Nghiên cứu ứng dụng mô hình POM tính dòng chảy gió trong biển đông

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH POM TÍNH DÒNG CHẢY
một trong những nội dung nghiên
quan BIẾN
trọng ĐÔNG
nhất của hầu hết trong các đề
GIÓcún
TRONG
tài của những Chương trình nghiên cứu biến Việt Nam tù’ trước đến nay.
Trong số các công trình nghiên cứu về dòng chảy trong Biển Đông, đáng
chú ý là công trình của Wyrtky (1961), tác giả đã đưa ra bản đồ dòng chảy tầng
mặt theoI. mùa
trênQUAN
toàn Biển Đông và các biển kế cận, trong đó đưa ra các đặc
TÓNG
trưng biến động cơ bản của dòng chảy theo mùa. Cơ sở đế xây dựng các bản đồ
này chủ yếu là số liệu khảo sát nhiệt độ theo độ sâu, nhiệt-muối-độ sâu, nhiệt-độ
dẫn điện-độ
sâu, trưng
vị trívật
tàulý,vàđộng
phaolực
trôitrong
trên Biến
mặt biển
thậpthiên
và tổng
hợp
Các đặc
Đôngđược
có sựthubiến
lớn theo

cho
đếngian
hết thập
niêngian.
50 thế
XX. Đây
công
trìnhđược
có tính
bao dòng
quát lớn
đã
không
và thời
Việckỷnghiên
cứu,làmô
phỏng
trường
chảyvàvới
được
sử dụng
cho là
nhiều
đíchthiết
nghiên
cứu quyết
khoa học
tế,
độ chính
xác cao

yêu mục
cầu cần
đế giải
các và
bài ứng
toándụng
thủy cho
thạchkinh
động
quân
sự vàtrong
kiểmbiển
soát phục
môi trường
lực học
vụ cácBiến
yêuĐông.
cầu về phát triển kinh tế xã hội, quốc phòngan ninh và quản lý thống nhất biển hải đảo.
Biến Đông nằm trên tuyến hàng hải quốc tế lớn thứ hai thế giới nối liền
các trung tâm kinh tế lớn của thế giới, tuyến đường hàng hải châu Ầu - Trung
Đông qua kênh đào Xuy ê, qua Biến Đông đến khu vục Đông Bắc Á, với hai
cảng lớn Hồng Kông và Singapore. Khối lượng hàng hoá vận chuyển qua tuyến
đường này rất lớn. Do vậy, việc nghiên cứu các khía cạnh thủy thạch động lực
nói chung và dòng chảy biển nói riêng trong Biển Đông được quan tâm nghiên
cứu từ khá sớm. Từ năm 1930 khi viện Hải dưong học Đông Dương chính thức
thành lập, việc điều tra nghiên cứu Biến Đông của Việt Nam đã được tiến hành
một cách có hệ thống. Trong thời gian chiến tranh thế giới thứ 2, cùng với sự gia
tăng mạnh mẽ của các hoạt động hàng hải và quân sự, việc nghiên cứu, quan trắc
hoàn lưu trong Biến Đông được tiến hành rộng khắp cho phép mô tả một số đặc
trung cơ bản nhất của hoàn lưu liên quan tới hoạt động của gió mùa trên biến.

Sơ đồ hoàn lưu Biến Đông được công bố lần đầu tiên vào năm 1945 trong Atlas
của hải quân Mỹ (US Navy, 1945). Các véc-tơ đặc trung cho dòng chảy trên mặt
biến trong hai mùa cùng với hướng gió thịnh hành, được thế hiện qua hoa gió
cho các vùng biển, cho thấy đặc điểm cơ bản nhất của chúng là hiện tượng đổi
hướng mạnh theo sự luân phiên của gió mùa. Trên các sơ đồ dòng chảy cũng
thấy được sự hiện diện của một số xoáy quy mô vừa và nhỏ của hoàn lưu trên
mặt biển.
Trong những thập niên tiếp theo, nhiều chuyến điều tra khảo sát Biển
Đông đã được tiến hành với sự hợp tác với một sổ nước như: Trung Quốc, Liên
Xô,... có
thamtrình
gia của
các cứu
nhà được
khoa công
học Việt
Nam.
chưa có
Cácsựcông
nghiên
bổ sau
đó Tuy
của nhiều
tác một
giả
cứu về
động
học từbiển,
songnhiệt
trongđộphần

lớnmuối
các
làtrình
hoànriêng
lưu nghiên
địa chuyển
được
xâylực
dựng
trường
và độ

chương
chủ
yếu
chuyến
(Xu và

khảo 1982,
sát trênSiripong,
biến, hoàn1984,
lưu vàĐe
cáctài
yếu48B
tố thuỷ
động1990,
lực khác
luôn đượcvàxem
là
nnk,

01-01,
Bogdanov
Moroz,
1994,
Đ.v. Ưu và Brankart, 1997). Trường dòng chảy địa chuyến thu được dựa trên cơ
sở các trường nhiệt muối theo kết quả phân tích số liệu lịch sử, hoặc số liệu một
số chuyến khảo sát nhất định. Các tác giả Brankart và Đinh Văn Ưu đã tính toán
trường dòng chảy địa chuyến cho hai mùa trên cơ sở kết quả phân tích các
trường nhiệt-muối theo phương pháp biến phân đảo (VIM) cho ô lưới 0,25x0,25
độ kinh vĩ đã thu được với nhiều đặc trưng chi tiết.


