 sýnir hvernig bæði langsum vindar og straumar eru talsvert meira áber- 18

35 4.4. Vindur og straumur í yrborði Taa 4.3: Fylgnistuðlar vinds og strauma. R stendur fyrir fylgnistuðla ósjávarfallasigtaðs straums og vinds, sjá mynd A.5 í viðauka, en R' sjávarfallasigtaðs, sjá mynd R R' R R' DF1 - lang DF2 - lang DF1 - þver DF2 - þver andi en þversum og einnig að stefnurnar fylgjast ágætlega að, fylgnistuðlarnir eru R DF 1 = 0, 59 og R DF 2 = 0, 60. Athyglisvert er að hafstraumarnir eru mun ákveðnari hvað stefnu verðar á leið út fjörðinn en vindurinn. Það gefur aftur til kynna að yrborðsstraumurinn sé undir miklum áhrifum frá ráðandi straumum dýpra í vatnsmassanum, aðallega sjávarfallastraumnum, þó svo að hann sýni einnig glögg tengsl við vindinn. Reiknaðar eru bestu línur fyrir fylgni langstrauma og -vinda fyrir bæði DF1 og DF2. Þær eru merktar inn á mynd 4.17 ásamt tilsavarandi formúlum. Formúlurnar eru á forminu y = hx + k þar sem h, sem er einingalaus, og k, sem hefur einingar m/s, eru stuðlar ákvarðaðir út frá vind- og straumstyrk, x er styrkur langstraums í m/s og y metinn styrkur langvinds, einnig í m/s. Fyrir langþættina eru þær y DF 1 = 3, 90x DF 1 + 0, 83 m/s (4.3) fyrir DF1 og y DF 2 = 3, 74x DF 2 + 0, 66 m/s (4.4) fyrir DF2. Ekki eru dregnar bestu línur fyrir þverþættina þar sem fylgnin er ekki nógu afgerandi til að slá einhverju föstu um samband þvervinda og -strauma. Að lokum má vísa í tíðnigreiningu yrborðsstraumanna í kaanum hér á undan en þar koma áhrif vindsins skýrt fram sem sólarhringslota. 19

36 4. Úrvinnsla Mynd 4.17: Vindstyrkur teiknaður sem fall af sjávarfallasigtuðum yrborðsstraumi. Mynd 4.18: Vindstefna teiknuð sem fall af stefnu ósjávarfallasigtaðs yrborðsstraums. Athugið að hér stefna vinda og straumar í þá átt sem tilgreind er eins og tíðkast í haræði en ekki úr henni eins og tíðkast í veðurfræði. 20

37 4.5. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala 4.5. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala Vindur og skerstraumur Eins og fram kom í kaa 2.4 þá rífur vindur sem blæs yr sjó í hann veldur þannig álagi sem leiðir til skerstraums. Skerstraumur er rúmaeiða straums og hefur einingarnar m/s = 1/s. Honum má lýsa með eftirfarandi jöfnu, m du dz u z = u i u i 1 2 m, (4.5) þar sem z = 2 m er hæð hverrar dýptarsellu og u er straumurinn í sniðinu sem skoðað er. Vindur hefur meiri áhrif á straum í yrborðinu heldur en dýpra niðri í vatnsmassanum. Eins er það með skerstraum af völdum vinds að í kyrrstæðum vatnsmassa án annarra utanaðkomandi truana að hann ætti að minnka með dýpt. Á myndum A.6 til A.9 í viðauka er skerstraumurinn fenginn frá sjávarfallasigtuðum straumum og borinn saman við vind. Eins og oft gerist í mælingum þá kom greinilegt suð fram í straummælingunum. Suð í lóðrétta stefnu hefur veruleg áhrif á það hvernig skerstraumur er reiknaður og getur geð ranga - eða jafnvel enga - mynd af honum. Til að ráða bót á því var hlaupandi meðaltal með billengd þrjá tekið fyrir hvert lóðrétt straumsnið eftir að sjávarföll höfðu verið fjarlægð. Þegar skerstraumurinn á myndum A.6 til A.9 er skoðaður betur sést að talsverður munur er á milli mælistöðva. Meðalskerstraumurinn á mynd 4.19 sýnir þetta enn frekar. Lítill skerstraumur gefur til kynna að vatnsmassinn hreyst meira eða minna í heilu lagi, það er ekki mikill munur á straumstyrk eftir því á hvaða dýpt er mælt. Mynd 4.19: Meðalskerstraumur við DF1 og DF2. 21

