CHƯƠNG HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH HỐ BIỂN 7.1 XU THẾ PHÁT TRIỂN Hiện nhiều mơ hình sử dụng phận hệ thống dự báo biển Trong tương lai, mơ hình phức tạp khí quyển, đại dương, lục địa kết hợp nhằm đưa mô hình tồn diện Bản thân mơ hình tự kết hợp để trở thành phận mơ hình khí hậu tồn cầu Xu tất yếu mơ hình vật lí ngày bao quát thêm trình sinh học, nhằm mục đích hiểu rõ sinh thái biển nhu cầu quản lí bãi cá Mục tiêu gián tiếp nghiên cứu triển khai mơ hình số tìm hiểu mối tương quan khác tác động gây ảnh hưởng tới biển Những tác động bao gồm dòng động lượng, nhiệt ẩm trao đổi qua mặt biển, lưu lượng sơng gây ảnh hưởng đến hồn lưu đại dương quy mơ lớn Mỗi mơ hình khẳng định, thơng qua so sánh với quan trắc với lời giải giải tích, mơ hình sử dụng công cụ kết nối với vấn đề mơi trường Ví dụ, mơ hình sử dụng để dự báo diễn biến vết dầu loang, hay cung cấp thơng tin vị trí tối ưu cho việc đổ chất thải biển Những vấn đề địi hỏi kiến thức hồn lưu môi trường biển, thường cung cấp mơ hình phân giải cao Nhiều ứng dụng biển ven (ví dụ vệt dầu loang) có quy mô thời gian từ vài ngày đến hàng tuần cần đến kiến thức kể dự báo biến động xẩy biển ven với quy mô năm thập kỷ Ví dụ, người ta biết rõ bãi cod bãi ngầm gần Newfounđland có biến động với chu kỳ nhiều năm Các kiến thức điều kiện tương lai thềm lục địa cho phép nhà khoa học phần giải thích tượng suy giảm nghề cá gần Các nghiên cứu theo hướng yêu cầu kết hợp với hệ thống dự báo khí hậu tồn cầu Các mơ hình biển nhiều mức độ khác Trước hết mơ hình chẩn đoán Người ta sử dụng trường nhiệt độ độ muối có sẵn, rút từ số liệu quan trắc, để tìm cách tái trường hồn lưu Các mơ hình chẩn đốn cơng cụ cung cấp kết phân tích đảm bảo hồn lưu thềm lục địa theo quy mơ lớn bán kính biến dạng nội Rossby Tiếp đến mơ hình dự báo, trường nhiệt độ độ muối đánh phận thủ tục giải vấn đề Chính mơ hình dạng tạo nên sở cho hệ thống dự báo biển Hồn lưu chẩn đốn thường sử dụng điều kiện ban đầu điều kiện biên ngang mơ hình dự báo Cả hai nhóm mơ hình có tính phức tạp khác Các mơ hình dự báo biến đổi từ hai chiều, tích phân theo độ sâu đến hoàn lưu ba chiều đầy đủ 100 Lịch sử phát triển mơ hình số mơ hình chẩn đốn, sau chuyển sang mơ hình dự báo 7.2 CÁC MƠ HÌNH CHẨN ĐỐN Lịch sử mơ hình chẩn đốn bắt đầu xuất mơn Vật lí biển (có nghĩa từ thời Sandstrom Helland-Hansen, 1903) Tại điểm xuất phát, người ta cho dòng chảy địa chuyển thuỷ tĩnh Các phương trình gió nhiệt sử dụng để tính tốn trường vận tốc biết giá trị mực quy chiếu Thơng thường ngời ta chọn mực quy chiếu có vận tốc vận tốc tính giá trị tương đối so với độ sâu Vấn đề nẩy sinh độ sâu biển trở nên nhỏ độ sâu quy chiếu này, điều thường xuyên xẩy vùng biển ven bờ Trong trường hợp mặt cắt thuỷ văn hai chiều, HellandHansen vào năm 1934 giải cách ngoại suy đường đẳng thể nằm ngang phía đáy biển xuất phát từ điểm cắt với đáy dốc Điều đảm bảo vận