ChuÈn bþ sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng theo m«h nh 3D vµ c c m«h nh kh c (thèng kª) cho mïa «ng - xu n vïng bión Trung Bé

Transcription

1 T¹p chý Khoa häc hqghn, KHTN & CN, T.xxI, Sè 3PT., 2005 ChuÈn bþ sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng theo m«h nh 3D vµ c c m«h nh kh c (thèng kª) cho mïa «ng - xu n vïng bión Trung Bé Hµ Thanh H ng Trung t m éng lùc vµ M«i tr êng bión Tr êng ¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, HQG Hµ Néi 1. Më Çu Tãm t¾t: Ó p øng môc tiªu dù b o phôc vô nh b¾t xa bê th vên Ò dù b o c c tr êng h i d ng îc xem lµ träng t m. Sau khi tiõn hµnh c c b íc chuèn bþ tõ hoµn thiön m«h nh Õn chuèn bþ c c Çu vµo, hiön nay cã thó sö dông m«h nh thuû nhiöt éng lùc häc hö c c ph ng tr nh nguyªn thuû Ó dù týnh vµ dù b o c c tr êng h i d ng trªn khu vùc nghiªn cøu. Yªu cçu Æt ra lµ dù b o c c tr êng thuû nhiöt éng lùc cho th ng sau, nªn c c tr êng ban Çu ph i lµ tr êng trung b nh cho th ng xuêt ph t v vëy cçn ph i thiõt lëp îc c c tr êng 3D nhiöt é vµ é muèi trªn toµn vïng bión. Trong bµi b o nµy t«i sö dông m«h nh 3 chiòu thuû nhiöt éng lùc häc víi c c tr êng nhiöt é îc thiõt lëp lµm Çu vµo Ó ch¹y dù b o tõng th ng mïa «ng- xu n Bµi to n thiõt lëp vµ dù b o c c tr êng h i d ng vµ ang îc c c nhµ khoa häc quan t m bëi týnh øng dông thiõt thùc cña c c tr êng nµy trong ngµnh c«ng nghiöp nh b¾t xa bê. Ó trión khai dù b o cho khu vùc nghiªn cøu (vïng bión miòn trung), chóng t«i øng dông m«h nh cho toµn vïng bión «ng, iòu nµy sï gãp phçn h¹n chõ c c sai sè cã thó cã do c c iòu kiön biªn hë sinh ra. Do yªu cçu cña vên Ò Æt ra còng nh kh n ng kióm chøng, chóng t«i chó träng tr íc hõt Õn c c tr êng nhiöt, nh ng tr êng mùc bión, hoµn l u vµ é muèi còng nh c c yõu tè sinh th i liªn quan sï îc xem xðt trong mét sè khýa c¹nh riªng. Trong bµi b o nµy tëp trung chñ yõu cho viöc dù b o vµ kióm chøng tr êng nhiöt th«ng qua nhiöt é n íc mæt bión. 2. Ph ng ph p vµ tµi liöu Nh chóng ta Òu biõt c c tr êng ban Çu cho m«h nh 3 chiòu (3D) cña Trung t m éng lùc vµ M«i tr êng bión lµ c c tr êng 3D Çy ñ c c biõn thuû nhiöt éng lùc bión: nhiöt é, é muèi, vën tèc vµ h íng dßng ch y. Tuy nhiªn, chóng ta kh«ng thó cã îc mét tr êng dßng ch y 3D tin cëy nµo vµo thêi ióm dù b o, bµi to n Æt ra lµ ph i thiõt lëp îc c c tr êng 3D nhiöt é vµ é muèi trªn toµn vïng bión. Víi yªu cçu Æt ra lµ dù b o c c tr êng thuû nhiöt éng lùc cho th ng sau, nªn c c tr êng ban Çu nµy ph i lµ tr êng trung b nh cho th ng xuêt ph t. 54