38 4. Úrvinnsla Áhugavert er að skoða þetta í samhengi við sjávarföllin. Á myndum A.1 til A.4 í viðauka hefur tíðniróf fjögurra straumsella teiknað til að draga fram hlutföll sem ertt er að greina á myndum 4.12 til Orka tíðnanna á þessum myndum er gen í m/s á dag. Almennt má segja að hlutdeild sjávarfallastrauma sé minni við DF2 en DF1, sérstaklega nálægt yrborði. Þegar eingöngu sjávarfallastraumurinn er skoðaður sést að hann er nokkuð jafn frá yrborði og niður að ADCP-mælinum. Því má draga þá ályktun að það sem veldur miklum skerstraumi séu einhver utanaðkomandi ö, til dæmis vindur. Lítum á nokkra valda atburði í langstraumi þar sem skerstraumur var mikill. Fyrsti atburðurinn var strax 30. apríl, degi eftir að mælingar hófust, sjá myndir A.6 og A.8. Þá blés vindur með 7-11 m/s út fjörðinn í heilan sólarhring. Það olli sterkum skerstraumi upp á meira en 0,03 1/s við DF2 allt niður á 17 metra dýpi. Á sama tíma var skerstraumurinn mun veikari við DF1, á bilinu 0,01 til 0,015 1/s, en náði alla leið niður að botni. Þetta bendir strax til þess að vatnsmassinn við DF1 hreist sem ein heild og að meiri lagskipting sé við DF2. Næsti atburður sem tekin er til skoðunnar var ekki einn mjög hvass dagur heldur tímabilið frá 23. maí til 1. júní, sjá myndir 4.20, A.6 og A.8. Þá var vindur stöðugur út fjörðinn í kringum 5 m/s í heila viku fyrir utan 27. maí þegar vindurinn snerist snögglega og blés inn fjörðinn í nokkra klukkutíma. Á þessu tímabili var mikill jákvæður skerstraumur við DF1 sem náði langleiðina niður að botni en hann náði þó alltaf grynnra eftri því sem á leið. Einnig má greina jákvæðan skerstraum við DF1 en hann var mörgum sinnum veikari. Til að ganga úr skugga um að þessi skerstraumsatburður sta af vindi nægir að líta á 27. maí. Þegar vindurinn snerist breyttist skerstraumurinn undir eins í yrborðinu og varð neikvæður á báðum stöðvum, -0,03 1/s við DF2 samanborið við -0,01 1/s við DF1. Í báðum tilvikum náði þessi neikvæði skerstraumur alla leið niður að botni. Vikuna 4. til 13. ágúst á mjög svipaður atburður sér stað. Þriðji atburðurinn sem tekinn er til sérstakrar skoðunnar er tímabilið 5. til 23. júní sjá myndir 4.21, A.6 og A.8. Þá virðist hafa verið gott veður í Dýrarði því vindurinn fer sjaldan yr 5 m/s og blæs alla jafna inn fjörðinn. Það lítur út eins og dagfarsvindur á góðum sumardögum. Þetta sólarhringsmynstur í vindunum endurspeglast í skerstrauminum við DF2 þar sem jákvæður skerstraumur fylgir yrleitt í kjölfar vinds út fjörðinn og neikvæður í kjölfar vinds inn hann. Þessi skerstraumur nær yrleitt á 10 til 15 metra dýpi þó að stundum sjáist merki um hann alveg niðri við botn. Daufara mynstur má sjá við DF1 en það er miklu óskýrara og virðist ekki ráðast af vindinum í jafnmiklum mæli. Fjórði og síðasti atburðurinn sem fjallað er um hér varð 31. ágúst, aftur myndir A.6 og A.8. Eftir hæglætisveður undanfarinna daga skall á kröftugur vindur af landi sem náði meira en 15 m/s. Skerstraumurinn við DF2 rauk upp og var á tímabili 22

