Mô hình sóng gió tổng quát

523 524 xÊp xØ c¸c ®é cao sãng n−íc n«ng theo quy luËt loga tù nhiªn ®èi víi kho¶ng tin cËy 95%), c¸c gi¸ trÞ ®é cao sãng cã thÓ x¶y ra 1 lÇn trong 100 n¨m dao ®éng trong giíi h¹n 9,6 – 10,2 m. ë ®©y míi chØ nªu ra kho¶ng tin cËy nhá nhÊt chØ phô thuéc vμo sè thμnh phÇn cña chuçi thêi gian. Ngoμi ra cßn cÇn bæ sung ®é chÝnh x¸c tÝnh sãng theo m« h×nh vμ xu thÕ biÕn thiªn c¸c ®iÒu kiÖn t¹o sãng trong 50 vμ 100 n¨m tiÕp theo mμ ta ch−a biÕt tr−íc. ViÖc kiÓm ®Þnh m« h×nh ®· thùc hiÖn tr−íc ®©y cho thÊy kh«ng ph¸t hiÖn thÊy sai sè hÖ thèng trong mét d¶i kh¸ réng c¸c ®iÒu kiÖn t¹o sãng, cßn sai sè ngÉu nhiªn ®èi víi c¸c gi¸ trÞ ®é cao sãng kh«ng v−ît ra ngoμi giíi h¹n 50, m. KÕt luËn. Trong c«ng tr×nh nμy ®· tiÕn hμnh −íc l−îng c¸c ®é cao sãng cùc trÞ cã thÓ x¶y ra 1 lÇn trong 5, 10, 25, 50 vμ 100 n¨m trªn má dÇu khÝ “Prirazlomnaia” ë biÓn Pªtrora. §Ó cã c¸c −íc l−îng ®· sö dông c¸ch tiÕp cËn tæng hîp xuÊt ph¸t tõ ph©n tÝch sè liÖu quan tr¾c tÇu vμ tÝnh to¸n theo m« h×nh sè vÒ sãng giã. Trong c«ng tr×nh lÇn ®Çu tiªn thùc hiÖn tÝnh liªn tôc tr−êng sãng giã trong thêi kú lÞch sö 35 n¨m. Khi −íc l−îng gi¸ trÞ c¸c yÕu tè sãng cùc trÞ v−ît ra ngoμi giíi h¹n chuçi 35 n¨m vμ cã thÓ x¶y ra 1 lÇn trong 50 vμ 100 n¨m ®· n¶y sinh vÊn ®Ò thiÕu nghiªn cøu ®Çy ®ñ vÒ nh÷ng quy luËt ph©n bè sãng nhiÒu n¨m trªn n−íc n«ng. V× lý do ®ã, ®Çu tiªn ®· tÝnh c¸c −íc l−îng cùc trÞ trªn h−íng sãng nguy hiÓm cña n−íc s©u, sau ®ã chuyÓn ®æi sang n−íc n«ng cã tÝnh tíi sù biÕn d¹ng sãng. C¸ch tiÕp cËn nμy cã thÓ ®−îc dïng ®Ó gi¶i quyÕt c¸c bμi to¸n t−¬ng tù trong c¸c vïng biÓn ven bê kh¸c. Ch−¬ng 9 M« h×nh sãng giã tæng qu¸t 9.1. sö dông c¸c m« h×nh quy m« kh«ng gian - thêi gian kh¸c nhau trong m« h×nh sãng giã tæng qu¸t Trong nhiÒu bμi to¸n khoa häc vμ thùc tÕ xuÊt n¶y sinh yªu cÇu kh¸ch quan x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè sãng ë mét vïng côc bé nμo ®ã, thËm chÝ ë mét ®iÓm riªng biÖt. §−¬ng nhiªn muèn vËy ph¶i gi¶i bμi to¸n tæng qu¸t h¬n, bëi v× tr−êng sãng ë mét ®iÓm ®−îc h×nh thμnh nhê t¸c ®éng cña nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Þa ph−¬ng vμ sù ph¸t triÓn sãng trªn toμn vïng n−íc biÓn. §Ó tÝnh sãng giã theo c¸c m« h×nh to¸n cÇn cho th«ng tin xuÊt ph¸t vÒ ®é s©u thñy vùc, tèc ®é giã vμ dßng ch¶y. Tuy nhiªn muèn cã ®−îc th«ng tin xuÊt ph¸t nμy ®«i khi kh¸ khã kh¨n. ThÝ dô, hiÖn nay c¸c tr−êng tèc ®é giã dù b¸o vμ chÈn ®o¸n ®−îc tÝnh to¸n b»ng c¸c m« h×nh hiÖn ®¹i vÒ hoμn l−u khÝ quyÓn ë nh÷ng trung t©m khÝ t−îng thñy v¨n lín vμ kh«ng ph¶i lu«n lu«n cã ®−îc ®Ó thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n kü thuËt. Trong khi gi¶i quyÕt c¸c bμi to¸n khÝ hËu, ph¶i tÝnh to¸n c¸c tr−êng giã vμ sãng trong nh÷ng trËn b·o x¶y ra trong qu¸ khø, th× sos liÖu hoμn toμn kh«ng cã vμ ng−êi ta buéc ph¶i dïng c¸c b¶n ®å synop lμm th«ng tin xuÊt ph¸t. N¶y sinh c©u hái: lμm thÕ nμo x¸c ®Þnh tèc ®é giã trªn vïng n−íc nÕu th«ng tin vÒ khÝ ¸p mÆt ®Êt chØ cã trªn mét sè b¶n ®å thêi tiÕt riªng lÎ hay thËm chÝ d−íi d¹ng mét sè gi¸ trÞ ®o t¹i c¸c tr¹m bao quang vïng biÓn. Râ rμng viÖc x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè sãng thËm chÝ ë mét vïng côc bé 525 526 ®ßi