Download miễn phí Đề tài Nghiên cứu ứng dụng mô hình POM tính dòng chảy gió trong biển Đông
Hệ phương trình cơ bản được trình bày ở trên không thể giải được bằng phương pháp giải tích mà phải sử dụng phương pháp số giải các phương trình đã rời rạc hóa trên một lưới. Mô hình POM đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình cơ bản đã đưa về dạng thông lượng.
Mô hình POM được tính toán theo 2 thức: thức nội (internal mode) và thức ngoại (external mode). Thức ngoại giải các phương trình tích phân theo độ sâu, kết quả tính toán cho mực nước và vận tốc trung bình độ sâu. Gradient mực nước tính theo thức ngoại được sử dụng để giải hệ phương trình 3 chiều trong thức nội. Kết quả tính toán thức nội cho phân bố 3 chiều của vận tốc, nhiệt độ, độ muối và các đặc trưng rối. Do đó, kết quả tính toán của thức nội lại cung cấp các số hạng bình lưu, khuếch tán và hiệu ứng nghiêng áp cho thức ngoại trong bước tính toán kế tiếp. Thức nội và thức ngoại có sai số cắt cụt khác nhau nên sau chu kỳ tích phân dài, vận tốc trung bình tính theo thức ngoại có thể có sai khác nhỏ so với vận tốc tích phân thẳng đứng của thức nội. Do đó, vận tốc tính trong thức nội phải điều chỉnh theo vận tốc trung bình trong thức ngoại.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH POM TÍNH DÒNG CHẢY GIÓ TRONG BIỂN ĐÔNGI. TỔNG QUAN
Các đặc trưng vật lý, động lực trong Biển Đông có sự biến thiên lớn theo không gian và thời gian. Việc nghiên cứu, mô phỏng được trường dòng chảy với độ chính xác cao là yêu cầu cần thiết để giải quyết các bài toán thủy thạch động lực học trong biển phục vụ các yêu cầu về phát triển kinh tế xã hội, quốc phòng- an ninh và quản lý thống nhất biển hải đảo.
Biển Đông nằm trên tuyến hàng hải quốc tế lớn thứ hai thế giới nối liền các trung tâm kinh tế lớn của thế giới, tuyến đường hàng hải châu Âu – Trung Đông qua kênh đào Xuy ê, qua Biển Đông đến khu vực Đông Bắc Á, với hai cảng lớn Hồng Kông và Singapore. Khối lượng hàng hoá vận chuyển qua tuyến đường này rất lớn. Do vậy, việc nghiên cứu các khía cạnh thủy thạch động lực nói chung và dòng chảy biển nói riêng trong Biển Đông được quan tâm nghiên cứu từ khá sớm. Từ năm 1930 khi viện Hải dương học Đông Dương chính thức thành lập, việc điều tra nghiên cứu Biển Đông của Việt Nam đã được tiến hành một cách có hệ thống. Trong thời gian chiến tranh thế giới thứ 2, cùng với sự gia tăng mạnh mẽ của các hoạt động hàng hải và quân sự, việc nghiên cứu, quan trắc hoàn lưu trong Biển Đông được tiến hành rộng khắp cho phép mô tả một số đặc trưng cơ bản nhất của hoàn lưu liên quan tới hoạt động của gió mùa trên biển. Sơ đồ hoàn lưu Biển Đông được công bố lần đầu tiên vào năm 1945 trong Atlas của hải quân Mỹ (US Navy, 1945). Các véc-tơ đặc trưng cho dòng chảy trên mặt biển trong hai mùa cùng với hướng gió thịnh hành, được thể hiện qua hoa gió cho các vùng biển, cho thấy đặc điểm cơ bản nhất của chúng là hiện tượng đổi hướng mạnh theo sự luân phiên của gió mùa. Trên các sơ đồ dòng chảy cũng thấy được sự hiện diện của một số xoáy quy mô vừa và nhỏ của hoàn lưu trên mặt biển.
Trong những thập niên tiếp theo, nhiều chuyến điều tra khảo sát Biển Đông đã được tiến hành với sự hợp tác với một số nước như: Trung Quốc, Liên Xô,... có sự tham gia của các nhà khoa học Việt Nam. Tuy chưa có một chương trình riêng nghiên cứu về động lực học biển, song trong phần lớn các chuyến khảo sát trên biển, hoàn lưu và các yếu tố thuỷ động lực khác luôn được xem là một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng nhất của hầu hết trong các đề tài của những Chương trình nghiên cứu biển Việt Nam từ trước đến nay.
Trong số các công trình nghiên cứu về dòng chảy trong Biển Đông, đáng chú ý là công trình của Wyrtky (1961), tác giả đã đưa ra bản đồ dòng chảy tầng mặt theo mùa trên toàn Biển Đông và các biển kế cận, trong đó đưa ra các đặc trưng biến động cơ bản của dòng chảy theo mùa. Cơ sở để xây dựng các bản đồ này chủ yếu là số liệu khảo sát nhiệt độ theo độ sâu, nhiệt-muối-độ sâu, nhiệt-độ dẫn điện-độ sâu, vị trí tàu và phao trôi trên mặt biển được thu thập và tổng hợp cho đến hết thập niên 50 thế kỷ XX. Đây là công trình có tính bao quát lớn và đã được sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khoa học và ứng dụng cho kinh tế, quân sự và kiểm soát môi trường Biển Đông.