39 4.5. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala stærri en 0,025 1/s í allri vatnssúlunnu frá yrborði að ADCP-mælinum. Við DF1 varð svolítið sker en það náði varla 0,015 1/s. Á báðum mælistöðvum breytist skerstraumurinn mikið á tilteknu dýpi. Það er sér í lagi áberandi við DF2 þar sem neikvæður skerstraumur er oft ráðandi í neðri hluta vatssúlu þegar sterkur jákvæður skerstraumur á sér stað nær yrborði. Þetta er erðara að greina við DF1 en athyglisvert er að þetta tiltekna dýpi er á svipuðum stað og lagmótin sem áætluð voru hér að framan út frá seltu og eðlismassa. Í sumum tilvikum þegar vindur byrjar snögglega að blása eða skiptir um átt má fylgja skerstraumnum niður eftir vatnssúlunni. Á myndum 4.21 og 4.20 eru tveir skerstraumsatburðir sem skoðaðir voru hér að framan og þar sést hvernig skerstraumurinn hefst við yrborðið og færist neðar eftir því sem tíminn líður. Þessa hegðun er ekki hægt að greina alls staðar en áhugavert er að þar sem hún er til staðar þá tekur það skerstrauminn hér um bil átta til tólf klukkustundir að ná 25 metra dýpi. Mynd 4.20: Skerstraumur við DF2 milli 24. og 30. maí. 23

40 4. Úrvinnsla Mynd 4.21: Skerstraumur við DF1 milli 5. og 10. júní Richardson-tala Á myndum 4.23 og 4.24 sést hvernig selta og eðlismassi hafa verið við DF1 og DF2 við upphaf og lok mælitímabilsins, það er í lok apríl og byrjun september. Á báðum stöðvum er meðaleðlismassinn 1-1,5 kg/m 3 minni að hausti en vori og seltan hefur sömuleiðis minnkað. Einnig er skýr lagskipting hvað þessa þætti varðar. Við DF1 er hún á um það bil sjö til átta metra dýpi bæði vors og hausts en við DF2 er hún á um 15 m dýpi að vori og 13 m að hausti. Lagskiptingin er meira afgerandi að hausti en vori, sér í lagi við DF2. Lagskiptingin sést líka þegar litið er á mynd 4.22 sem sýnir Brunt-Väisälä-tíðnina sem fall af dýpt. Hún er mest þar sem selta og eðlismassi gefa lagmóti til kynna og næst yrborði. Á 10 til 12 metra dýpi við DF2 tekur Brunt-Väisälä-tíðnin lítið stökk upp á við áður en hún minnkar aftur. Það gefur vísbendingar um þunnt millilag sem einungis er að nna við DF2 en ekki DF1. Gerum nú ráð fyrir að skipta megi vatnssúlunni í tvö lög eins og lýst er hér að ofan. Til að fá hugmynd um Brunt-Väisälä-tíðnina um sumarið þegar engin eðlismassasnið voru tekin er meðaltal hennar fyrir hvort lag reiknað og gert ráð fyrir að hún ha breyst línulega frá vori til hausts, sjá töu 4.4 og mynd Á myndum 4.25 og 4.26 er metin Ri reiknuð fyrir allt sumarið. Einungis er teiknuð Ri < 0, 5 því mjög ólíklegt er lagskipting raskist við hærra gildi. Þar sem Ri < 0, 25 má teljast líklegt að lagskiptingin ha raskast. Yrborðslagið við DF1 er þynnra en við DF2 og þar er Ri almennt hærri. Samkvæmt 24

