Giáo trình mô HÌNH HOÀN lưu BIỂN và đại DƯƠNG

Chng TNG QUAN V CC Mễ HèNH HON LU BIN 1.1 M u Chng ny gii thiu tng quan v cỏc mụ hỡnh bin, ú chỳ trng cỏc mụ hỡnh bin ven, k c cỏc mụ t v bin ng ca cỏc trng nhit v mui Khỏ nhiu cỏc mụ hỡnh loi ny ó v s c s dng nh mt b phn ca h thng d bỏo bin Trong tng lai, cỏc mụ hỡnh phc ca khớ quyn, i dng, lc a s c kt hp nhm a mt mụ hỡnh ton din Bn thõn mụ hỡnh ú cú th t nú cng nh kt hp tr thnh mt b phn ca mụ hỡnh khớ hu ton cu Xu th tt yu l cỏc mụ hỡnh vt lớ ngy cng bao quỏt thờm cỏc quỏ trỡnh sinh hc, nhm mc ớch hiu rừ hn v sinh thỏi bin v nhu cu qun lớ cỏc bói cỏ Mc tiờu giỏn tip ca cỏc nghiờn cu trin khai mụ hỡnh s l tỡm hiu cỏc mi tng quan khỏc gia nhng tỏc ng gõy nh hng ti bin Nhng tỏc ng ny bao gm cỏc dũng ng lng, nhit v m trao i qua mt bin, cng nh lu lng sụng gõy nh hng n hon lu i dng quy mụ ln Mi mụ hỡnh ó c khng nh, cú th thụng qua so sỏnh vi cỏc quan trc v vi li gii gii tớch, mụ hỡnh cú th s dng nh cụng c kt ni vi cỏc mụi trng Vớ d, mụ hỡnh cú th s dng d bỏo din bin ca vt du loang, hay cung cp cỏc thụng tin v v trớ ti u cho vic cht thi bin Nhng nh vy ũi hi cỏc kin thc v hon lu mụi trng bin, thng ch c cung cp bi cỏc mụ hỡnh phõn gii cao Nhiu ng dng cỏc bin ven (vớ d vt du loang) cú quy mụ thi gian t mt vi ngy n hng tun õy cng cn n cỏc kin thc k c d bỏo cỏc bin ng cú th xy cỏc bin ven vi quy mụ nm v thp k Vớ d, ngi ta bit rừ rng cỏc bói cỏc cod ti cỏc bói ngm gn Newfounland cú s bin ng vi chu k nhiu nm (Mayer et al., 1993) Cỏc kin thc v iu kin tng lai trờn thm lc a cú th cho phộp cỏc nh khoa hc phn no gii thớch c hin tng suy gim ca ngh cỏ gn õy Cỏc nghiờn cu theo hng ny yờu cu kt hp vi h thng d bỏo khớ hu ton cu Cỏc mụ hỡnh bin ven hin ang nhiu mc khỏc Trc ht l cỏc mụ hỡnh chn oỏn Ngi ta s dng cỏc trng nhit v mui cú sn, c rỳt t s liu quan trc, tỡm cỏch tỏi hin trng hon lu Cỏc mụ hỡnh chn oỏn l cụng c c bn cung cp kt qu phõn tớch m bo i vi hon lu thm lc a theo quy mụ ln hn bỏn kớnh bin dng ni Rossby Tip n l cỏc mụ hỡnh d bỏo, ú cỏc trng nhit v mui c ỏnh giỏ nh mt b phn th tc gii quyt Chớnh cỏc mụ hỡnh dng ny s to nờn c s cho h thng d bỏo bin Hon lu chn oỏn thng c s dng nh iu kin ban u v iu kin biờn ngang i vi mụ hỡnh d bỏo C hai nhúm mụ hỡnh trờn u cú nhng tớnh phc khỏc Cỏc mụ hỡnh d bỏo cú th bin i t hai chiu, tớch phõn theo sõu n hon lu ba chiu y Chỳng ta s bt u tng quan ny t cỏc mụ hỡnh chn oỏn Sau ú s dn dn chuyn sang cỏc mụ hỡnh d bỏo Chỳng ta s ln lt mụ t cỏc cỏch thit lp mụ hỡnh khỏc nhau, cỏc tỏc ng v mt s vớ d s dng cỏc mụ hỡnh di thm lc a s khụng cp n cỏc mụ hỡnh triu, vỡ chỳng s c cp n mt chuyờn kho khỏc Mt khỏc chỳng ta s trung n cỏc mụ hỡnh ba chiu y , ú bao gm cỏc bin ng nhit v mui, mc u cng s dnh mt s chỳ ý nht nh n mụ hỡnh hai chiu, tớch phõn theo sõu 1.2 Cỏc mụ hỡnh chn oỏn Lch s ca cỏc mụ hỡnh chn oỏn bt u xut hin b mụn Vt lớ bin (cú ngha l t thi Sandstrom v Helland-Hansen, 1903) Ti im xut phỏt, ngi ta cho rng cỏc dũng chy u l a chuyn v thu tnh Cỏc phng trỡnh giú nhit cú th s dng tớnh toỏn cỏc trng tc nu nh bit c giỏ tr ti mt mc quy chiu no ú Thụng thng ngi ta chn mc quy chiu cú tc bng v tc tớnh c l giỏ tr tng i so vi sõu ú Vn ny sinh sõu ca bin tr nờn nh hn sõu quy chiu ny, iu thng xuyờn xy i vi cỏc vựng bin ven b Trong trng hp mt ct thu hai chiu, HellandHansen (1934) gii quyt bng cỏch ngoi suy cỏc ng ng th ngang phớa di ỏy bin xut phỏt t im ct vi ỏy dc iu ny m bo rng tc a chuyn trờn ỏy s bng nu mc quy chiu nm di ỏy bin (chỳng ta cho rng tc dũng a chuyn trờn ỏy b trit tiờu ma sỏt ỏy) Phng phỏp ca Montgomery (1941) v Csanady (1979) hon ton tng ng vi phng phỏp Helland-Hansen (1934), vỡ cỏc phng phỏp ú u ly im xut phỏt cho rng tc dũng chy a chuyn trờn ỏy b trit tiờu Mc nc mt bin c tớnh theo phng phỏp ú thng c xem l mc bin tnh (steric) (Csanady, 1979) Gõy õy, Sheng v Thompson (1996) ó a mt b sung mi cho phng phỏp Helland-Hansen Thay bng vic ch s dng cỏc mt ct thng ng, phng phỏp ca h c ng dng cho c vựng thm lc a chiu Bc u tiờn cn tin hnh l tỡm kim mi tng quan hm tt nht th hin mi liờn h gia mt ỏy v sõu bin Mt di ỏy bin c thay bng tng quan hm ny Tuy iu ny khụng m bo rng tc dũng a chuyn trờn ỏy phi bng 0, mc nc mt bin tớnh c theo phng phỏp ny c m rng thnh trng hai chiu ỏng tic l gi thit v mc khụng cú chuyn ng thng khụng c xỏc minh Ti nhiu i dng khỏc dũng chy quan trc c cú hng v tc hu nh khụng i ton lp nc t mt n ỏy; Lazer v Wright (1993) ó a vớ d i vi dũng chy Labrador Nh vy ch yu mụ hỡnh chn oỏn chớnh l vic xỏc nh tc ti mc quy chiu phc v tớnh toỏn dũng a chuyn Yờu cu tớnh toỏn khụng ch dng li phm vy cc b m yờu cu gii bi toỏn