- Trang Chủ
- Địa Lý
- Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian - Chương 8
Xem mẫu
- gåm b¾c phÇn vμ trung phÇn §¹i T©y D−¬ng.
kh«ng khÝ, v× theo quan tr¾c cña nhiÒu nhμ nghiªn cøu c¸c dßng
xiÕt th−êng liªn quan tíi hiÖn t−îng nghÞch nhiÖt vμ c¸c front Sai sè tÝnh c¸c yÕu tè sãng giã theo m« h×nh phæ tham sè Ýt
khÝ quyÓn. kh¸c víi sai sè tÝnh to¸n cña m« h×nh WAM. M« h×nh phæ tham
sè sãng giã míi, trong ®ã sö dông phÐp quy chuÈn theo tèc ®é giã
7.7. Nh÷ng kÕt luËn chÝnh ®éng lùc, diÔn t¶ ®−îc chuyÓn ®éng tù hoμ hîp cña líp biªn khÝ
quyÓn gÇn mÆt n−íc vμ mÆt biÓn dËy sãng. C¸c thö nghiÖm m«
Sai sè tÝnh sãng biÓn phô thuéc vμo nhiÒu nguyªn nh©n vμ
h×nh ®· cho biÕt r»ng nã cã kh¶ n¨ng tÝnh sãng b·o víi ®é chÝnh
tr−íc hÕt vμo chÊt l−îng c¸c tr−êng khÝ ¸p xuÊt ph¸t vμ ®é
x¸c cao h¬n so víi nh÷ng m« h×nh ®ång lo¹i ®· cã tr−íc ®©y.
chÝnh x¸c tÝnh giã, chÊt l−îng m« h×nh to¸n vμ ®é chÝnh x¸c d÷
liÖu quan tr¾c dïng ®Ó so s¸nh.
So s¸nh khÝ ¸p mÆt ®Êt truyÒn tõ Trung t©m ch©u ¢u Dù
b¸o Trung h¹n víi d÷ liÖu ®o trªn c¸c dμn quan tr¾c cho thÊy ®é
chÝnh x¸c dù b¸o ¸p suÊt ®ñ cao ®èi víi thêi gian b¸o tr−íc ®Õn
Ch−¬ng 8
3 ngμy. Tõ ngμy thø t− chÊt l−îng c¸c dù b¸o b¾t ®Çu kÐm h¼n,
dã lμ nguyªn nh©n suy gi¶m ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n c¸c yÕu tè
¦íc l−îng c¸c ®é cao cùc trÞ
khÝ t−îng kh¸c.
cña sãng giã trong vïng ven bê
Sai sè kh¸ lín trong tÝnh giã vμ sãng b¾t nguån tõ ®é gi¸n
®o¹n thêi gian vμ kh«ng gian qu¸ th« cña tr−êng khÝ ¸p truyÒn
tõ ECMWF còng nh− chÝnh m« h×nh tÝnh giã. 8.1. TÝnh cÊp thiÕt cña vÊn ®Ò
S¸i sè b×nh ph−¬ng trung b×nh tÝnh giã mÆt ®Êt 2–3 m/s, ®«i
NhËp ®Ò. Sù ph¸t triÓn m¹nh khai th¸c dÇu khÝ trªn biÓn
khi lín h¬n, lμ sai sè ®iÓn h×nh ®èi víi phÇn lín c¸c hÖ ph−¬ng
nh÷ng n¨m gÇn ®©y vμ nhu cÇu tÊt yÕu x©y dùng c¸c lo¹i c«ng
ph¸p tÝnh hiÖn dïng, ®iÒu ®ã lμm h¹n chÕ ®é chÝnh x¸c tÝnh
tr×nh kü thuËt khai th¸c dÇu khÝ, trong ®ã cã c¸c c«ng tr×nh ë
to¸n c¸c yÕu tè sãng giã. TriÔn väng tiÕp theo cña h−íng nghiªn
c¸c vïng n−íc thÒm lôc ®Þa, ®· ®Æt ra ®ßi hái cao ®èi víi c¸c
cøu nμy liªn quan tíi sù tÊt yÕu ph¶i tÝnh ®Õn c¸c hiÖu øng
ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n t¸c ®éng cña m«i tr−êng lªn c¸c c«ng
front, quy m« võa vμ kh«ng dõng, tÝnh ®Õn nh÷ng chi tiÕt t−¬ng
tr×nh. Mét trong nh÷ng nh©n tè quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh ®é
t¸c cña dßng kh«ng khÝ víi ®é gå ghÒ biÕn thiªn cña mÆt biÓn...
bÒn vμ æn ®Þnh cña c¸c c«ng tr×nh kü thuËt biÓn lμ sãng biÓn.
C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n sè tr−êng sãng giã trªn c¸c biÓn phÇn
Tuy nhiªn, chÕ ®é sãng biÓn ë c¸c vïng thÒm th−êng ®−îc
phÝa t©y B¾c B¨ng D−¬ng chøng tá vÒ kh¶ n¨ng "nhí l©u" cña
nghiªn cøu rÊt ch−a ®Çy ®ñ, ®iÒu nμy liªn quan tíi thùc tÕ thiÕu
qu¸ tr×nh sãng, bëi v× c¸c sãng ®i tíi vïng ®iÓm chóng ®−îc
v¾ng nh÷ng quan tr¾c tin cËy ®ñ dμi lÏ ra cã thÓ sö dông ®Ó
quan tr¾c, ®−îc ph¸t triÓn trªn mét vïng n−íc kh¸ réng, bao
tÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ cùc trÞ cña sãng. Nh÷ng −íc l−îng vÒ c¸c
475 476
- kh¸c cña biÓn Barens, bëi v× biÓn Pªtrora më ë phÝa t©y vμ t©y
yÕu tè sãng giã cã trong mét sè tμi liÖu tra cøu mang tÝnh chÊt
b¾c cho c¸c sãng tõ trung phÇn vμ nam phÇn biÓn ®i vμo. Trªn
rÊt kh«ng ®¬n trÞ. Chóng th−êng dùa c¬ së trªn c¸c d÷ liÖu quan
c¸c h−íng kh¸c, sãng ®−îc quy ®Þnh bëi tèc ®é vμ thêi gian t¸c
tr¾c b»ng m¾t do ®éi hoa tiªu thùc hiÖn trong thêi kú hμng h¶i
®éng cña giã ®Þa ph−¬ng, ®é s©u vμ kho¶ng c¸ch tíi c¸c bê
[21, 45]. §Ó cã ®−îc nh÷ng −íc l−îng tin cËy h¬n vÒ chÕ ®é sãng
khuÊt giã.
giã ë mét vïng thÒm cô thÓ th× c¸c sè liÖu quan tr¾c b»ng m¾t
râ rμng lμ kh«ng ®ñ, lý do lμ chóng cã chÊt l−îng thÊp vμ tÝnh Nh÷ng ®Æc ®iÓm h×nh thμnh sãng nguy hiÓm trªn vïng
kh«ng ®ång nhÊt kh«ng gian cao cña tr−êng sãng giã ë c¸c vïng n−íc biÓn Pªtrora chñ yÕu g©y nªn bëi sãng giã x©m nhËp tõ
biÓn n−íc n«ng ven bê. biÓn Barens. C¸c ®é s©u t−¬ng ®èi nhá (cì 10–100 m) dÉn tíi sù
biÕn d¹ng m¹nh c¸c sãng trªn n−íc n«ng ®· sinh ra vμ ph¸t
V× vËy, ®Ó kh«i phôc c¸c sè liÖu thiÕu v¾ng, nªn sö dông
triÓn trong ®iÒu kiÖn n−íc s©u víi tèc ®é giã lín. Quy m« truyÒn
c¸ch tiÕp cËn dùa trªn kÕt qu¶ m« h×nh hãa sè trÞ. Ta xÐt thÝ dô
vÒ kiÓu tÝnh to¸n nh− vËy ®èi víi biÓn Pªtrora. sãng ®Æc tr−ng trªn vïng n−íc biÓn Pªtrora (cì vμi tr¨m km)
cho thÊy r»ng tr−êng sãng giã ®Þa ph−¬ng gãp phÇn râ rÖt vμo
C¸c ®iÒu kiÖn t¹o sãng trªn thñy vùc biÓn Pªtrora.
chÕ ®é sãng chung. Nh− vËy, ®Ó m« pháng sè ®óng ®¾n vÒ
BiÓn Pªtrora n»m ë phÝa ®«ng nam biÓn Barens, lμ mét trong
tr−êng sãng, ph¶i chó ý kh«ng chØ tíi tÝnh n−íc n«ng cña biÓn,
nh÷ng n¬i hay diÔn ra b·o tè nhÊt ë n−íc Nga. ë biÓn Barens,
mμ mét lo¹t nh÷ng hiÖu øng kh¸c h×nh thμnh nªn phæ sãng ë
sãng cao 8 m vμ h¬n cã thÓ cã xuÊt ®¶m b¶o mïa ®«ng ®Õn 3%,
thñy vùc ®ang xÐt, kÓ c¶ t¸c ®éng giã.
mïa hÌ – 0,1–0,2%. C−êng ®é sãng gi¶m dÇn tõ phÝa t©y sang
phÝa ®«ng. T−¬ng øng, c¸c ®Æc tr−ng cùc trÞ cña sãng gi¶m 20–
8.2. M« h×nh to¸n vÒ sãng giã trong biÓn n«ng
30% khi chuyÓn ®éng tõ phÝa t©y sang phÝa ®«ng. Nh÷ng ®Æc
®iÓm ph©n bè kh«ng gian cña sãng ®· nªu lμ do ®Æc thï cña Tæng quan vÊn ®Ò. M« h×nh hãa to¸n häc vÒ sãng giã
hoμn l−u khÝ quyÓn trªn biÓn vμ nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng [21, trong biÓn n«ng lμ bμi to¸n kh¸ phøc t¹p, v× nã bao gåm nh÷ng
27, 45, 163]. vÊn ®Ò lý thuyÕt h×nh thμnh sãng ë c¶ vïng biÓn s©u còng nh− ë
X©m nhËp vμo vïng biÓn nμy lμ sãng giã vμ sãng lõng ®íi n−íc n«ng ven bê. Trong ch−¬ng 4 ®· xem xÐt nh÷ng kÕt
kh«ng chØ tõ c¸c biÓn Nauy vμ Greenland, mμ c¶ tõ c¸c vïng qu¶ kh¶o s¸t ®iÒu kiÖn h×nh thμnh sãng trªn n−íc s©u do giã
n−íc phÝa b¾c §¹i T©y D−¬ng. Trong khi ®¸nh gi¸ chÕ ®é sãng cung cÊp n¨ng l−îng, do t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu vμ tiªu t¸n do
trªn thñy vùc biÓn Barens, vμ ®Æc biÖt biÓn Pªtrora, ph¶i chó ý sãng ®æ, cßn trong ch−¬ng 6 ®· m« t¶ sù biÕn d¹ng sãng trªn
tíi sù hiÖn diÖn cña th¶m b¨ng, vμo c¸c mïa kh¸c nhau nã cã n−íc n«ng vμ ¶nh h−ëng ma s¸t ®¸y kh«ng tÝnh ®Õn t¸c ®éng
thÓ lμm thay ®æi nhiÒu kÝch th−íc phÇn thãang cña thuû vùc. giã. Tuy nhiªn, mét phÐp céng ®¬n thuÇn c¸c hiÖu øng Êy kh«ng
Sù ph¸t triÓn sãng côc bé trong biÓn Pªtrora bÞ h¹n chÕ nhiÒu thÓ diÔn t¶ ®Çy ®ñ vÒ sù ph¸t triÓn sãng d−íi t¸c ®éng giã ë
bëi ®é s©u vïng vμ kho¶ng c¸ch tíi c¸c bê l©n cËn. C−êng ®é thñy vùc n«ng ®¸y kh«ng ph¼ng.