Từ đầu những năm 60 của thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu biển Việt Nam
và quốc tế đã sử dụng phương pháp mô hình hóa đổi với toàn biến hoặc tùng
khu vực dựa trên các nguồn số liệu đã thu thập được nhằm đánh giá các nhân tố
cơ bản hình thành chế độ hoàn lưu biển. Các mô hình chẩn đoán xuất hiện trong
giai đoạn này có thể kế đến như: mô hình hóa tính toán dòng chảy gió của
Nguyễn Đức Lưu (1969), dòng chảy tổng hợp của Hoàng Xuân Nhuận (1983),
Pohlman T. (1987), Ping-Tung Shaw and Shenn-Yu Chao (1994), Shenn-Yu
Chao và nnk (1998), đề tài KHCN 06-02, đề tài KC 09-02,...v.v. Những kết quả
thu được đã góp phần quan trọng trong việc lý giải cơ chế hình thành và cấu trúc
hoàn lun trong Biến Đông.
Trong những năm gần đây, phương pháp mô hình hoá theo hướng hệ
thống, đã được phát triến trên thế giới, phương pháp này cũng đã được ứng dụng
đế nghiên cứu hoàn lưu Biến Đông. Bên cạnh các công trình triến khai ở nước
ngoài như Metzger E.J and H.E. Hurlburt (1996), Lê Ngọc Lý and Phu Luong
(1997), V.V.. , đề tài KHCN 06-02: Nghiên cứu cấu trúc ba chiều thuỷ động lực
học Biến Đông thuộc Chương trình Nghiên cứu biển giai đoạn 1996-2000 cũng
đã được triến khai. Những kết quả thu được thông qua ứng dụng mô hình toán
học tiên tiến và phương tiện tính toán hiện đại đã cho phép mô phỏng chi tiết

hơn các đặc trưng phân bố không gian của hoàn lưu và sự biến động của chúng
trong chế độ gió mùa.

Hình 2. Bản đồ dòng chảy mùa đông (phải) và mùa hè (trái) trên mặt
Biển Đông (theo Đồ tài KC 09-02, 2005)


II. co SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH POM
1. Giói thiệu mô hình POM

Mô hình POM là một mô hình đại dương hiện đại, mã nguồn mở và đang
được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Một số đặc điếm nối bật, quan trọng của mô
hình POM có thê kê ra như sau:
- Chứa mô hình con khép kín rối bậc hai, cung cấp các hệ sổ xáo trộn
thắng đứng. Mô hình con khép kín rối trong mô hình POM do Mellor xây dựng
(Mellor, 1973) và được phát triến đáng kế trong sự cộng tác giữa Mellor với
Tetsuji Yamada (Mellor và Yamada, 1974; Mellor và Yamada, 1982). Mô hình
này dựa trên giả thuyết rối của Rotta và Kolmogorov được mở rộng cho trường
hợp dòng chảy phân tầng. Mô hình khép kín rối bậc 2 được sử dụng kết hợp với
phương trình tiên lượng đối với rối quy mô lớn. Nhìn chung, mô hình rối mô
phỏng khá tốt các quá trình động lực và xáo trộn.
- Theo phương thẳng đứng, mô hình POM sử dụng toạ độ sigma, điều đó
giúp cho mô hình mô phỏng tốt trong cả những trường hợp địa hình biến đối
mạnh như khu vực cửa sông hay thềm lục địa đứt gãy, độ dốc lớn. Hệ tọa độ
sigma cùng với mô hình con khép kín rối làm hiện thực hóa lớp biên đáy, do đó
mô hình có khả năng mô phỏng tốt khu vực ven biến, cửa sông có ảnh hưởng
của thủy triều. Theo phương ngang, mô hình sử dụng phương pháp sai phân hữu
hạn so le (sơ đồ Akarawa C) trên lưới cong trực giao.
- Sai phân hiện theo phương ngang và sai phân ẩn theo phương thẳng
đứng. Điều này cho phép sử dụng độ phân giải mịn hơn theo phương thẳng đứng

tại lớp biên đáy và lóp biên trên mặt.
- Mô hình sử dụng lớp biên mặt tự do và bố sung đầy đủ các thành phần
thủy nhiệt động lực.
- Mô hình POM được viết trên ngôn ngữ FORTRAN 77 và cung cấp mã
nguồn miễn phí. Người dùng có thế can thiệp trực tiếp vào mã nguồn đế phát
triển, bố sung và ứng dụng cho từng bài toán, khu VỊTC cụ thế.
Cơ sở lý thuyết mô hình POM
2.1. Hệ phương trình CO’ bản