tốc địa chuyển đáy mực quy chiếu nằm đáy biển (chúng ta cho vận tốc dòng địa chuyển đáy bị triệt tiêu ma sát đáy) Phương pháp Montgomery Csanadyhoàn toàn tương đương với phương pháp Helland-Hansen, phương pháp lấy điểm xuất phát cho vận tốc dòng chảy địa chuyển đáy bị triệt tiêu Mực nước mặt biển tính theo phương pháp thường xem mực biển tĩnh Gây đây, Sheng Thompson đưa bổ sung cho phương pháp Helland-Hansen Thay việc sử dụng mặt cắt thẳng đứng, phương pháp họ ứng dụng cho vùng thềm lục địa chiều Bước cần tiến hành tìm kiếm mối tương quan hàm tốt thể mối liên hệ mật độ đáy độ sâu biển Mật độ đáy biển thay tương quan hàm Tuy điều không đảm bảo vận tốc dòng địa chuyển đáy phải 0, mực nước mặt biển tính theo phương pháp mở rộng thành trường hai chiều Đáng tiếc giả thiết mực khơng có chuyển động thường không xác minh Tại nhiều miền đại dương khác dịng chảy quan trắc có hướng vận tốc khơng đổi tồn lớp nước từ mặt đến đáy Như vấn đề chủ yếu mơ hình chẩn đốn việc xác định vận tốc mực quy chiếu phục vụ tính tốn dịng địa chuyển u cầu tính tốn khơng dừng lại phạm vy cục mà yêu cầu giải tốn eliptic tồn miền (nếu ma sát cho triệt tiêu tốn trở nên hyperbolic, tương tự mơ hình Mellor ctv) Bài toán với hiệu ứng JEBAR (ảnh hưởng tương hỗ hiệu ứng tà áp địa hình) tạo nên nhiễu mạnh tác động mật độ đưa vào địa hình đáy Để vượt qua trở ngại này, Mellor ctv yêu cầu biến đổi toạ độ nhằm thay việc giải hàm dịng thể tích vận chuyển biến bao gồm hàm dòng thể tích vận chuyển lẫn cột nước Nếu mơ hình triển khai với với giá trị khơng đổi không gian tham số Coriolis (trên mặt phảng f) khơng cần thiết phải tính tốn biến động thành phần JEBAR Một cách tiếp cận khác Rattray đưa ra, theo vấn đề dẫn đến thành phần áp suất đáy, khác với hàm dòng khối lượng vận chuyển Gần đây, deYoung, Greatbatch Forward mở rộng phương pháp Mellor c.t.v nhằm ma sát đáy, xáo trộn thẳng đứng động lượng cho phép tồn khu vực đường bao khép kín f/H miền tính (ở f tham số Coriolis H độ sâu biển) 101 Yêu cầu quan trọng mơ hỡnh chẩn đốn trường nhiệt độ độ muối Thông thường, mô hỡnh Mellor ctv hay de Young ctv, cỏc trường nhiệt độ độ muối cần dẫn kích thước tương ứng Mặt khác, trường dẫn theo cách độc lập so với trường động lực nên trường cần thiết lại khơng tương thích động lực so với trường vận tốc tính tốn Các nghiên cứu tiếp cần theo hướng đưa thông tin động lực học vào thủ tục phân tích nhằm thu trường nhiệt độ độ muối mang tính tổng hợp Các phương pháp phức tạp tương tự kỹ thuật xử lý bổ trợ (phú) làm xuất cỏc khú khăn thực tế Tziperman ctv phản ảnh viết mỡnh (Cú thể sâu phương pháp phân tích biến thể đảo – VIM Brasseur, 1992, Brankart ctv phát triển sau Có thể nói yêu cầu đặt phải xây dựng phương pháp đơn giản đưa thông tin động lực vào phân tích Các mơ hỡnh chẩn đốn cũn phương tiện quan trọng để rút thông tin từ trường nhiệt độ độ muối, đồng thời chúng lại cung cấp điều kiện