sãng ë tÊt c¶ c¸c vïng biÓn Pªtrora nhá h¬n so víi c¸c vïng
477 478
- sãng giã trong thñy vùc n«ng [83, 143, 277, 363, 386]. Mét trong
Trong thñy vùc n−íc n«ng tÝnh chÊt c¸c c¬ chÕ vËt lý h×nh
nh÷ng m« h×nh gÇn ®©y nhÊt ®−îc R. Ris [346] x©y dùng, trong
thμnh phæ sãng sÏ thay ®æi vμ xuÊt hiÖn nh÷ng hiÖu øng bæ
®ã ngoμi c¸c phÐp tham sè hãa chÝnh x¸c truyÒn thèng vÒ nh÷ng
sung. ThÝ dô, khi ph¸t triÓn sãng trong mét thñy vùc n«ng, sù
c¬ chÕ vËt lý, cßn tÝnh ®Õn sù ®æ nhμo sãng trªn n−íc n«ng vμ
t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu bèn sãng cã ®Æc ®iÓm m¹nh mÏ h¬n,
t−¬ng t¸c ba sãng. C¸c m« h×nh n−íc n«ng kh¸c nhau rÊt nhiÒu
ngoμi ra ë ®©y còng cã thÓ cã t−¬ng t¸c céng h−ëng ba sãng (xem
[363], ®iÒu nμy mét lÇn n÷a nãi lªn sù phøc t¹p vμ sù nghiªn
ch−¬ng 6). Thªm n÷a, trªn n−íc n«ng ë ®íi ven bê, cã thÓ gi¶
cøu ch−a ®Çy ®ñ vÒ qu¸ tr×nh. Cã thÓ lμ, v× lý do ®ã mμ c¸c m«
thiÕt xuÊt ph¸t vÒ sù ®éc lËp pha cña c¸c hîp phÇn phæ sãng
h×nh sãng giã n−íc n«ng cßn ë mét møc ®é lín h¬n so víi c¸c m«
kh«ng cßn ®óng n÷a, cßn b¶n th©n phæ sãng trë nªn rÊt hÑp,
h×nh sãng biÓn s©u, ®Òu dùa trªn nh÷ng mèi phô thuéc thùc
g©y nghi ngê vÒ kh¶ n¨ng sö dông phÐp gÇn ®óng rèi yÕu vÒ
nghiÖm t−êng minh rót ra tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng ®¬n gi¶n
sãng vμ chÝnh ph−¬ng tr×nh ®éng häc.
[143]. VËy th× vÊn ®Ò vÒ c¨n cø lý luËn øng dông chóng cho
Trong c¸c ®iÒu kiÖn n−íc n«ng còng thay ®æi ®Æc ®iÓm cung
nh÷ng tr−êng hîp phøc t¹p h¬n th−êng ch−a s¸ng tá, vμ sù hîp
cÊp n¨ng l−îng tõ giã cho sãng [63]. Ch¼ng h¹n, trªn n−íc s©u,
lý øng dông m« h×nh nμy hay m« h×nh kh¸c ®−îc chøng minh
®iÒu kiÖn sãng ph¸t triÓn hoμn toμn ®¹t ®−îc khi vËn tèc pha
nhê so s¸nh kÕt qu¶ tÝnh víi d÷ liÖu quan tr¾c.
sãng tiÕn gÇn tíi tèc ®é dßng kh«ng khÝ trung b×nh. VËn tèc pha
Trong môc nμy sÏ xÐt mét m« h×nh phæ tham sè m« t¶ sù
sãng trªn n−íc s©u thùc tÕ kh«ng bÞ h¹n chÕ (trong phÐp gÇn
ph¸t triÓn sãng giã trong biÓn n«ng víi cïng møc ®óng ®¾n
®óng chÊt láng lý t−ëng kh«ng nÐn). V× lý do ®ã, sãng trªn c¸c
chung. M« h×nh nμy sÏ ®−îc h×nh thμnh trong khu«n khæ thiÕt
®¹i d−¬ng vμ c¸c biÓn cã thÓ ®¹t tíi nh÷ng kÝch th−íc rÊt lín.
lËp bμi to¸n tæng qu¸t nhÊt. C¸c biÓu thøc gi¶i tÝch cña nh÷ng
Trong tr−êng hîp n−íc n«ng, vËn tèc pha sãng bÞ giíi h¹n bëi
c¬ chÕ cßn chua ®−îc nghiªn cøu lý thuyÕt nhiÒu (nh− qu¸ tr×nh
¶nh h−ëng ®é s©u. Giai ®o¹n ph¸t triÓn hoμn toμn cña sãng ®¹t
ph¸t triÓn sãng ë thñy vùc ®é s©u kh«ng ®æi giíi h¹n, sù ®æ
®−îc s¬m h¬n so víi tr−êng hîp n−íc s©u. §iÒu ®ã diÔn ra khi
nhμo sãng ë ®íi ven bê) sÏ suy ra tõ d÷ liÖu thùc nghiÖm tin cËy.
c¸c sãng cã kÝch th−íc sao cho tèc ®é truyÒn sãng t−¬ng øng ®¹t
Ngoμi ra, trong m« h×nh còng sÏ sö dông nh÷ng kÕt qu¶ lý
gi¸ trÞ cùc ®¹i do ®é s©u thñy vùc quy ®Þnh, v× vËy sãng giã ë c¸c
thuyÕt ®· ®−îc thõa nhËn (ch¼ng h¹n, nh÷ng vÊn ®Ò vÒ khóc x¹
thñy vùc n−íc n«ng lu«n nhá h¬n so víi trªn n−íc s©u víi cïng
sãng trong thñy vùc ®¸y kh«ng ph¼ng).
tèc ®é giã.
M« h×nh phæ tham sè vÒ sù ph¸t triÓn sãng giã trong
L−u ý r»ng quy m« kh«ng gian-thêi gian ®Æc tr−ng cña biÕn
biÓn n«ng. ThiÕt lËp bμi to¸n. XuÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh
®æi tr−êng sãng trªn n−íc s©u ®−îc quy ®Þnh bëi quy m« synop
hay c¸c kÝch th−íc h×nh häc cña thñy vùc, trong khi ®ã ë c¸c c©n b»ng n¨ng l−îng sãng giã tæng qu¸t (5.1), ta viÕt ph−¬ng
tr×nh nμy víi hμm mËt ®é phæ S S (k , , x, y, t ) phô thuéc vμo sè
thñy vùc n«ng quy m« kh«ng gian biÕn ®æi ®é s©u thñy vùc l¹i
sãng k k vμ gãc arctg (k y / k x ) d−íi d¹ng
lμ mét nh©n tè bæ sung n÷a.
HiÖn nay ®· cã nhiÒu m« h×nh to¸n diÔn t¶ sù tiÕn triÓn
479 480
- S S S S d k S d m« t¶ sau.
C gx C gy G , (8.1)
t x y k d t d t C¸c ph−¬ng tr×nh diÔn t¶ sù biÕn thiªn cña sè sãng k vμ
gãc däc theo quü ®¹o truyÒn c¸c chïm sãng, theo (5.2) cã thÓ
dx dy
trong ®ã C gx vμ C gy nh÷ng h×nh chiÕu cña vËn tèc
dt dt viÕt d−íi d¹ng:
H H
nhãm C g trªn c¸c trôc x vμ y . dk
cos sin ; (8.6)
H x H y
dt
C gx C g cos , C gy C g sin , (8.2)
d 1 H H
sin cos .
2kH
d 1 (8.7)
,
1 dt k H x H y
Cg (8.3)
sh(2kH )
dk 2 k
Ta sÏ xem r»ng hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh (8.1), (8.6), (8.7), khi
gk th(kH ) . (8.4) cho tr−íc c¸c ®iÒu kiÖn biªn vμ ban ®Çu t−¬ng øng, diÔn t¶ bμi
Hμm nguån G m« t¶ nh÷ng c¬ chÕ vËt lý h×nh thμnh phæ to¸n ph¸t triÓn sãng trong thñy vùc n−íc n«ng.
sãng giã, ta sÏ biÓu diÔn d−íi d¹ng tæng ba hμm: ChuyÓn sang hÖ ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ.
G Gin G nl G ds , Ph−¬ng ph¸p tham sè tÝnh sãng cã nghÜa lμ chuyÓn tõ ph−¬ng
tr×nh mËt ®é n¨ng l−îng phæ (8.1) sang c¸c ph−¬ng tr×nh ®èi víi
trong ®ã Gin cung cÊp n¨ng l−îng tõ giã cho sãng, G ds tiªu t¸n
nh÷ng tham sè cña phæ [185, 257]. C¸c ph−¬ng ph¸p tham sè ®·
n¨ng l−îng sãng, G nl t−¬ng t¸c phi tuyÕn trong phæ sãng giã.
trë thμnh truyÒn thèng khi tÝnh sãng trªn n−íc s©u. Chóng dùa
Ta sÏ xem r»ng tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng G ds ®−îc x¸c ®Þnh
trªn gi¶ thuyÕt tån t¹i mét d¹ng phæ æn ®Þnh cña sãng giã, ®−îc
1 2
bëi hai c¬ chÕ: ma s¸t ®¸y G ds vμ ®æ nhμo ®Ønh sãng G ds trªn kiÓm so¸t bëi sù t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu gi÷a c¸c sãng. Cßn vÒ
n−íc n«ng. tr−êng hîp ph¸t triÓn sãng trong thñy vùc ®é s©u h÷u h¹n, ë ®©y
cã thÓ øng dông chÝnh ý t−ëng ®ã.
Víi t− c¸ch lμ hμm tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng do ma s¸t ®¸y
ta sö dông ®Ò xuÊt cña c«ng tr×nh [365]: C¨n cø cña quan ®iÓm nμylμ nh÷ng d÷ liÖu thùc nghiÖm
kS [219], theo ®ã ®· x¸c lËp ®−îc tÝnh bÊt biÕn cña c¸c phæ kh«ng
G ds )
(1
, (8.5)
gian cña sãng giã (trong kh«ng gian " k " ) ë thñy vùc n−íc n«ng
g sh (2kH )
vμ mèi liªn hÖ cña c¸c tham sè phæ víi nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o
ë ®©y 0,076 m 2 s 3 .
sãng. Ngoμi ra, c¸c t¸c gi¶ c«ng tr×nh nμy ®· ®i ®Õn kÕt luËn
2
Hμm tiªu t¸n G ds chÊp nhËn theo m« h×nh côa. J. Battjes r»ng ma s¸t ®¸y kh«ng ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ tíi d¹ng phæ sãng
giã. Vai trß ma s¸t ®¸y, ®−¬ng nhiªn, dÉn tíi sù tiªu t¸n n¨ng
vμ J. Jonssen [208]. BiÓu thøc xÊp xØ cña nã nhËn ®−îc kh«ng
l−îng sãng, nh−ng khi cã mÆt t¸c ®éng giã th× tæ hîp nã víi
ph¶i d−íi d¹ng phæ, mμ d−íi d¹ng tham sè, vμ sÏ ®−îc dÉn sau
nh÷ng c¬ chÕ kh¸c sÏ lμm cho phæ cã d¹ng bÊt biÕn. Ma s¸t ®¸y
nμy. VÒ nh÷ng hμm nguån hîp phÇn cßn l¹i, chóng còng sÏ ®−îc
481 482
- cã thÓ ¸p ®¶o nÕu giã trë nªn thÊp h¬n mét gi¸ trÞ t¹o ra n¨ng ®éng lªn ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng (8.1) b»ng c¸c
l−îng c¬ b¶n, vμ khi truyÒn sãng lõng. to¸n tö tÝch ph©n chän chuyªn cho môc ®Ých nμy [185]:
ViÖc dÉn lËp hÖ ph−¬ng tr×nh cho c¸c tham sè phæ dùa trªn
2
L1 [ P ] P k d k d ;
sö dông ph−¬ng tr×nh phæ (8.4), vμ kü thuËt dÉn lËp nãi chung (8.11)
kh«ng kh¸c víi kü thuËt ®· ®−îc ®Ò xuÊt trong c«ng tr×nh [185] 0
2
®èi víi n−íc s©u, nh−ng ®èi víi thñy vùc n−íc n«ng kh«ng nªn
dïng phæ tÇn sè – gãc, mμ dïng phæ c¸c sè sãng k vμ h−íng .
