Xem mẫu
- CHƯƠNG 4 - NHỮNG NGUYÊN TẮC CHUNG XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ
BÁO NGẮN HẠN
4.1. SỰ BIẾN ĐỘNG NGẮN HẠN CỦA CÁC YẾU TỐ THỦY VĂN BIỂN
1 ) Nh ữ ng y ế u t ố c h ế đ ộ b i ể n có tính ch ấ t bi ế n thiên v ớ i các chu k ỳ d ài và
ng ắ n khác nhau. C ó khi nh ữ ng bi ế n đ ổ i trong th ờ i gian vài gi ờ h ay vài ngày có th ể
v ượ t quá nh ữ ng bi ế n đ ổ i mùa và n ă m. Nh ữ ng thí d ụ s au đ ây nói lên quy mô c ủ a
nh ữ ng bi ế n đ ộ ng ng ắ n h ạ n c ủ a các y ế u t ố .
Trong v ụ l ụ t n ă m 1924 ở L eningrad trong 10 gi ờ m ự c n ướ c t ă ng lên 3,7m,
trong khi đ ó nh ữ ng giá tr ị t rung bình tháng c ủ a m ự c n ướ c bi ế n th iên t ừ t háng này
sang tháng kh ác trong ph ạ m vi 5 − 15 cm [12].
Bi ế n thiên nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t ở v ùng tây b ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng ở b iên gi ớ i c ủ a
các dòng h ả i l ư u G ơ nstrim và Labrado đ ạ t t ớ i 10 ° C sau vài gi ờ ; còn các giá tr ị
n hi ệ t đ ộ đ ượ c l ấ y trung bình theo ô vuông 5 đ ộ k inh v ĩ b i ế n đ ổ i t ừ m ùa hè sang
mùa đ ông không quá 5 ° C [12].
Ở n h ữ ng vùng n ướ c nông c ủ a bi ể n nhi ệ t đ ộ n ướ c bi ế n thiên r ấ t nhanh trong
ngày hay trong nh ữ ng ngày chuy ể n mùa.
Ở n h ữ ng vùng b ờ s âu khi có gió dâng ho ặ c gió rút nhi ệ t đ ộ n ướ c có th ể b i ế n
đ ổ i r ấ t nhanh (10 ° C trong vòng vài gi ờ ở v ùng Kr ư m, Liên bang Nga [12]).
Ngoài kh ơ i đ ạ i d ươ ng đ ộ c ao sóng qua 6 gi ờ c ó th ể b i ế n đ ổ i, t ă ng lên t ớ i 8 m.
2) D ự b áo nh ữ ng bi ế n thiê n n g ắ n h ạ n c ủ a các y ế u t ố k hí t ượ ng th ủ y v ă n có
th ờ i gian báo tr ướ c không l ớ n (t ừ v ài gi ờ đ ế n vài ngày). Tuy nhiên nh ữ ng d ự b áo
ấ y r ấ t quan tr ọ ng đ ố i v ớ i ho ạ t đ ộ ng kinh t ế v à k ỹ t hu ậ t. Quan tr ọ ng nh ấ t là các d ự
b áo v ề n h ữ ng hi ệ n t ượ ng nguy hi ể m ( dâng hay rút m ự c n ướ c m ộ t cách đ ộ t ng ộ t,
sóng l ớ n...).
Nh ữ ng d ự b áo ng ắ n h ạ n cho phép c ụ t h ể h oá đ ặ c tr ư ng c ủ a các y ế u t ố : s ự p hân
b ố c h i ti ế t c ủ a đ ộ c ao sóng trong m ộ t vùng bi ể n hay đ ạ i d ươ ng, đ ườ ng cong phân
b ố n hi ệ t đ ộ t heo ph ươ ng th ẳ ng đ ứ ng, v ị t rí c ủ a t ừ ng đ ườ ng đ ẳ ng nhi ệ t đ ộ ...).
3) Nh ữ ng d ự b áo ng ắ n h ạ n còn dùng đ ể l àm chính xác ( đ i ề u ch ỉ nh) nh ữ ng d ự
b áo dài h ạ n. K hi xây d ự ng nh ữ ng d ự b áo ng ắ n h ạ n th ườ ng s ử d ụ ng các quy lu ậ t b ả o
toàn n ă ng l ượ ng ở d ạ ng gi ả i các ph ươ ng trình cân b ằ ng nhi ệ t v à ph ươ ng trình cân
b ằ ng n ă ng l ượ ng.
4) Khi l ậ p nh ữ ng d ự b áo th ủ y v ă n ng ắ n h ạ n th ườ ng s ử d ụ ng d ự b áo th ờ i ti ế t,
vì các hi ệ n t ượ ng trong th ủ y quy ể n di ễ n ra nhanh li ề n sau nh ữ ng hi ệ n t ượ ng trong
50
- k hí q uy ể n. Đ i ề u này đ úng đ ặ c bi ệ t trong nh ữ ng tr ườ ng h ợ p nh ư d ự b áo dâng rút
m ự c n ướ c, sóng gió, dòng ch ả y gió... Trong nh ữ ng tr ườ ng h ợ p này ng ườ i ta hay s ử
d ụ ng nh ấ t là nh ữ ng d ự b áo gió.