ban đầu cho mô hỡnh dự bỏo trỡnh bày mục 7.3 CÁC MƠ HÌNH DỰ BÁO BIỂN Những bàn luận tập trung cho cỏc mụ hỡnh số chiều đại dương cho phép mô tả biến động trường nhiệt độ độ muối Chóng ta xác định đặc trưng mô hỡnh mụ tả cỏc mụ hỡnh phương diện phân tích đặc trưng Các đặc trưng tập hợp theo mơ hỡnh toạ độ thẳng đứng, tham số hố xáo trộn thẳng đứng xáo trộn ngang xử lý điều kiện trờn mặt biển Phân loại theo toạ độ thẳng đứng lưới z (z-C) lưới toạ độ sigma (σ-C) lưới đẳng thể (ρ-C) Hình 7.1 Các sơ đồ lưới toạ độ thẳng đứng Hỡnh 7.1 cho ta sơ đồ hệ toạ độ thẳng đứng khác Hệ thứ gọi hệ toạ độ z với trục toạ độ tuyến tính theo hướng thẳng đứng Ưu điểm hệ toạ độ gắn trực tiếp với trường nhiệt độ, độ muối mật độ nước biển Hệ thứ hai gọi hệ toạ độ sigma, (x*, y*, s) với x*=x, y*=y s = z − h ( x, y ) , H(x,y) độ sâu địa hỡnh h(x,y) mực biển (h=0 tương ứng H ( x, y ) − h ( x, y ) cho mặt biển cố định Các phương trỡnh biến đổi thu thường khơng phức tạp Hệ toạ 102 độ sigma có ưu điểm trước hết gắn với dũng trờn thềm lục địa địa hỡnh cú biến đổi lớn (tại nhiều nơi) Hệ toạ độ cho phép thể sơ đồ số lớp biên đáy biển Tuy nhiên có sai số định xuất đánh giá gradient ngang, đặc biệt quan trọng lực gradient áp suất hệ toạ độ sigma Hệ thứ ba toạ độ đẳng thể tích, thay cho toạ độ (x,y,z) người ta sử dụng toạ độ x,y mật độ vị, r (hoặc sigma-t tương øng) Tính ưu việt hệ toạ độ khả cho phép nâng cao mức chi tiết nơi có gradient mật độ lớn Tương tự mức chi tiết lớp xáo trộn mạnh trở nên thô hơn.Vấn đề phức tạp xuất gắn liền với yêu cầu tương thích mặt đẳng thể tích với mặt biển đáy biển Phân loại theo toạ độ ngang Hỡnh 7.2 cho ta thấy tính đa dạng hệ toạ độ ngang Trước hết hệ toạ độ trực giao đề cầu (cả hai hệ toạ độ thể qua mặt có hai toạ độ ngang khơng đổi) Hệ thứ hai hệ toạ độ cong trực giao tổng quát, có hệ toạ độ đề toạ độ cầu Tính chất tự hệ toạ độ cong cho phép đưa đường toạ độ gần với đường bờ hơn, tăng độ phân giải giảm số lượng điểm đất tránh tính kỳ dỵ toạ độ cầu gần với địa cực Tính tự chúng đạt qua lưới không trực giao, nhiều gọi hệ thể tích hữu hạn, có nghĩa phép tính vi phân triển khai thơng qua sử dụng phương trỡnh biến đổi tích phân ô lưới thể tích lưới thẳng hay cầu (RS) Lưới trực giao cong (CO) Lưới không trực giao cong (NO) Hình 7.2 Sơ đồ dạng lưới tính Một đặc điểm khác cho phép phân biệt mơ hỡnh cách thức xử lớ cỏc biến mụ hỡnh theo hướng ngang Điều phân loại thành sơ đồ Arakawa A, B, C Trong sơ đồ lưới, nhiệt độ độ muối cho nút lưới với áp suất, khác xẩy thành phần vận tốc ngang Tính ưu việt sơ đồ A B thể qua việc cho hai thành phần vận tốc ngang điểm nút lưới cho phép xử lí thành phần lực Coriolis theo hướng tiến Sơ đồ C có ưu điểm cho phép sai phân tiến vận chuyển vô hướng Đối với phương trỡnh nước nông không quay, sơ đồ A gặp bất lợi tương ứng sơ đồ C độc lập loại Đối với quy mơ lưới, dạng sóng khác sóng trọng lực, sóng