Pj k d k
Chóng ta sÏ ®−a ra xÊp xØ gi¶i tÝch cña nã d−íi d¹ng mét hμm
L2 [ P ] 2 , (8.12)
phô thuéc vμo ph−¬ng sai cña qu¸ tr×nh sãng m0 , sè sãng cña
Skdk
cùc ®¹i phæ k max vμ h−íng tæng qu¸t truyÒn sãng . TiÕp theo 2
sÏ cho thÊy r»ng trong thñy vùc n«ng gi÷a c¸c tham sè m0 vμ
trong ®ã Pj tõng sè h¹ng trong c¸c sè h¹ng cã tÝnh tæng cña
k max cã thÓ thiÕt lËp mét mèi liªn hÖ t−êng minh. Ta sÏ xem
r»ng c¸c tham sè phæ phô thuéc vμo täa ®é kh«ng gian x, y vμ ph−¬ng tr×nh (8.1).
Nh− vËy, cã thÓ ®i ®Õn mét hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n phi
thêi gian t . Nh− vËy mèi phô thuéc cña phæ vμo c¸c tham sè cã
tuyÕn ®èi víi c¸c tham sè phæ: m«men kh«ng m0 vμ h−íng tæng
thÓ viÕt d−íi d¹ng:
qu¸t truyÒn sãng . HÖ ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ
S S m0 ( x, y, t ), k max ( x, y, t ), ( x, y, t ), k , .
viÕt d−íi d¹ng nh− sau:
Hμm mËt ®é phæ cã thÓ viÕt d−íi d¹ng mét tÝch cña phæ c¸c
m0 m0 m0
C mx C my D mx Dmy
sè sãng nh©n víi hμm ph©n bè gãc:
t x y x y
S S ( m0 , k max , k ) Q (, ) , (8.8) u ref ds
G m cos( U ) G m G m
(8.13)
ë ®©y m0 m0
C x C y Dx Dy
t x y x y
nq
( n q ) cos ( ) ;
khi
2 G cos( U ) Gef
r
u
Q (, ) (8.9)
0 ;
khi
ë ®©y ij h−íng giã; C mx , Dmx , C x , Dx , C my , Dmy , C y , Dy
2
(n q ) nh©n tö quy chuÈn, b»ng nh÷ng hÖ sè phiÕm hμm, quyÕt ®Þnh d¹ng cña phæ hai chiÒu;
u ref
G m hμm tæng qu¸t ph¸t sinh n¨ng l−îng sãng bëi giã; G m
2 4 6 ... n q
( n q ) ds
hμm ¶nh h−ëng khóc x¹ lªn ph©n bè n¨ng l−îng sãng; G m
. (8.10)
1 3 5 ... (n q 1)
u
tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng; G hμm biÕn ®æi h−íng truyÒn
§Ó cã hÖ ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham sè phæ, ta sÏ t¸c
483 484
- mo
mo
mo
ref
sãng tæng qu¸t do ®æi h−íng giã; G hμm ¶nh h−ëng cña
1 I D sin
1 I C sin
1 I C cos
x
y
x
t
khóc x¹ lªn biÕn ®æi h−íng truyÒn sãng. Nh÷ng hÖ sè vμ hμm
nμy lμ nh÷ng biÓu thøc tÝch ph©n tõ phÐp xÊp xØ hai chiÒu cña u ref ds
1 I D cos G m cos ( U ) G m G m ;
y
c¸c phæ vμ c¸c hîp phÇn t−¬ng øng cña hμm nguån ®−îc thÓ
(8.15)
mo mo
1 1
hiÖn trong ph−¬ng tr×nh (8.1). 1 1
m0 I C sin m0 I C cos
t1 n q x y
nq
Ta ®−a ra nh÷ng ký hiÖu sau:
S 2 2
IC Cg I D Cg S k d k, ref
1 (n q ) u
G sin ( U ) G .
m0 1 I D sin
m0 1 I D cos
k d k, .
m0 nq 1 y
x
T−¬ng tù, ta biÓu diÔn c¸c hμm m« t¶ khóc x¹ vμ ®øng ë vÕ
Khi thÕ chóng vμo c¸c ph−¬ng tr×nh (8.13), ta biÓu diÔn
ph¶i cña hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh (8.15)
nh÷ng hÖ sè cÇn t×m cña hÖ d−íi d¹ng:
S d k S d
C mx L1 [C g cos ( S / m0 )] 1 (n q ) I C cos ;
G m L1 G ref L1
ref
. (8.16)
k d t d t
C my L1 [C g sin ( S / m0 )] 1 (n q ) I C sin ;
Sö dông c¸c ph−¬ng tr×nh (8.6), (8.7), ta ®−îc
Dmx L1 [C g cos ( S / )] 1 (n q ) I D sin ;
H
H
Dmy L1 [C g sin ( S / m0 )] 1 ( n q ) I D cos ; ref
sin
G m J k 1 (cos ), (8.17)
y
x
(8.14)
C x L2 [C g cos ( S / m0 )] n q 1 m0 1 I C sin ;
trong ®ã J k J k 1 J k 2 ;
C y L2 [C g sin ( S / m0 )] n q 1 m0 1 I C cos ;
S S
J k1 J k2
k d k; kdk .
Dx L2 [C g cos ( S / )] m0 1 I D cos ; k H k H
Dy L2 [C g sin ( S / m0 )] m0 1 I D sin . Hμm khóc x¹ cña ph−¬ng tr×nh thø hai t×m b»ng c¸ch
t−¬ng tù vμ ®−îc viÕt nh− sau:
ViÕt l¹i hÖ (8.13) d−íi d¹ng sau:
S d k S d
ref
G L2 [G ref ] L2 [ ], (8.18)
k d t d t
nã cã thÓ ®−îc biÕn ®æi ®Õn d¹ng
H H
1
G m 0 1 J k 1 J k 2 sin
.
ref
cos (8.19)
x y
nq
BiÕn ®æi tiÕp theo cña c¸c hÖ sè phiÕm hμm trong hÖ (8.15)
485 486
- chØ cã thÓ trong tr−êng hîp cho t−êng minh d¹ng cña xÊp xØ phæ [162] víi ®é nghiªng ®¸y lín h¬n, 0,006 t¹i ®é s©u 11–18 m vμ
S S (m0 , k max , k ) Q (, ) . víi ®é nghiªng ®¸y 0,025 t¹i ®é s©u bÐ h¬n, ®· g©y nghi ngê ®èi
víi nh÷ng kÕt qu¶ tr−íc. Ch¼ng h¹n, ®· nhËn ®−îc kÕt luËn: b¾t
XÊp xØ phæ sãng trong thñy vùc n−íc n«ng. VÊn ®Ò vÒ
2
®Çu tõ ®é s©u kh«ng thø nguyªn H 1 ( H H max ) , c¸c phæ
d¹ng biÓu diÔn gi¶i tÝch ®óng cña phæ sãng giã trong thñy vùc
g
n−íc n«ng mét thêi gian dμi ch−a ®−îc gi¶i quyÕt. Theo c¸c c«ng
thùc nghiÖm kh«ng diÔn t¶ b»ng xÊp xØ phæ TMA n÷a. Trªn c¸c
tr×nh ®−îc thùc hiÖn ë B¾c H¶i vμ ë §¹i T©y D−¬ng, bê ®«ng
®é s©u t−¬ng ®èi bÐ 0,16 H 0,50 * nh¸nh th¨ng cña phæ biÕn
Hoa Kú [219, 327] ®· kh¼ng ®Þnh kh¶ n¨ng sö dông c¸i gäi lμ
thiªn dèc ®øng h¬n so víi phæ TMA, cßn trªn nh¸nh gi¸ng xuÊt
phæ TMA ®Ó tÝnh to¸n biÕn d¹ng phæ tÇn sè tõ n−íc s©u sang
hiÖn nh÷ng cùc ®¹i thø cÊp æn ®Þnh t¹i c¸c tÇn sè lμ béi vμ
n−íc n«ng. XÊp xØ phæ tÇn sè TMA dùa trªn ý t−ëng ¸p dông
kh«ng béi cña tÇn sè ®Ønh phæ. Tuy nhiªn, nÕu l−u ý r»ng thÝ
tÝnh bÊt biÕn cña kho¶ng c©n b»ng trong phæ kh«ng gian cña
nghiÖm nμy ®· ®−îc tiÕn hμnh ë mét vïng ven bê víi ®é
sãng sang toμn bé phæ. Phæ cã d¹ng
nghiªng lín h¬n nhiÒu, th× cã thÓ cho r»ng ý kiÕn kh«ng thèng
4
S TMA (, H ) g 2 5 e 1,25 ( max / ) f (, H ) , (8.20)
nhÊt võa råi lμ do sù hiÖn diÖn cña c¸c sãng bÞ ph¶n x¹ tõ c¸c
max 2
s−ên nghiªng cña ®¸y, còng nh− tõ ®Õ cña c¸c bÖ quan tr¾c. Cã
; , , c¸c tham sè phô thuéc
trong ®ã f exp
2 2 2 ax thÓ ®©y còng lμ biÓu hiÖn cña hiÖu øng t−¬ng t¸c ba sãng. Cã lÏ
m
t×nh huèng nμy kh«ng cho phÐp c¸c t¸c gi¶ cña c«ng tr×nh nhËn
vμo giai ®o¹n ph¸t triÓn sãng, cßn hμm ®−îc biÓu diÔn nh− sau:
®−îc c¸c biÓu thøc tin cËy cho xÊp xØ phæ tÇn sè.
k (, H )
k 3 (, H ) TÝnh tíi tÝnh bÊt biÕn cña phæ sãng kh«ng gian, chóng ta sö
(, H ) . (8.21)
k (, ) dông biÓu diÔn hμm mËt ®é phæ d−íi d¹ng xÊp xØ phæ cña
k 3 (, ) Cruzeman [331], nh−ng ®−îc thÓ hiÖn cho phæ c¸c sè sãng. D−íi
d¹ng nh− vËy nh¸nh gi¸ng ®−îc xÊp xØ b»ng S (k ) ~ k 4 , cßn
KÕt luËn chÝnh cña viÖc ph©n tÝch d÷ liÖu thùc nghiÖm lμ sù
nh¸nh th¨ng cña phæ lμ hμm tuyÕn tÝnh cña k :
biÕn d¹ng phæ tÇn sè cña c¸c sãng giã (tøc c¸c sãng chÞu t¸c
(k / k max ) 4 S max khi k k max
®éng trôc tiÕp cña giã) chØ phô thuéc vμo phæ xuÊt ph¸t trªn
S (k ) (8.22)
max 0, a (k k max ) khi k k max
n−íc s©u vμ vμo tèc ®é giã vμ kh«ng phô thuéc vμo ®é nghiªng
cña ®¸y. Trong ®ã ®· gi¶ thiÕt r»ng xÊp xØ phæ TMA lu«n ®óng a S max /( k max k min ) ; k min k max ( 1 ).
