Báo cáo nghiên cứu khoa học " Xây dựng mô hình đối xứng tựa cân bằng để nghiên cứu sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này mô tả mô hình đối xứng tựa cân bằng đơn giản để nghiên cứu lý tưởng sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới. Mô hình được xây dựng trên tích phân phương trình xu thế gió tuyến tuyến trên hệ tọa độ bán kính-độ cao. Hoàn lưu thứ cấp được xác định bằng cách giải phương trình Saywer-Eliassen với một nguồn đốt nóng cho trước tọa độ bán kính thế-độ cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học " Xây dựng mô hình đối xứng tựa cân bằng để nghiên cứu sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới "

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 Xây dựng mô hình đối xứng tựa cân bằng để nghiên cứu sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới Bùi Hoàng Hải*, Nguyễn Quang Trung Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 29 tháng 4 năm 2011 Tóm tắt. Bài báo này mô tả mô hình đối xứng tựa cân bằng đơn giản để nghiên cứu lý tưởng sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới. Mô hình được xây dựng trên tích phân phương trình xu thế gió tuyến tuyến trên hệ tọa độ bán kính-độ cao. Hoàn lưu thứ cấp được xác định bằng cách giải phương trình Saywer-Eliassen với một nguồn đốt nóng cho trước tọa độ bán kín h thế-độ cao. Mô hình đã mô phỏng một trường hợp xoáy thuận nhiệt đới lý tưởng không có ma sát bề mặt và nguồn nhiệt cố định trên bán kính thế. Mô phỏng đã nắm bắt được nhiều đặc trưng thú vị của quá trình tiến triển của một xoáy thuận nhiệt đới. Mô hình c ó thể được phát triển tiếp và sử dụng trong các nghiên cứu lý tưởng về sự tiến triển, tăng cường xoáy thuận nhiệt đới. Từ khóa: Xoáy thuận nhiệt đới, bão, phương trình Saywer-Eliassen. 1. Mở đầu* mô hình ngày các phức tạp với độ phân giải ngày càng cao để có thể cải thiện chất lượng dự Bài toán dự báo cường độ xoáy thuận nhiệt báo, để rút ra được các hệ quả và cơ chế lại đới (XTNĐ) vẫn tiếp tục thách thức cả các nhà không dễ dàng do chính sự phức tạp của các mô dự báo và nghiên cứu thời tiết. Khác với trường hình lại tạo ra. Về vấn đề này, James (1994) [3] hợp xoáy trong chất lỏng đồng nhất, XTNĐ và đã viết “Thực chất mục tiêu của mô hình hóa bài toán dự báo sự tăng cường của nó phức tạp khoa học để nhằm tách biệt các cơ chế ngẫu hơn nhiều do bản chất đối lưu và sự tương tác quan trọng khỏi các cơ chế ngẫu nhiên. Sự phức của đối lưu với hoàn lưu qui mô lớn hơn tạp hóa toàn diện không phải là mục đích của (Marks và Shay, 1998)[1]. Trong vài thập kỳ mô hình hóa mà là thừa nhận sự thất bại”. Ở vừa qua, sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ tính đây chúng ta hiểu các quan điểm ở trên áp dụng toán đã cho phép mô phỏng xoáy thuận nhiệt cho mục đích khoa học, trong khi đó với mục đới bằng các mô hình số với độ phân giải rất đích ứng dụng, sự phức tạp hóa các mô hình là cao. Tuy vậy, vẫn còn những câu hỏi chưa trả không tránh khỏi. lời được về bản chất động lực học và nhiệt động Những nghiên cứu ban đầu về sự tăng lực học (Davis và nnk. 2008)[2]. Trong khi các cường XTNĐ dựa trên giả thiết là hoàn lưu sơ _______ cấp (hay hoàn lưu trung bình theo phương vị) Tác giả liên hệ. ĐT: 0989812022. của nó ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh và cân E-mail: haibh@vnu.edu.vn 71