eliptic i vi ton (nu ma sỏt c cho trit tiờu thỡ bi toỏn tr nờn hyperbolic, tng t nh mụ hỡnh Mellor v ctv, 1982) Bi toỏn vi hiu ng JEBAR (nh hng tng h ca hiu ng t ỏp v a hỡnh, Sarkisyan v Ivanov, 1971; Huthnace, 1984) cú th to nờn nhiu mnh tỏc ng ca mt a vo v a hỡnh ỏy vt qua tr ngi ny, Mellor v ctv (1982) ó yờu cu bin i to nhm thay vic gii cỏc hm dũng th tớch chuyn bng bin mi bao gm hm dũng th tớch chuyn ln th nng ca ct nc Nu mụ hỡnh trin khai vi vi giỏ tr khụng i khụng gian ca tham s Coriolis (trờn mt phng f, Gill, 1982) thỡ s khụng cn thit phi tớnh toỏn bin ng ca thnh phn JEBAR Mt cỏch tip cn khỏc c Rattray (1982) a ra, theo ú dn n cỏc thnh phn ca ỏp sut ỏy, khỏc vi hm dũng lng chuyn Gn õy, deYoung, Greatbatch v Forward (1993) ó m rng phng phỏp Mellor v ctv (1982) nhm k n ma sỏt ỏy, xỏo trn thng ng ca ng lng v cho phộp tn ti cỏc khu vc ng bao khộp kớn ca f/H tớnh ( õy f l tham s Coriolis v H l sõu bin) Mellor v ctv (1982) ó ng dng phng phỏp i vi bc i tõy dng v tin hnh tớnh toỏn theo s liu trng trung bỡnh nm ca Levitus (1982) Cỏc trng tng hp thu c cú rt nhiu im phự hp vi thc t (vớ d dũng Gulf Stream tỏch ti mi Hatteras, t giỏ tr chuyn cc i ti phớa nam Newfoundland vo khong 90 Sv v t n phớa bc thụng qua xoỏy hon lu c mụ t khỏ k bi ca Hogg v ctv (1986) T ó phng phỏp ny c Greathbatch v ctv (1991) s dng tớnh c s suy gim n khong 30 Sv vo cui nhng nm 1950 v u nhng nm 1970 Hỡnh 1.1 Vn tc ti sõu (a) v 50 trờn vnh Conception, Newfoundland theo kt qu chn oỏn ca mụ hỡnh de Young, Greatbatch v Forward (1993), s liu nhit mui theo kt qu quan trc CTD Mt vớ d khỏc c Kantha, Mellor v Blumberg (1982) a ỏp dng mụ hỡnh chn oỏn hon lu ti Nam i tõy dng (bight) Mt vớ d ỏp dng tớnh hon lu vựng vnh ven b c dn trờn hỡnh 1.1 Trờn hỡnh ny dn trng tc ti v 50 chn oỏn theo s liu mt ct CTD ti vnh Conception, Newfoundland vo ngy 17 thỏng nm 1989 S liu t trm phao o dũng chy c s dng xỏc nh phõn b theo mt ct ngang ca lu lng nc ti ca vnh, cỏc tớnh toỏn đa trờn mụ hỡnh ca de Young v ctv Mụ hỡnh chn oỏn tng t ó c de Young v ctv (1994a) s dng nhm cung cp trng tc phc v vic xỏc nh thi gian lu li ca cỏ cod bt vnh Conception Mụ hỡnh cng ó c ỏp dng cho thm lc a Newfoundland Cỏc trng nhit, mui u vo c ly theo kt qu phõn tớch lch s cho tng da trờn c s d liu hp c t nm 1910 (de Young v ctv, 1994b) Cỏc trng tc tớnh toỏn cng ó c avidson v de Young (1995) s dng nghiờn cu quỏ trỡnh chuyn v lu li ca trứng cỏ v cỏ cod trờn vựng thm lc a Newfoundland Mt mụ hỡnh chn oỏn khỏc ó c s dng ngh cỏ l ca Lynch v ctv (1992) Trong ú phng phỏp phn t hu hn ó c s dng gii i vi ỏp sut trờn mt (mt bin) nhm xỏc nh thnh phn t ỏp ca dũng chy Werner v ctv (1993) ó mụ t mt ng dng khỏc ca mụ hỡnh i vi ngh cỏ ti vựng bãi cn Georges Mụ hỡnh ny cng c s dng nghiờn cu thu v hon lu trờn thm lc a Scotland (Loder v ctv, 1995) Yờu cu quan trng nht i vi mụ hỡnh chn oỏn ú l cỏc trng nhit v mui Thụng thng, nh cỏc mụ hỡnh ca Mellor v ctv (1982) hay ca de Young v ctv (1993), cỏc trng nhit v mui cn c dn mt kớch thc tng ng Mặt khác, cỏc trng ny c dn theo cỏch c lp so vi cỏc trng ng lc (v.d Levitus, 1982), nờn cỏc trng cn thit ny li khụng c tng thớch ng lc so vi cỏc trng tc tớnh toỏn Cỏc nghiờn cu tip cn theo hng a cỏc thụng tin ng lc hc vo th tc phõn tớch nhm thu c cỏc trng nhit v mui mang tớnh tng hp Cỏc phng phỏp phc tng t nh k thut x lý b tr (phú) lm xut hin cỏc khú khn thc t ó c Tziperman v ctv (1992) phn nh bi vit ca mỡnh (Cú th i sõu hn v phng phỏp phõn tớch bin th o VIM Brasseur (1992), Brankart v ctv (1996) phỏt trin sau ny) Cú th núi rng yờu cu t õy l phi xõy dng mt phng phỏp n gin a c cỏc thụng tin ng lc vo phõn tớch Cỏc vớ d v thụng tin nh hng a hỡnh ỏy i vi cỏc trng phõn tớch ó c Reynaud v ctv (1995), de Young v ctv (1994b) trỡnh by Cỏc mụ hỡnh chn oỏn cũn l mt phng tin quan trng cú th rỳt c nhng thụng tin t cỏc trng nhit v mui, ng thi chỳng li cung cp cỏc iu kin ban u cho mụ hỡnh d bỏo s c trỡnh by mc tip theo 1.3 Cỏc mụ hỡnh d bỏo bin Nhng bn lun tip theo ch trung cho cỏc mụ hỡnh s chiu i dng cho phộp mụ t s bin ng ca cỏc trng nhit v mui Chúng ta s xỏc nh cỏc c trng ca mụ hỡnh v mụ t cỏc mụ hỡnh ú trờn phng din phõn tớch cỏc c trng ú Cỏc c trng ny cú th hp theo mụ hỡnh to thng ng, tham s hoỏ xỏo trn thng ng v xỏo trn ngang nh- x lý iu kin trờn mt bin To thng ng Hỡnh 1.2 cho ta s cỏc h to thng ng khỏc H th nht c gi l h to z vi trc to u tuyn tớnh theo hng thng ng u im ca h to ny gn trc tip vi cỏc trng nhit , mui v mt ca nc bin Tớnh n gin luụn c xem l mt u im li z (z-C) li to sigma (-C) li ng th (-C) Hỡnh 1.2 Cỏc s li to thng ng H th hai c gi l h to sigma, (x*, y*, s) vi