- Trang Chủ
- Địa Lý
- Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian - Chương 7
Xem mẫu
- cho ®Õn tËn ngμy nay. Cã lÏ, ®iÒu nμy lμ do c¸c m« h×nh nμy cho nh÷ng KÕt côc, chØ cã ®èi s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n víi d÷ liÖu quan
kÕt qu¶ tho¶ m·n nhu cÇu cña c¸c nhμ thùc hμnh vμ ngoμi ra, chóng cã tr¾c thùc ®Þa lμ tiªu chÝ kh¸ch quan vÒ ®é chÝnh x¸c tÝnh c¸c
tèc ®é ch¹y nhanh so víi nh÷ng m« h×nh sãng giã hiÖn ®¹i h¬n thuéc thÕ yÕu tè sãng giã vμ chÊt l−îng m« h×nh.
hÖ ba vμ bèn [365].
Sù phøc t¹p khi so s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh m« h×nh víi d÷
Trong c«ng nghÖ tÝnh to¸n chung sÏ xem xÐt sau ®©y, chóng t«i liÖu thùc ®Þa liªn quan tíi mét lo¹t vÊn ®Ò. §Ó thùc hiÖn tÝnh
sö dông m« h×nh phæ tham sè. M« h×nh nμy, mét mÆt do nã sö dông
to¸n cÇn th«ng tin xuÊt ph¸t tin c©yk vÒ tr¹ng th¸i khÝ quyÓn
phÐp tham sè hãa qu¸ tr×nh vËn chuyÓn n¨ng l−îng phi tuyÕn yÕu
trong líp biªn s¸t ®Êt, bao gåm khÝ ¸p, tèc ®é giã, nhiÖt ®é n−íc
trong phæ sãng, nªn nã thuéc lo¹i c¸c m« h×nh hoμn thiÖn thÕ hÖ hai,
vμ kh«ng khÝ. Ngoμi ra, cÇn nh÷ng sè liÖu quan tr¾c vÒ giã vμ
nh−ng mÆt kh¸c, v× trong nã tÝnh ®Õn sù t−¬ng t¸c sãng víi líp biªn
sãng. HiÖn nay ®· cã nh÷ng m¶ng d÷ liÖu quan tr¾c kh¸ lín vÒ
khÝ quyÓn, nªn cã thÓ xÕp vμo lo¹i m« h×nh sãng giã thÕ hÖ bèn. Nh−
tr¹ng th¸i biÓn do ®éi hoa tiªu quan tr¾c b»ng m¾t tõ tÇu. Tuy
sau ®©y sÏ cho thÊy, mÆc dï kh¸ ®¬n gi¶n, m« h×nh phæ tham sè ®−a
nhiªn, nh÷ng d÷ liÖu nμy cung cÊp mét −íc l−îng qu¸ th«, khã
ra c¸c kÕt qu¶ kh¸ tin cËy, h¬n n÷a vËn hμnh nhanh, cã thÓ sö dông
cã thÓ dïng ®Ó kiÓm tra c¸c m« h×nh to¸n. ë ®©y chØ nªn sö
thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n nghiÖp vô trong thêi gian thùc vμ ®Ó gi¶i
dông c¸c sè liÖu quan tr¾c m¸y. §¸ng tiÕc, vÊn ®Ò thu nhËn c¸c
quyÕt c¸c bμi to¸n cã tÝnh chÊt khÝ hËu cÇn tÝnh to¸n liªn tôc tr−êng
sè liÖu quan tr¾c m¸y th−êng vÉn cßn bá ngá.
sãng giã trong nhiÒu thËp nªn.
Tõ n¨m 1994, ë ViÖn nghiªn cøu Khoa häc B¾c Cùc vμ Nam
Cùc (ААНИИ) ®· xuÊt hiÖn kh¶ n¨ng hiÖn thùc sö dông c¸c d÷
liÖu quan tr¾c ®å sé thùc hiÖn b»ng m¸y trªn c¸c dμn khoan
thuéc c¸c vïng biÓn Nauy, Greenland vμ B¾c H¶i. VÞ trÝ ®Þa lý
Ch−¬ng 7
cña c¸c dμn nμy ®−îc chØ ra trªn h×nh 7.1. C¸c sè liÖu ®Òu ®Æn
nh÷ng vÊn ®Ò dù b¸o nghiÖp vô giã vμ nhËp vÒ trung t©m ®iÖn tÝn cña ААНИИ theo c¸c kªnh trao ®æi
quèc tÕ (m· "Ship"). §iÒu nμy t¹o c¬ héi ®Ó kiÓm tra ®é chÝnh
sãng theo c¸c tr−êng khÝ ¸p
x¸c dù b¸o giã mÆt ®Êt vμ sãng do viÖn ®Òu ®Æn ph¸t hμnh cho
c¸c vïng biÓn thuéc B¾c B¨ng D−¬ng vμ B¾c §¹i T©y D−¬ng.
C¸c dù b¸o thùc hiÖn theo mét hÖ ph−¬ng ph¸p dùa trªn sö
7.1. Tæng quan vÊn ®Ò dông m« h×nh phæ tham sè [43, 99, 171, 185]. Th«ng tin xuÊt
ph¸t lμ c¸c dù b¸o khÝ ¸p truyÒn tíi tõ Trung t©m Ch©u ¢u Dù
Môc ®Ých cuèi cïng x©y dùng c¸c m« h×nh sãng giã lμ sö
b¸o Trung h¹n (ECMWF). §Ó thùc hiÖn nhiÖm vô ®Æt ra, tr−íc
dông chóng trong tÝnh to¸n chÈn ®o¸n vμ dù b¸o thùc tÕ. VÊn
hÕt ph¶i tæ chøc c«ng t¸c thu nhËn vμ tÝch luü th«ng tin quan
®Ò sö dông thùc tÕ c¸c m« h×nh tá ra phøc t¹p h¬n, bëi v× tïy
tr¾c mét c¸ch tin cËy, tiÕn hμnh ph©n lo¹i vμ ph©n tÝch, lo¹i bá
thuéc kh«ng chØ vμo b¶n th©n c¸c m« h×nh, mμ cßn vμo chÊt
khiÕm khuyÕt, s¾p xÕp t−¬ng øng gi÷a c¸c d÷ liÖu tÝnh to¸n vμ
l−îng th«ng tin xuÊt ph¸t, ®ã lμ tr−êng giã hay khÝ ¸p mÆt ®Êt.
429 430
- tin khÝ ¸p mÆt ®Êt truyÒn tõ ECMWF theo m· GRID ®−îc thÓ
d÷ liÖu quan tr¾c theo thêi gian vμ kh«ng gian.
hiÖn t¹i c¸c nót cña vïng l−íi ®Òu täa ®é cÇu vμ ®−îc truyÒn
VÊn ®Ò ®¸nh gi¸ ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n giã vμ sãng thËm
víi kho¶ng gi¸n ®o¹n thêi gian nhÊt ®Þnh. T¹i ААНИИ th«ng
chÝ khi cã c¸c sè liÖu quan tr¾c vÉn ch−a ph¶i lμ vÊn ®Ò tÇm
tin ®−îc thÓ hiÖn trªn l−íi 5 5o mét lÇn trong 24 giê, ®iÒu nμy
th−êng. N¶y sinh nh÷ng vÊn ®Ò vÒ chÊt l−îng vμ tÝnh ®¹i diÖn
hiÓn nhiªn lμ kh«ng ®ñ. V× vËy n¶y sinh yªu cÇu néi suy
cña sè liÖu quan tr¾c thùc hiÖn trªn c¸c dμn vμ phao quan tr¾c,
nh÷ng gi¸ trÞ nμy c¶ theo thêi gian lÉn theo kh«ng gian. Sai sè
bëi v× thiÕu th«ng tin vÒ ph©n thang vμ chuÈn ®é c¸c dông cô
néi suy ®−¬ng nhiªn còng gãp phÇn vμo tæng sai sè chung cña
quan tr¾c ®èi víi c¸c cÊp tèc ®é, h−íng giã vμ ®é cao sãng. MÆc
c¸c tÝnh to¸n tiÕp theo.
dï nh÷ng d÷ liÖu nμy ®−îc truyÒn theo c¸c kªnh trao ®æi quèc
tÕ, vÊn ®Ò vÒ ®é chÝnh x¸c cña chóng vÉn cßn lμ vÊn ®Ò bá ngá. Nguån sai sè thø ba n¶y sinh tõ ph−¬ng ph¸p tÝnh giã
Ph¶i nhËn xÐt r»ng tèc ®é giã vμ ®é cao sãng ®−îc truyÒn víi ®é gra®ien, sau ®ã lμ giã mÆt ®Êt. Nh− ®· biÕt, ®Ó tÝnh ®óng giã
chÝnh x¸c ®Õn nöa mÐt, ®iÒu ®ã lu«n ¶nh h−ëng tíi ®é chÝnh x¸c mÆt ®Êt ph¶i gi¶i bμi to¸n líp biªn khÝ quyÓn vμ cÇn th«ng tin
cña nh÷ng −íc l−îng cña chóng t«i. MÆt kh¸c c¸c quan tr¾c vÒ tr¹ng th¸i khÝ quyÓn trªn c¸c tÇng kh¸c nhau. Trong thùc tÕ,
thùc hiÖn trªn nh÷ng dμn ®o cã täa ®é kh«ng trïng víi c¸c nót chóng ta th−êng chØ cã th«ng tin trªn mét tÇng. V× thiÕu th«ng
tin buéc chóng ta ph¶i sö dông nh÷ng ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n
trªn l−íi tÝnh cña m« h×nh. ë ®©y ph¶i néi suy c¸c kÕt qu¶ tÝnh
hãa tÝnh giã mÆt ®Êt ch−a th©u tãm ®−îc mét lo¹t nh÷ng nh©n
cho c¸c ®iÓm quan tr¾c, ®iÒu ®ã còng dÉn tíi nh÷ng sai sè bæ
tè quan träng.
sung. Nh− vËy kh«ng thÓ kú väng vÒ ®é chÝnh x¸c cao khi ®¸nh
gi¸ chÊt l−îng c¸c tÝnh to¸n cña chóng t«i. Nguån sai sè cuèi cïng lμ b¶n th©n ph−¬ng ph¸p tÝnh c¸c
yÕu tè sãng. VÊn ®Ò nμy bá ngá cho ®Õn tËn ngμy nay. Nguån sai
Cßn vÒ ®é chÝnh x¸c cña b¶n th©n c¸c tÝnh to¸n sãng, Ýt nhÊt
sè nμy phô thuéc vμo mét lo¹t c¸c nh©n tè bao gåm c¶ c¸c
tån t¹i mét sè nguån sai sè. Tr−íc hÕt, ®ã lμ ®é chÝnh x¸c cña
ph−¬ng diÖn vËt lý cña vÊn ®Ò m« h×nh hãa to¸n häc sãng giã
th«ng tin xuÊt ph¸t vÒ ¸p suÊt khÝ quyÓn mÆt ®Êt ®−îc tÝnh to¸n
lÉn nhøng vÊn ®Ò hiÖn thùc hãa b»ng sè c¸c ph−¬ng tr×nh ®¹o
ë ECMWF. Nh÷ng sai sè kh«ng lín khi tÝnh khÝ ¸p mÆt ®Êt cã thÓ
hμm riªng m« t¶ sù tiÕn triÓn cña mËt ®é phæ sãng giã.
dÉn tíi nh÷ng sai sè ®¸ng kÓ khi tÝnh giã vμ sãng. ThÝ dô, sai sè
tÝnh khÝ ¸p ~0,1% cã thÓ dÉn ®Õn sai sè tÝnh tèc ®é giã 10% (®èi Nh− vËy, chÊt l−îng so s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña
víi giã 10 m/s), vμ g©y sai sè tÝnh ®é cao sãng giã 20%, cßn sai sè chóng ta víi d÷ liÖu quan tr¾c phô thuéc vμo nhiÒu nh©n tè. Sai
tÝnh khÝ ¸p ~0,2% g©y sai sè tèc ®é giã 20% vμ sai sè tÝnh ®é cao sè cuèi cïng phô thuéc vμo nhiÒu nguyªn nh©n sÏ ®−îc kh¶o s¸t
sãng giã 50%. V× vËy ®éc lËp ®¸nh gi¸ chÊt l−îng c¸c dù b¸o khÝ tiÕp d−íi ®©y.
