cafefifteen
New Member
Download miễn phí Nghiên cứu thử nghiệm mô phỏng hình thế bão cho các mô hình thủy động lực dự báo sóng và nước dâng
Mô phỏng lại hình thế bão là bài toán tương đối phức tạp bởi các cơn bão trong tự nhiên
thường không có quy tắc, biến đổi mạnh về hướng và bất đồng nhất theo không gian. Tuy
chưa xét đến được sự biến đổi theo chiều thẳng đứng của các yếu tố và sự thay đổi của mắt bão
khi đi qua những khu vực có địa hình phức tạp, nhưng kết quả nghiên cứu đã xây dựng được
bức tranh tổng thể về hình thế bão.
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) 115-125115
Nghiên cứu thử nghiệm mô phỏng hình thế bão
cho các mô hình thủy động lực dự báo sóng và nước dâng
Nguyễn Minh Huấn*
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. Số liệu về các yếu tố khí tượng là những dữ liệu đầu vào quan trọng cho các mô hình
tính toán, dự báo sóng và nước dâng, đặc biệt trong trường hợp có bão, gió lớn và mực áp suất
thấp tại tâm sẽ là các yếu tố chủ đạo tác động đến sự hình thành và phát triển của sóng và nước
dâng. Do độ phân giải thấp của số liệu quan trắc cũng như khả năng đồng hoá số liệu chưa thể đáp
ứng được yêu cầu của các mô hình tính toán, dự báo sóng, nước dâng, nên các trường khí tượng
đầu vào thường được trích xuất từ trường số liệu của mô hình dự báo thời tiết toàn cầu hay các
mô hình vùng. Các mô hình thủy động lực sử dụng các trường đầu vào này thường có sai số lớn
trong trường hợp thời tiết có bão, do quy mô của cơn bão thường tương đương bước lưới 10x10. Để
nâng cao độ chính xác kết quả tính toán, dự báo của các mô hình sóng và nước dâng, Chương trình
mô phỏng hình thế bão đã được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB. Cơ sở của chương
trình này là sử dụng các công thức tính toán phân bố theo không gian của tốc độ gió và áp suất dựa
theo bán kính gió cực đại được xác định theo công thức của H.E. Willoughby and M.E.Rahn. Sử
dụng chương trình được xây dựng, có thể tính ra được trường áp và trường gió trong bão với độ
phân giải cao trong không gian và thay đổi theo thời gian trên lưới tính bất kỳ theo các thông tin
dự báo hoạt động của bão, tạo ra được các bộ số liệu đủ chi tiết làm đầu vào cho các mô hình thủy
động lực dự báo sóng, nước dâng.
Mở đầu
Số liệu khí tượng là một trong những dữ
liệu đầu vào rất quan trọng trong các mô hình
tính toán sóng, nước dâng, đặc biệt trong trường
hợp có bão, gió lớn và mực áp suất thấp tại tâm
sẽ là các yếu tố chủ đạo tác động đến sự hình
thành và phát triển của sóng và nước dâng. Do
số liệu quan trắc cũng như số liệu đồng hoá
chưa thể đáp ứng được yêu cầu của các mô hình
sóng và nước dâng, nên trường khí tượng đầu
vào thường được cung cấp từ trường số liệu của
_______
ĐT: 84-4-35586898
E-mail: [email protected]
mô hình dự báo toàn cầu với bước lưới 10x10,
sau đó được nội suy về lưới tính thích hợp cho
khu vực tính toán. Điều này sẽ gây nên những
sai số rất lớn trong trường hợp thời tiết có bão,
bởi quy mô của cơn bão thường tương đương
bước lưới 10x10. Chính vì vậy, việc mô phỏng
hình thế bão cho các mô hình tính toán sóng,
nước dâng là rất cần thiết và quan trọng.
1. Cơ sở lý thuyết
Hình thế bão trong tự nhiên vô cùng phức
tạp và không theo quy tắc, gió trong bão thường
N.M. Huấn / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 115-125
116
rất mạnh, bất đồng nhất theo không gian, và
biến đổi về hướng. Độ chênh lệch lớn của tốc
độ gió và sự biến đổi nhanh của hướng gió
trong xoáy bão có thể dẫn tới sự hình thành các
trường sóng phức tạp trên biển và đại dương.
Gió lớn sẽ đẩy khối nước về phía bờ, gây ra
những cột sóng cao hơn mực nước thông
thường. Ngoài ra, mực áp suất thấp tại tâm bão
có thể có những tác động đến độ sâu của hình
thế khối nước. Vì vậy, sự phân bố chính xác
của trường gió, trường áp suất trong bão là
những đầu vào hết sức quan trọng cho mô hình
tính toán nước dâng [1].