2 ChuÈn bþ sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng C c sè liöu sö dông Ó thiõt lëp tr êng ban Çu Do kh«ng cã ñ m¹ng l íi c c tr¹m o nhiöt é vµ é muèi cña c c tçng s u trªn toµn bión, nªn chø cã c ch thiõt lëp c c tr êng 3D tõ tr êng nhiöt é n íc mæt bión vµ c c ph n bè th¼ng øng chuèn cã hiöu chønh víi sè liöu o nõu cã. Tr êng nhiöt é n íc mæt bión îc sö dông lµ tr êng viôn th m nhiöt îc ph n tých theo hö thèng MODAS cña phßng Nghiªn cøu H i qu n Hoa kú (NRL) îc phæ biõn hµng ngµy trªn internet. C c ph n bè nhiöt é theo ph ng th¼ng øng thu îc b»ng kõt qu ph n tých c c sè liöu nhiöt é trong bé Atlat ¹i d ng thõ giíi 2001 (WOA2001). C c tr êng é muèi îc xö lý theo nguån sè liöu trªn b»ng ch ng tr nh th«ng dông cña Trung t m éng lùc vµ M«i tr êng bión do Ph¹m V n HuÊn biªn so¹n Ph ng ph p thiõt lëp tr êng ban Çu cña m«h nh - Tr êng nhiöt é vµ é muèi îc x y dùng tõ b n å ph n bè nhiöt é n íc bò mæt ph n tých kõt hîp nh viôn th m vµ khý hëu cña trung t m KhÝ t îng H i v n Hoa Kú, vµ profile th¼ng øng cña nhiöt é. - Tr êng vën tèc ban Çu U, V îc gi Þnh lµ 0 èi víi viöc dù b o cho th ng Çu tiªn, lçn ch¹y tiõp theo îc lêy theo kõt qu cña th ng võa ch¹y. C c t c éng lªn bión g y biõn æi c c tr êng thuû nhiöt éng lùc theo m«h nh 3D bao gåm: - Tr êng p suêt khý quyón trªn mæt bión, - Tr êng øng suêt giã, - Tr êng c c th«ng l îng nhiöt trao æi qua mæt bión, - Tr êng c n c n n íc ngät th«ng l îng n íc qua mæt bión thó hiön b»ng hiöu suêt gi a bèc h i vµ m a trªn bión. ThiÕt lëp tr êng 3D cña th ng bêt kú Ó dù b o cho th ng tiõp theo Th«ng th êng c c sè liöu tõng th ng Ó ch¹y m«h nh lµ sè liöu nhiöt é, é muèi, U, V vµ tr êng khý p. Ó cã îc mét tr êng 3D thó hiön Çy ñ îc sù ph n bè theo é s u cña Þa h nh thùc ta tiõn hµnh c c b íc: - Sè ho b n å nhiöt é tçng mæt b»ng ph ng ph p nhën d¹ng m mµu. - X y dùng ph n bè chuèn th¼ng øng cña nhiöt é b»ng ph ng ph p b nh ph ng nhá nhêt. - X y dùng tr êng 3 chiòu tõ nhiöt é tçng mæt vµ êng ph n bè chuèn. - Néi suy tr êng 3 chiòu theo to¹ é th êng ( theo tõng tçng) sang d¹ng to¹ é sigma kõt hîp víi file Þa h nh Ó lo¹i bá nh ng ióm Êt. TiÕn hµnh néi suy file 3D theo é s u thµnh c c file 3 chiòu cã b íc l íi nhá h n phï hîp víi yªu cçu cô thó. Trong bµi to n nµy ta néi suy tr êng nhiöt, muèi víi b íc l íi 1 é kinh vü sang file 3D víi b íc l íi 1/5 é kinh vü.