4.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH CÁC THÀNH PHẦN CÂN BẰNG NHIỆT
T rong m ụ c này s ẽ x ét nh ữ ng ph ươ ng pháp tính các thành ph ầ n c ủ a ph ươ ng
trình cân b ằ ng nhi ệ t d ướ i đ ây:
Q = Q − Qef ± Qe,c ± Qt ,0 ± Qi ± Qa ± Qt , (4.1)
⊕
trong đ ó: Q⊕ − b ứ c x ạ m ặ t tr ờ i, bao g ồ m tr ự c x ạ v à tán x ạ c ó tính t ớ i ph ả n x ạ t ừ
m ặ t n ướ c, Qef − phát x ạ h i ệ u d ụ ng, đ ó là hi ệ u gi ữ a ph át x ạ s óng dài c ủ a m ặ t bi ể n
và ph át x ạ n g ượ c l ạ i c ủ a k hí quy ể n, Qe,c − l ượ ng nhi ệ t m ấ t do b ố c h ơ i hay thu do
ng ư ng k ế t n ướ c, Qt ,0 − l ượ ng nh i ệ t trao đ ổ i r ố i gi ữ a b i ể n và khí quy ể n, Qi − l ượ ng
nhi ệ t tác h r a kh i t ạ o b ă ng hay m ấ t đ i khi tan b ă ng, Qa − l ượ ng nhi ệ t do trao đ ổ i
ngang tron g bi ể n b ằ ng con đ ườ ng bình l ư u, Qt − l ượ ng nhi ệ t trao đ ổ i đ ố i l ư u và
xáo tr ộ n r ố i g i ữ a các l ớ p n ướ c.
D ướ i đ ây s ẽ x ét h ệ p h ươ ng pháp tính các thành ph ầ n cân b ằ ng nhi ệ t ở q uy mô
khí h ậ u đ ượ c xây d ự n g ở Đ ài V ậ t lý Đ ị a c ầ u mang tên A.I. Voeikov (GGO, Liên
Xô [7]).
4.2.1. Tính cân bằng bức xạ
Đ ể t ính t ổ ng x ạ s ử d ụ ng cô ng th ứ c S avinov-Angstrem v ớ i các h ệ s ố n h ậ n đ ượ c
ở G GO:
(Q + q) = (Q + q ) 0 (1 − aN − bN 2 ), ( 4.2)
trong đ ó (Q + q) 0 − b ứ c x ạ t ổ ng c ộ ng khi tr ờ i không m ây, a và b − các h ệ s ố , N −
l ượ n g m ây trung bình tính b ằ n g ph ầ n m ườ i đ ơ n v ị .
Khi tính theo công th ứ c (4.2) ng ườ i ta th ườ ng s ử d ụ ng nh ữ ng tr ị s ố t rung bình
n ă m c ủ a các h ệ s ố , tính cho nh ữ ng v ĩ đ ộ k hác nhau.
M ộ t ph ầ n b ứ c x ạ m ặ t tr ờ i đ ạ t t ớ i m ặ t b i ể n b ị p h ả n x ạ , vì v ậ y khi tính l ượ ng
nhi ệ t b ứ c x ạ h ấ p t h ụ b ở i bi ể n c ầ n tính t ớ i albe đ ô m ặ t bi ể n . Đạ i l ư ợ ng al be đ ô ph ụ
thu ộ c vào n hi ề u n hân t ố : đ ộ c ao m ặ t tr ờ i, tr ạ ng thái m ặ t bi ể n... M ố i ph ụ t hu ộ c này
có tính ch ấ t ph ứ c t ạ p, vì v ậ y trong các tính toán th ự c t ế n g ườ i ta th ườ ng s ử d ụ ng
các b i ể u b ả ng v ề n h ữ ng tr ị s ố t rung bình c ủ a albe đ ô ứ ng v ớ i nh ữ ng v ĩ đ ộ v à tháng
khác nhau (b ả ng 4.1).
Công th ứ c tính b ứ c x ạ h ấ p th ụ c ó k ể t ớ i ph ả n x ạ c ó d ạ ng
(Q + q ) = (Q + q ) 0 (1 − aN − bN 2 )(1 − r ) , (4.3)
trong đ ó r − a lbe đ ô m ặ t bi ể n.
Ngoài vi ệ c tính các thành ph ầ n khí h ậ u c ủ a cân b ằ ng nhi ệ t, khi d ự b áo ng ắ n
51
- h ạ n c ầ n ư ớ c l ượ ng l ượ ng nhi ệ t thu và m ấ t trong nh ữ ng kho ả ng th ờ i gia n ng ắ n nh ư
m ộ t ngày, n ă m ngày..., ở T rung tâm Khí t ượ ng Th ủ y v ă n L iên Xô đ ã xây d ự ng các
ph ươ ng pháp cho phép xác đ ị nh dòng nhi ệ t qua m ặ t bi ể n t rong nh ữ ng kho ả ng th ờ i
gian không l ớ n d ự a trên nh ữ n g thông tin nh ậ n đ ượ c nh ờ q uan tr ắ c trên tàu bi ể n
thôn g th ườ ng. B. S. Krasiuk và O. I. Sheremechevskaia [17] trên c ơ s ở t ổ ng k ế t
nh ữ ng tài li ệ u tr ắ c x ạ đ ã nh ậ n đ ư ợ c công th ứ c tính l ượ ng nhi ệ t m ặ t tr ờ i t ớ i m ặ t
bi ể n:
(Q + q ) = (Q + q ) 0 (0,80 − 0,54 N 2+ f ), ( 4.4)
Bảng 4.1. Albeđô mặt nước đối với bức xạ tổng cộng
Vĩ độ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
− − −
70 0,23 0,16 0,11 0,09 0,09 0,09 0,10 0,13 0,15
60 0,20 0,16 0,11 0,08 0,08 0,07 0,08 0,08 0,10 0,14 0,19 0,21
50 0,16 0,12 0,09 0,07 0,07 0,06 0,07 0,07 0,08 0,11 0,14 0,16
40 0,11 0,09 0,08 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07 0,08 0,11 0,12
30 0,09 0,08 0,07 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07 0,08 0,09
20 0,07 0,07 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07
10 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07
0 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06
Bảng 4.2. Bức xạ mặt trời tổng cộng cực đại (Q + q) 0 (cal / cm 2 . ngày) khi I 0 = 1,9
Vĩ độ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
− − − −
80 110 440 850 1050 960 615 238 15
− −
70 67 250 525 815 985 915 663 373 135 5
60 75 200 392 635 850 950 910 730 495 275 118 50
50 205 340 515 728 890 965 934 805 605 420 248 175
40 340 480 635 795 920 970 945 855 700 540 390 310
30 490 605 735 855 930 955 940 885 790 655 525 455
20 620 710 808 878 915 920 911 890 837 740 650 598
10 737 802 857 880 872 855 859 875 860 820 755 720
0 840 873 877 850 808 775 784 825 860 870 742 825
t rong đ ó (Q + q ) − b ứ c x ạ m ặ t t r ờ i t ổ n g c ộ ng ngà y , (Q + q) 0 − b ứ c x ạ m ặ t t r ờ i c ự c
đ ạ i, N − l ượ ng mâ y t ổ ng c ộ n g tính b ằ n g p h ầ n m ườ i đơ n v ị , f = 4 N 2 .
