Giáo trình Dự báo thủy văn biển

Chia sẻ: 124357689 124357689 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:92

Thêm vào BST

Báo xấu

140
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần mở đầu và chương 1 nêu lên những nhiệm vụ và tầm quan trọng của các dịch vụ thông tin thủy văn cho các hoạt động kinh tế, khái quát các nguồn dữ liệu mà nhà hải dương học có thể thu thập khi hình thành các tài liệu phục vụ thông tin và làm dự báo....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Dự báo thủy văn biển

Giáo trình “Dự báo thủy văn biển”
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Dự báo thủy văn biển” nhằm cung cấp cho sinh viên hải dương học những khái niệm và nguyên lý cơ bản xây dựng những dự báo về những đặc trưng chế độ thủy văn các biển và đại dương. Phần mở đầu và chương 1 nêu lên những nhiệm vụ và tầm quan trọng của các dịch vụ thông tin thủy văn cho các hoạt động kinh tế, khái quát các nguồn dữ liệu mà nhà hải dương học có thể thu thập khi hình thành các tài liệu phục vụ thông tin và làm dự báo. Ở đây cũng mô tả về nội dung và những đặc điểm của mỗi dạng dữ liệu theo nghĩa lợi dụng nó khi xây dựng các phương pháp dự báo. Chương 2 giới thiệu những nguyên lý vật lý và những phương pháp chung nhất để xây dựng các mô hình dự báo. Thủ tục phân tích hồi quy với tư cách là công cụ chủ yếu để nhận các phương trình dự báo được xét chi tiết. Phần còn lại của chương 2 mô tả những cách đánh giá chất lượng các phương pháp dự báo. Vì phần lớn các sơ đồ dự báo những tham số thủy văn biển dựa trên tương tác đại dương khí quyển, các chương 3 và 4 mô tả những phương pháp tính tới hoàn lưu khí quyển, đặc điểm của các trường khí áp, trường gió và các hợp phần cân bằng nhiệt, trong đó chú trọng những phương pháp thể hiện giải tích các trường khí tượng và hải văn. Các chương từ 5 đến 8 giành tổng quan những phương pháp cụ thể được dùng rộng rãi để dự báo từng tham số động lực và nhiệt độ nước đại dương. Một số ví dụ về dự báo dài hạn và những giả thiết, những phát hiện của các nhà khoa học nổi tiếng về những biến động dao động chung của hệ thống khí quyển − đại dương như là cơ sở của dự báo siêu hạn được giới thiệu trong chương 9. Cuốn sách này được viết dựa theo cuốn sách giáo khoa cùng tên của các tác giả K. I. Kyđriavaia, E. I. Seriakov và L. I. Scriptunova, xuất bản năm 1974 và cuốn cẩm nang “Hướng dẫn về dự báo thủy văn biển” năm 1994 của Viện Nghiên cứu Khoa học Khí tượng Thủy văn Liên bang Nga. 4
MỞ ĐẦU 1. NHỮNG NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA PHỤC VỤ THỦY VĂN CHO CÁC CƠ SỞ KINH TẾ P h ụ c v ụ k hí t ượ ng th ủ y v ă n cho các l ĩ nh v ự c có liên quan đ ế n bi ể n c ủ a kinh t ế l à nhi ệ m v ụ c ơ b ả n c ủ a công tác ph ụ c v ụ d ự b áo bi ể n mà l ị ch s ử p hát tri ể n c ủ a nó luôn luôn g ắ n li ề n v ớ i nh ữ ng ho ạ t đ ộ ng c ủ a con ng ườ i. V ớ i s ự p hát tri ể n c ủ a hàng h ả i, xây d ự ng th ủ y công trình ở b i ể n, nh ữ ng đ òi h ỏ i v ề p h ụ c v ụ t h ủ y v ă n cho các c ơ s ở k i nh t ế n h ư c ác tài li ệ u t ổ ng quan, nh ữ ng thông tin và d ự b áo th ủ y v ă n càng ngày càng t ă ng và thay đ ổ i v ề n ộ i dung, ch ấ t l ượ ng và hình th ứ c. Thông th ườ ng ng ườ i phân lo ạ i t ài li ệ u t ổ ng quan g ồ m nh ữ ng ki ế n th ứ c v ề t r ạ ng thái c ủ a bi ể n ở n h ữ ng th ờ i gian đ ã qua, t hông tin l à tr ạ ng thái c ủ a bi ể n trong th ờ i gian hi ệ n t ạ i, còn d ự b áo l à nh ữ ng thông tin, nh ữ ng nh ậ n đ ị nh có c ơ s ở k hoa h ọ c v ề t r ạ ng thái c ủ a bi ể n trong t ươ ng lai. T ấ t c ả c ác d ạ ng ph ụ c v ụ t h ủ y v ă n này đ ề u có ý ngh ĩ a to l ớ n đ ố i v ớ i hàng h ả i, ngành đ ánh b ắ t h ả i s ả n, xây d ự ng th ủ y công trình và phòng th ủ đ ấ t n ướ c. Đ ố i v ớ i m ộ t n ướ c có ngành giao thông đ ườ ng bi ể n và đ ộ i tàu đ ánh cá phát tri ể n, có nhi ề u h ả i c ả ng... thì d ĩ n hiên nh ữ ng đ òi h ỏ i ph ụ c v ụ t h ủ y v ă n bi ể n c àng nhi ề u và công tác nghiên c ứ u ch ế đ ộ t h ủ y v ă n c ủ a các bi ể n và đ ạ i d ươ ng càng m ở r ộ ng. M ỗ i ngành kinh t ế , m ỗ i ho ạ t đ ộ ng c ủ a con ng ườ i trên bi ể n đ òi h ỏ i nh ữ ng d ạ ng tài li ệ u khác nhau v ề b i ể n. N ế u nh ư đ ể t hi ế t k ế c ác công trình k ỹ t hu ậ t trên bi ể n và ven b ờ b i ể n ng ườ i ta c ầ n nh ữ ng tài li ệ u v ề c h ế đ ộ n hi ề u n ă m (các giá tr ị t rung bì nh, c ự c đ ạ i, c ự c ti ể u c ủ a các y ế u t ố k hí t ượ ng, v ậ t lý th ủ y v ă n, t ầ n s ố l ặ p l ạ i c ủ a chúng), thì đ ố i v ớ i hàng h ả i, d ẫ n d ắ t tàu, l ắ p đ ặ t các h ệ t h ố ng k ỹ t hu ậ t trong bi ể n, ng ườ i ta c ầ n c ả n h ữ ng thông tin "th ờ i ti ế t" đ ang có c ủ a bi ể n l ẫ n nh ữ ng d ự b áo v ề c ác y ế u t ố t h ủ y v ă n bi ể n nh ư s óng, dòng ch ả y... và nh ữ ng d ự b áo này th ườ ng c ó ý ngh ĩ a l ớ n h ơ n. Ngày nay, bên c ạ nh vi ệ c đ ả m b ả o an toàn ch ạ y tàu trên bi ể n, ng ườ i ta còn quan tâm t ớ i hi ệ u qu ả c ao nh ấ t c ủ a m ỗ i chuy ế n ch ạ y tàu. T ạ i các n ướ c có ngành kinh t ế g iao thông bi ể n phát tri ể n nh ư A nh, M ỹ , Nga... ngành ph ụ c v ụ t h ủ y v ă n còn đ ả m nh ậ n c ả d ị ch v ụ đ ả m b ả o nh ữ ng đ ườ ng b ơ i t ố i ư u cho các tàu vi ễ n d ươ ng. Đ ây là m ộ t h ình th ứ c ph ụ c v ụ t h ủ y v ă n m ớ i và h ứ a h ẹ n, đ ang phát tri ể n m ạ nh m ẽ . Đ ồ ng th ờ i hình th ứ c ph ụ c v ụ n ày l ạ i đ ề r a nh ữ ng yêu c ầ u l ớ n h ơ n đ ố i v ớ i các d ự b áo gió, dòng ch ả y, sóng, đ ộ đ óng b ă ng... trên nh ữ ng vùng r ộ ng l ớ n c ủ a đ ạ i d ươ ng. Ngành cá bi ể n và công nghi ệ p khai thác khoáng s ả n và d ầ u khí trên bi ể n c ũ ng 5