ë ®©y
cho ®Õn tËn ®íi ®æ nhμo. Nh÷ng kÕt qu¶ nh− vËy nhËn ®−îc ë
B¾c H¶i, ë vïng víi ®é nghiªng ®¸y 0,0003, cßn ë miÒn bê Hoa
Kú – víi ®é nghiªng ®¸y 0,005.
*
Trªn c¸c ®é s©u nhá h¬n, sù tiÕn triÓn sãng diÔn ra trong c¸c ®iÒu kiÖn ®íi
Mét thÝ nghiÖm kh¸c thùc hiÖn ë vïng bê Bungari, H¾c H¶i
sãng vç bê.
487 488
- trong ®ã m0 vμ k max liªn hÖ víi nhau b»ng quan hÖ (8.23).
Tho¹t nh×n cã thÓ t−ëng r»ng xÊp xØ (8.22) lμ kh¸ th«. Tuy
nhiªn, nã kh«ng m©u thuÉn víi d÷ liÖu thùc nghiÖm [162]. NÕu D¹ng hμm ph©n bè n¨ng l−îng theo gãc kh¸ quen thuéc ®èi
cã chi tiÕt ho¸ tØ mØ h¬n n÷a viÖc xÊp xØ d¹ng phæ S (k ) , th× còng
víi sãng giã trªn n−íc s©u [45]. Cßn tr−êng hîp n−íc n«ng vÊn
kh«ng dÉn tíi lμm chÝnh x¸c g× nhiÒu ®èi víi c¸c ph−¬ng tr×nh ®Ò nμy mét thêi gian dμi Ýt ®−îc nghiªn cøu. Trong thÝ nghiÖm
cña c¸c tham sè phæ. [162] ®· nhËn ®−îc mét sè quy luËt nhÊt ®Þnh vÒ diÔn biÕn cña
Víi môc ®Ých x¸c ®Þnh tham sè S max ta sö dông c¸c d÷ liÖu hμm ph©n bè gãc.
cña chÝnh thÝ nghiÖm [162], trong ®ã ®· x¸c lËp mèi phô thuéc Khi ph©n tÝch d÷ liÖu cña thÝ nghiÖm [162] xÊp xØ hμm ph©n
cña m«men kh«ng chuÈn ho¸ cña phæ vμo sè sãng cña cùc ®¹i bè gãc trªn n−íc n«ng ®· ®−îc dïng d−íi d¹ng truyÒn thèng
phæ nh− sau:
Q( s, ) ( s ) cos 2 s ,
~ (8.24)
~
m 2,0 10 3 k 1,47 . (8.23) 2
max
0
ë ®©y ( s ) 1 / 2 ( s 1) / ((2s 1) / 2) , ( s ) hμm Gama.
Phô thuéc nμy ®−îc thùc hiÖn c¶ trªn n−íc s©u lÉn trªn n−íc n«ng
cho tíi tËn ®é s©u kh«ng thø nguyªn H 0,16 . ViÖc ®¸nh gi¸ vÒ c¸c tham sè xÊp xØ hμm ph©n bè gãc (8.24)
®· chØ ra sù phô thuéc æn ®Þnh cña chóng vμo tÇn sè vμ ®é s©u.
Tu©n theo mèi quan hÖ nμy, trong tÊt c¶ c¸c tr−êng hîp khi
ThÝ dô, c¸c gi¸ trÞ sè cña chØ sè s t−¬ng øng víi tÇn sè cùc ®¹i
c¸c sãng truyÒn tõ biÓn kh¬i vμo c¸c vïng ven bê n−íc n«ng
vμ t¹i c¸c tÇn sè cao h¬n vμ thÊp h¬n tÇn sè cùc ®¹i, v−ît tréi
tr−íc ®íi sãng vç bê vμ chÞu sù t¸c ®éng cña giã, sÏ cã mét mèi
~
phô thuéc gi÷a ®¹i l−îng m«men kh«ng cña phæ m0 vμ sè sãng c¸c chØ sè t−¬ng tù cña tr−êng hîp n−íc s©u; nÕu ®é s©u gi¶m,
~ chØ sè luü thõa s t¨ng lªn t¹i tÊt c¶ c¸c tÇn sè.
k m cña cùc ®¹i phæ (8.23) kh«ng tuú thuéc vμo ®é nghiªng ®¸y
Nh÷ng quy luËt võa nªu vÒ sù biÕn d¹ng cña ph©n bè gãc
vμ tÝnh chÊt trÇm tÝch ®¸y.
®−îc xÊp xØ b»ng c«ng thøc:
ë ®©y tÇn sè cña cùc ®¹i phæ kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh
s s () A 2,5 ,
ˆ (8.25)
truyÒn sãng giã tõ n−íc s©u tíi n−íc n«ng, vËy cho phÐp viÕt
2 gk m th k m H const , víi m tÇn sè cña cùc ®¹i phæ trªn A 45 18 H .5 ; 0,25 H 2,56 ;
0
ë ®©y:
m
n−íc s©u, k m sè sãng cña cùc ®¹i phæ trªn n−íc n«ng víi ®é
/ max khi max ;
ˆ
s©u H .
max / khi max ;
LÊy tÝch ph©n phæ (8.22) theo c¸c sè sãng ®èi víi tham sè
2
S max , cã thÓ nhËn ®−îc H H max
.
g
m0
S max ,
1 2
¦íc l−îng c¸c biÓu thøc tÝch ph©n b»ng ph−¬ng ph¸p
3 6
2
k max
tiÖm cËn. ViÖc dÉn lËp tiÕp c¸c ph−¬ng tr×nh ®èi víi c¸c tham
489 490
- Víi môc ®Ých t×m gi¸ trÞ tÝch ph©n I D trong (8.14), (8.15)
sè phæ liªn quan tíi viÖc thÕ c¸c xÊp xØ phæ (8.22)–(8.25) vμo
nh÷ng biÓu thøc tÝch ph©n (8.14), (8.16)–(8.19). Kh«ng thÓ biÓu ®èi víi phæ (8.22)–(8.24) ta dïng −íc l−îng tiÖm cËn cña nã theo
diÔn c¸c biÓu thøc nμy d−íi d¹ng t−êng minh ®−îc thËm chÝ ®èi ph−¬ng ph¸p Laplace [189]. Cuèi cïng ta cã
víi nh÷ng hμm sè ®¬n gi¶n nhÊt xÊp xØ phæ sãng. V× vËy, ta thö
k max H
I D c L1 S ( k max ) m 0,143 . (8.26)
sh (2k max H ) (2,5 2k max H )
cè g¾ng nhËn c¸c −íc l−îng tiÖm cËn cña c¸c biÓu thøc tÝch
ph©n.
Khi c L1 1,0 gi¸ trÞ (8.26) t−¬ng øng víi −íc l−îng nhËn
L−u ý r»ng khi rót ra c¸c biÓu thøc nμy ®· sö dông xÊp xØ
®−îc víi gi¸ bÐ cña tham sè kH 1 .
hμm ph©n bè gãc d−íi d¹ng (8.9), ë ®ã ®· kh«ng tÝnh ®Õn sù phô
Víi môc ®Ých chÝnh x¸c ho¸ tiÕp xÊp xØ tÝch ph©n (8.26) ®·
thuéc cña nã vμo tÇn sè, trong khi xÊp xØ (8.24), (8.25) h¬i kh¸c
thùc hiÖn tÝnh to¸n sè tÝch ph©n I D víi mét sè gi¸ trÞ tham sè
víi (8.9) vμ chøa ®ông mèi phô thuéc t−êng minh vμo tÇn sè.
k max H . §é lín cña tham sè nμy ®· biÕn ®æi hai bËc trong ph¹m
Tuy nhiªn hμm ph©n bè gãc (8.9) lμ kh¸ gÇn víi xÊp xØ (8.24)
khi n q 0,46 s [53] vμ cã thÓ kh«ng khã kh¨n nÕu tÝnh mét phô vi tõ 0,05 ®Õn 5,00, tøc phñ qua d¶i biÕn thiªn hîp lý cña nã. So
s¸nh gi¸ trÞ sè cña tÝch ph©n víi −íc l−îng tiÖm cËn cña nã
thuéc xÊp xØ th«ng qua mét phô thuéc kh¸c. Ngoμi ra, cã thÓ chØ
(8.26) cho thÊy r»ng tham sè c L1 nªn chÊp nhËn b»ng 1,43.
ra r»ng: ®èi víi nh÷ng gi¸ trÞ lín cña tham sè n q (theo d÷ liÖu
B»ng c¸ch ®ã khi dïng c«ng thøc (8.26) sÏ ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c
cña [162] n q ( max ) ~10 ), th× hiÖu chØnh cho c¸c tÝch ph©n (8.14),
tÝnh to¸n tho¶ m·n, sai sè kh«ng qu¸ 2,5% trong toμn d¶i biÕn
(8.16)–(8.19) do tÝnh tíi sù phô thuéc cña tham sè n q vμo tÇn sè
thiªn ®ang xÐt cña tham sè k max H .
chØ b»ng mét ®¹i l−îng kh¸ bÐ cì
BiÓu thøc tÝch ph©n thø hai I C cã thÓ biÓu thÞ d−íi d¹ng
n q ( max ) 1
1 ~ 0,53
S
~ O( )
IC Cg k d k 4 10 3 C g k 3 k max (k k max ) d k
1 n q ( max ) n q ( max )
m0
m0 0
vμ hiÖu chØnh nμy cã thÓ bá qua. Nh− vËy, víi mét ®é chÝnh x¸c
(8.27)
chÊp nhËn ®−îc, trong t−¬ng lai cã thÓ dïng c¸c biÓu thøc
ë ®©y (k ) hμm Heviside, cßn k max vμ m0 liªn hÖ víi nhau
(8.14), (8.16)–(8.19) ®Ó −íc l−îng c¸c biÓu thøc tÝch ph©n.
b»ng phô thuéc (8.23).
Tuy nhiªn, thËm chÝ trong tr−êng hîp nμy c¸c tÝch ph©n theo
BiÓu thøc tÝch ph©n (8.27) cã thÓ dÔ biÕn ®æi tíi d¹ng
sè sãng còng kh«ng lÊy ®−îc d−íi d¹ng cuèi cïng vμ chØ cã thÓ
~ 0,53
−íc l−îng chóng mét c¸ch gÇn ®óng. Ta sÏ dïng ph−¬ng ph¸p
I C 4 10 3 C g k 3 k max [0,681 k max (k k max )
Laplace [189] ®Ó nhËn ®−îc sè h¹ng thø nhÊt cña khai triÓn tiÖm 0
cËn c¸c biÓu thøc tÝch ph©n, sau nμy chóng ta sÏ chÝnh x¸c ho¸ 0,360 (k k max )] / m0 d k ,
thªm theo d÷ liÖu tÝnh to¸n sè trÞ biÓu thøc chÝnh x¸c.