72 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 bằng gió gradient. Giả thiết này cho phép tính thời gian, đối xứng trục sử dụng hệ tọa độ trụ tự được hoàn lưu thứ cấp khi cho trước các quá nhiên (bán kính-độ cao). Một mô hình như vậy trình có vai trò làm mất cân bằng của hoàn lưu sẽ giúp ích cho việc khảo sát các vấn đề cơ bản sơ cấp, chẳng hạn sự đốt nóng đoạn nhiệt và ma trong sự tiến triển và tăng cường của XTNĐ. sát với bề mặt. Shapiro and Willoughby (1982) [4] đã sử dụng mô hình của Eliassen (1951) [5] 2. Mô hình đối xứng tựa cân bằng để tính hoàn lưu thứ cấp gây ra bởi các nguồn điểm nhiệt và động lượng. Tuy các giả thiết là 2.1. Các phương trình cơ bản đơn giản, các tác giả có thể giải thích được sự co lại của thành mây mắt bão do xu thế gió tiếp Phương trình dự báo duy nhất của mô hình tuyến có giá trị lớn nhất nằm phía trong bán là phương trình xu thế gió tiếp tuyến, viết trên kính gió cực đại. Molinari và nnk. (1993) [6] tọa độ trụ bán kính-độ cao (r,z) có dạng: cũng sử dụng mô hình của Eliassen trong các v v v uv (1) nghiên cứu với số liệu thực. Các số hạng nguồn u w fu F t r z r được tính toán bằng cách lấy trung bình theo phương vị từ số liệu lưới của Trung tâm dự báo trong đó u là thành phần gió bán kính, v là hạn vừa châu Âu (ECMWF). Các kết quả nhận thành phần gió tiếp tuyến, f là tham số Coriolis, r là bán kính, F là nguồn động lượng được cho thấy cân bằng gió gradient được xấp xỉ khá tốt ở ngoài lớp biên. Các tác giả cho (do các quá trình khuếch tán rối hay ma sát). rằng, nghiệm cân bằng của mô hình Eliassen là Nghiên cứu này chưa xét đến ảnh hưởng của một công cụ khá hữu ích để nghiên cứu số liệu ma sát bề mặt, do vậy nguồn động lượng ở đây môi trường thực của các XTNĐ, ngay cả đối chỉ là khuếch tán rối. Như đã chỉ ra bởi các với các cơn bão di chuyển nhanh và phi đối nghiên cứu trước đây (vd. Bryan and Rotuno, xứng. Những nghiên cứu của Bui và nnk. 2009 [9], Emanuel, 1997 [10]), nếu không có (2009) [7] cũng cho thấy kết quả tương tự khi khuếch tán rối, hiệu ứng sinh front mạnh sẽ làm nghiên cứu các đặc trưng đối xứng và phi đối cho thành mây mắt bão co lại đến nhỏ vô cùng xứng của sự tăng cường XTNĐ. Các tác giả đã và dẫn đến sụp đổ mô hình. Hiệu ứng này được phát triển một sơ đồ phân tích dựa trên phương tham số hóa dưới dạng: trình Saywer-Eliassen trên tọa độ bán kính-độ 2 cao để đưa ra các tính toán hoàn lưu thứ cấp sử v 1 v F Kz ( rK r ) z2 rz r dụng kết quả từ các mô phỏng lý tưởng phân giải cao của Nguyen và nnk. (2008) [8]. trong đó K r và K z tương ứng là các hệ số Những nghiên cứu trên cho thấy, nếu bỏ khuếch tán rối ngang và đứng. qua sự mất cân bằng trong lớp biên, ta có thể Để xác định hoàn lưu thứ cấp, tương tự như xây dựng một mô hình dự báo đơn giản cho nghiên cứu của Bui và nnk. (2009) [7], mô hình phép khảo sát sát sự tiến triển của một XTNĐ tựa cân bằng đối xứng sử dụng phương trình do các nguồn nhiệt và động lượng. Phương Sawyer-Eliassen (SE) viết trên hệ tọa độ bán pháp phân tích phát triển bởi Bui và nnk. (2009) kính-độ cao có dạng như sau: [7] cho phép phát triển một mô hình phụ thuộc