Kelvin, sóng địa hỡnh, v.v cú thể phụ thuộc vào sơ đồ lưới, điều đề cập cỏc bỏo Mesinger Arakawa, Hsich, Davey Wajowicz Foreman Dietrich mụ tả phương pháp xử lí thành phần lực Coriolis sơ đồ C cho phép loại trừ hầu hết nhược 103 điểm sơ đồ trường hợp độ phân giải thơ Tác giả yờu cầu sử dụng kỹ thuật nội suy nhằm loại trừ phát sinh gắn liền với sơ dồ A Trong lưới RS NO hướng vận tốc cố định Dựa vào hình dáng lưới vị trí gắn biến biến đổi RS CO thể sơ đồ Arakawa C vận tốc thể hình; mật độ tính chất vô hướng khác gán cho điểm trung tâm Lưới NO theo sơ đồ A B, thành phần vận tốc điểm; sơ đồ A mật độ gắn điểm vận tốc; sơ đồ B, mật độ gắn điểm trung tâm ô lưới Phân loại theo sơ đồ xáo trộn thẳng đứng Xáo trộn đặc điểm quan trọng trỡnh đại dương biển ven độ sâu nhỏ dẫn đến ma sát trượt lớn (gắn liền với triều) với xáo trộn mạnh theo phương thẳng đứng Chúng ta trao đổi số phép tham số hoá sử dụng xáo trộn thẳng đứng Thông thường người ta ý đến lớp mặt biển hay lớp xáo trộn đồng thời xác định hai loại mô hỡnh: mụ hỡnh cục mụ hỡnh tớch phõn Cỏc mụ hỡnh cục mụ tả nhớt khuyếch tỏn xoỏy rối (chỳng ta tạm thời không ý đến mô hỡnh giải đồng thời thành phần ứng suất Reynolds tens¬ thơng lượng) đầu phân bố nhiệt độ, độ muối vận tốc Từ thơng tin đó, nhớt khuyếch tán rối phụ thuộc vào số Richardson xác định giới hạn miền xáo trộn mạnh độ dày lớp xáo trộn xác định theo phương pháp chẩn đốn Các mơ hỡnh tớch phõn xem lớp xỏo trộn hiển nhiờn chấp nhận tớnh đồng tổng thể, mô hỡnh giải đặc trưng lớp xáo trộn theo quy luật bảo tồn dạng tích phân (Niiler Kraus, 1977) Bảng 1a cho ta đặc điểm cách tham số hoá nêu Bảng 1a Các phép tham số hoá xáo trộn theo phương thẳng đững Phộp tham số hoỏ ký hiệu Độ nhớt không đổi CVD Số Richardson làm biến đổi nhớt RND Khộp kớn rối TC Mụ hỡnh lớp xỏo trộn tớch phõn BML Nếu cho khuyếch tán động lượng nhiệt độ có tính tương đương (như số liệu phũng thớ nghiệm yờu cầu) thu được: dT Q dT biến đổi nhiệt độ 〉〉 dV c p t theo độ sâu qua lớp nước mặt biển; dV biến đổi vận tốc; cp nhiệt dung, t Q ứng suất gió thông lượng nhiệt qua mặt biển Như giá trị thường gặp, Q = 50 W m-2 t = dyn cm-2, ta thu o dT C 〉〉 0,1 −1 Từ số liệu quan trắc hay từ kết mụ hỡnh dV ms hoỏ, cú thể thấy dV >> 10 cm s-1 , dT >> 0,01 ºC Như biến đổi nhiệt độ 104 lớp nước mặt thường nhỏ đem so sánh với biến đổi quy mô đại dương người ta nói đến “xáo trộn mạnh” bin i tc lại khụng b xáo trộn ë møc tương ứng Một số đặc trưng khác, dyoxit bon, tương tự vận tốc thể biến đổi đáng kể lớp nước mặt biển Các mô hỡnh cục mơ hỡnh với khộp kớn rối cho phộp tính tốn biến đổi Cùng với phát triển phương tiện tính tốn, độ phân giải theo độ sâu ngày tăng lên vượt 25 tầng lớp mặt cú thể chia chi tiết đến tầng Phân loại theo sơ đồ xỏo trộn ngang Bảng 1b Danh mục phép tham số hoá xáo trộn rối ngang Phộp tham số hoỏ ký hiệu Khuếch tỏn/ nhớt triệt tiờu ND Khuếch tán/ nhớt không đổi NHD