Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Bởi: PGS TS NGƯT Phạm Văn Huấn Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm dao động mực nước biển Đông Hình dạng đường bờ phân bố độ sâu biển Đông Biển Đông kế cận với lãnh thổ mười nước Đông Nam Á, biển lớn giới Trên biển có đường hàng hải quốc tế quan trọng qua năm gần khu vực thềm lục địa tây nam biển trở thành khu vực hoạt động kinh tế kỹ thuật sôi động Vùng nước biển trải rộng từ kinh tuyến 99 ° đến 121 ° kinh đông từ vĩ tuyến ° vĩ nam đến 25 ° vĩ bắc Tổng diện tích biển, kể vịnh lớn Thái Lan Bắc Bộ khoảng 3,5 ⋅ 106km2 Hình dạng đường bờ biển phức tạp với nhiều vịnh, vũng, eo biển đảo lớn nhỏ nằm rải rác trung tâm lẫn gần ven bờ Địa hình đáy biển Đông thuộc loại đa dạng (hình 1.1) Vùng biển thẳm với độ sâu vài nghìn mét nằm phần trung tâm lệch phía đông biển Độ sâu lớn vùng đạt đến 5560 mét Vùng thềm lục địa với độ sâu 200 mét chiếm nửa diện tích mặt rộng thủy vực, phân bố phía nam tây nam biển vịnh Ở vịnh Bắc Bộ Thái Lan độ sâu biển biến đổi từ vài mét đến 100 mét Các đường đẳng sâu có hình dạng không đặn Nhìn chung, quan sát thấy tính bất đối xứng phân bố độ sâu biển hai phần tây đông, bắc nam biển Vùng biển phía đông đông nam có độ dốc đáy lớn so với vùng biển phía 1/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu tây tây bắc Đặc điểm này, thấy chương 4, có ảnh hưởng lớn đến chế độ dao động mực nước biển vùng Biển Đông biển ven, liên hệ với Thái Bình Dương biển kế cận qua số eo biển Ở phía bắc đông bắc, biển Đông thông với Thái Bình Dương qua eo Đài Loan rộng 200 km với độ sâu 50 mét eo Basi rộng 350 km với độ sâu 3000 mét Những eo biển độ rộng độ sâu đáng kể, có đặc điểm định hướng theo tuyến trục biển, hướng với hướng gió thịnh hành biển, nên có vai trò quan trọng nhất, đảm bảo trao đổi nước lượng biển bên Phần lớn nước tầng mặt độ sâu biển trao đổi với Thái Bình Dương thông qua eo [48, 68] Ở phía cực nam, biển Đông liên hệ với biển Giava qua eo Malacca nằm bán đảo Malacca đảo Calimantan Đặc điểm eo biển rộng, khoảng 450 km, nông, độ sâu xấp xỉ 30-40 mét có đảo nhỏ xen kẽ Ở biên giới phía đông biển, quãng quần đảo Philippin đảo Calimantan có nhiều eo nhỏ nông xen kẽ với chuỗi đảo Những eo biển thuận lợi cho trao đổi nước Phân bố độ sâu biển Đông biên tính 2/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu (các đường gấp khúc biên tính mô hình số, hình vuông nhỏ vị trí điểm tính phổ) Chế độ gió biển Đông Chế độ gió biển nhân tố quan trọng số nhân tố gây nên dao động mực nước [42] Vị trí đặc biệt biển Đông nằm khu vực nhiệt đới gió mùa Đông Nam Á với hai hệ thống gió khác biệt tác động quy định toàn chế độ nhiệt động lực học nói chung chế độ dao động mực nước nói riêng [19, 56] Về mùa đông, biển chịu tác động gió màu đông bắc hoạt động từ khoảng tháng mười đến tháng tư năm sau Mùa hè, biển thịnh hành đợt gió