- Trang Chủ
- Địa Lý
- Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian - Chương mở đầu
Xem mẫu
- ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ
§¹i häc quèc gia Hμ Néi
ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ
Tr−êng ®¹i häc Khoa häc Tù nhiªn СРЕДЫ
_________________________________________ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
I. V. Lavrenov АРКТИЧЕСКИЙ И АНТАРКТИЧЕСКИЙ НАУЧНО-
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
И. В. Лавренов
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
m« h×nh hãa to¸n häc
ВЕТРОВОГО ВОЛНЕНИЯ
sãng giã trong ®¹i d−¬ng
В ПРОСТРАНСТВЕННО-
bÊt ®ång nhÊt kh«ng gian
НЕОДНОРОДНОМ
ОКЕАНЕ
Biªn dÞch : Ph¹m v¨n huÊn
Под редакцией профессора
д-ра геогр. наук И. Н. Давидана
Санкт-Петербург
nhμ xuÊt b¶n ®¹i häc quèc gia Hμ néi ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ - 1998
- 2.4. ¦íc l−îng ¶nh h−ëng cña dßng ch¶y lªn sãng ë quy m«
toμn cÇu 75
Ch−¬ng 3. HiÖn thùc hãa sè trÞ ph−¬ng tr×nh c©n
81
b»ng n¨ng l−îng sãng
3.1. Nhøng vÊn ®Ò hiÖn thùc hãa sè trÞ ®èi víi ph−¬ng
tr×nh tiÕn triÓn n¨ng l−îng sãng 81
3.2. DÉn lËp bμi to¸n vÒ truyÒn sãng ®Ó gi¶i b»ng c¸c
Môc lôc 85
ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau
3.3. Kh¾c phôc hiÖu øng "xÐ lÎ" nghiÖm 88
7
Lêi nãi ®Çu
3.4. Ph−¬ng ph¸p néi suy – tia (INTERPOL) 95
9
NhËp m«n
3.5. So s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh truyÒn n¨ng l−îng sãng theo
PhÇn 1 bμi to¸n tæng qu¸t, nh÷ng vÊn ®Ò vμ
s¬ ®å sè cña m« h×nh WAM vμ theo ph−¬ng ph¸p néi
kÕt qu¶ nghiªn cøu sãng giã trong biÓn s©u 97
suy tia
22
Ch−¬ng 1. Bμi to¸n vÒ sù tiÕn triÓn phæ sãng giã 3.6. TÝch ph©n sè hμm nguån trong ph−¬ng tr×nh c©n b»ng
n¨ng l−îng sãng 105
1.1. Bμi to¸n thñy ®éng lùc vÒ sù ph¸t sinh chuyÓn ®éng
3.7. NhËn xÐt kÕt qu¶ vμ nh÷ng kÕt luËn chÝnh 125
sãng trong chÊt láng bëi dßng kh«ng khÝ 22
Ch−¬ng 4. Nghiªn cøu c¸c c¬ chÕ vËt lý h×nh thμnh
1.2. PhÐp xÊp xØ quang h×nh häc 27
127
phæ n¨ng l−îng sãng trªn n−íc s©u
1.3. Nguyªn lý b¶o tån t¸c ®éng sãng 33
4.1. VËn chuyÓn n¨ng l−îng phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng giã
1.4. M« t¶ thèng kª sãng giã 42 127
1.5. Ph−¬ng tr×nh ®éng häc m« t¶ tiÕn triÓn phæ sãng giã 44 4.2. Cung øng n¨ng l−îng tõ giã cho sãng 160
1.6. Bμi to¸n tæng qu¸t x¸c ®Þnh mËt ®é phæ cña t¸c ®éng 4.3. Tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng trªn n−íc s©u 167
sãng trong ®¹i d−¬ng 50 4.4. ¶nh h−ëng cña c¸c hiÖu øng quy m« trung h¹n tíi sù
1.7. TÝnh tíi quy m« kh«ng gian – thêi gian khi ph©n tÝch 182
tiÕn triÓn tr−êng sãng giã
nghiÖm bμi to¸n 57
PhÇn 2 – BiÕn d¹ng sãng giã trªn c¸c bÊt ®ång
Ch−¬ng 2. M« h×nh hãa to¸n häc sù truyÒn sãng trªn
nhÊt quy m« lín
61
nh÷ng kho¶ng c¸ch toμn cÇu ë ®¹i d−¬ng
Ch−¬ng 5. TiÕn triÓn cña sãng trªn dßng ch¶y bÊt
2.1. Bμi to¸n vÒ tÝnh to¸n sãng giã trong ®¹i d−¬ng víi c¸c ®ång nhÊt ph−¬ng ngang vμ trong ®iÒu kiÖn
täa ®é cÇu 61 201
n−íc s©u
2.2. ChuyÓn sang hÖ täa ®é ®Þa ph−¬ng 65 5.1. §Æt bμi to¸n trong hÖ täa ®é ®Þa ph−¬ng 201
2.3. TÝnh truyÒn sãng lõng trªn ®¹i d−¬ng b»ng ph−¬ng 5.2. TiÕn triÓn cña phæ tÇn sè gãc trªn dßng ch¶y 204
ph¸p c¸c ®Æc tr−ng 67
5.3. M« h×nh phæ sãng cån 218
3 4
- 236 7.6. Ph©n tÝch kÕt qu¶ tÝnh vμ nguyªn nh©n sai sè cña m«
5.4. −íc l−îng t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng cån
h×nh 471
5.5. Sù biÕn d¹ng c¸c tham sè trung b×nh cña sãng träng
7.7. Nh÷ng kÕt luËn chÝnh 475
lùc trªn dßng ch¶y biÕn ®æi däc theo h−íng ch¶y 248
5.6. M« t¶ hμnh vi sãng ë l©n cËn ®iÓm tô tia theo quan Ch−¬ng 8. ¦íc l−îng c¸c ®é cao cùc trÞ cña sãng giã
®iÓm t¸n x¹ 260 476
trong vïng ven bê
5.7. BiÕn d¹ng sãng giã trªn nÒn dßng ch¶y cã chªnh lÖch
8.1. TÝnh cÊp thiÕt cña vÊn ®Ò 476
vËn tèc ngang h−íng 272
8.2. M« h×nh to¸n vÒ sãng giã trong biÓn n«ng 478
5.8. VÒ vÊn ®Ò c¸c sãng – huû diÖt 299
8.3. M« h×nh tiÕn triÓn sãng ë ®íi vç bê 497
5.9. ¶nh h−ëng cña dßng ch¶y bÊt ®ång nhÊt ph−¬ng th¼ng
8.4. Nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc hiÖn tÝnh to¸n ë thñy vùc biÓn
312
®øng tíi sù biÕn d¹ng sãng giã
Pªtrora 503
5.10. Sù ph¸t sinh sãng trªn dßng ch¶y 332