Mô hình POM là mô hình hoàn lưu đại dương ven biến 3 chiều, mã nguồn
mở, sử dụng hệ phương trình nguyên thủy, phụ thuộc thời gian, hệ tọa độ sigma


dơ

D dơ

(5a)

d
tìx ỏy
ịiHr„,,

ÔDƯhìnhÔDV
deo dĩ]
và bề mặt tự’ do. POM có chứa mô
con khép
kín rối
giúp hiện thực hóa (2)
lớp

n
—— + ——+ —+ —= 0 ,
Ekman trên mặt và dưới (5b)
đáy. dx ôy
dơ õí
Các phương trình cơ bản đế lập thành lập mô hình hoàn lưu là các phương
trong đó,trình
D =môH tả+ các
ĩ]\ trường
u, V vận
là các
phần mặt
vậnnước,
tốc ngang;
tốc Trong
thắng
tốc,thành
dao động
nhiệt độCủvàlàđộvận
muối.
d
„ À (õư ÕV)
r -2A
zdụng hai
(6 a,b,c)
mô
hình
sử
xấp
xỉ

cơ
bản
là
xấp
xỉ
thủy
tĩnh
và
xấp
xỉ
Boussinesq.
đứng trong hệ toạ độ sigma (vuông góc với mặt sigma).
+
Theo phương
dx)
" õy’ thẳng đứng, mô hình POM sử dụng hệ tọa độ sigma, trong đó tọa
Các phương
trình
chuyến
Reynolds
dạng:
độ sigma có thế động
thay đối
theo độcósâu
nước.
2
JVD + gD
ÔDƯ ÔƯ D ÕƯVD ÕƯCO
Hệ toạ độ sigmaõtđược mô
õx tả trong hình

õy sau:
dơ
dx
(3)
Po

õp' Ờ ÔD õp
dơ
õx D õx dơ

D dơ

_d_

2

dDV dUVD dV D dVcủ

„dĩ]
----—+ ——- - -b—-------b—----b fưD + gD— +
dt

gD1
Po

dx dy
dp' Ờ dD dp

dơ

+ F.

dy

( 4)

+ F„

dy D dy dơ

trong đó /là tham số Coriolis; g là gia tốc trọng trường; Po là mật độ nước
biến thế vị; p là mật độ in situ; KM là hệ sổ nhớt động học thang đứng; Fx, Fy là
các thành phần khuếch tán và nhớt rối theo phương ngang.
F. 2.1. Hệ toạ độ sigma
Hình

Công thức đối biến từ tọa độ Đe các sang hệ tọa độ sigma:
/=x, ỳ=y, ơ= z~11 ,

t*=t,

(la,b,c,d)

H + TỊ
trong đó:
trong đó:
2 Ả,

X, y,

z, t\ làÕU
toạ độ và thời trong hệ toạ độ Đe các;

X*, y*, ơ, t\ là tọa độ và thời gian trong hệ tọa độ sigma
H(x,y)\ độ sâu trung bình đáy biên;
T] (x,y,t): mực nước biển;
ơ có phạm vi từ ơ = 0 tại z = // tới ơ = -1 tại z = H.
a) Các phưomg trình thủy nhiệt động lực học
Xét một hệ tọa độ, trong đó theo sử dụng hệ tọa độ Đe các theo phương


thành phần khuếch tán và nhớt rối theo phương ngang đối với nhiệt độ và độ
muối.

õ(TTi
ÕT}
HAH ÕT\
— + — HA
H —
dx ) dy ^

õy J

ạì+|;U„#ì
õx ) dy

õy)

với AH là hệ số khuếch tán nhiệt theo phương ngang. Trong các số hạng
khuếch tán ngang ở trên, các hệ sổ khuếch tán AM và AH CÓ tác dụng làm giảm

nhiễu tính toán dưới lưới, các hệ sổ này thường được giữ không đối. Các hệ số
khuếch tán được chọn sao cho không là trơn các đặc trưng thực quá mức. Khi độ
phân giải của lưới tính theo phương thẳng đứng nhỏ cần giảm hệ số khuếch tán
ngang vì khi đó quá trình bình lưu ngang kèm theo xáo trộn thắng đứng có tác
động tương tự như khuếch tán ngang. Trong mô hình này, mối quan hệ giữa các
hệ số khuếch tán ngang với quy mô lưới đã được giải quyết theo công thức
Smagorinsky như sau:

AM=CAxAyị\VV + (VV)T\

(10)

Trong đó, 'ĩĩV + (VV)T\ = \sulSxỴ +(dvlSx + õulẼy) 2 l2 + (dvlẼy)2Ỵ' ■, c có
phạm vi 0 , 1 0 đến 0 , 2 0 và có thế bằng 0 nếu bước lưới đủ nhỏ.
b) Khép kín rối
Các phương trình cơ bản chứa các số hạng thông lượng và ứng suất
Reynolds đã tham số hóa, các số hạng này thế hiện khuếch tán rối của động
lượng, nhiệt độ và độ muối. Việc tham số hóa rối trong mô hình này dựa theo
cách làm của Mellor và Yamada (1974). Các hệ số xáo trộn thẳng đứng KM và
Với AM là hệ số nhớt động học theo phương ngang. Các số hạng F và Fy
KH thu được bằng phương pháp khép kín rối bậc hai (Mellor và Yamada, x 1982),
bất biến trong phép quay trục tọa độ.
trong đó mô phỏng rối bằng các phương trình động năng rối và quãng đường
xáo trộn:
Các phương trình bảo toàn nhiệt độ và độ muối có dạng:
dTD dTƯD dTVD ÕTCỚ