B ả n g 4 .2 d ẫ n n h ữ n g tr ị s ố (Q + q) 0 t ư ơ ng ứ ng v ớ i n h ữ ng v ĩ đ ộ khác nhau, nh ậ n
(Q + q )
đ ượ c trên c ơ s ở n h ữ ng d ữ li ệ u c ủ a Milankovich. T ỷ s ố t ìm theo đồ t h ị t rên
(Q + q) 0
hình 4.1. Công th ứ c (Q + q) c ó tính t ớ i ph ả n x ạ c ó d ạ ng
(Q + q) = (Q + q ) 0 (0,80 − 0,54 N 2+ f )(1 − r ) . (4.5)
Đ ể t ính phát x ạ h i ệ u d ụ ng - là hi ệ u gi ữ a phát x ạ s óng dài c ủ a m ặ t đ ệ m và phát
x ạ n g ượ c l ạ i c ủ a khí quy ể n M. E. Berlian đ đ ã đ ề x u ấ t cô ng th ứ c
52
- Qef = Qef0) (1 − c1 N 2 ) + 4 sσT 3 (Tw − T ) ,
(
(4.6)
trong đ ó Qef0 ) − phát x ạ k hi tr ờ i không m ây, N − l ượ ng m ây b ằ ng ph ầ n m ườ i đ ơ n v ị ,
(
c1 − h ệ s ố , s − k h ả n ă ng h ấ p th ụ c ó th ể c h ấ p nh ậ n b ằ ng 0,95, σ − h ằ ng s ố S tefan-
Bolsman, T − n hi ệ t đ ộ t uy ệ t đ ố i c ủ a không khí, Tw − n hi ệ t đ ộ t uy ệ t đ ố i c ủ a n ướ c.
Phát x ạ k hi tr ờ i không mây là hàm c ủ a nhi ệ t đ ộ k h ông khí và đ ộ ẩ m và theo
các nghiê n c ứ u c ủ a M. E. Berlian đ c ó th ể b i ể u d i ễ n d ướ i d ạ ng
( )
Qef0 ) = sT 4 0,39 − 0,058 e ,
(
(4.7)
trong đ ó e − độ ẩ m c ủ a không khí, Qef0 ) − k al/(cm 2 .p hút) đ ượ c tính theo b ả ng 4.3.
(
Hình 4.1. Phụ thuộc bức xạ mặt trời tổng cộng vào lượng mây
2
Bảng 4.3. Phát xạ hiệu dụng khi trời không mây (cal / cm . ngày)
e
Độ ẩm không khí (mm)
ta
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0 193 173
2,0 200 177
4,0 203 183 163
6,0 213 183 170
8,0 216 193 173 160 140 136
10,0 223 200 180 163 147 140
12,0 230 203 187 170 153 143
14,0 236 210 190 173 160 146
16,0 243 216 197 180 163 150 137
18,0 250 223 203 183 170 153 140 127
20,0 257 230 205 190 173 160 143 130 120
22,0 236 213 193 180 163 150 137 123 110
24,0 243 220 200 183 166 153 140 128 113 103
26,0 246 224 203 187 173 156 143 130 116 106 96
28,0 253 230 210 193 176 160 146 133 120 110 100
30,0 260 240 216 200 180 166 150 140 126 113
53
- N h ữ ng tr ị s ố c ủ a h ệ s ố c1 t ạ i n h ữ ng v ĩ độ k h á c nh au đư ợ c tính v ớ i t ầ n su ấ t
trung bì nh c ủ a m â y đ ư ợ c t h ể h i ệ n t rong b ả ng 4 .4.
Nh ư đ ã th ấ y t r ong c ông t h ứ c ( 4.7 ) n goà i l ượ ng mây và đ ộ ẩ m khô n g kh í, hi ệ u
nhi ệ t đ ộ n ướ c và không khí c ũ ng ả nh h ưở ng t ớ i đ ạ i l ượ ng p h át x ạ h i ệ u d ụ ng.