8.5. KiÓm ®Þnh m« h×nh theo sè liÖu quan tr¾c ë biÓn
5.11. Mét sè chØ dÉn thùc tÕ vÒ ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña Pªtrora 507
dßng ch¶y lªn sãng 347
8.6. KÕt qu¶ tÝnh c¸c yÕu tè sãng giã 508
353
Ch−¬ng 6. BiÕn d¹ng sãng trªn n−íc n«ng
8.7. ¦íc l−îng cùc trÞ cña c¸c yÕu tè sãng giã 514
6.1. BiÕn d¹ng phæ sãng do ph¶n x¹ trªn n−íc n«ng 353 524
Ch−¬ng 9. M« h×nh sãng giã tæng qu¸t
6.2. T−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu cña sãng trªn n−íc n«ng 366
9.1. Sö dông c¸c m« h×nh quy m« kh«ng gian–thêi gian
6.3. ¶nh h−ëng ®ång thêi cña ®é s©u bÊt ®ång nhÊt vμ dßng kh¸c nhau ®Ó tæng qu¸t hãa m« h×nh sãng giã 524
377
ch¶y bÊt ®ång nhÊt ngang lªn sù biÕn d¹ng sãng 9.2. S¬ ®å tæng qu¸t tÝnh sãng giã 526
6.4. Sù tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng trªn n−íc n«ng do ®¸y g©y 9.3. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh theo m« h×nh tæng qu¸t víi sè
nªn 402 liÖu ®o 532
6.5. M« h×nh sè vÒ biÕn d¹ng sãng giã ë ®íi ven bê 415 536
KÕt luËn
PhÇn 3 – Sö dông c¸c m« h×nh to¸n vÒ sãng giã
541
Danh môc tμi liÖu
®Ó gi¶i quyÕt mét sè bμi to¸n øng dông
Ch−¬ng 7. Nh÷ng vÊn ®Ò dù b¸o nghiÖp vô giã vμ
429
sãng theo c¸c tr−êng khÝ ¸p
7.1. Tæng quan vÊn ®Ò 429
7.2. §¸nh gi¸ ®é chÝnh x¸c dù b¸o khÝ ¸p mÆt ®Êt cña
Trung t©m Ch©u ¢u Dù b¸o Trung h¹n 433
7.3. C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh giã mÆt ®Êt 438
7.4. M« h×nh phæ tham sè vÒ sãng giã 448
7.5. KÕt qu¶ thö m« h×nh sãng giã theo sè liÖu quan tr¾c 460
5 6
- Trong chuyªn kh¶o sÏ h×nh thμnh c¸ch ®Æt bμi to¸n tæng qu¸t
nhÊt vÒ m« h×nh hãa sù tiÕn triÓn cña phæ sãng giã nh− gi¶i
ph−¬ng tr×nh ®éng häc trªn mÆt cÇu cã tÝnh tíi nh÷ng nh©n tè t¹o
sãng c¬ b¶n, biÕn d¹ng sãng trªn nÒn dßng ch¶y bÊt ®ång nhÊt vμ
n−íc n«ng còng nh− trong ®iÒu kiÖn cã b¨ng *. SÏ kh¶o s¸t nh÷ng
Lêi nãi ®Çu khÝa c¹nh vËt lý, h×nh häc vμ tÝnh to¸n sè trÞ trong viÖc gi¶i bμi
to¸n tiÕn triÓn phæ sãng giã trong khu«n khæ ph¸t biÓu bμi to¸n
Nghiªn cøu sãng ®¹i d−¬ng lu«n l«i cuèn sù chó ý cña nh©n tæng qu¸t. ThÝ dô, nghiªn cøu nh÷ng ®Æc ®iÓm m« t¶ to¸n häc sãng
lo¹i, ®iÒu nμy kh«ng chØ bëi ng−êi ta quan t©m t×m hiÓu diÔn biÕn giã trªn nh÷ng vïng n−íc toμn cÇu. Trong phÐp xÊp xØ quang h×nh
cña sãng trªn ®¹i d−¬ng vμ c¸c biÓn, mμ cßn v× nh÷ng yªu cÇu thùc häc sÏ nghiªn cøu sù tiÕn triÓn phæ vμ c¸c yÕu tè sãng trªn nÒn
tiÔn. ViÖc x©y dùng nh÷ng ph−¬ng ph¸p hiÖn ®¹i tÝnh sãng giã ®ßi dßng ch¶y bÊt ®ång nhÊt kh«ng gian vμ trong ®iÒu kiÖn ®¸y thñy
hái tÝnh chi tiÕt m« h×nh hãa to¸n häc tõ sù xuÊt sinh, ph¸t triÓn, vùc kh«ng ®Òu víi nhiÒu tæ hîp nh÷ng tham sè quyÕt ®Þnh.
lan truyÒn vμ biÕn d¹ng sãng trªn mÆt c¸c thñy vùc trong nh÷ng
Trong khu«n khæ ph¸t biÓu bμi to¸n tæng qu¸t, c¨n cø vμo tÝnh
®iÒu kiÖn tùa dõng, ®Õn tæng hîp nh÷ng quy luËt khÝ hËu, gÆp
biÕn ®éng ®a quy m« cña tr−êng sãng giã ë §¹i d−¬ng ThÕ giíi, sÏ
thÊy trong nh÷ng ®iÒu kiÖn h×nh thμnh sãng kh¸c nhau ë tõng vïng
x©y dùng mét lo¹t nh÷ng m« h×nh cô thÓ, h−íng tíi tÝnh sãng ë
®¹i d−¬ng, biÓn vμ ®íi bê.
nh÷ng thñy vùc kh¸c nhau: toμn cÇu, khu vùc vμ ®Þa ph−¬ng.
Trong chuyªn kh¶o nμy sãng giã ®−îc xem xÐt trong khu«n Nh÷ng m« h×nh víi quy m« kh¸c nhau sau ®ã ®−îc kÕt hîp l¹i
khæ ph¸t biÓu bμi to¸n tæng qu¸t duy nhÊt nh− lμ mét qu¸ tr×nh trong khu«n khæ m« h×nh sãng giã tæng qu¸t.
thñy ®éng x¸c suÊt víi biÕn ®éng kh«ng gian réng. TÝnh biÕn ®éng
MÆc dï c¬ së cña cuèn chuyªn kh¶o nμy lμ nh÷ng kÕt qu¶
nμy diÔn ra trong mét d¶i tõ nh÷ng quy m« toμn cÇu nh− c¸c ®¹i
nghiªn cøu cña b¶n th©n, t¸c gi¶ còng ch©n thμnh c¶m ¬n tÊt c¶
d−¬ng víi kÝch th−íc ®Æc tr−ng s¸nh ®−îc víi b¸n kÝnh Tr¸i §Êt,
nh÷ng ng−êi tham gia th¶o luËn nh÷ng vÊn ®Ò khoa häc, nh÷ng
®Õn nh÷ng quy m« khu vùc ®ã lμ c¸c biÓn vμ nh÷ng quy m« ®Þa
ng−êi ®· gióp gi¶i quyÕt nh÷ng bμi to¸n lý thuyÕt vμ thùc hiÖn
ph−¬ng nh÷ng thñy vùc hÑp h¬n, cã gradient vËn tèc dßng ch¶y
nh÷ng quan tr¾c tr−êng sãng giã trªn biÓn nh− §−mov, Pasechnik,
hay ®é s©u ®¸ng kÓ, thuéc ®íi ven bê, n¬i c¸c sãng ®¹i d−¬ng sau
Bokov vμ c¸c céng t¸c viªn ë ViÖn Nghiªn cøu khoa häc B¾c Cùc vμ
khi tr¶i qua hμng ngμn kil«mÐt sÏ kÕt thóc sù tån t¹i.