õ

K^d_T_

1dq
----1
--------1
--------—
P dưq
P dVq
P dcoq ——
dtõtôx dy õx
dơ dơ dơ
õy
2

2

2

2

dSD dSƯD dSVD dSco _
2
dt õx dy dơ dư
dơ
Uơ(ẼT\

d

dơ

(7)

+ Fj —

D dơ_ổ_p dơ

K„ dS
dp 2 Pq
K,D dơ

ÕR

(11
(8))

+ F,
BJ
õơ
Po
ẽơ
trong đó, T là nhiệt độ thế vị và s là độ muối; Kfỉ là hệ số khuếch tán rối
2p

+

theo phương thắng đứng; R là thông lượng phát xạ sóng ngắn; Fj, Fs là các


F

<-ỉ

dq2IP eUq2lD dVq2lP dcoq2! _ ô
ôt ôx
dy dơ õơ
+ EJ

K,
D

ôư

dv_

dơ

dơ

D dơ

+ ^K,
Po

^-W + F,

dp_
dơ

(12)

B,

trong đó, q là hai lần động năng rối; / là quãng đường xáo trộn; BỊ, EỊ là
các hằng số kinh nghiệm; Fq và F/ là số hạng xáo trộn ngang và được tham sổ
hóa tương tự nhiệt độ và độ muối:
HA,

F

HA,

dx

tìq
dx

.2

\

ày

dq2ỉ^
dx

dỵ

HA,

HA,

tìq_
dy

.2 \

dq2l^

di

Vận tốc thắng đứng trong hệ tọa độ Đe các được tính như sau:
u/- ĩĩ( ÔP dĩ]) f dD dĩ]

w = co + u\ ơ -— + — \ + V\ ơ -— + —

V

dx dx)

dD dĩ]

+ Ơ- — + —

dt dí

\ dy dy

Các hàm gần biên cứng được tính theo các công thức: w = 1 + E2ự/kL), với
ư' =(ĩ]-zỴ' +(H-zỴ'; dp/dơ = dp/dơ-c~2dp/dơ với cs là vận tốc âm thanh. Ẽ2 là
hằng số kinh nghiệm.
Theo các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (Mellor và Yamada,

1982) thì các hằng số kinh nghiệm nhận các giá trị như sau: BỊ = 16,6, Eị = 1,8
và E2 = 1,33.
c) Điều kiện biên
Điều kiện biên thắng đứng đối với phương trình (2) là:
ếơ(o) = ếơ(-l)=0 ,

(15a,b)

Neu có thông lượng nước qua bề mặt thì 6 t>(0 ) * 0
Điều kiện biên mặt đối với phương trình (3) và (4) là:
D

1

dơ

’

dơ

ơ —¥

0,

vế phải của phương trình (16a,b) là các giá trị đầu vào của thông lượng
động năng rối trên mặt.
Điều kiện biên đáy là:


1

khác nhở so với vận K^íôư
tốc ÔV
tích phân thẳng đứng của thức nội. Do đó, vận(16c,d)
tốc tính
D điều chỉnh theo vận tốc trung bình trong thức ngoại.
trong thức nội phải
Thức
ngoại sử dụng phuơng pháp sai phân nhảy cóc (leap frogs) với bước
trong đó
thời gian ngắn, dte. Bước thời gian tính toán của thức ngoại được tính theo
K~(CFL):
điều kiện ốn định Courant-Fridrichs-Levy
c, = MAX
,[ln{(l + cr*6-i)tf/zo}]

,11 1
K- = 0.4 là hằng số Karman
là tham
+
AtEvà z0C,~&Ã
~ỹĩ số nhám.
Điều kiện biên đối với phương trình (7) và (8 ) là:
trong đó: c, =D2 (gfỉỴ12 +ưmax; ơmaxlà vận tốc
ơ —>lớn
0 nhất; ỗx,ốy là bước lưới
theo phương ngang.
(17c,d)
M“ì = 0 ,
Việc tính toánDcác

{õơbiến
õơ) 3 chiều trong thức nội được chia ra bước thời gian
khuếch tán thắng đứng và bước thời gian bình lun có bố sung khuếch tán ngang.
Theo
đứng trình
sử dụng
phương
Điều
kiệnphương
biên đổithẳng
với phương
(11) và
(12) là:pháp sai phân ẩn đế thích hợp với
bước không gian thắng đứng nhỏ gần bề mặt, trong khi đó theo phương ngang
sử dụng phương pháp sai
phân hiện.
(q2(o),q2/(oj)=(BỈ'X(o\o),
(18c,d)
Bước thời gian tính toán của thức nội phải thỏa mãn tiêu chuân ốn định
{ q 2 {- ỉ\ q 2 l (- l ))={B Ỉ' 3 U 2 T {- l\ o),

ở đây,

là hằng số khép kín rối, và U là vận tốc ma sát tại đỉnh hoặc đáy.
1 1
Do độ dài xáo trộn không tiến
(20)sai
A t, đến
< không
—T tại ^bề mặt có sóng gió, vì vậy gây

Cr ------------số ở lớp nước mặt có độ dày tương đương chiều cao sóng. Do đó, đây vẫn là khu
BỊ

vực cần cải thiện hơn nữa.
trong đó, CT =2C + Ư
2.2 Phưong pháp số
Umax là tốc độ bình lưu cực đại.