¸p mÆt ®Êt cña ECMWF dïng phæ biÕn trong c¸c ph−¬ng ph¸p dù
b¸o còng lμ mét c«ng viÖc ®¸ng quan t©m.
Nguån sai sè thø hai khi sö dông th«ng tin khÝ ¸p mÆt ®Êt
lμ sai sè néi suy thêi gian vμ kh«ng gian. VÊn ®Ò ë chç th«ng
431 432
- 5 5o hÖ täa ®é ®Þa lý. §é gi¸n ®o¹n kh«ng gian vμ thêi gian nh−
vËy cung cÊp mét kh¸i niÖm chung vÒ tr¹ng th¸i tr−êng khÝ ¸p,
nh−ng tá ra kh¸ th« ®Ó thùc hiÖn tÝnh to¸n sãng biÓn. H¬n n÷a,
vÊn ®Ò vÒ ®é chÝnh x¸c cña b¶n th©n th«ng tin cung cÊp theo
®Þnh d¹ng ®· nªu cßn lμ vÊn ®Ò bá ngá.
Víi môc ®Ých −íc l−îng ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n tr−êng khÝ
¸p mÆt ®Êt cña ECMWF chóng t«i ®· sö dông mét chuçi tr−êng
khÝ ¸p mÆt ®Êt dμi 19 th¸ng trong thêi kú tõ 27/7/1994 ®Õn
27/12/1995. Nhê néi suy c¸c gi¸ trÞ khÝ ¸p tõ c¸c nót l−íi ®Òu
trªn mÆt cÇu ®· ®−îc suy vÒ c¸c ®iÓm cã täa ®é trïng víi vÞ trÝ
c¸c dμn khoan n¬i thùc hiÖn quan tr¾c. KÕt qu¶ so s¸nh c¸c gi¸
trÞ khÝ ¸p mÆt ®Êt ®o ®−îc trªn c¸c dμn khoan vμ c¸c sè liÖu
tÝnh to¸n cña ECMWF ®· suy vÒ ®iÓm ®o, víi thêi gian b¸o
tr−íc kh¸c nhau ®−îc biÓu diÔn trªn c¸c h×nh 7.2 a–d. C¸c trÞ sè
H×nh 7.1. VÞ trÝ c¸c dμn quan tr¾c cè ®Þnh
−íc l−îng thèng kª cña phÐp so s¸nh nμy dÉn trong b¶ng 7.1.
7.2. ®¸nh gi¸ ®é chÝnh x¸c dù b¸o khÝ ¸p mÆt ®Êt cña
B¶ng 7.1. C¸c −íc l−îng thèng kª so s¸nh kÕt qu¶ tÝnh khÝ ¸p mÆt ®Êt
Trung t©m Ch©u ¢u dù b¸o trung h¹n cña ECMWF víi quan tr¾c thùc ®Þa
Tr−íc khi ®¸nh gi¸ c¸c tÝnh to¸n giã vμ sãng, ph¶i ®¸nh gi¸ Thêi gian b¸o tr−íc cña dù b¸o, giê
chÊt l−îng vμ ®é tin cËy cña th«ng tin xuÊt ph¸t – khÝ ¸p mÆt ¦íc l−îng thèng kª 00
®Êt cña ECMWF ®−îc dïng trong c¸c m« h×nh tÝnh. §−îc biÕt, ë 24 48 72 96 120 144
(chÈn
®o¸n)
ECMWF c¸c tÝnh to¸n vμ dù b¸o tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt thùc
hiÖn theo m« h×nh phæ hoμn l−u khÝ quyÓn toμn cÇu, trong ®ã Sè tr−êng hîp 547 574 511 488 510 472 478
d÷ liÖu ban ®Çu lμ th«ng tin quan tr¾c vÒ c¸c tham sè khÝ quyÓn –0,14 –0,47 –0,68 –0,87 –0,95 –1,05 –1,64
Sai sè sè häc (BIAS)
vμ ®¹i d−¬ng tõ m¹ng l−íi quan tr¾c thêi tiÕt toμn thÕ giíi. B¶n Sai sè trung b×nh 0,81 1,26 2,36 3,40 6,30 6,48 7,74
th©n c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña ECMWF ®−îc chuyÓn tíi ng−êi ChØ sè t¶n m¹n, SI, % 0,12 0,16 0,30 0,45 0,85 0,84 1,01
dïng theo mét ®Þnh d¹ng tho¶ thuËn nhÊt ®Þnh. ThÝ dô, th«ng Sai sè b×nh ph−¬ng
1,19 1,62 3,07 4,57 8,42 8,42 10,15
tin vÒ tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt truyÒn vÒ ААНИИ ®−îc tiÕp nhËn trung b×nh (RMSE)
HÖ sè t−¬ng quan, r
nh− lμ th«ng tin chÈn ®o¸n còng nh− lμ th«ng tin dù b¸o cho 24, 0,99 0,99 0,97 0,92 0,83 0,78 0,68
48, 72, 96, 120 vμ 144 giê (®é gi¸n ®o¹n 24 giê) ë c¸c nót l−íi
433 434
- H×nh 7.2. So s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh khÝ ¸p mÆt ®Êt cña ECMWF víi quan tr¾c thùc ®Þa:
a) chÈn ®o¸n 00 giê; b) dù b¸o 48 giê; c) dù b¸o 96 giê; d) dù b¸o 144 giê; 1) 1 tr−êng hîp; 2) 2 tr−êng hîp; 3) 3 tr−êng hîp; 4) 4 tr−êng hîp
435 436
- Nh− ®· thÊy trªn h×nh 7.2 vμ b¶ng 7.1, khi thêi gian b¸o ®iÒu kiÖn ban ®Çu ®Ó thùc hiÖn tÝnh to¸n theo m« h×nh hoμn
tr−íc t¨ng th× c¸c sai sè tÝnh to¸n ®¬n ®iÖu t¨ng, hÖ sè t−¬ng l−u khÝ quyÓn.
quan gi¶m. DÊu trõ trong b¶ng cã nghÜa r»ng c¸c gi¸ trÞ tÝnh
to¸n cao h¬n so víi c¸c gi¸ trÞ ®o. 7.3. C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh giã mÆt ®Êt
Víi ba ngμy ®Çu chÊt l−îng cña c¸c tÝnh to¸n vμ dù b¸o gi¸ TÝnh giã gra®ien. VÊn ®Ò tÝnh giã mÆt ®Êt theo tr−êng ¸p
trÞ cña tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt kh¸ cao. B¾t ®Çu tõ ngμy thø t− suÊt ®· ®−îc xÐt trong nhiÒu c«ng tr×nh [20, 134, 149, 162, 171,
sai sè t¨ng ®¸ng kÓ, tíi c¸c ngμy thø s¸u, thø b¶y th× sai sè ®· 178, 182]. Ngμy nay thËm chÝ khã mμ tæng quan ®Çy ®ñ c¸c
lín ®Õn møc dù b¸o chØ cã thÓ cã ý nghÜa ®Þnh tÝnh chø kh«ng c«ng tr×nh vÒ ®Ò tμi nμy. Trong tr−êng hîp tæng qu¸t nhiÖm vô
ph¶i lμ ®Þnh l−îng n÷a. Sai sè dù b¸o tr−êng khÝ ¸p h¹n chÕ ®é nμy quy vÒ gi¶i bμi to¸n chuyÓn ®éng cña dßng kh«ng khÝ trong
chÝnh x¸c tÝnh giã vμ sãng. V× lý do ®ã kh«ng nªn kú väng mét líp biªn khÝ quyÓn d−íi t¸c ®éng cña gra®ien ¸p suÊt, lùc
chÊt l−îng cao cña dù b¸o giã vμ sãng cho c¸c ngμy thø s¸u – thø Coriolis, lùc ma s¸t (ph©n tö vμ rèi) vμ lùc hÊp dÉn träng
b¶y. tr−êng. NÕu cho r»ng c¸c chuyÓn ®éng ngang lín h¬n nhiÒu so
C¸c kÕt qu¶ so s¸nh ®· dÉn cßn chøng tá cã sù v−ît tréi cã víi chuyÓn ®éng th¼ng ®øng vμ kh«ng tÝnh ®Õn biÕn ®æi cña mËt
tÝnh chÊt hÖ thèng gi÷a gi¸ trÞ tÝnh to¸n khÝ ¸p mÆt ®Êt so víi ®é víi ®é cao trong líp biªn khÝ quyÓn, c¸c ph−¬ng tr×nh chuyÓn
gi¸ trÞ ®o, vμ nã t¨ng dÇn khi t¨ng thêi gian b¸o tr−íc cña dù ®éng ®−îc viÕt d−íi d¹ng:
b¸o (thùc vËy, víi ngμy ®Çu tiªn sai sè hÖ thèng b»ng –0,14 hPa, U 1
1 p
dU 1
2 z U 2 (k ); (7.1)
nh−ng víi ngμy thø b¶y –1,64 hPa). Tuy nhiªn, ph¶i nhËn thÊy x z z
dt
r»ng ®Ó ®¶m b¶o tÝnh chÝnh x¸c tèc ®é giã vμ t−¬ng øng lμ sãng
U 2
1 p
dU 2
2 zU 1 (k ); (7.2)
th× ®iÒu quan träng lμ ®é chÝnh x¸c tÝnh gra®ien ¸p suÊt, chø
y z z
dt
kh«ng ph¶i ®¬n thuÇn lμ gi¸ trÞ ¸p suÊt.
p
g a ,
Nh÷ng gi¸ trÞ so s¸nh tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt dÉn trªn ®©y (7.3)
z
mét mÆt chøng tá vÒ sù phï hîp kh¸ tèt víi sè liÖu quan tr¾c
trong ®ã U 1 , U 2 , U 3 vect¬ vËn tèc; p ¸p suÊt; z
U
cho vμi ba ngμy ®Çu, mÆt kh¸c còng chøng tá vÒ sai sè t−¬ng
thμnh phÇn vËn tèc gãc quay Tr¸i §Êt; k hÖ sè trao ®æi rèi;
®èi thÊp cña phÐp néi suy kh«ng gian sö dông trong c«ng tr×nh
a mËt ®é kh«ng khÝ.
nμy ®Ó quy c¸c gi¸ trÞ tr−êng ¸p suÊt vÒ c¸c ®iÓm quan tr¾c.