Khuếch tỏn/ nhớt theo Smagorinsky Smag Toán tử làm trơn biharmonic BiH Bộ lọc FLT Nếu tiến hành phõn tớch bậc đại lượng phương trỡnh thuỷ động lực bản, số hạng thức bỏ qua giá trị biến đổi không gian theo hướng ngang không đáng kể so với hướng thẳng đứng Điều dẫn đến xấp xỉ thuỷ động lực tương ứng loại bỏ cỏc hạng thức xỏo trộn rối ngang Nếu độ phân giải không gian theo chiều ngang đáp ứng thỡ thành phần cú thể bỏ qua Như đưa thêm phương án khuếch tán/nhớt (ND) vào bảng 1b Tuy nhiên, phần nhiều ứng dụng với độ phân giải không đáp ứng xáo trộn ngang lại trở nên cần thiết nhằm hạn chế nhiễu số trị không muốn để mô hỡnh trở nờn hỗn loạn Như cần kể đến phương pháp dập tắt nhiễu bảng 1b, nghĩa sử dụng hệ số khuyếch tán/rối ngang không đổi (CHD, đồng nghĩa với laplace làm trơn) phụ thuộc vào gradient vận tốc, cách đề xuất Smagorinsky xem công cụ hỗ trợ vật lý hữu hiệu Hằng số thực nghiệm công thức khuếch tán Smagorinsky cho không thứ nguyên tỷ lệ với diện tích lưới độ phân giải đáp ứng yêu cầu đặt Toán tử làm trơn biharmonic loại bỏ cách chọn lọc quy mô nhỏ Một cách tiếp cận khác lọc trường tính tốn sau bước tính lọc, vớ dụ lọc Shapiro 7.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ Lý ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU CHO MƠ HÌNH DỰ BÁO BIỂN Sơ đồ xử lý mặt biển Cỏc mụ hỡnh phân biệt theo cách thức xử lý mặt biển Các mơ hình sử dụng xấp xỉ “bề mặt cứng” (Gill, 1982) cho vận tốc theo phương thẳng đứng độ 105 cao mực biển trung bình Độ cao mực biển xác định cách chẩn đốn từ mặt áp suất, đến lượt mặt áp suất lại chẩn đốn theo phương trình động lượng ngang Phép xấp xỉ “bề mặt cứng” thường xem thoả mãn quy mô thời gian vài ngày lớn quy mô không gian nhỏ bán kính biến dạng áp Điều có ưu loại trừ sóng trọng lực sóng Kelvin cho phép sử dụng bước thời gian lớn so với thông thường Điều khơng chấp nhận ứng dụng có sóng triều nước dâng, sóng tà áp Kelvin có vai trị áp đảo Phép xấp xỉ bề mặt cứng không thuận lợi kết hợp số liệu đo triều hay độ cao mực biển với mơ hình Phương pháp đắn để xác định độ cao mực biển sử dụng điều kiện biên động học mặt biển tính mực biển theo hướng dự báo Các mơ hình tính tốn mực biển theo kiểu gọi mơ hình “mặt tự do” Bảng dẫn liệt kê mơ hình đại dương có Chúng ta trọng mơ hình ba chiều với đầy đủ thành phần thuỷ nhiệt động học Có thể có cách hiểu khác nhau, mơ hình nhiều người sử dụng song với số trình đặc trưng định Phần lớn ký hiệu dẫn bảng 1a,b hình Từ “mặt”, “tự do” gắn liền với mặt tự do, từ “cứng” gắn liền với xấp xỉ bề mặt cứng A, B, C phần lưới ngang lưới theo Arakawa A, B, C CPN DieCAST gắn với việc sử dụng tham số hố số Peclet khơng đổi xáo trộn thẳng đứng Mơ hình số đại dương ký hiệu BCS mơ hình Brayn-Cox, Semtner chứng minh thí nghiệm số trị gọi mơ hình Brayn-CoxSemtner Gần Dukowicz Smith mở rộng thí nghiệm số mơ hình cách thay hàm dịng dịng trung bình theo phương thẳng