N. A. Ephimova (xem [12]) trên c ơ s ở p hân tích m ộ t s ố l ượ ng l ớ n nh ữ ng tr ắ c
x ạ đ ã đ i đ ế n k ế t lu ậ n r ằ ng tính ch ấ t c ủ a m ố i ph ụ thu ộ c c ủ a phát x ạ h i ệ u d ụ ng vào
l ượ n g m ây bi ế n đ ổ i t ừ v ùng này sang vùng khác và khi ch ọ n d ạ ng ph ụ t hu ộ c c ầ n có
quan đ i ể m phân bi ệ t. Trong đ ạ i đ a s ố t r ườ ng h ợ p m ố i ph ụ t hu ộ c này g ầ n tuy ế n
tính, vì v ậ y đ ể t ính phát x ạ h i ệ u d ụ ng nên s ử d ụ ng công th ứ c:
Qef = sσT 4 (11,7 − 0,23e)(1 − c1 N ) + 4 sσT 3 (Tw − T ) , ( 4.8)
Bảng 4.4. Những trị số trung bình vĩ độ của hệ số c1
Vĩ độ 75 70 65 60 55 50 45 40
c1 0.82 0.80 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68
Vĩ độ 35 30 25 20 15 10 5 0
c1 0.65 0.63 0.61 0.59 0.57 0.55 0.52 0.50
4.2.2. Tính bốc hơi và trao đổi nhiệt rối
B ố c h ơ i và trao đ ổ i nh i ệ t r ố i đ ón g vai tr ò r ấ t q u an t r ọ ng t rong trao đ ổ i n ă ng
l ượ ng gi ữ a đ ạ i d ươ ng và khí quy ể n . Đ ể t ính n h ữ n g t hàn h p h ầ n c ân b ằ ng nhi ệ t này
có nhi ề u công th ứ c c ả l ý th uy ế t l ẫ n t h ự c nghi ệ m.
Công th ứ c th ự c nghi ệ m do V. V. Shu leikin [18] nh ậ n đ ượ c trên c ơ s ở s ố l i ệ u
quan tr ắ c trên b ể b ố c h ơ i, cho phép tính l ượ ng m ấ t nhi ệ t cho b ố c h ơ i ph ụ t hu ộ c
vào l ượ ng h ụ t đ ộ ẩ m và t ố c đ ộ g ió
Qe = A( E − e)v , (4.9 )
trong đ ó E − s ứ c tr ươ ng h ơ i n ướ c bão hoà t ạ i nhi ệ t đ ộ x ác đ ị nh c ủ a n ướ c, e − đ ộ
ẩ m tuy ệ t đ ố i, v − t ố c đ ộ g ió, A − h ệ s ố . Có nhi ề u công trình lý thuy ế t và th ự c
nghi ệ m liên quan t ớ i vi ệ c xác đ ị nh h ệ s ố A . N h ữ ng nghiên c ứ u c ủ a V . S .
Samoile nko c h ỉ r a r ằ ng h ệ s ố A p h ả i đ ượ c xe m là b i ế n đ ổ i tu ỳ t hu ộ c vào đ ộ c ao
quan tr ắ c t ố c đ ộ g ió và đ ộ ẩ m không khí.
Đ ể t ính trao đ ổ i nhi ệ t r ố i ph ầ n l ớ n các nghiên c ứ u s ử d ụ ng công th ứ c công
th ứ c bi ể u th ị đ ị nh lu ậ t trao đ ổ i nhi ệ t c ủ a Newton:
Qt ,0 = B z c p (t w − t a )v , (4.10)
trong đ ó (t w − t a ) − h i ệ u gi ữ a nhi ệ t đ ộ n ướ c và không khí, v − t ố c đ ộ g ió, B z − h ệ
số.
C ũ ng nh ư h ệ s ố A t rong công th ứ c (4.9 ) h ệ s ố B z t rong công th ứ c (4.10) đ ượ c
xem l à bi ế n đ ổ i tu ỳ t hu ộ c đ ộ c ao quan tr ắ c nhi ệ t đ ộ không khí và t ố c đ ộ g ió.
C ườ n g đ ộ b ố c h ơ i và trao đ ổ i nhi ệ t ph ụ t hu ộ c vào đ ặ c đ i ể m phân b ố c ác y ế u
t ố k hí t ượ ng v ớ i đ ộ c ao. Ng ườ i ta xác đ ị nh đ ượ c r ằ ng v ớ i phân t ầ ng b ấ t ổ n đ ị nh s ự
54
- b ố c h ơ i v à trao đ ổ i nhi ệ t di ễ n ra m ạ nh h ơ n so v ớ i p hân t ầ ng ổ n đ ị nh ho ặ c phân
t ầ ng cân b ằ ng. Do đ ó ng ườ i ta đ ã d ề x u ấ t nh ữ ng công th ứ c lý thuy ế t trong đ ó có
m ặ t gra đ ien th ẳ ng đ ứ ng c ủ a đ ộ ẩ m và các y ế u t ố k hí t ượ ng khác. M. I. Bu đư ko
xu ấ t phát t ừ p h ươ ng trình khu ế ch tán r ố i ở l ớ p sát m ặ t đ ấ t đ ã nh ậ n đ ượ c công th ứ c
tính m ấ t nhi ệ t do b ố c h ơ i
q1 − q 2
Qe = kρ , (4.11)
z1
ln
z2
trong đ ó z1 v à z 2 − c ác đ ộ cao đ o đ ộ ẩ m q1 và q 2 , ρ − m ậ t đ ộ k hông khí, k − h ệ s ố
t rao đ ổ i.