Nam Cùc; gi¸o s− §avi®an, Gutsabas, R−vkin, gi¸o s− Rogi¬kov,
Sù cÊp thiÕt cña m« h×nh hãa to¸n häc sãng giã nh− lμ mét Lopatukhin, Satov (ViÖn H¶i d−¬ng häc Nhμ n−íc); Abuziarov,
qu¸ tr×nh thñy ®éng ngÉu nhiªn víi biÕn ®éng kh«ng gian thêi Riabinin (Trung t©m KhÝ t−îng Thñy v¨n); Zaslavski, Krasitski
gian trong nhiÒu quy m« lμ do nh÷ng nhu cÇu ngμy cμng cao vÒ sù (ViÖn H¶i d−¬ng häc, ViÖn HLKH Nga); Matusevski (ViÖn H¶i
chi tiÕt, sù ®Çy ®ñ vμ tin cËy cña d÷ liÖu vÒ c¸c tham sè sãng trong d−¬ng häc Nhμ n−íc); Ponikov (ViÖn Thñy v¨n biÓn, ViÖn HLKH
®¹i d−¬ng, biÓn vμ nh÷ng vïng ven bê. §iÒu nμy cÇn thiÕt ®Ó hoμn Ucraina); Kantargi, Korobov, Makin; Onblee (Hμ Lan); Okampo
thiÖn c«ng nghÖ dù b¸o sãng, x©y dùng nh÷ng ph−¬ng ph¸p vμ (Mexico); Chalikov; Cavaleri (Italia).
ph−¬ng tiÖn chÈn ®o¸n ®¹i d−¬ng hoμn toμn míi, më réng nh÷ng
vïng khai th¸c tμi nguyªn cña §¹i d−¬ng ThÕ giíi vμ thÒm lôc ®Þa,
®Ó gi¶i quyÕt hμng lo¹t vÊn ®Ò phôc vô khÝ t−îng thñy v¨n chuyªn
*
Trong b¶n dÞch nμy bá qua mét ch−¬ng nãi vÒ sù biÕn d¹ng sãng trªn thñy
dông cho c¸c ho¹t ®éng trªn biÓn vμ ®¹i d−¬ng.
vùc cã b¨ng tan trong nguyªn b¶n (ND).
7 8
- niÖm vÒ chuyÓn ®éng sãng cña chÊt láng vμ ph¸t triÓn nh÷ng
c«ng cô gi¶i tÝch ®Ó kh¶o s¸t lý thuyÕt.
Tuy nhiªn, c¸c sãng thùc trªn mÆt ®¹i d−¬ng tiÕp tôc lμ ®èi
t−îng nghiªn cøu kh¸ phøc t¹p, lu«n lu«n lμ th¸ch thøc ®èi víi
lý thuyÕt. Rayleigh [343] viÕt r»ng quy luËt c¬ b¶n cña sãng
NhËp m«n
biÓn lμ kh«ng cã quy luËt nμo c¶. Sù bÊt ®Òu ®Æn cña sãng giã
lμm khã kh¨n cho viÖc m« t¶ nã.
Sãng trªn n−íc lu«n lμm ng−êi ta quan t©m, v× nã lμ thÝ N¨m 1805 Beaufort lμ mét trong nh÷ng ng−êi ®Çu tiªn cã
dô vÒ mét hiÖn t−îng rÊt quen thuéc nh−ng rÊt phøc t¹p, dÔ ý ®å thiÕt lËp mèi liªn hÖ gi÷a søc giã vμ tr¹ng th¸i mÆt biÓn.
quan s¸t, nh−ng khã m« t¶ b»ng to¸n häc. Trong th− göi Héi Dùa trªn nhiÒu sè liÖu quan tr¾c mÆt biÓn trong thêi gian b·o,
to¸n häc Lu©n §«n n¨m 1904, Lamb ®· nhËn xÐt r»ng: bμi «ng ®· thÊy r»ng øng víi mét tèc ®é giã x¸c ®Þnh nμo ®ã xuÊt
to¸n vÒ sãng cã lÏ lμ bμi to¸n ®éng lùc häc sè mét ®−îc kh¶o hiÖn nh÷ng ®é cao vμ chu kú sãng ®Æc tr−ng cho giã ®ã, tøc giã
s¸t dùa trªn nh÷ng ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t vμ nã lμ thÝ dô ®Ó víi c−êng ®é x¸c ®Þnh th× g©y nªn sãng biÓn víi nh÷ng tham sè
ng−êi ta xÐt ®o¸n vÒ tÝnh hiÖu qu¶ cña nh÷ng ph−¬ng ph¸p sãng ®Æc tr−ng. Tõ ®ã xuÊt hiÖn thang cÊp sãng næi tiÕng cña
ph©n tÝch míi, bÊt b×nh th−êng. Quan tr¾c sãng trªn mÆt n−íc «ng mμ tíi ngμy nay ng−êi ta vÉn ®ang sö dông víi Ýt nhiÒu
vμ x¸c ®Þnh sù liªn hÖ cña nã víi giã ®· ®−îc thùc hiÖn tõ c¶i tiÕn [1].
nh÷ng thêi xa x−a, nªn ®−¬ng nhiªn c¸c vÞ tiÒn bèi cña thuû VÊn ®Ò vÒ sù phô thuéc cña tèc ®é t¨ng ®é cao sãng vμo sù
®éng lùc häc lý thuyÕt Lagrange, Airy, Stokes vμ Rayleigh ®· t¨ng tèc ®é giã do Kelvin [297] ®Æt ra, nh−ng thêi Êy kh«ng ®¹t
cè g¾ng lý gi¶i nh÷ng tÝnh chÊt c¬ b¶n cña c¸c sãng mÆt qua ®−îc kÕt qu¶ hiÖn thùc nμo. Tíi n¨m 1850 Stivenson thùc hiÖn
hμnh vi cña chÊt láng lý t−ëng. quan tr¾c sãng mÆt ë mét lo¹t hå vμ nhËn ®−îc nh÷ng quan hÖ
NhiÒu c«ng tr×nh ®· nh»m vμo gi¶i bμi to¸n vÒ c¸c sãng thùc nghiÖm gi÷a ®é cao sãng cùc ®¹i vμ ®μ giã [359]. 75 n¨m
truyÒn trong n−íc. PhÇn lín nh÷ng c«ng tr×nh ®ã ®· trë thμnh sau, Jeffreys [289] ®· thö m« pháng sù ph¸t sinh sãng do giã
kinh ®iÓn. Ph¶i nh¾c tíi bμi to¸n quen thuéc Coshi Poasson trong phßng thÝ nghiÖm. Tuy nhiªn ®Õn tËn n¨m 1956 Ursell
[181] vÒ sù ph¸t sinh sãng do t¸c ®éng kh«ng ®Òu tõ bªn ngoμi vÉn viÕt mét c¸ch kh«ng thiÕu c¬ së r»ng giã thæi trªn mÆt n−íc
lªn mÆt tù do cña chÊt láng. Còng kh«ng thÓ kh«ng nh¾c tíi sinh ra sãng nhê nh÷ng qu¸ tr×nh vËt lý mμ chóng ta ch−a thÓ
nh÷ng tªn tuæi cña nh÷ng nhμ nghiªn cøu vÜ ®¹i nh− xem lμ ®· s¸ng râ [377].