hái gi¶i bμi to¸n khÝ t−îng thñy v¨n chung h¬n vμ sö dông c¸ch tiÕp cËn tæng hîp. Trong ch−¬ng nμy sÏ cung cÊp mét h−íng dÉn tæng qu¸t vÒ gi¶i bμi to¸n dùa trªn sö dông sù biÕn ®éng tr−êng sãng giã quy m« kh«ng gian-thêi gian kh¸c nhau cho phÐp gi¶i quyÕt toμn bé tËp hîp c¸c vÊn ®Ò víi ®é chÝnh x¸c chÊp nhËn ®−îc cho mét lo¹t bμi to¸n øng dông. BiÕn ®éng kh«ng gian-thêi gian cña tr−êng sãng giã cã mét d¶i kh¸ réng c¸c quy m«: tõ quy m« toμn cÇu, ®−îc ®o b»ng hμng ngh×n kil«mÐt trªn c¸c ®¹i d−¬ng vμ c¸c biÓn, ®Õn c¸c quy m« ®Þa ph−¬ng, thÝ dô trong c¸c vïng ven bê, n¬i biÕn thiªn tr−êng sãng ®−îc quan s¸t thÊy trªn c¸c kho¶ng c¸ch vμi tr¨m hay thËm chÝ vμi chôc mÐt. ë c¸c ch−¬ng tr−íc ®· cho thÊy r»ng bμi to¸n vÒ tiÕn triÓn sãng giã trong ®¹i d−¬ng quy vÒ viÖc gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh (5.1), (5.2), d−íi d¹ng tæng qu¸t kh¸ phøc t¹p vμ khã thùc hiÖn thËm chÝ khi cã c¸c m¸y tÝnh m¹nh. V× vËy nªn sö dông tÝnh ®a quy m« trong biÕn ®éng kh«ng gian-thêi gian cña tr−êng sãng giã ®Ó t¹o ra mét m« h×nh tæng qu¸t tèi −u vÒ sãng giã liªn kÕt nh÷ng tr−êng hîp riªng cña lêi ph¸t biÓu bμi to¸n tæng qu¸t, sao cho tõng tr−êng hîp trong ®ã cã thÓ thùc hiÖn t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n. §Ó gi¶i bμi to¸n cã thÓ thö liªn kÕt c¸c m« h×nh to¸n quy m« kh¸c nhau, tr−íc tiªn kh«i phôc tr−êng ¸p trªn toμn thñy vùc biÓn vμ theo ®ã tÝnh tèc ®é giã. Sau ®ã sö dông sè liÖu vÒ tr−êng giã lμm th«ng tin xuÊt ph¸t, cã thÓ tÝnh c¸c yÕu tè sãng giã trªn toμn bé vïng n−íc s©u cña biÓn vμ sö dông chóng lμm c¸c ®iÒu kiÖn biªn xuÊt ph¸t ®Ó gi¶i bμi to¸n biÕn d¹ng sãng trong vïng ven bê côc bé cô thÓ. Nh− vËy trong khu«n khæ mét m« h×nh tæng qu¸t cã thÓ t¹o ra bøc tranh ph©n bè kh«ng gian c¸c yÕu tè sãng kh«ng chØ cho toμn thñy vùc biÓn, n¬i quy m« kh«ng gian ®Æc tr−ng cña sù biÕn ®æi tr−êng sãng bÞ quy ®Þnh bëi c¸c kÝch th−íc cña b¶n th©n thñy vùc còng nh− kÝch th−íc cña c¸c thμnh t¹o khÝ quyÓn, mμ cßn cho mét vïng ven bê côc bé cã tÝnh ®Õn nh÷ng chi tiÕt ®Þa h×nh ®¸y cã ¶nh h−ëng tíi sù biÕn d¹ng sãng vμ ®æ nhμo sãng ë d¶i ven bê. N¨m 1990 chóng t«i ®· x©y dùng mét ch−¬ng tr×nh cho m¸y tÝnh c¸c nh©n thùc hiÖn m« h×nh tæng qu¸t sãng giã. Ch−¬ng tr×nh cã tªn quy −íc “ALL-WAVES”. HiÖn nay ®· x©y dùng phiªn b¶n hoμn thiÖn thø t− rÊt phæ dông ë n−íc ta vμ ngo¹i quèc ®Ó gi¶i quyÕt mét lo¹t bμi to¸n thùc dông. 9.2. S¬ ®å chung tÝnh sãng giã Víi t− c¸ch mét thÝ dô, ta xÐt øng dông m« h×nh tæng qu¸t sãng giã (“ALL-WAVES”) cho thñy vùc H¾c H¶i. Thñ vùc ®−îc chän ngÉu nhiªn. ë ®íi ven bê duyªn h¶i Bungari, t¹i lμng Scorpilovxi cã tr¹m ghi sãng cña ViÖn h¶i d−¬ng häc ViÖn hμn l©m Khoa häc Bungari. Trªn c¬ së tr¹m nμy, trong thêi kú 1990–1992 ®· tiÕn hμnh mét cuéc thÝ nghiÖm quèc tÕ ®o giã vμ sãng ë vïng kh¬i vμ ven bê biÓn, kÓ c¶ trong ®íi sãng vç bê. L·nh ®¹o c«ng t¸c vÒ phÝa Bungari lμ gi¸m ®èc ViÖn h¶i d−¬ng häc ViÖn hμn l©m Khoa häc Bungari, gi¸o s− Z. Belberov, phÝa Nga – gi¸o s− I. N. §avi®an. C¸c thμnh viªn tham gia c«ng t¸c gåm c¸c ®ång nghiÖp Bungari, c¸c céng t¸c viªn ViÖn hμn l©m Khoa häc Ba Lan vμ c¸c ®¹i diÖn ViÖn WoodHoll (Mü). C¸c kÕt qu¶ ®o, d−íi ®©y cã dÉn mét sè, ®· cho phÐp chóng t«i