Đặc trưng loạn lưu lớp khí quyển sát đất tại một số điểm thuộc tây nguyên

BO GIAO DUG VA DAO TAO
T R U ( J N G DAI H O C

TO'NG HQI'

HOANG XUAN

HA N O I

CO

DAC TRUNG LOAN LUU LOT KHI QUYEN
S A T DAT TAI MOT SO' DIEM THUOC
T A Y NGUYEN
U .-r-

C^.,

-.^

Chuycn ngcinh : Khf tucrng
Ma so
: 01.07.09

Lu^Tn tin rh6 ticn sT Khoa hoc Dia ly - I3ia chat

T^np the hu'cfng dan :
1. PGS.PTS. Phpm N g o c H o

2. FGS.nS.

H^ noi 19f)4

Lc Dinh Q u a n g


MUC LUC
Trainfi

Md dau

1

Childng I: Khai quat ve l6p khi quyen nat dat
(LKQSD) va

nghlen c{lu loon lilu LKQSD

6

ChUdng II: PhUdng phap nghien ci'lu va oci nd so lieu

23

II. 1.: Cac pliUdng trlnh va he thdc cd ban

23

11.2.: PhUdng phap nghien cilu

30

II.3.: Cd sd so lieu

32

ChUdng III: Dae diem loan liiu l6p khi quyen sat dat
tai mot so diem thupc Tay Nguyen
III.l.: Dieu kien dia ly khu vUc

37
37

1.: Dieu kien dia hinh Tay Nguyen

38

2.: L6p phu thUc vat

39

3.: Dieu kien khi hau Tay Nguyen

42

III.2.: Profil cac yeu to khi tUOng

50

1.: Dang profil luy thUa cua toe do gio

51

2.: Mo hinh loga tong quat cua Buduko

53

3.: Mo hinh Laikhtman

58

4.: Mo hinh Monhin-Obukhov

60

5.: Mo hinh loga tuyen tinii

63

III.3.: Cac dai lUdng dae trUng cho
loan lUu I6p khi quyen sat dat

65

1.: Toe do dong luc u^*-

65

2.: Dai lU0ng dac trUnR cho phan tang nhiet

70

3. : He ^'^o loan lUu ki

72


4. : Do go ghe Zo

75

5.: Dong

76

nhiet va dong am loan lUu

ChUdng IV: NhUng bai to4n {ing dyng

80

IV. 1.: Bai toan xac dinh cac <^hc trUng
nhiet am cua mat dem

81

IV.2.: Bai toan xac dinh cd sd khoa hoc cho viec
che chan nang va tu6i tieu hOp li cho cay
trong

89

IV.3.: Bai toan Ian truyen chat o nhiem trong
khi quyen
Ket luan
Tai lieu tham khao

93
97
100


MO DAU
L6p khi quyen sat dat (LKQSD)
(chl den do cao vai chuc met) nhUng

la l6p tuy rat mong

dong vai tro quan

trong nhieu llnh vUc kinh te, dc5i song. Day la l6p
chlu anh hUdng va

tac dong trUc

xuyen eo sU trao doi
khi quyen nay,
va khong
nhiet do,

tiep cua mat

dem va thUcSng

nhiet am v6i mat dem. Vi

vay trong l6p

ro ret.

Bien trinh

ngay cua toe dp gio,

do am . . . the hien ro hdn,

chung CO gia tri l6n

gradien thang dxlng cua

hdn nhieu Ian so v6i cac

tren cao. Chuyen dong cua

ma sat phan

ma sat loan
tU (trxl l6p

khoang 1cm ngay sat mat dat - l6p

rat mong c6

be day

nh6t dem). L6p KQSD la moi

nhieu loai dong thUc

vat va la ndi

ban cua con

nghien

mot so nu6c da duoc tien

LKQSD d

quyen nay

luu c6 gia tri l6n

nhUng boat dong cd
CLIU

l6p khi quyen

khong khi trong l6p khi

ro rang la chuyen dong roi,

tru6ng song cua

khi quyen

cac yeu to khi tUOng thay doi theo thcJi glan

gian rat

hdn han so v6i

trong

ngudi. Chinh vl

vay,

dien ra
viec

hanh til rat lau

va da thu duOc nhieu ket qua. NhUng nguyen ly cd ban cung nhU
nhUng ket

qua nghien

cilu cy

the I6p KQSD da dUcJc trlnh bay

trong nhieu cong trinh khoa hoc ma mot
duOc trinh

bay trong

phan

tai

phan rat nho trong do

lieu tham

viec nghien cOu LKQSD chUa nhieu, chu yeu
ciJlu vi khi hau txlng

khao. 0

nu6c ta

ket hdp v6i nghien

khu vUc. Nguyen nhan cua

hien tUOng nay

la do chung ta thieu may moc, phUdng tien quan trac hien dai,
ngoai ra do chUa thay het tam quan
l6p khi quyen nay.

trong cua viec nghien cvlu


De

thay ro

KQSD, chung ta

hdn y

nghla cua

xet quy mo

nghien cdu loan luu l6p

cua cac hien

khi quyen. Cac hien tUOng quy mo l6n
theo doi

va nghien

hien tUOng loai nay

ctlu t\X

bo trong va ngoai

ckc

vuc du bao thcJi

nha

c6 the Ik

mot phan chau lye

quy mo nho hdn va ket

lao trong viec giai quyet cac

bai toan thUc te. Neu nhU klch thu6c
tUgJng quy mo l6n

khong gian cua cac hien

mot ban cau,

thi klch thu6c

mot

ho nho....