x*=x, y*=y v s = z h ( x, y ) , ú H(x,y) l sõu a hỡnh v h(x,y) l mc bin (h=0 tng ng H ( x, y ) h ( x, y ) cho mt bin c nh Cỏc phng trỡnh bin i thu c thng khụng phc lm H to sigma cú u im trc ht gn vi dũng trờn thm lc a v a hỡnh cú s bin i khỏ ln (ti nhiu ni) H to ny cng cho phộp th hin bng s s lp biờn ỏy bin Tuy nhiờn cng cú nhng sai s nht nh xut hin ỏnh giỏ cỏc gradient ngang, c bit quan trng i vi lc gradient ỏp sut h to sigma Cỏc quan im khỏc v ny cng nh tớnh cht nghiờm trng ca chỳng ó c th hin cỏc bi bỏo ca Haney (1991) v Mellor v ctv (1994) H th ba ú l to ng th tớch, thay cho cỏc to (x,y,z) ngi ta s dng cỏc to x,y v mt th v, r (hoc sigma-t tng ứng) Tớnh u vit ca h to ny l kh nng cho phộp nõng cao mc chi tit ti nhng ni cú gradient mt ln Tng t mc chi tit ti lp xỏo trn mnh s tr nờn thụ hn.Vn phc xut hin gn lin vi yờu cu tng thớch cỏc mt ng th tớch vi mt bin v ỏy bin To ngang Hỡnh 1.3 cho ta thy tớnh a dng ca cỏc h to ngang Trc ht ú l h to trc giao cỏc hoc cu (c hai h to ny u th hin qua cỏc mt cú hai to ngang khụng i) H th hai ú l h to cong trc giao tng quỏt, ú cú c h to cỏc v to cu Tớnh cht t hn ca h to cong cú th cho phộp a cỏc ng to gn vi ng b hn, tng phõn gii v gim c s lng cỏc im t v trỏnh c tớnh k d ca to cu gn vi cỏc a cc Tớnh t ca chỳng cú th t c qua li khụng Mt c im khỏc cho phộp phõn bit cỏc mụ hỡnh ú l cỏch thc x lớ cỏc bin mụ hỡnh theo hng ngang iu ny ó c phõn loi thnh s Arakawa A, B, C (Arakawa v Lamb, 1981) Trong tng s li, nhit v mui c cho trờn cựng nỳt li vi ỏp sut, s khỏc ch xy i vi cỏc thnh phn tc ngang Tớnh u vit ca s A v B c th hin qua vic cho c hai thnh phn ca tc ngang trờn cựng mt im nỳt li cho phộp x lớ cỏc thnh phn lc Coriolis theo hng tin S C cú u im cho phộp sai phõn tin i vi chuyn vụ hng i vi cỏc phng trỡnh nc nụng khụng quay, s A gp bt li tng ng s C c lp loại (Mesinger v Arakawa, 1976) i vi quy mụ li, cỏc dng súng khỏc nh súng trng lc, súng Kelvin, súng a hỡnh, v.v cú th ph thuc vo s li, iu ny ó c cp cỏc bi bỏo Mesinger v Arakawa (1976), Hsich, Davey v Wajowicz (1983), Wajowicz (1986) v Foreman (1987) Dietrich (1993) ó mụ t phng phỏp x lớ cỏc thnh phn lc Coriolis trờn s C cho phộp loi tr hu ht cỏc nhc im i vi s ny i vi trng hp độ phõn gii thụ Tỏc gi ó yờu cu s dng cỏc k thut ni suy nhm loi tr cỏc phỏt sinh gn lin vi s d A (Dietrich v Ko, 1994) Li thng hay cu (RS) Li trc giao cong (CO) Li khụng trc giao cong (NO) Hỡnh 1.3 S cỏc dng li tớnh Trong li RS v NO hng tc c c nh Da vo hỡnh dỏng li v trớ gn cỏc bin cng bin i RS v CO th hin s Arakawa C ú tc c th hin nh trờn hỡnh; mt v cỏc tớnh cht vụ hng khỏc c gỏn cho im trung tõm Li NO theo s A hoc B, ú cỏc thnh phn tc cựng ti mt im; i vi s A mt cựng gn ti im tc; i vi s B, mt gn ti im trung tõm ụ li Xỏo trn thng ng Xỏo trn l mt c im quan trng ca cỏc quỏ trỡnh i dng i vi cỏc bin ven sõu nh cú th dn n ma sỏt trt ln (gn lin vi triu) cựng vi xỏo trn mnh theo phng thng ng Chỳng ta s trao i v mt s phộp tham s hoỏ c s dng i vi xỏo trn thng ng Thụng thng ngi ta chỳ ý n lp mt bin hay lp xỏo trn cú th ng thi xỏc nh hai loi mụ hỡnh: mụ hỡnh cc b v mụ hỡnh tớch phõn Cỏc mụ hỡnh cc b mụ t nht v khuych tỏn xoỏy ri (chỳng ta tm thi khụng chỳ ý n cỏc mụ hỡnh gii ng thi cỏc thnh phn ng sut Reynolds v tensơ thụng lng) v u l phõn b nhit , mui v tc T cỏc thụng tin ú, nu nh nht v khuych tỏn ri ph thuc vo s Richardson cú th xỏc nh c gii hn di ca xỏo trn mnh v dy lp xỏo trn c xỏc nh theo phng phỏp chn oỏn Cỏc mụ hỡnh tớch phõn xem lp xỏo trn l hin nhiờn v chp nhn tớnh ng nht tng th, mụ hỡnh c gii i vi cỏc c trng lp xỏo trn theo cỏc quy lut bo ton dng tớch phõn (Niiler v Kraus, 1977) Bng 1a cho ta cỏc c im ca cỏch tham s hoỏ nờu trờn Bng 1a Cỏc phộp tham s hoỏ i vi xỏo trn thng ng Phộp tham s hoỏ ký hiu nht khụng i CVD S Richardson lm bin i nht RND Khộp kớn ri TC Mụ hỡnh lp xỏo trn tớch phõn BML Nu chỳng ta cho rng khuych tỏn ng lng v nhit cú tớnh tng ng (nh s liu phũng thớ nghim yờu cu) s thu c: dT Q ú dT bin i ca nhit theo dV c p t sõu qua lp nc trờn mt bin; dV bin i ca tc; cp l nhit dung, t v Q l ng sut giú v thụng lng nhit qua mt bin Nh vy i vi cỏc giỏ tr thng gp, Q = 50 W m-2 v t = dyn cm-2, ta thu c o dT C 0,1 T s liu quan trc hay t kt qu mụ hỡnh hoỏ, cú dV ms th thy rng dV >> 10 cm s-1 , ú dT >> 0,01 C Nh vy bin i ca nhit lp nc mt thng nh nu em so sỏnh vi bin i quy mụ i dng ú ngi ta núi n xỏo trn mnh bin i tc lại khụng b xỏo trn mức tng ng Mt s c trng khỏc, nh dyoxit cỏc bon, cng tng t nh tc th hin s bin i ỏng k lp nc mt bin Cỏc mụ hỡnh cc b [Munk v Anderson, 1948; Panacowski v Philander, 1982] cng nh mụ hỡnh vi khộp