thùc hiÖn kiÓm ®Þnh m« h×nh tæng qu¸t. T¸i lËp tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt. S¬ ®å chung sãng giã ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 9.1, ë ®©y diÔn t¶ c¸c giai ®o¹n tuÇn tù gi¶i bμi to¸n. Giai ®o¹n thø nhÊt lμ t¸i lËp tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt trªn vïng n−íc biÓn. §Ó tÝnh tr−êng ¸p trªn toμn biÓn ®· sö 527 528 dông d÷ liÖu c¸c b¶n ®å synop. Thªm vμo ®ã lμ c¸c sè liÖu ®o khÝ ¸p mÆt ®Êt t¹i c¸c tr¹m khÝ t−îng thñy v¨n bao quanh biÓn (h×nh 9.2). ViÖc t¸i lËp tr−êng ¸p trªn toμn biÓn ®−îc thùc hiÖn theo ch−¬ng tr×nh néi suy spline lËp ph−¬ng kÐp. Sau ®ã tÝnh gi¸ trÞ ¸p suÊt t¹i c¸c nót vïng l−íi ®Òu. Toμn thñy vùc H¾c H¶i bao bëi vïng l−íi gåm 1316 nót víi b−íc 0,5o theo kinh tuyÕn vμ 1,0o theo vÜ tuyÕn, tæng sè nót b»ng 92. H×nh 9.1. S¬ ®å chung tÝnh sãng giã TÝnh giã. Giã gra®iªn ®−îc tÝnh theo c¸c ph−¬ng ph¸p diÔn t¶ trong ch−¬ng 8. Khi sö dông ch−¬ng tr×nh néi suy spline, tèc ®é giã theo gra®ien khÝ ¸p mÆt ®Êt ®−îc x¸c ®Þnh nhê lÊy ®¹o hμm gi¶i tÝch c¸c biÓu thøc t−¬ng øng m« t¶ mÆt khÝ ¸p, cho phÐp nhËn ®−îc gi¸ trÞ chÝnh x¸c h¬n cña tèc ®é giã so víi c¸c hiÖu h÷u h¹n th«ng th−êng vÉn dïng trong c¸c ph−¬ng ph¸p sè. Giã mÆt n−íc trªn thñy vùc ®−îc tÝnh cã kÓ ®Õn ph©n tÇng líp biªn khÝ quyÓn tu©n theo ch−¬ng 8. TÝnh sãng giã trªn vïng n−íc s©u. C¸c yÕu tè sãng giã ®−îc tÝnh dùa trªn gi¶i ph−¬ng tr×nh c©n b»ng mËt ®é phæ t¸c ®éng sãng (5.1). Bμi to¸n chia thμnh hai phÇn: tÝnh sãng trªn n−íc s©u, tøc trªn phÇn biÓn kh¬i vμ tÝnh biÕn d¹ng sãng trong vïng n−íc ven bê. Trªn n−íc s©u khi kh«ng cã dßng ch¶y ph−¬ng tr×nh (5.1) ®−îc ®¬n gi¶n ho¸, vμ tÝnh sãng giã ®−îc thùc hiÖn trªn c¬ së m« h×nh phæ tham sè sãng giã m« t¶ ë ch−¬ng 8. Chóng t«i chØ nh¾c l¹i r»ng m« h×nh gåm hai khèi. Mét khèi gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh t−¬ng ®èi víi c¸c tham sè xÊp xØ phæ, ®ã lμ m«men kh«ng cña phæ 0m vμ h−íng truyÒn sãng tæng qu¸t  . Sãng lõng ®−îc tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p phæ rêi r¹c. T−¬ng t¸c gi÷a sãng lõng vμ sãng giã ®−îc thùc hiÖn trong khu«n khæ ®Þnh luËt b¶o toμn n¨ng l−îng. TiÕp theo kÕt qu¶ tÝnh c¸c yÕu tè sãng trªn n−íc s©u (t¹i ®iÓm n−íc s©u gÇn vïng tÝnh to¸n ven bê) ®−îc dïng lμm c¸c ®iÒu kiÖn biªn xuÊt ph¸t ®Ó gi¶i bμi to¸n biÕn d¹ng sãng trong ®íi ven bê biÓn. Kh«i phôc ®Þa h×nh ®¸y biÓn ë vïng ven bê. Nh©n tè cÇn thiÕt ®Ó tÝnh biÕn d¹ng sãng lμ th«ng tin vÒ ®é s©u ë ®íi n−íc n«ng ven bê. L−u ý r»ng vÊn ®Ò vÒ ¶nh h−ëng cña ®é chÝnh x¸c diÔn t¶ ®é s©u tíi nghiÖm bμi to¸n kh«ng ph¶i lμ vÊn ®Ò tÇm th−êng. Do vËn chuyÓn c¸c trÇm tÝch ®¸y diÔn ra trong thêi gian b·o mμ liªn tôc biÕn ®æi ®é s©u c¸c vïng ven bê vμ c¸c b¶n ®å ®é s©u hiÖn tån kh«ng ph¶n ¸nh ®−îc. V× vËy ph¶i lμm chÝnh x¸c nh÷ng gi¸ trÞ ®é s©u thùc b»ng sè liÖu ®o míi nhÊt. §Ó thùc hiÖn tÝnh to¸n ®· x©y dùng m¶ng ®é s©u mang th«ng tin kh¸ch quan h¬n. Bæ sung cho nh÷ng sè liÖu lÊy tõ c¸c b¶n ®å ®é s©u, m¶ng nμy chøa c¸c gi¸ trÞ ®é s©u thùc vμ to¹ ®é viÒn bê biÓn. 529 530 H ×nh 9.2. K h « i p h ô c b ¶n ® å kh Ý ¸p trªn th ñ y vù c H ¾c H ¶i : 1 - c¸c n ó t l− í i tÝn h sè ; 2 - c¸c tr¹m kh Ý t− î n g Ngoμi ra, b¶n th©n c¸c kÕt