73 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 1 1 Khi điều kiện này thỏa mãn, phương trình g ( C) r zrr z rz (2) có thể giải bằng một sơ đồ giảm dư quá hạn (2) 1 1 liên tiếp (SOR - successive overrelaxation) như ( f) C ( C) z r rz z rr mô tả bởi Press và nnk. (1992) [12]. Theo Willoughby và nnk. (1984) [13], được gọi là 2 2 g C F r z z độ bất ổn định đối xứng. Trong một số trường trong đó: hợp độ bất ổn định đối xứng phát sinh có thể v 2 / r fv , f , và dẫn đến việc giải phương trình không thành C 2v / r (1/ r)( (rv) / r) công. Các trường hợp bao gồm: độ đứt thẳng đứng của gió tiếp tuyến lớn; độ ổn định định là nhiệt độ thế, 1/ , tĩnh và độ ổn định quán tính nhỏ trong khi có d / dt là tốc độ đốt nóng phi đoạn nhiệt độ đứt gió khác không; độ ổn định tĩnh hoặc độ là một hàm dòng được định nghĩa là: ổn định quán tính âm. Để có thể giải được phương trình, trong các trường hợp đặc biệt 1 1 (3) u ,w trên, một thủ thuật đặc biệt để ổn định hóa r z r r nghiệm được áp dụng như mô tả bởi Bui et al Ngoài ra, để xác định được các trường áp (2009) [7]. suất, mật độ, và nhiệt độ từ phân bố gió tiếp Quá trình tích phân mô hình khá rõ ràng tuyến, mô hình sử dụng phương pháp của Smith theo các bước như sau: (2006) [11] bằng cách giải phương trình gió 1) Khởi tạo điều kiện ban đầu bao gồm phân nhiệt trong XTNĐ có dạng: bố gió tiếp tuyến theo bán kính và độ cao C 1C (4) ln ln 2) Giải phương trình gió nhiệt (4) để có đ ược r gz gz trường cân bằng nhiệt độ, áp suất, mật độ. Giải thuật được thực hiện tương tự Smith 2.2. Phương pháp số (2006). Phương trình Saywer-Eliassen (2) là một 3) Giải phương trình Sawyer-Eliassen (2) để phương trình đạo hàm riêng cấp 2 sẽ giải được xác định hàm dòng và từ đó xác được được nếu nó thuộc loại elip hay điều kiện sau đây hoàn lưu thứ cấp gồm gió bán kính u và được thỏa mãn tại tất cả các điểm lưới: tốc độ thẳng đứng w theo phương trình (3). a2 4ac 0 (5) 4) Tính được xu thế gió tiếp tuyến ở phương trong đó trình (1) nhờ u và w ở bước 3), tích phân 1 ; a g (1) theo thời gian bằng sơ đồ sai phân thời rz gian Leap-Frog để được gió tiếp tuyến ở 2 C; b bước thời gian mới. rz 5) Lặp lại từ bước 2) cho đến khi kết thúc 1 . thời gian tích phân. c C r r
74 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 M s cos( / Ws ) cos( / Hs ) Hs & Ws Như vậy tại mỗi bước thời gian, các trường r z z w 0 H s || Hs được giả định là cân bằng và việc tích phân z z trong đó Ms, Ws, Hs tương ứng là cường độ, độ phương trình xu thế gió tiếp tuyến sẽ đưa các trải ngang và đứng của nguồn nhiệt tính từ tâm, trường sang một trạng thái cân bằng mới. r, z là khoảng cách đến tâm nguồn nhiệt được đặt tại Rs = 300 km, zs = 6 km. Ở đây, Ws, 3. Kết quả bước đầu Rs là bán kính của tâm nguồn nhiệt, được tính theo bán kính thế với định nghĩa 3.1. Điều kiện ban đầu và môi trường 1/ 2 fR2 rv 1/ 2 fr 2 . Trên một đường đẳng Các tham số sử dụng trong thí nghiệm ban bán kính thế ta có động lượng góc tuyệt đối bảo đầu được cho trong Bảng 1. Để thử nghiệm, toàn, do vậy nguồn nhiệt (biểu thị của thành miền tính được có kích thước 101 điểm lưới mây mắt bão) sẽ có dạng uốn cong ra phía theo chiều bán kính và 41 mực thẳng đứng. ngoài. Bước lưới bán kính là 