Boussinesk, LeviShiwit, Stoker, LonguetHiggins, Nhecrasov, MÆc dï vËy, c¸c bμi to¸n thùc dông dù b¸o sãng ®· ®ßi hái
Chapl−ghin, Srechenski, Kochin, Voit, SekerzZencovich, x©y dùng nh÷ng ph−¬ng ph¸p to¸n häc tÝnh sãng giã. Ph−¬ng
Lavrenchev, Aleshkov vμ nhiÒu ng−êi kh¸c [3, 119, 174, 181, tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng do Makkaveev ®Ò xuÊt n¨m
361]. Nh÷ng c«ng tr×nh cña hä ®ãng gãp rÊt nhiÒu vμo quan 1937 [132] lμ mét trong nh÷ng ý ®å ®Çu tiªn m« t¶ to¸n häc vÒ
9 10
- sù ph¸t triÓn sãng giã ®−îc øng dông thùc tÕ. Ph−¬ng tr×nh nμy Mét b−íc míi, ®¸ng kÓ trªn con ®−êng m« t¶ lý thuyÕt vÒ
m« t¶ d−íi d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt sù biÕn thiªn n¨ng l−îng sãng mÆt næi sãng trong biÓn thùc ®· ®−îc thùc hiÖn sau khi c¸c nhμ
giã phô thuéc vμo qu¸ tr×nh n¹p n¨ng l−îng tõ giã vμ qu¸ tr×nh nghiªn cøu xuÊt ph¸t tõ quan ®iÓm phæ, øng dông lý thuyÕt
tiªu t¸n. Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu theo h−íng "n¨ng l−îng" ®· hμm ngÉu nhiªn, ®Ó kh¶o s¸t sãng giã vμo nh÷ng n¨m n¨m
cho phÐp x©y dùng nh÷ng ph−¬ng ph¸p thùc tÕ ®¬n gi¶n tÝnh vμ m−¬i. Sãng giã ®−îc xem nh− qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn vμ nã ®−îc
dù b¸o sãng. Nh÷ng ph−¬ng ph¸p nμy cho phÐp tÝnh c¸c yÕu tè m« t¶ trªn c¬ së kÕt hîp ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p thèng kª vμ
sãng trªn n−íc s©u vμ n−íc n«ng tuú thuéc vμo tèc ®é giã, h−íng thñy ®éng. PhÐp biÓu diÔn Fourier ®èi víi qu¸ tr×nh sãng ngÉu
giã, thêi gian t¸c ®éng cña giã, kho¶ng c¸ch tíi bê vμ ®é s©u nhiªn ®· gióp khai triÓn nã thμnh nh÷ng hîp phÇn ®iÒu hoμ,
biÓn. §−îc øng dông réng r·i nhÊt trong tÝnh to¸n vμ dù b¸o diÔn biÕn cña mçi hîp phÇn ®ã cã thÓ ®−îc xÐt d−íi gãc ®é lý
sãng ë Nga lμ c¸c ph−¬ng ph¸p cña Suleikin [197], Kr−lov [92] thuyÕt cæ ®iÓn vÒ chuyÓn ®éng sãng.
®èi víi ®iÒu kiÖn biÓn s©u vμ ph−¬ng ph¸p cña Braslavski [14] Nh÷ng c«ng tr×nh cña Longuet–Higgins [310314], Phillips
[335, 337], Miles [325, 326] vμ Hasselmann [260264] c«ng bè
®èi víi ®iÒu kiÖn n−íc n«ng. ë ngo¹i quèc ®ã lμ ph−¬ng ph¸p
cña Sverdrup vμ Munk [174], vÒ sau ®−îc Bretshneider c¶i tiÕn sau n¨m 1956 ®· ®Æt c¬ së cho quan niÖm hiÖn ®¹i vÒ vËt lý cña
[223]. sù ph¸t triÓn sãng giã. ThÝ dô, Phillips ®· ®Ò xuÊt lý thuyÕt phæ
tuyÕn tÝnh vÒ c¬ chÕ céng h−ëng ph¸t sinh sãng giã bëi nh÷ng
Song song víi viÖc nghiªn cøu b¶n chÊt vËt lý cña sãng
nhiÔu ¸p suÊt ph¸p tuyÕn trong tr−êng giã lo¹n l−u. M« h×nh
biÓn, ng−êi ta cßn kh¶o s¸t nh÷ng tÝnh chÊt thèng kª cña
nμy lμ sù ph¸t triÓn cña m« h×nh vÒ sù t¸c ®éng cña sãng ¸p
chóng. Longuet–Higgins [127], Kr−lov [91], Brovikov [15] ®·
suÊt ®iÒu hoμ lªn mÆt chÊt láng lý t−ëng kh«ng nÐn, ®· tõng
thùc hiÖn ®iÒu nμy b»ng lý thuyÕt, §avi®an [36], Vilenski vμ
®−îc m« t¶ trong c¸c c«ng tr×nh cña Lamb [119], Srechenski
Glukhovski [22, 28] b»ng thùc nghiÖm, nhê xö lý nh÷ng quan
[181] vμ nh÷ng ng−êi kh¸c.
tr¾c sãng trùc tiÕp hoÆc b»ng sãng ký. §· thiÕt lËp ®−îc r»ng
mÆc dï tÝnh ®a d¹ng trong c¸c sãng ®¬n thÓ, nh÷ng ®Æc tr−ng C¬ chÕ ph¸t sinh sãng, do Miles ®Ò xuÊt, dùa trªn thuyÕt
thèng kª cña chóng, nh− ®é cao sãng trung b×nh, chu kú trung bÊt æn ®Þnh biªn ph©n c¸ch kh«ng khÝ n−íc trong sù hiÖn diÖn
b×nh, b−íc sãng trung b×nh, ph−¬ng sai, hμm ph©n bè, hμm cña dßng víi gradient vËn tèc trong líp biªn. Nh÷ng tiÒn ®Ò ®Ó
t−¬ng quan vμ phæ hai chiÒu lμ æn ®Þnh trªn kho¶ng tùa dõng xuÊt hiÖn lý thuyÕt cña Miles lμ c¸c c«ng tr×nh kinh ®iÓn cña
vμ tùa ®ång nhÊt cña qu¸ tr×nh. Kelvin vμ Helmholtz [126, 297], trong ®ã ®· gi¶i bμi to¸n vÒ sù
bÊt æn ®Þnh cña mÆt ph©n c¸ch gi÷a hai chÊt láng cã mËt ®é vμ
Sù liªn kÕt nh÷ng quy luËt n¨ng l−îng vμ thèng kª cña sãng
tèc ®é kh«ng ®æi, nh−ng kh¸c nhau.
giã cho phÐp më réng tÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng sãng biÓn. §iÒu nμy
Matushevski, Kr−lov vμ Rzeplinski [166] ®· sö dông khi x©y Sù t−¬ng t¸c gi÷a c¸c sãng cã vai trß quan träng h×nh thμnh
dùng c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh sãng giã trong nh÷ng ®iÒu kiÖn h×nh cÊu tróc phæ sãng giã. ViÖc nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ vÊn ®Ò nμy
cã lÏ ®−îc khëi ®Çu bëi LonguetHiggins [331], sau ®ã lμ
thμnh sãng phøc t¹p, cã tÝnh tíi h×nh d¹ng cña ®−êng bê.
11 12
- tån tÝnh bÊt biÕn ®o¹n nhiÖt t¸c ®éng sãng [220, 221].