T

iax

; CT là tốc độ sóng trọng lực nội, khoảng 2m/s;

Đối
với điềutrình
kiệncơđạibản
dương
biếnbàyđiến
hình,không
tỷ số thế
giữagiải
cácđược
bước bằng
thời
Hệ phương
đượcven
trình
ở trên
gian

isplitpháp
= At]/At
nằm mà
trong
khoảng
30 - 80.
phương
giảiE tích
phải
sử dụng
phương pháp sổ giải các phương trình đã
rời rạc hóa trên một lưới. Mô hình POM đã sử dụng phương pháp sai phân hữu
Các hệ
giới
hạn bổ
sung
được
định
bởithông
các lượng.
thành phần khuếch tán động
hạn đế giải
phương
trình
cơ bản
đã quy
đưa về
dạng
lượng hoặc vô hướng theo phương ngang như sau:
Mô hình POM được tính toán theo 2 thức: thức nội (internal mode) và

thức ngoại (extemal mode). Thức
At,(21)độ
sâu, kết quả tính toán cho mực nước và vận tốc trung bình độ sâu. Gradient mực
nước tính theo thức ngoại được sử dụng đế giải hệ phương trình 3 chiều trong
trong đó, A = AH hoặc A =Aị
thức nội. Ket quả tính toán thức nội cho phân bố 3 chiều của vận tốc, nhiệt độ,
độ muối và các đặc trưng rối. Do đó, kết quả tính toán của thức nội lại cung cấp
cáchạn
sốquy
hạng
lun,quay
khuếch
tánđất
vàlà:hiệu ứng nghiêng áp cho thức ngoại trong
Giới
địnhbình
bởi sự
của trái
bước tính toán kế tiếp. Thức nội và thức ngoại có sai số cắt cụt khác nhau nên
(22)
1 1 bình tính theo thức ngoại có thế có sai
sau chu kỳ tích phân dài, vận tốc Atrung
f 2 QsinO
trong đó, Q là vận tốc góc của trái đất; d> là vĩ độ.


III.
1.

KẾT QUẢ NGHIÊN cứu
Điều

kiện

tính

toán

a) Địa hình và lưới tính toán
Miền tính dòng chảy gió trong Biến Đông có giới hạn: 99E - 121E, ON 25N. Phương ngang sử dụng hệ tọa độ cầu với lưới tính có độ phân giải 5 phút.
Phương thang đứng sử dụng tọa độ sigma 10 tầng, việc sử dụng hệ tọa độ sigma
có thể mô phỏng tốt dòng chảy các tầng trên mặt ở những nơi có độ sâu biển
lớn, đồng thời hiện thực hóa được ảnh hưởng của lớp biên đáy và biên mặt lên
dòng chảy.
Địa hình đáy biển thu thập từ dự án “Xây dựng hệ thống bản đồ nguy cơ
sóng thần cho các vùng ven biển Việt Nam”, theo đó địa hình Biến Đông được
kết hợp giữa số liệu đo đạc của Bộ Tư lệnh Hải quân (bản đồ tỷ lệ 1:25.000,
1:50.000, 1:200:000, 1:500.000, 1:1000.000 tùy từng khu vực) và ETOPO 5. Tất
cả số liệu địa hình đã được quy chuẩn về mực nước biến trung bình.

Longitude

Hình 3.1 Địa hình Biển Đông


+ Biên lỏng: Điêu kiện phát xạ tự do HU ± cerị = BC,
.

. õP_n

+ Biên cứng: điêu kiên biên không thâm: —— = 0
trong đó: H là độ sâu biến trung bình, ư là vận tốc trung bình theo
phuơng ngang, ce là vận tốc sóng truyền sóng trọng lực trong thức ngoại, / 7 là
mực nước biển, BC là lưu lượng dòng chảy qua biên, $ là véc tơ vận tốc dòng
chảy, # là véc tơ pháp tuyến của biên cứng.
+ Số liệu gió
Trường gió sử dụng trong tính toán dòng chảy gió trung bình tháng trong
Biển Đông là được tính từ trường ứng suất gió trung bình tháng độ phân giải
0,25 độ theo Helleman và Rosenstain (1983).