10km và bước lưới thẳng 3.2. Sự tiến triển của một XTNĐ đứng là 500m. Như vậy, miền tính là hệ tọa độ Đề Các có kích thước 1000 km theo chiều bán Cấu hình thí nghiệm ở Bảng 1 được sử dụng kính và 20 km theo chiều thẳng đứng. Trường để tích phân mô hình cho tới 48 tiếng (2 ngày). môi trường gồm độ cao, áp suất và nhiệt độ Hình 1a là phân bố gió tiếp tuyến ban đầu được lấy từ thám sát trung bình vùng nhiệt đới vàcho mô phỏng. Xoáy ban đầu yếu (rm = 10 m của Jordan (1958) [14]. s 1) và rộng (rm=200 km) nhằm mô tả một xoáy thuận đang ở giai đoạn áp thấp nhiệt đới. Hình Để xác xác định trường cân bằng ban đầu, 1b là nguồn nhiệt và các đường đẳng bán kính một xoáy lý tưởng ở giai đoạn áp thấp nhiệt đới thế ban đầu. Nguồn nhiệt trong thực tế tạo được ban đầu hóa. Xoáy lý tưởng là một phân thành do sự giải phóng ẩn nhiệt khi không khí bố gió tiếp tuyến theo bán kính, độ cao v(r, z) bão hòa thăng lên trong thành mây mắt bão. có dạng: Quá trình thăng lên trong khí quyển tự do có thể 1 xb z xem là quá trình bảo toàn động lượng góc tuyệt vm x exp víi x ztop ztop b v r, z đối. Vì vậy, thành mây mắt bão và nguồn nhiệt 0 víi x ztop sẽ có dạng cong ra phía ngoài do nằm dọc theo các đường đẳng động lượng góc tuyệt đối hay trong đó, và tốc độ gió cực đại vm được lấy bằng đẳng bán kính thế. Việc xác định nguồn nhiệt 10 m/s; x r rm với rm là bán kính gió cực đại cố định theo bán kính thế giúp phân bố nguồn và được lấy giá trị bằng 200 km và; b = 0.63 là nhiệt ổn định đối với phân bố gió tiếp tuyến. một tham số cho trước; ztop là đỉnh của XTNĐ Trục của nguồn nhiệt nằm trên đường đẳng bán và được lấy giá trị bằng 16 km. kính thế 300km nhưng có bán kính thực nhỏ hơn nhiều, tại bề mặt bán kính thực của trục Để mô phỏng một cách đơn giản sự đốt nguồn nhiệt vào khoảng 140 km. Hình 1c và 1d nóng phi đoạn nhiệt trong thành mây mắt bão, là tương ứng là phân bố gió bán kính và tốc độ được cho bởi công thức: thẳng đứng cân bằng (nghiệm của phương trình
75 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 Sawyer-Eliassen). Có thể thấy, phân bố tốc độ dưới bên ngoài nguồn nhiệt; dòng thổi vào tâm thẳng đứng có vùng dòng thăng gần trùng với yếu ở nửa trên bên trong; và dòng thổi ra yếu ở vùng tồn tại nguồn nhiệt đốt nóng với tốc độ nửa dưới phía trong. Tổng hợp của gió bán kính cực đại khoảng 20 cm s 1 trong khi dòng giáng và tốc độ thẳng đứng tạo thành hoàn lưu lưu yếu ở phía trong và phía ngoài. Trường tốc độ cấp với dòng chủ đạo là thổi vào – thăng lên – gió bán kính cân bằng có thể phân thành bốn thổi ra. Bên trong nguồn nhiệt, hướng của hoàn vùng chính: dòng thổi ra mạnh (cực đại khoảng lưu này song song với các đường đẳng động 4 m s 1) ở nửa trên bên ngoài nguồn nhiệt; dòng lượng góc tuyệt đối (hay đẳng bán kính thế). hội tụ mạnh (cực đại khoảng 4 m s 1) ở nửa a b c d Hình 1. a) Phân bố gió tiếp tuyến ban đầu cho mô phỏng thử nghiệm (đơn vị m s 1); b) nguồn đốt nóng (đường liền nét, đơn vị K h 1) và bán kính thế (đường chấm, các đường đẳng trị cách nhau 50 km); c) Trường gió bán kính cân bằng (đơn vị m s 1); d) Trường tốc độ thẳng đứng cân bằng (đơn vị cm s 1). Để rõ thêm chi tiết, miền hiển thị được thu lại từ 0-16 km theo chiều cao và 0-800km theo bán kính.