đứng thủ tục tính tốn mặt áp suất Đây chắn mơ hình đơn giản với ưu sử dụng hệ toạ độ thông thường z toạ độ cầu Mơ hình nhà mơ hình hố đại dương quy mơ lớn sử dụng nhiều Mơ hình đại dượng Princenton Blumberg Mellor mô tả, ban đầu xây dựng cho cửa sông ven đại dương song sử dụng nhiều cho đại dương Đối với khu vực cửa sông hệ toạ độ sigma sử dụng kết hợp với bề mặt tự mơ hình khép kín rối cho lớp biên đáy với chuyển đổi lượng triều vào rối xáo trộn; so sánh với số liệu quan trắc dòng chảy, mực nước xâm nhập mặn vào cửa sơng cho kết thích hợp Lưới ngang mơ hình lưới cong trực giao với việc mở rộng hệ toạ độ cầu toạ độ khác số trường hợp riêng Hệ thống dự báo bờ đơng Bắc Mỹ bao gồm mơ hình POM phát triển kết hợp với Trung tâm Khí tượng Quốc gia thuộc NOAA Cục đại dương quốc gia với Đại học Princenton Các phiên GFDL, MOM mơ hình BCS có phương án sử dụng sơ đồ khuyếch tán thẳng đứng TC Những biến đổi mơ hình sử dụng toạ độ sigma bàn luận mơ hình phương trình ngun thuỷ phổ (SPEM) có số điểm tương tự POM ngoại trừ đặc điểm mặt cứng khác biến toạ độ sigma Phát triển gần 106 ứng dụng cho hệ toạ độ hybrid, tương tự toạ độ sigma chuẩn hoá gần đáy toạ độ z lớp mặt Bảng Liệt kê mơ hình ba chiều hệ phương trình nguyên thuỷ đề cập đến Tác giả Ký hiệu viết tắt Lưới đứng thẳng Lưới ngang Khuyếch tán rối Bề mặt thẳng đứng ngang Brayn-CoxSemtner BCS z-C RS/B RND CHD Cứng Blumberg-Mellor POM s-C CO/C TC hay CVD Smag CHD Tự Haidvogel SPEM s-C/Spect CO/C BLM, CVD BiH, CHD Cứng Bleck- Boudra MIAMI r-C CO/B BML Smag Tự Dietrich DieCAST z-C RS/C.A CPN TC CHD Cứng tự Backhaus HB z-C RS/C TC CHD Tự James POL s-C RS/B CVD TC CHD Tự Nihoul- Beckers GHER s-C RS/C TC CHD Tự GreatbatchGoulding GG s-C RS/B CVD RND CHD Cứng Một mơ hình toạ độ đẳng mật độ dễ hiểu mơ hình Bleck Boudra phát triển đại học Miami Mơ hình Miami mơ hình ẩn Ưu điểm toạ độ đẳng mật độ việc tự động tăng độ phân giải khu vực có gradient mật độ lớn Nhược điểm mơ hình lại mức độ hội tụ; kết xác khu vực hội tụ nơi nước tầng đáy hình thành thềm lục địa mùa đơng Chương trình phức tạp kết nối độ dày lớp đẳng mật độ gần mặt gần đáy Cách thức tránh gặp vấn đề liên quan đến tượng lớp đẳng mật độ cắt bề mặt biển đề xuất cho lớp mặt xem xáo trộn phần, với nhiệt độ độ muối cho phép biến đổi tồn lớp Mơ hình dạng ứng dụng để tính tốn hồn lưu Baie des Chaleurs nằm phía đơng Canada DieCAST mơ hình sử dụng toạ độ z theo chiều thẳng đứng có phương án đưa thêm mơ hình lớp biên sát đáy Mơ hình có hướng sử dụng sơ đồ lưới A C Trong phương án sơ đồ lưới C, việc xử lý thành phần Coriolis đặc biệt quan tâm nhằm loại trừ phân tán số liên quan tới hai thành phần vận tốc ngang lấy hai điểm lưới khác Mơ hình đưa thành phần áp cách giải mặt áp HB mơ hình phát triển Institut fur Meereskunde thuộc Đại học Hamburg, Đức Jan Backhaus cộng tác viên Mơ hình sở mô tả báo Backhaus Hainbucher Pohlman ứng dụng mơ hình cho Bắc