Hình 3.4 Bản đồ dòng chảy mùa đông (phải) và mùa hè (trái) trên mặt
Biển Đông (theo Wyrtky, 1961)
Các công trình nghiên cứu được công bố sau đó của nhiều tác giả chủ yếu là hoàn lưu địa chuyển được xây dựng từ trường nhiệt độ và độ muối (Xu và nnk, 1982, Siripong, 1984, Đề tài 48B 01-01, 1990, Bogdanov và Moroz, 1994, Đ.V. Ưu và Brankart, 1997). Trường dòng chảy địa chuyển thu được dựa trên cơ sở các trường nhiệt muối theo kết quả phân tích số liệu lịch sử, hay số liệu một số chuyến khảo sát nhất định. Các tác giả Brankart và Đinh Văn Ưu đã tính toán trường dòng chảy địa chuyển cho hai mùa trên cơ sở kết quả phân tích các trường nhiệt-muối theo phương pháp biến phân đảo (VIM) cho ô lưới 0,25x0,25 độ kinh vĩ đã thu được với nhiều đặc trưng chi tiết.
Từ đầu những năm 60 của thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu biển Việt Nam và quốc tế đã sử dụng phương pháp mô hình hóa đối với toàn biển hay từng khu vực dựa trên các nguồn số liệu đã thu thập được nhằm đánh giá các nhân tố cơ bản hình thành chế độ hoàn lưu biển. Các mô hình chẩn đoán xuất hiện trong giai đoạn này có thể kể đến như: mô hình hóa tính toán dòng chảy gió của Nguyễn Đức Lưu (1969), dòng chảy tổng hợp của Hoàng Xuân Nhuận (1983), Pohlman T. (1987), Ping-Tung Shaw and Shenn-Yu Chao (1994), Shenn-Yu Chao và nnk (1998), đề tài KHCN 06-02, đề tài KC 09-02,...v.v. Những kết quả thu được đã góp phần quan trọng trong việc lý giải cơ chế hình thành và cấu trúc hoàn lưu trong Biển Đông.
Trong những năm gần đây, phương pháp mô hình hoá theo hướng hệ thống, đã được phát triển trên thế giới, phương pháp này cũng đã được ứng dụng để nghiên cứu hoàn lưu Biển Đông. Bên cạnh các công trình triển khai ở nước ngoài như Metzger E.J and H.E. Hurlburt (1996), Lê Ngọc Lý and Phu Luong (1997), v.v.. , đề tài KHCN 06-02: Nghiên cứu cấu trúc ba chiều thuỷ động lực học Biển Đông thuộc Chương trình Nghiên cứu biển giai đoạn 1996-2000 cũng đã được triển khai. Những kết quả thu được thông qua ứng dụng mô hình toán học tiên tiến và phương tiện tính toán hiện đại đã cho phép mô phỏng chi tiết hơn các đặc trưng phân bố không gian của hoàn lưu và sự biến động của chúng trong chế độ gió mùa.
Hình 2. Bản đồ dòng chảy mùa đông (phải) và mùa hè (trái) trên mặt
Biển Đông (theo Đề tài KC 09-02, 2005)
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH POM
1. Giới thiệu mô hình POM
Mô hình POM là một mô hình đại dương hiện đại, mã nguồn mở và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Một số đặc điểm nổi bật, quan trọng của mô hình POM có thể kể ra như sau:
- Chứa mô hình con khép kín rối bậc hai, cung cấp các hệ số xáo trộn thẳng đứng. Mô hình con khép kín rối trong mô hình POM do Mellor xây dựng (Mellor, 1973) và được phát triển đáng kể trong sự cộng tác giữa Mellor với Tetsuji Yamada (Mellor và Yamada, 1974; Mellor và Yamada, 1982). Mô hình này dựa trên giả thuyết rối của Rotta và Kolmogorov được mở rộng cho trường hợp dòng chảy phân tầng. Mô hình khép kín rối bậc 2 được sử dụng kết hợp với phương trình tiên lượng đối với rối quy mô lớn. Nhìn chung, mô hình rối mô phỏng khá tốt các quá trình động lực và xáo trộn.
- Theo phương thẳng đứng, mô hình POM sử dụng toạ độ sigma, điều đó giúp cho mô hình mô phỏng tốt trong cả những trường hợp địa hình biến đổi mạnh như khu vực cửa sông hay thềm lục địa đứt gãy, độ dốc lớn. Hệ tọa độ sigma cùng với mô hình con khép kín rối làm hiện thực hóa lớp biên đáy, do đó mô hình có khả năng mô phỏng tốt khu vực ven biển, cửa sông có ảnh hưởng của thủy triều. Theo phương ngang, mô hình sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn so le (sơ đồ Akarawa C) trên lưới cong trực giao.
- Sai phân hiện theo phương ngang và sai phân ẩn theo phương thẳng đứng. Điều này cho phép sử dụng độ phân giải mịn hơn theo phương thẳng đứng tại lớp biên đáy và lớp biên trên mặt.
- Mô hình sử dụng lớp biên m