c ầ n nhi ề u t hông tin v ề t r ạ ng thái c ủ a bi ể n. Nh ữ ng tháp khoan, nh ữ ng c ầ u n ố i, đ ườ ng ố ng đ ượ c thi ế t k ế , xây d ự ng ở v ùng th ề m l ụ c đ ị a đ ể k hai thác d ầ u, khí và các khoáng s ả n khác c ũ ng c ầ n đ ượ c ph ụ c v ụ t h ủ y v ă n m ộ t cách toàn di ệ n. Trong xây d ự ng các công trình k ỹ t hu ậ t và khai thác cá ở m i ề n b ờ , nh ữ ng d ự b áo v ề s óng, dòng ch ả y, dao đ ộ ng m ự c n ướ c và các hi ệ n t ượ ng b ă ng ( đố i v ớ i các n ướ c ở v ùng v ĩ đ ộ c ao) vô cùng quan tr ọ ng. Ph ụ c v ụ t h ủ y v ă n bi ể n thâm n h ậ p c ả v ào các ho ạ t đ ộ ng c ủ a h ả i quân. Ở đ ây c ầ n thi ế t nh ữ ng d ự b áo dao đ ộ ng m ự c n ướ c bi ể n, dòng ch ả y, th ờ i gian xu ấ t hi ệ n nh ữ ng hi ệ n t ượ ng b ă ng. L ị ch s ử b i ế t đ ế n nhi ề u cu ộ c d ự b áo trôi mìn đ ã ng ă n ch ặ n nguy hi ể m cho bao nhiêu sinh m ạ ng con ng ườ i và tàu thuy ề n, nh ữ ng d ự b áo đ i ề u ki ệ n th ủ y v ă n và đ ộ ng l ự c b i ể n cho các cu ộ c đ ổ b ộ q uân đ ộ i. G ầ n đ ây, do phát tri ể n c ủ a h ạ m tàu ng ầ m ho ạ t đ ộ ng trong bi ể n và đ ạ i d ươ ng, ng ườ i ta đ ặ c bi ệ t quan tâm đ ế n vai trò c ủ a nh ữ ng d ự b áo đ ặ c thù nh ư d ự b áo v ề p hân b ố t heo ph ươ ng th ẳ ng đ ứ ng c ủ a nhi ệ t đ ộ n ướ c đ ạ i d ươ ng, di ễ n bi ế n c ủ a các l ớ p đ ộ t b i ế n nhi ệ t đ ộ , m ậ t đ ộ ở c ác vùng bi ể n khác nhau. Ở n hi ề u n ướ c, vi ệ c thông báo k ị p th ờ i cho các c ơ s ở s ả n xu ấ t, các c ơ q uan nhà n ướ c v ề n h ữ ng hi ệ n t ượ ng th ủ y v ă n nguy hi ể m và đ ặ c bi ệ t nguy hi ể m nh ư c ác v ụ n ướ c dâng, n ướ c d ạ t l ớ n, sóng th ầ n, đ óng ph ủ b ă ng đ ố i v ớ i tàu thuy ề n... có ý ngh ĩ a h ế t s ứ c quan tr ọ ng. Nh ư v ậ y, ngành ph ụ c v ụ k hí t ượ ng th ủ y v ă n đ ã và đ ang th ự c hi ệ n nh ữ ng nhi ệ m v ụ đ a d ạ ng. Hi ệ u qu ả c ủ a s ự p h ụ c v ụ , d ĩ n hiên, càng ngày càng t ă ng và quy đ ị nh m ộ t m ặ t b ở i các ho ạ t đ ộ ng s ả n xu ấ t, kinh t ế v à các l ĩ nh v ự c khác c ủ a con ng ườ i ngày càng phát tri ể n r ộ ng và sâu, yêu c ầ u dung l ượ ng khoa h ọ c k ỹ t hu ậ t cao h ơ n, m ặ t khác b ở i trình đ ộ c ác ph ươ ng pháp nghiên c ứ u và d ự b áo bi ể n ngày m ộ t hoàn thi ệ n. Hai m ặ t đ ó quan h ệ h ữ u c ơ v ớ i nhau và luôn thúc đ ẩ y nhau phát tri ể n. 2. CÁC KHÁI NIỆM THÔNG TIN THỦY VĂN BIỂN VÀ DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN C ác t hông tin th ủ y v ă n bi ể n l à các tài li ệ u quan tr ắ c, k ế t qu ả x ử l ý tài li ệ u quan tr ắ c v ề t h ủ y v ă n bi ể n và đ ạ i d ươ ng, t ậ p h ợ p nh ữ ng công trình nghiên c ứ u c ủ a các c ơ q uan ph ụ c v ụ d ự b áo bi ể n nh ằ m đ ả m b ả o cho ho ạ t đ ộ ng kinh t ế , k ỹ t hu ậ t, nh ữ ng t ư l i ệ u v ề t r ạ ng thái c ủ a bi ể n trong ngày qua và trong m ộ t th ờ i k ỳ n g ắ n đ ã qua ( đế n 10 ngày). Nh ữ ng t ư l i ệ u này giúp đ ánh giá hoàn c ả nh, tình hu ố ng th ủ y v ă n trên bi ể n (nh ư s óng, h ả i l ư u, nhi ệ t đ ộ , phân b ố b ă ng...). N ế u không quán xuy ế n đ ượ c tr ạ ng thái c ủ a bi ể n ở t h ờ i đ i ể m hi ệ n t ạ i thì c ũ ng không th ể l ậ p đ ượ c d ự b áo hoàn c ả nh th ủ y v ă n bi ể n trong t ươ ng lai. D ự b áo th ủ y v ă n bi ể n l à đ oán tr ướ c, tính tr ướ c m ộ t cách có c ơ s ở k hoa h ọ c nh ữ ng thay đ ổ i c ủ a các đ ặ c tr ư ng th ủ y v ă n, m ộ t hi ệ n t ượ ng nh ấ t đ ị nh hay m ộ t y ế u t ố c ủ a ch ế đ ộ t h ủ y v ă n d ự a trên n h ữ ng s ự h i ể u bi ế t v ề c ác quy lu ậ t v ậ t lý th ủ y quy ể n và khí quy ể n có tính đ ế n các đ i ề u ki ệ n đ ị a lý, t ự n hiên đ ị a ph ươ ng. Trong các d ự b áo ph ả i ph ả n ánh đ ượ c đ ặ c tr ư ng đ ị nh l ượ ng và đ ị nh tính c ủ a h i ệ n t ượ ng d ự b áo và th ờ i gian xu ấ t hi ệ n c ủ a nó trong m ộ t vùng hay m ộ t đ ị a đ i ể m c ụ t h ể . L ậ p và đ ư a ra các d ự b áo là giai đ o ạ n quan tr ọ ng và đ ầ y trách nhi ệ m trong 6
c ông vi ệ c c ủ a c ơ q uan ph ụ c v ụ d ự b áo. Yêu c ầ u và đ òi h ỏ i c ủ a các c ơ s ở k inh t ế t rong l ĩ nh v ự c d ự b áo bi ể n r ấ t l ớ n và ngày càng gia t ă ng. 7