3 Hµ Thanh H ng ThiÕt lëp tr êng ban Çu vµ iòu kiön biªn cöa s«ng cho mét th ng bêt kú H nh 1. B n å Þa h nh vïng bión Nam Trung bé ViÖc ch¹y m«h nh b¾t Çu tõ mét th ng bêt kú g y ra khã kh n lµ lµm thõ nµo Ó x c Þnh c c iòu kiön ban Çu vµ iòu kiön biªn. Bµi to n Æt ra lµ khi ta ch¹y m«h nh b¾t Çu tõ th ng thø n mµ tr êng sè liöu lµ mét n m th c c tr êng ban Çu vµ iòu kiön biªn ph i t ng øng víi th ng thø n-1. Ó thùc hiön îc iòu nµy ta sö dông ch ng tr nh viõt b»ng ng«n ng fortran chuyón c c tr êng ban Çu vµ iòu kiön biªn cho phï hîp. B n å Þa h nh khu vùc nghiªn cøu Trong bµi b o nµy khu vùc nghiªn cøu lµ vïng bión «ng giíi h¹n tõ o 1 o N, o 5 o E víi Þa h nh îc lµm tr n cho «l íi 1/5 o x 1/5 o îc thó hiön trªn h nh KÕt qu vµ th o luën 3.1. ThiÕt lëp tr êng nhiöt ban Çu Theo kõt qu ph n tých nhiöt é c c ngµy 1, vµ 21 hµng th ng chóng t«i thiõt lëp îc tr êng nhiöt é n íc tçng mæt trung b nh th ng. Tõ tr êng nhiöt é tçng mæt thu îc vµ c c êng ph n bè th¼ng øng chuèn cña nhiöt é tõng th ng t¹i 1 ióm týnh to n tr êng 3D nhiöt é lµm Çu vµo cho m«h nh. Trªn h nh 2 dén ra b n å nhiöt é n íc tçng mæt thu îc trong th ng So s nh víi b n å trung b nh nhiòu n m cña th ng (h nh 3), cã thó thêy th ng nµy cã nòn nhiöt cao h n trung b nh nhiòu n m.

4 ChuÈn bþ sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng H nh 2. NhiÖt é n íc mæt bión th ng n m H nh 3. NhiÖt é n íc mæt bión trung b nh nhiòu n m Nh ng tr êng 3D kh c, nh tr nh bµy trªn y, lµ c c tr êng trung b nh nhiòu n m Tr êng dù b o vµ tr êng ph n tých trong c c th ng «ng Xu n 2004 So s nh b n å tr êng nhiöt é bò mæt týnh to n th ng 1 tõ m«h nh 3D vµ tr êng nhiöt é bò mæt th ng 1 thu îc tõ kõt qu ph n tých viôn th m chóng ta nhën thêy r»ng: Xu thõ chung cña cña ph n bè mæt réng cña nhiöt é lµ gçn nh nhau. C c êng ¼ng nhiöt ph n bè t ng èi gièng nhau vò mæt Þnh týnh vµ Þnh l îng, tuy nhiªn, víi tr êng ph n bè nhiöt é týnh to n ch a thó hiön sù thay æi ét biõn t¹i mét sè ióm so víi thùc tõ, iòu nµy cã thó do ch ng tr nh t¹o tr êng 3D sö dông ph n bè nhiöt é trong «l íi kinh vü ch a ñ chi tiõt ph n nh mét tr êng ban Çu thùc tõ h n. B»ng c ch t ng tù nh tr nh bµy ë phçn Çu môc 3.1, ta thiõt lëp tr êng nhiöt é ban Çu cho th ng 1. So s nh tr êng nhiöt é dù b o cho th ng 2 (h nh vµ ) vµ tr êng thùc tõ thêy r»ng: Xu thõ ph n bè cña tr êng nhiöt hoµn toµn t ng ng nhau, nòn nhiöt dù b o vµ thùc tõ còng nh nhau

5 Hµ Thanh H ng H nh 4. Dù b o nhiöt é th ng 1 n m 2004 b»ng m«h nh H nh 5. NhiÖt é sè hãa tõ nh th ng 1 n m H nh. Dù b o nhiöt é th ng 2 n m 2004 b»ng m«h nh H nh. NhiÖt é sè ho tõ nh th ng 2 n m 2004

6 ChuÈn bþ sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng 5 So s nh ph n bè tr êng nhiöt é th ng 3 (h nh vµ ) ta còng nhën thêy xu thõ chung t ng ng. C c êng ¼ng nhiöt é ph n bè phï hîp nhau. NÒn nhiöt é dù b o vµ ph n tých còng kh«ng cã sù kh c biöt nµo ng kó H nh. B n å dù b o nhiöt é th ng 3 n m 2004 tõ m«h nh H nh. B n å sè ho nhiöt é th ng 3 tõ nh n m H nh. B n å dù b o nhiöt é th ng 4 n m H nh. B n å dù b o nhiöt é th ng 5 n m 2004