Tuy nhiên, nh ữ ng công th ứ c t ươ ng t ự r ấ t khó s ử d ụ ng trong th ự c t ế , vì ở đ ây
đ òi h ỏ i th ự c hi ệ n nh ữ ng quan tr ắ c gra đ ien. Vì v ậ y trong d ự b áo bi ể n s ử d ụ ng
nh ữ ng ph ư ơ ng pháp gián ti ế p tính s ự ả nh h ư ở ng c ủ a p hân b ố đ ộ ẩ m lên t ố c đ ộ b ố c
h ơ i. N. A . Belinski đ ã xác l ậ p m ố i ph ụ t hu ộ c c ủ a l ượ ng mây v ớ i đ ộ ẩ m v à c ườ ng
đ ộ h o ạ t đ ộ ng xoáy thu ậ n và xoáy ngh ị ch :
12 4 10 e − D
N= + 0,05 I , (4.12)
0, 4 D + 4
trong đ ó N − l ượ ng mây tính b ằ ng c ấ p, e − độ ẩ m tuy ệ t đ ố i c ủ a không khí tính
b ằ ng m i liba, D − độ h ụ t ẩ m c ủ a k hông khí tính b ằ n g miliba, I − c ườ ng đ ộ h o ạ t
đ ộ ng xoáy thu ậ n và xoáy ngh ị ch tính b ằ ng mi liba.
Ph ươ ng trình (4.12) nh ậ n đ ượ c theo tài li ệ u quan tr ắ c l ượ ng mây, đ ộ ẩ m và
c ườ ng đ ộ xoá y t hu ậ n và xoáy ngh ị ch trên l ụ c đ ị a. Ph ươ ng trình này c ũ ng có th ể s ử
d ụ ng đ ể t ính l ượ ng h ụ t ẩ m n ế u bi ế t các giá tr ị c ủ a các y ế u t ố k hác trong ph ươ ng
trình. Trong tr ườ ng h ợ p này ph ươ ng trình có d ạ ng
12 4 10e − 4 N + 0,2 I
D= , (4.13)
1 + 0,4 N − 0,2 I 4
L ượ ng h ụ t ẩ m tính theo công th ứ c (4.13) khác v ớ i l ượ ng h ụ t ẩ m ở l ớ p không
khí d ướ i tính tr ự c ti ế p theo nhi ệ t đ ộ v à đ ộ ẩ m không khí. Công th ứ c (4.13) đ ã d ẫ n
ở t rên đ ượ c xây d ự ng theo quan tr ắ c l ượ ng mây và đ ộ ẩ m không khí trên l ụ c đ ị a, vì
v ậ y nh ữ ng tr ị s ố c ủ a các h ệ s ố t rong đ ó t ươ ng ứ ng v ớ i s ự p hân b ố t rung bình c ủ a
độ ẩ m trên l ụ c đ ị a. Do đ ó l ượ ng h ụ t ẩ m t rên bi ể n tính theo công th ứ c (4.13) th ườ ng
là cao h ơ n so v ớ i th ự c t ế . T ỷ s ố g i ữ a l ượ ng h ụ t ẩ m D c t ính theo quan tr ắ c nhi ệ t đ ộ
k hông khí và đ ộ ẩ m trên tàu và l ượ ng h ụ t đ ộ ẩ m v1 − m/s t ính theo công th ứ c (4.13)
s ẽ đ ặ c tr ư ng cho s ự k hác bi ệ t trong phân b ố đ ộ ẩ m trên bi ể n và l ụ c đ ị a theo chi ề u
th ẳ ng đ ứ ng. Khi đ ó công th ứ c tính m ấ t nhi ệ t cho b ố c h ơ i có th ể v i ế t d ướ i d ạ ng
Dc
Qe = A ( E − e )v . ( 4.1 4)
D
ở đ ây A − h ệ s ố k hông đ ổ i, b ằ ng 7,1.
55
- O . I. Serem echevskaia [17] đ ã tính t ớ i ả nh h ư ở ng c ủ a phân t ầ ng lên s ự b ố c
h ơ i và trao đ ổ i nhi ệ t theo m ộ t cách khác, dùng h i ệ u nhi ệ t đ ộ n ướ c và không khí
làm ch ỉ t iêu phân t ầ ng. D ự a trên nh ữ ng k ế t lu ậ n c ủ a lý thuy ế t xáo tr ộ n r ố i c ủ a A.
C. Mon hi n và A. M. Obukhov, tác gi ả n ày đ ã nh ậ n đ ượ c công th ứ c đ ơ n gi ả n hoá
tính b ố c h ơ i và trao đ ổ i nhi ệ t cho phép tính t ớ i ả nh h ưở ng c ủ a phân t ầ ng nhi ệ t đ ộ
l ên c ườ ng đ ộ t rao đ ổ i th eo s ố l i ệ u quan tr ắ c thông th ườ ng trên tàu. Trên c ơ s ở s ố
l i ệ u quan tr ắ c gra đ ien đ ã thi ế t l ậ p nh ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c c ủ a gra đ ien t ố c đ ộ g ió,
nhi ệ t đ ộ k hông khí và l ượ ng h ụ t đ ộ ẩ m vào hi ệ u nhi ệ t đ ộ k hông khí và n ướ c:
[ ]
v z − v1 = f v z , (t a z − t w ) , (4.15)
= f [lg z, (t ]
t a z − t a1 − tw ) , (4.16)
az
= f [lg z, (t )] .
D z − D1 − t a1 (4.17)
az
ở đ ây z − đ ộ c ao qu an tr ắ c nhi ệ t đ ộ k hông khí, t ố c đ ộ g ió và đ ộ ẩ m, v z v à v1 − t ố c
độ g i ó t ạ i m ự c z v à 1 mét, t a z và t a1 − nhi ệ t đ ộ t ạ i các m ự c đ ó, Dz v à D1 − l ượ ng
h ụ t ẩ m.
