jugenklinsman
New Member
Download miễn phí Nghiên cứu thử nghiệm dự báo hạn ngắn trường thủy văn Biển Đông bằng mô hình MDEC3D
Các trường điều kiện biên trên mặt phân cách biển – khí quyển bao gồm các trường áp
suất khí quyển, gió và các thông lượng nhiệt, thông lượng ẩm, năng lượng trao đổi qua mặt
phân cách biển và khí quyển, được cập nhật liên tục theo ốp 4 giờ từ kết quả của mô hình dự báo
khí tượng của đề tài KC09.16/06-10. Các trường điều kiện biên này được áp đặt liên tục
lên lớp nước trên cùng của biển.
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:
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 126-135126
Nghiên cứu thử nghiệm dự báo hạn ngắn trường thủy văn
Biển Đông bằng mô hình MDEC3D
Hà Thanh Hương*
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. Để đáp ứng mục tiêu dự báo ngắn hạn trường các yếu tố thủy văn biển, vấn đề dự báo
các trường hải dương được xem là trọng tâm. Trong thời gian qua, sau khi tiến hành các bước
chuẩn bị từ hoàn thiện mô hình MDEC3D đến chuẩn hóa các trường ban đầu, hiện nay đã có thể
sử dụng mô hình thủy nhiệt động lực 3 chiều hệ các phương trình nguyên thủy để tính toán và dự
báo hạn ngắn các trường thủy văn biển trên khu vực nghiên cứu.
Trong bài báo này tập trung chủ yếu cho thử nghiệm dự báo hạn ngắn các trường nhiệt độ,
dòng chảy thông qua sử dụng các kết quả của các mô hình dự báo khí tượng.
1. Đặt vấn đề1
Bài toán dự báo các trường thủy văn biển đã
và đang được các nhà khoa học quan tâm bởi
tính ứng dụng thiết thực của các trường này
trong các ngành công nghiệp biển.
Do yêu cầu của vấn đề đặt ra chúng tui chú
trọng trước hết đến các trường nhiệt độ, độ
muối và dòng chảy, trong đó mô hình thủy
nhiệt động lực 3D đã được kiểm chứng nhiều
lần thông qua các đề tài KHCN06-02,
KC09.23… Trong bài báo này tập chung chủ
yếu tới dự báo các trường nhiệt độ, dòng chảy
thông qua việc sử dụng các kết quả dự báo các
mô hình khí tượng.
2. Hệ thống mô hình
Mô hình 3D thuỷ động lực học của Trung
tâm Động lực học Thủy khí Môi trường có khả
_______
*
ĐT: 84-4-38584945
E-mail: [email protected]
năng dự báo các trường hoàn lưu, nhiệt, muối
trên các khu vực phức tạp và có nhiều biên hở,
với lưới tính có độ phân giải lựa chọn khác
nhau tùy thuộc yêu cầu của các bài toán thủy
động lực học.
Mô hình được xây dựng trên cơ sở sử dụng
hệ các phương trình thuỷ nhiệt động học
nguyên thuỷ:
0. v
(1)
ii
h
x
u
x
qufeuv
t
u ~
3.
(2)
i
x
T
x
Tv
t
T
T
i
~
.
(3)
i
x
S
x
Sv
t
S
S
i
~
.
(4)
i
x
k
xx
b
kv
t
k
k
i
b
x
u ~
3
~
2~
3
~
.
(5)
H.T. Hương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 126-135 127
i
xxx
b
k
v
t i
b
x
u ~
3
3
~
2
2~
)
3
~
1
(.
(6)
trong đó:
;
3
3
2
2
1
1
x
e
x
e
x
e
2
2
1
1
x
e
x
eh
33euuv
;
),(
0
0 STbgb
;
3
0
gx
p
q
;
16
2~ kk
; k 1
ở đây, f=2 cos - tần số coriolis, i - các hệ số
khuếch tán, ~
v
- nhớt rối, i - các hệ số không
thứ nguyên o(1), - thế của lực tạo triều, -
mật độ nước biển ( 0 - giá trị gốc).
Đối với những vùng biển có các khu vực có
độ sâu lớn như Biển Đông, việc ứng dụng
phương pháp số giải bài toán 3D luôn phức tạp
do bài toán liên quan đến địa hình thực tế.
Trong khi phát triển các phương pháp số triển
khai các mô hình đại dương và khí quyển, việc
sử dụng hệ tọa độ cong đã và đang được sử
dụng rộng rãi.