76 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 Hình 2. Đường liền nét và đường gạch là phân bố gió tiếp tuyến ban đầu tại 12h, 24h, 36h và 48h. Đường chấm là đường đẳng 1 K h 1 của nguồn nhiệt. Bảng 1. Các tham số thử nghiệm có vị trí cực đại nằm ngay tại bề mặt. Bán kính gió cực đại tại bề mặt giảm dần theo theo gian Tham số Giá trị từ khoảng 150 km tại 12h xuống khoảng 130 104 m2 s 1 Hệ số khuếch tán ngang, Kr km tại 48h. Theo độ cao bán kính gió cực đại 10 m2 s 1 Hệ số khuếch tán đứng, Kz ham số coriolis (tại 15 oN), f tăng dần và có dạng cong dần ra phía ngoài. Có 0,376 10 4 s 1 thể thấy vùng đót nóng nằm ngay phía trong Bán kính gió cực đại ban đầu, rm 200 km 10 m s 1 Tốc độ gió cực đại ban đầu, vm bán kính gió cực đại ở tất cả các độ cao. Ở đỉnh 10 3 K s 1 Cường độ nguồn đốt nóng, Ms của nguồn nhiệt (12 km), hoàn lưu xoáy nghịch Tâm nguồn đốt nóng (Rs, zs) (300 km, 6 km) có cường độ tăng dần từ khoảng 2 m s 1 lúc 12h Độ trải của nguồn đối nóng (Ws, Hs) (100 km, 6 km) đến khoảng 4,5 m s 1. Phạm vi của hoàn lưu xoáy nghịch cũng mở rộng dần trong khi vị trí Hình 2 biểu diễn sự tiến triển của phân bố cực đại di chuyển dần ra phía ngoài tâm xoáy. gió tiếp tuyến tương ứng từ 12h đến 48h. Giá trị Vị trí này vào khoảng 400 km vào lúc 12h và tốc độ gió cực đại tăng theo thời gian, tương ứng khoảng 14 m s 1, 16 m s 1, 18 m s 1 và 20 m 550 km vào lúc 48h. s 1. Do không có ma sát, tốc độ gió tiếp tuyến
77 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 các đẳng bán kính thế trong vùng xoáy thuận sít 48 36 lại và bị kéo vào tâm, hệ quả nguồn nhiệt có bề 24 dày giảm đi và vị trí di chuyển dần vào tâm. 12 Hình 5 là xu thế gió tiếp tuyến do nguồn 0 nhiệt cũng tại các thời điểm 12h và 48h. Xu thế gió tiếp tiếp do nguồn đốt nóng cho thấy một vùng xu thế dương lớn có cực đại gần trùng với rìa ngoài của nguồn nhiệt và một vùng xung thế âm phía trên đỉnh. Các vùng cực trị của xu thế này trùng với các vùng cực trị gió tiếp tuyến đã chỉ ra trên Hình 2. Một điều đáng lưu ý, là mặc Hình 3. Phân bố gió tiếp tuyến tại bề mặt tại các thời điểm 0h, 12h, 24h, 36h và 48h. dù kích thước của nguồn nhiệt và vùng xu thế dương giảm theo thời gian, cường độ của nó Sự tăng cường xoáy thể hiện rõ hơn ở Hình không giảm. Điều này cho thấy nếu bỏ qua hiệu 3 là phân bố gió tiếp tuyến tại bề mặt tại các ứng khuếch tán, tốc độ tăng cường của xoáy thời điểm 0h, 12h, 24h, 36h và 48h. Có thể không giảm theo thời gian. Trong khi đó, vùng thấy, trừ 12h đầu tiên khi mô hình cần hiệu xu thế âm có cường độ giảm dần và di chuyển chỉnh lại các trường, tốc độ tăng cực đại gió ra phía ngoài tâm xoáy. Vì thế, trong phân bố tiếp tuyến tương đối đều đồng thời bán kính gió gió tiếp tuyến ở Hình 2, vùng xoáy nghịch phát cực đại giảm dần. Dạng của phân bố gió ở tất cả triển chậm hơn so với vùng xoáy thuận. Bằng các thời điểm thay đổi rõ rệt so với thời điểm các tách số hạng xu thế thành hai thành phần ban đầu, đặc biệt là ở phía trong bán kính gió vận chuyển (advection) ( u v r w v z uv r ) cực đại có độ lồi (đạo hàm bậc hai theo bán và thành phần Coriolis ( fu ), có thể thấy được kính) của phân bố gió đảo ngược. Trong khi vai trò của các thành phần này trong quá trình phân bố gió lý thuyết ban đầu