NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH POM TÍNH DÒNG CHẢY
GIÓ TRONG BIỂN ĐÔNG
I. TỔNG QUAN
Các đặc trưng vật lý, động lực trong Biển Đông có sự biến thiên lớn theo
không gian và thời gian. Việc nghiên cứu, mô phỏng được trường dòng chảy với
độ chính xác cao là yêu cầu cần thiết để giải quyết các bài toán thủy thạch động
lực học trong biển phục vụ các yêu cầu về phát triển kinh tế xã hội, quốc phòngan ninh và quản lý thống nhất biển hải đảo.
Biển 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 Âu – Trung
Đông qua kênh đào Xuy ê, qua Biển Đông đến khu vực 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 dương học Đông Dương chính thức
thành lập, việc điều tra nghiên cứu Biển 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 Biển Đông được tiến hành rộng khắp cho phép mô tả một số
đặc trưng cơ bản nhất của hoàn lưu liên quan tới hoạt động của gió mùa trên
biển. Sơ đồ hoàn lưu Biển Đông được công bố lần đầu tiên vào năm 1945 trong
Atlas của hải quân Mỹ (US Navy, 1945). Các véc-tơ đặc trưng cho dòng chảy
trên mặt biển trong hai mùa cùng với hướng gió thịnh hành, được thể 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 số nước như: Trung Quốc, Liên
Xô,... có sự tham gia của các nhà khoa học Việt Nam. Tuy chưa có một chương
trình riêng nghiên cứu về động lực học biển, song trong phần lớn các chuyến
khảo sát trên biển, hoàn lưu và các yếu tố thuỷ động lực khác luôn được xem là
một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng nhất của hầu hết trong các đề
tài của những Chương trình nghiên cứu biển Việt Nam từ 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 theo mùa trên toàn Biển Đông và các biển kế cận, trong đó đưa ra các đặc
trưng biến động cơ bản của dòng chảy theo mùa. Cơ sở để 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, vị trí tàu và phao trôi trên mặt biển được thu thập và tổng hợp
cho đến hết thập niên 50 thế kỷ XX. Đây là công trình có tính bao quát lớn và đã
được sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khoa học và ứng dụng cho kinh tế,
quân sự và kiểm soát môi trường Biển Đông.
Hình 3.4 Bản đồ dòng chảy mùa đông (phải) và mùa hè (trái) trên mặt
Biển Đông (theo Wyrtky, 1961)
Các công trình nghiên cứu được công bố sau đó của nhiều tác giả chủ yếu
là hoàn lưu địa chuyển được xây dựng từ trường nhiệt độ và độ muối (Xu và
nnk, 1982, Siripong, 1984, Đề tài 48B 01-01, 1990, Bogdanov và Moroz, 1994,
Đ.V. Ưu và Brankart, 1997). Trường dòng chảy địa chuyển 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 chuyển 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 đối với toàn biển hoặc từng
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 kể 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 lưu trong Biển Đông.
Trong những năm gần đây, phương pháp mô hình hoá theo hướng hệ thống, đã được
phát triển trên thế giới, phương pháp này cũng đã được ứng dụng để nghiên cứu hoàn lưu
Biển Đông. Bên cạnh các công trình triển 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 Biển Đông thuộc Chương trình Nghiên cứu biển giai
đoạn 1996-2000 cũng đã được triển 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 Đề tài KC 09-02, 2005)
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH POM
1. Giới 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 điểm nổi bật, quan trọng của mô
hình POM có thể kể ra như sau:
- Chứa mô hình con khép kín rối bậc hai, cung cấp các hệ số xáo trộn
thẳng đứng. Mô hình con khép kín rối trong mô hình POM do Mellor xây dựng
(Mellor, 1973) và được phát triển đáng kể 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 đổi
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 biển, 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 lớp biên trên mặt.
- Mô hình sử dụng lớp biên mặt tự do và bổ 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 thể can thiệp trực tiếp vào mã nguồn để phát
triển, bổ sung và ứng dụng cho từng bài toán, khu vực cụ thể.