T ố c độ b ố c h ơ i (W ) t ính theo ph ươ ng trình khu ế ch tán r ố i
ds
W = ρk , (4.18)
dz
ds
trong đ ó ρ − m ậ t đ ộ khô n g khí, k − h ệ s ố r ố i, − g ra đ ien th ẳ ng đ ứ ng c ủ a đ ộ ẩ m
dz
ds
ri êng. Nh ữ ng tr ị s ố c ủ a k v à đ ượ c tính theo nh ữ ng công th ứ c r út ra t ừ l ý thuy ế t
dz
xáo tr ộ n r ố i c ó tính t ớ i nh ữ ng bi ể u t h ứ c (4.15) − (4.1 7). K ế t qu ả l à nh ậ n đ ượ c nh ữ ng
côn g th ứ c tính t ố c đ ộ b ố c h ơ i và tra o đ ổ i nhi ệ t r ố i d ướ i d ạ ng
W = 7,6v1 D1 , (4.19)
Qt , 0 = 0,22v1 (t a1 − t w ) , (4.20)
trong đ ó W t ính b ằ ng mm/tháng, v1 − m/s , D1 − mm , Qt ,0 − Kcal/cm2 . tháng.
Các cô ng th ứ c (4.19) và (4.20) cho phép trong khi xác đị nh t ố c đ ộ b ố c h ơ i và
trao đ ổ i nhi ệ t đ ã tính t ớ i ả nh h ưở ng c ủ a phân t ầ ng m ộ t c ách g ầ n đ úng.
4.2.3. Phương pháp đơn giản tính cân bằng nhiệt
Để t ính các thành ph ầ n cân b ằ ng nhi ệ t m ặ t bi ể n theo nh ữ ng công th ứ c đ ã d ẫ n
trên đ ây c ầ n có các s ố l i ệ u v ề n hi ệ t đ ộ n ướ c và không khí, đ ộ ẩ m không k hí, t ố c đ ộ
g ió và l ượ ng mây. V ớ i nh ữ ng vùng kh ơ i c ủ a bi ể n và đạ i d ươ ng không ph ả i bao gi ờ
c ũ ng có nh ữ ng thông tin v ề n h ữ ng y ế u t ố k hí t ư ợ ng này. Còn v ề d ự b áo thì trong
s ố t ấ t c ả c ác y ế u t ố k ể t rên ch ỉ c ó nhi ệ t đ ộ k hông khí là d ự b áo đ ư ợ c t ươ ng đ ố i tin
c ậ y ở m ứ c đ ộ n ào đ ó. Vì v ậ y ở T rung tâm Khí t ượ ng Th ủ y v ă n Liên Xô đ ã xây
d ự ng nh ữ ng ph ươ ng pháp đ ơ n gi ả n tính cân b ằ ng nhi ệ t cho nh ữ ng tr ườ ng h ợ p thi ế u
thông tin.
56
- T rong m ùa l ạ nh ở n h ữ ng v ĩ đ ộ t rung bình s ự m ấ t nhi ệ t th ườ ng x ả y ra h ơ n so
v ớ i s ự t hu nhi ệ t. Nh ữ ng nghiên c ứ u đ ã cho th ấ y r ằ ng l ượ ng m ấ t nhi ệ t do b ố c h ơ i,
trao đ ổ i nhi ệ t r ố i và phát x ạ h i ệ u d ụ ng có th ể t ính theo hi ệ u các nhi ệ t đ ộ n ướ c và
không khí, vì t ừ ng thành ph ầ n trong s ố c ác thành ph ầ n này ở m ứ c đ ộ n ào đ ó đ ề u
ph ụ t h u ộ c vào đ ạ i l ượ ng t w − t a . D ạ ng t ổ ng quát c ủ a nh ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c là
Q = a(t w − t a ) + b , (4.21)
trong đ ó Q − l ượ ng m ấ t nhi ệ t t ổ ng c ộ ng, a v à b − n h ữ ng h ệ s ố p h ụ t hu ộ c đ i ề u ki ệ n
đ ị a ph ươ ng.
Ia. A. Chiutnhev đ ã d ề x u ấ t côn g th ứ c t ổ ng quát đ ể t ính dòng nhi ệ t
(cal/cm 2 . ngày) dùng cho th ờ i gian b ấ t k ỳ t rong n ă m v à nh ữ ng đ i ề u ki ệ n đ ị a lý khác
nhau d ạ ng
Q = (4,3E + 26)(t a − t w ) + 0,03Q⊕N ) − 182 ,
(
(4.2 2)
trong đ ó E − s ứ c tr ươ ng h ơ i n ướ c c ự c đ ạ i (miliba) tính theo nhi ệ t đ ộ k hông khí,
Q⊕N ) − b ứ c x ạ m ặ t tr ờ i đ ượ c h ấ p th ụ .
(
Trong s ố h ạ ng đ ầ u tiên c ủ a công th ứ c (4.22) có m ặ t nh i ệ t đ ộ v à đ ộ ẩ m không
khí và nhi ệ t đ ộ n ướ c. Nó cho phép tính t ớ i quá trình b ố c h ơ i và trao đ ổ i nhi ệ t. S ố
h ạ ng th ứ h ai ch ứ a b ứ c x ạ h ấ p th ụ , do đ ó đ ặ c tr ư ng cho dòng nhi ệ t đ ế n t ừ m ặ t tr ờ i,
c òn s ố h ạ ng th ứ b a đ ặ c tr ư ng g ầ n đ ún g cho giá tr ị t rng bình c ủ a phát x ạ s óng dài.