Cã lÏ, sù phï hîp tèt cho ngμy ®Çu còng do mét thùc tÕ lμ NhËn thÊy c¸c vÕ tr¸i cña nh÷ng ph−¬ng tr×nh (7.1) vμ (7.2)
nh÷ng sè liÖu ®o mμ chóng t«i dïng ®Ó so s¸nh, n»m kh¸ gän biÓu diÔn c¸c ®¹o hμm toμn phÇn theo thêi gian:
trªn mét diÖn tÝch h¹n chÕ (thñy vùc B¾c H¶i vμ phÇn nam c¸c
dU 1 U 1 U 1 U 1 U 1
U1 U2 U3 ; (7.4)
biÓn Nauy vμ Greenland), vμ chÝnh nh÷ng sè liÖu ®ã ®−îc
t x y z
dt
dïng ë ECMWF ë giai ®o¹n khai th¸c th«ng tin lμm nh÷ng
437 438
- dU 2 U 2 U 2 U 2 U 2 nhiÒu hÖ ph−¬ng ph¸p chuyÓn tõ giã gra®ien sang giã mÆt ®Êt
U1 U2 U3 . (7.5)
t x y z
dt [20, 134, 171, 182, 362]. ë ®©y kh«ng cã ý ®Þnh kh¸i qu¸t hãa,
chóng t«i chØ xem xÐt mét sè ph−¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt vμ thö
C¸c ph−¬ng tr×nh (7.1)–(7.5) cïng víi ph−¬ng tr×nh liªn tôc
x¸c ®Þnh mèi liªn hÖ gi÷a giã mÆt ®Êt ®o ®−îc trªn c¸c dμn quan
a ( aU 1 ) ( aU 2 ) ( aU 3 )
0 (7.6) tr¾c vμ gi¸ trÞ giã gra®ien tÝnh ®−îc theo tr−êng chÈn ®o¸n ¸p
t x y z
suÊt mÆt ®Êt.
lμ mét hÖ ph−¬ng tr×nh mμ nghiÖm cña nã x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña Trong tr−êng hîp tæng qu¸t tÝnh giã mÆt ®Êt cã thÓ th«ng
tèc ®é giã trong líp biªn khÝ quyÓn. Khã kh¨n chÝnh cña viÖc qua gi¶i bμi to¸n t−¬ng t¸c gi÷a mÆt n−íc vμ khÝ quyÓn trong
gi¶i hÖ nμy lμ tÝnh phi tuyÕn cña hÖ vμ hÖ sè trao ®æi rèi lμ hμm líp biªn. NghiÖm ®¬n gi¶n hãa cña bμi to¸n ®· nhËn ®−îc
ch−a biÕt tr−íc cña täa ®é th¼ng ®øng z . V× lý do ®ã bμi to¸n trong c«ng tr×nh quen thuéc cña Monhin – Kazanski [149]. Mèi
th−êng ®−îc ®¬n gi¶n hãa. §Çu tiªn x¸c ®Þnh giã gra®ien, sau liªn hÖ gi÷a giã gra®ien U g , tèc ®é ma s¸t U * vμ tham sè gå
®ã giã gra®ien ®−îc dÉn xuèng líp biªn s¸t mÆt n−íc.
ghÒ cã d¹ng
Víi tr−êng ¸p suÊt dõng, kh«ng cã lùc ma s¸t, tõ (7.1)–(7.3)
1
2 2
U g
U*
tèc ®é giã ®Þa chuyÓn U gstr ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc B () A 2 ();
ln
U f K Z 0
2
*
p
1 (7.9)
U gstr , (7.7)
( a f K ) n A U*
sin ,
Ug
p
ë ®©y f k 2 sin tham sè Coriolis;
gra®ien ngang cña
n ë ®©y A vμ B lμ c¸c hμm trong tr−êng hîp tæng qu¸t phô thuéc
khÝ ¸p. PhÐp chuyÓn sang giã gra®ien U g cho phÐp tÝnh ®Õn vμo ph©n tÇng khÝ quyÓn; tham sè ph©n tÇng; Z 0 tham sè
gå ghÒ; 0,4 h»ng sè Karman; gãc gi÷a h−íng giã
nh÷ng sè h¹ng phi tuyÕn trong (7.1)–(7.5) nhê tÝnh ®Õn lùc ly
t©m. §èi víi nh÷ng ®−êng ®¼ng ¸p víi b¸n kÝnh cong R ng−êi gra®ien vμ h−íng giã t¹i tÇng 10 mÐt.
ta x¸c ®Þnh gi¸ trÞ giã gra®ien theo c«ng thøc Tèc ®é giã trong phô líp biªn s¸t ®Êt t¹i ®é cao Z ®−îc x¸c
fK R
1/2
4U gstr ®Þnh theo c«ng thøc
1 .
Ug (7.8)
f U* Z
2
K ln .
UZ
(7.10)
Z0
NhËn thÊy r»ng trong c¸c tÝnh to¸n sè ®«i khi n¶y sÝnh khã
Khã kh¨n chñ yÕu khi dïng m« h×nh Monhin – Kazanski lμ
kh¨n trong viÖc x¸c ®Þnh ®óng b¸n kÝnh cong R cña c¸c ®−êng
ë chç x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè A vμ B , nh÷ng hÖ sè nμy lμ nh÷ng
®¼ng ¸p.
hμm cña tr¹ng th¸i ph©n tÇng khÝ quyÓn. Theo nh÷ng d÷ liÖu
C¸c hÖ ph−¬ng ph¸p tÝnh giã mÆt ®Êt. HiÖn nay cã
cña c«ng tr×nh [149], ®èi víi ph©n tÇng phiÕm ®Þnh cã thÓ chÊp
439 440
- nhËn A 4,5 , B 1,7 (theo sè liÖu cña S. S. Zilitinkevich, ®Õn biÕn thiªn cña ®é gå ghÒ tïy thuéc vμo tr¹ng th¸i mÆt biÓn.
1989). NhiÒu t¸c gi¶ ®· x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ cña c¸c hÖ sè nμy Nh− vËy m« h×nh cã cïng møc ®óng ®¾n nh− nhiÒu chØ dÉn
®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn ph©n tÇng kh¸c, nh−ng c¸c gi¸ trÞ nhËn kh¸c vÒ viÖc chuyÓn tõ giã gra®ien sang giã mÆt ®Êt, v× tÊt c¶
®−îc cßn rÊt kh¸c nhau. ®Òu chØ sö dông cïng mét th«ng tin: gi¸ trÞ giã gra®ien vμ hiÖu
nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ.
Khã kh¨n thø hai khi sö dông m« h×nh nμy lμ ë chç trong
phÇn lín tr−êng hîp tham sè gå ghÒ Z 0 vμ ph©n tÇng líp biªn Trong c«ng tr×nh cña V. I. Makova [134] trªn c¬ së ph©n
tÝch sè liÖu quan tr¾c ®· ®Ò xuÊt ph−¬ng ph¸p tÝnh giã mÆt ®Êt.
khÝ quyÓn s¸t ®Êt kh«ng x¸c ®Þnh. Tr−êng hîp may m¾n nhÊt lμ
XuÊt ph¸t tõ tèc ®é giã gra®ien U g vμ hÖ sè ph©n tÇng , tèc ®é
biÕt ®−îc nhiÖt ®é kh«ng khÝ t¹i mét tÇng cao vμ nhiÖt ®é n−íc
giã t¹i tÇng 10 m (U 10 ) ®−îc tÝnh theo mét b¶ng hÖ sè chuyÓn
líp mÆt ®¹i d−¬ng.
®æi K T : U 10 K T U g . Trong b¶ng cßn dÉn hiÖu chØnh cho
Trong c«ng tr×nh [362] c¸c tham sè trong m« h×nh Monhin –
Kazanski ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau. ChÊp nhËn tham sè gå ghÒ h−íng giã, tøc gãc lÖch cña vect¬ tèc ®é giã vÒ phÝa t©m xo¸y
Z 0 0,021 U * / g kh«ng phô thuéc vμo giai ®o¹n ph¸t triÓn
2
thuËn. V. I. §−mov sö dông néi suy tuyÕn tÝnh, ®· chÝnh x¸c
sãng, nh÷ng c«ng thøc sau ®©y ®−îc ®Ò xuÊt ®Ó tÝnh to¸n thùc hãa c¸c trÞ sè trung gian cña b¶ng I. V. Makova vμ ngo¹i suy c¸c
trÞ sè cho vïng ph©n tÇng 0,5 vμ 4 . TiÕp sau ®©y sÏ sö
tÕ c¸c hÖ sè A vμ B :
2,2 4,4 0 2,2; dông hÖ ph−¬ng ph¸p tÝnh giã mÆt ®Êt c¶i biªn theo kiÓu nh−
víi
vËy.
A 0 0; (7.11)
víi
6,6 2,2; So s¸nh sè liÖu ®o tèc ®é giã trªn c¸c dμn khoan cè
víi
®Þnh víi giã gra®ien. Th«ng tin khÝ t−îng thñy v¨n nhËn
1,35 0,6 0,75 6, U g 25 m/s;
víi
®−îc trªn c¸c dμn khoan ®−îc truyÒn theo c¸c kªnh trao ®æi
1,35 0,1U 3,1 0,75 6, U g 25 m/s;
víi
g
B quèc tÕ b»ng m· SHIP gåm khÝ ¸p, nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ,
6;
6 víi
tèc ®é giã quy vÒ ®é cao 10m trªn mùc biÓn. Dïng th«ng tin nμy
0,75 0,75,
víi vμ tr−êng chÈn ®o¸n khÝ ¸p mÆt ®Êt cña ECMWF trong 19
ë ®©y Ta Tw ; Ta nhiÖt ®é kh«ng khÝ t¹i ®é cao 10 m; Tw th¸ng, ta so s¸nh c¸c d÷ liÖu víi nhau vμ x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè
chuyÓn ®æi tõ giã gra®ien sang giã mÆt ®Êt.
nhiÖt ®é mÆt biÓn.
XuÊt ph¸t tõ c¸c tr−êng chÈn ®o¸n ¸p suÊt mÆt ®Êt cña
Sö dông c¸c tham sè A vμ B nh− nh÷ng hμm cña hiÖu
ECMWF vμ sö dông c¸c biÓu thøc (7.7) vμ (7.8) ®· tÝnh ra c¸c
nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ Ta Tw cho phÐp tÝnh tèc ®é
gi¸ trÞ giã gra®ien vμ so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ tèc ®é giã quan tr¾c
®éng lùc vμ x¸c ®Þnh tèc ®é giã t¹i mét tÇng ®ang xÐt trong líp ë ®é cao 10 m ®èi víi c¸c tr−êng hîp biÕt nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng
biªn, thÝ dô t¹i ®é cao 10 m. khÝ. NhËn thÊy tØ sè gi÷a tèc ®é giã quan tr¾c vμ giã gra®ien cã
Tuy nhiªn nhËn thÊy r»ng trong m« h×nh nμy kh«ng tÝnh tÝnh chÊt ngÉu nhiªn. §Ó ph©n tÝch thèng kª, nh÷ng gi¸ trÞ giã
441 442
- ®· ®−îc ph©n chia thμnh c¸c cÊp tïy thuéc vμo tèc ®é giã Trong dÊu ngoÆc vu«ng cña mçi gi¸ trÞ trung vÞ ghi sè gi¸
gra®ien (c¸ch nhau 5 m/s) vμ hiÖu nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ trÞ quan tr¾c ®−îc sö dông. Nh− ®· thÊy, trong mçi cÊp cã sè
(c¸ch nhau 2o). V× trong mçi cÊp cã mét sè ngÉu nhiªn c¸c gi¸ tr−êng hîp quan tr¾c (sè ®iÓm) kh¸c nhau. Sè l−îng ®iÓm lín
trÞ, nªn ®Ó −íc l−îng gi¸ trÞ trung b×nh trong mét cÊp ®· tÝnh nhÊt thuéc vÒ c¸c cÊp giã yÕu vμ giã võa vμ ph©n tÇng gÇn víi
c¸c gi¸ trÞ trung vÞ, mét ®Æc tr−ng trung b×nh æn ®Þnh nhÊt. KÕt phiÕm ®Þnh. §èi víi c¸c giã m¹nh vμ ph©n tÇng kh¸c phiÕm
qu¶ thÓ hiÖn trong b¶ng 7.2. Nh− ®· thÊy, b¶ng bao qu¸t mét
®Þnh sè ®iÓm gi¶m m¹nh, chøng tá hiÖu øng x¸o trén m¹nh
d¶i kh¸ réng biÕn thiªn tèc ®é giã (tõ 0 ®Õn 35 m/s) vμ hiÖu
trong líp biªn khi giã m¹nh. §iÒu lý thó lμ phÇn lín tr−êng hîp
nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ (tõ 6 ®Õn 8o). Gi¸ trÞ tØ sè tèc ®é
giã yÕu (d−íi 5 m/s) gi¸ trÞ giã mÆt ®Êt tá ra lín h¬n giã gra®ien,
giã mÆt ®Êt trªn giã gra®ien biÕn ®æi trong ph¹m vi tõ 1,3 ®èi
®iÒu nμy, cã lÏ do ¶nh h−ëng líp biªn sãng lμm t¨ng giã mÆt
víi giã yÕu (d−íi 5 m/s) vμ ph©n tÇng æn ®Þnh ®Õn 0,57 ®èi víi
n−íc.
giã m¹nh (30–35 m/s).
Sö dông c¸c gi¸ trÞ trong b¶ng ®· ®Ò xuÊt mét quan hÖ xÊp
B¶ng 7.2. C¸c hÖ sè chuyÓn ®æi tõ tèc ®é giã gra®ien sang giã mÆt ®Êt
xØ nh− sau cho tØ sè tèc ®é giã mÆt ®Êt vμ giã gra®ien:
theo d÷ liÖu quan tr¾c (trong ngoÆc vu«ng ghi sè tr−êng hîp)
K T (1,315 0,210 lnU g ) / exp (U g 0,00152) . (7.12)
HiÖu Tèc ®é giã gra®ien U g (m/s)
Gãc lÖch cña tèc ®é giã so víi ®−êng ®¼ng ¸p vÒ phÝa t©m
nhiÖt ®é
Tw Ta (oC) xo¸y thuËn b»ng
0–5 5–10 10–15 15–20 20–25 25–30 30–35
max{1,5 18; 0} . (7.13)
6,0.. 4,0 0,98 0,83 0,77
[10] [12] [2] C¸c c«ng thøc (7.12), (7.13) nhËn ®−îc cho mét d¶i kh¸ réng
4,0.. 2,0 1,30 0,93 0,71 0,75 0,59
c¸c tèc ®é giã gra®ien (tõ 2,5 ®Õn 35 m/s) vμ hiÖu nhiÖt ®é n−íc
[19] [58] [15] [5] [3]
vμ kh«ng khÝ (tõ –6 ®Õn 8o). Nh÷ng quan hÖ (7.12) vμ (7.13) cã
2,0..0,0 1,22 0,93 0,78 0,69 0,65 0,56
thÓ xem nh− nh÷ng c«ng thøc song ®Ò ®èi víi nh÷ng hÖ ph−¬ng
[120] [351] [208] [99] [19] [2]
0..2,0 ph¸p chuyÓn ®æi tõ giã gra®ien sang giã mÆt ®Êt hiÖn ®ang tån
1,11 0,88 0,79 0,73 0,61 0,65 0,57
[239] [540] [295] [104] [32] [7] [2] t¹i.
2,0..4,0 1,14 0,93 0,83 0,71 0,78 0,66 0,95
Ph©n tÝch so s¸nh kÕt qu¶ tÝnh giã mÆt n−íc víi d÷
[62] [171] [95] [52] [15] [8] [1]
liÖu quan tr¾c. C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh giã mÆt ®Êt dÉn trªn
4,0..6,0 1,00 0,97 0,84 0,65 0,74 0,74
®©y ®· ®−îc thö th¸ch trªn c¬ së so s¸nh sè liÖu tÝnh to¸n víi
[15] [41] [42] [13] [4] [1]
6,0..8,0 1,33 0,94 0,82 0,88 1,02 kÕt qu¶ ®o tèc ®é giã thùc hiÖn trªn c¸c dμn cè ®Þnh ë c¸c biÓn
[2] [9] [10] [2] [1] Nauy, Greenland vμ B¾c H¶i. Trong mét thêi kú mét n¨m r−ìi
8,0..10,0 0,86 0,57 0,91 1,04
®· tÝnh giã gra®ien theo sè liÖu tr−êng ¸p suÊt mÆt ®Êt chÈn
[1] [1] [3] [1]
®o¸n cña ECMWF, sau ®ã thùc hiÖn chuyÓn ®æi sang giã mÆt
443 444
- ®Êt (t¹i ®é cao 10 m trªn mùc biÓn). V× vÊn ®Ò chÊt l−îng sè liÖu hiÖu trung b×nh cña nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ trªn toμn vïng
quan tr¾c cßn ch−a râ nªn tõ sè liÖu quan tr¾c ®· lo¹i bá nh÷ng n−íc còng ®−îc dÉn trªn h×nh 7.3. So s¸nh kÕt qu¶ thÊy r»ng:
sè liÖu nghi ngê. nÕu kÓ tíi ph©n tÇng líp khÝ quyÓn s¸t mÆt n−íc ®−îc lÊy trung
b×nh theo tõng th¸ng, th× cã thÓ gi¶m sai sè hÖ thèng mét c¸ch
T¹i b−íc thø nhÊt cÇn thiÕt ph¶i x¸c ®Þnh ¶nh h−ëng cña
®¸ng kÓ (xem h×nh 7.3 a) vμ còng gi¶m thiÓu sai sè b×nh ph−¬ng
ph©n tÇng líp biªn tíi tèc ®é giã mÆt ®Êt. V× vËy ®· tiÕn hμnh
trung b×nh (xem h×nh 7.3 b).
tÝnh tèc ®é giã øng víi hiÖu nhiÖt ®é n−íc – kh«ng khÝ lÊy trung
b×nh n¨m, sö dông ph−¬ng ph¸p c¶i biªn cña V. I. Makova. Sau khi x¸c ®Þnh biÕn tr×nh th¸ng cña hiÖu c¸c nhiÖt ®é, ®·
ChÊp nhËn hiÖu nhiÖt ®é trung b×nh n¨m b»ng 2,5 . C¸c kÕt tiÕn hμnh tÝnh to¸n chÈn ®o¸n tèc ®é giã mÆt n−íc theo ba
ph−¬ng ph¸p m« t¶ ë trªn cho chu kú mét n¨m r−ìi. KÕt qu¶ so
qu¶ so s¸nh tÝnh to¸n vμ quan tr¾c biÓu diÔn trªn h×nh 7.3 a,b.
s¸nh víi sè liÖu quan tr¾c dÉn trªn h×nh 7.4. C¸c −íc l−îng
Sai sè hÖ thèng (xem h×nh 7.3 a) chøng tá r»ng tèc ®é giã mÆt
thèng kª tæng qu¸t vÒ ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n dÉn trong b¶ng 7.
n−íc bÞ v−ît tréi râ rμng trong kho¶ng thêi gian c¶ mét n¨m.
So s¸nh c¸c sai sè cña ba ph−¬ng ph¸p tÝnh thÊy r»ng chÊt
l−îng tÝnh to¸n gÇn nh− nhau. C«ng thøc (7.12) cho sai sè tÝnh
to¸n nhá nhÊt. ChÊt l−îng kÕt qu¶ tÝnh cña ba ph−¬ng ph¸p
gÇn nh− nhau nãi nªn r»ng c¸c ph−¬ng ph¸p Êy t−¬ng tù nhau
theo nghÜa cïng sö dông nh÷ng d÷ liÖu xuÊt ph¸t nh− nhau vμ
cïng tÝnh tíi nh÷ng nh©n tè quyÕt ®Þnh: giã gra®ien vμ hiÖu c¸c
nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ.