491 492
- ë ®©y ( k ) hμm Delta cña Diracle. u
VÒ sè h¹ng G biÓu diÔn sù ®æi h−íng truyÒn sãng trung
Nh− vËy cã thÓ nhËn ®−îc r»ng b×nh do thay ®æi h−íng giã, nhiÒu t¸c gi¶ [200, 257, 258] ®·
I C 1,36 C g (k max ) 0,36 I D / m0 . (8.28) nhËn ®−îc −íc l−îng theo d÷ liÖu quan tr¾c ®èi víi ®iÒu kiÖn
n−íc s©u. Song ®èi víi ®iÒu kiÖn biÓn n«ng th× ch−a cã nh÷ng d÷
T−¬ng tù cã thÓ biÓu diÔn tÝch ph©n J k trong biÓu thøc
liÖu ®o nh− vËy (Ýt ra lμ ®èi víi c¸c ®é s©u kh¸c nhau). Do ®ã ta
khóc x¹ (8.17). Sè h¹ng thø nhÊt cña nã ®−îc −íc l−îng b»ng:
sÏ thö sö dông c«ng tr×nh [278], ë ®ã ®èi víi ®iÒu kiÖn n−íc s©u
S (k max ) g k m
3
®· rót ra mét ph−¬ng tr×nh t−¬ng øng trong tr−êng hîp ®ång
J k 1 c L 2 . (8.29)
m ch 2 (k m H ) (2,5 2k m H ) nhÊt kh«ng gian vμ cho biÕt r»ng vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh cã
thÓ thÓ hiÖn d−íi d¹ng
§é lín cña tham sè c L 2 còng ®· ®−îc x¸c ®Þnh nhê so s¸nh
1 m0
u
tÝnh to¸n sè tÝch ph©n (8.17) víi biÓu thøc tiÖm cÇn cña nã G sin (U ) . (8.32)
m0 t
(8.29). Tham sè c L 2 lμ mét hμm biÕn ®æi chËm theo ®é s©u
c L 2 1,13 (k max H ) 0,064 . BiÓu thøc (8.29) cho phÐp thùc hiÖn tÝnh Xu¸t ph¸t tõ hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh tham sè (8.15), hμm cÇn
u
t×m G cã thÓ biÓu diÔn b»ng
to¸n víi sai sè kh«ng qu¸ 2%.
§èi víi sè h¹ng thø hai ta cã biÓu thøc 1
u
G . (8.33)
max u
1 1 m0 G m
J k 2 S (k max ) k max J k1 .
2
(8.30)
sh (2k max H ) 4
4
X¸c ®Þnh hμm nguån tÝch ph©n trong hÖ c¸c ph−¬ng
§èi víi hμm tiªu t¸n ma s¸t ®¸y ta sÏ cho r»ng nã cã ¶nh tr×nh tham sè. Trong vÕ ph¶i ph−¬ng tr×nh thø nhÊt cña hÖ
u
h−ëng tíi sãng giã chØ trong tr−êng hîp tèc ®é giã gi¶m côc bé (8.15) gi¸ trÞ ch−a x¸c ®Þnh G m cã thÓ ®−îc biÓu diÔn qua hμm
vμ trë thμnh thÊp h¬n gi¸ trÞ t¹o n¨ng l−îng c¬ b¶n. Khi ®ã cã nguån phæ
thÓ nhËn ®−îc biÓu thøc cho (8.5) d−íi d¹ng sau: u
G m L1 [G ] . (8.34)
khi m0 m0 max ;
0
§Ó tr¸nh nh÷ng khã kh¨n x¸c ®Þnh hμm nguån phæ G ( S )
3
0,124
G ds S (k max ) k max 1 u
®èi víi n−íc n«ng, ta thö x¸c ®Þnh hμm nguån tÝch ph©n G m
ch (k max H 0,5)
khi m0 m0 max ,
kh«ng sö dông trùc tiÕp hμm mËt ®é phæ, mμ dùa trªn nh÷ng
2,0 g sh (2k max H ) (1 k max H )
mèi phô thuéc thùc nghiÖm ®· biÕt. Trong nh÷ng mèi phô thuéc
(8.31) ®ã th−êng biÓu thÞ mèi liªn hÖ gi÷a ®é cao kh«ng thø nguyªn
~
h gh / U 2 , chu kú sãng ~ g / U , ®μ kh«ng thø nguyªn
ë ®©y m0 max m«men kh«ng cña phæ sãng ph¸t triÓn tíi h¹n ®èi
~ ~
víi ®é s©u ®Þa ph−¬ng vμ tèc ®é giã ®· cho. X gX / U vμ ®é s©u H gH / U 2 . D−íi d¹ng tæng qu¸t nhÊt
2
493 494
- ~~
b1 X 1
phô thuéc cña ®é cao vμ chu kú vμo ®μ thÓ hiÖn d−íi d¹ng: ~~
~ m th 2 (a H 1 ) th 2 / ~1
~ ,
m0 (8.36)
~
~~ ~ ~
0
th 1 (a1 H 2 )
1
b1 X 1
~~ ~ 1
~ 1 / ~1
h h th (a1 H ) th ~ 2 ; (8.35 a)
~ ~
th 1 (a1 H ) ~
ë ®©y m0 h /(2); h ®é cao sãng trung b×nh.
2
~ ~
b2 X 2
~~ Theo c¸c sè liÖu ®o thùc nghiÖm gÇn ®©y nhÊt cña I. Young
~ ~ th (a H 2 ) th 1 / ~2
~ 2 , (8.35 b)
~ ~
th (a H )
2
2
vμ L. Verhagen [388] thùc hiÖn ë hå Georgy (n−íc ¸o) víi d¶i ®é
~
2
~
s©u 6 10 2 H 2 , gi¸ trÞ tíi h¹n cña m«men kh«ng b»ng m0
~ ~ ®é cao kh«ng thø nguyªn vμ chu kú (nãi chÝnh
ë ®©y h vμ ~
3,64 10 3 th 1,74 (0,493 H 0,75 ) .
x¸c ®ã lμ chu kú cña cùc ®¹i phæ) cña sãng ph¸t triÓn tíi h¹n; a ,
~
~ Nh÷ng quan hÖ trªn ®©y cã thÓ ®−îc dïng ®Ó tÝnh gi¸ trÞ
, b , , c¸c tham sè xÊp xØ.
cña hμm nguån. §èi víi c¸c ®iÒu kiÖn t¹o sãng lý t−ëng (®é s©u
Ph¶i l−u ý r»ng hiÖn nay kh«ng tån t¹i mét ý kiÕn thèng kh«ng ®æi, giã ®ång nhÊt vμ dõng) hÖ (8.13) quy vÒ mét ph−¬ng
nhÊt vÒ nh÷ng gi¸ trÞ nμo cña c¸c tham sè ®ã lμ ®óng nhÊt. ThÝ tr×nh d¹ng
dô, trong [352] sö dông ®é cao sãng hiÖu dông vμ chu kú cùc ®¹i
m0 m0 u
1 I C cos G m cos ( U ) , (8.37)
phæ, chÊp nhËn c¸c tham sè b»ng:
t x
~ ~
h 0,283; a 0,530; 0,75; b 0,00565; 0,5; ~ 1,0;
~
víi U 0 .
1 1 1 1 1
~
~ 7,54; a 0,833; 0,375; b 0,0379; 0,333; ~ 1,0.
~
2
2 2 2 2 §Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè trong ph−¬ng tr×nh nμy ta gi¶i bμi
Nh÷ng gi¸ trÞ ®é cao h tÝnh theo c«ng thøc (8.35) kh¸ gÇn to¸n ng−îc: lËp ph−¬ng tr×nh tiÕn triÓn sãng giã, xuÊt ph¸t tõ
víi nh÷ng gi¸ trÞ ®é cao t−¬ng øng trong СНиП * [183]. Muén mèi phô thuéc thùc nghiÖm (8.36). LÊy vi ph©n (8.36) theo x ,
h¬n mét Ýt, trong c«ng tr×nh cña D. Hurdle vμ M. Stive [282] c¸c ta cã
~
~ ~
gi¸ trÞ cña nh÷ng tham sè nμy ®· ®−îc xÐt l¹i vμ chÊp nhËn: dm0 m0 arcth z (4 1 ) 1
~
~ ~ ~, (8.38)
h 0,25; a 0,6; 0,75; b 4,3 10 5 ; 1,0; ~ 2,0;
~
d~
X sh (2arcth z ) 1
x
1 1 1 1 1
~
~ 8,3; a 0,76; 0,375; b 4,1 10 5 ; 1,0; ~ 3,0.
~
2 ë ®©y
2 2 2 2
~
1
Quan hÖ (8.35) ®èi víi m«men kh«ng cña phæ cã thÓ biÓu ~
m0 2
z ~ ~~ . (8.39)
diÔn d−íi d¹ng m th 2 (aH 1 )
0
§Ó hμm nguån cã d¹ng ®éc lËp, tøc kh«ng phô thuéc t−êng
~
minh vμo ®μ hay thêi gian t¸c ®éng cña giã, X ®−îc biÓu diÔn
*
L-u ý r»ng trong СНиП tÝnh c¸c ®é cao sãng trung b×nh, v× vËy t−¬ng quan nμy
qua (8.36) vμ (8.39) nh− sau
sÏ ®óng khi chuyÓn tõ ®é cao sãng hiÖu dông sang gi¸ trÞ trung b×nh.
495 496
- 1
~~ V× vËy chóng ta quan t©m tíi nh÷ng m« h×nh nμo cã ý ®Þnh
~ ~
~ th 1 (aH 1 ) arcth z 1
X sö dông nh÷ng lËp luËn lý thuyÕt kh«ng rμng buéc víi mét thùc
.
b1
nghiÖm riªng rÏ nμo ®ã. ThÝ dô vÒ m« h×nh lo¹i ®ã lμ m« h×nh
cña J. Battjes vμ J. Jonssen [208]. XuÊt ph¸t tõ hμm ph©n bè
NÕu ®ßi hái sao cho ph−¬ng tr×nh (8.37) ®èi víi h×nh thÕ dõng tho¶
c¸c yÕu tè sãng vμ ®é s©u biÓn, m« h×nh nμy tÝnh ®Õn ®Æc ®iÓm
m·n ®iÒu kiÖn (8.38), ta cã
~ ngÉu nhiªn cña tr−êng sãng giã vμ xem sù ®æ nhμo sãng nh−
m0 arcth z (4 1 ) g
u
~ ~ 1 I C 2 .
Gm (8.40) mét qu¸ tr×nh x¸c suÊt.