41 4.5. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala Mynd 4.22: Brunt-Väisälä-tíðni sem fall af dýpt. Sjá töu 4.4. Taa 4.4: Meðaltöl Brunt-Väisälä-tíðninnar fyrir lagskiptan fjörð eins og teiknað er á mynd Einingar: Apríl September 10 3 Hz 2 DF1 DF2 DF1 DF2 Efra - N Neðra - N útreiknungum í þessari ritgerð kom það einungis einu sinni fyrir allt sumarið að Ri < 0, 25 við DF1. Það var seinnipart 2. júlí. Þá var vindur ekki mikill, um 5 m/s, en þennan dag snerist vindurinn hægt frá því að blása út fjörðinn yr í að blása inn. Tíðni lágra Ri er talsvert meiri við DF2. Dýpra ofan í vatnsmassanum er meira í gangi hjá DF1. Þar er fremur lág Ri esta daga frá botni upp að lagmótum alveg fram í ágúst. Einhver tengsl virðast vera við vind en þau er ertt að greina. Aðra sögu er að segja um DF1. Þar er Ri alla jafna fremur há, en öðru hvoru lækkar hún mikið og verður þá jafnlág eða lægri en við DF1 á sama tíma. Þessir atburðir virðast helst eiga sér stað þegar sterkur vindur blæs út fjörðinn. Þess ber þó að geta að þetta mat á Ri er ákaega gróft þar sem einungis voru gerðar tvær eðlismassamælingar í Dýrarði allt sumarið. Reiknaðir voru fylgnistuðlar skerstrauma og vindstyrks fyrir hverja dýptarsellu fyrir 25

42 4. Úrvinnsla Mynd 4.23: Eðlismassasnið tekin við upphaf og lok mælitímabils. Mynd 4.24: Seltusnið tekin við upphaf og lok mælitímabils. 26

43 4.5. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala Mynd 4.25: Richardsontölur undir 0,5 ásamt vindi við DF1. Mynd 4.26: Richardsontölur undir 0,5 ásamt vindi við DF2. 27

44 4. Úrvinnsla sig og þeir teiknaðir á mynd 4.27 sem fall af dýpt. Samkvæmt þessum útreikningum er lítil fylgni milli þvervinda og þverskerstraums. Hún er talsvert meiri þegar langstraumarnir eru skoðaðir en þó ekki mikil. Þá er fylgnin auk þess meiri við DF2 niður á um 20 m dýpi þegar langstraumar eru skoðaðir en því er öfugt farið dýpra. Í öllum tilvikum minnkar fylgnin eftir því sem dýpra er farið. Hún er þó fremur jöfn fyrir langstrauma og vind við DF1. Fylgni þverstrauma og vinds verður neikvæð á 12 m dýpi við DF1 og 19 m dýpi við DF2. Það gefur til kynna að skerstraumurinn lítill nálægt botni þegar vindurinn er mikill. Það að þessir fylgnistuðlar séu lágir þarf þó ekki að þýða að lítil tengsl séu milli vinds og skerstraums. Eins og áður kom fram þá virðast þessir tveir þættir helst tengjast í gegnum einstaka atburði í vindi. Því getur fylgnin verið hærri yr styttri tímabil þó svo að hún sé lág fyrir allt sumarið. Þetta sést til að mynda þegar tímabilið hádegi til miðnættis 27. maí á mynd 4.20 er skoðað og gert ráð fyrir að skerstraumurinn nái botni á 12 klukkustundum, það er hann þokist niður á við tvo metra á klukkustund. Þá fæst meðalfylgnin R = 0,30 miðað við R = 0,17 fyrir allt sumarið. Mynd 4.27: Fylgnistuðlar skerstrauma og vinds Að lokum er rétt að skoða Ri í sambandi við vindinn. Ri fylgir skerstrauminum og er fremur lág en oft ekki nægjanlega lág til að rjúfa lagskiptinguna. Hún virðist stjórnast að einhverju leiti af vindinum en einnig að miklu leiti af öðrum þáttum, sér í lagi háum eðlismassastigli og meiri lagskiptingu. Ri við DF2 er alla jafna hærri en við DF1 en lækkar skarpt þegar hvassir vindar blása. Í þannig atburðum við DF2 verður hún oft talsvert minni en 0,25 og þá má búast við að lagskipting raskist og blöndun eigi sér stað. Til að draga þetta saman þá virðist sífelld en lítil blöndun eiga sér stað við DF1 en sjaldan og þeim mun meiri í hvert sinn við DF2. 28