B¶ng 7.3. So s¸nh c¸c −íc l−îng thèng kª c¸c tÝnh to¸n tèc ®é giã b»ng
mét sè ph−¬ng ph¸p cã kÓ tíi biÕn tr×nh mïa cña ph©n tÇng theo ¸p suÊt
mÆt ®Êt chÈn ®o¸n cña ECMWF trong 19 th¸ng
H×nh 7.3. So s¸nh c¸c sai sè tÝnh tèc ®é giã víi ph©n tÇng kh«ng ®æi
Ph−¬ng ph¸p
WINDI-old (1) vμ ph©n tÇng biÕn ®æi theo c¸c th¸ng WINDI-new (2): ¦íc l−îng thèng kª
Makova Strekalova C«ng thøc (7.12)
a) c¸c sai sè sè häc (BIAS); b) c¸c sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh (RMSE)
Sè tr−êng hîp 4758 4758 4758
Sai sè sè häc BIAS, m/s 0,21 0,32 0,05
V× hÖ sè chuyÓn ®æi phô thuéc vμo ph©n tÇng líp biªn x¸c
Sai sè b×nh ph−¬ng trung 2,32 2,32 2,26
®Þnh theo hiÖu nhiÖt ®é n−íc vμ kh«ng khÝ, nªn ®Çu tiªn ph¶i
b×nh RMSE, m/s
x¸c ®Þnh hiÖu nμy. Nhê sè liÖu thùc ®o nhiÖt ®é trªn tõng dμn ChØ sè t¶n m¹n SI, % 23,66 24,11 22,26
quan tr¾c ®· tÝnh tèc ®é giã vμ so s¸nh víi sè liÖu quan tr¾c. KÕt HÖ sè t−¬ng quan r 0,82 0,82 0,83
qu¶ so s¸nh sè liÖu quan tr¾c vμ tÝnh to¸n, trong ®ã tÝnh ®Õn
445 446
- thÊp. B−íc l−íi kh«ng gian qu¸ lín (5 5o) ®· lμ tr¬n tr−êng khÝ
¸p, lμm gi¶m m¹nh nh÷ng gra®ien lín cña ¸p suÊt.
NÕu so s¸nh sai sè c¸c tÝnh to¸n giã mÆt ®Êt ®· thùc hiÖn
víi c¸c kÕt qu¶ c«ng bè trong chuyªn kh¶o [303], trong ®ã tÝnh
giã mÆt n−íc thùc hiÖn ë ECMWF cho vïng n−íc B¾c H¶i theo
m« h×nh hoμn l−u khÝ quyÓn, th× cã thÓ ®i ®Õn kÕt luËn r»ng ®é
chÝnh x¸c tÝnh to¸n cña chóng t«i ngang b»ng víi c¸c kÕt qu¶
nμy. Cã lÏ, sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh tÝnh giã mÆt ®Êt b»ng
2,0–2,5 m/s lμ gi¸ trÞ ®iÓn h×nh cña lo¹i m« h×nh t−¬ng tù.
H×nh 7.4 c. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh giã mÆt n−íc víi quan tr¾c
H×nh 7.4. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh giã mÆt n−íc víi quan tr¾c (chÈn ®o¸n 00
(trÈn ®o¸n 00 giê) theo c«ng thøc (7.12)
giê): a) theo m« h×nh V. I. Makova; b) theo m« h×nh S. S. Strekalova
§ång thêi còng ph¶i nhËn xÐt r»ng thùc tÕ tÊt c¶ c¸c
7.4. M« h×nh phæ tham sè vÒ sãng giã
ph−¬ng ph¸p ®Òu h¹ thÊp nh÷ng tèc ®é giã lín so víi sè liÖu
quan tr¾c. §iÒu nμy, cã lÏ, liªn quan kh«ng chØ tíi ph−¬ng ph¸p
HÖ ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ sãng giã.
chuyÓn ®æi tõ giã gra®ien sang giã mÆt ®Êt, mμ chñ yÕu lμ do
M« h×nh PM. Bμi to¸n x¸c ®Þnh phæ sãng ®èi víi ®iÒu kiÖn n−íc
b¶n th©n gi¸ trÞ giã ®Þa chuyÓn tÝnh theo gra®ien khÝ ¸p bÞ h¹
s©u quy vÒ gi¶i ph−¬ng tr×nh (2.1) víi nh÷ng ®iÒu kiÖn ban ®Çu
447 448
- m0 1 m0 1 m0
vμ ®iÒu kiÖn biªn cho tr−íc. Th«ng tin xuÊt ph¸t ®Ó gi¶i bμi
C sin C cos G1 cos ( U )
t R R cos
to¸n lμ tr−êng giã U (, , t ) .
1 1
D sin D cos G2 sin ( U )
Cã hai khã kh¨n c¶n trë viÖc sö dông trùc tiÕp ph−¬ng
t R R cos
tr×nh phæ (2.1) ®Ó tÝnh sãng trong ®iÒu kiÖn n−íc s©u. Thø nhÊt
lμ thêi gian tÝnh trªn m¸y tÝnh kh¸ lín, nãi chung ®Ó thùc hiÖn (7.14)
c¸c tÝnh to¸n nghiÖp vô cho nh÷ng thñy vùc lín th× vÊn ®Ò nμy ë ®©y ij h−íng giã, cßn c¸c hÖ sè phiÕm hμm C , D, G1 , G2 phô
vÉn lμ trë ng¹i cho ®Õn tËn ngμy nay. Khã kh¨n thø hai lμ hμm
thuéc vμo m0 vμ tèc ®é giã U 10 [185]
nguån ch−a ®−îc nghiªn cøu ®Çy ®ñ, vÒ ®iÒu nμy ®· bμn luËn ë
C c1 g 1 ; (7.15)
ch−¬ng 4. Trong m« h×nh phæ tham sè, nh÷ng khã kh¨n nμy m
U 1,51
®−îc kh¾c phôc b»ng c¸ch t¨ng tèc ®é tÝnh to¸n vμ sö dông
G1 3,38 10 5 ( m ) m m0 ; (7.16)
nh÷ng mèi quan hÖ thùc nghiÖm tin cËy ®Ó bï l¹i nh÷ng ®iÒu g
ch−a râ vÒ c¬ chÕ vËt lý cña qu¸ tr×nh.
D d1 g 1 ; (7.17)
m
ChuyÓn tõ ph−¬ng tr×nh phæ sang c¸c ph−¬ng tr×nh tham sè
U 1,51
G2 1,21 10 5 ( m ) m .
®−îc thùc hiÖn nh− sau [43, 185]. Gi¶ thiÕt phæ sãng giã lμ phæ (7.18)
g
tù m« h×nh, tøc phæ b¶o toμn d¹ng cña nã nhê sù t−¬ng t¸c phi
tuyÕn yÕu, ®iÒu nμy ®−îc kh¼ng ®Þnh b»ng d÷ liÖu quan tr¾c vμ NhËn thÊy r»ng trong c¸c ph−¬ng tr×nh kh«ng kÓ ®Õn biÕn
thiªn cña gãc khi truyÒn sãng trªn mÆt cÇu (trong c¸i gäi lμ
m« h×nh hãa b»ng sè [185]. XÊp xØ cña phæ lμ mét hμm cña ba
tham sè: tÇn sè cùc ®¹i phæ, m«men bËc kh«ng vμ h−íng sãng gÇn ®óng "tùa cÇu" [162]), ®iÒu nμy cã thÓ ®óng ®èi víi sãng giã
trung b×nh, S S ( m , m0 , , x, y , t ) (d¹ng cô thÓ cña phæ dÉn chÞu ¶nh h−ëng trôc tiÕp cña giã ®Þa ph−¬ng. Khi tÝnh truyÒn
sãng lõng trªn nh÷ng kho¶ng c¸ch toμn cÇu vÊn ®Ò nμy ®−îc
trong c«ng tr×nh [185]. Dïng mét sè to¸n tö tÝch ph©n ®−îc chän
gi¶i quyÕt chÆt chÏ h¬n, tøc cã kÓ ®Õn biÕn thiªn cña gãc khi
chuyªn dông [185] t¸c ®éng lªn ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng
truyÒn sãng däc theo cung vßng trßn lín.
l−îng sãng (2.1) cã thÓ ®−a tíi mét hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n
phi tuyÕn ®èi víi c¸c tham sè phæ: tÇn sè cùc ®¹i phæ m , Trong m« h×nh phæ tham sè (quy −íc tiÕp sau gäi lμ PM) c¸c
m«men kh«ng m0 vμ h−íng truyÒn sãng tæng qu¸t [185]. tham sè phæ vμ c¸c biÕn ®é lËp ®−îc quy chuÈn theo tèc ®é giã
trªn tÇng 10 m ( U U 10 ).
TiÕp theo, do cã mèi phô thuéc kh¸ chÆt chÏ m0 m0 ( m ) , hÖ
Nh÷ng hÖ sè b»ng sè c1 vμ d 1 phô thuéc vμo hμm ph©n bè
ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ viÕt trªn mÆt cÇu (trong
hÖ täa ®é ®Þa lý) d−íi d¹ng sau: gãc, vμ trong tr−êng hîp tæng qu¸t vμo giai ®o¹n ph¸t triÓn
sãng. Trong c¸c phiªn b¶n tr−íc ®©y cña m« h×nh [171] ®· chÊp
nhËn c1 0,5 vμ d 1 0,4 . Tuy nhiªn c¸c tÝnh to¸n kiÓm tra
449 450
- theo hÖ (7.14)–(7.18) ®· cho ra biÕn thiªn chËm h¬n cña m0 so B¨ng D−¬ng ®· ®−îc thùc hiÖn theo mét phiªn b¶n cña m« h×nh
PM, C vμ G1 cã d¹ng (7.21), (7.22), trong ®ã a 5,6 10 7 ,
víi sè liÖu thùc ®Þa (t×nh h×nh nh− vËy còng nhËn thÊy trong c¸c
b 0,84 , c 0,012 , d 1,355 .
hÖ tham sè kh¸c). Ng−êi ta ph¶i tiÕn hμnh tÝnh to¸n tu©n theo
c¸i gäi lμ nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng lý t−ëng, trong ®ã m«men M« h×nh tù hoμ hîp líp biªn khi quyÓn vμ sãng giã.
kh«ng kh«ng thø nguyªn ®−îc xÊp xØ b»ng hμm luü thõa cña M« h×nh PD. ë trªn ®· chÊp nhËn r»ng tèc ®é giã gi÷ nguyªn
~ ~
thêi gian kh«ng thø nguyªn T vμ ®μ X (dÊu ng· trªn chØ sù
kh«ng ®æi däc theo ®μ, cßn nh÷ng gi¸ trÞ ®é cao sãng ®−îc quy
quy chuÈn theo tèc ®é giã U 10 ):
chuÈn theo tèc ®é giã nμy ®óng víi tÊt c¶ c¸c tèc ®é giã. B»ng
~
~
m 0 aX b ; (7.19) c¸ch ®ã ®· kh«ng tÝnh ®Õn hiÖu øng ¶nh h−ëng ng−îc l¹i cña
~ ~ sãng lªn giã, v× ng−êi ta ®· dïng nh÷ng d÷ liÖu quan tr¾c nhËn
X cT d . (7.20)
®−îc víi c¸c tèc ®é giã trung b×nh (8–15 m/s) ®em ¸p dông cho
GÇn ®óng nhÊt víi sè liÖu thùc ®Þa lμ c¸c tÝnh to¸n víi hÖ sè
nh÷ng tr−êng hîp giã b·o, m¹nh h¬n mét c¸ch v« c¨n cø. GÇn
c1 0,67 vμ d 1 0,47 trong c«ng tr×nh [171]. Tuy nhiªn lμm
®©y ng−êi ta ®· chØ ra tÝnh kh«ng ®óng ®¾n cña c¸ch tiÕp cËn
thay ®æi chØ b»ng c¸c hÖ sè b»ng sè ®· kh«ng ®−a tíi kÕt qu¶ nμy [162] vμ ®Ò xuÊt sö dông nh÷ng sè liÖu ®−îc quy chuÈn
mong muèn, vμ ®iÒu ®ã lμ do nh÷ng hμm luü thõa nãi trªn nãi theo tèc ®é ®éng lùc ®Ó chÊn chØnh m« h×nh, t¹o ra kh¶ n¨ng
chung kh«ng ph¶i lμ nghiÖm riªng cña ph−¬ng tr×nh thø nhÊt tÝnh ®Õn ®Æc ®iÓm t−¬ng t¸c phi tuyÕn gi÷a sãng vμ giã. Trong
cña hÖ. B¶n th©n d¹ng cña ph−¬ng tr×nh thø nhÊt cña hÖ cho c«ng tr×nh cña M. M. Zaslavski, I. M. Kabatchenco vμ G. V.