CHƯƠNG 1 - THÔNG TIN THỦY VĂN BIỂN 1.1. MẠNG LƯỚI THÔNG TIN N gu ồ n đ ể n h ậ n thông tin có h ệ t h ố ng v ề t r ạ ng thái hi ệ n t ạ i c ủ a bi ể n là nh ữ ng quan tr ắ c c ủ a các tr ạ m khí t ượ ng th ủ y v ă n trên b ờ v à trên tàu kh ả o sát, nghiên c ứ u, các tàu th ờ i ti ế t, các tr ạ m phao ho ạ t đ ộ ng đ ộ c l ậ p, nh ữ ng quan tr ắ c h ả i d ươ ng h ọ c t ừ m áy bay và v ệ t inh. T ổ c h ứ c th ự c hi ệ n m ạ ng l ướ i thông tin h ả i d ươ ng h ọ c th ườ ng r ấ t t ố n kém và ph ứ c t ạ p. M ạ ng l ướ i thông tin đ ượ c t ổ c h ứ c sao cho s ố t r ạ m t hông tin càng ít càng t ố t, song v ẫ n đ ả m b ả o đ ượ c công tác ph ụ c v ụ b ình th ườ ng. Mu ố n v ậ y ph ả i tuân th ủ n h ữ ng yêu c ầ u sau đ ây: 1) Ph ả i đ áp ứ ng đ ượ c nh ữ ng đ òi h ỏ i c ủ a các c ơ s ở k inh t ế ; 2) Ph ả i đ ả m b ả o tính đ ặ c tr ư ng c ủ a các d ữ l i ệ u thu đ ượ c; 3) Phân b ố c ác l ướ i thông tin ph ả i phù h ợ p v ớ i s ự c ầ n t hi ế t tìm hi ể u đ ặ c đ i ể m th ủ y v ă n, phù h ợ p kích th ướ c c ủ a bi ể n, v ị nh, eo bi ể n... 4) Ph ả i có các ph ươ ng ti ệ n liên l ạ c đ ả m b ả o truy ề n thông tin an toàn và k ị p th ờ i. Nh ữ ng đ ài, tr ạ m khí t ượ ng th ủ y v ă n ven b ờ c ung c ấ p nh ữ ng s ố l i ệ u, tin t ứ c đ ặ c tr ư ng cho ch ế đ ộ k hí t ượ ng th ủ y v ă n ở v ùng g ầ n b ờ v à có th ể m ộ t ph ầ n vùng bi ể n lân c ậ n. Ngu ồ n thông tin này t ừ l âu v ẫ n là n gu ồ n c ơ b ả n trong công tác c ủ a các c ơ q uan d ự b áo bi ể n. Đ ặ c đ i ể m quý giá nh ấ t c ủ a ngu ồ n d ữ l i ệ u này là nó cung c ấ p nh ữ ng d ữ l i ệ u đ ầ y đ ủ , liên t ụ c và chính xác nh ấ t. Nh ữ ng thông tin do ngu ồ n này cung c ấ p th ườ ng đ ượ c dùng trong nh ữ ng nghiên c ứ u khoa h ọ c, trong khi xây d ự ng và ki ể m nghi ệ m các ph ươ ng pháp d ự b áo. Các tr ạ m khí t ượ ng th ủ y v ă n trên tàu đ ượ c t ổ c h ứ c trên n h ữ ng tàu hàng h ả i, tàu đ ánh cá và các tàu nghiên c ứ u khoa h ọ c. Nhìn chung cho đ ế n ngày nay s ố t r ạ m ki ể u này trên th ế g i ớ i đ ã t ươ ng đ ố i nhi ề u. Tuy nhiên chúng phân b ố k hông đ ề u trên đ ạ i d ươ ng và các bi ể n, phân b ố k hông đ ề u v ề t h ờ i gian ho ạ t đ ộ ng và thành ph ầ n các quan tr ắ c. Thông th ườ ng ph ầ n l ớ n các tàu ho ạ t đ ộ ng trên đ ạ i d ươ ng và bi ể n cung c ấ p nh ữ ng s ố l i ệ u quan tr ắ c t ố i thi ể u v ề c ác y ế u t ố k hí t ượ ng bi ể n, m ộ t v ài y ế u t ố t h ủ y v ă n m ặ t bi ể n. Ch ỉ c ó nh ữ ng tàu khoa h ọ c chuyên d ụ ng m ớ i th ự c hi ệ n quan tr ắ c đ ầ y đ ủ c ác y ế u t ố , trong đ ó có nh ữ ng tr ạ m h ả i v ă n n ướ c sâu, tr ạ m h ả i v ă n liên t ụ c là d ạ ng d ữ l i ệ u ph ụ c v ụ n h ữ ng m ụ c đ ích nghiên c ứ u chuyên sâu. Nh ữ ng tàu khoa h ọ c th ự c hi ệ n m ộ t t ậ p h ợ p đ ầ y đ ủ n h ữ ng quan tr ắ c và nghiên c ứ u th eo m ộ t ch ươ ng trình đ ượ c cân nh ắ c tr ướ c theo nh ữ ng m ụ c tiêu, nhi ệ m v ụ c huyên 8
m ôn. Nh ữ ng s ố l i ệ u thu đ ượ c có giá tr ị đ ặ c bi ệ t quan tr ọ ng khi xây d ự ng các ph ươ ng pháp d ự b áo, hoàn thi ệ n nh ữ ng mô hình v ề c ác quá trình, tham s ố h oá các quá trình... B ắ t đ ầ u t ừ n h ữ ng n ă m hai m ươ i ng ườ i ta t ổ c h ứ c m ạ ng l ướ i các tàu khoa h ọ c g ọ i là "tàu th ờ i ti ế t" ở đ ạ i d ươ ng nh ằ m m ụ c đ ích nghiên c ứ u toàn di ệ n các quá trình khí quy ể n trên đ ạ i d ươ ng và các quá trình v ậ t lý trong n ướ c bi ể n đ ể h oàn ch ỉ nh các d ự b áo th ờ i ti ế t. T ài li ệ u quan tr ắ c trên các tàu này đ ượ c nhi ề u trung tâm khí t ượ ng h ọ c và h ả i d ươ ng h ọ c s ử d ụ ng trong công tác d ự b áo, ph ụ c v ụ . Ch ươ ng trình ho ạ t đ ộ ng và quan tr ắ c g ồ m: a) Các quan tr ắ c khí t ượ ng, cao không, h ả i d ươ ng h ọ c, đ ị a v ậ t lý tiêu chu ẩ n và chuyên d ụ ng t ạ i m ộ t s ố v ùng xác đ ị nh c ủ a đ ạ i d ươ ng; b) Thu th ậ p t ừ c ác trung tâm c ủ a th ế g i ớ i và t ừ c ác v ệ t inh nh ữ ng thông tin còn thi ế u đ ể d ùng vào công tác th ự c d ụ ng ngay trên tàu và truy ề n t ớ i các c ơ q ua n ph ụ c v ụ k hí t ượ ng th ủ y v ă n trên l ụ c đ ị a; c) Ph ụ c v ụ c ho hàng h ả i, đ ánh cá, hàng không t ạ i vùng ho ạ t đ ộ ng c ủ a tàu th ờ i ti ế t b ằ ng nh ữ ng b ả n tin v ề t r ạ ng thái đ ã qua c ủ a khí quy ể n và đ ạ i d ươ ng, b ằ ng các b ả n d ự b áo, các thông báo v ề b ão, nh ữ ng ch ỉ d ẫ n... Đ ể n ghiên c ứ u ch ế đ ộ t h ủ y v ă n, khí t ượ ng vùng B ắ c B ă ng D ươ ng ng ườ i ta đ ã s ử d ụ ng nhi ề u tr ạ m k hí t ượ ng vô tuy ế n t ự đ ộ ng và các h ả i đ ă ng vô tuy ế n. Nh ằ m ti ế p t ụ c hoàn thi ệ n các ph ươ ng pháp d ự b áo th ủ y v ă n bi ể n c ầ n có nh ữ ng chu trình quan tr ắ c dài ở đ ạ i d ươ ng theo m ộ t m ạ ng l ướ i đ ủ d ày các đ i ể m quan tr ắ c. Vì không th ể t h ự c hi ệ n công vi ệ c đ ó trên nh ữ ng kho ả ng không gian r ộ ng do nh ữ ng nguyên nhân k ỹ t hu ậ t, ng ườ i ta bu ộ c ph ả i th ự c hi ệ n nghiên c ứ u tr ong ph ạ m vi m ộ t bãi th ử n ghi ệ m nào đ ó g ọ i là poligôn: k ế t h ợ p ho ạ t đ ộ ng c ủ a m ộ t s ố t àu kh ả o sát v ớ i nhi ề u tr ạ m phao có trang b ị n h ữ ng máy t ự g hi đ ể k h ả o sát và nghiên c ứ u sâu s ắ c, toàn di ệ n m ộ t vùng d ự đ ị nh. Thông tin t ừ c ác tr ạ m phao đ ạ i d ươ ng đ ượ c truy ề n vào b ờ t ớ i các trung tâm nghiên c ứ u b ằ ng vô tuy ế n ho ặ c chuy ể n ti ế p thông qua các v ệ t inh. Theo quy ế t đ ị nh c ủ a U ỷ b an H ả i d ươ ng h ọ c Qu ố c t ế ( IOC) c ủ a U NESCO và T ổ c h ứ c Khí t ượ ng Th ế g i ớ i (WMO) m ộ t ch ươ ng trình h ợ p tác khoa h ọ c qu ố c t ế đ ã đ ượ c thành l ậ p, đ ó là H ệ t h ố ng các tr ạ m đ ạ i d ươ ng toàn c ầ u liên h ợ p (Global Ocean Observing System - GOOS), g ồ m 26 n ướ c tham gia [12]. T ừ n ă m 1972 các n ướ c đ ã b ắ t đ ầ u trao đ ổ i thông tin v ề t r ạ ng thái đ ạ i d ươ ng (d ữ l i ệ u v ề p hân b ố t h ẳ ng đ ứ ng c ủ a nh i ệ t đ ộ n ướ c nh ậ n t ừ c ác tàu nghiên c ứ u khoa h ọ c, tàu th ờ i ti ế t ở B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng). Nh ờ m ộ t h ệ t h ố ng liên l ạ c vô tuy ế n toàn c ầ u do T ổ c h ứ c Khí t ượ ng Th ế g i ớ i t ổ c h ứ c, m ỗ i m ộ t n ướ c đ ề u nh ậ n đ ượ c thông tin v ề t r ạ ng thái đ ạ i d ươ ng. Vào nh ữ ng n ă m g ầ n đ ây b ắ t đ ầ u m ở m ang vi ệ c s ử d ụ ng hàng không đ ể t i ế n hà nh quan tr ắ c h ả i v ă n. S ử d ụ ng máy bay đ ể q uan tr ắ c b ă ng t ạ o ra kh ả n ă ng ch ụ p ả nh nhanh đ ượ c b ứ c tranh tr ạ ng thái, phân b ố b ă ng ở c ác bi ể n. B ắ t đ ầ u t ừ n ă m 1965 ở L iên Xô đ ã th ự c hi ệ n ch ụ p ả nh t ừ m áy bay tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t bi ể n 9
b ằ ng nhi ệ t k ế b ứ c x ạ . Ch ụ p ả nh m áy bay tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t bi ể n có ý ngh ĩ a quan tr ọ ng tr ự c ti ế p ph ụ c v ụ c ác c ơ q uan đ ánh cá trên bi ể n kh ơ i. B ằ ng ả nh máy bay c ũ ng thu đ ượ c các tr ườ ng dòng ch ả y bi ể n trên nh ữ ng vùng không gian r ộ ng l ớ n, đ i ề u r ấ t quan tr ọ ng khi thi ế t l ậ p đ ầ u vào c ủ a các mô hình d ự b áo. Thông tin quan tr ọ ng nh ấ t có th ể n h ậ n đ ượ c nh ờ q uan tr ắ c t ừ v ệ t inh. Đ ã t ừ l âu nay, khi l ậ p thông tin th ủ y v ă n bi ể n ng ườ i ta s ử d ụ ng r ộ ng rãi nh ữ ng d ữ l i ệ u nh ậ n t ừ c ác v ệ t inh khí t ượ ng. D ự a theo nh ữ ng ả nh v ệ t inh thu đ ượ c, các nhà khí t ượ ng nghiên c ứ u s ự b i ế n đ ổ i c ủ a các dòng không khí, phát hi ệ n nh ữ ng tâm xoáy thu ậ n, tìm ra nh ữ ng front khí quy ể n, phân b ố l ượ ng và d ạ ng mây trên vùng không gian l ớ n. Nh ờ c ó v ệ t inh d ễ n h ậ n ra nh ữ ng mi ề n ho ạ t đ ộ ng dông, mi ề n giáng th ủ y và nhi ề u y ế u t ố k h ác quan tr ọ ng đ ố i v ớ i các nhà khí t ượ ng. C ũ ng d ự a theo nh ữ ng tài li ệ u này có th ể r út ra nh ữ ng d ẫ n li ệ u cho các nhà h ả i d ươ ng h ọ c. Thí d ụ , d ự a theo nh ữ ng t ấ m ả nh v ệ t inh, n ế u mây không che khu ấ t thì có th ể n h ậ n rõ đ ườ ng b ờ b i ể n hay đ ạ i d ươ ng, v ị t rí mi ề n b ă ng, biên gi ớ i b ă ng v ớ i m ậ t đ ộ k hác nhau, đ ườ ng vi ề n nh ữ ng kho ả ng n ướ c thoáng l ớ n, hình d ạ ng và k ích th ướ c nh ữ ng cánh đ ồ ng b ă ng, nh ữ ng kênh n ướ c thoáng gi ữ a các cánh đ ồ ng b ă ng trôi. V ớ i vi ệ c thành l ậ p nh ữ ng v ệ t inh h ả i d ươ ng h ọ c chuyên d ụ ng, rõ ràng s ẽ t r ở t hành hi ệ n th ự c kh ả n ă ng nghiên c ứ u không nh ữ ng tr ạ ng thái b ă ng bi ể n mà t ậ p h ợ p đ ượ c đ ầ y đ ủ c ác hi ệ n t ượ ng x ả y ra trong bi ể n: các dòng bi ể n nóng, dòng bi ể n l ạ nh, dao đ ộ ng m ự c n ướ c, các hi ệ n t ượ ng tri ề u, s ự t h ành t ạ o và phát tri ể n sóng, s ự t hay đ ổ i cân b ằ ng nhi ệ t và các quá trình sinh h ọ c, đ ị a ch ấ t h ọ c khác. Ng ườ i ta đ ã d ự a theo nh ữ ng ả nh v ệ t inh mà thi ế t l ậ p m ố i liên h ệ g i ữ a các xoáy mây v ớ i các vùng sóng bão ở B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng, biên gi ớ i, kích th ướ c, đ ườ ng di chuy ể n và phát tri ể n c ủ a chúng. Và nh ữ ng d ữ l i ệ u này r ấ t quý giá khi xây d ự ng các d ự b áo và thông báo bão cho nh ữ ng tàu bi ể n, l ậ p đ ườ ng b ơ i t ố i ư u cho tàu... Ngu ồ n thông tin t ừ v ệ t inh và ch ụ p ả nh m áy bay ngày nay là ngu ồ n d ữ l i ệ u xu ấ t phát chính cho các mô hình d ụ b áo th ờ i ti ế t, khí h ậ u và h ả i v ă n. 1.2. NỘI DUNG VÀ THỨ TỰ THU THẬP CÁC DỮ LIỆU VỀ TRẠNG THÁI BIỂN Đ ể đ ả m b ả o tính so sánh đ ượ c và tính đ ồ ng nh ấ t c ủ a t ấ t c ả c ác quan tr ắ c th ủ y v ă n bi ể n, ng ườ i ta ph ả i th ự c hi ệ n chúng theo nh ữ ng tài li ệ u ch ỉ d ẫ n. Khi đ ã th ự c hi ệ n m ộ t kh ố i l ượ ng đ ị nh tr ướ c các quan tr ắ c và ch ỉ nh lý các k ế t qu ả q uan tr ắ c, ng ườ i quan tr ắ c truy ề n chúng v ề c ác c ơ q uan ph ụ c v ụ d ự b áo bi ể n d ướ i d ạ ng mã theo các đ ườ ng liên l ạ c khác nhau. N ộ i dung c ủ a các d ữ l i ệ u thông tin v ề t r ạ ng t hái bi ể n và đ ạ i d ươ ng đ ượ c xác đ ị nh b ằ ng các b ả ng mã t ồ n t ạ i dùng đ ể t ruy ề n thông tin. 1) Đ i ệ n báo thông tin truy ề n t ừ m ạ ng l ướ i các tr ạ m khí t ượ ng th ủ y v ă n ven b ờ c h ứ a các d ữ l i ệ u v ề : K ý hi ệ u tr ạ m, ngày và th ờ i h ạ n quan tr ắ c; • H ướ ng và t ố c đ ộ g ió; • T ầ m nhìn xa v ề p hía bi ể n; • 10