Kich thu6c

ch^u luc hoac

cac hien tUOng

CO the chl la khong gian bao quanh mot qua doi,
hay mot

tiet va

khoa hoc con quan tam,

nghien ciJu cac hien tUOng khi quyen c6
qua dat duOc da c6 y nghla l6n

qua trong thUc

cac cong trinh da duOc cong

nu6c ve cac llnh

khi hau. Th6i gian gan day,

Ket qua nghien cOu cac

dung c6 hieu

tien. Co the thay ro dieu do qua

trong

va vua da duOc quan sat

rat lau.

da duOc ap

tU0ng xay ra

thcli gian

quy mo nho
mot vUcJn cay

dac trUng cua cac

hien tUOng quy mo l6n cung vU0t rat nhieu Ian kich thu6c
gian dac trUng cua

cac hien tUOng

eu the hdn quy

mo cac hien tudng

CO the dung sd

do sau

day ve

quy mo nho.

De hinh dung

xay ra trong khi

cac kich thu6c

thbl

quyen ta

dac trung cua

chung do Orlanski dua ra tren hinh 1.

Tvl hinh 1

cho thay:

nhUng hien

tUdng nhU loan

trong I6p KQSD v6i

kich thu6c ngang khong qua 3km

thcJi gian

gicJ

du6i

Nhiing

hien tUOng

tU0ng.

NhU vay,

1

dudc

nay chlnh
viec

coi
la doi

nghien cUu

luu

va quy mo

la hien tUOng quy mo nho.
tUdng cua

tang khi

nganh vi khi
quyen bien noi


Quy mo t h c J i
1 thang

1 ngay

gian

1 gi6

1 phut

1 giay
Quy mo
v\jla «

I front}
! bao :
I *^um may
Igiong, tkc
Jdong D.ly

200km

Quy mo

Vila B

- 20km
;T6,h.{ing 1
[ t h a n h phoI

Quy mo
vijla K

— 2km
Quy mo
nho «

!L. b i e n ;
Maytich!
200m

Quy mo
nho B
- 20m
L6p KQSD
Vet k h o i

2m

0. 2m

Loan l u u
cd hoc

2cm

Loan lUu
chinh ap

Quy mo
nho ^

Quy mo
nho tV

2mm
Hinh 1

Phan loai cac hien tUOng khi quyen theo quy
mo thcJi gian va quy mo khong gian ngang.
Theo [46].

chung va l6p KQSD noi rieng c6
c{lu cac

hien

tUdng

nganh nghien cOu

quy

mo

lien quan chat che v6i nghien
nho.

tang khi quyen

Dieu do cung c6 nghla la

bien va nganh

vi khi tUdng

trong thUc te chl la mot.

De nghien c{lu
doi, quan

trac va

cac hen tUdng

khao sat

quy mo l6n

chung tren

pham vi

ta phai theo

khong gian


rong I6n va trong khoang thcJi glan dai.
quan trfeic khi tUOng
rat lau
trUng

va hien
cua hien

cd hanh tinh

nay van

blnh trong th6i gian

mo l6n

dai nhU gia

gia trl trung blnh mua,

ly

dUng each day

tuc boat
la nhUng

dong. Cac dac
dac trUng trung

trl trung blnh

nhieu nam,

thang..., trong khi do, doi v6i hien

tUOng quy mo nho ta phai chu y
dai lUdng vat

da duOc xay

dang tiep

tU0ng quy

Vi vay mot mang lu6i

dac

trUng

t6i gia trl tile thcii cua cac
hoac

gia trl trung blnh trong

khoang thcJi gian ngan.

NhU vay,

de nghien cOu cac hien

phai tien hanh quan trac
khong glan,

cac yeu to dac trUng

ctlu cac hien

tUOng quy mo

moc nay rat hien dai v6i quan tinh
tien vi vay ehUa duoe
gap

trong pham vi

thc5i gian va bang phUdng tien may moc khao nhieu

so v6i khi nghien

thu6ng

tUOng quy mo nho ta

khi

l6n. NhUng may

nho va nhin chung rat dat

sU dung rong rai. Day la

nghien

cdu

cac

mot kho khan

hien tUOng quy mo nho noi

chung va nghien cijlu loan luu l6p KQSD noi rieng.

Tuy gap nhieu kho khan nhu vay song trong luan
chung toi CO gang tlm hieu, giai quyet

mot eo van

an nay

de dat ra

trong nghien euu l6p khi quyen sat dat no chung va ap dyng cy
the cho vung Tay Nguyen noi

rieng. NhUng

noi dung ehlnh cua

luan an bao gom:
1. Xac dinh quy luat phan bo cac yeu to khi tUdng theo
chieu cao.
2. Xac dinh cac dac trUng cd ban cua

che do

loan lUu


LKQSD.
3. Xac dinh

dong nhi^t,

dong em

trao doi

giua khi

quyen va mat dem.
4.

Ap dyng

cac ket

qua nghien

ciclu nham giai

quyet

mot BO bai toan thUc tien c6 lien quan.

Cho t6i nay chUa
mo hinh hoan

chlnh c6

c6 mot ly thuyet chinh

the giai

tren. Vl vay viec lUa

quyet tron

thong hoac

ven cac

chon phUdng phap nghien

van de

c\lu thleh hOp

v6i nhUng dieu kien eu the la rat can thiet.

De giai quyet

nhUng van de

neu tren,

trinh bay theo thvl tU sau: md dau, 4 chUdng,

luan

an duOc

ket luan va tai

lieu tham khao.