Trong thực tiễn mô hình hóa hệ thống biển,
phương pháp chuyển đổi sang hệ tọa độ z (x3)
tựa cong theo đã được nghiên cứu và sử
dụng trong mô hình MDEC3D. Có thể đưa ra
mối liên hệ của phép chuyển đổi từ hệ tọa độ
thường sang hệ tọa độ cong như sau:
11
ˆ
ˆ
XX
tt
),,,(ˆ
ˆ
32133
22
XXXtXX
XX
2.1. Các số liệu đầu vào được áp dụng trong
mô hình MDEC3D bao gồm:
- Trường ban đầu 3D nhiệt độ
- Trường ban đầu 3D muối ban đầu
- Trường ban đầu 2D mực nước
- Trường ban đầu 3D vận tốc u,v
- Trường ban đầu 3D động năng rối
Các tác động :
- Trường khí áp (3D theo thời gian)
- Trường thông lượng nhiệt (3D theo thời
gian)
Trường gió trên mặt biển(gió 10m) (3D
theo thời gian)
Các tham số được tiến hành hiệu chỉnh cho
phù hợp với vùng nghiên cứu [1].
Một số đặc điểm của trường ban đầu:
- Trường nhiệt độ và độ muối được xây
dựng ban đầu từ số liệu tầng mặt theo profile
chuẩn khí hậu.
- Trường vận tốc ban đầu u, v được thiết lập
theo phương pháp tách mod
Việc xác định các trường khí áp, thông
lượng nhiệt, thông lượng ẩm, gió mặt biển ban
đầu được cập nhật từ các kết quả của mô hình
dự báo khí tượng của đề tài KC09.16 và được
nội suy cho phù hợp với lưới tính của mô hình.
2.2. Các điều kiện biên áp dụng trong mô hình
dự báo
- Tại đáy biển sử dụng điều kiện không trao
đổi vật chất qua biên đối với nhiệt độ và độ
muối.
- Tại biên đất sử dụng điều kiện không thấm
đối với nhiệt độ và độ muối.
- Đối với động lượng rối, điều kiện liên túc
của thông lượng được áp dụng.
- Tại biên hở biển và cửa sông sử dụng các
điều kiện biên tương ứng cho các biến 2D và
3D.
- Tại biên cửa sông sử dụng số liệu chuỗi
phân tích hay số liệu thực đo với nguồn số liệu
thuỷ văn.
H.T. Hương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 126-135
128
2.3. Các điều kiện trong triển khai mô hình
Để triển khai mô hình MDEC3D có hiệu
quả cho dự báo hạn ngắn khu vực Biển Đông
nhất thiết phải sử dụng điều kiện biên lỏng thực
tế trong đó không thể bỏ qua trao đổi nước với
các biển kề cận [2]. Mặt khác các điều kiện ban
đầu và điều kiện biên trên mặt biển cũng phải
đáp ứng được nguyên tắc về trường tức thời cho
dự báo hạn ngắn.
Đối với cơ sở dữ liệu nhiệt- muối, có thể
nói rằng các số liệu từ các trạm biển sâu dạng
trên Biển Đông đã được tập hợp khá đầy đủ
trong World Ocean Atlas 2001 (Woa2001) do
NODC- NOAA (Mỹ) và được cập nhập bổ sung
thường xuyên. Từ cơ sở dữ liệu này chúng tui
xây dựng các đường profile nhiệt độ chuẩn khí
hậu. Trường 3D nhiệt độ làm điều kiện ban đầu
kết hợp với cơ sở dữ liệu nhiệt độ tầng mặt cập
nhật hàng ngày được tính toán xây dựng nên
trường 3D nhiệt muối làm cơ sở xây dựng các
trường ban đầu cho mô hình [3].
Những tham số vật lý của mô hình được
đưa vào thông qua các sơ đồ tham số hóa các
quá trình và hiện tượng thủy nhiệt động lực
biển và phụ thuộc nhiều vào quy mô các quá
trình cần mô phỏng.
Các hệ số trao đổi rối ngang thường được
lấy theo một giá trị không đổi cho toàn vùng
biển và khác nhau đối với trao đổi động lượng
và nhiệt. Hệ số trao đổi rối thẳng đứng được
tính theo công thức phụ thuộc vào hệ số tản mát
năng lượng rối.
Trong quá trình hiệu chỉnh mô hình hệ số
trao đổi rối ngang được lựa chọn là 10+3 m2/s.
Hệ số rối thẳng đứng được xác định theo lý
thuyết rối biển trong công thức bán thực
nghiệm trong đó
3nl
cần được xác định theo
biểu thức:
3 1 ( /nl kZ Z H
Với z là khoảng cách tính từ đáy. Hệ số
cho ta dạng phân bố của hệ số rối, đảm bảo điều
kiện liên tục của quãng đường xáo trộn l tăng từ
đáy đến giá trị cực đại Lmax. Đối với mô hình
này Lmax được lấy bằng 20m tương ứng giá trị
được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu bi