Phillips [334]. Hasselmann [261264] vμ ®éc lËp víi «ng lμ
Zakharov [65] ®· kh¶o s¸t sù t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu cña c¸c Trong nh÷ng n¨m s¸u m−¬i, víi sù xuÊt hiÖn m¸y tÝnh ho¹t
sãng cho tr−êng hîp phæ liªn tôc. KÕt qu¶ t−¬ng t¸c céng h−ëng ®éng nhanh, ®· b¾t ®Çu ph¸t triÓn viÖc m« h×nh hãa sè trÞ vÒ
bèn sãng ®· dÉn tíi sù t¸i ph©n bè n¨ng l−îng trong phæ sãng sãng giã trªn c¬ së tÝch ph©n ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng
giã. Trong qu¸ tr×nh nμy vÉn b¶o tån t¸c ®éng toμn phÇn, n¨ng viÕt d−íi d¹ng phæ. Nh÷ng m« h×nh nh− vËy ®· b¾t ®Çu ®−îc
l−îng vμ ®éng l−îng cña sãng. V× d¹ng cña tÝch ph©n t−¬ng t¸c x©y dùng ë Nga [3638, 46, 47, 153], Ph¸p [245, 248250], Mü
trªn thêi kho¶ng dμi qu¸ phøc t¹p, nªn c¸c nhμ nghiªn cøu ®· [204, 226, 339], Anh [236, 244, 340], NhËt [285, 286, 376] vμ c¸c
kh«ng nhËn ®−îc nh÷ng trÞ sè ®óng ®¾n vÒ sù vËn chuyÓn phi n−íc kh¸c. Mét sè trong c¸c m« h×nh ®ã ngμy nay vÉn ®ang ®−îc
tuyÕn yÕu trong phæ sãng giã. sö dông trong thùc tiÔn nghiÖp vô ®Ó dù b¸o sãng.
Trong cïng nh÷ng n¨m ®ã, Phillips [337] ®i tíi kÕt luËn vÒ sù V× nh÷ng c¬ chÕ t−¬ng t¸c sãng víi giã, sù tiªu t¸n vμ vËn
tån t¹i cña mét kho¶ng c©n b»ng hay kho¶ng b·o hoμ trong phæ chuyÓn n¨ng l−îng phi tuyÕn yÕu ch−a ®ñ s¸ng tá, nªn nh÷ng
sãng giã nh− mét d¶i phæ tÇn cao, trong ®ã trÞ sè phæ ®¹t tíi giíi hμm nguån ë ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng sãng trong c¸c
h¹n trªn cña m×nh ®−îc quy ®Þnh bëi c¸c qu¸ tr×nh tiªu t¸n m¹nh m« h×nh phæ rêi r¹c th−êng chØ ®−îc biÓu diÔn qua mét sè thμnh
n¨ng l−îng do ph¸ huû ngän sãng. Nh− sau nμy ®· chøng minh phÇn, nh÷ng thμnh phÇn cßn l¹i ®−îc tÝnh tíi mét c¸ch gi¸n
[301], kho¶ng c©n b»ng cña phæ kh«ng gian cã tÝnh bÊt biÕn vμ tiÕp nhê chän c¸c hÖ sè. ThÝ dô, ph−¬ng ph¸p kh¸ næi tiÕng
kh«ng phô thuéc vμo ®é s©u thñy vùc hay sù hiÖn diÖn cña dßng cña Pierson, Tick vμ Baer [340] vμ nh÷ng biÕn thÓ cña nã [226,
ch¶y, mÆc dï trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn sãng giã kho¶ng nμy chØ 236, 284] thuéc lo¹i nh− vËy. Trong c¸c m« h×nh cña Barnett
tho¶ m·n mét c¸ch cã ®iÒu kiÖn t−¬ng ®èi [45]. [204, 205] vμ Ewing [244] ®· cã nh÷ng cè g¾ng nh»m ®−a c¬
CÇn ph¶i l−u ý mét lo¹t c«ng tr×nh kh¸c cña Longuet chÕ vËn chuyÓn n¨ng l−îng phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng giã
vμo trong hμm nguån. C¬ chÕ nμy ®−îc tham sè hãa bëi
Higgins, lμ c¬ së cña nh÷ng quan niÖm hiÖn ®¹i vÒ sù tiÕn triÓn
Cartwright vμ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng tæng c¸c chuçi
cña sãng trong c¸c dßng bÊt ®ång nhÊt vμ trong n−íc n«ng. ThÝ
FourierCheb−sev. Ph−¬ng ph¸p Barnett ®· ®−îc Pasechnik
dô, «ng ®· chØ ra r»ng [310] trong khi ph¶n x¹ sãng (tr−êng hîp
[153] c¶i biªn vμ ®−îc sö dông lÇn ®Çu tiªn ë Nga ®Ó tÝnh sãng
kh«ng cã nh÷ng hiÖu øng tiªu t¸n) phæ kh«ng gian (phæ c¸c
§¹i T©y D−¬ng vμ vÞnh PhÇn Lan.
vect¬ sãng) b¶o toμn gi¸ trÞ cña nã däc theo quü ®¹o truyÒn
chïm sãng. Cßn trong nh÷ng c«ng tr×nh hoμn thμnh cïng víi §ång thêi víi viÖc x©y dùng nh÷ng m« h×nh to¸n vÒ sãng
Stewart, ®· kh¶o s¸t nh÷ng hiÖu øng t−¬ng t¸c c¸c sãng víi c¸c giã vÉn tiÕp tôc nh÷ng nghiªn cøu thùc nghiÖm vμ lý thuyÕt
dßng bÊt ®ång nhÊt. Sù t−¬ng t¸c ®−îc m« t¶ b»ng c¸i gäi lμ øng lμm c¨n cø ®Ó kiÓm tra vμ hoμn thiÖn m« h×nh. Trong sè nh÷ng
suÊt x¹ [311314]. Nh÷ng ý t−ëng nμy ®−îc ph¸t triÓn tiÕp c«ng tr×nh thùc nghiÖm, tr−íc hÕt ph¶i l−u ý tíi nh÷ng kh¶o s¸t
trong c¸c c«ng tr×nh cña Breterton vμ Garrett, ë ®©y cho biÕt thùc ®Þa do c¸c céng t¸c viªn cña ViÖn H¶i d−¬ng häc Nhμ n−íc
r»ng trong c¸c m«i tr−êng chuyÓn ®éng bÊt ®ång nhÊt sÏ b¶o [46], Liªn hiÖp ThiÕt kÕ X©y dùng biÓn [94], ViÖn Thñy vËt lý
13 14
- c¸c céng sù [6769] ®· t×m ®−îc nhiÒu ph©n bè æn ®Þnh kh¸c.
biÓn ViÖn HLKH Ucraina [56] thùc hiÖn.
Zaslavski cßn cã c¶ ý ®å t×m nh÷ng nghiÖm gi¶i tÝch kh«ng æn
Dù ¸n thÝ nghiÖm quèc tÕ JONSWAP [267] tiÕn hμnh n¨m
®Þnh [60, 61].
1973 t¹i B¾c H¶i vÉn g©y chó ý cho tíi tËn ngμy nay. Nh÷ng d÷
liÖu nhËn ®−îc ®· cho phÐp ®¸nh gi¸ vÒ nhiÒu kÕt qu¶ lý thuyÕt, NhËn thÊy tÇm quan träng cña c¬ chÕ t¸i ph©n bè n¨ng
ph¸t hiÖn nh÷ng ®Æc ®iÓm ph¸t triÓn phæ sãng vμ −íc l−îng l−îng phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng vμ sù cÇn thiÕt ph¶i tÝnh tíi
phÇn ®ãng gãp cña tõng hîp phÇn vμo hμm nguån m« t¶ nh÷ng nã trong c¸c m« h×nh sãng giã khi sö dông trong nghiÖp vô,
c¬ chÕ vËt lý kh¸c nhau h×nh thμnh nªn phæ sãng giã. Sö dông ng−êi ta cã ý t−ëng xÊp xØ tÝch ph©n t−¬ng t¸c b»ng nh÷ng biÓu
d÷ liÖu thùc nghiÖm vμ c¸c ph−¬ng ph¸p x¸c suÊt cho phÐp thøc gi¶i tÝch ®¬n gi¶n h¬n so víi biÓu diÔn tÝch ph©n chÝnh x¸c.