Luan
tiep va

an da

sU giup

duoc hoan
dd nhiet

PCS. PTS. Le Dinh Quang.

thanh du6i

tinh cue

Ha noi,

luan an,

giup 60 eua cac chuyen gia,

trong va ngoai

trUcJng Dai hoc

Tong hdp

dac biet la cua TS. Kieu Thl Xin, PGS, PTS. Tran Tan

Tien, PTS. Dinh van Uu,
Mai Trong

dan trUc

PGS. PTS. Pham Ngpc Ho,

Trong thcJi gian thUc hien

tac gia con nhan dU0c sU gop y,
cac ban dong nghiep

sU hu6ng

Thong,

PGS. PTS. Nguyen Trong Hieu,

Pham Quang

Anh .v..v.

thanh cam dn moi sU giup dd qui^
biet dn Phong Dac tao sau dai hoc
noi, Khoa Dia ly-Dla chat.

Tac gia

PTS.

xin chan

bau do. Tac gia cung to long
trUcing Dai hoc Tong hdp Ha

Bo mon Khi tUdng da tao moi dieu

kien thuan lOi cho tac gia trong qua trinh lam luan an.

^6ChUdng I:
KHAI QUAT VE LKQSD VA NGIII£N,_CUU_ X Q A N _ ^ U I L L 6 E _ K Q ^

Trong chUdng nay
ve nghien ctlu l6p

trinh bay tom tat ly thuyet

khi quyen sat

chuyen dong khong khi trong

dat,

dac diem cd

l6p khi quyen sat dat

ciJlu che do loan litu l6p KQSD. Co the noi rang:
cua mat dem

(bao gorr

du6i cua khi quyen la

mat dat

va mat

cua die hinh,

khong

khi

trong

rat philc tap,

giang manh

trUcJng

cua

toe

trong khong gian. Co the noi,
l6n la chuyen
trUng cd ban

dong roi
cua Idp khi

ma sat v6l

tac dong trUc tiep den
l6p khi quyen tang thap.
dac

do

trUng bdi sU

dong trong LKQSD phan

cung la

mot trong nhUng dac

quyen nay. Khi

nghien ciiu kl

ban chat cua chuyen dong roi cho thay trong do xuat
Ong suat CO vai

tro tUdng tU vlng

thang

theo thcii gian cung nhU

chuyen

va day

SU loi lorn

phat xa nhiet khao nhau cua

Chuyen dong trd nen
me

trUc

trong khi

khong tai chinh mat dem.

miXc do hap thy,

cua

gian tiep hoac

cua khi quyen glam dan

nhUng phan khac nhau cua mat dem cung
chuyen dong

eU hien dien

noi rieng. Do

mat dem nen toe do gio trong l6p du6i
khi do cao giam va bang

va nghien

va hien tU0ng xay ra

trong l6p KQSD

ban cua

nu6c ) nhU la gi6i han

nguyen nhan hoac

tiep cua rat nhieu qua trlnh
quyen noi chung va

tong quan

suat nh6t nen duOc

hdn

hien mot
goi la

ling suat roi hay iJng suat loan lUu

L6p KQSD duOc coi la tang du6i
ndi CO sU

thay doi

cua cac

cua I6p khi

dong roi

va ilng

quyen bien,
suat loan luu


khong vU0t qua 10% do

IcJn cua chung. DUa vao

ngu6i ta da

duOc do

danh gia

cao l6p

dinh nghla nay

KQSD vao

khoang vai

chuc met (xem [15], [30]).

Trong giai doan

kha dai nghien

ciiu chuyen dong

roi c6

the neu ra mot so moc tieu bleu nhU sau:
- SU khac biet giUa

che do chuyen dong tang va chuyen

dong roi da dU0c nhan biet til nua
ly thuyet roi chl duoc
trinh l6n

cua

dau cua the

coi la xuat hien cung

Reynolds

trong

khoang

Trong nhUng cong trinh cua minh,
kien de dong chay tang

Re.

dien gia trl eua cac

th6i gian 1863-1895.

trong ong chuyen

Reynolds cung

la ngUcJi

de nghi bieu

dong lUe hoc

tong eua thanh phan trung blnh va thanh

du6i dang

phan xung. Bang each

lay trung blnh theo khong gian va thcJi gian,
dong roi len

duOc,do

va phai c6 cung gia tri

dai lU0ng thuy

ra dU0c anh hUdng cua

sang

tUdng tU dong

chat long nh6t khong nen

la: phai c6 tUdng tU ve mat hinh hoe
cua so Reynolds:

v6i nhUng cong

xac lap duOe tieu ehuan

lUc hoc tong quat cua dong

nhUng

Reynolds da chu y den dieu

eua chat long

dong chay roi. Ong da

ky XIX

Reynolds da chl

dong trung binh

qua iJng

suat dang:
'Cxx = -*? u'u' ; Xjty- = -9 u'v
^ y., X = -9

trong do u',

v',

U'w' ,

...

w' la cac phan xung e\ia van toe,

mat do khong khi con net ngang bieu
NhUng ling

suat nay

dudc goi

suat Reynolds. NhU chung ta

thi sU lay

la ilng
da biet,

suat loan

9 la

trung binh.
lUu hay ilng

so Re chinh la

tv so


- 8 -

giUa gia tri

dac trUng

cua lUc

quan tinh

c6 tac

dung lam

long chat

long,

ngUOc lai

quan tinh

tang nhUng

bat dong

lUc nh6t

c6 tac

nhUng bat dong nhat ton tai trong long
so Re nho,

dung san bang

chat long. Vi vay khi

dan

chuyen

tang thi ngUOe lai,

thanh

dong

long trong ong, Reynolds da tim dU0e
gi6i han chuyen til dong
dong trong

nhat tif-ong

lUc nh6t se chiem Uu the va dong c6 dac trUng cua

dong chay tang con khi so Re
long se dan

va lUc nh6t. LUc

roi. Doi v6i dong chat
so Re dac trUng,

tang sang dong

moi tru6ng

c6 sU

dong chat

roi. Khi xet

phan tang

do la
chuyen

nhiet do (nhU trong

LKQSD chang han) phai xet them den anh hUdng cua lUc Acsimet.
Trong trUcJng hdP nay phai dung mot tieu ehuan khac,
Richardson:

Ri bieu dien moi tUdng quan

va lUc Acsimet. anh hUdng
CO lien quan trUc tiep
dem. Neu dong nhi$t

roi

thang

xuong mat dem) thi lUc Acsimet
trien

cua xao

tron roi

giUa lUc quan tinh

cUa lUc Acsimet

v6i dong nhiet
dilng
c6 tac

con khi

do la so

len loan lUu

roi trao doi

lai

v6i mat

am (hu6ng til khi quyen
dyng can

dong nhiet

trd sU phat

roi thang dilng

dUdng thi ngUdc lai.

