Cở sở phương pháp mô hình hóa trong hải dương học chương 5 - Đinh Văn Ưu

Những ứng dụng của kết quả phân tích hệ thống đối với môi trường biển chủ yếu cung cấp cho chúng ta các mô tả toán học của các hệ thống biển tự nhiên. Điều này được cụ thể hoá thông qua việc lựa chọn các biến trạng thái và các tham số điều khiển cùng với các phương trình tiến triển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cở sở phương pháp mô hình hóa trong hải dương học chương 5 - Đinh Văn Ưu CHƯƠNG 5. THAM SỐ HOÁ, KIỂM ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH KHUYẾCH TÁN 5.1. PHƯƠNG HƯỚNG TRIỂN KHAI MÔ HÌNH Những ứng dụng của kết quả phân tích hệ thống đối với môi trường biển chủ yếu cungcấp cho chúng ta các mô tả toán học của các hệ thống biển tự nhiên. Điều này được cụ thể hoáthông qua việc lựa chọn các biến trạng thái và các tham số điều khiển cùng với các phương trìnhtiến triển. Những phương trình này có thể ở trong dạng tổng quát phương trình khuyếch tán đãđược trình bày tóm lược trong các bảng tương ứng. Kết quả mô tả toán học này cần được gắn liền với cơ sở dữ liệu bao gồm các dữ liệulịch sử, các dữ liệu quan trắc chuyên ngành (các đài trạm khí tượng, hệ thống kiểm soát ônhiễm, các chuyến khảo sát và nghiên cứu quốc tế, …). Các cơ sở dữ liệu cung cấp những thông tin cho phép khẳng định các phép tham số hoá,kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình theo các hướng sau: a) nghiên cứu tương quan giữa các biến nhằm đánh giá các quan hệ tồn tại trong môhình từ đó cho phép loại trừ những mối liên kết không cần thiết, b) nghiên cứu bậc đại lượng của các hạng thức nhằm chỉ ra các quá trình và các biến cóthể bỏ qua, c) phân tích độ nhạy cho phép đánh giá mức độ chính xác cần thiết phục vụ lựa chọn cụthể các biến trạng thái và các quy luật tương tác, d) trao đổi với những người sử dụng mô hình cho phép làm rõ các mục tiêu cụ thể vàmức độ chính xác cần thiết đối với các dự báo phù hợp với các vấn đề đặt ra cho mô hình nhằmtránh được những phức tạp hoá vô ích và tốn kém. Do những mâu thuẫn giữa phương thức mô tả toán học của hệ thống và cơ sở dữ liệu,yêu cầu đặt ra đối với các mô hình là phải bổ sung các điều kiện thích ứng của khu vực nghiêncứu. Nhìn chung các mô hình riêng loại này thường đơn giản hơn so với các mô hình nguyênlí ban đầu. Xuất phát từ tính chất cụ thể đó chúng không thể áp dụng ngay khi chuyển từ mộttrạng thái này sang một trạng thái khác mà cần có những bổ sung và hiệu chỉnh phù hợp. 74 Việc kết hợp giữa phân tích kết quả kiểm định mô hình và các cơ sở lí thuyết cho phépkhẳng định và lựa chọn các tham số, các giả thiết và từ đó có thể bổ sung hoàn thiện và mở rộngkhả năng ứng dụng của mô hình. 5.2. THAM SỐ HOÁ, KIỂM ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CÁC THAM SỐKHUYẾCH TÁN RỐI THUẦN THUẦN TÚY Điều hiển nhiên trong xây dựng mô hình là sự không cần thiết phải mô tả các nhiễuđộng nhỏ của môi trường tự nhiên. Những biến động mà chu kì đặc trưng nhỏ hơn nhiều so vớihiện tượng cần nghiên cứu thường không có í nghĩa và có thể chỉ giới hạn ở giá trị trung bìnhcác biến trạng thái trong một chu kì thời gian lựa chọn nhằm loại trừ các nhiễu động đó màkhông gây tác động đến các quá trình cơ bản. ó lẽ phải thừa nhận sự không cần thiết phải mổ xẻcác biến đổi của môi trường tự nhiên với thời gian phản ứng nhỏ hơn vài phút (τ ≤ 102 s) vàtổng hợp các tác động của các xoáy rối vi mô với thời gian đặc trưng nhỏ hơn thời gian phảnứng. Khi tiến hành lấy trung bình các phương trình, các nhiễu động sẽ bị mất trong các sốhạng tuyến tính nhưng trong các số hạng phi tuyến lại được tăng cường, các tác động mới nàycần được tham số hoá. Các xoáy được xử lí chủ yếu thuộc về rối vi mô và tại một khoảng cách nhất định tínhtừ đáy và bờ chúng sẽ mang tính chất đồng nhất và đẳng hướng.Các khuyếch tán rối trongtrường hợp này sẽ như nhau theo cả 3 hướng vì vậy có thể sử dụng lí thuyết của Kolmogorov. Theo lí thuyết đó, nếu τ là thời gian đặc trưng của xoáy lớn nhất và l là kích thước củanó thì ta có thể viết l ~ ε 1 / 2τ 3 / 2 (5.1) ~ ν ~ ετ 2 (5.2)trong đó ε (m2.s-3) là tốc độ truyền năng lượng theo quy luật bậc thang. Chúng ta có thể đánh giá trên thí dụ sau: trong khí quyển trong biển hay trong sông τ ~ 102 s τ ~ 102 s ε ~ 10-3 m2.s-3 ε ~ 10-6 m2.s-3 l ~ 30 m l~1m ~ ~ ν ~ 10 m2.s-1 ν ~ 10-2 m2.s-1 Thành phần khuyếch tán rối vi mô đối với tất cả các biến có thể viết trong dạng 75 ∂ ~y ∂y ∂ ~y ∂y ∂ ~y ∂y ~ ∇.(λ y ∇y ) = (λ (λ (λ )+ )+ ) ∂x1 ∂x1 ∂x2 ∂x2 ∂x3 ∂x3 Nếu l1, l2 và l3 là các độ dài đặc trưng tương ứng sự biến đổi của y theo các hướng x1, x2và x3. cá ...