qu¶ tÝnh biÕn d¹ng sãng phô thuéc nhiÒu vμo ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn ®é s©u ),( yxH , ®é s©u nμy ®−îc sö dông trong tõng b−íc tÝch ph©n kh«ng gian c¸c ph−¬ng tr×nh cña c¸c ®−êng ®Æc tr−ng (5.2) m« t¶ sù lan truyÒn c¸c chïm sãng trong ®íi ven bê. §Ó nhËn ®−îc c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n æn ®Þnh, Ýt nhÊt ph¶i lμm sao cho hμm ),( yxH ®ñ tr¬n ®Òu vμ tån t¹i c¸c ®¹o hμm bËc hai liªn tôc trong toμn miÒn x¸c ®Þnh cña c¸c ®èi sè  yx , , t¹i ®ã c¸c ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng ®−îc tÝch ph©n. H×nh 9.3. S¬ ®å tÝnh biÕn d¹ng sãng trong ®íi ven bê H¾c H¶i (vïng bê Bungari): 1 - c¸c ®iÓm tÝnh; 2 - c¸c tia truyÒn hîp phÇn phæ Sö dông m¶ng ®é s©u vμ ch−¬ng tr×nh néi suy l−íi, ®· tÝnh m¶ng ®é s©u t¹i c¸c nót miÒn l−íi tÝnh víi b−íc 250250 m. 531 532 M¶ng ®é s©u tÝnh to¸n gåm gÇn 90 ngh×n gi¸ trÞ ®é s©u. B¶n ®å ®é s©u kh«i phôc b»ng c¸ch nh− vËy ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.3. Nh− ®· thÊy nã phôc håi kh¸ tèt nh÷ng chi tiÕt ®Þa h×nh cña vïng ven bê H¾c H¶i gi÷a mòi Kaliakra vμ mòi Emine. BiÕn d¹ng sãng giã trong ®íi ven bê. Sãng giã trong ®íi ven bê ®−îc tÝnh dùa trªn m« h×nh sãng giã n−íc n«ng m« t¶ ë ch−¬ng 9, cã tÝnh tíi ¶nh h−ëng giã, tiªu t¸n, ma s¸t ®Êy vμ khóc x¹ sãng trªn n−íc n«ng. NhËn xÐt r»ng trong phiªn b¶n ®Çu tiªn cña m« h×nh tæng qu¸t sãng giã trong vïng ven bê ®· tÝnh tíi c¸c hiÖu øng ma s¸t ®¸y vμ khóc x¹, ®iÒu nμy lμm cho kÕt qu¶ kh¸ phï hîp víi sè liÖu quan tr¾c trong tr−êng hîp giã yÕu vμ truyÕnãng lõng [99]. Tuy nhiªn ®Ó tÝnh biÕn d¹ng sãng b·o th× chØ tÝnh tíi nh÷ng c¬ chÕ Êy ch−a ®ñ, ph¶i kÎ ®Õn ¶nh h−ëng cña giã vμ chuyÓn sang m« h×nh biÓn n«ng. M« pháng sù tiÕn triÓn sãng trong ®íi ven bê. Giai ®o¹n cuèi cïng trong s¬ ®å chung tÝnh sãng giã (xem h×nh 9.1) lμ tÝnh c¸c yÕu tè trong ®íi ven bê. Víi t− c¸ch lμ nh÷ng ®iÒu kiÖn biªn xuÊt ph¸t cña bμi to¸n ta sö dông gi¸ trÞ c¸c yÕu tè sãng ®· nhËn ®−îc trªn c¬ së tÝnh to¸n biÕn d¹ng phæ sãng trong ®íi ven bê ®· thùc hiÖn trong giai ®o¹n tr−íc. Tuy nhiªn, kh¸c víi gi¶i bμi to¸n khóc x¹, khi ®ã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nót l−íi sè cho gi¸ trÞ ®é s©u b»ng hμng tr¨m mÐt, ë ®íi ven bê ph¶i diÔn t¶ bÒ mÆt ®¸y mét cc¸h chi tiÕt h¬n. Kho¶ng c¸ch ®Æc tr−ng gi÷a c¸c nót ph¶i ®ñ nhá ®Ó diÔn t¶ ®−îc nh÷ng chi tiÕt ®Þa h×nh ®¸y nh− c¸c van c¸t hay c¸c r·nh s©u trªn ®ã sù ®æ nhμo sãng diÔn ra m¹nh. MÆt kh¸c, sè ®iÓm nót ph¶i kh«ng qu¸ lín ®Ó m¶ng ®é s©u cÇn thiÕt kh«ng chiÕm nhiÒu bé nhí thao t¸c vμ thêi gian m¸y tÝnh kh«ng qu¸ lín. Nh− vËy trong m« h×nh ®· dïng l−íi sè víi b−íc kh«ng gian 10 m, t¹i ®ã cho c¸c ®é s©u ®−îc cho theo sè liÖu ®o chi tiÕt nhÊt däc theo tuyÕn tr¹m Skorpilovxi. Ph−¬ng tr×nh ®éng häc (5.1) th−êng dïng ®Ó m« t¶ to¸n häc phæ sãng giã, trong ®íi ven bê sÏ kh«ng dïng ®−îc v× t¸c ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh phi tuyÕn m¹nh liªn quan tíi ®æ nhμo sãng. Trong khi tiÕn hμnh tÝnh to¸n thùc tÕ sÏ sö dông nh÷ng m« h×nh tham sè ®¬n gi¶n h¬n dùa trªn d÷ liÖu thùc nghiÖm. ThÝ dô vÒ m« h×nh nh− vËy lμ m« h×nh kh¸ næi tiÕng cña J. Battjes [208] ®· nªu trong môc 8.3. M« h×nh nμy còng ®−îc chóng t«i dïng trong s¬ ®å tÝnh chung. Gi¶i bμi to¸n quy vÒ tÝch ph©n ph−¬ng tr×nh (8.45) cho mét tr¾c diÖn ®é s©u ),( yxH ®· ®Þnh vμ c¸c gi¸ trÞ xuÊt ph¸t cña tÇn sè cùc ®¹i phæ max vμ ®é cao sãng trung b×nh h cho tr−íc trªn biªn. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ trung b×nh ®é cao sãng däc theo quü ®¹o truyÒn sãng. Cïng víi tÝnh to¸n ®é cao trung b×nh h cßn ®ång thêi tÝnh biÕn thiªn mùc biÓn trung b×nh ),( yx theo ph−¬ng tr×nh 8.46) cña lý thuyÕt M. S. Longuet-Higgins vμ J. Stewart [313]. KÕt qu¶ cuèi cïng cña m« h×nh ta nhËn ®−îc gi¸ trÞ ®é cao, b−íc sãng trung b×nh vμ mùc biÓn trung b×nh trong ®íi ven bê däc theo quü ®¹o truyÒn sãng. 9.3. So s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh theo m« h×nh tæng qu¸t víi sè liÖu ®o Sö dông m« h×nh tæng qu¸t ®· m« t¶ ®· tiÕn hμnh tÝnh sãng trªn vïng kh¬i H¾c H¶i vμ sù biÕn d¹n sãng ë vïng tr¹m Skorpilovxi. D−íi ®©y sÏ dÉn kÕt qu¶ tÝnh theo m« h×nh vμ sè liÖu ®o trong mét trËn b·o diÔn ra tõ ngμy 30/11 ®Õn 4/12/1990. Trong trËn b·o nμy t×nh thÕ synop ®−îc quy ®Þnh bëi mét xo¸y thuËn di chuyÓn trªn h−íng ®«ng b¾c. D÷ liÖu xuÊt ph¸t 533 534 ®Ó tÝnh to¸n lμ gi¸ trÞ khÝ ¸p ®−îc cho t¹i c¸c ®iÓm c¬ së. C¸c kÕt qu¶ kh«i phôc ¸p suÊt khÝ quyÓn, giã vμ sãng biÓu diÔn trªn c¸c h×nh 9.4–9.7. Trª h×nh 9.4 cho thÊy tr−êng ¸p trªn thñy vùc H¾c H¶i ngμy 2/12, 21 giê, nh÷ng ®iÓm cho ¸p suÊt trªn h×nh ký hiÖu b»ng c¸c vßng trßn nhá. H×nh 9.4. Kh«i phôc tr−êng ¸p trong b·o, thêi ®iÓm 21 giê 2/12/1990 H×nh 9.5. Tr−êng giã trong b·o, thêi ®iÓm 21 giê 2/12/1990 H×nh 9.6. BiÕn thiªn tèc ®é giã vμ ®é cao sãng trung b×nh trong b·o 30/11-4/12/1990 t¹i ®iÓm 45 (xem h×nh 9.2): 1 - ®é cao sãng trung b×nh h ; 2 - h−íng, tèc ®é giã U H×nh 9.7. Gi¸ trÞ tÝnh vμ ®o ®é cao sãng trung b×nh vμ n−íc d©ng trong sãng ë vïng ven bê trªn nÒn biÕn ®æi ®é s©u: a) tÝnh huèng 21 giê 2/12/1990 b) 00 giê 3/12/1990 1 - ®é s©u H 2 - ®é cao sãng trung b×nh h 3 - mùc biÓn trung b×nh  4 - sè liÖu ®o 535 536 Tr−êng giã trong thêi gian nμy biÓu diÔn trªn h×nh 9.5. Trªn h×nh 9.6 cho thÊy biÕn thiªn tèc ®é giã, h−íng giã vμ ®é cao sãng trung b×nh ë ®iÓm n−íc s©u n»m gÇn vïng ven bê tr¹m Skorpilovxi. KÕt qu¶ tÝnh vμ ®o sãng vïng ven bê biÓu diÔn trªn h×nh 9.7 a, b. Däc quü ®¹o truyÒn sãng tíi bê thÓ hiÖn gi¸ trÞ ®é cao sãng trung b×nh vμ biÕn ®æi mùc biÓn trung b×nh g©y bëi n−íc d©ng trong sãng. §Ó tiÖn biÓu diÔn trªn h×nh vÏ ®é cao sãng vμ n−íc d©ng trong sãng ®−îc t¨ng lªn 10 lÇn vμ biÓu diÔn trªn nÒn biÕn thiªn ®é s©u. Tõ h×nh vÏ thÊy r»ng ®é cao sãng tÝnh vμ ®o kh¸ phï hîp, chøng tá kh¶ n¨ng cña m« h×nh. §iÒu quan träng lμ ë ®©y thùc hiÖn so s¸nh c¸c kÕt qu¶ cuèi cïng cña m« h×nh, nhËn ®−îc xuÊt ph¸t tõ khÝ ¸p, th«ng qua nhiÒu tÝnh to¸n trung gian liªn tiÕp nh− tÝnh tè ®é giã, c¸c yÕu tè sãng trªn n−íc s©u, sau ®ã c¸c yÕu tè sãng trªn n−íc n«ng. M« h×nh tæng qu¸t sãng giã (ALL-WAVES) cã tÝnh n¨ng ch¹y nhanh vμ cã thÓ sö dông trªn c¸c m¸y tÝnh c¸ nh©n th«ng th−êng. Nã kh«ng cã mét giíi h¹n cøng nμo trong khai th¸c vμ v× vËy sÏ vμ ®ang ®−îc dïng ®Ó tÝnh sãng trong nhiÒu vïng biÓn vμ ®¹i d−¬ng kh¸c nhau. KÕt luËn ViÖc nghiªn cøu sãng giã trong §¹i d−¬ng ThÕ giíi ®−îc thùc hiÖn bëi nç lùc cña c¸c nhμ khoa