Van de tiep theo

cua nghien eu'u

cac bieu thiJc dinh lUOng

dac trUng cho

dong roi. Do sU xuat hien eua cac
trlnh mo ta chuyen dong roi

thiet lap

cau true eua

chuyen

ilng suat roi nen he phUdng

khong khep kin. Vi vay

xac dinh cac ilng suat nay. Co hai
nay, do la:

loan lUu la

can phai

hu6ng chinh thUc hien dieu

dung ly thuyet ban thUc nghiem

tim moi lien he


- 9 giUa cac ling suat roi va cac dac
binh hoac sU dung ly

trUng cua chuyen dong trung

thuyet roi thong ke hien

dai trUc tiep

nghien cilu cac thanh phan thang giang cua tru6ng toe do-

- Ly thuyet loan

lUu ban kinh

dau the ky XX song phat
nhUng nam

30. Ly

pham cua cac

tac

nghiem dU0e dUa

trien manh nhat vao nhUng

thuyet nay
gia:

gan lien

G.I.Taylor

v6i ten

ra til

nam 20 va
tuoi va tac

(1915,1932);

L.prandtl

(1925); Th.Von Karman...[28]. No duOc xay dUng dUa tren cd sd
tinh tUdng

tU giUa

trong do phai

ke

chuyen loan lUu v6i

xao tr^n
den

tinh

loan lUu v6i

vay da giup khep kin he

va xao tron ph&n tU,

tU giUa quang dUcJng dlch
chuyen tU do

toe do trung binh cua

Mot so gia thiet duoc dUa

Ben canh do,

tUdng

quang du6ng dlch

tU, giUa cUcJng do roi v6i
phan tU, giUa he so

loan luu

he so khuech

ra tren cd sd

nhUng

cua phan

chuyen dong
tan phan tU.
tUdng tU nhU

phUdng trinh mo ta chuyen

dong roi.

ly thuyet ban kinh nghiem con giup xac dinh qui

luat loga van nang

cua profil toe

kenh va trong l6p bien. Ro rang ly

do trung blnh

thuyet ban kinh nghiem da

gop phan khong nho trong viec giai quyet

toan thUc te quan trong,
dang tin cay va khong giup

song

trong ong,

hang loat nhUng bai

no khong c6 lap luan

tim hieu ky hdn ve cd

vat ly

cau vat ly

cua loan lUu.

- Trong

ly

thuyet

trUcJng thuy dong cua chuyen

loan

lUu

thong

ke hien dai cac

dong roi dUde coi la

ngau nhien. Cac thanh phan thang giang cua toe do:

cac trUcJng
u',

v'.


- 10 w' duOc

nghien

cilu trUc tiep va

ngau nhien. Doi v6i chung,

dUdc coi

can xac dinh cac qui luat phan bo

xac suat va cac dac trUng thong ke chu
lUu, mo men tUdng quan,

yeu nhu cUcJng do loan

pho eua chuyen dong roi ... Ket qua

nghien cilu theo hu6ng nay da dU0c
cua: A.N.Kolmogorov,

la cac dai lUdng

trlnh bay trong cong t%inh

A.C.Monhln,

M.I.Iudin,

V.I.Tatarxki,

Pham Ngoc Ho .,.[11,12,13,14,28,29,32]. Ben canh

nhiing thanh

tUu nghien cilu ly thuyet, viec do cac thanh phan xung roi cua
cac dai lUOng khi

tUOng cung dat

t6i nhiing ket

DUa vao so lieu thUc do ngu6i ta da
tUdng quan,

mat do pho,

nhien cac ket

c6 the tinh dudc cac ham

dong nhiet,

qua nhan dUde ehUa

qua to l6n.

am thang dilng ... Tuy

nhieu va con bl

han che d

nhieu mat.

Trong nhieu trUc5ng
thUc te ta

phai ap

hoac nhUng

phUdng phap

hOp,

khi giai quyet cac

dung nhUng

ly thuyet,

ddn gian.

Mot so

chung se duOc xet ky hdn trong eac

bai toan

nhUng gia thiet
khong nhieu trong

phan sau,

con d day chl

neu mot each khai quat eac ket qua cd ban.