ng−êi ta thu ®−îc nh÷ng −íc l−îng tin cËy h¬n vÒ phæ tÇn sè Nh÷ng ý t−ëng xÊp xØ tÝch ph©n t−¬ng t¸c nh− vËy cã thÓ t×m
[36, 46, 267, 338], vÒ hμm ph©n bè n¨ng l−îng theo h−íng [46, thÊy trong c¸c m« h×nh cña Barnett [204] vμ Ewing [244], sau
56, 94, 272, 315]. ®ã trong nhiÒu c«ng tr×nh kh¸c [158, 185, 269]. Trong sè nh÷ng
biÓu thøc xÊp xØ chÝnh x¸c nhÊt cã biÓu thøc do Polnhikov ®Ò
Tõ gi÷a nh÷ng n¨m b¶y m−¬i ®· b¾t ®Çu ph¸t triÓn m¹nh
xuÊt ®èi víi phæ hai ®Ønh [158] cho phÐp m« t¶ sù trao ®æi n¨ng
lý thuyÕt phæ hiÖn ®¹i vÒ sãng giã. Lý thuyÕt n¹p n¨ng l−îng tõ
l−îng phi tuyÕn gi÷a sãng giã vμ sãng lõng.
giã cho sãng ®−îc ph©n tÝch chi tiÕt vμ ®−îc bæ sung trong nhiÒu
c«ng tr×nh cña nhiÒu t¸c gi¶ [53, 63, 129131, 195, 251, 356]. Trong viÖc gi¶i quyÕt bμi to¸n x¸c ®Þnh sù biÕn d¹ng phæ
NhiÒu c«ng tr×nh c«ng bè nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®Ò cËp tíi qu¸ sãng trong m«i tr−êng bÊt ®ång nhÊt, nh− dßng bÊt ®ång nhÊt
tr×nh t−¬ng t¸c gi÷a dßng kh«ng khÝ vμ sãng nh»m môc ®Ých x¸c theo ph−¬ng ngang vμ ®¸y kh«ng b»ng ph¼ng, nh÷ng kÕt qu¶
®Þnh dßng n¨ng l−îng tõ giã ®i vμo sãng. Nh÷ng kÕt qu¶ ®¸ng lín nhÊt nhËn ®−îc trong khu«n khæ øng dông phÐp xÊp xØ cña
kÓ nhÊt nhËn ®−îc trong c¸c c«ng tr×nh cña Chalikov vμ Makin quang h×nh häc. Ng−êi ta ®· kh¶o s¸t sù tiÕn triÓn c¸c tham sè
nhê x©y dùng m« h×nh to¸n lý vÒ líp s¸t mÆt n−íc trªn sãng sãng, nghiªn cøu kh¶ n¨ng ph¶n x¹ vμ quy tô trªn c¸c dßng
biªn ®é h÷u h¹n [129131, 195]. ch¶y [911, 156, 185, 190, 283]. Peregrine [332] vμ Kantargi
[76] ®· tæng quan nh÷ng c«ng tr×nh nμy. Nh÷ng nghiªn cøu tiÕp
Nh÷ng nghiªn cøu vÒ t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu trong phæ
theo h−íng nμy cßn tiÕp diÔn trong lo¹t c«ng tr×nh [50, 101107,
sãng ®−îc tiÕn hμnh theo nh÷ng h−íng sau: nhËn nh÷ng −íc
109, 110, 115117], trong ®ã b»ng phÐp xÊp xØ quang h×nh häc
l−îng gi¶i tÝch vμ tham sè hãa tÝch ph©n t−¬ng t¸c; lËp thuËt
ng−êi ta ®· m« t¶ tiÕn triÓn cña phæ tÇn sè h−íng trªn nÒn dßng
gi¶i sè trÞ vμ ch−¬ng tr×nh tÝnh; gi¶i bμi to¸n tiÕn triÓn t−¬ng
ch¶y bÊt æn ®Þnh bÊt ®ång nhÊt ph−¬ng ngang vμ trªn nÒn ®é s©u
øng. ViÖc t×m c¸c d¹ng æn ®Þnh cña phæ lμm cho tÝch ph©n t−¬ng
kh«ng ®ång nhÊt.
t¸c b»ng kh«ng ®· g©y chó ý vÒ mÆt lý thuyÕt. Nh−
Hasselmann [264] ®· cho thÊy, ph©n bè RayleighJines lμ ph©n Trong nh÷ng thËp niªn gÇn ®©y ®· x©y dùng rÊt nhiÒu m«
bè ®¼ng h−íng duy nhÊt lμm cho kh«ng nh÷ng tÝch ph©n t−¬ng h×nh to¸n tÝnh sãng theo tr−êng giã. Theo th«ng tin cña WMO,
t¸c, mμ c¶ hμm d−íi dÊu tÝch ph©n b»ng kh«ng. Zakharov vμ tíi n¨m 1985 cã tíi h¬n 20 m« h×nh nh− vËy, ch−a kÓ tíi nh÷ng
15 16
- m« h×nh ®ang trong qu¸ tr×nh x©y dùng [319]. Trong thùc hμnh mét m« h×nh tèi −u vμ thùc hiÖn tèt cho mäi tr−êng hîp. V× vËy
dù b¸o cña c¸c Nha khÝ t−îng Mü, Anh, Na Uy, §øc, NhËt vμ míi tån t¹i nh÷ng c¸ch tiÕp cËn vμ ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau. MÆt
c¸c n−íc kh¸c, ®· sö dông 11 m« h×nh. N¨m 1988, theo sè liÖu kh¸c, sù ®a d¹ng cña c¸c m« h×nh chøng tá nh÷ng quan niÖm
[255] trong thùc tiÔn nghiÖp vô cña c¸c nha khÝ t−îng c¸c quèc hiÖn ®¹i vÒ sãng giã ngμy cμng s©u s¾c vμ kh¶ n¨ng hiÖn thùc hãa
gia ®· sö dông 16 m« h×nh, ngoμi ra cßn cho biÕt cã 14 m« h×nh c¸c m« h×nh trªn m¸y tÝnh ngμy cμng cao.
kh¸c ®ang ®−îc dïng vμo nh÷ng bμi to¸n kh«ng liªn quan tíi C¨n cø vμo sè l−îng lín nh÷ng m« h×nh ®ang tån t¹i, Nhãm
dù b¸o, ch−a kÓ nh÷ng m« h×nh ®ang trong giai ®o¹n x©y dùng. C«ng t¸c Quèc tÕ cña §Ò ¸n M« h×nh hãa sãng biÓn SWAMP
N¨m 1991, theo sè liÖu cña WMO, c¸c nha khÝ t−îng quèc gia n¨m 1985 ®· so s¸nh nh÷ng m« h×nh x©y dùng tr−íc ®©y víi
cña 17 n−íc, gåm c¶ Ph¸p, §øc, Hy L¹p, Hång K«ng, Ên §é, Ai nhau vμ ph©n lo¹i chóng [331]. Sù ph©n lo¹i nμy dùa trªn kiÓu
Len, NhËt, Malaysia, Hμ Lan, New Zealand, Na Uy, ¶ RËp biÓu diÔn hμm nguån trong ph−¬ng tr×nh c©n b»ng mËt ®é n¨ng
Sau®ic, Thuþ §iÓn, Anh, Mü vμ Nga ®· sö dông 22 m« h×nh ®Ó l−îng phæ vμ chñ yÕu lμ c¸ch thøc tÝnh tíi sù vËn chuyÓn n¨ng
dù b¸o sãng giã mét c¸ch chÝnh thøc. Tæng sè m« h×nh ®−îc l−îng phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng giã.
