TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)362‐369
362
_______
Quy trình thử nghiệm dự báo trường dòng chảy, độ muối,
nhiệt độ và mực nước tổng cộng cho khu vực Biển Đông
bằng mô hình ROMS
Nguyễn Minh Huấn
1,
*, Phạm Văn Sỹ
2
, Dương Hồng Sơn
2
1
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
2
Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường
Nhận ngày 11 tháng 8 năm 2010
Tóm tắt. Sự phát triển nhanh chóng của kinh tế biển và các hoạt động an ninh quốc phòng đảm
bảo chủ quyền trên biển đã đặt ra những vấn đề khoa học cấp thiết cần giải quyết đối với việc cung
cấp thông tin dự báo trường các yếu tố khí tượng thủy văn biển.
Trên thực tế, các yếu tố hải văn biển như dòng chả
y, nhiệt độ và độ muối và mực nước tổng
cộng là những yếu tố quan trọng cần thiết đáp ứng yêu cầu của các hoạt động kinh tế, an ninh quốc
phòng và nghiên cứu. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã xây dựng quy trình dự báo hạn ngắn
trường dòng chảy, nhiệt độ và độ muối bằng mô hình ROMS cho toàn bộ khu vực Biển Đông.

Mở đầu
∗
Sự phát triển nhanh chóng của kinh tế biển
và các hoạt động an ninh quốc phòng đảm bảo

nhóm tác giả đã xây dựng quy trình dự báo hạn
ngắn trường dòng chảy, nhiệt độ và độ muối
bằ
ng mô hình ROMS cho toàn bộ khu vực Biển
Đông.
N.M.Huấnvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)362‐369
363
1. Mô hình ROMS 3.0
ROMS là mô hình hoàn lưu đại dương, sử
dụng hệ phương trình nguyên thủy (primitive).
Là mô hình mã nguồn mở nên ROMS mang
tính cộng đồng rất cao, được rất nhiều các nhà
nghiên cứu sử dụng với nhiều qui mô không
gian và thời gian khác nhau: từ dải ven bờ tới
các đại dương thế giới; mô phỏng, dự báo cho
vài ngày, vài tháng và thậm chí tới hàng chục
năm. ROMS được xây dựng trên cơ sở các
nghiên cứu số trị bậ
c cao cùng với kỹ thuật tiên
tiến cho phép triển khai một cách có hiệu quả
các tính toán có độ phân giải cao. Mô hình giải
các phương trình thuỷ động lực thuỷ tĩnh và bề
mặt tự do cho các địa hình phức tạp trên hệ lưới
cong trực giao theo phương ngang và thích ứng
địa hình theo phương thẳng đứng [4].
1.1. Hệ toạ độ thích ứng địa hình theo phương
thẳng đứng
Hệ toạ độ thích ứng địa hình theo phương
thẳng đứng (lưới σ hoặc s) xấp xỉ địa hình đáy
biển và bề mặt tự do nhằm mục đích mô phỏng

+
−
=
t,y,x)y,x(H
t,y,xz
ss
ς
ς
01 ≤≤− s
(1)
trong đó H là độ sâu, ζ là cao độ mực nước bề
mặt. Trong trường hợp s phụ thuộc tuyến tính
vào z, phép chuyển toạ độ trên sẽ trở thành hệ
toạ độ σ truyền thống. Các phép chuyển hệ toạ
độ này sẽ tạo ra hệ thống lưới không trực giao,
tuy nhiên tỷ số giữa kích thước lưới theo
phương ngang và phương thẳng đứng thường
được giả thiết là rấ
t lớn do vậy có thể bỏ qua
một số các số hạng liên quan tới hệ toạ độ cong
và phép chuyển toạ độ có thể được đơn giản
hoá thành:
zx
z
xx
z
∂
∂
∂
∂