O. I. S eremechevskaia đ ã xét kh ả n ă ng d ự b áo ng ắ n h ạ n các dòng nhi ệ t qua
m ặ t đ ạ i d ươ ng ph ụ t hu ộ c vào hoàn l ư u khí quy ể n. Nh ữ ng bi ế n đ ổ i m ạ nh nh ấ t c ủ a
các thành ph ầ n cân b ằ ng nhi ệ t m ặ t đ ạ i d ươ ng quan tr ắ c th ấ y nh ữ ng khi thay đ ổ i
h ướ ng c ủ a các dòng không khí. Do h ệ q u ả c ủ a s ự d i chuy ể n các kh ố i không khí v ớ i
nh ữ n g tính ch ấ t khác nhau di ễ n ra nh ữ ng bi ế n đ ổ i v ề c ườ ng đ ộ t rao đ ổ i r ố i và b ứ c
x ạ . N h ữ ng bi ế n đ ổ i c ủ a các đ ạ i l ượ ng m ấ tnhi ệ t cho b ố c h ơ i, l ượ ng nhi ệ t thu khi
ng ư ng k ế t h ơ i n ướ c và trao đ ổ i nhi ệ t r ố i c ủ a đ ạ i d ươ ng và khí quy ể n ch ủ y ế u b ị
q uy đ ị nh b ở i nh ữ ng dao đ ộ ng c ủ a nhi ệ t đ ộ k hông khí, đ ộ ẩ m và t ố c đ ộ g ió, nh ữ ng
y ế u t ố n ày v ề p h ầ n mình ph ụ t hu ộ c vào nh ữ ng tính ch ấ t c ủ a các kh ố i không khí.
Nh ữ ng bi ế n đ ổ i ng ắ n h ạ n c ủ a các thàn h ph ầ n cân b ằ ng b ứ c x ạ c ũ ng b ị q uy ế t
đ ị nh ch ủ y ế u b ở i các nhân t ố k hí t ượ ng. ả nh h ưở ng c ủ a các nhân t ố t hiên v ă n ( độ
c ao m ặ t tr ờ i, đ ộ x ích v ĩ , đ ộ d ài ngày) đ ế n b ứ c x ạ m ặ t tr ờ i t ổ ng c ộ ng nh ỏ h ơ n nhi ề u
so v ớ i ả nh h ưở ng c ủ a l ượ ng m ây. Còn bi ế n đ ổ i c ủ a l ượ ng và d ạ ng mây liên qu an
khá c h ặ t ch ẽ v ớ i h ướ ng và c ườ ng đ ộ c ủ a các dòng không khí.
Nh ữ ng m ố i liên h ệ p hát hi ệ n đ ượ c gi ữ a các thành ph ầ n cân b ằ ng nhi ệ t và các
đ ặ c tr ư ng c ủ a các tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n cho phép k ế t lu ậ n v ề k h ả n ă ng d ự b áo
các dòng nhi ệ t qua m ặ t đ ạ i d ươ ng theo tr ườ ng khí áp đ ã cho. H ơ n n ữ a th ấ y r ằ ng
nh ữ ng m ố i liên h ệ đ ồ ng th ờ i gi ữ a các dòng nhi ệ t qu a m ặ t đ ạ i d ươ n g và các đ ặ c
tr ư ng t r ườ ng khí áp th ườ ng kém ch ặ t ch ẽ s o v ớ i nh ữ ng m ố i liên h ệ v ớ i đ ộ t r ễ m ộ t
ngày đ êm. Đ i ề u này càng kh ẳ ng đ ị nh kh ả n ă ng d ự b áo ng ắ n h ạ n các dòng nhi ệ t qua
m ặ t đ ạ i d ươ ng theo tr ườ ng khí áp.
57
- 4.3. TÍNH TOÁN SỰ BIẾN TÍNH CỦA KHÔNG KHÍ TRÊN BIỂN
Ở n h ữ ng vùng bi ể n kh ơ i và đ ạ i d ươ ng không ph ả i luôn luôn có d ữ l i ệ u v ề
n hi ệ t độ k hông khí, đ ể x ác đ ị nh đ ạ i l ượ ng này c ầ n s ử d ụ ng nh ữ ng ph ươ ng pháp
tính toán.
Khi kh ố i không khí chuy ể n đ ộ ng trên m ặ t n ướ c, do quá trình trao đ ổ i nhi ệ t và
ẩ m g i ữ a hai môi tr ườ ng, nh ữ ng tính ch ấ t c ủ a kh ố i không khí b ị b i ế n đ ổ i, quá trình
này g ọ i là s ự b i ế n tính không khí. Quá trình bi ế n tính ch ị u ả nh h ưở ng c ủ a nhi ề u
nhân t ố : nh i ệ t đ ộ k hông khí, nhi ệ t đ ộ m ặ t đ ệ m, t ố c đ ộ c huy ể n đ ộ ng c ủ a dòng không
khí, dòng nhi ệ t qu a m ặ t phân cách n ướ c - không khí... Tính toán bi ế n tính không
khí trên bi ể n r ấ t c ầ n thi ế t khi gi ả i bài toán d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c ở b i ể n kh ơ i.
Trong các công trình c ủ a I. A. Kibel, E. N. Blinova, E. M. Đ obr ư shman, M.
E. Berlian đ v à các nhà nghiên c ứ u khác đ ã đ ề x u ấ t nh ữ ng s ơ đ ồ l ý thuy ế t đ ể t ính
toán bi ế n tính không khí. Tuy nhiên không ph ả i luôn luôn có đ ủ d ữ l i ệ u xu ấ t phát
đ ể s ử d ụ ng nh ữ ng s ơ đ ồ n ày khi tính toán đ ố i v ớ i bi ế n tính không khí trên bi ể n và
trong d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c ở T rung tâm k hí t ượ ng th ủ y v ă n Liên Xô đ ã xây d ự ng
nh ữ ng ph ươ ng pháp đ ơ n gi ả n hoá tính toán quá trình này.