kớn ri [Mellor v Yamada 1974, 1982] ó cho phộp tớnh toỏn s bin i ú Cựng vi s phỏt trin ca cỏc phng tin tớnh toỏn, phõn gii theo sõu ngy cng c tng lờn cú th vợt 25 tng v nh vy lp mt ó cú th chia chi tit n tng Xỏo trn ngang Nu tin hnh phõn tớch bc i lng cỏc phng trỡnh thu ng lc c bn, mt s hng thc cú th b qua giỏ tr ca bin i khụng gian theo hng ngang khụng ỏng k so vi hng thng ng iu ny dn n xp x thu ng lc tơng ứng loi b cỏc hng thc xỏo trn ri ngang Nu nh phõn gii khụng gian theo chiu ngang ỏp ng thỡ nhng thnh phn ny cú th b qua c [Oey v ctv 1985a,b,c] Nh vy chỳng ta s a thờm mt phng ỏn khuch tỏn/nht bng (ND) vo bng 1b Tuy nhiờn, i vi phn nhiu cỏc ng dng hin vi phõn gii khụng ỏp ng xỏo trn ngang li tr nờn cn thit nhm hn ch cỏc nhiu s tr nu nh chỳng ta khụng mun mụ hỡnh tr nờn hn lon Nh vy chỳng 10 ta cn k n mt phng phỏp dp tt nhiu bng 1b, ngha l s dng mt h s khuych tỏn/ri ngang khụng i (CHD, ng ngha vi laplace lm trn) hoc ph thuc vo gradient tc, cỏch xut ca Smagorinsky c xem nh mt cụng c h tr vt lý hu hiu (Smagorinsky, 1963) Hng s thc nghim cụng thc khuch tỏn ca Smagorinsky c cho l khụng th nguyờn v t l vi din tớch ụ li ú s mt i phõn gii ỏp ng yờu cu t Toỏn t lm trn biharmonic [Holland, 1978] s loi b mt cỏch chn lc cỏc quy mụ nh Mt cỏch tip cn khỏc ú l lc cỏc trng tớnh toỏn sau tng bc tớnh bng b lc, vớ d b lc Shapiro [Robinson v Walstad, 1987] Bng 1b Danh mc cỏc phộp tham s hoỏ i vi xỏo trn ri ngang Phộp tham s hoỏ ký hiu Khuch tỏn/ nht trit tiờu ND Khuch tỏn/ nht khụng i NHD Khuch tỏn/ nht theo Smagorinsky Smag Toỏn t lm trn biharmonic BiH B lc FLT X lý i vi mt bin Cỏc mụ hỡnh cng c phõn bit theo cỏch thc x lý i vi mt bin Cỏc mụ hỡnh s dng xp x b mt cng (Gill, 1982) cho tc theo phng thng ng bng trờn cao mc bin trung bỡnh cao mc bin cú th c xỏc nh bng cỏch chn oỏn t mt ỏp sut, n lt mỡnh mt ỏp sut li c chn oỏn theo cỏc phng trỡnh ng lng ngang Phộp xp x b mt cng thng c xem l tho i vi quy mụ thi gian mt vi ngy hoc ln hn v quy mụ khụng gian nh hn bỏn kớnh bin dng chớnh ỏp iu ny cú u th loi tr cỏc súng trng lc v súng Kelvin v ú cho phộp s dng bc thi gian ln hn so vi thụng thng iu ny s khụng chp nhn c i vi cỏc ng dng cú súng triu v nc dõng, súng t ỏp Kelvin cú mt vai trũ ỏp o Phộp xp x b mt cng cng khụng thun li kt hp s liu o triu hay cao mc bin vi cỏc mụ hỡnh (Killworth v ctv., 1991) Phng phỏp ỳng n nht xỏc nh cao mc bin ú l s dng iu kin biờn ng hc trờn mt bin (Gill, 1982) v tớnh mc bin theo hng d bỏo Cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn mc bin theo kiu ny c gi l mụ hỡnh mt t Cỏc mụ hỡnh i dng c th Bng dn lit kờ cỏc mụ hỡnh i dng hin cú Chỳng ta chỳ trng cỏc mụ hỡnh ba chiu vi y thnh phn thu nhit ng hc Cú th cú nhng cỏch hiu khỏc nhau, cỏc mụ hỡnh ny c nhiu ngi s dng song vi mt s quỏ trỡnh c trng nht nh Phn ln cỏc ký hiu ó c dn bng 1a,b v cỏc hỡnh v T mt, t gn lin vi mt t do, t cng gn lin vi xp x b mt cng A, B, C phn li ngang l cỏc li 11 theo Arakawa A, B, C CPN DieCAST gn vi vic s dng tham s hoỏ s Peclet khụng i xỏo trn thng ng (xem Dietrich v ctv , 1987) Mụ hỡnh s i dng u tiờn c ký hiu bng BCS ú l mụ hỡnh Brayn-Cox (Brayn, 1969, Cox, 1984), c Semtner (1974a) chng minh bng thớ nghim s tr vỡ vy c gi l mụ hỡnh Brayn-Cox-Semtner Gn õy Dukowicz v Smith (1994) ó m rng thớ nghim s i vi mụ hỡnh bng cỏch thay th hm dũng ca dũng trung bỡnh theo phng thng ng bng th tc tớnh toỏn mt ỏp sut õy chc chn l mụ hỡnh n gin nht vi u th s dng h to thụng thng z v cỏc to cu Mụ hỡnh ny c cỏc nh mụ hỡnh hoỏ i dng quy mụ ln s dng nhiu (Brayn v Holland, 1989, Semtner v Chervin, 1992) Mụ hỡnh i dng Princenton c Blumberg v Mellor (1980, 1987) v Mellor (1992) mụ t, ban u c xõy dng cho ca sụng v ven i dng song hin ó c s dng nhiu cho i dng (vớ d Ezer v Mellor, 1984) i vi khu vc ca sụng h to sigma c s dng kt hp vi b mt t v mụ hỡnh khộp kớn ri (Mellor v Yamada, 1982) cho lp biờn ỏy vi chuyn i nng lng triu vo ri v xỏo trn; cỏc so sỏnh vi s liu quan trc dũng chy, mc nc v xõm nhp mn vo ca sụng cho kt qu thớch hp (xem Oey, Mellor v Hires, 1985a,b,c; Galperin v Mellor, 1990a,b) Li ngang ca mụ hỡnh l li cong trc giao vi vic m rng h to cu hoc to khỏc mt s trng hp riờng H thng d bỏo b ụng Bc M bao gm mụ hỡnh POM hin ang c phỏt trin kt hp vi Trung tõm Khớ tng Quc gia thuc NOAA v Cc i dng quc gia cựng vi i hc Princenton Cỏc phiờn bn GFDL, MOM (Modular Ocean Model) ca mụ hỡnh BCS cú c phng ỏn s dng s khuych tỏn thng ng TC (Mellor v Yamada, 1982) Bng Lit kờ cỏc mụ hỡnh ba chiu h cỏc phng trỡnh nguyờn thu c cp n b i Tỏc gi Ký hiu vit tt Li ng thng Li ngang Khuych tỏn ri B mt thng ng ngang Brayn-CoxSemtner BCS z-C