với hướng tây nam Các trường gió đông bắc thường có cường độ lớn độ ổn định hoạt động cao so với trường gió mùa tây nam Tuy nhiên, hai loại trường gió đặc trưng tính bất đồng không gian (xem hình 4.1 4.2) Thủy triều dao động mực nước biển Đông Thành phần quan trọng gây nên dao động mực nước biển Đông thủy triều Dao động thủy triều biển Đông nhiều tác giả đánh giá phức tạp có nhiều nét độc dáoddawcj sắc so với vùng biển khác giới Nơi thấy đủ bốn loại thủy triều khác nhau: bán nhật triều đều, bán nhật triều không đều, nhật triều không nhật triều Qua đồ phân bố tính chất thủy triều biển Đông ta thấy nét bật toàn vùng khơi rộng lớn đại phận dải bờ phía tây phía đông biển thịnh hành kiểu dao động nhật triều Ở vịnh Thái Lan Bắc Bộ quan sát thấy kiểu dao động triều toàn nhật lý tưởng với độ lớn đáng kể, dẫn sách giáo khoa với tư cách nhật triều điển hình Đường cong mực nước có dạng hình sin đặn với nước lớn nước ròng ngày Trong tháng có khoảng hai đến ba ngày có biểu thủy triều hỗn hợp Độ lớn thủy triều nơi triều mạnh biển Đông đỉnh vịnh Bắc Bộ đạt tới mét Những khu vực bán nhật triều biển Đông dải bờ gần eo biển Đài Loan, khu vực biển lân cận cảng Thuận An Việt Nam Những khu vực với bán nhật triều không dải bờ nam Trung Quốc từ eo Đài Loan tới vùng đông bắc đảo Hải Nam, gần vịnh Pulô Lakei vùng ven bờ đông nam Việt Nam, khu vực phía tây vịnh Thái Lan vùng lân cận Xinhgapo Tính phức tạp thủy triều biển Đông thể biến đổi độ lớn tính chất thủy triều không gian biển, biến đổi đặc biệt phức tạp vùng gần bờ vịnh Ở vịnh Bắc Bộ, khoảng cách nửa nghìn kilômét trung tâm vịnh cửa tây nam nó, độ lớn thủy triều biến đổi từ vài mét tới cực tiểu khoảng 50-60 cm Tình hình hoàn toàn tương tự vịnh Thái Lan Nơi tính 3/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu chất lẫn độ lớn thủy triều phân hóa mạnh, tồn nhật triều bán nhật triều, vùng biên độ lớn xen kẽ với vùng vô triều không gian vịnh Những kết khảo sát lượng triều tác giả đến kết luận “trong trình truyền sóng triều miền khác biển, tính chất nhật triều từ địa vị thứ yếu lúc ban đầu chuyển thành chủ yếu Nói cách khác, điều kiện địa phương biển Đông ảnh hưởng có ý nghĩa tới hình thành tượng thủy triều vùng biển phức tạp này” (Nguyễn Ngọc Thuy [15]) Nét độc đáo tượng thủy triều biển Đông biểu khác tương quan biên độ sóng thành phần thủy triều vùng khác Theo đồ triều nhận thấy, truyền vào biển biên độ sóng thành phần nhật triều không khác Nhưng truyền xa theo hướng trục lớn biển, biên độ sóng K1 ngày lớn sóng O1 Đối với sóng M2 S2 có biểu tương tự Nguyễn Ngọc Thuy [15] giải thích tượng độ dài sóng O1 lớn độ dài sóng K1, nên truyền dần vào vùng nước nông, biên độ sóng tăng dần với sóng dài hơn, mức độ tăng chậm Trong biến động mực nước biển Đông, thành phần dao động thủy triều đóng vai trò lớn nhất, có dao động khác có biên độ đáng kể Trước hết phải kể