>r___^K

•''--•

N.V.\\V,
V V. _
wVV

N sNV

;v
/
■'
sy
s/ssss/
y s s s s s
s /t

Hình 3.4 Trường gió tháng 3

110

105

100

Longitude

ssss/
/s-yyỵ/y/s
s/s/s
s s s s s s

115

Longitude

120

Hình 3.5 Trường gió tháng 4

trên Biến Đông

trên Biến Đông
25

25

/* / /
*/ / /
■-'////
■'//■///ý'
- ' y / / / Ak

Trung Ouoc
Velocity: 10m/s
K\ \

20 -

\\Sr

' y y y S.S
s /

Í-, \ N s \ s s \ \“s
%

Trung Ouoc
Veloclty: 10m s

___V \ \

\

ịr+ỉé

20 -

15 -

\ \ \ s \ ai

-\

\\\V

ý

c Y/yyyy/sV

J t / BgỊỊrs / T /

y
y

' j

y

s / / / / / /

/ / / / / / / / / //■- Jp
/ / ZP>V / / / ■ / / ' £ '
/ / / A / / s*-** V

/ / / ề
100

105

110

Longitude

Hình 3.6 Trường gió tháng 5
trên Biển Đông

115

120

100

\
/

/ / M \ * k t I r.
I/
I / ! ! ! / ? ! / / / /
7/ /// // / / / f Xz

/ / / / ỳwf / / /
////////////

V 16,
\\I/

í
"\\\ \
\

w\\\\\\

\A\\

\

105

110

Longitude

Hình 3.7 Trường gió tháng 6
trên Biển Đông

115

120


25

25
Trung Ouoc

^MTT7

Velocity: 10m/s

\ \ \

r

/n \
\\\
•///I\\\\\\\\\

20 -

/ / V / r/ Ạ \V < \\ \ w \\V\\ V\ i\ế ễ /

Ịỵ t! /
I

I/

Trung Ouoc
Velocity: 10m/s

__

t

20 V//

////////
////L //J* / /
7//

/ /I,

/ // / Ẳ /
/

/

M:W\

.iXpV’s
\

\

\

\

\

\ \

'CJ\\ \ \ \ \ \ \ 41
1 \ \ \ \ \ \ \ 1 I,v
\\

\ I \ \ I

/ / /

////////////
// / , ' / / / / / / / / / / r # /

•/////////// /
/ /

■

100

105

110

Longitude

115

120

100

105

110

Longitude

115

Hình 3.9 Trường gió tháng 8
trên Biến Đông

Hình 3.8 Trường gió tháng 7
trên Biến Đông
25
Trung Ouoc
Velocity: 10m/s

20 -

xỹsỵ s V vs.«v'
XVWWWN\NV
,\ \ \\\\\\\»\w>ỵ\

100

105

110

Longitude

115

Hình 3.10 Trường gió tháng 9

trên Biến Đông

120

110

Longitude

Hình 3.11 Trường gió tháng 10
trên Biến Đông

120


2) Ket quả tính dòng chảy gió trên Biến Đông bằng mô hình POM
Phương pháp sử dụng mô hình số trị có ưu điểm là cho phân bố không
gian và thời gian của dòng chảy. Tuy nhiên, phương pháp này gặp phải khó khăn
là số liệu để kiểm chứng, hiệu chỉnh dòng chảy còn hạn ché do các chuỗi quan
trắc dòng chảy thường ngắn và số điếm quan trắc ít.
Hiện nay, một số nước đã thu thập số liệu theo phương pháp quan trắc
mới - phương pháp Lagrange. Phương pháp này sử dụng các phao nối thả trôi tự’
do trên khắp các đại dương thế giới đế thu thập các thông tin hải văn. Trong
nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng các bản đồ dòng chảy thu được tù’ việc sử
dụng phương pháp trên đế kiểm chứng kết quả tính toán của mô hình POM.


SarĨBcc ('urrrnta over Spcrd
SirÍKT CirrtnU mrr

NRL

3074

3074

25'N

2574

»74

»74

1574

1574

I0N

1074

0 ►-----

lOOT 105‘E . Iiot 115'E

VrlocMy Hraír:

120'E

1251

-

|
I1ST.

1201:

125H

VciõcMy Sc«lr. Ĩ9 im/* __

Hình 3.14 Trường dòng chảy tầng mặt tháng 1 (phải) và tháng 7 (trái) trên
Biến Đông theo số liệu phao nối (driíter) của JCOMM

20

20

15

15

100

105

110

Longitude

115

120

100

105

110

Longitude

115

120

Hình 3.15 Trường dòng chảy tầng mặt tháng 1 (phải) và tháng 7 (trái) trên
Biển Đông tính bằng POM
Hình 3.15 thế hiện trường dòng chảy tầng mặt tháng 1 và tháng 7 trên
Biển Đông thu được từ các phao nổi (driíter) trong dự án “The global program”


của JCOMM. Hình 3.15 cho thấy, kết quả tính dòng chảy trung bình tháng tầng
mặt trên Biến Đông khá phù hợp với các quan trắc bằng phao nối.
Vào tháng 1, dòng chảy có xu huớng chảy từ eo Đài Loan và eo Luzon
vào Biển Đông. Dòng chảy qua eo Đài Loan có tốc độ khá lớn, khoảng 0,7 - 0,8
m/s, dòng chảy qua eo Bashi nhỏ hơn, khoảng 0,2 m/s. Dòng chảy tù’ eo Đài