dïng ®Ó thùc hiÖn nh÷ng tÝnh to¸n nghiÖp vô ë c¸c n−íc lμ h¬n C¸c thμnh viªn cña nhãm nμy quyÕt ®Þnh b¾t tay vμo x©y
bèn chôc m« h×nh [386]. dùng mét m« h×nh sãng giã hoμn thiÖn h¬n. Tõ ®ã thμnh lËp
ë Nga viÖc m« h×nh hãa sè trÞ ®èi víi sãng giã diÔn ra chËm Nhãm C«ng t¸c Quèc tÕ míi WAMDI (Nhãm M« h×nh hãa sãng),
h¬n so víi nh÷ng n−íc ph¸t triÓn do sù l¹c hËu cña c¸c dßng bao gåm Komen, Cavaleri, Donelan, K. Hasselmann, S.
m¸y tÝnh s¶n xuÊt trong n−íc. Tuy nhiªn, ®Õn nay ®· cã tíi h¬n Hasselmann, Janssen vμ mét sè ng−êi kh¸c. C«ng bè ®Çu tiªn
hai chôc m« h×nh sãng giã [1, 54, 60, 78, 143, 144, 185]. Nh÷ng [365] xuÊt hiÖn n¨m 1988. B¶n th©n sù kiÖn quyÕt ®Þnh liªn kÕt
m« h×nh nμy rÊt kh¸c nhau vÒ chøc n¨ng, kiÓu lo¹i, ®Æc ®iÓm vμ nh÷ng nç lùc cña c¸c nhμ khoa häc thuéc c¸c n−íc kh¸c nhau
sù kiÓm ®Þnh víi sè liÖu thùc ®Þa... vμo x©y dùng mét m« h×nh sãng giã chøng tá: mét mÆt, vÒ sù
cÊp thiÕt cña bμi to¸n, mÆt kh¸c, vÒ sù phøc t¹p cña nã, v× cho
C¸c m« h×nh ngμy cμng ®a d¹ng. Cã nh÷ng m« h×nh m« t¶
®Õn nay mÆc dï cã nh÷ng thμnh tùu trong lÜnh vùc nμy, vÉn
sãng giã kh«ng chØ trong quy m« ®Þa ph−¬ng, mμ c¶ quy m« toμn
ch−a lËp ®−îc mét m« h×nh ®¸p øng nh÷ng ®ßi hái hiÖn ®¹i.
cÇu [111, 113, 303, 365, 371]. XuÊt hiÖn nhiÒu m« h×nh tÝnh tíi
Ng−êi ta quyÕt ®Þnh x©y dùng m« h×nh míi xuÊt ph¸t tõ nh÷ng
¶nh h−ëng cña ®¸y kh«ng ph¼ng [33, 233, 268, 299, 363, 371] vμ
nguyªn lý sau:
nÒn dßng bÊt ®ång nhÊt kh«ng gian [35, 216, 277, 283, 293, 299,
347]. Song ph¶i nhËn xÐt r»ng vÉn cßn nh÷ng sai kh¸c nghiªm Thø nhÊt, ph¶i sö dông phÐp xÊp xØ chÝnh x¸c nhÊt ®èi víi
träng vÒ kÕt qu¶, thËm chÝ ngay ë c¸c m« h×nh tiªn tiÕn nhÊt. tÝch ph©n t−¬ng t¸c, gi÷ cÊu tróc lËp ph−¬ng cña to¸n tö nh−
biÓu thøc ban ®Çu [269]. PhÐp xÊp xØ t−¬ng øng cã tªn lμ "xÊp xØ
Sù ®a d¹ng cña c¸c m« h×nh to¸n nh− vËy chøng tá r»ng sãng
rêi r¹c" [303, 365]. Thø hai, hμm nguån ph¶i ®−îc bæ sung b»ng
giã vÉn lμ mét ®èi t−îng nghiªn cøu tù nhiªn hÕt søc phøc t¹p, lý
mét c¬ chÕ tiªu t¸n chÝnh x¸c h¬n, c¨n cø vËt lý cña c¬ chÕ nμy
thuyÕt vÒ nã cßn xa míi hoμn thiÖn. Cã lÏ khã mμ x©y dùng ®−îc
17 18
- Nhãm C«ng t¸c Quèc tÕ WAMDI c¸c t¸c gi¶ cña m« h×nh
cßn lμ vÊn ®Ò më. Hμm tiªu t¸n ®· ®−îc lÊy theo c«ng tr×nh
WAM, trong ®ã ®· kh¸i qu¸t nh÷ng nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt
[302], ë ®ã hμm nμy nhËn ®−îc trªn c¬ së thùc hiÖn mét lo¹t
tÝnh to¸n sè trÞ víi ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng, cã tÝnh sãng giã thùc hiÖn ë Ph−¬ng T©y, còng nh− tr×nh bμy c¬ së vμ
m« t¶ chi tiÕt phiªn b¶n cuèi cïng cña m« h×nh WAM. GÇn nh−
to¸n chÝnh x¸c tÝch ph©n t−¬ng t¸c. Sù n¹p n¨ng l−îng tõ giã
cho sãng chÊp nhËn theo nh÷ng sè liÖu thùc nghiÖm [357]. Bμi cïng thêi gian ®ã (®Çu n¨m 1995) ®· ra ®êi mét cuèn chuyªn
to¸n ®−îc gi¶i víi c¸c biÕn täa ®é cÇu, cho phÐp dïng m« h×nh kh¶o cña tËp thÓ c¸c nhμ khoa häc Nga "Nh÷ng vÊn ®Ò nghiªn
nh− mét m« h×nh toμn cÇu. Ngoμi ra, cßn cã ý ®å kh¸i qu¸t hãa cøu vμ m« h×nh hãa to¸n häc sãng giã" [162], trong ®ã tr×nh bμy
m« h×nh cho tr−êng hîp n−íc n«ng. Trong m« h×nh cã tÝnh tíi nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu míi vÒ sãng giã ë Nga vμ ®Ò xuÊt
ph¶n x¹, ma s¸t ®¸y, cßn hμm vËn chuyÓn n¨ng l−îng phi tuyÕn nh÷ng vÊn ®Ò ch−a gi¶i quyÕt ®−îc. Nh− vËy lμ ®· tæng kÕt vÒ
yÕu tÝnh tíi mét hiÖu chØnh t−¬ng øng víi sù biÕn ®æi qu¸ tr×nh nghiªn cøu sãng giã c¶ vÒ lý thuyÕt lÉn thùc nghiÖm.