phÐp gi¶i bμi to¸n nghÞch: gi¶ sö (7.19), (7.20) lμ nghiÖm riªng Matushevski [162] ®· m« t¶ mét m« h×nh cïng thÝch øng giã
cña ph−¬ng tr×nh thø nhÊt ®èi víi ®iÒu kiÖn lý t−ëng, h·y t×m mÆt n−íc vμ sãng giã trªn c¬ së nh÷ng kh¸i niÖm lý thuyÕt.
c¸c hÖ sè phiÕm hμm. Nh− vËy, ta cã
Trong môc nμy sÏ thö x©y dùng mét m« h×nh b¸n thùc
d 1
1 d 2 ( d 1) bd 4 d 4
nghiÖm vÒ chuyÓn ®éng tù hoμ hîp cña líp biªn khÝ quyÓn vμ
dc 1 / d a bd
C m0bd
g bd U bd ; (7.21)
mÆt biÓn dËy sãng. Trong ®ã ®· sö dông m« h×nh líp biªn cña
bd 1
bd 2 bd 4
1
Monhin – Kazanski ®· m« t¶ ë trªn vμ c¸c d÷ liÖu quan tr¾c
1/ d
G 1 bdc bd U bd m bd
a g
bd . (7.22)
0
sãng ®−îc quy chuÈn theo tèc ®é ®éng lùc do I. N. §avi®an
Mèi liªn hÖ gi÷a tÇn sè cùc ®¹i vμ ph−¬ng sai ®−îc sö dông nhËn ®−îc [162]. L−u ý r»ng viÖc quy chuÈn c¸c d÷ liÖu quan
d−íi d¹ng tr¾c theo tèc ®é ®éng lùc lμm cho chóng cã tÝnh chÊt v¹n n¨ng
~ ~
m 0,11 m0 0,34 . (7.23) h¬n vμ t¹o c¬ héi sö dông chóng ®Ó tÝnh sãng trong tèc ®é giã
lín vμ b»ng c¸ch ®ã dù b¸o ®−îc tr−êng sãng ®Æc biÖt nguy hiÓm
NÕu lÊy hÖ (7.14) víi c¸c hÖ sè phiÕm hμm d¹ng (7.17),
mét c¸ch chÊt l−îng h¬n.
(7.18) cho ph−¬ng tr×nh thø hai vμ (7.15), (7.16) hoÆc (7.21),
§Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè phiÕm hμm cña hÖ ta sö dông mèi
(7.22) cho ph−¬ng tr×nh thø nhÊt lμm bé phËn cÊu thμnh th× m«
phô thuéc gi÷a m«men kh«ng kh«ng thø nguyªn quy chuÈn
h×nh cã tªn lμ PM. C¸c tÝnh to¸n sãng ë c¸c biÓn thuéc B¾c
451 452
- 4 d b1 1 / d a1 x*1 1 / d
theo tèc ®é ®éng lùc U * vμ ®μ kh«ng thø nguyªn d−íi d¹ng (dÊu b
g
G1 . (7.30)
b
U * m0
* chØ quy chuÈn theo tèc ®é ®éng lùc): (2a1 x*1 )
sh
m0 m0, th 2 (a1 ~*b1 ) .
* *
x (7.24) ë ®©y
Mèi liªn hÖ gi÷a thêi gian kh«ng thø nguyªn T* vμ ®μ 1 / b1
1
x* arcth (m0 / m0, ) 0,5
* *
.
kh«ng thø nguyªn X * trong c«ng thøc (7.20) ®−îc biÕn ®æi
thanh biÓu thøc
M«men kh«ng cña phæ liªn hÖ víi tÇn sè cùc ®¹i kh«ng thø
c C d / 21 ,
X * T*d , d
(7.25) nguyªn b»ng quan hÖ thùc nghiÖm d−íi ®©y [162, 185]:
ë ®©y hÖ sè trë kh¸ng C d ®−îc x¸c ®Þnh qua tèc ®é ®éng lùc * 0,37(m0 ) 0,34 .
*
(7.31)
m
2
U* HÖ ph−¬ng tr×nh (7.14) víi c¸c hÖ sè phiÕm hμm (7.17),
Cd . (7.26)
U
10 (7.18), (7.29), (7.30) còng nh− (7.28), (7.20) ®−îc gi¶i trong m«
h×nh PD. Trong ®ã sö dông c¸c quan hÖ (7.20), (7.28), (7.31).
Trong m« h×nh chÊp nhËn mèi liªn hÖ sau gi÷a giai ®o¹n
Nh÷ng hÖ sè b»ng sè chÊp nhËn trong phiªn b¶n cuèi cïng cña
ph¸t triÓn sãng vμ ®é gå ghÒ mÆt biÓn:
m« h×nh PD b»ng: c 0,0075 ; d 1,355 ; a1 1,56 10 4 ;
Z 0 0,4* .
*
(7.27)
m *
b1 0,5 ; m0, 3450 .
Quan hÖ (7.27) do I. N. §avi®an [162] ®Ò xuÊt. Nã ph¶n ¸nh
CÇn nhËn xÐt r»ng phiªn b¶n nμy cña m« h×nh cho phÐp khi
sù kiÖn gi¶m ®é gå ghÒ mÆt biÓn diÔn ra trong qu¸ tr×nh ph¸t
thÕ quan hÖ (7.27) vμo (7.9) sÏ viÕt ®−îc mét hÖ kÝn c¸c ph−¬ng
triÓn sãng. ThÕ biÓu thøc (7.27) vμo c«ng thøc cña tr¾c diÖn
tr×nh cho chuyÓn ®éng tù hoμ hîp cña líp biªn khÝ quyÓn vμ
logarit vËn tèc giã (7.10) cho phÐp x¸c ®Þnh mèi liªn hÖ gi÷a hÖ
chuyÓn ®éng sãng cña mÆt biÓn. NghiÖm cña bμi to¸n ®−îc x¸c
sè trë kh¸ng vμ giai ®o¹n ph¸t triÓn sãng
®Þnh nhê gi¶i c¸c ph−¬ng tr×nh (7.14), tèc ®é giã gra®ien cã mÆt
~
Zg
0,267
0,667 ln ln m , trong hÖ th«ng qua c¸c biÓu thøc (7.9) vμ (7.27). Nh− vËy tèc ®é
ln C d (7.28)
2
0,4U ( Z )
Cd giã t¹i tÇng 10 m bÞ lo¹i khái c¸c tÝnh to¸n trung gian. Nã ®−îc
ë ®©y tèc ®é giã U ( Z ) lÊy t¹i ®é cao Z 10 m. x¸c ®Þnh nh− lμ kÕt qu¶ cuèi cung theo c«ng thøc (7.10).
§Ó kÕt thóc m« t¶ m« h×nh phæ tham sè ta nhËn xÐt r»ng
Nh− vËy, ®èi víi c¸c hÖ sè phiÕm hμm cña hÖ c¸c ph−¬ng
gi¶ thiÕt vÒ tù m« h×nh cña phæ sãng giã lμm c¬ së cña m« h×nh
tr×nh (7.14) ta cã
tham sè, ®−îc tho¶ m·n ®èi víi nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng lý
C 1 / d d x*d 1) / d U * ;
(
(7.29)
t−ëng, trong thùc tÕ ®iÒu ®ã kh«ng ph¶i lu«n lu«n ®óng. Khi
thay ®æi tèc ®é giã sÏ xuÊt hiÖn sãng lõng, xÊp xØ phæ sãng lõng
453 454
- Nh»m môc ®Ých so s¸nh tØ mØ h¬n gi÷a c¸c m« h×nh PM vμ PD
kh«ng cã tÝnh chÊt tù m« h×nh. §Ó m« t¶ sù tiÕn triÓn vμ lan
truyÒn sãng lõng cÇn sö dông ph−¬ng tr×nh phæ c©n b»ng n¨ng ®èi víi nh÷ng tèc ®é giã kh¸c nhau ®· tÝnh c¸c tham sè sau:
l−îng sãng (2.1) ®èi víi tõng hîp phÇn phæ. V× lý do ®ã m« h×nh m«men kh«ng cña phæ vμ tÇn sè cùc ®¹i däc theo ®μ vμ phô
tham sè sãng giã ®−îc bæ sung thªm mét ph−¬ng tr×nh c©n b»ng thuéc vμo thêi gian t¸c ®éng.
n¨ng l−îng sãng (2.1) víi vÕ ph¶i b»ng kh«ng ®Ó m« t¶ qu¸
B¶ng 7.4. BiÕn thiªn ®é cao sãng trung b×nh theo ®μ ®èi víi nh÷ng tèc ®é
tr×nh truyÒn sãng lõng. giã U kh¸c nhau
§Ó gi¶i sè ph−¬ng tr×nh phæ c©n b»ng n¨ng l−îng sãng ®·
U 10 m/s U 20 m/s U 30 m/s
sö dông ph−¬ng ph¸p b¸n Lagrange m« t¶ trong ch−¬ng 3.
Trong m« h×nh ®· thùc hiÖn khèi t−¬ng t¸c biÓu diÔn sù trao ®æi hd , m hd , m hd , m
X , km h, m X , km h, m X , km h, m
n¨ng l−îng gi÷a c¸c sãng vμ sãng lõng trong khu«n khæ b¶o
50 0,6 0,6 100 1,9 2,3 200 4,1 6,0
toμn n¨ng l−îng sãng toμn phÇn [185]. Nhê kÕt qu¶ gi¶i sè hÖ
100 0,9 10,8 200 2,6 3,2 400 5,7 8,1
ph−¬ng tr×nh víi tr−êng giã cho tr−íc tÝnh ®−îc c¸c yÕu tè sãng:
150 1,0 1,0 300 3,2 3,8 600 6,8 9,7
®é cao, chu kú, b−íc, h−íng truyÒn.