1 X sh (2 arcthz ) U
Trong m« h×nh cña J. Battjes vμ J. Jonssen c−êng ®é tiªu
Hμm nguån nh− vËy cho phÐp chÝnh x¸c kh«i phôc mèi phô
t¸n trung b×nh n¨ng l−îng sãng D liªn quan víi sù ®æ nhμo
thuéc thùc nghiÖm xuÊt ph¸t kh«ng nh÷ng ®èi víi nh÷ng ®iÒu
sãng trªn n−íc n«ng. Cã thÓ nhËn ®−îc −íc l−îng D nÕu xuÊt
kiÖn t¹o sãng lý t−ëng, tøc ®èi víi ®é s©u vμ tèc ®é giã kh«ng
ph¸t tõ hai ph−¬ng diÖn: −íc l−îng c«ng suÊt tiªu t¸n trong mét
®æi, mμ cßn trªn tõng ®o¹n côc bé nhá víi nh÷ng ®iÒu kiÖn ®ång
lÇn ®æ nhμo sãng vμ x¸c suÊt xuÊt hiÖn ®æ nhμo sãng víi ®é cao
nhÊt. VËy nã cã thÓ ®−îc kh¸i qu¸t ho¸ cho nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o
®ang xÐt. §èi víi sãng giã, ®¹i l−îng D ®−îc −íc l−îng trªn c¬
sãng phøc t¹p h¬n.
së tÝnh chÊt ngÉu nhiªn cña sãng. Cho r»ng c¸c yÕu tè sãng
®−îc m« t¶ b»ng mét hμm ph©n bè nμo ®ã, cßn sù ®æ nhμo sãng
8.3. M« h×nh tiÕn triÓn sãng trong ®íi vç bê
®−îc xem nh− mét ®iÒu kiÖn nμo ®ã mμ c¸c ph©n vÞ cña hμm
ph©n bè øng víi mét ®é s©u côc bé ®· ®Þnh ph¶i tho¶ m·n. Nh−
Do m« t¶ lý thuyÕt vÒ c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong ®íi sãng
vËy, t¹i mét ®iÓm kh«ng gian ®· ®Þnh sÏ tån t¹i kh«ng ph¶i tÊt
vç bê rÊt phøc t¹p, nªn c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh nh÷ng yÕu tè sãng
c¶ tËp hîp c¸c sãng cña ph©n bè xuÊt ph¸t, mμ chØ nh÷ng sãng
theo truyÒn thèng dùa trªn nh÷ng quan hÖ thùc nghiÖm, nh÷ng
nμo kh«ng tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ®æ nhμo trong khi nã truyÒn tíi
quan hÖ nμy thiÕt lËp nh÷ng quy luËt biÕn ®æi c¸c gi¸ trÞ trung
®íi sãng vç.
b×nh cña sãng theo biÕn ®æi ®é s©u. ThÝ dô, m« h×nh [145] vμ
nhiÒu m« h×nh ®ång lo¹i kh¸c cã sím h¬n [206, 235]. L−u ý r»ng m« h×nh J. Battjes vμ J. Jonssen ®· nhiÒu lÇn
®−îc kiÓm tra vμ chÝnh x¸c ho¸ trong mét sè c«ng tr×nh ®èi víi
Khi dïng c¸c ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù trong tÝnh to¸n thùc tÕ
tr−êng hîp biÕn ®æi ®é s©u vïng ven bê ®¬n ®iÖu vμ kh«ng ®¬n
xuÊt hiÖn c©u hái vÒ miÒn ¸p dông cña c¸c ph−¬ng ph¸p ®ã.
®iÖu [209, 370], trong sè ®ã cã t¸c gi¶ chuyªn kh¶o nμy. Tuy
VÊn ®Ò ë chç nh÷ng ph−¬ng ph¸p nμy dùa trªn mét sè d÷ liÖu
nhiªn, tÊt c¶ ®Òu ch−a ®−a ra ®−îc mét nhËn xÐt phª ph¸n hay
quan tr¾c riªng biÖt nhËn ®−îc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng
mét c¶i biªn ®¸ng kÓ nμo ®èi víi m« h×nh nμy. V× vËy tiÕp sau
nhÊt ®Þnh vμ sau ®ã kh«ng ph¶i lu«n ®ñ c¨n cø ®Ó phæ biÕn
®©y, chóng t«i dïng m« h×nh nμy ®Ó tÝnh to¸n.
sang nh÷ng ®iÒu kiÖn tæng qu¸t h¬n, thÝ dô, sang tr−êng hîp
biÕn thiªn kh«ng ®¬n ®iÖu cña ®é s©u ë ®íi sãng vç bê, gãc sãng M« h×nh J. Battjes vμ J. Jonssen [208] dùa trªn nh÷ng kÕt
tíi bê xiªn v.v... qu¶ ®· dÉn trong mét c«ng tr×nh sím h¬n cña J. Stoker [361],
497 498
- 2
1Q h
trong ®ã tiªu t¸n n¨ng l−îng ë ®íi sãng vç ®−îc m« pháng nh−
. (8.43)
ln Q hm
lμ sãng s« (bor) x¶y ra t¹i biªn giíi hai dßng n−íc. D¹ng hμm
tiªu t¸n ®−îc dïng nh− sau:
ThÕ ®¹i l−îng Q vμo quan hÖ (8.41) vμ chÊp nhËn A Q ,
1
D A f w g hb ,
2
(8.41) cã thÓ viÕt
4
1
trong ®ã f tÇn sè gãc cña sãng; w mËt ®é n−íc; hb ®é cao D Q f p w g hm ,
2
(8.44)
4
tíi h¹n, t¹i ®ã diÔn ra ®æ nhμo sãng ®èi víi c¸c tham sè sãng ®·
ë ®©y hÖ sè bËc ®¬n vÞ. Nh− vËy, ®¹i l−îng D phô thuéc vμo
®Þnh vμ ®é s©u côc bé cña thñy vùc; A hÖ sè tØ lÖ, ®−îc x¸c
h , gi¸ trÞ nμy ®−îc x¸c ®Þnh qua Q .
®Þnh bëi sè l−îng c¸c sãng ®æ nhμo.
Tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng D cã thÓ ®−îc dïng trong ph−¬ng
Trong quan hÖ (8.41) tÇn sè f ®−îc chÊp nhËn b»ng tÇn sè
tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng, ë tr−êng hîp dõng ®¬n gi¶n
cña cùc ®¹i phæ sãng xuÊt ph¸t. Gi¸ trÞ b×nh ph−¬ng trung b×nh
cña ®¹i l−îng ngÉu nhiªn hb ®−îc cho b»ng ®é cao sãng tuÇn nhÊt cã thÓ viÕt nh− sau:
P
hoμn cùc ®¹i m m cã thÓ cã t¹i ®é s©u côc bé ®· ®Þnh cña thñy
D0, (8.45)
l
vùc H ( x, y ) . §¹i l−îng hm ®−îc x¸c ®Þnh theo quan hÖ Misha,
trong ®ã cã tham sè tÝnh tíi ¶nh h−ëng ®é nghiªng ®¸y vμ ®é trong ®ã P dßng n¨ng l−îng ®i qua mét ®¬n vÞ bÒ mÆt b»ng
EC g , ë ®©y E 1 w gh 2 ; C g vËn tèc nhãm x¸c ®Þnh theo lý
dèc sãng 8
k p H thuyÕt tuyÕn tÝnh ®èi víi sãng cã tÇn sè f f p ; l phÇn tö
hm 0,88 k p1 th . (8.42)
0,88 kho¶ng c¸ch th¼ng däc theo quü ®¹o truyÒn sãng.
Sè sãng k p ®−îc tÝnh qua tÇn sè cùc ®¹i phæ f p trªn c¬ së sö NhËn thÊy r»ng khi thÕ quan hÖ (8.44) vμo ph−¬ng tr×nh
(8.45) ph−¬ng tr×nh nμy cã thÓ diÔn t¶ c¸c hiÖu øng tiªu t¸n c¶
dông quan hÖ t¶n m¸t cña lý thuyÕt sãng tuyÕn tÝnh.
trªn n−íc s©u lÉn trªn n−íc n«ng. Tiªu t¸n nμy quyÕt ®Þnh sù
§Ó x¸c ®Þnh phÇn ®Þa ph−¬ng cña c¸c sãng ®æ nhμo Q gi¶
®æ nhμo nh÷ng ®Ønh sãng nμo mμ ®é dèc cña chóng theo quan
thiÕt r»ng tæng ph©n bè x¸c suÊt cña tÊt c¶ c¸c ®é cao sãng (®æ
hÖ (8.42) v−ît qu¸ gi¸ trÞ tíi h¹n.
nhμo vμ kh«ng ®æ nhμo) lμ ph©n bè Rayleigh. §¹i l−îng Q ®−îc
x¸c ®Þnh b»ng ph©n bè nμy c¾t t¹i h hm . Phiªn b¶n võa m« t¶ cña m« h×nh tiÕn triÓn sãng trong ®íi
vç bê lμ mét m« h×nh tÝch ph©n vμ sÏ kh«ng ®−a ra kh¸i niÖm vÒ
§Ó −íc l−îng Q , ®· dïng mét quan hÖ rót ra ph©n bè
nh÷ng biÕn ®æi cña phæ tÇn sè – gãc. Dùa trªn c¸c d÷ liÖu thùc
Rayleigh
nghiÖm [207], Y. Еldеbегky vμ J. Bаttjes [243] ®· ®i ®Õn kÕt luËn
r»ng tiªu t¸n cÇn ph¶i tØ lÖ víi mËt ®é phæ n¨ng l−îng ®èi víi
tõng hîp phÇn. X¸p xØ tiªu t¸n cña mËt ®é phæ n¨ng l−îng ®−îc
499 500
- viÕt d−íi d¹ng cho m« h×nh.
BJ Q S (, )
2
hm M« h×nh võa m« t¶ ®· ®−îc kiÓm tra kü theo d÷ liÖu phßng
G ds br , (8.46)
8 m0 thÝ nghiÖm vμ quan tr¾c thùc nghiÖm hiÖn tr−êng [209, 370].
Nhê ®èi s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh víi d÷ liÖu quan tr¾c ®· ®Ò xuÊt
trong ®ã tÇn sè trung b×nh cña phæ. L−u ý r»ng biÓu thøc
®−îc mét mèi phô thuéc chÝnh x¸c h¬n gi÷a c¸c tham sè quyÕt
tiªu t¸n nh− vËy ®−îc dïng trong m« h×nh SWAN [346].
®Þnh nh− sau:
Trong ®íi n−íc n«ng ven bê diÔn ra sù biÕn ®æi bæ sung vÒ
0,5 0,4 th (33,0 ) , (8.49)
mùc biÓn trung b×nh liªn quan ®Õn sù vËn chuyÓn khèi l−îng
ë ®©y tham sè cã mÆt trong quan hÖ (8.42); ®é dèc ban
n−íc bëi sãng. Trong ®ã mét c¸ch t−¬ng øng sÏ diÔn ra sù biÕn
®Çu cña sãng trªn n−íc n«ng h0 / 0 . Dïng c¸c gi¸ trÞ tham sè
®æi ®é s©u thùc ®Þa ph−¬ng, vμ ®iÒu nμy vÒ phÝa m×nh lμm thay
®æi sù biÕn d¹ng sãng. §é s©u thùc H cã thÓ biÓu diÔn d−íi (8.48) trong m« h×nh, c¸c t¸c gi¶ c«ng tr×nh [209] ®· ®¹t ®−îc ®é
d¹ng tæng ®é s©u kh«ng nhiÔu cña thñy vùc d , ®o tõ ®−êng chÝnh x¸c tÝnh to¸n cao. HÖ sè t−¬ng quan gi÷a c¸c gi¸ trÞ tÝnh
to¸n vμ quan tr¾c h b»ng 0,98, sai sè t−¬ng ®èi b»ng 0,06 m.
th¼ng trung b×nh tíi ®¸y, vμ biÕn thiªn mùc n−íc trung b×nh do
sãng g©y nªn . HiÖu chØnh nμy cho ®é s©u cã thÓ t×m ®−îc, nÕu Tuy nhiªn, nh−îc ®iÓm cña quan hÖ (8.49) lμ ë chç nã kh«ng
cïng víi ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng gi¶i ph−¬ng x¸c ®Þnh côc bé, tøc phô thuéc vμo ®é dèc sãng ban ®Çu trªn
tr×nh m«men ®éng l−îng do M. S. Longuet–Higgins vμ R. n−íc s©u. L−u ý t×nh h×nh nμy, R. Nelson [346] ®· ®Ò nghÞ tham
Stewart [312, 315] ®Ò xuÊt: sè ho¸ sù ®æ nhμo sãng nh− sau. Trªn n−íc n«ng ®é cao sãng cùc
®¹i ®−îc x¸c ®Þnh tõ quan hÖ hm H . Gi¸ trÞ cña tham sè ®æ
S xx
g (d ) 0. (8.47)
nhμo chÊp nhËn b»ng
x x
Trong quan hÖ nμy hîp phÇn øng suÊt ph¸t x¹ S xx cã thÓ 0,55 0,88 exp (0,012 cth ) , (8.50)
ë ®©y ®é nghiªng ®¸y côc bé trªn h−íng truyÒn sãng tæng
®−îc x¸c ®Þnh b»ng
1 2 kpH qu¸t.