Mot trong nhUng
thuyet tUdng tU va

ly

thuyet

dUdc

phan tich thil

nhUng dac trUng hau nhU khong doi va
y thiet

lap nhUng

dyng nhieu la ly

nguyen. Qua phan

so lieu quan trac trong tang khi quyen

dieu do gdi

sU

tich cac

bien cho thay luon c6
dUdc lap lai nhieu Ian,

moi quan

he kinh nghiem doi

v6i cac bien quan tam. Ly thuyet tUdng tU

se cung cap cho ta

each nhom nhUng bien nay

sao cho c6 loi nhat va

each bo trl


- 11 thl nghiem de c6 the thu dUOc nhieu
Bdckingham

(Buckingham)

dUa

ra

thong tin nhat. Nam 1914
phUdng

phap phan tich thil

nguyen va goi cae nhom v6 thil nguyen la nhom Pi,
nen ly thuyet Bdckingham Pi. Ngoai cac nhom
con lap dU0c nhUdng bien ty

sau do lap

v6 thil nguyen ta

le m6i qua to hdp

eac bien khac

nhu quang dUcJng Monhin - Obukhov, toe do ma sat, qui mo nhiet
do, do am

... NhUng

(cac bien qui m o ) ,

chu thich

chi tiet

ve cac l6p ty

ve eac

bien ty le

le tUdng tU,

lien he tUdng tU ... trong l6p khi quyen

ve eac moi

bien da duOc dUa ra

trong nhieu cong trinh, chang han trong [46]. Viec ap dung ly
thuyet tUdng tU tim duoc

qui luat profoil loga van

toe do trung binh trong l6p

KQSD khi phan tang d

nang cua
trang thai

can bang la mot trong nhUng thanh tUu quan trpng.

Mot gia thiet quan

trong khac la gia thiet

ve roi "dong

bang". Gia

thiet nay

trac tai mot

diem trong

khong gian

dai thay cho viec quan trac cac gia
khong gian cung mot
hop, loan

lUu CO

la cd

ngang qua dau do cua
CO the dung de chuyen

coi la

sd de bo tri quan

trong khoang

trong mot

bi dong

lUu nhU la

gian sang phep do tUdng ling trong khong

so tru6ng

bang khi

thiet bl quan trac. NhU vay
phep do loan

th6i gian

tri tai nhieu diem trong

luc. Theo Taylor,
the duOc

cua Taylor

no di

toe do gio
ham eua thcJi

gian, Ta c6 the phat

bieu gia thiet nay du6i dang: doi v6i bien S bat ky, loan luu
CO the dUdc coi la dong bang neu


12

ds

as
zz 0 hay

= - u

dt

u,

v,

true toa do-

De

w

3>t

w la
thoa

<}s

v

at

trong do

ris

as

^^v

thanh phan

man

yeu

toe do

cau

(1.1)
'^«

gio V theo cac

cua

gia thiet Taylor,

Willis va Deardorff (1976) de nghi:
0 V

n^^ < 0.5V hay

< 0.5

(1-2)

V
trong do «V la

do lech ehuan eua toe do gio eon

do cua cUcJng do loan lUu. NhU

V
thiet Taylor

vay gia

la

so

se duoc

thoa man khi n v- nho hdn nhieu so v6i toe do gio trung binh.

Trong nhieu bai toan thUc

te ta thUcJng phai

sU

dung

gia thiet ve ham ngau nhien dilng lien quan t6i each lay trung
binh thc5i gian.

De u6c lUdng gia tri trung binh cua ham u(t)

tai mot diem eo

dinh nao

do ta sU dung dai lUOng ngau nhien

dang:

1

T/2
»

u(t) = -

U ( t + r. ) d't

(1.3)

T
-T/2

trong do T la elhu ky lay strung binh. NhU vay khi T -»• "> , u(t)
se tien t6i trung

v6i gia

thdi diem

t

ti

u (t) - u (11) se
khac
gia

>

giam

ta

tri trung
cung

dan t6i 0

CO

binh u ( t ) . Neu xet tai

gia

trl

khi T — •

u(ti)

•" , hay

va
noi

hieu
each

lim u(t) CO the khong phu thuoc vao t. Trong khi do
T — • ">
trl trung blnh xac suat u(t) nhin chung lai la ham cua


- 13

t. Vi vay de hai gia tri nay trung nhau thi:
u(t) - U = const

Bang lap luan tUdng tU

(1.4)

c6 the thay: viec

binh theo thc5i gian chl c6 the ap dung

bac cao

khi eac momen nay

lay

trung

de xac dinh cac momen

khong phu thuoc vao cac thcJi diem

eu the ma chl phu thuoc vao hieu gia tri eua chung. Dieu kien
chung nhat thoa man
suat N chieu dang:
trl N,

ti,

tz,

cac dieu neu tren la: phan bo mat do xac
Pti,

t2...tNCui, U2...Un) v6i bat ky gia

..., tN nao deu khong phu thuoc vao N thong

so ti, ts, ..., tn ma chl phu thuoc N-1 khoang: ts-ti, ts-ti,
,.., tw-ti,, tile la thoa man dieu kien:

Ptl.

t2

tN(Ul, U2,...,Un)

Ptl-*^h. t2*-h

tN-vh(Ul, U 2 , . . . ,

p t S - t 1 . -t3-tl

trong

do h

dung doi

dilng CO

nghla la

thuy dong lUc hoe,

la so

thUc bat

binh) cung

ky. Ham

) dUdc goi

v6i cac
dong roi

duOc xet

tile la tat ea

nhU nhUng

loan lUu

cua cac yeu to

ngau nhien u(t)
nhien dilng.
thi dieu kien

can on dinh theo nghla

cac dac trUng trung binh

toe do trung blnh,
dieu kien

nhU vay kho xay

thUc^ng bat on dinh

nam kha ro net. Song neu xet gia tri

nhiet do

ben ngoai phai khong

doi theo thcJi gian. Doi v6i dong roi thUc te,
theo nghla day du

(1.5)

la ham ngau

dac trUng

cua dong (vi du nhU sU phlin bo
trung

Un ) =

t N - t 1 (Ul , U 2 , . . . , U n )

thoa man dieu kien ( 1.5
Khi ap

-

dieu kien dilng

ra do gia tri

trung blnh

va c6 bien trinh

ngay va

tile thc3i cua cac yeu to


- 14 trong

khoang

thcJi

gian

khong

l6n

(vai phut t6i vai chuc

phut) thi qua trinh ngau nhien tUdng ilng c6 the coi la dilng.