45 5. Niðurstöður Straumar í Dýrarði voru greindir og þeir bornir saman við vind úr næsta rði. Ráðandi straumstefnur eru langsum eftir rðinum og það sama á við um vindinn. Miðað við meðalstraum þá er innæði meira áberandi en útæði við suðurströnd fjarðarins og svipað gildi fékkst fyrir hann á hvaða dýpt sem er. Við norðurströndina er meðalstraumurinn inn fjörðinn um miðbik vatnssúlunnar en út hann nálægt botni og við yrborð. Vindur blæs auk þess að meðaltali af landi og landáttir eru hvassari en þær sem koma af ha. Oft er ertt að aa straum- og vindgagna af sama stað og átti það við hér. Því var athugað hvort hægt væri að nota hráan yrborðsstraum frá ADCP-mælunum sem eins konar staðbundinn vindmæli. Stefnur og styrkur langvinds og langstrauma sýndu ágæta fylgni og ljóst er að yrborðsstraumarnir eru undir miklum árifum frá vindinum. Þeir höfðu til að mynda áberandi dagfarslotu, eins og vindurinn, sem ekki er að nna dýpra í vatnsmassanum nema að miklu minna leiti. Hvað þverstrauma varðar þá sýndu þeir litla sem enga fylgni með þvervindi. Hvað sem því líður þá lítur út fyrir mikli tengsl milli þessara tveggja þátta og með betri greiningaraðferðum væri ef til vill hægt að þróa þessa hugmynd frekar. Það tókst þó ekki hér. Tekin voru eðlismassasnið þegar straummælitækjum var komið fyrir og þau sótt aftur. Út frá þeim og skerstraumi var reynt að meta Richardson-tölu fyrir vatnsmassann allt sumarið og þannig meta hvort, og þá hvenær, lagskipting raskaðist. Ri var yrleitt fremur lág við suðurströnd fjarðarins en oft ekki nógu lág til að gefa blöndun til kynna. Hún stjórnaðist að einhverju leiti af vindum en einnig öðrum þáttum. Aðra sögu er að segja hvað norðurströndina varðar en þar var Ri yrleitt fremur há - nema þegar hvassir vindar blésu. Þá lækkaði hún mikið og gaf til kynna að blöndun ætti sér stað. Eins og áður sagði þá er mikill munur á skerstraumi eftir því hvoru megin í rðinum hann er skoðaður. Norðan meginn er hann sterkari og fylgir vindinum mun betur. Þetta kemur heim og saman við þá ályktun sem dregin var hér að ofan að vatnssúlan er nær því að hreyfast eins og einn massi við suðurströndina en norður. Að lokum, vindur hefur meiri áhrif á norðurhlið fjarðarins en áhrif utan af ha, svo sem sjávarfallabylgjan, stjórna straumum sunnan meginn. Fyrir norðan lítur 29