t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu cña sãng trong thñy vùc ®é s©u h÷u Ph¶i nhËn xÐt r»ng: lý thuyÕt vμ c¸c ph−¬ng ph¸p m« h×nh
h¹n. B¶n th©n m« h×nh ®−îc xÕp lo¹i lμ m« h×nh sãng giã thÕ hÖ hãa sè trÞ ®ang liªn tôc hoμn thiÖn. §ang xuÊt hiÖn nh÷ng kÕt
thø ba, sau ®ã thμnh thÕ hÖ thø t−. qu¶ míi, nh÷ng m« h×nh (WAVEWATCH [371], PHIDIAS [379],
TOMAAC [212]), nh÷ng bμi b¸o vμ thËm chÝ nh÷ng chuyªn
C¸ch gäi nμy ë møc ®é nhÊt ®Þnh t−¬ng tù nh− c¸ch gäi cña
kh¶o [320]. ThÝ dô nh− cuèn chuyªn kh¶o míi cña Massel [320],
nhãm SWAMP. ë ®©y ngô ý r»ng: m« h×nh thÕ hÖ thø nhÊt lμ
trong ®ã cè g¾ng tæng kÕt nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu sãng giã
nh÷ng m« h×nh kh«ng tÝnh tíi sù t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu. M«
h×nh thÕ hÖ thø hai tÝnh tíi vËn chuyÓn n¨ng l−îng phi tuyÕn kh«ng nh÷ng ë Ph−¬ng T©y, mμ c¶ ë n−íc Nga. MÆc dï phÇn
tæng quan nh÷ng c«ng tr×nh Nga hÕt søc h¹n chÕ vÒ khèi l−îng
yÕu th«ng qua tham sè hãa. Trong m« h×nh WAM vËn chuyÓn
vμ thiÕu nh÷ng kÕt qu¶ míi nhÊt, nh−ng cuèn chuyªn kh¶o cña
phi tuyÕn yÕu tuy còng ®−îc tham sè hãa, nh−ng chÝnh x¸c h¬n,
Massel lÇn ®Çu tiªn sau nhiÒu n¨m gÇn ®©y ®· gióp ®éc gi¶
lμm cho nã trë thμnh m« h×nh thÕ hÖ sau. Trong c¸c m« h×nh
Ph−¬ng T©y lμm quen víi nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu ë Nga.
thÕ hÖ thø t− ®· cè g¾ng tÝnh tíi chuyÓn ®éng tù hoμ hîp cña
líp biªn khÝ quyÓn vμ mÆt biÓn dËy sãng [302]. HiÖn nay, m« Sau khi kÕt thóc ho¹t ®éng cña Nhãm Quèc tÕ WAMDI,
h×nh WAM tiÕp tôc hoμn thiÖn, thö th¸ch vμ ®−îc dïng réng r·i theo s¸ng kiÕn cña Holthuisen, Cavaleri vμ nh÷ng ng−êi kh¸c
cho c¶ nh÷ng vïng n−íc quy m« toμn cÇu còng nh− nh÷ng thuû ®· xuÊt hiÖn mét ®Ò ¸n quèc tÕ míi WISE (Sãng trong m«i
vùc cã tÝnh ®Þa ph−¬ng, thÝ dô nh− vÞnh MÕchsich hay B¾c H¶i tr−êng n−íc n«ng), ®Æt ra môc tiªu tiÕp tôc nghiªn cøu vμ x©y
[227]. Trong c¸c phiªn b¶n sö dông nghiÖp vô cña m« h×nh dùng m« h×nh sãng giã hoμn thiÖn h¬n n÷a ¸p dông cho nh÷ng
WAM cßn thu l−îm c¶ th«ng tin tõ vÖ tinh nh»m chÝnh x¸c hãa vïng biÓn n«ng. M« h×nh nh− vËy ®· h×nh thμnh vμ cã tªn
dù b¸o sãng. SWAN (M« pháng sãng ven bê) [346]. §©y lμ m« h×nh thÕ hÖ thø
ba, bªn c¹nh sù tham sè hãa nh÷ng c¬ chÕ vËt lý t¹o thμnh phæ
Mét sù kiÖn quan träng lμ sù ra ®êi n¨m 1994 cuèn chuyªn
sãng ë n−íc s©u, ®· bæ sung c¸c hiÖu øng ph¶n x¹, nh÷ng t−¬ng
kh¶o "§éng lùc häc vμ m« h×nh hãa sãng ®¹i d−¬ng" [303] cña
19 20
- t¸c ba sãng vμ tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng liªn quan tíi sù ®æ
phÇn 1 - dÉn lËp bμi to¸n tæng qu¸t,
nhμo sãng ë n−íc n«ng.
Nh÷ng vÊn ®Ò vμ kÕt qu¶ nghiªn cøu
Cuèn chuyªn kh¶o nμy lμ sù tiÕp tôc l«gic nh÷ng c«ng tr×nh
sãng giã trong biÓn s©u
®· nªu trªn ®©y. ë ®©y cè g¾ng gi¶i ®¸p mét lo¹t nh÷ng c©u hái
®Æt ra tr−íc ®©y vÒ quan ®iÓm tæng hîp trong viÖc m« t¶ sãng
giã trªn §¹i d−¬ng ThÕ giíi trong ®iÒu kiÖn bÊt ®ång nhÊt
kh«ng gian cña nã, ë ®©y ngô ý vÒ c¸c dßng ch¶y quy m« lín, bÊt
®ång nhÊt ®é s©u ®¹i d−¬ng, ¶nh h−ëng cña tÝnh mÆt cÇu cña
mÆt Tr¸i §Êt... T¸c gi¶ muèn nhÊn m¹nh r»ng trong chuyªn
Ch−¬ng 1
kh¶o nμy sãng giã ®−îc xÐt trong khu«n khæ mét c¸ch ph¸t biÓu
bμi to¸n tæng qu¸t duy nhÊt nh− lμ mét qu¸ tr×nh thñy ®éng x¸c
bμi to¸n vÒ sù tiÕn triÓn phæ sãng giã
xuÊt víi tÝnh biÕn thiªn kh«ng gian tõ nh÷ng quy m« toμn cÇu,
nh− c¸c ®¹i d−¬ng víi kÝch th−íc s¸nh víi b¸n kÝnh Tr¸i §Êt,
®Õn nh÷ng quy m« khu vùc tiªu biÓu lμ c¸c biÓn vμ quy m« ®Þa
1.1. Bμi to¸n thñy ®éng lùc vÒ sù ph¸t sinh chuyÓn
ph−¬ng tiªu biÓu lμ c¸c thñy vùc hÑp h¬n, nh−ng cã gradient
®éng sãng trong chÊt láng bëi dßng kh«ng khÝ
vËn tèc dßng ch¶y hay ®é s©u ®¸ng kÓ trong ®íi ven bê, t¹i ®ã
sãng ®¹i d−¬ng sau khi du ngo¹n hμng ngh×n kil«mÐt sÏ kÕt Ta xÐt sù tiÕn triÓn cña sãng giã d−íi d¹ng gi¶i bμi to¸n vÒ
thóc sù tån t¹i. chuyÓn ®éng cïng nhau trong hÖ thèng n−íc kh«ng khÝ víi
nh÷ng ®iÒu kiÖn ®éng lùc häc vμ ®éng häc t−¬ng øng ë biªn
ph©n c¸ch hai m«i tr−êng ®−îc cho tr−íc. Gi¶ thiÕt r»ng chuyÓn
®éng trong c¸c m«i tr−êng tu©n theo nh÷ng ®Þnh luËt b¶o toμn
khèi l−îng vμ ®éng l−îng. §Þnh luËt thø nhÊt (®Þnh luËt b¶o
toμn khèi l−îng) viÕt d−íi d¹ng
d i
i div (U i ) 0 , (1.1)
dt
trong ®ã i mËt ®é kh«ng khÝ ( i 1 ) hoÆc n−íc ( i 2 ), U i
vËn tèc di chuyÓn cña m«i tr−êng.
NÕu mËt ®é chÊt láng kh«ng ®æi, ph−¬ng tr×nh (1.1) sÏ ®¬n
gi¶n h¬n vμ cã d¹ng
21 22
nguon tai.lieu . vn