Báo cáo nghiên cứu khoa học Xây dựng mô hình đối xứng tựa cân bằng để nghiên cứu sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới

Bài báo này mô tả mô hình đối xứng tựa cân bằng đơn giản để nghiên cứu lý tưởng sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới. Mô hình được xây dựng trên tích phân phương trình xu thế gió tuyến tuyến trên hệ tọa độ bán kính-độ cao. Hoàn lưu thứ cấp được xác định bằng cách giải phương trình Saywer-Eliassen với một nguồn đốt nóng cho trước tọa độ bán kính thế-độ cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học " Xây dựng mô hình đối xứng tựa cân bằng để nghiên cứu sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới "Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80 Xây dựng mô hình đối xứng tựa cân bằng để nghiên cứu sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới Bùi Hoàng Hải*, Nguyễn Quang Trung 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. Bài báo này mô tả mô hình đối xứng tựa cân bằng đơn giản để nghiên cứu lý tưởng sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới. Mô hình được xây dựng trên tích phân phương trình xu thế gió tuyến tuyến trên hệ tọa độ bán kính-độ cao. Hoàn lưu thứ cấp được xác định bằng cách giải phương trình Saywer-Eliassen với một nguồn đốt nóng cho trước tọa độ bán kín h thế-độ cao. Mô hình đã mô phỏng một trường hợp xoáy thuận nhiệt đới lý tưởng không có ma sát bề mặt và nguồn nhiệt cố định trên bán kính thế. Mô phỏng đã nắm bắt được nhiều đặc trưng thú vị của quá trình tiến triển của một xoáy thuận nhiệt đới. Mô hình c ó thể được phát triển tiếp và sử dụng trong các nghiên cứu lý tưởng về sự tiến triển, tăng cường xoáy thuận nhiệt đới. Từ khóa: Xoáy thuận nhiệt đới, bão, phương trình Saywer-Eliassen.1. Mở đầu* mô hình ngày các phức tạp với độ phân giải ngày càng cao để có thể cải thiện chất lượng dự Bài toán dự báo cường độ xoáy thuận nhiệt báo, để rút ra được các hệ quả và cơ chế lạiđới (XTNĐ) vẫn tiếp tục thách thức cả các nhà không dễ dàng do chính sự phức tạp của các môdự báo và nghiên cứu thời tiết. Khác với trường hình lại tạo ra. Về vấn đề này, James (1994) [3]hợp xoáy trong chất lỏng đồng nhất, XTNĐ và đã viết “Thực chất mục tiêu của mô hình hóabài toán dự báo sự tăng cường của nó phức tạp khoa học để nhằm tách biệt các cơ chế ngẫuhơn nhiều do bản chất đối lưu và sự tương tác quan trọng khỏi các cơ chế ngẫu nhiên. Sự phứccủa đối lưu với hoàn lưu qui mô lớn hơn tạp hóa toàn diện không phải là mục đích của(Marks và Shay, 1998)[1]. Trong vài thập kỳ mô hình hóa mà là thừa nhận sự thất bại”. Ởvừa qua, sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ tính đây chúng ta hiểu các quan điểm ở trên áp dụngtoán đã cho phép mô phỏng xoáy thuận nhiệt cho mục đích khoa học, trong khi đó với mụcđới bằng các mô hình số với độ phân giải rất đích ứng dụng, sự phức tạp hóa các mô hình làcao. Tuy vậy, vẫn còn những câu hỏi chưa trả không tránh khỏi.lời được về bản chất động lực học và nhiệt động Những nghiên cứu ban đầu về sự tănglực học (Davis và nnk. 2008)[2]. Trong khi các cường XTNĐ dựa trên giả thiết là hoàn lưu sơ_______ cấp (hay hoàn lưu trung bình theo phương vị) Tác giả liên hệ. ĐT: 0989812022. của nó ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh và cân E-mail: haibh@vnu.edu.vn 7172 B.H. Hải, N.Q. Trung / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 71 -80bằng gió gradient. Giả thiết này cho phép tính thời gian, đối xứng trục sử dụng hệ tọa độ trụ tựđược hoàn lưu thứ cấp khi cho trước các quá nhiên (bán kính-độ cao). Một mô hình như vậytrình có vai trò làm mất cân bằng của hoàn lưu sẽ giúp ích cho việc khảo sát các vấn đề cơ bảnsơ cấp, chẳng hạn sự đốt nóng đoạn nhiệt và ma trong sự tiến triển và tăng cường của XTNĐ.sát với bề mặt. Shapiro and Willoughby (1982)[4] đã sử dụng mô hình của Eliassen (1951) [5] 2. Mô hình đối xứng tựa cân bằngđể tính hoàn lưu thứ cấp gây ra bởi các nguồnđiểm nhiệt và động lượng. Tuy các giả thiết là 2.1. Các phương trình cơ bảnđơn giản, các tác giả có thể giải thích được sựco lại của thành mây mắt bão do xu thế gió tiếp Phương trình dự báo duy nhất của mô hìnhtuyến có giá trị lớn nhất nằm phía trong bán là phương trình xu thế gió tiếp tuyến, viết trênkính gió cực đại. Molinari và nnk. (1993) [6] tọa độ trụ bán kính-độ cao (r,z) có dạng:cũng sử dụng mô hình của Eliassen trong các v v v uv (1)nghiên cứu với số liệu thực. Các số hạng nguồn u w fu F t r z rđược tính toán bằng cách lấy trung bình theophương vị từ số liệu lưới của Trung tâm dự báo trong đó u là thành phần gió bán kính, v làhạn vừa châu Âu (ECMWF). Các kết quả nhận thành phần gió tiếp tuyến, f là tham số Coriolis, r là bán kính, F là nguồn động lượngđược cho thấy cân bằng gió gradient được xấpxỉ khá tốt ở ngoài lớp biên. Các tác giả cho (do các quá trình khuếch tán rối hay ma sát).rằng, nghiệm cân bằng của mô hình Eliassen là Nghiên cứu này chưa xét đến ảnh hưởng củamột công cụ khá hữu ích để nghiên cứu số liệu ma sát bề mặt, do vậy nguồn động lượng ở đâymôi trường thực của các XTNĐ, ngay cả đối chỉ là khuếch tán rối. Như đã chỉ ra bởi cácvới các cơn bão di chuy ...