200 1,2 1,1 400 3,6 4,3 800 7,7 11,0
KÕt qu¶ tÝnh to¸n kiÓm tra. T¹i giai ®o¹n tÝnh to¸n thø
250 1,3 1,2 500 4,0 4,7 1000 8,5 12,0
nhÊt nhËn ®−îc c¸c −íc l−îng yÕu tè sãng cho c¸c ®iÒu kiÖn t¹o
300 1,4 1,3 600 4,3 5,1 1200 9,2 13,0
sãng ®¬n gi¶n nhÊt: t¨ng tr−ëng sãng däc theo ®μ øng víi gi¸ trÞ
350 1,5 1,3 700 4,6 5,4 1400 9,8 13,8
tèc ®é giã tÇng 10 m kh«ng ®æi. C¸c tÝnh to¸n ®−îc thùc hiÖn
400 1,6 1,4 800 4,9 5,7 1600 10,4 14,5
theo hai phiªn b¶n cña m« h×nh phæ tham sè: theo m« h×nh m« 450 1,6 1,4 900 5,1 5,9 1800 11,0 15,2
t¶ ë trªn cã tÝnh tíi phÐp quy chuÈn theo tèc ®é ®éng lùc (PD) vμ 500 1,6 1,4 1000 5,4 6,1 2000 11,5 15,8
theo phiªn b¶n tr−íc ®©y cña m« h×nh (PM). KÕt qu¶ tÝnh to¸n 1100 5,6 6,3 2400 12,4 16,8
®é cao sãng trung b×nh däc theo ®μ víi nh÷ng tèc ®é giã kh¸c 1200 5,8 6,5 2800 13,3 17,7
nhau thÓ hiÖn trong b¶ng 7.4. 1300 6,0 6,6 3200 14,0 18,5
Tõ b¶ng nμy suy ra ®èi víi nh÷ng tèc ®é giã nhá ®é cao sãng 1400 6,2 6,7 3600 14,2 19,1
h nhËn ®−îc theo m« h×nh PM lín h¬n ®é cao sãng hd tÝnh theo 1500 6,3 6,8 4000 14,2 19,5
4400 14,2 19,8
m« h×nh PD, trong khi ®èi víi nh÷ng tèc ®é giã lín (h¬n 15 m/s)
quan s¸t thÊy t×nh huèng ng−îc l¹i – ®é cao sãng tÝnh theo m« C¸c gi¸ trÞ m«men kh«ng quy chuÈn theo gi¸ trÞ tèc ®é giã
h×nh PD trë nªn l¬n h¬n nhiÒu so víi ®é cao sãng cña m« h×nh t¹i tÇng 10 m niÓu thÞ trªn h×nh 7.5 a. Tõ h×nh vÏ thÊy r»ng, m«
PM, ngoμi ra sù kh¸c biÖt nμy t¨ng lªn khi t¨ng tèc ®é giã. h×nh PM cho nh÷ng gi¸ trÞ nh− nhau cña m«men kh«ng quy
455 456
- chuÈn däc theo ®μ (kh«ng thø nguyªn, còng quy chuÈn theo tèc
®é giã t¹i tÇng 10 m) ®èi víi tÊt c¶ c¸c tèc ®é giã (8, 18,5 vμ 30
m/s), trong khi ë m« h×nh PD m«men quy chuÈn t¨ng nhanh
h¬n ®èi víi nh÷ng tèc ®é giã lín. M«men kh«ng quy chuÈn ®èi
víi tèc ®é giã 30 m/s h¬n hai lÇn lín h¬n gi¸ trÞ t−¬ng øng ®èi
víi tèc ®é giã 8 m/s. Ngoμi ra, ®−êng cong m«men kh«ng cña m«
h×nh PM cã ®iÓm g·y khi ®¹t tíi giai ®o¹n sãng ph¸t triÓn hoμn
toμn, tøc ®¹o hμm cña tham sè nμy theo ®μ gi¸n ®o¹n t¹i ®iÓm
nμy, trong khi ®èi víi m« h×nh PD giai ®o¹n sãng ph¸t triÓn
hoμn toμn ®¹t tíi mét c¸ch tiÖm cËn, vμ tèc ®é t¨ng tr−ëng
m«men kh«ng diÔn ra ph¼ng lÆng h¬n.
BiÕn thiªn m«men kh«ng cña phæ phô thuéc vμo thêi gian
kh«ng thø nguyªn biÓu thÞ trªn h×nh 7.5 b. §Æc ®iÓm biÕn thiªn
cña tham sè gÇn gièng nh− biÕn thiªn theo ®μ. Nh− vËy, c¸c gi¸
trÞ ®é cao sãng quy chuÈn ®èi víi c¸c tèc ®é giã lín t¨ng nhanh
h¬n so víi c¸c tèc ®é giã nhá, c¶ däc theo ®μ kh«ng thø nguyªn
lÉn däc theo thêi gian kh«ng thø nguyªn.
C¸c tÝnh to¸n cña chóng t«i ®−îc ®em so s¸nh víi nh÷ng
tÝnh to¸n theo m« h×nh WAM [303] trªn h×nh 7.6. Tõ so s¸nh
thÊy r»ng kÕt qu¶ tÝnh nãi chung phï hîp víi kÕt qu¶ cña m«
h×nh WAM. Víi m« h×nh WAM còng quan s¸t thÊy xu thÕ:
m«men kh«ng quy chuÈn t¨ng nhanh h¬n ®èi víi nh÷ng tèc ®é
giã lín. Tuy nhiªn ®èi víi sãng ph¸t triÓn hoμn toμn m« h×nh
PD cho nh÷ng m«men kh«ng lín h¬n so víi m« h×nh WAM. Cã
lÏ, ë ®©y xuÊt hiÖn vÊn ®Ò tù nhiªn vμ ch−a ®−îc nghiªn cøu
®Õn cïng vÒ nh÷ng gi¸ trÞ tíi h¹n cña ®é cao sãng ®èi víi sãng
ph¸t triÓn hoμn toμn.
H×nh 7.5. Phô thuéc cña m«men kh«ng kh«ng thø nguyªn vμo ®μ sãng
kh«ng thø nguyªn (a) vμ thêi gian ph¸t triÓn sãng kh«ng thø nguyªn
(b) ®èi víi c¸c tèc ®é giã kh¸c nhau: 1 – PD 30 m/s; 2 – PD 18,5 m/s;
3 – PD 8 m/s; 4 – PM 30 m/s; 5 – PM 18,5 m/s; 6 – PM 8 m/s
457 458
- ®o¹n ban ®Çu th× t×nh h×nh ng−îc l¹i.
H×nh 7.6. Phô thuéc cña m«men kh«ng kh«ng thø nguyªn vμo ®μ kh«ng
thø nguyªn theo c¸c m« h×nh kh¸c nhau: 1 – PD 8 m/s; 2 – PD 18,5 m/s;
3 – PM 8 m/s; 4 – PM 18,5 m/s; 5 – WAM 8 m/s; 6 – WAM 18 m/s
H×nh 7.7. Phô thuéc cña tÇn sè kh«ng thø nguyªn cùc
~ ~
®¹i f m m / 2 vμo ®μ kh«ng thø nguyªn theo c¸c m«
BiÕn thiªn tÇn sè cùc ®¹i phæ quy chuÈn däc theo ®μ kh«ng
h×nh kh¸c nhau: 1 – WAM; 2 – JONSWAP; 3 – PM; 4 – PD
thø nguyªn biÓu thÞ trªn h×nh 7.7. ThÊy r»ng tÇn sè cùc ®¹i
theo m« h×nh PM vμ PD biÕn thiªn gÇn nh− nhau vμ nãi chung
phï hîp víi sè liÖu thùc nghiÖm JONSWAP [267] vμ m« h×nh 7.5. KÕt qu¶ thö nghiÖm m« h×nh sãng giã theo d÷
WAM [303]. Tuy nhiªn cã thÓ nhËn thÊy r»ng ®èi víi nh÷ng ®μ liÖu quan tr¾c
~
kh«ng thø nguyªn lín ( X 10 4 ) tÇn sè cùc ®¹i phæ theo m« h×nh
C¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu vμ ®iÒu kiÖn biªn cña bμi
WAM gi¶m kh¸ chËm, gi÷ gi¸ trÞ lín h¬n so víi c¸c tÝnh to¸n
to¸n. Sau khi thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n kiÓm tra ®· tiÕn hμnh dù
cña chóng t«i. §iÒu nμy chøng tá r»ng trong m« h×nh WAM
b¸o c¸c yÕu tè sãng giã trªn c¸c biÓn phÇn t©y cña B¾c B¨ng
sãng ë c¸c giai ®o¹n ph¸t triÓn dèc h¬n, trong khi ë c¸c giai
D−¬ng bao gåm biÓn Barens, Nauy, Greenland vμ B¾c H¶i.
459 460
- §Ó tÝnh c¸c yÕu tè sãng trªn vïng n−íc ®· cho ph¶i ®−a ra ë giai ®o¹n ®Çu tiªn ®· quyÕt ®Þnh b¾t ®Çu tÝnh sãng cã kÓ
tíi 72 giê tiÒn sö, cßn vïng më réng bao gåm kh«ng chØ c¸c biÓn
c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu vμ c¸c ®iÒu kiÖn biªn ®óng cña bμi to¸n.
quan t©m, mμ c¶ B¾c §¹i T©y D−¬ng, b¾t ®Çu tõ 40o VB. Trªn
Tõ biªn më tiÕp gi¸p víi B¾c §¹i T©y D−¬ng (xem h×nh 7.1)
h×nh 7.8 a, b ®−êng liÒn nÐt biÓu diÔn kÕt qu¶ so s¸nh c¸c tÝnh
sãng giã vμ sãng lõng víi c¸c yÕu tè sãng ch−a biÕt tr−íc, cã thÓ
to¸n víi sè liÖu quan tr¾c: c¸c gi¸ trÞ hÖ sè t−¬ng quan vμ sai sè
truyÒn vμo vïng tÝnh to¸n. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nμy, vïng
b×nh ph−¬ng trung b×nh ®èi víi thêi gian b¸o tr−íc kh¸c nhau
tÝnh ®· ®−îc më réng ra nhiÒu, kh«ng chØ gåm c¸c biÓn thuéc
cña dù b¸o ®é cao sãng giã. Tõ nh÷ng gi¸ trÞ ®· dÉn thÊy r»ng
B¾c B¨ng D−¬ng, mμ c¶ mét phÇn ®¸ng kÓ cña B¾c §¹i T©y
hÖ sè t−¬ng quan ë ngμy thø nhÊt vμ thø hai nhá h¬n so víi
D−¬ng. §Ó x¸c ®Þnh c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu t¹i thêi ®iÓm x¸c
ngμy thø ba vμ thø t−, ng−îc l¹i, sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh
®Þnh, viÖc tÝnh sãng b¾t ®Çu tõ c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu b»ng
ë ngμy thø nhÊt vμ thø hai lín h¬n so víi ngμy thø ba vμ thø t−,
kh«ng øng víi mét thêi ®iÓm tiÒn sö nμo ®ã, tøc t¹i mét thêi trong khi ®ã dù b¸o khÝ ¸p mÆt ®Êt (xem h×nh 7.2) diÔn biÕn
®iÓm "vÒ phÝa sau". Lμm nh− vËy lμ ®Ó cho t¹i thêi ®iÓm x¸c ng−îc l¹i.