r nhien ngUcJi
qua trlnh ngau

TUdng tU nhu tinh dilng cua
ta dUa ra khai niem trUcJng ngau
nhien

duOc goi

khong gian) cua

vao vi tri tUdng ho
CO tinh dang hu6ng

mot each

tUdng tU

trung binh (theo

nao do khong phu

tUdng quan khong

neu cac

gian) chi phu

dac trUng

va duoc

ngau dong nhat

loan lUu

Taylor dUa

do. Khai niem

lUu do

Richardson

ra vao nam 1935. Sau

luan ve cd che vat ly
dUa

dong roi luon xuat hien
trong do xoay

hu6ng dia

cua xao tron loan

(1922). Theo Richardson,

nhUng xoay eo kich thu6c

trong

khac nhau,

kich thu6c nay xuat hien la do sU bat on dinh

cua xoay kich thu6c
duOc sinh ra til

l6n hdn mot

sU bat on

nang lUOng til dong
dinh va sinh ra

ra

ve

cung duOc xac dinh

nay Kolmogorov (1941) dUa ra ly thuyet ve roi dang
phUdng dUa tren lap

thuoc

nhieu diem khong phu

noi cac diem

hu6ng cua

thuoc vao

dac trUng nhieu

giUa cac diem do. Tru6ng

hu6ng eua dean

nhat dang

gia trl

trong khong gian eon cac

diem (chang han momen

tinh dong

neu

no tai mot di^m

vl trl eua diem do

thuoc ea vao

nhht

1^ dong

nhien dong nhat. TrUcJng ngau

bac. NhU vay

dinh cua dong

trung binh. Song

cac xoay nho

trung blnh,

den lUOt no

hdn mot bac

nang lUOng cho chung. Qua trlnh nay dien
luc cac xoay c6 kich thu6e nho nhat.

xoay l6n nhat
nhan

lai bat on

va qua do

truyen

ra lien tyc cho t6i

thong qua tac dong cua

tinh nh6t ma bien nang lUOng do thanh nhiet. Theo Kolmogorov,
cac

xoay c6 klch thu6c

du nho (bat dau til kich

thu6c 1 nao


- 15 -

do) se khong con dinh hu6ng nUa va

trong pham vi do roi dUdc

xem la dang hu6ng. Noi each khac ,

mac du dong trung binh va

nhUng bat dong

nhat qui mo rat

l6n cua moi chuyen

noi chung la khong dong nhat va dang hu6ng,

che do thong ke cua cac xung c6

dong roi

song eo the coi

kich thu6c du nho trong dong

roi CO so Reynolds rat l6n la dong nhat va dang hu6ng.

NhUng ly thuyet, gia thiet va phUdng phap neu tren la
cd sd de nghien cilu
trong nhieu tru6ng
can cil

vao

dieu

giai quyet nhung van de
hOp,

kien

thUc tien. Song

phai eo them nhung
thUe

te.

gia thiet khac

Dieu nay duOe thay ro khi

nghien cilu eu the loan lUu trong LKQSD.

Ngoai

tinh

e>iat

dong lUdng, dong nhiet,

khong

doi

theo chieu cao cua dong

dong am, trong 16p KQSD ngUcJi ta da

ehilng minh dU0e rang [30]:
- Hu6ng gio khong thay doi theo chieu cao.
- Dieu kien can bang phiem dinh trung v6i dieu kien
dang nhiet va d

ndi eu do

cao tren mat

gradien thang diJng eua nhiet do

bien khong l6n

thi

trung vrii gradien thang dilng

cua nhiet do the vl.

Nhu tren da trinh bay,

dUa vao tinh tUdng ty giUa xao

tron loan lUu va khuech tan phan tU,
niem ve quang dUcJng dlch
Neu khong c6 ghi

ngudi ta da dUa ra khai

chuyen loon lUu va he

chu them thl

quang dUdng dlch

lUu 1 va he so loan luu K d day dUdc col la

so loan lUu.
chuyen loan

ilng v6i true toa


- 16 do Oz. Mot van de dat ra la:
the nao theo z. DUa

gia trl cua 1 va K thay doi nhU

vao cac gia thiet ve sy

hoac K vao do cao z ma nhieu tac

phy thuoc cua 1

gia da xay dyng dudc cac mo

hinh khac nhau nghien

cUu tang khi

I6p khi quyen sat dat

noi rieng. Nhung su phy

da duoc liet ke kha day du
dang cua chung. Moi quan

quyen bien noi

trong [49]

trong nhieu cong trinh

thuoc nhu vay

va cho thay

he giua K va 1 cung

chung va

ro sU da

duoc trinh bay

[25], [28] dudi dang:
du

K = l"^

.

(1.6)

dz
Mot trong nhiing

dang phy thuoc

eua K vao

z hay duoc

sU dyng la:
- K phy thuoc tuyen tinh vao z trong LKQSD.
- K khong doi trong tang ben tren LKQSD.
(ludin va Svetz, 1940; Tverxcoi,1962; Blackada, 1965).
Trong Idp KQSD,
yeu to khi tUOng

dong vai tro

trUdng hop da duoc

Ap dyng

quan trpng. TrUdc

ly tudng hoa,

bien tren ban phang khi
bang.

nghien cUu profil thang dilng cua cac

do la dong

phan tang nhiet do c

ly thuyet

dong dong

1925 da dua ra duoc qui luat von

va thU

het ta xet

roi trong Idp
trang thai can
nguyen Prandtl,

nang xac dinh profil toe do

dy6 i dang:
u(z) = u* f(

)

