Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian - Chương 7

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích cuối cùng xây dựng các mô hình sóng gió là sử dụng chúng trong tính toán chẩn đoán và dự báo thực tế. Vấn đề sử dụng thực tế các mô hình tỏ ra phức tạp hơn, bởi vì tùy thuộc không chỉ vào bản thân các mô hình, mà còn vào chất lượng thông tin xuất phát, đó là trường gió hay khí áp mặt đất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Mô hình hóa toán học sóng gió trong đại dương bất đồng nhất không gian - Chương 7

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