được sử dụng tăng cường xoáy. Như đã chỉ ra trong Hình 4, trong nhiều nghiên cứu ứng dụng về bão, kết thành phần vận chuyển mang dấu dương chủ quả này cho thấy cần có một phân bố gió tiếp đạo và thành phần Coriolis mang dấu âm chủ tuyến hợp lý hơn và ổn định đối với nguồn đạo, và có độ lớn ngang nhau ở phần trên của nhiệt đốt nóng để kết quả chính xác hơn. xoáy. Thành phần vận chuyển đóng vai trò chủ đạo trong việc tăng cường hoàn lưu xoáy thuận 3.3. Cơ chế tăng cường xoáy do nguồn đốt nóng trong khi thành phần lực Coriolis đóng vai trò chủ đạo trong việc tăng cường hoàn lưu xoáy Hình 4 là phân bố nguồn nhiệt các đường nghịch ở khu vực dòng phân kỳ phía trên. đẳng bán kính thế tại các thời điểm 12h và 48h. Có thể thấy, khi tốc độ gió tiếp tuyến tăng lên,
78 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 Hình 4. Nguồn nhiệt và các đường đẳng bán kính thế (giống Hình 1.B) tại thời điểm 12h (Trái) và 48h (Phải) Hình 5. Hàng trên cùng: xu thế gió tiếp tuyến bỏ qua thành phần khuếch tán; Hàng giữa: thành phần vận chuyển của xu thế gió tiếp tuyến; Hình dưới: thành phần lực Coriolis của xu thế gió tiếp tuyến. Giá trị củ a các đường đẳng trị có đơn vị 10 1 m s 1 h 1 . Đưởng chấm là đường đẳng 1 K h 1 của nguồn nhiệt.
79 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 4. Kết luận quá trình co lại của thành mây mắt bão, sự phát triển của hoàn lưu xoáy nghịch. Mô hình có khả Bài báo đã mô tả một mô hình đơn giản năng mở rộng để áp dụng để nghiên cứu sâu nhằm khảo sát sự tiến triển của xoáy thuận hơn các quá trình phát triển và tăng cường xoáy nhiệt đới. Mô hình tích phân theo thời gian dựa thuận nhiệt đới. trên giải phương trình xu thế gió tiếp tuyến. Tại mỗi bước thời gian, các trường khối lượng cân bằng được xác định nhờ phương trình gió nhiệt Lời cảm ơn và hoàn lưu thứ cấp sinh ra do một nguồn nhiệt xác định từ phương trình Sawyer-Eliassen. Do Đề tài được tài trợ bởi quỹ nghiên cứu khoa đơn giản hóa, mô hình có nhiều hạn chế như: học, trường ĐH Khoa học Tự Nhiên, Đại học chưa tính đến ảnh hưởng của ma sát bề mặt; Quốc Gia Hà Nội (Mã số TN-10-46). không bao gồm trường ẩm nên nguồn nhiệt đốt nóng được cho cố định trên bán kính thế. Quá trình tăng cường xoáy do nguồn nhiệt Tài liệu tham khảo đốt nóng trong mô hình đối xứng tựa cân bằng có thế tóm như sau: [1] F. D. Marks, L. K. Shay, Landfalling tropical cyclones: Forecast problems and associated 1) Hoàn lưu thứ cấp (tốc độ gió bán kính và research opportunities. Bull. Amer. Meteor. Soc. tốc độ thẳng đứng) cân bằng được cảm sinh từ 79 (1998) 305. nguồn nhiệt. [2] C. A. Davis, W. Wang, S. S. Chen, Y. Chen, K. 2) Hoàn lưu thứ cấp sẽ gây ra mất cân bằng Corbosiero, K. M. DeMaria, J. Dudhia, G. đối với hoàn lưu sơ cấp (gió tiếp tuyến). Xu thế Holland, J. Klemp, J. Michalakes, H. Reeves, R. gió tiếp tuyến gồm hai vùng quan trọng: vùng Rotunno, C. Scnyder, Q. Xiao, 2008: Prediction of landfalling hurricanes with the advanced dương cực đại ở rìa ngoài nguồn nhiệt có vai trò hurricaneWRF model. Mon. Wea. Rev. 136 tăng cường hoàn lưu xoáy thuận; vùng âm cực (2008) 1990. đại ở đỉnh nguồn nhiệt có vai trò phát triển hoàn [3] I. N. James, Introduction to circulating lưu xoáy nghịch phía trên. atmospheres, Cambridge