(1.7)
1 >* 2

trong do u* = ('c/9)
goi la toe do dong lUc,

c6 thil nguyen van toe va duOc

z la khoang each tU ban phang,

>> la


- 17 he so nhdt dpng hoc con f la ham van nang cua bien khong thU
z .U=r
nguyen
. Khi thanh khong duoc coi la nhan va duoc dac
trung bdi dp cao loi lorn ho nao day thi ngoai bien khong thil
z .u*
nguyen
, ham f con phy thuoc vao cac bien khac, chang
ho. u*
!'T'

han

..: y . f^^/^^ 1
De

ta chia l6p KQSD thanh
5.>>
cac Idp nho. Ldp gan thanh nhat c6 do cao z <
la lop ma
u*
trong do Ung suit ma sat nh6t l6n hdn nhieu so v6i ilng suat
Reynolds.

xet dang

Ldp nay

cua ham

duOc goi

f ngUdi

la ldp

nhdt dem. Trong ldp nay

ham f CO dang:
z.u*
f(

z.u*
)=

CI.8)

va profil cua toe do trung binh c6 dang:
_

U*

u(z) =

. z

(1.9)

30, .>
Mot ldp khac d ben tren vdi
^

'

A'

ung suat

\

500. P
<

z

<

c6

•

Reynolds Idn hdn nhieu so v6i ilng suat ma sat nhdt.

Trong ldp nay ham f c6 dang:

z.u*
f(

z.u*
) = A . ln(

)+ B

(1.10)

va profil cua toe do trung binh c6 dang:
u(z) - A.u*.ln z +Ai

(1.11)

A la hang so van nang khong thu

nguyen, B, Ai la

tinh chat

nen I6p

cua dong

ham (1.11)

bien logarit. Cong thilc

hang so. Do

nay duoc goi la I6p

(lQ.lrr--da duoc KarmaQ^( 1930), Prandt
* p-^^;.


- 18 -

(1932) va nhieu

ngUcJi khac dua

ra bang nhung

laP' luan khac

nhau.
Ldp nam giua
trrns nhieu trUdng
11.1>>
be day bang
u*

hai l6p nay

la l6p chuyen

hdp ngUdi ta coi

tiep,

ldp nhot dem la

song
ldp c6

con ben tren no la ldp bien logarit.

Thay cho he so A trong (1.11), ngUdi ta su dyng he
dUOc goi la hang

so Karman.Gia tri

dyng khac nhau,

song chi

cua hang so

d trong khoang

so3C = l/A
nay dUOc sU

0.35 den 0.43

va

thUdng dung hdn ca la 3^ = 0.4.

Trong dieu kien khi quyen thyc, dong profil (1.11) chi
dung khi

mat

dem

kha

trang thai can bang,

bang

phang

ngUOc lai.

hUdng cua mile do loi lorn (do
vat) cua

mat

dem

va

anh

va sy phan tang nhiet d

ta phai

xet them den anh

dia hinh hoac do

hUdng

cua do phan tang den dang

profil eac yeu to

khi tuOng noi chung va cua

rieng. Vdi mile do

loi lorn khong l6n hoac do

khi do

chung

duOc xet

den trong

cao go ghe zo nao day d do toe do
loi, lorn l6n hoac c6 cac vat
nha l6n,

hang cay chan

ldp phu thyc

nhieu mo

toe do gio noi
cao cay du
hinh nhU

can kich thy6c l6n (doi,

gio ...) dong

khong khi c6

CO the duoc tao thanh [41]. Trong trUcJng hdp mat

do cao l6p

la do

gio bang 0. Khi gap mUc do

bien dang rat philc tap ca d phia don va khuat gio,

cay cao,

nho

ngUdi ta thUcJng sd dyng mot

ngoi
the bi

cac xoay

dem la than

dai lUOng duoc goi la

day Zci va dung bien (z - za) thay cho bien z (xeir


- 19 [39]). Do cao l6p day Zd .thUdng bang 70-80% do cao trung binh
cua tham cay.

Anh hudng cua sU phan tang
qua cac thcLm so cua
cua cac

tham

so

nhiet duoc xet

eac mo hinh ldp KQSD khac
nay

duOc

xac

quat cua Buduko,
cac tham

mo hinh

so nay

gian,

mo

hinh kinh nghiem

mo hinh

luy thUa tong quat

dudc xac

nhau. Gia tri

dinh qua so lieu quan trac

gradien cac yeu to khi tUOng. Trong cac
nhu mo hinh profil luy thila ddn

6en thong

dinh sau

logarit tong
cua Laikhtman

khi dang profil da duOc

xac dinh trUdc. Trong mo hinh Monin - Obukhov,

sU phan tang

nhiet duoc dac trung bdi qui mo do dai Monhin - Obukhov:
2
U*

hoac ty so v6 thu nguyen ^ = z/L,

L =
ac^BT.

trong do u*: toe do dong lye, T*: qui mo nhiet dp,
S = g/T la he so nang con ^ la hang so Karman. Profil cac yeu
to duoc bieu dien dUdi dang:
u*
U = - — - IfM^)

- f^:l(^o)]

(1.12)

e = eo + T* [fo(^) - f^(^o)]

(1.13)

q = qo + q* Cf^(^) - fa(^o)]

(1.14)

trong do ^= zo/L; e, Go la nhiet do the vl tai muc z
va

muc Zo; q, qo la do am rieng tai^vaZo; fu, f^, f^ la cac

ham so van nang cua bien khong thit nguyen ilng v6i toe do gio,
nhiet do va do am.
va duoc

xac dinh

Dang cua cac
qua cac

ham nay phy

tai lieu

thuoc

vao f

thUc nghiem. Nhung dang

ham thucjng duoc su dyng la: dang loga, loga - tuyen tinh

va


20

ham luy thila (xem [27,28,35,51],...),

Mot

van

de

khac

khong

kem

quan

trong dat ra khi

nghien euu ldp khi quyen sat dat la xac dinh dong nhiet,

am

trao doi v6i mat dem.
TrUdc

het ta

hay xet

dong nhiet

va sau do suy dien

T

mot each

tUdng ty

cho dong

thay dong nhiet ban ngay
ban dem thi nguoc lai.