đến dao động mực nước nước dâng bão Những dẫn liệu chi tiết đặc trưng dao động nước dâng có [14, 4, 11] Thấy trị số độ lớn nước dâng bão khu vực biển ven Việt Nam không nhỏ, đạt tới 250 cm Tiếp nữa, thành phần thứ ba đóng góp đáng kể vào biến động mực nước dao động mùa luân phiên năm loại gió màu quy định Các tài liệu khác cho thấy biên độ dao động mùa mực nước trạm phía tây biển thuộc bờ Việt Nam đạt tới 30-40 cm (xem bảng 4.1, 4.2) Trên trình bày tóm tắt thành phần chủ yếu góp phần gây nên biến động mực nước biển Cần khẳng định dao động mực nước biển đại dương dạng chung kết tác động số lớn nhân tố như: biến động ngoại lực có nguồn gốc thiên văn địa vật lý, biến động áp suất khí ứng suất gió biển, biến động trường mật độ hoàn lưu nước, yếu tố cân nước điều kiện hình thái cụ thể thủy vực nghiên cứu Tuy nhiên, nhân tố sau có vai trò nhỏ hơn, có ý nghĩa vùng hạn chế, chúng chưa nghiên cứu kỹ vùng biển nên chưa tổng kết 4/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Cơ sở phương pháp nghiên cứu mực nước Do tác động đan xen tất yếu tố, nên biến động mực nước đại dương biển có tính chất phức tạp đa quy mô Thông thường hải dương học người ta phân chia biến động mực nước theo dải tần số để áp dụng phương pháp nghiên cứu thích hợp: Đó dao động nhiều năm, dao động mùa, dao động với chu kỳ xi nốp dao động với chu kỳ trung bình Với trình dao động mực nước mà nguyên nhân chúng xác định tiên nghiệm thiết lập quy luật rõ rệt dao động thủy triều phương pháp phân tích điều hòa áp dụng hiệu Phương pháp mô hình toán học để tính trình mực nước sử dụng rộng rãi năm gần với ựu phát triển kỹ thuật phương tiện tính toán phát triển trở thành phương pháp nhiều triển vọng Tuy nhiên tính phức tạp đa nguyên nhân trình dao động mực nước, trường hợp phân tích nghiên cứu mực nước, phương pháp xác suất thống kê toán học, phương pháp lý thuyết trình ngẫu nhiên chuỗi thời gian tỏ công cụ hiệu Phương pháp phân tích điều hòa mực nước Biểu thức độ cao mực nước thủy triều theo lý thuyết phân tích điều hòa biểu diễn dạng: Ht = A0 + ∑ri = (AicosQit + BisinQit) (1.1) Ht − độ cao mực nước thời điểm t thời gian trung bình mặt trời; A0 − độ cao trung bình mực nước khoảng thời gian phân tích; Qi − tốc độ thay đổi pha dao động; r − số dao động thành phần phân tích; Fi,(V0 + u)i − hệ số suy giảm pha ban đầu dao động phụ thuộc vào đặc trưng thiên văn; Hi,Gi − số điều hòa mực nước đặc trưng cho biên độ trung bình lệch pha phụ thuộc vào điều kiện địa lý điểm nghiên cứu cần xác định dựa vào chuỗi số liệu quan trắc mực nước Ở Việt Nam phân tích chuỗi mực nước dài máy tính, thông thường [9] người ta áp dụng công thức dạng: Ht = A0 + ∑ri = (AicosQit + BisinQit) (1.2) với 5/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Ai = FiHicos[Gi − (V0 + u)i] Bi = FiHisin[Gi − (V0 + u)i] để xác định ẩn số Ai Bi theo chuỗi quan trắc mực nước