S xx E. (8.48)
2 sh (2 k p H )
Cã thÓ kÕt luËn r»ng: m« h×nh tiÕn triÓn sãng giã trong ®íi
vç bê do J. Battjes vμ J. Jonssen ®Ò x−íng trong [208] vμ ®−îc
L−u ý r»ng nh÷ng quan hÖ (8.47) vμ (8.48) nhËn ®−îc ®èi
ph¸t triÓn trong mét lo¹t c¸c c«ng tr×nh tiÕp sau [346] ®Ó tÝnh
víi sãng ®¬n, viÖc kh¸i qu¸t nã cho tr−êng hîp tiÕp cËn phæ hiÖn
biÕn ®æi n¨ng l−îng sãng vμ øng suÊt x¹ trong c¸c vïng sãng ®æ
cßn ch−a ®−îc nghiªn cøu.
nhμo diÔn t¶ kh¸ tèt hiÖn t−îng trong mét d¶i réng c¸c ®iÒu
TÝnh ®¹i l−îng ( x) cho phÐp ®¸nh gi¸ ®é lín biÕn thiªn
kiÖn, ®iÒu ®ã lμ c¨n cø ®Ó dïng nã trong c¸c tÝnh to¸n tiÕp theo.
mùc biÓn trung b×nh do chuyÓn ®éng sãng vμ lμm chÝnh x¸c tiÕp
501 502
- 8.4. Nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc hiÖn tÝnh to¸n ë thñy vùc
biÓn Pªtrora
MiÒn tÝnh, l−íi sè vμ nh÷ng m« h×nh ®−îc sö dông.
Ta thùc hiÖn tÝnh to¸n sè c¸c yÕu tè sãng giã ë vïng ®«ng nam
biÓn Pªtrora t¹i ®iÓm cã ®é s©u 19 m so víi mùc biÓn lý thuyÕt
thÊp nhÊt. Nh− ®· nãi tr−íc ®©y, chÕ ®é sãng biÓn trong thñy
H×nh 8.1. B¶n ®å ®é s©u tæng qu¸t thñy vùc tÝnh sãng (néi suy)
vùc nμy ®−îc h×nh thμnh bëi t¸c ®éng giã ®Þa ph−¬ng vμ do sù
x©m nhËp cña sãng giã vμ sãng lõng tõ biÓn Barens. Nh÷ng
®iÒu kiÖn t¹o sãng vμ quy m« biÕn ®æi cña tr−êng sãng ®−îc
m« pháng trong hai tr−êng hîp rÊt kh¸c nhau. Do ®ã nªn sö
dông nh÷ng c¸ch tiÕp cËn kh¸c nhau ®Ó tÝnh sãng trong hai
tr−êng hîp ®ã.
§Ó tÝnh giã vμ sãng trªn thñy vùc c¸c biÓn Nauy, Greenland
vμ Barens chóng t«i dïng m« h×nh tÝnh giã vμ m« h×nh phæ
tham sè cho ®iÒu kiÖn n−íc s©u ®· tr×nh bμy trong ch−¬ng 8. V×
chóng ta quan t©m vÒ nh÷ng ®é cao sãng cùc trÞ, nªn nh− ®· nãi
tr−íc ®©y, dïng m« h×nh phæ tham sè trong ®ã thùc hiÖn quy
chuÈn theo tèc ®é ®éng lùc sÏ cho phÐp nhËn ®−îc nh÷ng −íc
l−îng yÕu tè sãng b·o mét c¸ch tin cËy.
MiÒn tÝnh to¸n lÊy d−íi d¹ng mét h×nh ch÷ nhËt trªn mÆt
cÇu, biªn phÝa t©y trïng víi 20o K§, phÝa ®«ng – 61o KD, phÝa
nam – 60o VB, phÝa b¾c – 80o VB. B−íc l−íi b»ng 1,5o theo kinh
tuyÕn vμ 0,5o theo vÜ tuyÕn, ®¶m b¶o t¹i vÜ ®é 70o lμ vÞ trÝ ®iÓm
tÝnh ta quan t©m kho¶ng c¸ch gi÷a hai nót liÒn nhau sÏ b»ng
55 km (h×nh 8.1). C¸c vïng thuéc ®Êt liÒn hoÆc bÞ phñ b¨ng
®−¬ng nhiªn bÞ lo¹i khái miÒn tÝnh.
§Ó tÝnh sãng trong biÓn Pªtrora ®· dïng m« h×nh phæ tham
sè biÓn n«ng ®· tr×nh bμy tr−íc ®©y trong ch−¬ng nμy. Nã cho
phÐp tÝnh ®Õn nh÷ng hiÖu øng biÕn d¹ng sãng trªn n−íc n«ng.
ë ®©y dïng l−íi mau h¬n, víi b−íc 0,75o theo kinh tuyÕn vμ
0,25o theo vÜ tuyÕn (xem h×nh 8.2). NghiÖm bμi to¸n t¹i biªn cña
hai m« h×nh ®−îc ghÐp víi nhau däc kinh tuyÕn 52o KD.
503 504
- thêi kú tõ 1960 ®Õn 1994. Tæng céng ®· sö dông nh÷ng tr−êng
khÝ ¸p t¹i 24158 h¹n synop. Sè liÖu ¸p suÊt lÊy tõ c¸c b¶n ®å
synop trªn vïng n−íc c¸c biÓn Nauy, Greenland vμ Barens
trong c¸c thêi kú kh«ng b¨ng cña n¨m (th¸ng s¸u – th¸ng m−êi
mét).
Khi ®¸nh gi¸ chÕ ®é sãng trong biÓn Barens vμ ®Æc biÖt
trong biÓn Pªtrora cÇn chó ý tíi sù hiÖn diÖn cña th¶m b¨ng, ë
H×nh 8.2. B¶n ®å ®é s©u biÓn Pªtrora (néi suy)
c¸c mïa kh¸c nhau nã cã thÓ lμm thay ®æi nhiÒu kÝch th−íc
vïng n−íc cña biÓn, vμ ®o ®ã miÒn tÝnh vμ sè nót tÝnh. Trong
khi tÝnh to¸n vÞ trÝ cña c¸c b·i b¨ng ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¸ trÞ
trung b×nh th¸ng nhiÒu n¨m [71]. Khi ph©n tÝch ®ång thêi c¸c
b¶n ®å synop vμ b¶n ®å tr¹ng th¸i b¨ng ®· chän ®−îc ba c¬n b·o
m¹nh vμo th¸ng m−êi hai.
Mét trong nh÷ng nh©n tè quyÕt ®Þnh h×nh thμnh tr−êng
sãng giã trong biÓn Pªtrora lμ ®é s©u. Tõ h¶i ®å ®· lÊy c¸c ®é
s©u thùc øng víi mùc biÓn lý thuyÕt thÊp nhÊt ®Ó x©y dùng l−íi
®é s©u tÝnh to¸n. B¶n ®å ®é s©u tæng qu¸t cña miÒn tÝnh dÉn
trªn h×nh 8.1, chi tiÕt h¬n cho biÓn Pªtrora trªn h×nh 8.2.
Mét nh©n tè bæ sung quyÕt ®Þnh kÝch th−íc sãng trong thñy
vùc lμ gi¸ trÞ mùc biÓn, ë vïng n−íc n«ng nã cã thÓ lμm thay ®æi
®é s©u hiÖu dông cña thñy vùc vμ ¶nh h−ëng tíi sãng. Dao ®éng
mùc biÓn so víi mùc lý thuyÕt thÊp nhÊt cã thÓ biÕn ®æi rÊt
m¹nh do hai hîp phÇn: thñy triÒu thiªn v¨n vμ n−íc d©ng b·o.
V× chóng ta quan t©m tíi nh÷ng t×nh huèng cùc trÞ, tøc khi ®é
cao sãng cã thÓ ®¹t kÝch th−íc lín nhÊt, nªn theo ®¸nh gi¸ vÒ
biÕn thiªn cùc ®¹i cña mùc biÓn, ®é d©ng lín nhÊt do thñy triÒu
vμ n−íc d©ng so víi mùc biÓn thÊp nhÊt lý thuyÕt ®−îc lÊy b»ng
2,6 m ®èi víi c¸c h−íng giã t©y vμ t©y b¾c. §èi víi nh÷ng tr−êng
Th«ng tin xuÊt ph¸t. C¬ së th«ng tin ®Ó tÝnh c¸c yÕu tè
hîp cßn l¹i vÞ trÝ mùc biÓn lÊy theo gi¸ trÞ trung b×nh nhiÒu n¨m
sãng giã lμ sè liÖu khÝ ¸p mÆt ®Êt c¸c h¹n synop chÝnh trong
b»ng +0,45 m.
505 506
- Nh− vËy, c¸c tÝnh to¸n theo m« h×nh phæ tham sè (PD) vμ
8.5. KiÓm ®Þnh m« h×nh theo d÷ liÖu quan tr¾c ë biÓn
m« h×nh WAM kh¸ phï hîp víi sè liÖu ®o. Tuy nhiªn, ph¶i thÊy
Pªtrora
r»ng m« h×nh WAM ®−a ra sù t¨ng tr−ëng ®é cao sãng nhanh
MÆc dï viÖc kiÓm tra m« h×nh ®· m« t¶ ë trªn, chóng t«i
h¬n so víi m« h×nh PD vμ sè liÖu ®o.
l−u ý r»ng ®iÒu kiÖn t¹o sãng ë biÓn Pªtrora cã mét lo¹t nh÷ng
®Æc ®iÓm ®éc ®¸o ®· m« t¶ ë phÇn ®Çu môc. N¶y sinh vÊn ®Ò vÒ
tÝnh øng dông ®−îc cña m« h×nh ®Ó thùc hiÖn tÝnh to¸n sãng giã
trong biÓn Pªtrora. V× vËy trong môc nμy sÏ dÉn nh÷ng kÕt qu¶
tÝnh to¸n theo m« h×nh vμ ®èi s¸nh chóng víi d÷ liÖu quan tr¾c
thu ®−îc ë mét trong nh÷ng trËn b·o trong thñy vùc.
Th¸ng 7 n¨m 1984 ë vïng ®«ng nam biÓn Barens, c¸c céng
t¸c viªn Chi nh¸nh Leningrat cña ViÖn H¶i d−¬ng Nhμ n−íc ®·
tiÕn hμnh nh÷ng kh¶o s¸t chuyªn dông trªn tÇu “Rombak”,
trong ®ã cã thùc hiÖn ®o giã vμ sãng. Sãng biÓn ®−îc ®o b»ng
m¸y ®o sãng M-16M. Giã vμ sãng ®−îc ®o trªn vïng n−íc kh¸
gÇn víi vïng biÓn chóng ta quan t©m ë biÓn Pªtrora.