2. Cơ sở lý thuyết mô hình POM
2.1. Hệ phương trình cơ bản
Mô hình POM là mô hình hoàn lưu đại dương ven biển 3 chiều, mã nguồn
mở, sử dụng hệ phương trình nguyên thủy, phụ thuộc thời gian, hệ tọa độ sigma
và bề mặt tự do. POM có chứa mô hình con khép kín rối giúp hiện thực hóa lớp
Ekman trên mặt và dưới đáy.
Các phương trình cơ bản để lập thành lập mô hình hoàn lưu là các phương
trình mô tả các trường vận tốc, dao động mặt nước, nhiệt độ và độ muối. Trong
mô hình sử dụng hai xấp xỉ cơ bản là xấp xỉ thủy tĩnh và xấp xỉ Boussinesq.
Theo phương thẳng đứng, mô hình POM sử dụng hệ tọa độ sigma, trong đó tọa
độ sigma có thể thay đổi theo độ sâu nước.
Hệ toạ độ sigma được mô tả trong hình sau:
Hình 2.1. Hệ toạ độ sigma
Công thức đổi biến từ tọa độ Đề các sang hệ tọa độ sigma:
x * x,
y * y,
z
,
H
t* t ,
(1a,b,c,d)
trong đó:
x, y, z, t: là toạ độ và thời trong hệ toạ độ Đề các;
x*, y*, σ, t*: là tọa độ và thời gian trong hệ tọa độ sigma
H(x,y): độ sâu trung bình đáy biển;
(x,y,t): mực nước biển;
có phạm vi từ = 0 tại z = tới = -1 tại z = H.
a) Các phương trình thủy nhiệt động lực học
Xét một hệ tọa độ, trong đó theo sử dụng hệ tọa độ Đề các theo phương
ngang với trục x hướng về phía đông, trục y hướng về phía bắc, phương thẳng
đứng sử dụng tọa độ sigma hướng lên trên. Phương trình liên tục có dạng:
DU DV
0,
x
y
t
(2)
trong đó, D = H + η; U, V là các thành phần vận tốc ngang; là vận tốc thẳng
đứng trong hệ toạ độ sigma (vuông góc với mặt sigma).
Các phương trình chuyển động Reynolds có dạng:
DU U 2 D UVD U
fVD gD
t
x
y
x
o
gD 2 , ' D ' ,
d
'
0 x D x
K M U
D Fx
DV UVD V 2 D V
fUD gD
t
x
y
y
o
gD 2 , ' D ' ,
d
'
0 y D y
(3)
(4)
K M V
D Fy
trong đó f là tham số Coriolis; g là gia tốc trọng trường; ρ0 là mật độ nước
biển thế vị; ρ là mật độ in situ; KM là hệ số nhớt động học thẳng đứng; Fx, Fy là
các thành phần khuếch tán và nhớt rối theo phương ngang.
Fx
( H xx ) ( H xy ) ,
x
y
(5a)
Fy
( H xy ) ( H yy ) ,
x
y
(5b)
trong đó:
xx 2 AM
U
,
x
U V
,
xy yx 2 AM
y x
yy 2 AM
V
,
y
(6a,b,c)
Với AM là hệ số nhớt động học theo phương ngang. Các số hạng Fx và Fy
bất biến trong phép quay trục tọa độ.
Các phương trình bảo toàn nhiệt độ và độ muối có dạng:
TD TUD TVD T
K H T
R
FT
t
x
y
D
Z
(7)
SD SUD SVD S
K H S
FS
t
x
y
D
(8)
trong đó, T là nhiệt độ thế vị và S là độ muối; KH là hệ số khuếch tán rối
theo phương thẳng đứng; R là thông lượng phát xạ sóng ngắn; FT, FS là các
thành phần khuếch tán và nhớt rối theo phương ngang đối với nhiệt độ và độ
muối.