46 5. Niðurstöður vatnssúlan einnig út fyrir að vera lagskiptari. Þetta kemur heim og saman við þær hugmyndir sem settar voru fram í uppha ritgerðar um eðli strauma í Dýrarði, það er innæði utan af ha sunnan megin og útæði með tilheyrandi auknu ferskvatni frá landi að norðan. 30

47 Heimildir Bak, P., Tang, C. og Wiesenfeld, K. (1987). Self-Organized Critically: Explanation of 1/f Noise. Physical Review Letters, 59 (4), An Bogi Hansen (2000). Havið. Tórshavn, Føroya Skúlabókagrunnur. Dietrich, G., Kalle, K., Krauss, W. og Siedler, G. (1980). General Oceanography - an Introduction, second edition. Wiley-Interscience Publications. Héðinn Valdimarsson og Magnús Danielsen (2014). Endurteknar mælingar á hita, seltu og súrefni sjávar á föstum stöðvum í Patreks-, Tálkna-, Arnar-, Dýra- og Önundarrði árin 2013 og Reykjavík, Hafrannsóknastofnun. NASA (2016). cgi?image=iceland.a km.jpg (sótt 24. apríl, 2016). Pond, S. og Pickard, G.L. (1983). Introductory Dynamical Oceanography, second edition. Oxford, Pergamon Press. Suhov, Y. og Kelbert, M. (2005). Probability and Statistics by Example - Volume I. Basic Probability and Statistics. Cambridge, University Press. Unnsteinn Stefánsson (1999). Hað. Reykjavík, Háskólaútgáfan. Unnsteinn Stefánsson (1994). Haræði II. Reykjavík, Háskólaútgáfan. Veðurstofa Íslands (2016). Flateyri - veðurstöð - upplúsingar. Sótt 10. mars 2016 af Veðurstofa Íslands (2016). Hólar í Dýrarði - veðurstöð - upplúsingar. Sótt 10. mars 2016 af 31

48

49 A. Myndir og töur A.1. Lotur í straumum og vindi Mynd A.1: Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF1 - lang. Mynd A.2: Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF1 - þver. 33

50 A. Myndir og töur Mynd A.3: Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF2 - lang. Mynd A.4: Tíðnigreining straumsella númer 1, 4, 8 og 12 frá DF2 - þver. 34

51 A.2. Vindur og straumur í yrborði A.2. Vindur og straumur í yrborði Mynd A.5: Vindstyrkur teiknaður sem fall af ósjávarfallasigtuðum yrborðsstraumi. 35

52 A. Myndir og töur A.3. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala Mynd A.6: Langskerstraumur við DF1 borinn saman við langvind. Mynd A.7: Þverskerstraumur við DF1 borinn saman við þvervind. 36

53 A.3. Skerstraumur, lagskipting og Richardson-tala Mynd A.8: Langskerstraumur við DF2 borinn saman við langvind. Mynd A.9: Þverskerstraumur við DF2 borinn saman við þvervind. 37

54

55 B. Matlabkóðar Hér á eftir eru Matlabkóðarnir sem notaðir voru við gerð ritgerðarinnar. Ekki verða allir kóðar sem teikna myndir birtir þar sem þeir taka mikið pláss og eru ekki hluti af vinnslu á gögnum. En ha lesendur áhuga á þeim er velkomið að hafa samband við höfund, hvort sem er við útgáfu ritgerðar eða áratugum síðar. Tekið er fram í kóða hvar leiðbeiningar um teiknun mynda hafa verið felldar út. B.1. Sigtun og snúningur straumgagna 1 % Straummælingar í Dýrafirði sumarið % DF1 og DF2. 3 % Heildarstraumhraði, útslag og dýpt notuð til að sigta gögn. 4 load dyrafjordur2014_all_uncalibrated.mat 5 6 % ud1 (A/V) og vd1 (N/S) eru láréttu straumfylkin fyrir DF1. 7 % ud2 (A/V) og vd2 (N/S) eru láréttu straumfylkin fyrir DF2. 8 % Heildarstraumur [m/s]. 9 % DF1. 10 ud1 = df1.adcp33.u; 11 vd1 = df1.adcp33.v; 12 absd1 = sqrt(ud1.^2 + vd1.^2); % Heildarstraumhraði við DF1. 13 % DF2. 14 ud2 = df2.adcp33.u; 15 vd2 = df2.adcp33.v; 16 absd2 = sqrt(ud2.^2 + vd2.^2); % Heildarstraumhraði við DF % Útslag. 19 sd1 = df1.adcp33.strength; 20 sd2 = df2.adcp33.strength; % Hreinsun á gögnum frá DF1. 23 % Óeðlileg gögn hreinsuð í burtu út frá bergmáli og straumhraða 24 % án tillits til dýptar. 25 hreinsa1d1 = (absd1 > 2 sd1 > 160); 26 ud1(hreinsa1d1) = NaN; 27 vd1(hreinsa1d1) = NaN; % Óeðlileg gögn hreinsuð í burtu við og ofan við sjávarborð. 39

