intTypePromotion=4
Array
(
    [0] => Array
        (
            [banner_id] => 142
            [banner_name] => KM3 - Tặng đến 150%
            [banner_picture] => 412_1568183214.jpg
            [banner_picture2] => 986_1568183214.jpg
            [banner_picture3] => 458_1568183214.jpg
            [banner_picture4] => 436_1568779919.jpg
            [banner_picture5] => 
            [banner_type] => 9
            [banner_link] => https://tailieu.vn/nang-cap-tai-khoan-vip.html
            [banner_status] => 1
            [banner_priority] => 0
            [banner_lastmodify] => 2019-09-18 11:12:29
            [banner_startdate] => 2019-09-12 00:00:00
            [banner_enddate] => 2019-09-12 23:59:59
            [banner_isauto_active] => 0
            [banner_timeautoactive] => 
            [user_username] => minhduy
        )

)

Xây dựng mô hình trường gió trong bão và ứng dụng mô hình mô phỏng cơn bão fritz

Chia sẻ: Nguyễn Văn H | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
7
lượt xem
0
download

Xây dựng mô hình trường gió trong bão và ứng dụng mô hình mô phỏng cơn bão fritz

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày về mô hình trường gió trong mô hình SLOSH, mô hình được mô phỏng với nhiều vĩ độ khác nhau nhằm tìm liên hệ giữa áp suất tâm bão và vận tốc gió cực đại theo vĩ độ, hay còn gọi là liên hệ áp suất-vận tốc. Mô hình trường gió trong bão được ứng dụng mô phỏng cơn bão fritz đổ bộ vào Đà Nẵng từ ngày 20 đến ngày 25 tháng 09 năm 1997.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Xây dựng mô hình trường gió trong bão và ứng dụng mô hình mô phỏng cơn bão fritz

Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRƯỜNG GIÓ TRONG BÃO VÀ ỨNG<br /> DỤNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CƠN BÃO FRITZ.<br /> Lưu Trí Anh*, Võ Duy Long*, Trần Thu Tâm**<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Mô hình trường gió trong mô hình SLOSH (Sea, Lake, and Overland Surges from Hurricanes)<br /> xây dựng bởi Jelesnianski (1973) [5] được nghiên cứu và đơn giản hóa để giải trực tiếp góc lệch<br /> hướng tâm. Các tham số đầu vào như vận tốc gió cực đại, kích thước cơn bão, bán kính đến vận<br /> tốc gió cực đại được lựa chọn trong nghiên cứu để thiết lập mô hình. Mô hình được mô phỏng với<br /> nhiều vĩ độ khác nhau nhằm tìm liên hệ giữa áp suất tâm bão và vận tốc gió cực đại theo vĩ độ,<br /> hay còn gọi là liên hệ áp suất-vận tốc. Liên hệ này được hiệu chỉnh với liên hệ áp suất-vận tốc tìm<br /> được từ số liệu thực của trung tâm khí tượng chuyên về bão Tokyo RSMC (Regional Specialized<br /> Meteorological Center Tokyo) trong khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương. Mô hình trường gió trong<br /> bão được ứng dụng mô phỏng cơn bão Fritz đổ bộ vào Đà Nẵng từ ngày 20 đến ngày 25 tháng 09<br /> năm 1997.<br /> Từ khóa: Mô hình tham số gió, trường gió bão, liên hệ áp suất-vận tốc, số liệu best-track<br /> <br /> THE CONTRUCTION  OF THE WIND FIELD MODEL AND  THE<br /> ITS  APPLICATION  IN STIMULATING  THE FRITZ STORM<br /> ABSTRACT<br /> The wind field model belongs SLOSH model (Sea, Lake, and Overland Surges from<br /> Hurricanes) was built by Jelesnianski (1973) [5]. This model was studied and simplified to resolve<br /> direction of axial angle. The parameters input of model such as maximum wind speed, size of<br /> storm, radius of maximum wind speed are chosen to set up model. Model is simulated with different<br /> latitude to determine the relationship between central pressure and maximum wind speed. The<br /> relationship from model is compared with the relationship from data which collected from best track<br /> data of Tokyo RSMC ( Regional Specialized Meteorological Center Tokyo) in North-West Pacific.<br /> The wind field model is applied to simulate the Fritz storm which impact Danang from 20 to 25<br /> September in 1997.<br /> Keyworlds: The parameters wind field, wind field, relationship beteween central pressure<br /> – maximum wind speed, best track data.<br /> *<br /> **<br /> <br /> ThS. Phòng thuỷ - hải văn công trình, Viện Vật Lý Thành Phố Hồ Chí Minh<br /> GV. Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh<br /> <br /> 96<br /> <br /> Xây dựng mô hình . . .<br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Trường gió và trường áp suất là số liệu<br /> đầu vào của các mô hình tính sóng và mô hình<br /> nước dâng. Những số liệu này thường được lấy<br /> từ các mô hình toàn cầu có độ phân giải lớn (10<br /> x 10) gần bằng kích thước của một cơn bão. Vì<br /> vậy mô hình trường gió đơn giản SLOSH [5]<br /> được xây dựng để thiết lập trường vận tốc gió<br /> trong bão. Hơn nữa, mô hình mô phỏng cơn<br /> bão chính xác hơn bằng cách xác định được<br /> góc lệnh hướng tâm của vận tốc gió.<br /> Trường vận tốc gió trong bão được mô<br /> phỏng với những vận tốc gió khác nhau để<br /> xác định liên hệ áp suất - vận tốc, mối liên<br /> 2. Mô hình trường gió trong bão<br /> Phương trình cơ bản:<br /> <br /> hệ này được so sánh với liên hệ áp suất- vận<br /> tốc từ số liệu thực của trung tâm khí tượng<br /> chuyên về bão Tokyo. Mối liên hệ tổng quát<br /> có dạng như phương trình (1)<br /> (1)<br /> <br /> Wm=C(pn-pc)n<br /> Wm: vận tốc gió cực đại (m/s), C và n: các<br /> tham số kinh nghiệm, pn, pc: áp suất khí quyển<br /> trong điều kiện bình thường và áp suất tại tâm<br /> bão (mb).<br /> Phương trình (1) là dạng tổng quát về liên<br /> hệ áp suất- vận tốc. Các nghiên cứu về mối<br /> liên hệ này trong khu vực Tây Bắc Thái Bình<br /> Dương và trên thế giới giới được tìm thấy<br /> trong báo cáo của Harper (2002) [1]<br /> <br /> 1 dp ksW 2<br /> dW<br /> =<br /> −W<br /> (Dọc theo quỹ đạo),<br /> r dr sin f<br /> dr<br /> <br /> (2)<br /> <br /> 1 dp<br /> W2<br /> df<br /> cos f =<br /> f .W +<br /> cos f − W 2<br /> sin f + knW 2 (Vuông góc quỹ đạo),<br /> r dr<br /> r<br /> dr<br /> <br /> (3)<br /> <br /> trong đó r là bán kính tính từ tâm bão, f là tham số Coriolis, p(r) trường áp suất tính từ tâm<br /> bão, f(r) là góc lệch hướng tâm tính từ tâm bão, W(r) trường vận tốc gió. r là mật độ không khí<br /> (1.225 kg/m3).<br /> ks và kn là các hệ số ma sát theo mỗi phương và được xác định bằng phương trình (4)<br /> 1/2<br /> <br />  10−4.Rw <br /> =<br /> =<br /> k s 1,15<br /> kn a <br /> <br />  0,3Wm + 60 <br /> <br /> <br /> <br /> (4)<br /> <br /> Rw là bán kính đến vận tốc gió cực đại có đơn vị là miles (1 miles = 1 609.344 m), Wm vận<br /> tốc gió cực đại xác định bằng miles trên giờ (1 mph= 0.447 m/s), hệ số a= 1 cho trường hợp đại<br /> dương và a = 4 22 / Rw cho trường hợp hồ.<br /> Hai phương trình (2) và (3) dùng để xác định ba biến W(r), f(r), p(r), do vậy Jelesnianski<br /> đưa thêm giả thuyết về phân bố vận tốc gió để giải hệ phương trình ba biến [5].