M ứ c đ ộ b i ế n tính c ủ a không khí khi chuy ể n đ ộ ng trên bi ể n ph ụ t hu ộ c vào hi ệ u
nhi ệ t đ ộ n ướ c và không khí và t ố c đ ộ d i chuy ể n không khí. S ự b i ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ
k hông khí trong khi chuy ể n đ ộ ng trên bi ể n s ẽ c àng l ớ n n ế u hi ệ u nhi ệ t đ ộ k hông khí
v à m ặ t đ ệ m (n ướ c) càng l ớ n. T ố c đ ộ c ủ a dòng không khí ả nh h ưở ng hai chi ề u: m ộ t
m ặ t t ố c đ ộ d i chuy ể n càng l ớ n thì c ườ ng đ ộ x áo tr ộ n r ố i càng l ớ n và nhi ệ t đ ộ
k hông khí càng bi ế n đ ổ i m ạ nh, m ặ t khác n ế u không khí càng di chuy ể n ch ậ m thì
không khí càng ch ị u ả nh h ưở ng nhi ề u h ơ n t ừ p hía m ặ t n ướ c.
Bi ế n đ ổ i c ủ a nhi ệ t đ ộ k hông khí do bi ế n tính có th ể ư ớ c l ượ ng g ầ n đ úng theo
côn g th ứ c
Δt a = f [(t a − t w )τ ],
trong đ ó Δt a − h i ệ u gi ữ a nhi ệ t đ ộ k hông khí ở đ i ể m đ ầ u và ở đ i ể m c ầ n tính, t w –
n hi ệ t đ ộ n ướ c trên đ ườ ng di chuy ể n không khí, τ − t h ờ i gian kh ố i không khí di
chuy ể n trên bi ể n.
Th ờ i gian τ đ ượ c xác đ ị nh nh ư s au
S
τ= ,
v
v ớ i S − q uãng đ ườ ng di chuy ể n c ủ a không kí trên bi ể n, v − t ố c đ ộ g ió.
Đ ể t ính t ố c đ ộ d òng không khí trên bi ể n N. A. Belinski đ ề n gh ị s ử d ụ ng các
b ả n đ ồ h àm dòng ψ t rên đ ó v ẽ c ác đ ườ ng đ ẳ n g tr ị ψ = const . Kho ả ng các h gi ữ a các
đ ườ ng dòng liên quan v ớ i t ố c đ ộ d òng: t ố c đ ộ dòng càng l ớ n thì các đ ườ ng dòng
càng dày xít nhau. H ướ ng c ủ a v ậ n t ố c trùng v ớ i ti ế p tuy ế n đ ườ ng c ong t ạ i m ỗ i
đ i ể m.
58
- Đ ể x ây d ự ng b ả n đ ồ d ườ ng dòng c ầ n s ử d ụ ng s ố l i ệ u v ề á p s u ấ t khí quy ể n. T ạ i
nh ữ ng đ i ể m nút l ư ớ i các ô hình vuông ghi l ấ y tr ị s ố á p su ấ t và tính hi ệ u áp su ấ t
cho t ừ ng c ặ p đ i ể m li ề n nhau. Sau đ ó đ ố i v ớ i m ỗ i c ạ nh c ủ a ô vuông tính hình chi ế u
c ủ a gió đ ị a chuy ể n theo công th ứ c
α Δp
v= , (4.23)
sin ϕ ΔS
trong đ ó v − t ố c đ ộ g ió đ ị a chuy ể n, ϕ − v ĩ đ ộ đ ị a đ i ể m, Δp / ΔS − gra đ ien ngang c ủ a
áp su ấ t, α − h ệ s ố .
Sau đ ó m ỗ i c ạ nh ô vuông đ ượ c chia thành nh ữ ng đ o ạ n nh ỏ , s ố đ o ạ n t ỷ l ệ v ớ i
giá tr ị t ố c đ ộ đ ã tính đ ượ c. N ố i các v ạ ch chia đ o ạ n b ằ ng nh ữ ng đ ườ ng c ong, đ ó s ẽ
là nh ữ ng đ ườ ng dòng. Đ ộ d ày xít c ủ a các đ ườ ng s ẽ p h ả n ánh t ố c đ ộ d òng, còn
h ướ ng dòng xác đ ị nh theo quy t ắ c: n ế u nhìn theo h ướ ng dòng thì bên trái ng ườ i
quan sát s ẽ là áp su ấ t th ấ p, bên ph ả i - áp su ấ t cao.
Trong th ự c t ế n g ườ i ta xác đ ị nh t ố c đ ộ d òng nh ư s au: tìm giá tr ị c ủ a m ộ t đ o ạ n
chia (m/s) sau đ ó xác đ ị nh t ố c đ ộ t heo s ố đ ườ ng dòng trong m ộ t đ ơ n v ị đ ộ d ai (thí
d ụ 1 c m).
Đ ố i v ớ i nh ữ ng vùng g ầ n b ờ , đ ặ c bi ệ t g ầ n nh ữ ng bán đ ả o du ỗ i dài, công th ứ c
gió đ ị a chuy ể n c ầ n đ ượ c b ổ s ung m ộ t s ố h ạ ng tính t ớ i s ự t ươ ng ph ả n nhi ệ t đ ộ m ặ t
l ụ c đ ị a v à m ặ t n ướ c k ế c ậ n. Công th ứ c đ ầ y đ ủ c ó d ạ ng
α Δp Δt
+β
v= , (4.24)
sin ϕ ΔS ΔS
Δt
trong đ ó β − h ệ s ố , − g ra đ ien nhi ệ t đ ộ k hông khí.
ΔS
59
nguon tai.lieu . vn