N hi ệ t đ ộ n ướ c và không khí; • T r ạ ng thái m ự c n ướ c bi ể n; • S óng bi ể n và sóng v ỗ b ờ ; • T r ạ ng thái ph ủ b ă ng ( đố i v ớ i các bi ể n có b ă ng). • 2) Đ i ệ n báo t ừ n h ữ ng tr ạ m khí t ượ ng th ủ y v ă n trên tàu ch ứ a nh ữ ng d ữ l i ệ u v ề : T ọ a đ ộ t àu, ngày và th ờ i h ạ n quan tr ắ c; • H ướ ng và t ố c đ ộ g ió; • T ầ m nhìn xa ngang; • T h ờ i ti ế t vào h ạ n quan tr ắ c và gi ữ a các h ạ n; • Á p su ấ t khí quy ể n và nhi ệ t đ ộ k hông khí; • L ượ ng mây; • Đ ộ d ị ch chuy ể n c ủ a tàu; • N hi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t bi ể n; • S óng gió và sóng l ừ ng; • T r ạ ng thái ph ủ b ă ng m ặ t bi ể n (n ế u có). • 3) Đ i ệ n t ừ c ác tàu nghiên c ứ u khoa h ọ c th ự c hi ệ n quan tr ắ c h ả i v ă n n ướ c sâu có b ổ s ung thêm nh ữ ng d ữ l i ệ u sau: T ọ a đ ộ v à th ờ i gian quan tr ắ c; • Đ ộ s âu c ủ a bi ể n và các t ầ ng quan tr ắ c; • N hi ệ t đ ộ , đ ộ m u ố i và dòng ch ả y ở c ác t ầ ng. • Càng ngày càng có nhi ề u ph ươ ng pháp m ớ i đ ượ c đ ư a vào h ệ t h ố ng quan tr ắ c, thu th ậ p và truy ề n tin khí t ượ ng th ủ y v ă n. T ạ i nhi ề u n ướ c công tác quan tr ắ c, x ử l ý và gi ả i thích thông tin khí t ượ ng th ủ y v ă n đ ã ở t rình đ ộ t ự đ ộ ng hoá r ấ t cao. Ngoài ra ng ườ i ta còn phát tri ể n nh ữ ng ph ươ ng pháp, nh ữ ng ph ầ n m ề m đ ể c ậ p nh ậ t và hoà tr ộ n các thông tin linh ho ạ t m ớ i nh ậ n đ ượ c v ớ i n h ữ ng thông tin có s ẵ n, suy d ẫ n các d ữ l i ệ u v ề h ệ t h ố ng l ướ i chuyên d ụ ng c ủ a các ph ầ n m ề m c ủ a mô hình tính toán ch ẩ n đ oán và mô hình d ự b áo... 1.3. ĐẢM BẢO DỮ LIỆU THỦY VĂN CHO CÁC NGÀNH KINH TẾ V i ệ c đ ả m b ả o khí t ượ ng th ủ y v ă n cho các ngành kinh t ế n h ằ m m ụ c đ ích tho ả m ãn nh ữ ng yêu c ầ u v ề t r ạ ng thái bi ể n và th ờ i ti ế t c ủ a các c ơ s ở s ả n xu ấ t nh ư t rong các ngành hàng h ả i, đ ánh cá, xây d ự ng trên bi ể n, nông nghi ệ p và qu ố c phòng. Các c ơ q uan nghiên c ứ u c ủ a ngành khí t ượ ng th ủ y v ă n cùng v ớ i nh ữ ng c ơ s ở s ả n xu ấ t ti ế n hành l ậ p tr ướ c nh ữ ng k ế h o ạ ch ph ụ c v ụ , trong đ ó ch ỉ r õ c ơ s ở đ ượ c ph ụ c v ụ c ầ n nh ữ ng thông tin khí t ượ ng t h ủ y v ă n nào và th ờ i h ạ n c ụ t h ể r a sao. T ậ p h ợ p nh ữ ng công vi ệ c c ủ a các c ơ q uan d ự b áo bi ể n đ ể t ho ả m ãn k ị p th ờ i, 11
đ ầ y đ ủ n h ữ ng tà i li ệ u th ủ y v ă n cho các c ơ s ở k inh t ế g ọ i là đ ả m b ả o th ủ y v ă n. V ề p h ươ ng di ệ n này, các tài li ệ u th ủ y v ă n bi ể n đ ượ c chia ra làm hai lo ạ i: tài li ệ u ph ụ c v ụ l inh ho ạ t và tài li ệ u ch ế đ ộ . Nh ữ ng t ài li ệ u ph ụ c v ụ l inh ho ạ t n êu rõ tr ạ ng thái đ ã qua và s ắ p t ớ i c ủ a các đ i ề u ki ệ n thu ỷ v ă n. Nh ữ ng t ài li ệ u ch ế đ ộ t rình bày v ề n h ữ ng đ ặ c tr ư ng c ủ a các y ế u t ố q ua m ộ t th ờ i k ỳ n h ấ t đ ị nh, tính bi ế n đ ộ ng c ủ a chúng, t ầ n su ấ t v à đ ộ b ả o đ ả m. Các tài li ệ u thu ỷ v ă n ph ụ c v ụ l inh ho ạ t bao g ồ m: 1) Thông tin v ề c ác đ i ề u ki ệ n thu ỷ v ă n đ ã và đ ang di ễ n ra; 2) Các d ự b áo nh ữ ng y ế u t ố t hu ỷ v ă n trong t ươ ng lai v ớ i nh ữ ng th ờ i h ạ n khác nhau; 3) Báo tr ướ c v ề s ự x u ấ t h i ệ n và phát tri ể n c ủ a các hi ệ n t ượ ng đ ặ c bi ệ t nguy hi ể m và nguy hi ể m; 4) Nh ữ ng ch ỉ d ẫ n v ề c ách đ ánh giá đ úng nh ấ t và v ề c ách th ứ c s ử d ụ ng các tài li ệ u ph ụ c v ụ l inh ho ạ t trong ho ạ t đ ộ ng s ả n xu ấ t c ủ a các c ơ q uan đ ượ c ph ụ c v ụ . Nh ữ ng tài li ệ u sau đ ây thu ộ c v ề t ài li ệ u ch ế đ ộ : 1) Các c ẩ m nang khoa h ọ c - k ỹ t hu ậ t v à các v ă n b ả n tiêu chu ẩ n; 2) Các niên l ị ch khí t ượ ng th ủ y v ă n và l ị ch tháng; 3) Các atlas và các b ả n đ ồ p hân b ố n h ữ ng y ế u t ố t hu ỷ v ă n c ơ b ả n; 4) Các công báo thu ỷ v ă n c ơ b ả n và các b ả ng bi ể u. Ph ụ c v ụ t hu ỷ v ă n đ ượ c ti ế n hành b ằ ng các cách sau: a) Các báo cáo c ủ a nhân viên ph ụ c v ụ k hí t ượ ng th ủ y v ă n cho lãnh đ ạ o các c ơ q uan đ ượ c ph ụ c v ụ v ề c ác đ i ề u ki ệ n thu ỷ v ă n đ ã d i ễ n ra và s ắ p t ớ i; b) Cung c ấ p các tài li ệ u thu ỷ v ă n (các d ự b áo, các thông báo tr ướ c v ề b ão bi ể n); c) S ự t ham gia c ủ a các chuyên viên ph ụ c v ụ k hí t ượ ng thu ỷ v ă n t ạ i các h ộ i ngh ị ; Các tài li ệ u thu ỷ v ă n có th ể đ ượ c truy ề n đ i theo ra đ io, các đ ườ ng liên l ạ c tr ự c ti ế p, đ i ệ n tho ạ i, đ i ệ n tín; vô tuy ế n truy ề n hình, b ư u đ i ệ n hay chuy ể n tr ự c ti ế p. V ớ i s ự p hát tri ể n n ề n kinh t ế v à xã h ộ i và s ự t r ưở ng thành c ủ a k hoa h ọ c s ẽ n gày càng phát sinh thêm nh ữ ng nhu c ầ u v ề t hông tin h ả i v ă n và nh ữ ng hình th ứ c cung c ấ p thông tin h ả i v ă n. 1.4. CHỈ DẪN SỬ DỤNG CÁC TÀI LIỆU THUỶ VĂN T rong các ch ỉ d ẫ n nh ữ ng ng ườ i công tác khí t ượ ng th ủ y v ă n đ ề đ ạ t v ớ i các c ơ s ở s ả n xu ấ t nh ữ ng cách th ứ c s ử d ụ ng h ữ u ích nh ấ t nh ữ ng đ i ề u ki ệ n khí t ượ ng th ủ y v ă n s ắ p x ả y ra trong vi ệ c đ ặ t k ế h o ạ ch và xúc ti ế n nh ữ ng ho ạ t đ ộ ng s ả n xu ấ t hay 12
n h ữ ng b ướ c n g ă n đ e làm gi ả m tác h ạ i c ủ a các hi ệ n t ượ ng th ủ y v ă n đ ế n ho ạ t đ ộ ng c ủ a các ngành kinh t ế . Đ ể x ây d ự ng nh ữ ng b ả n ch ỉ d ẫ n thì nhà d ự b áo c ầ n ph ả i: 1) có d ự b áo th ủ y v ă n khá tin c ậ y; 2) thông hi ể u các đ ặ c đ i ể m ho ạ t đ ộ ng s ả n xu ấ t c ủ a c ơ q uan đ ượ c ph ụ c v ụ ; 3) bi ế t các đ ặ c đ i ể m v ề m ùa c ủ a ch ế đ ộ t h ủ y v ă n ở l ãnh th ổ p h ụ c v ụ v à các d ị t h ườ ng c ủ a n ó có th ể x ả y ra. Yêu c ầ u đ ố i v ớ i các ch ỉ d ẫ n là ng ắ n g ọ n, rõ ràng, c ụ t h ể v à d ễ h i ể u cho ng ườ i dùng. Nh ữ ng b ả n ch ỉ d ẫ n có th ể đ ượ c l ậ p ra do yêu c ầ u c ủ a các c ơ q uan s ả n xu ấ t đ ượ c ph ụ c v ụ h ay c ũ ng có th ể d o sáng ki ế n c ủ a các c ơ q uan ph ụ c v ụ k hí t ượ ng th ủ y v ă n. 13
CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN 2.1. NHỮNG CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN D ự b áo th ủ y v ă n bi ể n là tính tr ướ c m ộ t hi ệ n t ượ ng th ủ y v ă n nào đ ó d ự a trên s ự h i ể u bi ế t các quy lu ậ t phát tri ể n c ủ a hi ệ n t ượ ng đ ó trong nh ữ ng đ i ề u ki ệ n c ụ t h ể c ủ a bi ể n. C ơ s ở c hung c ủ a nh ữ ng d ự b áo th ủ y v ă n bi ể n là ph ươ ng pháp phân tích v ậ t lý v ề c ác quá trình quy ế t đ ị nh ch ế đ ộ b i ể n mà m ụ c đ ích cu ố i cùng là nh ậ n đ ư ợ c nh ữ ng bi ể u th ứ c đ ị nh l ượ ng đ ặ c tr ư ng cho m ố i liên h ệ l ẫ n nhau gi ữ a hi ệ n t ượ ng d ự b áo và các y ế u t ố g ây nên hi ệ n t ượ ng đ ó. S ự x u ấ t hi ệ n c ủ a các hi ệ n t ượ ng v ậ t lý trong bi ể n hay đ ạ i d ươ ng, thí d ụ s óng bi ể n, dòng ch ả y, dao đ ộ ng m ự c n ướ c, nhi ệ t đ ộ ... và s ự p hát tri ể n c ủ a chúng ph ụ t hu ộ c vào m ộ t t ậ p h ợ p các y ế u t ố t h ủ y v ă n và k hí t ượ ng. Trong s ố n h ữ ng y ế u t ố k hác nhau ấ y có m ộ t s ố y ế u t ố c ó tính ch ấ t quy ế t đ ị nh trong s ự p hát tri ể n c ủ a hi ệ n t ượ ng, g ọ i là nh ữ ng y ế u t ố c hính, còn m ộ t s ố c ác y ế u t ố k hác có ý ngh ĩ a th ứ y ế u. Nhi ệ m v ụ c ủ a ng ườ i xây d ự ng ph ươ ng pháp d ự b áo là phân bi ệ t và tách riêng ra đ ượ c các y ế u t ố c hính kh ỏ i các y ế u t ố t h ứ y ế u. Trong khi phân tích hi ệ n t ượ ng c ầ n nh ớ r ằ ng trong quá trình phát tri ể n c ủ a cùn g m ộ t hi ệ n t ượ ng nh ư ng ở n h ữ ng đ i ề u ki ệ n đ ị a lý khác nhau, ở n h ữ ng vùng bi ể n khác nhau có th ể c ác y ế u t ố c hính c ũ ng thay đ ổ i. Thí d ụ , t ạ i m ộ t vùng bi ể n nào đ ó y ế u t ố c hính làm thay đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c bi ể n là dòng nhi ệ t t ừ k hí quy ể n đ i qua m ặ t bi ể n, nh ư ng ở n ơ i khác có th ể n guyên nhân gây nên nh ữ ng dao đ ộ ng, bi ế n đ ổ i l ớ n c ủ a nhi ệ t đ ộ n ướ c bi ể n l ạ i là dòng nhi ệ t do các dòng h ả i l ư u v ậ n c huy ể n đ ế n n ơ i đ ang xét. Dao đ ộ ng dâng rút gây b ở i gió và bão ph ụ t hu ộ c r ấ t nhi ề u vào hình d ạ ng đ ườ ng b ờ v à đ ị a hình vùng bi ể n bao quanh c ả ng ho ặ c đ ị a đ i ể m đ ượ c d ự b áo m ự c n ướ c... M ộ t s ố c ác đ ặ c tr ư ng v ậ t lý bi ể n và khí quy ể n không th ể x ác đ ị nh tr ự c ti ế p đ ượ c trong quá trình quan tr ắ c . Trong tr ườ ng h ợ p đ ó ng ườ i ta ph ả i ho ặ c là xác đ ị nh chúng b ằ ng con đ ườ ng tính toán, ho ặ c bi ể u th ị g ián ti ế p chúng thông qua các y ế u t ố k hác. Thí d ụ , trong d ự b áo bi ể n ng ườ i ta th ườ ng bi ể u th ị t r ữ l ượ ng nhi ệ t c ủ a n ướ c qua nhi ệ t đ ộ n ướ c v ớ i m ộ t h ệ s ố t ươ ng ứ ng, đ ặ c tr ư ng cho đ ộ s âu bi ể n. Nhi ệ t đ ộ n ướ c càng cao và đ ộ d ày l ớ p n ướ c càng l ớ n thì tr ữ l ượ ng nhi ệ t c ủ a l ớ p n ướ c trong th ủ y v ự c đ ang xét càng l ớ n. Đ ể b i ể u th ị d òng nhi ệ t m ang vào m ộ t vùng bi ể n ng ườ i ta có th ể c h ỉ c ầ n xét bi ế n thiên nhi ệ t đ ộ t rung bình c ủ a m ộ t m ặ t c ắ t qua c ử a thông bi ể n đ ó v ớ i đ ạ i d ươ ng ho ặ c bi ể n khác lân c ậ n. Tr ướ c khi ti ế n t ớ i xây d ự ng ph ươ ng pháp d ự b áo hay tính toán m ộ t hi ệ n t ượ ng 14
v ậ t lý t rong bi ể n hay trong đ ạ i d ươ ng ng ườ i d ự b áo ph ả i th ự c hi ệ n phân tích toàn di ệ n và sâu s ắ c các quá trình x ả y ra, phát hi ệ n nh ữ ng nguyên nhân c ơ b ả n thúc đ ẩ y s ự p hát tri ể n c ủ a hi ệ n t ượ ng trên c ơ s ở n h ữ ng d ữ l i ệ u quan tr ắ c đ ã có g ầ n đ ây và trong l ị ch s ử . S ự p hân tích này ph ả i d ự a trên các quy lu ậ t v ậ t lý bi ể n và khí quy ể n, có chú ý đ ế n các đ i ề u ki ệ n đ ị a lý đ ị a ph ươ ng. Thông th ườ ng, đ ầ u tiên ng ườ i ta ti ế n hành phân tích đ ị nh tính nh ữ ng d ữ l i ệ u xu ấ t p hát, thi ế t l ậ p nh ữ ng nét c ơ b ả n c ủ a hi ệ n t ượ ng nghiên c ứ u và đ i t ớ i m ộ t gi ả t hi ế t th ự c d ụ ng nào đ ó, t ứ c là đ ị nh ra m ộ t con đ ườ ng đ ể g i ả i quy ế t nhi ệ m v ụ . Tính đ úng đ ắ n c ủ a gi ả t hi ế t đ ã ch ọ n s ẽ đ ượ c ki ể m tra sau đ ó, trên c ơ s ở x ử l ý các d ữ l i ệ u qua n tr ắ c đ ầ y đ ủ v ề h i ệ n t ượ ng. Trong quá trình phân tích c ầ n phát hi ệ n nh ữ ng y ế u t ố m à liên h ệ c ủ a chúng v ớ i hi ệ n t ượ ng d ự b áo rõ r ệ t nh ấ t, th ậ m chí trong m ộ t s ố t r ườ ng h ợ p m ố i liên h ệ ấ y đ ã hi ể n nhiên theo quan đ i ể m v ậ t lý hay theo các quy lu ậ t trong ti ế n trình c ủ a hi ệ n t ượ ng. Đ ể t h ấ y tr ướ c đ ượ c ti ế n trình ti ế p sau c ủ a các hi ệ n t ượ ng ch ỉ n ghiên c ứ u chúng ở m ộ t đ ị a đ i ể m t hì ch ư a đ ủ . Nh ữ ng quan tr ắ c ở n h ữ ng đ i ể m riêng l ẻ k hông cho m ộ t khái ni ệ m đ ầ y đ ủ v ề c ác nguyên nhân, v ề b ả n ch ấ t c ủ a quá trình. Vì v ậ y, ở g iai đ o ạ n hi ệ n nay các quá trình trong bi ể n đ ượ c nghiên c ứ u và phân tích trong m ộ t ph ạ m vi r ộ ng v ề k hông gian và th ờ i gian. Khi phân tích nh ữ ng bi ế n đ ổ i theo th ờ i gian và không gian c ủ a các hi ệ n t ượ ng v ậ t lý c ầ n tính t ớ i m ộ t đ i ề u là đ ạ i d ươ ng và khí quy ể n n ằ m t rong m ộ t s ự t ươ ng tác nhi ệ t h ọ c và đ ộ ng l ự c h ọ c liên t ụ c mà nguyên nhân đ ầ u tiên là n ă ng l ượ ng t ừ m ặ t tr ờ i. Vì v ậ y nghiên c ứ u các quá trình v ậ t lý trong bi ể n không th ể t ách r ờ i v ớ i vi ệ c nghiên c ứ u các quá trình x ả y ra trong khí quy ể n. Trong khi đ ó c ầ n chú ý đ ế n nh ữ ng đ ặ c đ i ể m c ủ a các môi tr ườ ng t ươ ng tác. Thí d ụ , trong t ươ ng tác nhi ệ t h ọ c thì đ ạ i d ươ ng m ang tính tích c ự c h ơ n vì nó có d ự t r ữ n hi ệ t l ớ n h ơ n so v ớ i khí quy ể n, nh ư ng khí quy ể n l ạ i tích c ự c h ơ n, quy ế t đ ị nh h ơ n trong t ươ ng tác đ ộ ng l ự c vì nó là môi tr ườ ng t ươ ng đ ố i bi ế n đ ộ ng h ơ n. Đ ể h i ể u sâu h ơ n v ề c ác đ ặ c đ i ể m c ủ a các quá trình c ầ n ph ả i tính đ ế n các tính ch ấ t v ậ t lý c ủ a các môi tr ườ ng: kh ả n ă ng h ấ p th ụ , kh ả n ă ng ph ả n x ạ v à phát x ạ n hi ệ t, đ ộ d ẫ n nhi ệ t, nhi ệ t dung, m ậ t đ ộ c ủ a chúng. S ự t h ố ng nh ấ t và t ươ ng tác c ủ a các quá trình trong đ ạ i d ươ ng và khí quy ể n b ắ t bu ộ c trong khi gi ả i quy ế t các bài toán d ự b áo bi ể n ph ả i đ ánh giá cân b ằ ng n ă ng l ượ ng c ủ a h ệ t h ố ng t ươ ng tác, cân b ằ ng nhi ệ t, cân b ằ ng n ướ c. M ọ i thay đ ổ i, dao đ ộ ng c ủ a nh ữ ng y ế u t ố v ậ t lý là h ậ u qu ả c ủ a s ự t hay đ ổ i câ n b ằ ng nhi ệ t và cân b ằ ng n ướ c. N ế u phân tích s ự đ óng góp c ủ a t ừ ng thành ph ầ n riêng bi ệ t c ủ a cân b ằ ng nhi ệ t và cân b ằ ng n ướ c, thì có th ể t ìm ra đ ượ c b ả n ch ấ t v ậ t lý c ủ a hi ệ n t ượ ng x ả y ra trong bi ể n, đ ánh giá đ ượ c vai trò c ủ a nó trong quá trình chung và phát hi ệ n các nguyên nhân, y ế u t ố c h ủ y ế u quy ế t đ ị nh ch ế đ ộ t h ủ y v ă n bi ể n. S ự s ử d ụ ng các ph ươ ng pháp "cân b ằ ng" trong h ả i d ươ ng h ọ c đ ã là h ướ ng c h ủ y ế u trong nghiên c ứ u nhi ề u hi ệ n t ượ ng ở b i ể n, t ạ o ra b ướ c nh ả y v ọ t v ề c h ấ t l ượ ng ph ươ ng pháp nghiên c ứ u d ự b áo. 15
V i ệ c nghiên c ứ u và d ự b áo các hi ệ n t ượ ng v ậ t l ý trong bi ể n ch ỉ c ó th ể t i ế n hành đ ượ c khi đ ượ c cung c ấ p nh ữ ng tài li ệ u, d ữ l i ệ u quan tr ắ c v ề c ác hi ệ n t ượ ng đ ó. Đ ộ t in c ậ y c ủ a ph ươ ng pháp d ự b áo và kh ả n ă ng s ử d ụ ng nó trong công tác th ự c ti ễ n ph ụ t hu ộ c nhi ề u vào ch ấ t và l ượ ng c ủ a d ữ l i ệ u quan tr ắ c. Nh ữ ng ng ườ i d ự b áo th ườ ng th ấ y thi ế u nh ữ ng chu ỗ i quan tr ắ c đ ủ d ài. Đ ặ c b i ệ t đ i ề u này hay nghi ệ m th ấ y khi xây d ự ng các ph ươ ng pháp d ự b áo dài h ạ n. Đ áng ti ế c, s ự t hi ế u th ố n các chu ỗ i quan tr ắ c đ ủ d ài hay quan tr ắ c không đ ồ ng b ộ n gay c ả h i ệ n nay v ẫ n còn là ch ỗ y ế u nh ấ t trong d ự b áo. Nh ữ ng quan tr ắ c h ả i d ươ ng h ọ c, đ ặ c bi ệ t là nh ữ ng quan tr ắ c n ướ c sâu, cho đ ế n nay đ ượ c th ự c hi ệ n trong nh ữ ng ph ạ m vi nh ỏ , ch ư a có h ệ t h ố ng và ch ư a cho phép theo dõi đ ư ợ c s ự b i ế n thiên th ờ i gian c ủ a các tr ườ ng v ậ t lý trong n ướ c bi ể n. Vì v ậ y, trong nhi ệ m v ụ c ủ a nghiên c ứ u d ự b áo c ũ ng bao g ồ m c ả v i ệ c đ ị nh ra nh ữ ng ch ươ ng trình đ úng đ ắ n đ ể t i ế n hành nh ữ ng quan tr ắ c c ầ n thi ế t. Nh ữ ng quan tr ắ c th ủ y v ă n khí t ượ ng bi ể n c ầ n ph ả i đ áp ứ ng các yêu c ầ u hi ệ n đ ạ i c ủ a khoa h ọ c v à k ỹ t hu ậ t. 2.2. PHÂN LOẠI CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN C h ư a có m ộ t h ệ t h ố ng phân lo ạ i riêng cho các d ự b áo th ủ y v ă n bi ể n. D ự b áo th ủ y v ă n bi ể n còn là l ĩ nh v ự c m ớ i, đ ang phát tri ể n c ủ a h ả i d ươ ng h ọ c th ự c d ụ ng, liên quan ch ặ t ch ẽ v ớ i yêu c ầ u c ủ a th ự c ti ễ n. Th ự c ti ễ n đ ặ t ra tr ướ c ng ườ i làm d ự b áo nh ữ ng nhi ệ m v ụ n gày m ộ t m ớ i. Đ i ề u đ ó đ òi h ỏ i nh ữ ng tìm tòi liên t ụ c đ ể h oàn th i ệ n các ph ươ ng pháp d ự b áo, thay đ ổ i c ả n ộ i dung và các hình th ứ c đ ư a ra d ự b áo... Các d ự b áo bi ể n đ ượ c phân bi ệ t theo n ộ i dung, th ờ i h ạ n d ự b áo, đ ố i t ượ ng đ ị a lý, ph ươ ng pháp l ậ p d ự b áo, đ ặ c đ i ể m l ậ p d ự b áo và hình th ứ c đ ư a ra d ự b áo. Theo n ộ i dung t ấ t c ả c ác d ự b áo đ ượ c chia thành hai nhóm: các d ự b áo nh ữ ng hi ệ n t ượ ng th ủ y v ă n đ ặ c tr ư ng cho các quá trình đ ộ ng l ự c trong bi ể n v à các d ự b áo nh ữ ng quá trình th ủ y v ă n đ ặ c tr ư ng cho các quá trình nhi ệ t trong bi ể n. Các d ự b áo sóng, dòng ch ả y, dao đ ộ ng dâng rút m ự c n ướ c thu ộ c nhóm th ứ n h ấ t. Nhóm th ứ h ai bao g ồ m các d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c bi ể n và các hi ệ n t ượ ng b ă ng. Theo th ờ i h ạ n, các d ự b áo bi ể n đ ượ c phân chia thành các d ự b áo ng ắ n h ạ n, d ự b áo dài h ạ n và d ự b áo siêu dài h ạ n. T h ờ i h ạ n c ủ a d ự b áo là kho ả ng th ờ i gian k ể t ừ n gày gi ờ đ ư a ra d ự b áo đ ế n ngà y gi ờ h i ệ n t ượ ng x ả y ra. Thông th ườ ng, các d ự b áo ng ắ n h ạ n đ ượ c xây d ự ng cho th ờ i h ạ n t ừ v ài gi ờ đ ế n 15 ngày, d ự b áo dài h ạ n − t ừ 1 5 ngày đ ế n b ố n tháng, d ự b áo siêu dài h ạ n − b ố n tháng và lâu h ơ n. Đ ố i v ớ i m ộ t s ố c ác hi ệ n t ượ ng th ủ y v ă n ch ỉ x ây d ự ng các d ự b áo ng ắ n h ạ n, thí d ụ c ác d ự b áo sóng, d ự b áo dao đ ộ ng dâng rút n ướ c, nh ữ ng hi ệ n t ượ ng nguy hi ể m và đ ặ c b i ệ t nguy hi ể m nh ư s óng th ầ n..., ng ượ c l ạ i đ ố i v ớ i m ộ t s ố c ác hi ệ n t ượ ng khác thì ch ỉ c ó th ể x ây d ự ng các d ự b áo dài h ạ n m ớ i có ý ngh ĩ a. T ấ t c ả c ác d ự b áo có th ể đ ượ c l ậ p cho nh ữ ng đ ố i t ượ ng đ ị a lý khác nhau: cho nh ữ ng vùng b ờ n ào đ ó, cho khu v ự c các h ả i c ả ng, cho nh ữ ng vùng riêng bi ệ t hay cho toàn bi ể n. Trong nh ữ ng n ă m g ầ n đ ây ng ườ i ta đ ã l ậ p các d ự b áo sóng và nhi ệ t 16