Ht từ nhận số điều hòa Hi Gi Trong nghiên cứu mình, cần xác định số điều hòa thủy triều, dùng dạng biến đổi khác công thức (1.1) sau [50]: Ht = A0 + ∑ri = (AiXi + BiYi) (1.3) với Ai = Ficos[Qit + (V0 + u)i] Bi = Fisin[Qit + (V0 + u)i] Xi = HicosGi,Yi = HisinGi Bây Xi Yi ẩn số, Ai Bi hệ số tính trước cho sóng i thời điểm t Ưu việc dùng công thức (1.3) so với công thức (1.2) chỗ lấy gần (ở kỳ quan trắc) trị số thông số thiên văn, xử lý chuỗi quan trắc dài gây sai số đáng kể, không đòi hỏi tính liên tục chuỗi, điều thuận tiện, chuỗi dòng chảy, ghép chuỗi quan trắc ngày thời kỳ lại để phân tích Công thức biến đổi Fourier Phương pháp phân tích phổ hải dương học Hàm thời gian f(t) biểu diễn tích phân Fourier theo công thức: ∞ f(t) = ∫ F(σ)e2πiσtdσ (1.4) − ∞ ∞ F(σ) = ∫ f(t)e − 2πiσtdt (1.5) − ∞ Hàm F(σ) biểu thị miền tần số σ gọi hàm phổ hay mật độ phổ, mô tả phân bố biên độ theo tần số hàm f(t) Trong toán học cặp công thức (1.4)-(1.5) gọi công thức biến đổi Fourier Khi cho trước hàm F(t) công thức (1.5) gọi biến đổi Fourier thuận Công thức (1.4) cho phép khôi phục lại hàm thời gian f(t) theo hàm phổ gọi biến đổi Fourỉe ngược Đại lượng ∣F(σ)∣2 gọi phổ công suất 6/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Khi hàm f(t) cho điểm rời rạc khoảng hữu hạn − N ≤ t ≤ N người ta khai triển Fourier theo công thức: f(t) = A0 + ∑k∞= [Akcos(πkt / N)Δt + Bksin(πkt / N)Δt] (1.6) Ak = N Bk = N N ∫ f(t)cos(πkt / N)dt(k = 0,1,2, ) (1.7) −N N ∫ f(t)sin(πkt / N)dt(k = 1,2, ) (1.8) −N dạng phức: f(t) = ∑k∞= với Ck = − ∞ 2N Cke(iπkt / N) N ∫ f(t)e − (iπkt / N)dt =N Tương tự công thức (1.5) đại lượng (A2k + B2k ) gọi công suất tần số k biểu diễn dạng phổ công suất gián đoạn Khi khai triển Fourier sử dụng thuật toán nhanh tính hệ số Fourier trình bày [57] Ở đay hàm f(t) cho 2n điểm cách trục thời gian hệ số Fourier tính theo công thức: nAk = cos(πk / n)U2n − − U2n − + f(0) nBk = sin(πk / n)U2n − U0 = 0,U1 = f(2n − 1), Um = 2cos(πk / n)Um − − Um − + f(2n − m)(m = 2,3, ,2n − 1) Đôi khi, để phân tích điều hòa chuỗi năm chuỗi ngày, trực tiếp sử dụng công thức mười hai tọa độ công thức hai mươi bốn tọa độ Trong hải dương học thịnh hành tập quán tính phổ chuỗi thời gian thông qua biến đổi Fourier hàm tương quan [59, 54, 34, 37, 35, 27, 20-23] Quan hệ hàm tương quan hàm mật độ phổ cặp công thức biến đổi Fourier: S(ω) = 2π ∞ ∫ R(τ)e − iωτdτ (1.9) − ∞ 7/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu ∞ 2π R(τ) = ∫ S(ω)e − iωτdω (1.10) − ∞ Nếu hàm thời gian hàm thực hàm tương quan hàm phổ hàm thực tính chẵn hàm tương quan phổ cặp công thức biến đổi Fourier tương ứng có dạng đơn giản: ∞ R(τ) = ∫ S(ω)cosωτdω (1.11) π S(ω) = ∞ ∫ R(τ)cosωτdτ (1.12) Khi xác định mật độ phổ theo số liệu quan trắc gián đoạn khoảng thời gian T (độ dài quan trắc) người ta có ước lượng thống kê hàm tương quan chuỗi đo X(t) đoạn Tm sau: Rx(τ) = 