RS/B RND CHD Cng Blumberg-Mellor POM s-C CO/C TC hay CVD Smag hoc CHD T Haidvogel SPEM s-C/Spect CO/C BLM, CVD BiH, CHD Cng Bleck- Boudra MIAMI r-C CO/B BML Smag T Dietrich DieCAST z-C RS/C.A CPN hoc TC CHD Cng t Backhaus HB z-C RS/C TC CHD T James POL s-C RS/B CVD hoc TC CHD T Nihoul- Beckers GHER s-C RS/C TC CHD T GreatbatchGoulding GG s-C RS/B CVD hoc RND CHD Cng Nhng bin i cỏc mụ hỡnh s dng to sigma c bn lun mụ hỡnh phng trỡnh nguyờn thu ph (SPEM) (Haidvogel v ctv., 1991; Hedstrom, 1990) õy cng 12 cú mt s im tng t nh POM ngoi tr c im mt cng v khỏc v bin to sigma c phỏt trin vo cỏc chui a thc Cherbsev iu ny ó c ng dng nhiu nghiờn cu cỏc quỏ trỡnh Phỏt trin gn õy nht ó c ng dng cho h to hybrid, tng t cỏc to sigma chun hoỏ gn ỏy v to z cỏc lp mt (Song v Haidvogel, 1994) Mt cỏc mụ hỡnh ng th (isopycnal) d hiu nht l mụ hỡnh Bleck v Boudra (Bleck v Boudra 1986; Bleck v ctv., 1992) c phỏt trin ti i hc Miami Mụ hỡnh Miami l mụ hỡnh n u im ca to ng th l vic t ng tng phõn gii ti cỏc khu vc cú gradient mt ln Nhc im ca mụ hỡnh ny ú li mc hi t; vớ d cỏc kt qu s kộm chớnh xỏc ti cỏc khu vc hi t ti ú nc lp ỏy c hỡnh thnh trờn thm lc a ụng Chng trỡnh s rt phc kt ni dy cỏc lp ng th gn mt v gn ỏy Oberhuber (1993a,b) cng ó phỏt trin mụ hỡnh ng th Cỏch thc trỏnh gp liờn quan n hin tng cỏc lp ng th ct b mt bin c xut cho rng lp mt c xem l xỏo trn tng phn, vi nhit v mui cho phộp bin i ton lp Mụ hỡnh dng ny ó c ng dng tớnh toỏn hon lu ti Baie des Chaleurs nm phớa ụng Canada (Gan, Ingram, Greatbath and Chen (1995); Gan, Ingram, Greatbath,1996a) Cỏc vớ d khỏc c dn cỏc cụng trỡnh ca McCreary and Kundu (1988), McCreary et al (1991) v McCreary and Yu (1992) DieCAST l phiờn bn mi nht ca mụ hỡnh SOMS (Dietrich et al., 1987) Trong mụ hỡnh s dng to z theo chiu thng ng nhng cú phng ỏn a mụ hỡnh ca lp biờn sỏt ỏy Mụ hỡnh cú c hng s dng s li A v C (Dietrich and Ko, 1994) Trong phng ỏn s li C, vic x lý i vi thnh phn Coriolis c bit c quan tõm (Dietrich, 1993) nhm loi tr s phõn tỏn s liờn quan ti hai thnh phn tc ngang c ly ti hai im li khỏc Mụ hỡnh ny a thnh phn chớnh ỏp bng cỏch gii i vi mt ỏp Vớ d ỏp dng mụ hỡnh ny cho vnh Mexico c Dietrich v Lin (1994) dn ra; mt s vớ d khỏc cng c Dietrich a chuyờn kho (Moors, 1999) HB l mụ hỡnh c phỏt trin ti Institut fur Meereskunde thuc i hc Hamburg, c Jan Backhaus v cỏc cng tỏc viờn Mụ hỡnh c s c mụ t cỏc bi bỏo ca Backhaus (1985) v Backhaus v Hainbucher (1987) Pohlman (1995) ó ng dng mụ hỡnh ny cho Bc hi Mt ng dng ca mụ hỡnh ny i vi vựng nc xung quanh o Vancouver c dn bi ca Stronach et al (1993) POL l Phũng thớ nghim Hi dng hc Proudman, Anh Quc, v mụ hỡnh mang tờn POL ó c James (1987) phỏt trin Trong mụ hỡnh ó s dng s li Arakawa B i vi cỏc bin mụ hỡnh v to sigma chun theo hng thng ng, ng thi kt hp s ghộp bỡnh lu (James, 1986) cho phộp trỏnh c cỏc phõn tỏn s liờn quan n phộp sai phõn leapfrog theo thi gian v trung tõm theo khụng gian (xem thờm James, 1996 bn v cỏc s bỡnh lu i vi cỏc mụ hỡnh thm lc a) Thớ d v ng dng ca mụ hỡnh ny i vi dũng chy ven b Nauy c James (1991) dn Mt phiờn bn khng nh ca mụ hỡnh hin c s dng nghiờn cu Bc hi vi phõn gii cao (Souza and James, 1996; Proctor and 13 S dng cỏc phng phỏp thc nghim, cỏc iu kin ban u s l cỏc trng thc t, chỳng cú th c xõy dng trờn c s thc nghim kt hp lý thuyt Chỳng ta u bit, thc t nghiờn cu bin, chỳng ta gn nh khụng cú mt trng tc thi no ú ca bt c mt yu t thu nhit ng lc hoc mụi trng bin no y cho khụng gian chiu Vỡ vy cú c cỏc trng ban u cn ỏp dng phng phỏp phõn tớch, ni ngoi suy s liu Nguyờn lý ca cỏc phng phỏp ny da trờn quy lut phõn b theo khụng gian v thi gian ca cỏc yu t quan trc c, kt hp cỏc phng phỏp toỏn hc ỏnh giỏ cht lng s liu, xỏc nh cỏc sai s ngu nhiờn v sai s h thng, tỏi to li bc tranh phõn b theo khụng gian ca cỏc yu t thi on cú quan trc Cỏc kt qu thu ca phng phỏp phõn tớch s liu thng c dn v dng cỏc mng trờn li khụng gian v thi gian u phc v cỏc yờu cu thc t cng nh iu kin ban u cho mụ hỡnh Trong giai on hin thc tin khớ tng, hi phng phỏp phõn tớch khỏch quan c s dng rng rói Nhng phng phỏp phõn tớch s liu nhiu chiu (3 hoc chiu) cng c phỏt trin t c s phõn tớch khỏch quan Trong s dng phng phỏp s gii cỏc bi toỏn hi dng hc, bờn cnh cỏc iu kin ban u thu c t phõn tớch, ngi ta s dng mụ hỡnh tớnh toỏn nh mt cụng c kim tra tớnh ỳng n ca cỏc trng phõn tớch Phng phỏp ngch o ny cho phộp cung cp cỏc iu kin ban u chớnh xỏc hn ỏp ng yờu cu ngy cng cao cho cỏc mụ hỡnh d bỏo iu kin biờn Trong quỏ trỡnh thit lp cỏc iu kin biờn cho cỏc mụ hỡnh bin nụng ven b cn trung gii quyt hai ch yu sau õy: (i) tớnh thớch ng ca cỏc s liu ti iu kin biờn