Loan chảy dọc ven biển phía nam Trung Quốc, cắt ngang cửa vịnh Bắc Bộ tới
ven biến miền Trung Việt Nam, sau đó chảy dọc ven biến xuống phía nam. Tốc
độ dòng chảy ven biển này khá lớn, xấp xỉ lm/s. Khu vực giữa Biển Đông, dòng
chảy chủ yếu theo hướng gió, vận tốc dòng chảy nhỏ, khoảng 0,1 - 0,2m/s. Phía
nam Biển Đông tồn tại một xoáy thuận, tốc độ dòng chảy khoảng 0,5 m/s.
Vào tháng 7, dưới tác dụng của gió tây nam dòng chảy gió chỉ khu vực
phía nam Biển Đông có độ lớn đáng kể. Phía tây bắc đảo Borneo tồn tại dòng
chảy khá lớn, khoảng lm/s. Dòng chảy khu vực ven biến miền trung Việt Nam
cũng khá lớn, đạt 0,5 - 0,7 m/s. Dòng chảy gió có xu hướng đi vào từ eo
Malaca, chảy dọc ven biển miền trung Việt Nam và ven biển phía nam Trung
Hoa và đố ra eo Đài Loan. Tốc độ dòng chảy phía ven biển Trung Hoa khoảng
0,3 - 0,5 m/s.
Ket quả tính toán cũng cho thấy, dòng chảy gió trong Biến Đông bị phân
hóa mạnh mẽ bởi địa hình. Ket quả tính toán cũng cho thấy, trong mùa gió đông
bắc và mùa gió tây nam luôn tồn tại một xoáy thuận trong vịnh Bắc Bộ, trong
khi đó vịnh Thái Lan tồn tại xoáy nghịch vào mùa gió đông bắc và xoáy thuận
vào mùa gió tây nam.
Truông dòng chảy trung bình tầng mặt các tháng còn lại trong năm được
thế hiện dưới các hình dưới đây:


Longitude

Hình 3.16 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 2 trên Biển Đông

Longitude

Hình 3.18 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 4 trên Biến Đông

Longitude

Hình 3.17 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 3 trên Biến Đông

Longitude

Hình 3.19 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 5 trên Biến Đông

Các hình vẽ từ 3.16 đến 3.19 thế hiện trường dòng chảy trung bình tầng
mặt tù' tháng 2 đến tháng 5 trên Biến Đông. Ket quả tính toán cho thấy, vào
tháng 2 dòng chảy gió trong Biến Đông tương đối lớn, dọc theo sườn dốc địa
hình ven biến miền Trung Việt Nam, phía nam Trung Hoa và ven đảo Borneo,


tốc độ dòng chảy xấp xỉ lm/s. Tốc độ dòng chảy phía nam Biến Đông và dòng
chảy đi ra eo Malaca cũng đạt 0,5 - 0,6 m/s. Trong tháng 3, tác động của gió
mùa đông bắc tới phía nam Biển Đông suy giảm đáng kể, điều này thể hiện rõ
trong hình 3.6, dòng chảy gió phía nam Biển Đông giảm đáng kế so với tháng 2,
khoảng 0,3 - 0,5 m/s. Tuy nhiên, ở phía bắc Biển Đông ảnh hưởng của gió mùa
Đông Bắc còn khá mạnh, cùng với ảnh hưởng của dòng chảy từ eo Đài Loan tốc
độ dòng chảy khu vực địa hình dốc phía bắc Biến Đông cũng đạt 0,8 - 1 m/s.
Tháng 4 là giai đoạn chuyển tiếp giữa mùa gió đông bắc và mùa gió tây
nam, ảnh hưởng của gió mùa đông bắc trên Biển Đông còn rất yếu, dòng chảy
phía bắc Biển Đông chủ yếu do từ eo Đài Loan chảy vào. Dòng chảy phía nam
Biến Đông cũng khá nhỏ ngoại trù’ dòng chảy ven đảo Bomeo còn khá lớn,
khoảng 0,6 - 0,8 m/s. Hình 3.19 cho thấy, vào tháng 5 gió mùa tây nam đã ảnh
hưởng đáng kế đến chế độ dòng chảy trong Biến Đông. Dưới tác dụng của gió

mùa tây nam, dòng chảy phía nam Biển Đông đạt 0,4 - 0,6 m/s. Tuy nhiên, ảnh
hưởng của gió mùa tây nam đến khu vực phía bắc Biển Đông vẫn chưa đáng kế,
vẫn tồn tại dòng chảy tù’ phía bắc chảy xuống qua eo biến Đài Loan.

Longitude

Hình 3.20 Truông dòng chảy tầng mặt Hình 3.21 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 6 trên Biến Đông
tháng 8 trên Biến Đông
Trong tháng 6 , ảnh hưởng của gió mùa tây nam đến Biến Đông mạnh hơn
tháng 5, cùng với nó thì dòng chảy biển cũng mạnh lên đáng kể. Phía nam Biển
Đông, dòng chảy có hướng chảy vào từ eo Malaca, sau đó chảy theo hướng
đông bắc với tốc độ khoảng 0,6 - 0,8 m/s. Dòng chảy ven đảo Bomeo khá lớn,


khoảng 0,7 - 0,8 m/s. Dọc ven biển miền trung Việt Nam tồn tại dòng chảy
hướng bắc với tốc độ 0,6 - 0,8 m/s. Dòng chảy tiếp tục chảy dọc theo ven biến
phía nam Trung Hoa rồi đi ra eo Đài Loan. Tốc độ dòng chảy phía bắc Biển
Đông khoảng 0,3 - 0,4 m/s. Sang tháng 8 , về cơ bản trường dòng chảy trong
Biến Đông không khác nhiều so với tháng 6 , chỉ có tốc độ dòng chảy phía bắc
Biển Đông có giảm một chút, nằm trong khoảng 0,2 - 0,3 m/s.