56 B. Matlabkóðar 30 ud1(:,df1.adcp33.bdep < 0) = NaN; 31 vd1(:,df1.adcp33.bdep < 0) = NaN; % Óeðlileg gögn vegna endurkasts sem er sterkara en 130 einingar 34 % og á minna en fjögurra metra dýpi. 35 hreinsa2ud1 = (sd1 > 140); hreinsa2ud1(:,1:12) = 0; 36 hreinsa2vd1 = (sd1 > 140); hreinsa2vd1(:,1:12) = 0; 37 ud1(hreinsa2ud1) = NaN; 38 vd1(hreinsa2vd1) = NaN; % Hreinsun á gögnum frá DF2. 41 % Óeðlileg gögn hreinsuð í burtu út frá bergmáli og straumhraða 42 % án tillits til dýptar. 43 hreinsa1d2 = (absd2 > 2 sd2 > 160); 44 ud2(hreinsa1d2) = NaN; 45 vd2(hreinsa1d2) = NaN; % Óeðlileg gögn hreinsuð í burtu við og ofan við sjávarborð 48 % (þ.e. endurkast sem gefur aðstæður ofan sjávarborðs til 49 % kynna sigtað út). 50 ud2(:,df2.adcp33.bdep < 0) = NaN; 51 vd2(:,df2.adcp33.bdep < 0) = NaN; % Óeðlileg gögn vegna endurkasts sem er sterkara en % einingar og á minna en fjögurra metra dýpi. 55 hreinsa2ud2 = (sd2 > 140); hreinsa2ud2(:,1:12) = 0; 56 hreinsa2vd2 = (sd2 > 140); hreinsa2vd2(:,1:12) = 0; 57 ud1(hreinsa2ud2) = NaN; 58 vd1(hreinsa2vd2) = NaN; % Gögnin vistuð í skránni straumur_sigtadur.mat. 61 save('straumur_sigtadur.mat','ud1','vd1','ud2','vd2') 62 clear 1 % Straummælingar í Dýrafirði sumarið % DF1 og DF2. 3 % Láréttum straumvigrunum snúið um 300 gráður þanning að þættir 4 % vigranna liggja þvert og endilangt á fjörðinn í stað norðurs 5 % og austurs. 6 load straumur_sigtadur.mat 7 a = 5*pi/3; % Snúningshornið (300 ) í radíönum. 8 R = [cos(a) sin(a); sin(a) cos(a)]; % Snúningsfylkið %DF1. 11 ud1_vd1 = ud1; 12 ud1_vd1(:,:,2) = vd1;% ud1 og vd1 settir saman í eitt þrívítt fylki. 13 snuid1 = zeros(3067,22,2); 14 for i = 1: for j = 1:22 16 snuid1(i,j,:) = R*[ud1_vd1(i,j,1);ud1_vd1(i,j,2)]; 17 end 40