FT
T
T
HAH
HAH
x
x y
y
(9a)
FS
S
S
HAH
HAH
x
x y
y
(9b)
với AH là hệ số khuếch tán nhiệt theo phương ngang. Trong các số hạng
khuếch tán ngang ở trên, các hệ số khuếch tán AM và AH có tác dụng làm giảm
nhiễu tính toán dưới lưới, các hệ số này thường được giữ không đổi. 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 thẳng 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 Cxy
1
V (V ) T
2
(10)
Trong
V V
T
u / x v / x u / y / 2 v / y
2
2
2 1/ 2
đó,
; C có
phạm vi 0,10 đến 0,20 và có thể 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 thể 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
KH thu được bằng phương pháp khép kín rối bậc hai (Mellor và Yamada, 1982),
trong đó mô phỏng rối bằng các phương trình động năng rối và quãng đường
xáo trộn:
q 2 D Uq 2 D Vq 2 D q 2
t
x
y
2K M
D
K q q 2
D
U 2 V 2 2 g
~ 2 Dq 3
KH
Fq
B1l
0
(11)
q 2 lD Uq 2 lD Vq 2 lD q 2 l
K q q 2 l
t
x
y
D
~ Dq 3 ~
K U 2 V 2 g
M
E1l
KH
W Fl
D
B
0
1
(12)
trong đó, q2 là hai lần động năng rối; l là quãng đường xáo trộn; B1, E1 là
các hằng số kinh nghiệm; Fq và Fl là số hạng xáo trộn ngang và được tham số
hóa tương tự nhiệt độ và độ muối:
Fq
q 2
HA
H
x
x
q 2
HA
H
y
y
(13a)
Fl
x
q 2 l
q 2 l
HAH x
y
HAH y
(13b)
Vận tốc thẳng đứng trong hệ tọa độ Đề các được tính như sau:
D
D
D
W U
V
,
(14)
t
t
x x
y y
~
Các hàm gần biên cứng được tính theo các công thức: W 1 E2 (l / kL) , với
c
L1 ( z ) 1 ( H z ) 1 ~ / / c 2 /
;
s
với
s
là vận tốc âm thanh. E2 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: B1 = 16,6, E1 = 1,8
và E2 = 1,33.
c) Điều kiện biên
Điều kiện biên thẳng đứng đối với phương trình (2) là:
0 1 0 ,
Nếu có thông lượng nước qua bề mặt thì
(15a,b)
(0) 0
Điều kiện biên mặt đối với phương trình (3) và (4) là:
K M U V
,
wu 0 , wv 0 ,
D
0,
(16a,b)
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:
KM
D
U V
2
2
,
Cz U V
1/ 2
U , V ,
1 ,
(16c,d)
trong đó
2
C z MAX
,0.0025 ,
2
ln 1 kb1 H / z0
(16e)
0.4 là hằng số Karman và z0 là tham số nhám.
Điều kiện biên đối với phương trình (7) và (8) là:
KH
D
T S
,
w 0 ,
KH
D
T S
,
0,
0,
1 ,
(17a,b)
(17c,d)
Điều kiện biên đối với phương trình (11) và (12) là:
q 0 , q l 0 B
2
2
q 1, q l 1 B
2
(18a,b)
u 1 ,0 ,
(18c,d)
u 0 ,0 ,
2/3 2
1
2
2/3 2
1
ở đây, B1 là hằng số khép kín rối, và u là vận tốc ma sát tại đỉnh hoặc đáy.
Do độ dài xáo trộn không tiến đến không tại bề mặt có sóng gió, vì vậy gây sai
số ở lớp nước mặt có độ dày tương đương chiều cao sóng. Do đó, đây vẫn là khu
vực cần cải thiện hơn nữa.
2.2 Phương pháp số
Hệ phương trình cơ bản được trình bày ở trên không thể giải được bằng
phương pháp giải tích mà phải sử dụng phương pháp số giải các phương trình đã
rời rạc hóa trên một lưới. Mô hình POM đã sử dụng phương pháp sai phân hữu
hạn để giải hệ phương trình cơ bản đã đưa về dạng thông lượng.
Mô hình POM được tính toán theo 2 thức: thức nội (internal mode) và
thức ngoại (external mode). Thức ngoại giải các phương trình tích phân theo 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 để giải hệ phương trình 3 chiều trong
thức nội. Kết 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
các số hạng bình lưu, khuếch tán và hiệu ứng nghiêng áp cho thức ngoại trong
bước tính toán kế tiếp. Thức nội và thức ngoại có sai số cắt cụt khác nhau nên
sau chu kỳ tích phân dài, vận tốc trung bình tính theo thức ngoại có thể có sai
khác nhỏ so với vận tốc tích phân thẳng đứng của thức nội. Do đó, vận tốc tính
trong thức nội phải điều chỉnh theo vận tốc trung bình trong thức ngoại.
Thức ngoại sử dụng phương pháp sai phân nhảy cóc (leap frogs) với bước
thời gian ngắn, dte.
Bước thời gian tính toán của thức ngoại được tính theo
điều kiện ổn định Courant-Fridrichs-Levy (CFL):
t E
1
1
1
2
C t x
y 2
1 / 2
,
(19)
trong đó: C t 2 gH
1/ 2
U max ;
U max là
vận tốc lớn nhất; x , y là bước
lưới theo phương ngang.
Việc tính toán các biến 3 chiều trong thức nội được chia ra bước thời gian
khuếch tán thẳng đứng và bước thời gian bình lưu có bổ sung khuếch tán ngang.
Theo phương thẳng đứng sử dụng phương pháp sai phân ẩn để thích hợp với
bước không gian thẳng đứng nhỏ gần bề mặt, trong khi đó theo phương ngang
sử dụng phương pháp sai phân hiện.
Bước thời gian tính toán của thức nội phải thỏa mãn tiêu chuẩn ổn định
CFL:
t I
1
1
1
CT x 2
y 2
1 / 2
(20)
trong đó, CT 2C U max ; CT là tốc độ sóng trọng lực nội, khoảng 2m/s;
Umax là tốc độ bình lưu cực đại.
Đối với điều kiện đại dương ven biển điển hình, tỷ số giữa các bước thời
gian isplit = ΔtI/ΔtE nằm trong khoảng 30 – 80.
Các giới hạn bổ sung được quy định bởi các thành phần khuếch tán động
lượng hoặc vô hướng theo phương ngang như sau:
1
1
1
t I
2
4 A x
y 2
1
(21)
trong đó, A = AH hoặc A = AM.
Giới hạn quy định bởi sự quay của trái đất là:
t I
1
1
f
2 sin
(22)
trong đó, Ω là vận tốc góc của trái đất; Φ là vĩ độ.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Điều kiện tính toán
a) Địa hình và lưới tính toán
Miền tính dòng chảy gió trong Biển Đông có giới hạn: 99E – 121E, 0N –
25N. Phương ngang sử dụng hệ tọa độ cầu với lưới tính có độ phân giải 5 phút.
Phương thẳng 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 Biển 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 biển
trung bình.
Hình 3.1 Địa hình Biển Đông
b) Điều kiện biên
+ Biên lỏng: Điều kiện phát xạ tự do
H U ce BC
+ Biên cứng: điều kiện biên không thấm:
,
V
0,
n
trong đó: H là độ sâu biển trung bình, U là vận tốc trung bình theo
phương ngang, ce là vận tốc sóng truyền sóng trọng lực trong thức ngoại, là
mực nước biển, BC là lưu lượng dòng chảy qua biên, V là véc tơ vận tốc dòng
chảy, n 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).
Hình 3.2 Trường gió tháng 1
trên Biển Đông
Hình 3.3 Trường gió tháng 2
trên Biển Đông
Hình 3.4 Trường gió tháng 3
trên Biển Đông
Hình 3.5 Trường gió tháng 4
trên Biển Đông
Hình 3.6 Trường gió tháng 5
trên Biển Đông
Hình 3.7 Trường gió tháng 6
trên Biển Đông
Hình 3.8 Trường gió tháng 7
trên Biển Đông
Hình 3.9 Trường gió tháng 8
trên Biển Đông
Hình 3.10 Trường gió tháng 9
trên Biển Đông
Hình 3.11 Trường gió tháng 10
trên Biển Đông
Hình 3.12 Trường gió tháng 11
trên Biển Đông
Hình 3.13 Trường gió tháng 12
trên Biển Đông
2) Kết quả tính dòng chảy gió trên Biển 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 chế do các chuỗi quan
trắc dòng chảy thường ngắn và số điểm 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 nổi thả trôi tự
do trên khắp các đại dương thế giới để thu thập các thông tin hải văn. Trong
nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng các bản đồ dòng chảy thu được từ việc sử
dụng phương pháp trên để kiểm chứng kết quả tính toán của mô hình POM.