Trung Quoc
■Velocity Scale: 1 m/s —

20

20 -

15

15 V (m/s)

V (m/s)

1.0
0.9
0.8
0.7
0.6

0.5
0.4
0.3
0.2

100

105

110

Longitude

115

100

120

105

110

Longitude

115

0.1

120

Hình 3.22 Trường dòng chảy tầng mặt Hình 3.23 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 10 trên Biến Đông
tháng 9 trên Biến Đông
Trung Quoc

Trung Quoc
-Velocity Scale: 1m/s —

-Velocity Scale: 1m/s.

20 -

15

15

V (m/s)

V (m/s)
1.0
0.9
08

0
0.6
0.5
0.4
0.3

100

105

110

Longitude

115

120

Hình 3.24 Trường dòng chảy tầng mặt

0
0.

100

105

110

Longitude

115

120

Hình 3.25 Trường dòng chảy tầng mặt


tháng 11 trên Biên Đông

tháng 12 trên Biên Đông

Từ hình 3.22 đến 3.25 thế hiện trường dòng chảy trung bình tầng mặt từ
tháng 9 đến tháng 12 trên Biến Đông. Qua các hình vẽ ta thấy, vào tháng 9 dòng
chảy trên Biển Đông vẫn còn ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam, tuy nhiên đã
suy giảm đáng kể so với tháng 7, tháng 8 . Dòng chảy phía nam Biến Đông có
hướng đông bắc với tốc độ khoảng 0,5 - 0,7 m/s. Khu vực ven đảo Bomeo vẫn
là nơi có tốc độ dòng chảy lớn, khoảng 0,8 m/s. Trong gian đoạn này đã bắt đầu
thấy ảnh hưởng của gió mùa đông bắc lên dòng chảy ở phía bắc Biến Đông. Tại
eo Đài Loan, tồn tại dòng chảy tù’ phía bắc xuống tuy nhiên tốc độ dòng chảy
còn khá nhỏ. Khu vực miền Trung Việt Nam có tốc độ dòng chảy khá nhỏ
khoảng 0,2 - 0,3 m/s. Ket quả tính toán cho thấy, từ tháng 10 đến tháng 12 dòng
chảy trung bình tầng mặt trong Biển Đông chịu sự chi phối mạnh mẽ bởi gió
mùa đông bắc. Ánh hưởng của gió mùa đông bắc đến dòng chảy trung bình tầng
mặt Biến Đông lớn nhất vào tháng 11 và tháng 12. Dòng chảy bắt đầu từ eo Đài

Loan, chảy dọc the oven biến nam Trung Hoa đến ven biến miền trung Việt
Nam, sau đó chảy dọc ven biển xuống phía nam rồi chảy ra ở eo Malaca. Tốc độ
dòng chảy dọc ven biến lên tới lm/s. Phía nam Biển Đông và trong vịnh Bắc Bộ
đều tồn tại xoáy thuận, trong khi đó tồn tại xoáy nghịch trong vịnh Thái Lan.
Dòng chảy ven đảo Bomeo cũng khoảng 0,8 - 1 m/s.

IV. KÉT LUẬN
Ket quả nghiên cứu cho thấy mô hình POM mô phỏng khá tốt trường
dòng chảy trong Biến Đông. Ket quả tính toán được so sánh với bản đồ dòng
chảy thu được từ các phao nổi của dự án “The gĩobal program” của JCOMM cho
kết quả khá tương đồng. Ket quả tính toán cũng hoàn toàn phù hợp với các số
liệu điều tra thu thập được trên Biến Đông tù’ trước đến nay cũng như các nghiên
cứu trước đây. Do đó, mô hình POM hoàn toàn có thế sử dụng đế tính toán mô
phỏng dòng chảy gió trên Biến Đông.


TÀI LI0UTHAM KH0O

1. Chương trình KHCN06 (2004), Biển Đông, Tập II, NXB Đại học Quốc Gia
Hà Nội, Hà Nội.
2. Đinh Văn Ưu (2003), Cơ sở phương pháp mô hình hoá trong hải dương học,
NXBĐHQGHN, Hà Nội.
3. Đinh Văn Ưu (2005), Mô hình hoàn lưu biển và đại dương, Nhà xuất bản
Nông Nghiệp, Hà Nội.
4. Phạm Văn Vỵ (2005), Động lực học biển phần II, Nhà xuất bản Đại học Quốc
Gia Hà Nội, Hà Nội.
5. Blumberg, A.F., and G.L. Mellor, "A description of a three-dimensional
Coastal ocean circulation model", Three-Dimension Coastal Ocean Model, Vol.
4, edited by N.Heaps, pp.208, American Geophysical Union, Washington, D.C.,
1987.

6. George L. Mellor (June 2004), Ưsers guide for a three-dimensional, primitive
equation, numerical ocean modeỉ.