1 T−τ T−τ ∫ [X(t) − X0][X(t + τ) − X0]dtư T X0 = T ∫ X(t)dt Vì không tính tới trị số hàm tương quan τ > Tm ước lượng Rx(τ) khác với hàm tương quan chân Rx(τ) nên thực tế phải ước lượng hàm phổ theo công thức: Sx(ω) = π Tm ∫ λ(τ)Rx(τ)cosωτdτ (1.13) hàm λ(τ) gọi hàm làm trơn tỷ trọng Tm gọi điểm cắt hàm tương quan Thí dụ hàm làm trơn tác giả khác nhau, dùng phân tích chuỗi yếu tố hải dương: hàm Bartllet: λ(τ) = ∣1ifτ ≤ Tm ∣0ifτ > Tm ? hàm Bartllet cải biến: 8/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu λ(τ) = ∣1 − τ / Tmifτ ≤ Tm ∣0ifτ > Tm ? hàm Tukey: λ(τ) = ∣1 − 2a + 2acos(πτ / Tm),a = 0,25ifτ ≤ Tm ∣0ifτ > Tm ? hàm Hanning: λ(τ) = ∣0,5[1 − cos(πτ / Tm)]ifτ ≤ Tm ∣0ifτ > Tm ? hàm Parsen: λ(τ) = ∣1 − (τ / Tm)2ifτ ≤ Tm ∣0ifτ > Tm ? hàm Hamming: λ(τ) = ∣0,54+0,46cos(πτ / Tm)ifτ ≤ Tm ∣0ifτ > Tm ? Kinh nghiệm xử lý chuỗi thời gian hải dương học cho thấy hàm tương quan nhiều trường hợp giảm chậm theo thời gian có tính chu kỳ rõ rệt Trong [34] nhận xét sử dụng công thức (1.13) không tính đến trị số khác không đáng kể đoạn τ > Tm ước lượng phổ bao hàm sai số hệ thống có tính chệch, tăng Tm, sai số ước lượng Rx(τ) lớn Tm lớn làm tăng độ tản mạn ước lượng S(ω) Biểu hiệu ứng thể chỗ lấy Tm nhỏ đỉnh phổ đồ thị bị trơn, tăng dần Tm đỉnh phổ thể rõ hơn, tăng Tm tiếp đồ thị phổ không phản ánh đaqực điểm hàm phổ mà tiến tới đồ thị hàm thời gian X(t) mà từ hàm tương quan xác định Như vậy, để có ước lượng phổ thực trường hợp thực lột trình thử nghiệm 9/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Phương pháp mô hình số trị thủy động Hệ phương trình tuyến tính chuyển động sóng dài nước nông Để nhận hệ phương trình tuyến tính mô tả biến đổi mực nước thành phần dòng chảy nghiên cứu trình truyền sóng triều, sóng nước dâng khuôn khổ lý thuyết tuyến tính, người ta thường xuất phát từ hệ phương trình tuyến tính chuyển động chất lỏng đồng trái đất quay với xấp xỉ thủy tĩnh: ∂U ∂t − λV + ∂P ρw ∂ x − ∂ ∂U ∂ z (k ∂ z ) = (1.14) ∂V ∂t + λU + ∂P ρw ∂ y − ∂ ∂V ∂ z (k ∂ z ) = (1.15) ∂P ρw ∂ z Δ g ∂U ∂x + = (1.16) ∂V ∂y + ∂W ∂z = (1.17) Ở U,V,W − thành phần vận tốc chuyển động theo trục tọa độ x,y,z với gốc mực mặt trung bình, trục x hướng phía đông, trục y hướng phía bắc, trục z hướng thẳng đứng lên trên; P − áp suất bên chất lỏng; ρw − mật độ nước biển; g − gia tốc trọng lực; k − hệ số nhớt rối thẳng đứng; λ − thông số Coriolis ( = 2ωsinϕ, ω − tốc độ góc quay Trái Đất, ϕ − vĩ độ địa lý); t − thời gian Nếu tích phân phương trình (1.16) từ độ sâu − z tới mặt tự ζ với điều kiện áp suất mặt tự áp suất khí Pa người ta tìm được: P = Pa − gρw(z − ζ) (1.18) Thế (1.18) vào phương trình (1.14)-(1.15) nhận ∂U ∂t − λV + ∂V + ∂t Δ λU ∂ Pa ρw ∂ x ∂ Pa ρw ∂ y ∂ζ + g∂x − ∂ζ + g∂y − ∂ ∂U ∂ z (k ∂ z ) ∂ ∂V ∂ z (k ∂ z ) = (1.19) = (1.20) Tích phân phương trình (1.17), (1.18) (1.20) từ đáy biển − h(x,y) tới mặt tự với điều