häc nhiÒu quèc gia vμ ®· trë thμnh ®èi t−îng nghiªn cøu quèc tÕ. Minh chøng vÒ ®iÒu nμy lμ sè l−îng khæng lå nh÷ng c«ng tr×nh khoa häc, bao gåm c¸c chuyªn kh¶o c«ng bè gÇn ®©y vμ giμnh cho viÖc kh¶o s¸t vμ m« h×nh ho¸ sè vÒ sãng giã [162, 303, 320]. Cuèn chuyªn kh¶o nμy lμ tiÕp nèi logic cña nh÷ng Ên phÈm ®· nªu trong ®ã träng t©m chÝnh giμnh cho kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña tÝnh chÊt mÆt cÇu tr¸i ®Êt, c¸c dßng ch¶y bÊt ®ång nhÊt, n−íc n«ng... tíi sù h×nh thμnh cÊu tróc phæ sãng trong ®¹i §−¬ng ThÕ giíi. Nh÷ng kÕt luËn chÝnh nh− sau. 1. Víi môc ®Ých kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña c¸c bÊt ®ång nhÊt kh«ng gian cña ®¹i d−¬ng lªn sãng giã trong §¹i d−¬ng ThÕ giíi vμ xuÊt ph¸t tõ nh÷ng luËn ®iÓm vËt lý chung ®· ph¸t biÓu bμi to¸n tæng qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ sù tiÕn triÓn phæ sãng giã. ThiÕt lËp bμi to¸n dùa trªn gi¶i ph−¬ng tr×nh ®éng häc trªn mÆt cÇu cã tÝnh tíi nh÷ng yÕu tè t¹o sãng c¬ b¶n: sù cung cÊp n¨ng l−îng tõ giã cho sãng, sù t¸i ph©n bè n¨ng l−îng phi tuyÕn yÕu trong phæ, sù tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng, sù biÕn d¹ng sãng khi cã mÆt dßng ch¶y bÊt ®ång nhÊt , n−íc n«ng... C¨n cø vμo tÝnh phøc t¹p cña viÖc gi¶i bμi to¸n, ®Ó kh¶o s¸t bμi to¸n ®· ®Ò xuÊt c¸ch tiÕp cËn dùa trªn ph©n tÝch c¸c quy m« biÕn ®éng kh«ng gian vμ thêi gian cña hiÖn t−îng tù nhiªn ®−îc nghiªn cøu. ViÖc −íc l−îng c¸c quy m« t¸c ®éng cña nh÷ng c¬ chÕ vËt lý kh¸c nhau h×nh thμnh cÊu tróc phæ sãng giã ®· cho phÐp ®¬n gi¶n ho¸ viÖc ph©n tÝch nghiÖm bμi to¸n vμ lμm râ nh÷ng c¬ chÕ hiÖu dông nhÊt trong vïng ®Þa lý cô thÓ. L−u ý 537 538 r»ng ë ®©y ph©n tÝch ph−¬ng diÖn h×nh häc cña nghiÖm bμi to¸n (®iÒu nμy nªn hiÓu nh− lμ m« t¶ sù lan truyÒn c¸c chïm sãng trong kh«ng gian pha). Ph−¬ng diÖn h×nh häc cña nghiÖm ®−îc m« t¶ kh«ng chØ b»ng vÕ ph¶i, mμ c¶ b»ng vÕ tr¸i cña ph−¬ng tr×nh ®éng häc. 2. Träng t©m chÝnh trong chuyªn kh¶o giμnh cho m« t¶ c¸c kÕt qu¶ kh¶o s¸t sù ph¸t triÓn sãng khi cã mÆt dßng ch¶y bÊt ®ång nhÊt. C¸c dßng ch¶y ¶nh h−ëng tíi sù ph¸t sinh sãng bëi giã còng nh− tíi sù biÕn d¹ng sãng. Chóng kh«ng chØ g©y nªn nh÷ng biÕn ®æi m¹nh phæ vμ c¸c yÕu tè sãng (víi dßng ch¶y ng−îc ®é cao sãng cã thÓ biÕn ®æi mét sè lÇn), mμ cßn cã thÓ lμm xuÊt hiÖn c¸c sãng dÞ th−êng trong ®¹i d−¬ng, g©y va ch¹m c¸c tÇu ®¹i d−¬ng vμ nh÷ng hËu qu¶ khñng khiÕp. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu hiÖu qu¶ nhÊt lμ sö dông phÐp gÇn ®óng quang h×nh häc, ph−¬ng ph¸p nμy kÕt hîp víi nghiÖm ph−¬ng tr×nh c©n b»ng mËt ®é phæ t¸c ®éng sãng cho phÐp ®−a ra sù m« t¶ ®óng nhÊt vÒ diÔn biÕn cña c¸c sãng vμ lo¹i bá nh÷ng kú dÞ diÔn biÕn nghiÖm xuÊt hiÖn ë l©n cËn c¸c ®iÓm tô tia. Sö dông c¸ch tiÕp cËn phæ nμy t¹o ra kh¶ n¨ng thu ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ chi tiÕt tÝnh biÕn d¹ng c¸c yÕu tè sãng trªn dßng ch¶y øng víi mét sè tæ hîp c¸c tham sè quyÕt ®Þnh. §· cho thÊy r»ng ¶nh h−ëng ®ång thêi cña dßng ch¶y bÊt ®ång nhÊt vμ nh÷ng gå ghÒ ®¸y thñy vùc cã thÓ g©y nªn nh÷ng biÕn ®æi tr−êng sãng mμ ta kh«ng thÓ diÔn t¶ ®−îc b»ng c¸ch ®¬n thuÇn lÊy tæng c¸c hiÖu øng do dßng ch¶y vμ ®é s©u riªng lÎ t¹o ra. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p cã thÓ lμ c¸ch tiÕp cËn phæ kh«ng d−a ra kh¶ n¨ng m« t¶ h×nh d¹ng sãng, v× pha sãng kh«ng ®−îc xem xÐt, ®iÒu nμy rÊt quan träng, thÝ dô nh− ®Ó gi¶i thÝch diÔn biÕn cña c¸c sãng dÞ th−êng trong ®¹i d−¬ng. Ngoμi ra, trong khi thu hÑp phæ tÇn sè - gãc, tøc ®èi víi c¸c sãng ®¬n s¾c cã thÓ xuÊt hiÖn nh÷ng kú dÞ trong nghiÖm bμi to¸n. V× lý do nμy, song song víi nghiÖm bμi to¸n dùa trªn c¸ch tiÕp cËn phæ, ®· dÉn ra c¸c −íc l−îng tiÖm cËn nhËn ®−îc trong phÐp gÇn ®óng nhiÔu x¹. Trong chuyªn kh¶o ®· thö m« t¶ nh÷ng c¬ chÕ vËt lý chñ yÕu h×nh thμnh phæ sãng giã trong biÓn khi cã b¨ng tan*. Nh÷ng c¬ chÕ ®ã lμ t¸n x¹ n¨ng l−îng sãng, khóc x¹ sãng, tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng liªn quan tíi ma s¸t gi÷a c¸c ®ôn b¨ng vμ vËn chuyÓn phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng. ThiÕt t−ëng r»ng nh÷ng kÕt qu¶ nμy cã thÓ sÏ lμ c¬ së ®Ó x©y dùng m« h×nh to¸n m« t¶ diÔn biÕn phæ sãng trong c¸c biÓn cã b¨ng vμ cô thÓ ®Ó m« pháng mét sè hiÖn t−îng nguy hiÓm nh− hiÖn t−îng “b·o b¨ng”. 3. Ngoμi viÖc gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò liÖt kª trªn ®©y, t¸c gi¶ cho r»ng cÇn thiÕt dõng l¹i ë mét sè vÊn ®Ò kh¶o s¸t nh÷ng c¬ chÕ vËt lý h×nh thμnh phæ sãng trªn n−íc s©u. Thùc vËy, trong chuyªn kh¶o ®· dÉn mét trong nh÷ng thuËt to¸n h÷u hiÖu nhÊt ®Ó tÝnh tÝch ph©n t¸c ®éng m« t¶ qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng giã. Sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n sè ®é chÝnh x¸c cao nhÊt ®· nhËn ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ tÝnh tin cËy vμ ®· xem xÐt nh÷ng hiÖu øng kh¸ tinh tÕ nh− sù vËn chuyÓn n¨ng l−îng phi tuyÕn yÕu tíi nh÷ng hîp phÇn phæ truyÒn ng−îc giã, cho phÐp gi¶i thÝch c¬ chÕ vËt lý lμm xuÊt hiÖn c¸c sãng t−¬ng øng. §ång thêi mét sè vÊn ®Ò quan träng vÉn cßn bá ngá, ch¼ng h¹n nh− vÊn ®Ò vÒ tiªu t¸n n¨ng l−îng sãng trong sãng giã. Sù * Trong nguyªn b¶n s¸ch cã mét ch−¬ng nãi vÒ ¶nh h−ëng cña b¨ng tan tíi sãng, chñ ®Ò nμy cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt ®èi víi chóng ta nªn kh«ng ®−îc dÞch trong b¶n dÞch nμy (ND). 539 540 thiÕu v¾ng mét lý thuyÕt tiªu t¸n ®ñ c¨n cø vÉn nh− tr−íc ®©y ®ang ®Ó cho mét sè gi¶ thuyÕt thiÕu c¬ së vÒ mét sè c¬ chÕ h×nh thμnh cÊu tróc phæ sãng tån t¹i. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®· chøng tá r»ng c¬ chÕ tiªu t¸n sÏ kh¸c nhau vÒ c¨n b¶n nÕu nã t¸c ®éng trong nh÷ng kho¶ng tÇn kh¸c nhau cña phæ tÇn sè. Thùc vËy, nÕu ë vïng tÇn thÊp qu¸ tr×nh tiªu t¸n lμ do sù t−¬ng t¸c cña sãng víi rèi, th× ë vïng tÇn cao tiªu t¸n liªn quan tíi sù ®æ nhμo ®Ønh sãng vμ lμ mét c¬ chÕ hoμn toμn phi tuyÕn. Tån t¹i mét vÊn ®Ò kh¸c ch−a gi¶i quyÕt, ®ã lμ ¶nh h−ëng cña c¸c hiÖu øng quy m« võa trong sù h×nh thμnh cÊu tróc phæ sãng giã. ThÝ dô, ®· chØ ra r»ng sù tÝnh ®Õn nh÷ng tùa dao ®éng cña phæ tÇn sè cã thÓ lμm t¨ng ®¸ng kÓ hiÖu qu¶ t¸i ph©n bè n¨ng l−îng phi tuyÕn yÕu trong phæ sãng vμ b»ng chÝnh c¸i ®ã dÉn tíi nghi ngê ®èi víi mét lo¹t nh÷ng kÕt luËn cã tÝnh nguyªn t¾c vÒ gi¸ trÞ ®Þnh l−îng cña c¸c c¬ chÕ vËt lý kh¸c h×nh thμnh nªn phæ sãng. Th«ng th−êng, khi gi¶i quyÕt nhiÒu bμi to¸n thùc tÕ tÝnh sãng trong biÓn b−íc kh«ng gian