h (ii) cn chn cỏc iu kin biờn thớch hp ti ỏy v b (iii) iu kin bo ton v liờn tc trờn mt phõn cỏch i dng- khớ quyn Vic xỏc nh cỏc iu kin biờn ti ỏy v trờn mt bin l khú khn ln nht m cỏc nh nghiờn cu hay gp v cú nhiu hng gii quyt khỏc ph thuc ch yu vo cỏc bi toỏn c th v yờu cu chớnh xỏc ca chỳng Mc tiờu ca chỳng ta l tớnh toỏn cỏc c trng trung bỡnh (ly theo mt chu k T cho trc m chỳng ta c bit quan tõm) vỡ vy cn thit phi a mt s tham s hoỏ cho phộp tớnh n cỏc quỏ trỡnh cú quy mụ nh hn chu k ly trung bỡnh Vớ d, trng hp nghiờn cu ch dũng chy cú chu k va thỡ cỏc quỏ trỡnh quy mụ nh liờn quan ti cỏc thnh phn phỏt x v tỏn x cỏc nhiu ng ri gõy nờn cn c a vo mụ hỡnh bng s tham s hoỏ Thụng thng, vic mụ t h phng trỡnh thụng qua cỏc tham bin khỏc cú th lm n gin hoỏ bi toỏn, bao gm c iu kin biờn vỡ cn ca theo cỏc gi thit thit lp 70 bi toỏn, cỏc biờn thc t cng ó c xp x bng cỏc gi thit tng ng cú th xem õy nh mt dng lm trn Nu cho rng mt bin v ỏy bin c mụ t bng cỏc biu thc: x3 =, x3 = - h, ta cú cỏc iu kin liờn tc i vi tc nh sau r + u = v3 x3 = t (4.22) h r + u h = v3 x3 = h t (4.23) Cỏc phng trỡnh (4.22) v (4.23) cho ta iu kin biờn trờn v di c gn lin vi cht lng chuyn ng theo tc trung bỡnh: r r r v = u + v3 e3 iu ny cú ngha l cỏc biờn cng c xem nh mt lp cht lng luụn chuyn ng cựng vi ton b h, m bo s liờn tc ng hc Tuy nhiờn gi thit nờu trờn li khỏc vi cỏc biờn thc t, cỏc vt liu trờn mt chuyn ng vi tc bin i thc ch khụng phi vi tc cht lng sỏt ú Mt khỏc, vi cỏc quy mụ thi gian khỏc thỡ biờn cng cú th xỏc nh khỏc nhau, ta cú th thy rừ qua bi toỏn triu v bi toỏn dũng chy d Nhỡn chung cú th núi rng i vi mi bi toỏn u cú cỏc quan im riờng v biờn trờn mt v ỏy bin õy l mt vụ cựng phc tp, ũi hi nhiu th thut tinh vi cng nh hiu bit sõu v cu trỳc cỏc lp biờn v cỏc quỏ trỡnh xy ú Cú th nờu lờn mt s m ta thng gp nh vic xỏc nh cỏc c trng (v trớ, tc, ) ca lp biờn khớ quyn trờn mt bin iu kin cú súng Ta cú th cho rng súng gõy nh hng tc thi ti giú, chớnh cỏc c trng ca súng nh tc, cao, li chu tỏc ng ca ng sut giú trc ú Thụng thng tớnh toỏn cỏc thụng lng phc v cho iu kin biờn bo ton, ngi ta s dng cỏc cụng thc tớnh toỏn khớ hu cn c vo s liu khớ tng trờn mt bin, cỏc c trng mt bin v cỏc h s trao i ng lng, nhit v m Cỏc h s ny cú th nh ngha nh sau: Cu = , ,C = ,C q = C p v( ) v(q q0 ) v ú v q0 l nhit v m ti mt cao c trng cho mt bin Cỏc i lng ng sut, thụng lng nhit v m ch yu l cỏc thụng lng ri 71 Mt c trng quan trng ca dũng khớ trờn mt súng l nh hng ca nhiu ng súng lờn dũng khớ Cỏc nhiu ng ca súng dn ti vic vic cỏc nhiu ng tc c to nờn bi hai thnh phn: ngun gc ri thun tuý v ngun gc súng (u',v',w' v u's, v' s v w's) Kt qu nghiờn cu cho thy rng cỏc loi nhiu ng trờn thng c lp vi nhau: u ' s u ' , v' s v' , u ' s w' , nhng gia chỳng li cú mi tng quan nht nh: u ' s w' s , v' s w' s Nh vy lp biờn khớ quyn trờn mt súng xut hin cỏc ng sut súng sx = u ' s w' s v sy = v' s w' s Chỳng gim rt nhanh khong cỏch tớnh t mt súng tng lờn, vỡ vy nh hng ca cỏc thnh phn ny lờn phõn b thng ng ca tc trung bỡnh ch gii hn mt lp mng hs vo khong 0,1 (- bc súng), s bin i ca tc trung bỡnh lp khớ quyn nm trờn ú cú dng tng t nh i vi lp khớ quyn sỏt mt trờn nn cng i vi trng hp phõn tng phim nh phõn b ca tc trung bỡnh phn ny s tuõn theo quy lut logarit tớnh toỏn ng sut giú trờn mt bin cú súng = t + s cng nh phõn b thng ng ca tc giú cú th vit biu thc ng sut giú v dng sau = t (1 + ) ú = f(v*/c0) l mt hm ca t s gia tc (ng lc) giú v tc truyn súng V cỏc quỏ trỡnh tng tỏc gia tc giú, súng v cỏc bt khớ nc v cỏc ht nc khụng khớ cng vụ cựng phc Trong iu kin giú ln, c bit giú bóo vi tc ln hn 15 m/s, cỏc quỏ trỡnh trao i ng lng v nhit- cht b bin i mnh Nguyờn nhõn ca s bin i ny ch yu s xut hin ca ca cỏc ht nc t súng v mt bin bn vo khớ quyn Nhng tỏc ng trc tip ca s hin din cỏc ht nc lờn cỏc dũng ng lng cú th thụng qua cỏc c ch vt lý sau: (i) Khi lng ht nc khớ quyn cng chuyn ng cựng mt tc ca dũng khớ , chỳng s truyn ng lng cho nc bin ri xung lp mt ng thi s hin din ca cỏc bt khớ lp nc trờn cựng s gúp phn tng cng dũng ng lng cho bin (ii) iu kin súng ln, m khớ quyn lp sỏt mt tng lm thay i iu kin n nh mt ca dũng khớ v giỏn tip tỏc ng lờn dũng ng lng Tr s thc ca h s ma sỏt Cu iu kin giú bóo rt khú xỏc nh bng s liu quan trc tc, nhiờn cỏc kt qu nghiờn c khỏc u cho thy giỏ tr ln ca nú Trờn hỡnh 2.1 a cỏc s liu bin i h s ny vi cỏc iu kin giú khỏc ú cú giú bóo Trong cỏc tớnh toỏn thụng thng cú th ly Cub vo khong t 10-3 n 10-3 72 Hỡnh 4.1 H s tr khỏng mt bin giú bóo theo nhiu tỏc gi khỏc i vi cỏc thụng lng nhit v m (hi nc), nh hng ca súng v giú ln c th hin thụng qua quỏ trỡnh bc hi t