Phương pháp tiếp cận của Schloemer (ref,
1945), được tiếp tục phát triển bởi Greg
Holland của Cục Khí tượng Australia (Holland
G.J., 1980) để mô phỏng hình thế bão qua một
loạt các công thức tính toán trường gió, trường
áp suất tại các bán kính cực đại và khoảng cách
từ các điểm lưới tính tới tâm của cơn bão với
các giả thiết ban đầu: cơn bão đi qua đại dương,
mắt bão không thay đổi và trường gió bao
quanh đi theo trục thẳng đứng của hệ trục tọa
độ đối xứng 3 chiều [2].
Sự phân bố của tốc độ gió và áp suất được
thể hiện theo các công thức sau [1,2]:
ax 2 2
ax exp
4 2
b
mRb
rm
r env centre
Rb r f r f
V P P
r
(1)
ax
exp
b
r centre env centre
m
r
P P P P
R
(2)
trong đó:
Vr (m/s): tốc độ gió tại khoảng cách r (m)
tính từ tâm bão ;
Pcentre, Penv: áp suất tại tâm bão và áp suất
trung bình tháng của khu vực (mb);
Rmax: bán kính cực đại của cơn bão, tại đó
tốc độ gió đạt cực đại (m);
ρ : mật độ của không khí (kg/m3);
f : thông số Coriolis, f = 2ωsinφ, ω =
0.0000729 rad/s vận tốc góc quay của trái đất, φ
– vĩ độ địa lý.
b : thông số thay đổi hình dạng của profile
bán kính cơn bão, theo Harrper và Holland b
được tính theo công thức:
900
2
160
centrePb
Công thức (1) và (2) cho thấy, trường áp và
trường gió đều phụ thuộc vào bán kính gió cực
đại Rmax, nhưng việc tính toán chính xác giá trị
Rmax là khó khăn và phức tạp. Đã có rất nhiều
nhà khoa học trên thế giới đưa ra những công
thức thực nghiệm với những ưu, nhược điểm
nhất định như:
S.A. Hsu (2005) đã đưa ra những công
thức thực nghiệm tính toán Rmax dựa trên số
liệu vệ tinh [3]:
1
ax
ax
(3)
x
r
m
m
V
R r
V
trong đó:
x: hệ số = 0.7;
r: bán kính có giá trị lớn hơn Rmax, là số
liệu thực đo nằm trong vùng ảnh hưởng của cơn
bão tại đó gió có vận tốc Vr.
Công thức thực nghiệm của A.S.Hsu sẽ gặp
nhiều bất lợi trong trường hợp không có số liệu
đo trong vùng ảnh hưởng của cơn bão.
Banton et al. (2002) tính toán Rmax thông
qua áp suất tại tâm cơn bão từ công thức thực
nghiệm [4]:
Rmax = 3.10
-6
exp (0.017 Pcentre) (4)
H.E. Willoughby and M.E.Rahn (2004)
đã xây dựng công thức thực nghiệm tính toán
Rmax thông qua vận tốc gió cực đại và vĩ độ
[5].
Rmax = 46.29 exp (-0.0153 Vmax + 0.0166 φ) (5)
N.M. Huấn / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 115-125 117
Công thức H.E. Willoughby and M.E.Rahn
(2004) được chúng tui thử nghiệm để xác định
bán kính gió cực đại trong nghiên cứu này.
2. Mô phỏng bão trong khu vực Biển Đông
Trong nghiên cứu này, cơn bão DAMREY
trong khu vực Biển Đông được lựa chọn để mô
phỏng lại hình thế bão.
Cơn bão DAMREY, cơn bão số 7 trong
năm 2005 có sức gió phát triển nhất vùng gần
tâm bão mạnh cấp 9, giật trên cấp 9 khi bắt đầu
đi vào Biển Đông và khi đổ bộ vào bờ biển
nước ta có sức gió mạnh cấp 12 đã làm cho ít
nhất 2 người chết tại Nam Định, 2 người chết
tại Thanh Hoá và 1 người chết tại Quảng Ninh.
Về cơ sở hạ tầng, bão đã làm sạt lở và vỡ nhiều
tuyến đê biển của Hải Phòng, Nam Định, Thanh
Hoá, Thái Bình, Ninh Bình, Nghệ An. Ngoài ra,
bão số 7 cũng là...