b»ng hμng chôc vμ hμng tr¨m kil«mÐt, cßn th«ng tin vÒ giã mÆt ®Êt ®−îc nhËp víi b−íc thêi gian 3 giê hoÆc h¬n. C¸ch tiÕp cËn truyÒn thèng nh− vËy kh«ng cho phÐp tÝnh tíi “c¸c hiÖu øng d−íi l−íi”, tøc kh«ng diÔn t¶ ®−îc nh÷ng chi tiÕt quy m« nhá h¬n trong sù tiÕn triÓn tr−êng sãng giã nh−ng cã thÓ cã ý nghÜa rÊt quan träng. Bμi to¸n m« t¶ kh«ng gian vμ thêi gian mét c¸ch ®ñ chi tiÕt vÒ tr−êng giã liªn quan tíi nh÷ng vÊn ®Ò chung cña khÝ t−îng häc, phô thuéc vμo tr¹ng th¸i khoa häc nμy nãi chung còng nh− vμo chÊt l−îng th«ng tin synop. ¸p dông vμo nhiÖm vô tÝnh sãng giã, ë ®©y n¶y sinh mét lo¹t c¸c vÊn ®Ò ®Æc thï, thÝ dô, lμm thÕ nμo ®Ó tÝnh tíi nh÷ng biÕn thiªn quy m« võa cña tèc ®é nh− giã dËt vμ d«ng? Ph©n tÇng líp biªn khÝ quyÓn ¶nh h−ëng trong khi ®ã nh− thÕ nμo? TÊt c¶ nh÷ng c¸i ®ã cã thÓ ¶nh h−ëng ra sao tíi ®é chÝnh x¸c tÝnh sãng giã? Lμm thÕ nμo ®Ó tham sè ho¸ nh÷ng hiÖu øng quy m« võa trong c¸c m« h×nh sãng giã? 4. Trong chuyªn kh¶o ®· dÉn nh÷ng thÝ dô gi¶i c¸c bμi to¸n thùc dông cã sö dông c¸c m« h×nh to¸n sãng giã vμ xÐt hai bμi to¸n quan träng nhÊt theo quan ®iÓm thùc tiÔn. Bμi to¸n thø nhÊt xuÊt ph¸t tõ nhu cÇu tÝnh vμ dù b¸o tr¹ng th¸i mÆt biÓn trong hμng h¶i. Bμi to¸n thø hai do cÇn thiÕt thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n kü thuËt vÒ ¸p lùc lªn nh÷ng c«ng tr×nh chÞu t¸c ®éng sãng. §· chØ ra r»ng −íc l−îng c¸c sãng cùc trÞ (lÆp l¹i 1 lÇn trong 50 vμ 100 n¨m) tin cËy nhÊt cã thÓ nhËn ®−îc kh«ng ph¶i trªn c¬ së tÝnh to¸n sãng trong mét sè trËn b·o lùa chän riªng lÎ, mμ nhê thùc hiÖn tÝnh to¸n liªn tôc trong mét thêi kú lÞch sö dμi. §ång thêi ph¶i l−u ý r»ng, kh¶ n¨ng thùc tÕ hiÖn thùc ho¸ c¸c bμi to¸n thùc tÕ phô thuéc kh«ng nh÷ng vμo chÊt l−îng c¸c m« h×nh to¸n, mμ cßn vμo mét lo¹t nh÷ng hoμn c¶nh kh¸c bao gåm tr−íc hÕt ®é chÝnh x¸c th«ng tin xuÊt ph¸t ®−îc dïng trong tÝnh to¸n. Sai sè cña th«ng tin xuÊt ph¸t th−êng lμm cho nç lùc cña c¸c nhμ khoa häc h−íng tíi hoμn thiÖn c¸c m« h×nh sãng giã trë nªn v« väng. V× vËy, trong khi gi¶i quyÕt nh÷ng bμi to¸n thùc tÕ nªn sö dông c¸ch tiÕp cËn cã c©n nh¾c, th©u tãm toμn diÖn sù phøc t¹p cña vÊn ®Ò. Trong nhiÒu bμi to¸n khoa häc vμ thùc tÕ n¶y sinh yªu cÇu x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ yÕu tè sãng ë mét vïng côc bé nμo ®ã thËm chÝ ë mét ®iÓm riªng biÖt. DÔ hiÓu r»ng trong tr−êng hîp ®ã vÉn ph¶i gi¶i mét bμi to¸n chung h¬n, v× tr−êng sãng t¹i mçi ®iÓm ®−îc h×nh thμnh võa do kÕt qu¶ t¸c ®éng cña nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Þa ph−¬ng, võa do sù ph¸t triÓn cña sãng trªn toμn thñy vùc biÓn. ë ®©y xuÊt hiÖn vÊn ®Ò x©y dùng c«ng nghÖ tÝnh sãng 541 542 sao cho: mét mÆt th©u tãm ®−îc toμn bé tËp hîp c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong khÝ quyÓn vμ trong ®¹i d−¬ng ¶nh h−ëng tíi sù ph¸t triÓn sãng giã, mÆt kh¸c ®ñ ®¬n gi¶n ®Ó cã thÓ thùc hiÖn trong khi gi¶i quyÕt nhiÒu nhiÖm vô kü thuËt. Víi môc ®Ých ®ã, trong chuyªn kh¶o ®· m« t¶ mét m« h×nh tæng qu¸t vÒ sãng giã cã tÝnh tíi sù biÕn ®éng kh«ng gian-thêi gian ®a quy m« cña tr−êng sãng vμ thèng nhÊt c¸c tr−êng hîp riªng cña lêi ph¸t biÓu bμi to¸n ®Çy ®ñ. M« h×nh tæng qu¸t cho phÐp t¸i t¹o bøc tranh ph©n bè kh«ng gian c¸c yÕ