y

am. Mpt

each trUc

khi quyen con

Dong nhiet trao doi vdi

mat dem dong

doi vdi che

thap. Bdi vi khong

khi khong phai la moi trUdng

trdi nen

ban ngay

do nhiet l6p

no duoc

nhiet truyen til mat dat. Nghien
doi nhiet giua khi quyen
minh khong
tiep qua

the truyen
be

mat

khuech tan phan

bac khoang vai mm

khi quyen tang

nong len

cilu ky hdn

dong luong,
du6i.

nhiet

Chinh

tU va truyen dong

sU

hap thy bile

chu yeu

la do

ve cd cau

trao

va mat dem cho thay:

trai

gay ra dong nhiet,

quan co the

hu6ng tu mat dem t6i

vai tro quan trong

xa mat

A^

loon

luu tU

va hdi nUdc tryc
dan nhiet phan tU,

luOng do nhdt phan

tii da

dong am trong ldp khong khi thap nhat c6

sat mat dat.

Chi d ldp

m6i dong vai tro quan trpng trong

viec truyen nhiet,

dong luOng theo chieu thang dilng. Ldp
dat, ndi cac qua trinh phan tU
la I6p nh6t dim. Trong

I6p nay

cao hdn, loan

dong vai tro chu dao,
c6 the

chlnh

bieu dien dong nhiet

(1.15)
32

am va

khong khi mong gan mat

thang dilng qua cong thiic:
3T

H =-X

luu


- 21 -

trong

do Xr la

he so

truyen

dan

nhiet phan tu.

Do

gia

tri he so X nho (doi v6i khong khi thi :)(^ = 0.2 cm /s)nen
CO dong nhiet dac trUng 0.2 K.m/s thi gradien
l6p nay phai c6 gia tri rat Idn:
dem rat nho so vdi

dong nhiet,

10

de

nhiet do trong

K/m. Do be day l6p nhdt

dp cao l6p khi quyen

sat dat,

mat khac

dong am, dong dpng lUOng lai khong thay doi theo

chieu cao nen ta c6 the bo qua

anh hUdng cua ldp nhdt dem va

hieu dong nhiet, am trao doi vdi mat dem chinh la dong nhiet,
S

A*

^

A*

am loan lUu. Dong nhiet^ am loan luu
each: qua so lieu quan trac gia
dp va

do am

hoac qua

trac gradien cac gia
nhiet,

^

•*

-*

1

co the xac dinh bang hai

tri xung eua toe dp,
hinh tinh

trl trung blnh.

nhiet

toan dya tren quan

Do viec xac

dinh dong

am bang phudng phap thil hai ddn gian va tien lOi hdn

nen hien
cua no

cae mo

A'

nay van
khong cao

duoc su
va can

dung. Tuy
duoc hipu

nhien mile do chinh xac
chinh thong

qua phUdng

phap thil nhat.
Mhu vay muon

vyc cy the,
tuOng,

nghien ciiu loan

luu ldp KQSD

d mpt khu

ta phai xac dinh duoc dong profil cae yeu to khi

dong nhiet, dong am trao doi vdi mat dem, cac tham so

dac trung cho do

phan tang nhiet,

do

go ghe cua

mat trai

dudi cung cac qui mo cua toe do, nhiet do, do am: u*, T*, q*.

Ket qua nghien

cilu loan luu

tang khi quyen

chung va ldp KQSD noi rieng duOc ap dyng de giai
bai toan thyc te. Trong

so do phai ke den bai

can bang nhiet cua cac dong mat

dem khac nhau,

bien noi

quyet nhieu
toan xac dinh
dac biet la


- 22 -

cua cac tham thyc

vat. Ngoai

trao doi vdi cac ldp
boc hdi (hoac ngUng

sau,

can bang

dong nhiet roi va nhiet

ket) la nhUng

thanh phan chinh

bang nhiet cua mat dem. Viec do trUc
doi hoi nhiing thiet bl hien dai,
nao cung co the

thyc hipn. Vi

nay van rat can thiet,

bUc xa va dong nhiet
chi cho
cua can

tiep hai thanh phan nay

dat tien ma khong phai ndi

vay viec tinh

xem [4,7,37,42,52].

hai thanh phan
Dang profil cae

yeu to khi tUOng cung nhU nhUng thong sd dac trUng cho che do

loan luu:

he so loan luu,

lye, he so can ...

do phan tang nhipt,

rat can cho cac bai toan

toe do dpng

xac dinh sy Ian

truyen cac chat 6 nhiem til nguon thai,

xac dinh che dp nhiet

va che do am cua khi quyen tang thap,

xac dinh kha nang hinh

thanh mot so hien
dac biet la xay

tuOng xay ra trong ldp khi
ra ngUng ket

hinh thanh sUdng

viec tinh toan dong am trao doi giua
the giiip xac dinh mUc do mat am do

met da dUdc xay dyng

dai vdi nhung

khi quyen va mat dem cd

ly. Chinh vi vay ma cac
thap do cao

d nhieu vung khac nhau

ky hdn LKQSD (xem [45]). Trong
tien hanh xay dung nhUng

mu. Ngoai ra

boc hdi trong thdi ky han

han lam cd sd cho viec tudi tieu hOP
tram khi tuOng hien

quyen sat dat,

tdi vai chuc

nham nghien cilu

tUdng lai chung

ta cung phai

tram loai nay phyc vy

nhu cau khac

nhau cua san xuat, ddi song.