University Press, 3) Thành phần vận chuyển gió tiếp đóng vai London, 1994, 422pp. trò chủ đạo đối với sự phát triển hoàn lưu xoáy [4] L. J. Shapiro, H. E. Willoughby, The response of balanced hurricanes to local sources of heat and thuận, trong khi đó thành phần lực Coriolis momentum. J. Atmos. Sci. 39 (1982) 378. đóng vai cho chính đối với hoàn lưu xoáy [5] A. Eliassen, Slow thermally or frictionally nghịch phía trên. controlled meridional circulation in a circular 4) Theo thời gian, vùng gió cực đại xoáy vortex. Astrophys. Norv. 5 (1951) 19. thuận di chuyển dần vào trong tâm bão trong [6] J. Molinari, D. Vollaro, S. Skubis, Application khi vùng cực đại xoáy nghịch di chuyển ra phía of the Eliassen balanced model to real-data ngoài. tropical cyclones. Mon. Wea. Rev. 121 (1993) 2409. Mặc dù đơn giản, mô hình đã mô phỏng [7] H. H. Bui, R. K. Smith, M. T. Montgomery, một xoáy thuận nhiệt đới lý tưởng tiến triển từ J. Peng, Balanced and unbalanced aspects of một áp thấp nhiệt đới thành bão nhiệt đới. Mô tropical cyclone intensification. Quart. J. Roy. phỏng đã nắm bắt được một số đặc trưng quan Met. Soc. 135 (2009) 1715. trọng như sự tăng cường hoàn lưu xoáy thuận,
80 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 [8] S. V. Nguyen, R. K. Smith, M. T. Montgomery, [12] H. W. Press, S.A. Teukosky, W.T. Vettering, Tropical-cyclone intensification and and B.P. Flannery, Numerical Recipes in C: The predictability in three dimensions. Quart. J. Roy. art of scientific computing, 2nd ed, Cambridge Met. Soc. 134 (2008) 563. University Press, 1992, 994pp. [9] G. H. Bryan, R. Rotunno, The maximum [13] H. E. Willoughby, H. L. Jin, S. J. Lord, J. M. intensity of tropical cyclones in axisymmetric Piotrowicz, Hurricane structure and evolution as numerical model simulations. Mon. Wea. Rev., simulated by an axisymmetric and non - 137 (2009) 1770. hydrostatic numerical model. J. Atmos. Sci. 41 (1984) 1169. [10] Emanuel, Some aspects of hurricane inner-core dynamics and energetics. J. Atmos. Sci., 54 [14] C.L. Jordan, Mean soundings for the West Indies (1997) 1014. area. J. Meteor. 15 (1958) 91. [11] R. K. Smith, M. T. Montgomery, S. V. Nguyen, Tropical-cyclone spin-up revisited. Quart. J. Roy. Met. Soc. 135 (2009) 1321. Development of a quasi-balanced symmetric model for studying tropical cyclone evolution Bui Hoang Hai, Nguyen Quang Trung Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, Hanoi University of Science, VNU, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam In this study, a quasi-balanced symmetric tropical cyclone model is presented. The model is based on an integration of the tangential wind tendency equation on the radius-height coordinate. The secondary circulation is diagnosted from the Saywer-Eliassen equation with a prescribed heating source. The model is used to simulate an indealized tropical cyclone with no surface friction. The heating source is fixed on the potential radius. The simulation can capture some interesting features during the intensification of tropical cyclones. The model can be extended to study idealized tropical cyclones evolution and intensification. Keywords: tropical cyclones, tropical storms, Saywer-Eliassen equation.