Hải POL Phịng thí nghiệm Hải dương học Proudman, Anh Quốc, mơ hình mang tên POL James phát triển Trong mơ hình sử dụng sơ đồ lưới Arakawa B biến mô hình toạ độ sigma chuẩn theo hướng thẳng đứng, đồng thời kết hợp sơ đồ ghép bình 107 lưu cho phép tránh phân tán số liên quan đến phép sai phân leap-frog theo thời gian trung tâm theo khơng gian GHER mơ hình phát triển Phịng thí nghiệm Địa-Thuỷ động lực Mơi trường thuộc ĐH Liege, Bỉ Mơ hình sử dụng sơ đồ lưới Arakawa C theo hướng ngang sơ đồ bình lưu ghép James Đặc điểm mơ hình cố gắng tham số hố xáo trộn quy mơ vừa thơng qua lý thuyết khép kín rối k-e Như mô tả báo Nihoul et al., mơ hình xây dựng nhằm mơ hồn lưu quy mơ thời gian dài (mùa) biển ven Beckers mở rộng tham số hoá bao gồm xáo trộn đối lưu ứng dụng mô hình nhằm mơ tả hồn lưu tháng phía tây Địa Trung Hải Nihoul et al mơ tả kết ứng dụng mơ hình cho biển Bering, Đinh Văn Ưu, phát triển ứng dụng mô hình GHER cho Biển Đơng GG mơ hình quy mô thời gian lớn, phân tầng mật độ thềm lục địa Greatbatch Goulding Mơ hình khẳng định kết mơ hình lý tưởng hồn lưu vùng thềm lục địa Mơ hình giải phương trình ma sát địa chuyển hành tinh (các số hạng liên quan đến đạo hàm cục theo thời gian bình lưu phi tuyến phương trình động lượng loại bỏ, xáo trộn thẳng đứng động lượng lại giữ lại), có khả thích ứng biến động quy mô dài (lớn nhiều tuần lễ) thềm lục địa Mơ hình khả lựa chọn tính tốn rẻ tiền mơ hình có phương trình dự báo động lượng Toạ độ độ sâu chuẩn sử dụng (mặc dầu điều đặc trưng bắt buộc mơ hình) Các mơ hình biển ven bao gồm mơ hình băng, khơng thơng dụng, song có phát triển đáng kể Các lực tác động mơ hình điều kiện biên Một cách lý tưởng, mơ hình biển ven cần chạy mod kết hợp đồng thời với mơ hình khí Mơ hình khí cung cấp thông lượng mặt, bao gồm động lượng (ứng suất gió mặt biển), nhiệt nước nước ngọt, cần thiết cho mơ hình biển Việc mơ hình hố kết hợp đại dương-khí chưa đạt kết đáng kể, trước hết yêu cầu tính tốn lớn, nhiên thu tiến lĩnh vực mơ hình hố khí hậu tồn cầu Do chưa có mơ hình kết hợp đại dương-khí đầy đủ, nên thơng lượng sử dụng cho mơ hình biển thường lấy từ quan trắc Trên biên bờ, điều kiện biên không trượt áp dụng với thông lượng nhiệt độ muối Mơ hình vùng biển ven thường bị phức tạp hoá yêu cầu cung cấp điều kiện biên mép miền tính, khơng phải biên đới bờ (đó vấn đề điều kiện biên hở) Một cách giải vấn đề ỵăt lồng mơ hình biển ven có phân giải cao vào mơ hình khí hậu tồn cầu phân giải thô Thông thường, điều kiện biên hở lại phụ thuộc dòng chảy vào khỏi miền tính mơ hình Tại nơi dịng vào miền mơ hình, nhiệt độ độ muối lấy theo khí hậu; nơi dịng khỏi miền, đặc trưng mơ hình xem đơn giản bình lưu 108 Thành phần pháp tuyến vận tốc ngang xác định nơi có dịng vào Thơng thường cấu trúc thẳng đứng dịng vận tốc cần lựa chọn cho có tương ứng với dịng chảy nhiệt (địa chuyển) trường nhiệt độ độ muối gây nên thành phần trung