7 0 Hµ Thanh H ng Dùa vµo b n å dù b o ph n bè tr êng nhiöt é bò mæt th ng 4 vµ th ng 5 (h nh vµ ) nhën thêy r»ng ë vïng bión ven bê phýa b¾c khu vùc nghiªn cøu lu«n tån t¹i mét vïng n íc l¹nh, iòu nµy cho thêy do nh h ëng cña dßng n íc l¹nh tõ b¾c BiÓn «ng i xuèng vén cã nh h ëng Õn Çu hì. Sang th ng n m nòn nhiöt é toµn miòn nghiªn cøu cao h n h¼n th ng 4, c c dßng n íc l¹nh h n cã xu h íng Ðp s t bê. VÉn thêy sù ph n chia nhiöt é thµnh hai vïng ë phýa nam vïng bión nghiªn cøu. Thêi kú nµy lµ qu é chuyón tõ mïa «ng sang mïa hì, c c iòu kiön khý t îng nhêt lµ th«ng l îng nhiöt thay æi m¹nh vµ t ng ét biõn, thêi kú nµy còng lµ thêi kú khã dù b o nhêt trong n m. Nh n chung nhiöt é c c th ng 2, 3, 4 n m 2004 cã xu thõ l¹nh h n trung b nh nhiòu n m vµ l¹nh h n c c th ng nµy cña n m KÕt luën C c kõt qu x y dùng sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng theo m«h nh 3D cho mïa «ng- xu n n m cho ta thêy týnh chêt phøc t¹p vµ khã kh n cña vên Ò Æt ra, ång thêi còng cho thêy viöc ph n chia vïng bión nghiªn cøu thµnh tõng miòn nhá Ó chän c c ph n bè nhiöt muèi chuèn phôc vô x y dùng c c tr êng ban Çu cho dù b o lµ kh thi vµ hiöu qu nhêt. C c kõt qu øng dông dù b o tr êng nhiöt muèi mïa «ng-xu n n m cho vïng bión Nam Trung bé cho nh ng kõt qu Þnh týnh vµ Þnh l îng kh phï hîp víi thùc tõ vµ cã thó lµm c n cø Ó dù b o c c iòu kiön m«i tr êng kh c mét c ch hiöu qu. Nh ng h¹n chõ vò týnh chêt côc bé còng nh kh n ng lý gi i mét sè hiön t îng ét biõn ë mét vµi ióm trªn ph¹m vi khu vùc nghiªn cøu trong nh ng thêi kú nhêt Þnh chø ra sù cçn thiõt ph i cëp nhët îc c c sè liöu Þa h nh còng nh c c tr êng nhiöt muèi, c c tr êng khý t îng, h i v n tiõn hµnh ph n tých ång bé vµ Çy ñ vµ sö dông ch ng tr nh m«h nh dù b o. Trong iòu kiön thiõu sù ång bé vµ sè liöu nh hiön nay th viöc chuèn bþ sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng theo m«h nh 3D lµ kh thi vµ rêt cã ý nghüa thùc tiôn, cçn îc îc tëp trung nghiªn cøu vµ ph t trión Ó kh¾c phôc nh ng h¹n chõ trong thêi gian tíi. Tµi liöu tham kh o 1. Beckers J- M., User manual of the GHER 3D primitive equation model, University of Liege, 1 2. Ò tµi KHCN 0-02, 2000 ( inh V n u chñ tr ), Nghiªn cøu cêu tróc ba chiòu (3D) hoµn l u vµ nhiöt muèi bión «ng vµ c c øng dông, B o c o tæng kõt Ò tµi thuéc Ch ng tr nh BiÓn KHCN 0, giai o¹n WOA (World Ocean Atlas) CD- rom Data Sets 2001, National Oceanographic Data Center, Ocean Climate Laboratory

8 ChuÈn bþ sè liöu vµ trión khai dù b o iòu kiön m«i tr êng 1 VNU. JOURNAL OF SCIENCE, Nat., Sci., & Tech., T.xXI, n03ap., 2005 Data preparing and predicting environment conditions by 3D model in Winter-Spring season in the central sea of vietnam Ha Thanh Huong Marine Environment and Dynamics Centre College of Science, VNU To fulfill the pr edicting job for off-shore fishery, the problem of predicting ocean fields is critical. After improving the models, preparing the input data, we can use the thermo- hydrodynamic model of primitive equations to predict the ocean fields in the area. In the condition of lacking the coherence and data, the preparing and predicting the environment conditions by 3D models have great application effect. The application of predicting the winter-spring season for the Middle- South sea gives the qualitative and quantitative results which agree with reality and can be use as a basic for effectively predicting environment conditions.