<br /> W (r ) = Wm<br /> <br /> 2 Rw .r<br /> Rw2 + r 2<br /> <br /> <br /> <br /> (5)<br /> <br /> <br /> <br /> (6)<br /> <br /> Từ phương trình (2) và phương trình (3) ta được<br /> sin f =<br /> <br /> ksW<br /> f<br /> W dW kn .W<br /> df<br /> + +<br /> +<br /> − W tan f<br /> dr<br /> cos f r dr cos f<br /> 97<br /> <br /> Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> df<br /> trong phương trình (6) gây mất ổn định cho lời giải của phương trình, tuy nhiên<br /> dr<br /> có thể bỏ qua số hạng này cho lời giải giải xấp xỉ f bằng phương trình (7).<br /> k sW<br /> sin f =<br /> <br /> (7)<br /> f<br /> W dW kn .W<br /> + +<br /> +<br /> dr cos f<br /> cos f r<br /> <br /> Số hạng<br /> <br /> số hạng đạo hàm dW/dr được tính bằng giải tích từ phương trình (5)<br /> Rw2 − r 2<br /> dW (r )<br /> = 2Wm Rw<br /> <br /> 2<br /> 2 2<br /> dr<br /> (R + r )<br /> <br /> (8)<br /> <br /> w<br /> <br /> Phương trình (7) được giải trực tiếp tại mỗi giá trị r. Kết quả so sánh góc lệch hướng tâm f<br /> khi giải bằng phương trình (6) và phương trình (7) được trình bày trên hình (1)<br /> 2.1. Lựa chọn các thông số.<br /> Áp suất ngoại biên và kích thước cơn<br /> bão: Áp suất bên ngoài cơn bão trong điều<br /> kiện khí quyển ở trạng thái bình thường được<br /> lấy bằng 1010 hPa trong khu vực Tây Bắc Thái<br /> Bình Dương (Holland, 2008)[3]. Kích thước<br /> của cơn bão được lấy theo thống kê trung bình<br /> của Liu và Chan (1999) ở khu vực Tây Bắc<br /> Thái Bình Dương, trung bình 3.7 độ (410km)<br /> Vận tốc gió cực đại và áp suất tâm bão:<br /> Từ hệ phương trình chủ đạo của mô hình<br /> SLOSH, vận tốc gió cực đại được xác định từ<br /> áp suất tâm bão hay ngược lại. Vì vậy mô hình<br /> chỉ cần một trong hai tham số này, vì lý do này<br /> vận tốc gió cực đại được chọn với những cấp<br /> gió khác nhau theo thang vận tốc gió Bea fourt.<br /> Bán kính đến vận tốc gió cực đại: Tham<br /> <br /> số này không có sẵn trong số liệu thực đo. Vì<br /> vậy bán kính đến vận tốc gió cực đại được chọn<br /> là 47 km trong khu vực Tây Bắc Thái Bình<br /> Dương theo nghiên cứu của Hsu và Zhongde<br /> Yan [4]. Ngoài ra bán kính đến vận tốc gió cực<br /> đại cũng được xác định theo công thức của<br /> H.E.Willoughby và M.E.Rahn (phương trình<br /> 9) [10]. Cả hai lựa chọn này được thiết lập tính<br /> toán trong mô hình nhằm đưa ra bán kính đến<br /> vận tốc gió cực đại tốt nhất dùng để thiết lập<br /> cho mô hình. Kết quả tính toán cho thấy bán<br /> kính đến vận tốc gió cực đại lấy trung bình 47<br /> km tốt hơn so với công thức thực nghiệm của<br /> H.E.Willoughby and M.E.Rahn (Hình 4) vì<br /> đường liên hệ áp suất vận- tốc gió từ Rw trung<br /> bình gần với đường liên hệ áp suất- vận tốc từ<br /> số liệu thực hơn.<br /> <br /> <br /> Rw = 46.29exp(-0.0153Wm+0.0166j)<br /> 0<br /> Vĩ độ: Khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương chọn 30 vĩ để thiết lập mô hình.<br /> <br /> (9)<br /> <br /> 2.2. Kết quả của mô hình trường gió trong bão.<br /> Trong Hình 4, hai đường chấm gạch<br /> bên ngoài của chùm số liệu biểu thị<br /> độ tin cậy 95% của số liệu thực. Các<br /> đường B6, B7… biểu thị thang sức gió<br /> <br /> Beaufort. Mô hình cho kết quả khá tốt<br /> liên hệ áp suất vận tốc trong khu vực<br /> Tây Bắc Thái Bình Dương khi so sánh<br /> với số liệu thực.<br /> 98<br /> <br /> Xây dựng mô hình . . .<br /> <br /> Khoảng cách từ tâm bão r/ Rw<br /> Hình 3: Trường áp suất p(r) ứng với vận tốc gió cực đại<br /> khác nhau từ 5m/s đến 60 m/s.<br /> <br /> Áp suất tại tâm [hPa]<br /> Hình 4: So sánh liên hệ áp suất vận tốc gió từ kết quả mô<br /> hình và từ số liệu thực đo.<br /> <br /> 3. Liên hệ áp suất- vận tốc từ số liệu thực.<br /> <br /> 4. Mô phỏng cơn bão Fritz đổ bộ vào<br /> miền trung Việt Nam.<br /> Khu vực được chọn trong nghiên cứu có<br /> toạ độ (100N-16.50N; 106.70E-110.90E). Địa<br /> hình đáy được down từ trang web GTOPO30<br /> (Global Topographic Data), trường vận tốc<br /> gió đầu vào sử dụng mô hình trường gió trong<br /> bão đã xây dựng. Mô hình tính trường sóng<br /> Swan được chọn để mô phỏng trường sóng<br /> hình thành bởi cơn bão Fritz từ ngày 20 đến<br /> 25 tháng 9 năm 1997. Trong báo cáo này, mô<br /> hình Swan không được trình bày cụ thể.<br /> <br /> Số liệu lịch sử của các cơn bão trong<br /> khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương từ năm<br /> 1977 đến năm 2010 được sử dụng. Có tất cả<br /> 20293 cặp số liệu (W­m, pc) được mô phỏng<br /> trên Hình 4. Sử dụng phương trình dạng (1),<br /> kết quả đường liên hệ áp suất- vận tốc khu<br /> vực Tây Bắc Thái Bình Dương được trình<br /> bày bằng phương trình 10, với hệ số tương<br /> quan R2= 0.9395<br /> Wm=4.919(1010-pc)0.5204(10)<br /> <br /> 99<br /> <br /> Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> Hình 9: So sánh độ cao sóng có nghĩa từ kết quả mô hình Swan và số liệu thực đo<br /> 100<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

YOMEDIA
Đồng bộ tài khoản