)
()
()
[]
(
)
()
2/tanh2
2/tanh2/1tanh
sinh
sinh
1
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
−+
+−=
ss
sC
bb
(3)
trong đó
θ, θ
b
là các các tham số không thứ
nguyên kiểm soát độ co giãn của lưới theo

m
ds
ξ
ξ
∂
=

()
n
ds
η
η
∂
=

(4)
do vậy, đoạn ds phải thoả mãn:
2
2
2
2
2
nm
ds
ηξ
∂
+
∂
=
(5)

+=
+=
ηη
ξξ
yxn
yxm
(7)
1.3. Hệ phương trình thuỷ động lực
Phương trình trạng thái
()
PTS ,,
ρ
ρ
=
và
giả thiết thuỷ tĩnh
g
z
P
ρ
=
∂
∂

Phương trình chuyển động
()
uu
zz
z
zzzz

⎝
⎛
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
−=
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
−
⎟
⎠
⎞
⎜

+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
ξ
ς
ξρ
ρ
ξηξ
ηξ
0
2
11


⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
−=
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
η
ς
ηρ
ρ

Ω
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂

⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
ηξ
(11)
trong đó D
u
, D
v

∂
+−=
∂
∂
=Ω
ηξ
ηξ
z
nv
z
mu
t
s
sw
Ht
s
ts
z
1
1
,,,

(12)
() ()
ξξ
ς
ξ
∂
∂
+

hình loại này đôi khi còn được gọi là “tựa ba
chiều”, để phân biệt với các mô hình sử dụng
đầy đủ cả ba phương trình động lượng.
1.4. Sai phân hoá
Sai phân theo không gian

Sai phân trung tâm bậc hai trên lưới
Arakawa C áp dụng cho phương ngang (
ξ,η
)
với các điều kiện biên trượt tự do (toàn phần),
trượt một phần, hoặc điều kiện dính. Theo
phương thẳng đứng (trục s) sử dụng sai phân
xen kẽ bậc hai.

N.M.Huấnvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)362‐369
365
Cũng như các mô hình khác, tuy đã sử dụng
phương pháp giảm thiểu sai số gây ra bởi thành
phần gradient áp suất, ROMS sử dụng kỹ thuật
là trơn địa hình đáy để tăng độ ổn định của mô
hình như sau:

2/12/1
2/12/1
2
++
−+
+
−

thay đổi của mực n
ước. Phương pháp thứ hai
hay kỹ thuật tách thời gian được sử dụng rộng
rãi trong các mô hình hoàn lưu đại dương nhằm
phân tách các sóng chính áp có tốc độ chuyển
động nhanh mà vẫn tiết kiệm thời gian tính:
Chế độ chính áp: giải hệ phương trình động
lượng hai chiều “trung bình theo độ sâu” với
bước thời gian ngắn, thoả mãn điều kiện
Courant-Friedrichs-Levy
Chế độ tà áp: giải hệ phương trình động
lượng ba chi
ều với bước thời gian tương đối
dài.
Tuy nhiên, sai số khác nhau giữa hai hệ
phương trình này đòi hỏi các phương pháp điều
chỉnh sao cho chúng cùng thỏa mãn phương
trình liên tục và bảo toàn các đại lượng vô
hướng.
2. Quy trình dự báo
Quy trình dự báo trường dòng chảy, nhiệt
độ, độ muối được viết trên mã nguồn mở
(UNIX) kết hợp với ngôn ngữ lập trình
MATLAB, cho phép thực hiện dự báo nghiệp
vụ
tự động, đạt hiệu quả cao (Hình 1).
Quy trình dự báo được chia làm 3 giai đoạn:
1. Giai đoạn tiền xử lý:
Download số liệu khí tượng, điều kiện ban
đầu và điều kiện biên… từ nguồn số liệu ECCO

Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường và Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên trong khuôn khổ
của
đề tài cấp Nhà nước: “Nghiên cứu phát
triển và ứng dụng công nghệ dự báo hạn ngắn
trường các yếu tố thủy văn biển khu vực Biển
Đông” mã số KC.09.16/06-10.
Các kết quả đáng tin cậy của mô hình dự
báo đã được hoàn toàn khẳng định trong [1] nên
trong bài báo này không trình bày lại các phần
hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình.
3. Các điều kiện đầu vào của mô hình
3.1. Miền dự báo
Địa hình đáy biể
n được nội suy từ số liệu
địa hình đáy biển toàn cầu ETOPO-2 có độ
phân giải 2’ (khoảng 4km). Độ sâu lớn nhất của
miền tính khoảng 4500 m và độ sâu nhỏ nhất
được giới hạn bằng 10 m và được chia thành 12
lớp theo phưong thẳng đứng. Độ sâu nhỏ nhất
được giới hạn bằng 10 m nhằm tăng bước thời
gian giới hạn bởi hiệu ứng khuyếch tán rối theo
phương thẳng đứng
∆
t <
∆
z
2
/4Nv, quá trình
này chủ yếu xảy ra ở vùng nước nông gần bờ

/s (tháng VIII) và đổ ra biển tại hai cửa có toạ
độ (9.421
o
N;106.289
o
E) và (10.171
o
N;106.80
o
E)
Lưu lượng nước sông Hồng dao động trong
khoảng 3700 m
3
/s (tháng I) - 10000 m
3
/s (tháng
VIII) và đổ ra biển tại hai cửa có toạ độ
(20.385
o
N;106.643
o
E) và (20.654
o
N;106.914
o
E)
Trên cả hai hệ thống sông nhiệt độ dao
động trong khoảng 20
o
C-25

yếu tố dòng chảy, nhiệt độ, độ muối và mực nước
tổng cộng khu vực Biển Đông.
4.2. Định dạng ảnh
Hình ảnh bản đồ phân bố các yếu tố: dòng
chảy, nhiệt độ và độ muối cho toàn khu vực
Biển Đông được chia thành 9 vùng nhỏ. Người
truy cập có thể phóng to các vùng bằng cách
kích con trỏ chuột lên từng khu vực (Hình 6).
N.M.Huấnvànnk./TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ26,Số3S(2010)362‐369
368Hình 6. Bản đồ dự báo phân bố trường vectơ dòng
chảy trên nền trường độ muối định dạng ảnh khu
vực Biển Đông và các vùng lựa chọn.
4.3. Định dạng kml – Google earth
Kết quả cũng có thể được thể hiện trên
Google earth và Google map bằng các file định
dạng klm để người dùng có thể sử dụng khả
năng có sẵn của Google earth và Google map
phóng to, thu nhỏ tuỳ ý các khu vực quan tâm .

Hình 7. Bản đồ dự báo phân bố trường dòng chảy
trên nền trường độ muối với định dạng kml khu vực
Biển Đông.
Kết luận
Quy trình dự báo trường dòng chảy, nhiệt
độ, độ muối và mực nước tổng cộng được xây
dựng trên cơ sở kế thừa các kết quả của cơ quan
Nghiên cứu Hải quân Mỹ (ONR) kết hợp với

(2005) 347-404.
[3]
http://ecco.jpl.nasa.gov/
[4]
http://www.myroms.org/index.php. Experimental forecast system for current, salinity, temperature
and water level fields in the South China Sea
Nguyen Minh Huan
1
, Pham Van Sy
2
, Duong Hong Son
2
1
Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, Hanoi University of Science, VNU,
334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam
2
Institute of Hydrology Meteorology and Environment

The rapid development of marine economy and national defense and security activities to ensure
maritime sovereignty posed scientific problem solving urgent need for providing forecast
meteorological and oceanographical information in the sea. In the country's current conditions, to
obtain the short-term forecasts of oceanographical factors in the sea can proceed in two ways: first
approach is build a system receiving information of meteorology and oceanography forecast from

countries and regions worldwide, second one is development and application of system models to
forecast the marine weather and hydrodynamics. By the second approach, we would have highly sense
in initiative in the marine forecast, the forecasting system will give full and accurate information and