cỏc ht nc lp sỏt mt vo khụng khớ Cỏc kt qu nghiờn cu cho thy rng trờn b mt ht nc, sc trng ca hi nc ph thuc vo bỏn kớnh v mn ca bn thõn ht nc, v ch cỏc ht cú ng kớnh ln mi gõy tỏc ng mnh lờn s bc hi Thụng thng tc giú khong t 20 m/s n 25 m/s lng nhit bc hi t cỏc ht nc cng cú i lng c thụng lng nhit tng cng (nhit ri v nhit hoỏ hi) trao i qua mt phõn cỏch bin - khớ quyn, hay núi cỏch khỏc, thụng lng nhit tng lờn hai ln Khi giú ln vi tc trờn 25 m/s thỡ mc gia tng cũn ln hn cú th t ti giỏ tr t n ln i vi thụng lng m, h s Cq cng cú s gia tng tng t nh C Vn tng t cng xy i vi lp biờn ỏy s bin i ca nng cỏc cht l lng khụng cho phộp ta xỏc nh chớnh xỏc v trớ mt phõn cỏch gia nc v ỏy v t ú xỏc nh cỏc quỏ trỡnh cn a vo mụ hỡnh Hin tng tng t cng xy ti lp biờn gia bin v t lin, s bin ng v tng tỏc gia cỏt v nc bin cng nh s bin i ca mc nc bin di tỏc ng ca súng v thu triu Bờn cnh cỏc khú khn nờu trờn chỳng ta cũn phi quan tõm gii quyt nhng hin tng c bit song cng ó tr thnh ph bin ú l cỏc mng mng cỏc cht trung trờn mt bin (vỏng du, vỏng m, ), chỳng khụng nhng bin i v trớ ca mt phõn cỏch khụng khớ nc m cũn nh hng trc tip n cỏc quỏ trỡnh trao i nng lng v vt cht gia bin v 73 Vai trũ ca súng i vi cỏc quỏ trỡnh trao i trờn biờn rt phc khụng nhng i vi mt bin m i vi c lp biờn ỏy iu quan trng õy l lm cú th xỏc nh c s hin din ca cỏc lp biờn cựng cỏc quỏ trỡnh liờn quan nh lng ng, tỏch ỏy v truyn ti theo dũng Nh vy mc hiu bit v tham s hoỏ cỏc iu kin biờn l yu t quyt nh cho s thnh cụng ca mụ hỡnh Hin cỏc mụ hỡnh thu ng lc, cỏc nhiu ng ri vi mụ ó c tham s hoỏ theo nhiu phng phỏp khỏc v ó c ỏp dng, nhiờn cỏc iu kin biờn ó thit lp c cú l ch mi ỏp ng tt cho cỏc quỏ trỡnh quy mụ ln v va, cũn i vi cỏc quỏ trỡnh quy mụ nh cn phi hon thin thờm Trờn mt bin, nhỡn chung cỏc thụng lng c tớnh toỏn theo s liu giú, nhit v m o c trờn cao 10 một, cho rng cỏc thụng lng ph thuc vo cỏc c trng tng ng Theo cỏch biu din ca Krauss thỡ - i vi dũng ng lng (chia cho mt nc bin) S = CuV V = C *V V (4.24) - i vi thụng lng nhit (chia cho nhit dung v mt nc bin) hS = C (0 ) V = C * (0 ) V (4.25) - i vi thụng lng m eS = C q (q0 q ) V = C * (q0 q ) V (4.26) Trong ú h s ma sỏt C* c xem nh mt tham s kim tra, v q0 l giỏ tr nhit v m trờn mt bin Cỏc i lng ny cú th xỏc nh c thụng qua tham s hoỏ lp biờn khớ quyn Cu = , ,C = ,Cq = C p v( ) v (q q0 ) v Theo cỏc tỏc gi khỏc thỡ cỏc thụng lng trờn xỏc nh theo s liu khớ tng lp biờn cú chớnh xỏc khụng cao, Krauss cho rng sai s cú th vo khong 30% nhng theo Hidy thỡ sai s cú th t ti 50% Trờn cỏc biờn cng nhỡn chung cú th cho tc b trit tiờu, khụng chỳ ý ti s bin dng ca ỏy Tuy nhiờn cỏc mụ hỡnh, c bit mụ hỡnh hai chiu thỡ ng sut tớnh theo 74 r r b = Du u m S (4.27) ú s hng th hai cho phộp hiu chnh giỏ tr ng sut theo ng sut trờn mt s H s ma sỏt ỏy D cú th tớnh theo qui lut phõn b logarit lp biờn: D={ /(ln(zb/zo)}2, (4.28) r r õy zb l khong cỏch tớnh t ỏy ni cú tc u = vb , z0 tham s nhỏm, z0 ~ 10-3 - 10-2 cm Vic tớnh toỏn h s ma sỏt ỏy s c cp chi tit hn phn mụ hỡnh s c bit r tc vb c xỏc nh ti cỏc khong cỏch khỏc cú th nm hoc ngoi lp biờn logarit Khi cú hiu ng bin i hng tc lp biờn ta cú th a thờm h s hiờ chnh R vo cụng thc (4.26) v chuyn v dng sau: rr r r b = R.C D vb vb (4.29) Ti nhng ni m lp biờn ỏy khụng xỏc nh thỡ cú th ly gn ỳng CD~ 0,026 4.4.Phng trỡnh i vi tc trung bỡnh theo sõu 4.4.1 Nhng khỏi nim chung r Chuyn ng trung bỡnh theo sõu c th hin qua tc u hay l tc dũng r tng cng U (dũng ton phn) c xỏc nh theo cụng thc sau: r r r r r U = U 1e1 + U e2 = H u = u dx3 (4.30) h ú H l sõu tng cng ca ct nc, cú nghió l: H=h+ (4.31) Nu cỏc i lng lch giỏ tr trung bỡnh theo sõu c ký hiu bng trờn u, ta cú r r r u = u + u (4.32) vi r udx =0 (4.33) h 75 Tớch phõn theo x3 ca cỏc o hm riờng tuõn th cỏc cụng thc sau v quy tc o hm theo tham s f h h dx3 = h fdx3 f ( ) f ( h ) (4.34) ú c thay cho cỏc bin t, x1 v x2, cũn f l mt hm bt k ca cỏc bin t, x1, x2, v x3 Giỏ tr ca f ti x3 = v x3 = -h tng ng i vi mt v ỏy Tớch phõn phng trỡnh (4.15) theo sõu, ta cú r (.u )dx + v3 ( ) v3 ( h) = (4.35) h Tin hnh bin i tớch phõn cụng thc (4.35) theo iu kin (4.34) v loi tr v3 () v v3 (-h) da trờn c s cỏc phng trỡnh (4.22), (4.23), ta cú th vit (4.35) v dng sau r H + .U = t (4.36) ú H xỏc nh theo phng trỡnh (4.31) v H ~ t t (4.37) (b qua s bin i chm ca a hỡnh ỏy) Phng trỡnh (4.36) cú th vit cho tc trung bỡnh u r H r + u H + H.u = t (4.38) Trong ú ch cũn li hai s hng r r e1 + e2 x2 x1 r v cỏc hm H, U v u khụng cũn ph thuc vo x3 r Tuy rng div ca tc v theo phng trỡnh c bn luụn bng 0, nhng div ca r tc trung bỡnh u li khụng trit tiờu Tuy nhiờn nu mc nc ti mi im u nh hn h v nu h bin i theo thi gian r chm hn so vi tc trung bỡnh u v mc nc thỡ phng trỡnh 4.38 li cú dng 76 r .u = (4.39) Nu ta chn L l kớch thc c trng cho bin ng ca h v l l di c trng cho r bin ng ca v u , thỡ bc i lng ca hai s hng u phng trỡnh (4.38) s l r H u ~ ~ 0( ) l t t r r r r r u hu u H ~ u + u h ~ 0( ) + 0( ) l L (4.40) s hng th li l tng ca hai thnh phn, bc i lng ca mi phn s l r r ui hu ~ 0( ) H x j l (4.41) Nu nh chỳng ta cú trng hp l [...]