bình theo phương thẳng đứng của vận tốc pháp tuyến cần cố định theo hoàn lưu chẩn đốn; ví dụ, sử dụng kết chẩn đốn hoàn lưu bắc Đại Tây Dương Mellor et al Một cách lựa chọn khác thể trung bình vận tốc theo độ sâu cho giá trị mực nước biên Đơi khi, tốn triều, điều kiện phát tán sử dụng Điều kiện trượt tự áp dụng thành phần tiếp tuyến vận tốc biên Việc xử lý điều kiện biên hở vấn đề khó triển khai mơ hình biển ven khu vực, đặc biệt khơng có đủ số liệu biên Nhiều vấn đề nẩy sinh từ Ví dụ, với sóng ven (trong trường hợp sóng tà áp Kelvin) lan truyền ảnh hưởng không mong muốn khỏi biên hở gây tác động lên lời giải phía miền tính Điều xẩy chí trường hợp có cảm giác điều kiện biên sử dụng hợp lý (ví dụ điều kiện phát xạ) Một cách lý tưởng, số liệu quan trắc đầy đủ theo thời gian biên cần thiết mơ hình Triển khai mơ hình dự báo theo mod chẩn đốn: điều kiện ban đầu Một cách tạo khởi đầu cho mơ hình dự báo lấy nhiệt độ độ muối từ liệu khí hậu Một số mơ hình sử dụng cơng cụ chẩn đốn thơng qua triển khai mơ hình với nhiệt độ độ muối lấy cố định từ khí hậu Tính tốn chẩn đốn thu sử dụng làm điều kiện ban đầu cho tính tốn dự báo Các triển khai với thời gian ngắn cho phép thu thông tin bổ sung lấy trực tiếp từ hồn lưu chẩn đốn thuỷ vực gần bờ Có thể thấy mơ hình biển có vai trị quan trọng quản lý môi trường biển tất mức độ khác nhau, bao gồm kiểm sốt nhiễm, quản lý hải sản cơng trình xa bờ Các mơ hình dự báo biển cần thiết việc đánh giá trạng thái biển dự đoán xu tương lai Một phận quan trọng hệ thống dự báo biển mơ hình phân tích số liệu sử dụng nhằm mục đích tổng hợp loại số liệu có (có nghĩa tính tốn trạng thái tại) cung cấp số liệu ban đầu cho mơ hình dự báo phục vụ triển khai hiệu chỉnh hệ thống 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nihoul J.C.J., Systemes physques Modeles mathematiques, Ele, Liege, 1980 Nihoul J.C.J., Modeles mathematiques et Dynamiques de l’environment, Ele, Liege, 1977 Mooers C.N.K., (editor), Coastal Ocean Prediction, AGU, Washington, 1999 Stewart R., 2002 Introduction to Physical Oceanography, Texas A&M University Tomczak M and J.S Godfrey 1994 Regional Oceanography: An Introduction London: Pergamon Đinh Văn Ưu, Nguyễn Minh Huấn, Vật lýý biển, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2003, 188 trg 110 ... gọi hệ toạ độ sigma, (x*, y*, s) với x*=x, y*=y s = z − h ( x, y ) , H(x,y) độ sâu địa hỡnh h(x,y) mực biển (h=0 tương ứng H ( x, y ) − h ( x, y ) cho mặt biển cố định Các phương trỡnh biến đổi... al., mơ hình xây dựng nhằm mơ hồn lưu quy mơ thời gian dài (mùa) biển ven Beckers mở rộng tham số hoá bao gồm xáo trộn đối lưu ứng dụng mơ hình nhằm mơ tả hồn lưu tháng phía tây Địa Trung Hải Nihoul... dụng mơ hình cho biển Bering, Đinh Văn Ưu, phát triển ứng dụng mơ hình GHER cho Biển Đơng GG mơ hình quy mơ thời gian lớn, phân tầng mật độ thềm lục địa Greatbatch Goulding Mô hình khẳng định kết