®Þnh, b¾t ®Çu tõ ®ã tiÕp tôc tÝnh sãng, tr−êng sãng trªn vïng
DiÔn biÕn bÊt th−êng cña nghiÖm nh− vËy cã thÓ gi¶i thÝch
n−íc ta quan t©m ®· h×nh thμnh ®Çy ®ñ, kÕt qu¶ tÝnh tiÕp theo lμ do chän c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu cña bμi to¸n kh«ng ®¹t, thêi
cã thÓ xem lμ tin cËy. VÊn ®Ò lμ ë chç lμm thÕ nμo x¸c ®Þnh gian tiÒn sö lÊy kh«ng ®ñ dμi. Tuy nhiªn, t¨ng thêi gian nμy lªn
kho¶ng thêi gian tiÒn sö vμ vïng më réng ®Ó x¸c ®Þnh ®óng ba ®Õn bèn ngμy ®· kh«ng lμm thay ®æi nghiÖm. Sau ®ã còng ®·
nh÷ng ®iÒu kiÖn ban ®Çu t¹i thêi ®iÓm cè ®Þnh. C©u hái nμy chØ thö më réng thªm vïng tÝnh, tíi 20o VB. ChØ khi ®ã ®Æc ®iÓm
cã thÓ tr¶ lêi sau khi thùc hiÖn thÝ nghiÖm sè. nghiÖm bμi to¸n míi thay ®æi c¨n b¶n. Trªn h×nh 7.8 a, b c¸c
®−êng g¹ch nèi biÓu diÔn ®Æc ®iÓm nghiÖm míi cña bμi to¸n víi
miÒn tÝnh më réng. ë ngμy dù b¸o thø nhÊt vμ thø hai chÊt
l−îng nghiÖm c¶i thiÖn ®¸ng kÓ, cßn b¾t ®Çu tõ ngμy thø ba nã
thùc tÕ trïng víi nghiÖm cò. Nh− vËy ®Ó cã ®−îc nghiÖm ®óng
cña bμi to¸n trªn vïng n−íc c¸c biÓn phÇn t©y B¾c B¨ng D−¬ng
ph¶i thùc hiÖn tÝnh c¶ trªn vïng n−íc B¾c §¹i T©y D−¬ng, Ýt
nhÊt b¾t ®Çu tõ 20o VB vμ tÝnh ®Õn tiÒn sö ph¸t triÓn sãng
kh«ng Ýt h¬n bèn ngμy ®ªm.
So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh sãng víi d÷ liÖu quan tr¾c. ë
giai ®o¹n tiÕp theo ®· tÝnh to¸n c¸c yÕu tè sãng giã theo c¸c
tr−êng giã mÆt ®Êt nhËn ®−îc b»ng ph−¬ng ph¸p c¶i biªn cña V.
H×nh 7.8. So s¸nh c¸c hÖ sè t−¬ng quan r tÝnh ®é cao sãng (a) I. Makova, xuÊt ph¸t tõ tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt chÈn ®o¸n cña
vμ sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh RMSE (b) theo c¸c vïng tÝnh
ECMWF. Trªn h×nh 7.9 a, b biÓu diÔn c¸c kÕt qu¶ tÝnh theo m«
kh¸c nhau: 1 – vïng n−íc tõ 40o VB; 2 – vïng n−íc tõ 20o VB
h×nh PD vμ PM vμ d÷ liÖu quan tr¾c. Víi tæng sè 547 tr−êng hîp
461 462
- c¸c −íc l−îng thèng kª vÒ ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n nh− sau: víi
m« h×nh PD sai sè hÖ thèng (gi¸ trÞ trung b×nh sè häc) b»ng 0,22
m, sai sè b×nh ph−¬ng trung b×nh 0,98 m, chØ sè t¶n m¹n
SI 28% (®Æc tr−ng nμy tÝnh cho c¸c sãng cã ®é cao lín h¬n 2
m), hÖ sè t−¬ng quan b»ng 0,82. Víi m« h×nh PM c¸c gi¸ trÞ
t−¬ng øng b»ng 0,33 m, 0,96 m, 31%, 0,81. ThÊy r»ng m« h×nh
PD cho kÕt qu¶ cã phÇn kh¸ h¬n.
H×nh 7.10. C¸c kÕt qu¶ tÝnh sãng trong b·o theo c¸c m« h×nh PM (a) vμ PD
(b) (Tr−êng ®é cao sãng 5% ®é ®¶m b¶o 26-10-1995)
NÕu xem xÐt chi tiÕt h¬n sÏ thÊy r»ng m« h×nh PD ®· h¹
thÊp ®é cao cña c¸c sãng bÐ so víi m« h×nh PM, trong khi víi c¸c
H×nh 7.9. So s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh ®é cao sãng theo
c¸c m« h×nh PD (a), PM (b) vμ sè liÖu quan tr¾c sãng lín t×nh h×nh diÔn ra ng−îc l¹i.
463 464
- KÕt qu¶ thö nghiÖm c¸c m« h×nh nμy cho thÊy r»ng ®èi víi víi ®¹i d−¬ng. Nh− ®· nªu trong ch−¬ng 3, s¬ ®å sè dïng trong
m« h×nh WAM thÓ hiÖn ch−a ®¹t sù truyÒn sãng lõng trªn
c¸c tèc ®é giã b·o c¸c gi¸ trÞ ®é cao sãng tÝnh theo phiªn b¶n
chÝnh x¸c hãa cña m« h×nh cã thÓ v−ît nhiÒu so víi c¸c ®é cao nh÷ng kho¶ng c¸ch lín ë ®¹i d−¬ng. Cã thÓ tõ nguyªn nh©n
sãng nhËn ®−îc kh«ng qua quy chuÈn theo tèc ®é ®éng lùc. §Ó nμy, còng nh− do kh«ng ®ñ th«ng tin khÝ t−îng thñy v¨n xuÊt
minh ho¹ trªn h×nh 7.10 a, b biÓu diÔn c¸c tr−êng ®é cao sãng ph¸t ë vïng kh¬i ®¹i d−¬ng vμ do ®ã, ®é chÝnh x¸c thÊp khi tÝnh
tÝnh theo c¶ hai m« h×nh trong cïng mét t×nh huèng b·o. Tõ c¸c giã trªn thñy vùc nμy, cã thÓ gi¶i thÝch v× sao chÊt l−îng tÝnh
h×nh vÏ thÊy r»ng: ë t©m b·o theo m« h×nh PD ®é cao sãng b»ng c¸c yÕu tè sãng giã ë §¹i T©y D−¬ng vμ Th¸i B×nh D−¬ng kÐm
13 m, trong khi ®é cao sãng theo m« h×nh PM b»ng 10 m. Sè h¬n so víi vïng biÓn B¾c H¶i.
liÖu quan tr¾c b»ng m¾t tõ tÇu cung cÊp c¨n cø ®Ó cho r»ng B¶ng 7.5. C¸c −íc l−îng ®é chÝnh x¸c tÝnh ®é cao sãng theo m« h×nh WAM
sãng trong thùc tÕ ®· cao h¬n ®é cao mμ m« h×nh PD tÝnh ®−îc. [303]
Nh− vËy cã thÓ cho r»ng m« h×nh PD cho phÐp nhËn nh÷ng gi¸
Tr¹m Sai sè hÖ thèng, ChØ sè t¶n
trÞ chÝnh x¸c h¬n cña ®é cao sãng b·o trªn biÓn vμ ®¹i d−¬ng. (sè l−îng sè liÖu) m m¹n, %
So s¸nh chÊt l−îng kÕt qu¶ tÝnh sãng víi m« h×nh B¾c H¶i (NEDWAM)
WAM. Môc nμy ®èi s¸nh chÊt l−îng c¸c tÝnh to¸n cña chóng t«i
EPF -0,27 25
víi c¸c kÕt qu¶ cña mét m« h×nh sãng giã phæ biÕn nhÊt ë
K-13 24
-0,12
ph−¬ng T©y – m« h×nh WAM [303], ®−îc ng−êi ta xem nh− mét
AUK -0,14 24
chuÈn quèc tÕ. Nãi chung kh«ng thÓ thùc hiÖn so s¸nh chÝnh
§¹i d−¬ng (WAM)
x¸c ®−îc, bëi v× ph¶i cã cïng c¸c tr−êng giã xuÊt ph¸t vμ d÷ liÖu
Aliaska (4657) -0,22 22
quan tr¾c trªn cïng mét vïng n−íc mμ trong thùc tÕ kh«ng cã.
Hawai (2061) -0,28 22
V× vËy chØ cã thÓ thùc hiÖn so s¸nh cã tÝnh chÊt ®Þnh h−íng, sö
C¸c vïng ven bê ®«ng n−íc Mü (4284) -0,38 37
dông th«ng tin hiÖn cã, thÝ dô th«ng tin c«ng bè trong chuyªn
C¸c vïng ven bê b¾c n−íc Anh (2825) -0,40 29
kh¶o [303].
Trong b¶ng 7.5 dÉn c¸c −íc l−îng vÒ ®é chÝnh x¸c tÝnh ®é So s¸nh c¸c tÝnh to¸n theo c¸c m« h×nh PM vμ PD cña
cao sãng theo m« h×nh WAM, nhËn ®−îc cho thñy vùc B¾c H¶i chóng t«i víi c¸c tÝnh to¸n cña m« h×nh WAM cho thÊy c¸c m«
thêi kú tõ 10-1990 ®Õn 4-1991 vμ cho c¸c vïng ®¹i d−¬ng thêi h×nh cã cïng ®é chÝnh x¸c. §èi víi ®iÒu kiÖn B¾c H¶i ®é chÝnh
kú tõ 12-1987 ®Õn 11-1988. x¸c cña m« h×nh WAM cã phÇn cao h¬n, ®iÒu nμy cã thÓ gi¶i
thÝch b»ng chÊt l−îng th«ng tin xuÊt ph¸t vμ ®é chÝnh x¸c d÷
Tõ b¶ng nμy thÊy r»ng chÊt l−îng tÝnh to¸n ®é cao sãng
liÖu ®o sãng cao h¬n.
theo m« h×nh WAM cho vïng biÓn B¾c H¶i phÇn nμo kh¸ h¬n so
465 466
- ECMWF
H×nh 7.11 a. Tr−êng ®é cao sãng giã tÝnh cho sãng 5% ®é ®¶m b¶o theo tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt cña
467
468
H×nh 7.11 b. Tr−êng ®é cao sãng giã tÝnh cho sãng 5% ®é ®¶m b¶o theo c¸c b¶n ®å chÈn ®o¸n lËp theo d÷ liÖu thùc
nguon tai.lieu . vn