kiện biên: - dính đáy: U = V = W = z = − h 10/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu - biểu thức động học đáy: ( ∂h ∂h ) W = − U ∂ x + V ∂ y z = − h - biểu thức động học mặt tự do: W= ∂ζ ∂t ∂ζ ∂ζ + U ∂ x + V ∂ y z = ζ - ứng suất ma sát mặt tự ứng suất tiếp tuyến gió: ∂U k ∂z = − Tx ρw , ∂V k ∂z = − Ty ρw z = ζ Tx,Ty − ứng suất tiếp tuyến gió theo trục x y; - ứng suất ma sát đáy biển: ∂U ∂V k ∂ z = rU(U2 + V2)1 / 2, k ∂ z = rV(U2 + V2)1 / z = − h người ta nhận phương trình chuyển động liên tục cho thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu Chúng ta viết lại phương trình bỏ qua dấu gạch ngang đầu đại lượng U V sau: ∂U ∂t − λV + ∂ Pa ρw ∂ x − Tx ρw(h + ζ) + g∂x + ∂ζ rU(U2 + V2)1 / h+ζ = (1.21) ∂V ∂t + λU + ∂ Pa ρw ∂ y − Ty ρw(h + ζ) + g∂y + ∂ζ rV(U2 + V2)1 / h+ζ = (1.22) ∂ζ ∂t + ∂ [U(h + ζ)] ∂x + ∂ [V(h + ζ)] ∂y = (1.23) Nếu cần nghiên cứu ảnh hưởng lực tạo triều, người ta thêm số hạng − g ∂∂ xζ ∂ζ − g ∂ y biểu thị hình chiếu lực tạo triều thông qua mực nước thủy triều tĩnh học vào vế trái phương trình chuyển động Khi hệ phương trình (1.21)(1.23) có dạng: ∂U ∂t − λV + ∂ Pa ρw ∂ x − Tx ρw(h + ζ) +g ∂ (ζ − ζ) ∂x + rU(U2 + V2)1 / h+ζ = (1.24) ∂V ∂t + λU + ∂ Pa ρw ∂ y − Ty ρw(h + ζ) +g ∂ (ζ − ζ) ∂y + rV(U2 + V2)1 / h+ζ = (1.25) ∂ζ ∂t + ∂ [U(h + ζ)] ∂x + ∂ [V(h + ζ)] ∂y = (1.26) 11/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Trong công trình [27, 39, 53] hệ phương trình đơn giản dùng để mô tả hàng loạt chuyển động nước nông cách hiệu Các tác giả Việt Nam có kinh nghiệm định việc sử dụng phương trình Thí dụ, Đỗ Ngọc Quỳnh [33] xuất phát từ hệ phương trình lý thuyết nước nông phi tuyến, sau đánh giá bậc đại lượng, bỏ qua số hạng phi tuyến chúng chấp nhận hệ phương trình dạng (1.21)-(1.23) để mô hình hóa số trị trình nước dâng bão biển Đông Bùi Hồng Long [25] Nguyễn Thọ Sáo [45] sử dụng hệ phương trình dạng để nghiên cứu truyền thủy triều biển Đông vịnh Bắc Bộ (trường hợp không cần tính tới số hạng chứa građien áp suất khí ma sát gió mặt biển) Những điều kiện ban đầu điều kiện biên Việc cho điều kiện ban đầu toán đặt không gặp khó khăn Các thành phần vận tốc nhiễu động mực nước thường cho giá trị không thời điểm đầu tính toán: ζ = U = V = t = (1.27) với trường hợp khảo sát dao động tự U = V = 0,ζ = ζ0(x,y) t = (1.28) Tại biên cứng G1 vùng biển đương nhiên chấp nhận điều kiện không xuyên qua dòng chảy: Ucosα + Vsinα = G1 (1.29) α − góc biên với trục y, với trường hợp khảo sát dao động có thủy triều có số liệu số điều hòa thủy triều cho điều kiện biên thủy triều: ζ = ∑ni = FiHicos[Qit + (V0 + u)i − Gi] G1 (1.30) Fi − hệ số suy giảm; Qi − tốc độ góc; (V0 + u)i − pha thiên văn; Hi,Gi − biên độ góc pha trung bình sóng i thủy triều Đối với biên lỏng G2 [27, 33] chấp nhận điều kiện sau tùy thuộc mục đích khảo sát: - mực nước không đổi suốt chu kỳ tính toán: ζ = G2 (1.31) - mực nước thủy triều dự tính: 12/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu ζ = ∑ni = FiHicos[Qit + (V0 + u)i − Gi] G2 (1.32) - điều kiện phát xạ, tức sóng tiến khỏi vùng tính toán: Ucosα + Vsinα = ζ[g(h + ζ)]1 / G2 (1.33) Sơ đồ sai phân hệ phương trình Khi giải số hệ phương trình (1.24)-(1.26) để thuận tiện nên áp dụng sơ đồ sai phân lưới Richardson, điểm tính ζ,U,V dịch chuyển so với nửa bước tính (hình 1.2) Trong trường hợp công thức sai phân để tính có dạng: ζ'i,j = ζi,j − U'i,j = V'i,j = Δt Δx (Di,jUi,j Ui,j + λΔtKi,j − Vi,j − λΔtS' − i,j − Di,j − 1Ui,j − 1) − Δt Δy (Li,jVi,j − Li − 1,jVi − 1,j) (1.34) T gΔt ' Δt xi,j Pi,j + − Pi,j (ζ − ζ' ) + − Δx i,j + ρw Di,j ρwΔx i,j rΔt 2 1/2 1+ (U + K ) Di,j i,j i,j T gΔt ' Δt yi,j Pi + 1,j − Pi,j (ζ − ζ' ) + − Δy i + 1,j ρw Li,j ρwΔy i,j rΔt 2 1/2 1+ (V + S ) Li,j i,j i,j (1.35) (1.36) đó: Di,j = 0,5(hi,j + hi,j + + ζi,j + ζi,j + 1) Li,j = 0,5(hi,j + hi + 1,j + ζi,j + ζi + 1,j) Ki,j = 0,25(Vi,j + Vi,j + + Vi − 1,j + Vi − 1,j − 1) Si,j = 0,25(Ui,j + Ui,j − + Ui − 1,j + Ui + 1,j − 1) Tx,Ty ứng suất gió theo hướng trục x,y; dấu phảy đại lượng bước tính tiếp sau theo thời gian đại lượng tương ứng 13/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Sơ đồ lưới sai phân 14/14 [...]... văn; Hi,Gi − tuần tự là biên độ và góc pha trung bình của sóng i của thủy triều Đối với biên lỏng G2 có thể [27, 33] chấp nhận một trong những điều kiện sau đây tùy thuộc mục đích khảo sát: - mực nước không đổi trong suốt chu kỳ tính toán: ζ = 0 tại G2 (1.31) - mực nước bằng thủy triều dự tính: 12/14 Khái quát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu ζ = ∑ni = 1... [V(h + ζ)] ∂y = 0 (1.26) 11/14 Khái quát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Trong các công trình [27, 39, 53] đã chỉ ra rằng hệ phương trình đơn giản trên đây có thể dùng để mô tả hàng loạt những chuyển động trong nước nông một cách hiệu quả Các tác giả Việt Nam cũng đã có những kinh nghiệm nhất định trong việc sử dụng những phương trình này Thí dụ, Đỗ Ngọc.. .Khái quát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu - biểu thức động học tại đáy: ( ∂h ∂h ) W = − U ∂ x + V ∂ y tại z = − h - biểu thức động học tại mặt tự do: W= ∂ζ ∂t ∂ζ ∂ζ + U ∂ x + V ∂ y tại z = ζ - ứng suất ma sát tại mặt tự do bằng ứng suất tiếp tuyến của gió: ∂U k ∂z = − Tx ρw , ∂V k ∂z = − Ty ρw tại z = ζ trong đó Tx,Ty − tuần tự là ứng suất... Vi − 1,j − 1) Si,j = 0,25(Ui,j + Ui,j − 1 + Ui − 1,j + Ui + 1,j − 1) Tx,Ty là ứng suất gió tuần tự theo hướng trục x,y; dấu phảy chỉ những đại lượng ở bước tính tiếp sau theo thời gian của các đại lượng tương ứng 13/14 Khái quát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Sơ đồ lưới sai phân 14/14 ... từ hệ những phương trình cơ bản của lý thuyết nước nông phi tuyến, sau khi đánh giá bậc đại lượng, bỏ qua các số hạng phi tuyến trong chúng