C¸c ngμy 16–17 th¸ng 7 n¨m 1984, khi tÇu n»m t¹i ®iÓm
69 30’ VB – 53o08’ K§, ®· xuÊt hiÖn nh÷ng ®iÒu kiÖn synop ®Ó
o
H×nh 8.3. So s¸nh ®é cao sãng tÝnh theo m« h×nh phæ tham sè (1)
ph¸t triÓn sãng b·o. Giã gia t¨ng do t¨ng gra®ien ¸p suÊt gi÷a vμ m« h×nh WAM (2) víi sè liÖu ®o (3) trong c¸c ngμy 16- 17/6/1984
xo¸y thuËn n»m trªn vÞnh Onhega vμ xo¸y nghÞch n»m vÒ phÝ
®«ng ®¶o Novaia Zemlia. H−íng giã trong suèt th−ßi gian b·o lμ
8.6. KÕt qu¶ tÝnh c¸c yÕu tè sãng giã
h−íng ®«ng víi biÕn ®æi dÇn dÇn tõ 130 ®ªn 70o. Sãng ph¸t triÓn
C¸c tÝnh to¸n giã mÆt n−íc vμ sãng thùc hiÖn theo d÷ liÖu
tèi ®a quan s¸t ®−îc vμo ®ªm tr−íc nagú 17 th¸ng 7.
khÝ ¸p mÆt ®Êt trªn thñy vùc (xem h×nh 8.1) n¬i sãng giã vμ
Nhê ®o sãng trong b·o ®· t¹o c¬ héi so s¸nh kÕt qu¶ ®o víi
sãng lõng cã thÓ ¶nh h−ëng tíi sù h×nh thμnh chÕ ®é sãng ë
nh÷ng sè liÖu tÝnh theo c¸c b¶n ®å synop b»ng m« h×nh phæ
vïng biÓn Pªtrora. ®· thùc hiÖn tÝnh sãng giã liªn tôc 35 n¨m.
tham sè vμ m« h×nh WAM [303]. KÕt qu¶ so s¸nh c¸c ®é cao
Tæng céng nhËn ®−îc 24158 gi¸ trÞ c¸c yÕu tè sãng giã trªn tõng
sãng trung b×nh dÉn trªn h×nh 8.3. Tõ h×nh vÏ thÊy r»ng c¸c kÕt
nót l−íi.
qu¶ tÝnh phï hîp kh«ng tåi víi c¸c gi¸ trÞ quan tr¾c. Sai sè
Tõ c¸c ®é cao sãng trung b×nh ®· dÉn tíi c¸c ®é cao sãng cùc
trung b×nh tÝnh to¸n chØ b»ng 0,139 m, hÖ sè t−¬ng quan gi÷a
®¹i (0,1% xuÊt ®¶m b¶o) tu©n theo c¸c chØ dÉn trong [21]. Chuçi
c¸c gi¸ trÞ ®é cao tÝnh vμ ®o b»ng 0,95.
507 508
- thêi gian (35 n¨m) vÒ ®é cao sãng h0,1% ë ®iÓm tÝnh biÓu diÔn
trªn h×nh 8.4. Nã cho kh¸i niÖm chung vÒ nh÷ng biÕn thiªn vμ
®é lín cña c¸c ®é cao sãng.
Theo kÕt qu¶ tÝnh ®· chän ra nh÷ng tr−êng hîp ®é cao sãng
h0,1% kh«ng nhá h¬n 8 m. Tæng céng cã 5 tr−êng hîp. C¸c gi¸ trÞ
cña hμm ph©n bè theo c¸c bËc (qua nöa mÐt) biÓu diÔ trong
b¶ng 8.1.
TrËn b·o 28–29/10/1973 lμ mét trong nh÷ng trËn b·o m¹nh
nhÊt, t¹i ®iÓm tÝnh thø nhÊt ®é cao sãng ®¹t h0,1% 9,3 m.
H×nh 8.5. KhÝ ¸p mÆt ®Êt 12 giê trong b·o ngμy 28/10 (a)
vμ 29/10 (b) n¨m 1973
Trªn h×nh 8.5 a, b diÔn t¶ c¸c tr−êng ¸p suÊt h¹n 12 giê cña
tõng ngμy b·o. Tõ h×nh 8.5 a thÊy r»ng ngμy 28/10 t©m xo¸y
thuËn (víi ¸p suÊt d−íi 980 hPa) n»m ë trung t©m biÓn Barens
H×nh 8.4. §é cao sãng 0,1% suÊt ®¶m b¶o t¹i 24158 h¹n synop t¹i vÜ ®é 75o. Trªn biÓn Pªtrora ngù trÞ nöa tr−íc cña xo¸y
thuËn. Tèc ®é giã trªn h−íng thæi cña nã 240o ®¹t tíi 15,0 m/s.
509 510
- Lóc nμy ®ã ë bê b¸n ®¶o Kolski tèc ®é giã ®¹t 20 m/s. Sau 6 giê
¸p suÊt ë t©m xo¸y thuËn gi¶m h¬n 5 hPa, cßn trªn vïng quan
tr¾c ®· hiÖn diÖn cung Êm cña xo¸y thuËn. Tèc ®é giã trªn
h−íng thæi cña nã kho¶ng 270o ®¹t 17,5 m/s. Lóc nμy ë bê b¸n
®¶o Kolski tèc ®é giã ®¹t 27,5 m/s, cßn t¹i tr¹m khÝ t−îng thñy
v¨n Kanin Nos – 25 m/s. TiÕp sau t©m xo¸y thuËn di chuyÓn vÒ
phÝa ®«ng däc vÜ tuyÕn 75o, vμ trªn biÓn Pªtrora (ngμy 29/10) tèc
®é vμ h−íng giã ®−îc quy ®Þnh bëi phÇn hËu ph−¬ng cña xo¸y
thuËn (h×nh 8.5 b). Tèc ®é giã trong vïng ®¹t 22 m/s (00 giê
GMT 29/10) víi h−íng 280o. Sau ®ã quan tr¾c thÊy giã yÕu dÇn
vμ b·o tan.
B¶ng 8.1. Ph©n bè c¸c ®é cao sãng cùc ®¹i ë ®iÓm tÝnh
BËc tËp sãng, Sè tr−êng X¸c suÊt, X¸c suÊt tÝch X¸c suÊt tÝch
m hîp % luü, % luü 100%
0,0 x 0,5 49 0,20283 0,2028 99,79717
0,5 x 1,0 2404 9,95115 10,1540 89,84601
1,0 x 1,5 7619 31,53821 41,6922 58,30781
1,5 x 2,0 5497 22,75437 64,4466 35,55344
2,0 x 2,5 3465 14,34307 78,7896 21,21037
2,5 x 3,0 2067 8,55617 87,3458 12,65419
3,0 x 3,5 1240 5,13288 92,4787 7,52132
3,5 x 4,0 724 2,99694 95,4756 4,52438
4,0 x 4,5 455 1,88343 97,3591 2,64095
4,5 x 5,0 270 1,11764 98,4767 1,52330
5,0 x 5,5 158 0,65403 99,1307 0,86928
5,5 x 6,0 98 0,40566 99,5364 0,46361
H×nh 8.6. §é cao sãng trung b×nh theo m« h×nh PD
6,0 x 6,5 59 0,24423 99,7806 0,21939
trong trËn b·o 29/10/1973: a) lóc 03 giê; b) lóc 09 giê
6,5 x 7,0 24 0,09935 99,8800 0,12004
7,0 x 7,5 18 0,07451 99,9545 0,04553
7,5 x 8,0 6 0,02484 99,9793 0,02070
8,0 x 8,5 2 0,00828 99,9876 0,01242
8,5 x 9,0 1 0,00414 99,9917 0,00828
9,0 x 9,5 2 0,00828 100,0000 0,00000
511 512
- m« h×nh WAM. ThÊy r»ng ph©n bè kh«ng gian c¸c tr−êng sãng
gièng nhau ®èi víi hai m« h×nh. §é cao lín nhÊt gÇn nh− nhau
theo c¶ hai m« h×nh. Song nÕu theo m« h×nh WAM ®é cao lín
nhÊt xuÊt hiÖn lóc 03 giê, th× m« h×nh phæ tham sè cho ®é cao
lín nhÊt vμo 09 giê. §iÒu ®ã nãi nªn r»ng sù ph¸t triÓn sãng
theo m« h×nh WAM diÔn ra nhanh h¬n so víi m« h×nh cña
chóng t«i, ®iÒu nμy còng lμ phï hîp víi nh÷ng mèi phô thuéc
thùc nghiÖm dïng lμm c¬ së cña c¸c m« h×nh.
8.7. ¦íc l−îng cùc trÞ cña c¸c yÕu tè sãng giã
¦íc l−îng c¸c cùc trÞ ®é cao sãng trªn n−íc s©u. TÝnh
sãng ë mét ®iÓm n−íc n«ng ®−îc thùc hiÖn trong hai giai ®o¹n.
§ã lμ v× nh÷ng quy luËt ph©n bè nhiÒu n¨m cña sãng trªn n−íc
n«ng thùc tÕ ch−a ®−îc nghiªn cøu. NÕu kh«ng biÕt d¹ng hμm
ph©n bè nhiÒu n¨m cña sãng øng víi mét sè tØ sè ®é cao sãng
trªn ®é s©u ®Þa ®iÓm, th× kh«ng thÓ tÝnh tr−íc ®−îc kÝch th−íc
cña nh÷ng sãng cã thÓ cã ë ngoμi ph¹m vi thêi kú quan tr¾c hay
tÝnh to¸n cña chuçi thêi gian xuÊt ph¸t dïng ®Ó ph©n tÝch ph©n
bè. V× lý do ®ã, ®Çu tiªn dïng m« h×nh to¸n tÝnh c¸c ®é cao vμ
chu kú sãng trong 35 n¨m trªn n−íc s©u vμ n−íc n«ng, sau ®ã
dù tÝnh c¸c sãng cã thÓ x¶y ra mét lÇn trong 50 vμ 100 n¨m ë
®Þa ®iÓm ®ã.
H×nh 8.7. §é cao sãng trung b×nh theo m« h×nh WAM §Ó −íc l−îng c¸c kÝch th−íc sãng lÆp l¹i mét lÇn trong mét
trong b·o 29/10/1973: a) lóc 03 giê; b) lóc 09 giê
sè n¨m nhÊt ®Þnh, th−êng sö dông ba ph−¬ng ph¸p [45]. Hai
ph−¬ng ph¸p trong sè ®ã cã thÓ ¸p dông khi cã c¸c chuçi thêi
Víi môc ®Ých nhËn ®−îc −íc l−îng c¸c ®é cao sãng tin cËy
gian quan tr¾c nhiÒu n¨m vÒ sãng hay tÝnh to¸n sãng liªn tôc
nhÊt cho c¬n b·o nμy ®· tÝnh to¸n kh«ng chØ b»ng m« h×nh phæ
nhiÒu n¨m theo c¸c tr−êng khÝ ¸p. Ph−¬ng ph¸p thø ba ®−îc
tham sè, mμ c¶ m« h×nh WAM]. C¸c tr−êng ®é cao sãng trung
dïng khi kh«ng cã chuçi nhiÒu n¨m vμ thay v× chuçi nhiÒu n¨m
b×nh vμo thêi ®iÓm b·o m¹nh nhÊt (03 vμ 09 giê) biÓu diÔn trªn
ng−êi ta tÝnh sãng trong mét sè t×nh huèng b·o h¹n chÕ (nhiÒu
c¸c h×nh 8.6 ®èi víi m« h×nh phæ tham sè vμ c¸c h×nh 8.7 ®èi víi
h¬n hoÆc Ýt h¬n). Trong tr−êng hîp nμy ph¶i chÊp nhËn mét sè
513 514
nguon tai.lieu . vn