... tích và lí giải các khai niệm liên quan tới hoàn lưu trung bình – hoàn lưu dư cùng các mô hình hoàn lưu biển ven bờ Tuy nhiên trong số các mô hình hoàn lưu, mô hình hoàn lưu địa chuyển luôn được quan tâm vì vậy chúng tôi sẽ dành một số thời gian đi sâu giới thiệu và yêu cầu sinh viên sử dụng mô hình này 3.1.2 Khái niệm chung về hoàn lưu dư Đối với vùng biển nông, các quá trình quy mô vừa như triều và. .. theo chúng tôi sẽ trình bày sơ lược các mô hình hoàn lưu đại chuyển và hoàn lưu gió Những cơ sở của lý thuyết đã được trình bày trong giáo trình Lý thuyết hoàn lưu biển và đại dương 2.2 Mô hình hoàn lưu địa chuyển Trên các vùng khơi của đại dương thông thường các lực ma sát và gia tốc chất lỏng thường nhỏ hơn nhiều so với gradient của áp suất theo phương ngang và thừn phần này được cân bằng với lực... tính toán trạng thái hiện tại-nowcast) và cung cấp số liệu ban đầu cho mô hình dự báo 16 Chương 2 CÁC MÔ HÌNH HOÀN LƯU ĐẠI DƯƠNG 2.1 Hệ các phương trình thuỷ nhiệt động lực học biển Khi xây dựng các mô hình hoàn lưu đại dương, người ta cần quan tâm tới quy mô lớn, như vậy hệ các phương trình thuỷ nhiệt động lực học biển được thể hiện trong dạng toạ độ cầu Các phương trình chuyển động ∂u u ∂u v ∂u ∂u tgϕ... như môi trường biển Qua việc xác định các quy mô không gian và thời gian của các thành phần hoàn lưu, chúng ta có thể thiết lập các mô hình tương ứng đối với hoàn lưu biển Trước hết cần khẳng định rằng, đối với từng vùng biển khác nhau, đối với các quy mô quá trình khác nhau, chúng ta cần áp dụng một loại mô hình tương ứng Về tổng thể, mô hình hệ các phương trình đầy đủ thuỷ-nhiệt động lực học biển. .. trộn quy mô vừa thông qua lý thuyết khép kín rối k-e Như được mô tả trong bài báo của Nihoul et al (1989), mô hình được xây dựng nhằm mô phỏng hoàn lưu quy mô thời gian dài (mùa) trên các biển ven Beckers (1991) đã mở rộng tham số hoá bao gồm cả xáo trộn đối lưu và ứng dụng mô hình nhằm mô tả hoàn lưu trong tháng 2 ở phía tây Địa Trung Hải Nihoul et al đã mô tả kết quả ứng dụng mô hình cho biển Bering,... phát triển và ứng dụng mô hình GHER cho Biển Đông GG là mô hình quy mô thời gian lớn, phân tầng mật độ trên thềm lục địa của Greatbatch và Goulding (1992) Mô hình này đã khẳng định kết quả các mô hình lý tưởng hoàn lưu trong vùng thềm lục địa (Greatbatch, Pal and Ren, 1995) Mô hình giải các phương trình ma sát địa chuyển hành tinh (các số hạng liên quan đến đạo hàm cục bộ theo thời gian và bình lưu phi... = 0) và β = ∂f ∂y Trong số các mô hình hoàn lưu đại dương, bên cạnh việc triển khai mô hình hệ các phương trình nguyên thuỷ đầy đủ, chúng ta quan tâm đến các mô hình được thiết lập trên cơ sở lý thuyết hoàn lưu xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu cơ chế các quá trình có vai trò quyết định đối với hình thành dòng chảy đó là dòng chảy địa chuyển và dòng chảy gió Trong phần tiếp theo chúng tôi sẽ trình. .. của mô hình) Các mô hình biển ven có thể bao gồm cả mô hình băng, tuy không thông dụng, song cũng có sự phát triển đáng kể Các lực tác động trong mô hình và điều kiện biên Một cách lý tưởng, mô hình biển ven cần được chạy trong mod kết hợp đồng thời với một mô hình khí quyển Mô hình khí quyển sẽ cung cấp các thông lượng trên mặt, bao gồm động lượng (ứng suất gió trên mặt biển) , nhiệt và nước nước ngọt,... lưu đại dương như đã phân tích trong giáo trình lý thuyết hoàn lưu Những đặc trưng quan trọng đó là: -tồn tại dòng chảy theo vòng khép kín, - phân tách các vòng hoàn lưu với nhau tại các vĩ độ mà tại đó rot zτ = 0 , và - hiện tượng cường hoá dòng chảy dọc bờ tây các đại dương 34 Chương 3 CÁC MÔ HÌNH HOÀN LƯU BIỂN VEN 3.1 Những khái niệm chung 3.1.1 Mở đầu Hoàn lưu biển là một trong những đặc trưng quan... dòng toàn phần Mô hình theo phương trình Stomel dẫn đến lời giải đối với hiện tượng cường hoá dòng chảy tại các biên bờ tây các đại dương hoặc phương trình Munk với khái niệm rối thông thường: ∂f ∂ψ 1 − AL ∇ 2 ∇ 2ψ = rot zτ ∂y ∂x ρ0 ( ) (2.95) Mô hình của Munk giúp chúng ta mô phỏng được hiện tượng hoàn lưu theo nhiều xoáy quy mô lớn phân bố từ bắc đến nam các đại dương Trong các mô hình trên chỉ có