và chấp nhận hệ phương trình dưới dạng (1.21)-(1.23) để mô hình hóa số trị quá trình nước dâng trong bão ở biển Đông Bùi Hồng Long [25] và Nguyễn Thọ Sáo [45] cũng đã sử dụng hệ phương trình dưới dạng này để nghiên cứu sự truyền thủy triều ở biển Đông và vịnh Bắc... hạng chứa građien áp suất khí quyển và ma sát gió trên mặt biển) Những điều kiện ban đầu và điều kiện biên Việc cho điều kiện ban đầu đối với những bài toán đặt ra không gặp khó khăn Các thành phần của vận tốc và nhiễu động mực nước thường được cho giá trị bằng không tại thời điểm đầu tính toán: ζ = U = V = 0 tại t = 0 (1.27) hoặc với trường hợp khảo sát dao động tự do U = V = 0,ζ = ζ0(x,y) tại t =... động tự do U = V = 0,ζ = ζ0(x,y) tại t = 0 (1.28) Tại biên cứng G1 của vùng biển đương nhiên chấp nhận điều kiện không xuyên qua của dòng chảy: Ucosα + Vsinα = 0 tại G1 (1.29) trong đó α − góc giữa biên với trục y, hoặc với trường hợp khảo sát dao động có thủy triều và có số liệu về các hằng số điều hòa thủy triều có thể cho điều kiện biên thủy triều: ζ = ∑ni = 1 FiHicos[Qit + (V0 + u)i − Gi] tại G1 (1.30)... V2)1 / 2 h+ζ = 0 (1.22) ∂ζ ∂t + ∂ [U(h + ζ)] ∂x + ∂ [V(h + ζ)] ∂y = 0 (1.23) Nếu cần nghiên cứu ảnh hưởng của lực tạo triều, người ta thêm các số hạng − g ∂∂ xζ và ∂ζ − g ∂ y biểu thị các hình chiếu của lực tạo triều thông qua mực nước thủy triều tĩnh học vào các vế trái của các phương trình chuyển động Khi đó hệ các phương trình (1.21)(1.23) có dạng: ∂U ∂t − λV + 1 ∂ Pa ρw ∂ x − Tx ρw(h + ζ) +g ∂ (ζ... ứng suất tiếp tuyến của gió theo các trục x và y; - ứng suất ma sát tại đáy biển: ∂U ∂V k ∂ z = rU(U2 + V2)1 / 2, k ∂ z = rV(U2 + V2)1 / 2 tại z = − h người ta nhận được các phương trình chuyển động và liên tục cho các thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu Chúng ta sẽ viết lại các phương trình đó bỏ qua những dấu gạch ngang ở trên đầu các đại lượng U và V như sau: ∂U ∂t − λV + 1 ∂ Pa ρw ∂ x − Tx... cứu ζ = ∑ni = 1 FiHicos[Qit + (V0 + u)i − Gi] tại G2 (1.32) - điều kiện phát xạ, tức sóng tiến đi ra khỏi vùng tính toán: Ucosα + Vsinα = ζ[g(h + ζ)]1 / 2 tại G2 (1.33) Sơ đồ sai phân của hệ phương trình Khi giải bằng số hệ phương trình (1.24)-(1.26) để thuận tiện hơn cả nên áp dụng sơ đồ sai phân hiện trên lưới Richardson, trên đó các điểm tính ζ,U,V dịch chuyển so với nhau một nửa bước tính (hình ... 4/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu Cơ sở phương pháp nghiên cứu mực nước Do tác động đan xen tất yếu tố, nên biến động mực nước đại dương biển. . .Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu tây tây bắc Đặc điểm này, thấy chương 4, có ảnh hưởng lớn đến chế độ dao động mực nước biển vùng Biển. .. đổi từ vài mét tới cực tiểu khoảng 50-60 cm Tình hình hoàn toàn tương tự vịnh Thái Lan Nơi tính 3/14 Khái quát điều kiện tự nhiên đặc điểm mực nước biển Đông Cơ sở phương pháp nghiên cứu chất