Abstract
Applications of transport time scales are pervasive in biological, hydrologic, and geochemical studies yet these times scales are not consistently defined and applied with rigor in the literature. We compare three transport time scales (flushing time, age, and residence time) commonly used to measure the retention of water or scalar quantities transported with water. We identify the underlying assumptions associated with each time scale, describe procedures for computing these time scales in idealized cases, and identify pitfalls when real-world systems deviate from these idealizations. We then apply the time scale definitions to a shallow 378 ha tidal lake to illustrate how deviations between real water bodies and the idealized examples can result from: (1) non-steady flow; (2) spatial variability in bathymetry, circulation, and transport time scales; and (3) tides that introduce complexities not accounted for in the idealized cases. These examples illustrate that no single transport time scale is valid for all time periods, locations, and constituents, and no one time scale describes all transport processes. We encourage aquatic scientists to rigorously define the transport time scale when it is applied, identify the underlying assumptions in the application of that concept, and ask if those assumptions are valid in the application of that approach for computing transport time scales in real systems
چکیده
کاربردهای مقیاس های زمانی انتقال، در مطالعات بیولوژیکی، هیدرولوژیکی و ژئوشیمی فراگیر هستند با وجودی که این مقیاس های زمانی به صورت سازگار تعریف نمی شوند و با دقت در مقالات به کار نمی روند. ما سه مقیاس زمانی انتقال (زمان بازچرخش، عمر و زمان اقامت) را با هم مقایسه می کنیم که به صورت متداول برای اندازه گیری حفظ آب یا کمیت های اسکالر منتقل شده با آب به کار می روند. ما فرضیات مربوط به هر مقیاس زمانی را شناسایی می کنیم، روش های مقایسه این مقیاس های زمانی در موارد ایده آل سازی شده را توصیف می کنیم و دام ها را زمانی که سیستم های دنیای واقعی از این ایده آل سازی ها انحراف می یابند، شناسایی می کنیم. آنگاه ما تعاریف مقیاس زمانی را برای یک دریاچه جزر و مدی 378 هکتاری کم عمق اعمال می کنیم تا نشان دهیم که چگونه انحرافات بین حجم های آبی واقعی و مثال های ایده آل سازی شده می توانند از موارد زیر حاصل شوند: (1) جریان غیر پایا؛ (2) تغییر پذیری در مقیاس های عمق سنجی، چرخش، و زمان انتقال؛ و (3) جزر و مدهایی که پیچیدگی هایی را وارد می کنند که در موارد ایده آل سازی شده به حساب آورده نمی شوند. این مثال ها نشان می دهند که هیچ مقیاس زمانی انتقال منفردی برای همه دوره های زمانی، مکان ها و اجزا موجود نیست و هیچ مقیاس زمانی، همه فرایندهای انتقال را توصیف نمی کند. ما دانشمندان آب را تشویق می کنیم که تعریف دقیقی از مقیاس زمانی انتقال ارائه دهند زمانی که آن را به کار می برند، فرض های مربوطه را در کاربرد این مفاهیم شناسایی کنند و ببینند که آیا این فرضیات در کاربرد آن روش برای محاسبه مقیاس های زمانی انتقال در سیستم های واقعی، معتبر هستند یا خیر.
1-مقدمه
در سیستم های آبی، اغلب زیست توده های زنده و مواد مغذی، آلاینده ها، گازهای حل شده، و ذرات معلق، در محیط سیال حمل می شوند، بنابراین، باید فرایندهای هیدرودینامیکی را که آب و اجزای آن را انتقال می دهند، درک کنیم. یک توصیف مرتبه اول از انتقال، با عنوان «زمان اقامت» یا «زمان بازچرخش» بیان می شود، که به صورت میزان حفظ توده-آب در مرزهای تعیین شده، بیان می شود. دانشمندان آبزی شناس اغلب زمان حفظ را براورد می کنند و آن را با مقیاس های زمانی ورودی ها یا فرایندهای بیوژئوشیمی مقایسه می کنند تا تعادل های جرمی را محاسبه کنند یا دینامیک جمعیت ها و خصوصیات شیمیایی را دریابند. بوینتون و همکاران (1995) نشان دادند که زمان اقامت آنچنان ویژگی مهمی است که باید اساس تحلیل های مقایسه ای بودجه های مواد مغذی مقیاس اکوسیستم باشند...