Hình 3.14 Trường dòng chảy tầng mặt tháng 1 (phải) và tháng 7 (trái) trên
Biển Đông theo số liệu phao nổi (drifter) của JCOMM
Hình 3.15 Trường dòng chảy tầng mặt tháng 1 (phải) và tháng 7 (trái) trên
Biển Đông tính bằng POM
Hình 3.15 thể hiện trường dòng chảy tầng mặt tháng 1 và tháng 7 trên
Biển Đông thu được từ các phao nổi (drifter) trong dự án “The global program”
của JCOMM. Hình 3.15 cho thấy, kết quả tính dòng chảy trung bình tháng tầng
mặt trên Biển Đông khá phù hợp với các quan trắc bằng phao nổi.
Vào tháng 1, dòng chảy có xu hướng 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 từ eo Đài
Loan chảy dọc ven biển phía nam Trung Quốc, cắt ngang cửa vịnh Bắc Bộ tới
ven biển miền Trung Việt Nam, sau đó chảy dọc ven biển xuống phía nam. Tốc
độ dòng chảy ven biển này khá lớn, xấp xỉ 1m/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 1m/s. Dòng chảy khu vực ven biển 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 đổ ra eo Đài Loan. Tốc độ dòng chảy phía ven biển Trung Hoa khoảng
0,3 – 0,5 m/s.
Kết quả tính toán cũng cho thấy, dòng chảy gió trong Biển Đông bị phân
hóa mạnh mẽ bởi địa hình. Kết 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.
Trường dòng chảy trung bình tầng mặt các tháng còn lại trong năm được thể hiện dưới
các hình dưới đây:
Hình 3.16 Trường dòng chảy tầng mặt
Hình 3.17 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 2 trên Biển Đông
tháng 3 trên Biển Đông
Hình 3.18 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 4 trên Biển Đông
Hình 3.19 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 5 trên Biển Đông
Các hình vẽ từ 3.16 đến 3.19 thể hiện trường dòng chảy trung bình tầng
mặt từ tháng 2 đến tháng 5 trên Biển Đông. Kết quả tính toán cho thấy, vào
tháng 2 dòng chảy gió trong Biển Đông tương đối lớn, dọc theo sườn dốc địa
hình ven biển miền Trung Việt Nam, phía nam Trung Hoa và ven đảo Borneo,
tốc độ dòng chảy xấp xỉ 1m/s. Tốc độ dòng chảy phía nam Biển 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 kể 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 Biển 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
Biển Đông cũng khá nhỏ ngoại trừ dòng chảy ven đảo Borneo 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 kể đến chế độ dòng chảy trong Biển 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 kể,
vẫn tồn tại dòng chảy từ phía bắc chảy xuống qua eo biển Đài Loan.
Hình 3.20 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 6 trên Biển Đông
Hình 3.21 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 8 trên Biển Đông
Trong tháng 6, ảnh hưởng của gió mùa tây nam đến Biển 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 Borneo 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 biển
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
Biển 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.
Hình 3.22 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 9 trên Biển Đông
Hình 3.23 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 10 trên Biển Đông
Hình 3.24 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 11 trên Biển Đông
Hình 3.25 Trường dòng chảy tầng mặt
tháng 12 trên Biển Đông
Từ hình 3.22 đến 3.25 thể hiện trường dòng chảy trung bình tầng mặt từ
tháng 9 đến tháng 12 trên Biển 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 Biển Đông có
hướng đông bắc với tốc độ khoảng 0,5 – 0,7 m/s. Khu vực ven đảo Borneo 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 Biển Đông. Tại
- Xem thêm -