đ ộ n ướ c m ặ t đ ạ i d ươ ng c ủ a t oàn b ộ v ùng B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng và Thái Bình D ươ ng. Theo đ ặ c đ i ể m l ậ p d ự b áo thì các d ự b áo phân thành d ự b áo theo k ế h o ạ ch và d ự b áo đ ặ c bi ệ t. Nh ữ ng hình th ứ c đ ư a ra d ự b áo r ấ t khác nhau. Các d ự b áo có th ể đ ượ c trình bày thành v ă n b ả n, b ằ ng các bi ể u b ả ng, b ả n đ ồ h o ặ c đ ồ t h ị ... 2.3. NHỮNG PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN XÂY DỰNG CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN 2.3.1. Phương pháp trung bình khí hậu Đ ây là m ộ t ph ươ ng pháp d ự b áo khá đ ơ n gi ả n, nh ư ng c ũ ng r ấ t thô s ơ . T rung bình khí h ậ u l à giá tr ị ổ n đ ị nh nh ấ t, vì v ậ y có th ể d ùng nó trong các d ự b áo dài h ạ n. Khi s ử d ụ ng cách d ự b áo này thì các hi ệ n t ượ ng d ị t h ườ ng không đ ượ c xét đ ế n. Đ i ề u ki ệ n áp d ụ ng c ủ a ph ươ ng pháp trung bình khí h ậ u là khi không có ph ươ ng pháp d ự b áo khác và tham s ố đ ượ c d ự b áo có ch ế đ ộ ổ n đ ị nh, khi hoàn c ả nh chung c ủ a các quá trình k hí t ượ ng th ủ y v ă n di ễ n ra g ầ n v ớ i chu ẩ n khí h ậ u c ủ a chúng. N ế u phân b ố đ ộ l ặ p l ạ i là b ấ t đ ố i x ứ ng thì ng ườ i ta có th ể l ấ y s ố đ ông (m ố t) làm giá tr ị d ự b áo. Trong tr ườ ng h ợ p này g ọ i là d ự b áo xác su ấ t. Rõ ràng đ ộ t in c ậ y c ủ a các d ự b áo lo ạ i này không cao. 2.3.2. Phương pháp ngoại suy N go ạ i suy là m ộ t ph ươ ng pháp d ự b áo trong đ ó các đ i ề u ki ệ n đ ang di ễ n ra đ ượ c p h ổ b i ế n trong t ươ ng lai tuân theo quy lu ậ t c ủ a c ủ a bi ế n trình đ ã quan sát đ ượ c c ủ a hi ệ n t ượ ng. Ph ươ ng pháp ngo ạ i suy th ườ ng đ ượ c s ử d ụ ng khi xây d ự ng nh ữ ng công th ứ c tính toán d ự a theo d ữ l i ệ u quan tr ắ c h ạ n ch ế . N ế u ở m ộ t kho ả ng th ờ i gian nào đ ó đ ặ c đ i ể m c ủ a m ố i ph ụ t hu ộ c th ể h i ệ n rõ nét thì m ố i ph ụ t hu ộ c đ ó đ ượ c ti ế p t ụ c ch ấ p nh ậ n n ế u tính đ ế n xu h ướ ng di ễ n bi ế n c ủ a quá trình ( đườ ng con g). D ự b áo theo ph ươ ng pháp ngo ạ i suy đ ả m b ả o tin c ậ y n ế u th ờ i h ạ n d ự b áo ng ắ n và trong kho ả ng th ờ i gian đ ó không ch ờ đ ợ i nh ữ ng l ự c kích đ ộ ng đ áng k ể t ừ b ên ngoài. Thí d ụ , n ế u lúc đ ầ u c ủ a c ơ n bão ng ườ i ta th ấ y có s ự m ạ nh d ầ n c ủ a gió thì có th ể d ùng xu h ướ ng này đ ể d ự b áo cho m ộ t kho ả ng th ờ i gian không l ớ n ti ế p sau đ ó. 2.3.3. Sử dụng quán tính Q uan tính là tính ch ấ t c ủ a hi ệ n t ượ ng th ủ y v ă n gi ữ c ác đ ặ c tr ư ng c ủ a mình m ộ t th ờ i gian nào đ ó. Quán tính là tính ổ n đ ị nh c ủ a quá trình theo th ờ i gian. Thí d ụ , n ế u trong bi ể n đ ã ổ n đ ị nh m ộ t ch ế đ ộ d òng ch ả y nh ấ t đ ị nh và trong th ờ i gian s ắ p t ớ i không th ấ y có kh ả n ă ng xu ấ t hi ệ n gió m ạ nh thì có th ể g i ả t hi ế t r ằ ng ch ế đ ộ d òng ch ả y nói trên s ẽ k hông đ ổ i ít nh ấ t trong vòng vài ch ụ c gi ờ s au. Tính ch ấ t này có th ể đ ượ c dùng tr ự c ti ế p đ ể d ự b áo hay đ ượ c coi là m ộ t trong các y ế u t ố g ây nên hi ệ n t ượ ng. Thí d ụ , n ế u d ị t h ườ ng nhi ệ t đ ộ v ào tháng 5 mang d ấ u d ươ ng và cao h ơ n chu ẩ n 20% thì khi d ự b áo cho tháng 6 có th ể c ho r ằ ng d ị t h ườ ng nhi ệ t đ ộ c ũ ng d ươ ng và cao h ơ n chu ẩ n 20%. 17
C ác qu á trình khí t ượ ng và th ủ y v ă n có bi ể u l ộ q uán tính rõ r ệ t, trong đ ó các quá trình th ủ y v ă n ở b i ể n có quán tính l ớ n h ơ n. M ứ c đ ộ q uán tính c ủ a quá trình th ườ ng đ ượ c đ ánh giá b ằ ng hàm t ự t ươ ng quan c ủ a nó. Đ ượ c bi ế t hàm t ự t ươ ng quan đ ặ c tr ư ng cho s ự l iên h ệ g i ữ a các giá tr ị c ủ a hi ệ n t ượ ng nghiên c ứ u trong nh ữ ng th ờ i đ i ể m khác nhau đ ượ c tính theo công th ứ c n  (x − x )( x i −l − x ) i i =1 rl = , nσ x 2 trong đ ó x − g iá tr ị c hu ẩ n c ủ a hi ệ n t ượ ng; xi và xi −l là các giá tr ị t ạ i n h ữ ng th ờ i kho ả ng i c ách nhau m ộ t b ướ c tr ễ l t rong t ổ ng s ố n g iá tr ị q uan tr ắ c v ề h i ệ n t ượ ng. Khi đ ã tín h đ ượ c các h ệ s ố t ươ ng quan r v ớ i các b ướ c tr ễ k hác nhau có th ể x ây d ự ng đ ồ t h ị t ươ ng quan (hình 2.1) đ ể k h ả o sát m ộ t cách t ườ ng minh v ề t h ờ i gian quán tính ti ệ n l ợ i nh ấ t cho d ự b áo. Hình 2.1. Đồ thị tương quan của yếu tố thuỷ văn Q uán tính c ủ a các quá trình khí th ượ ng và th ủ y v ă n có th ể b i ể u l ộ k hác nhau trong các th ờ i gian, các mùa. Ý t ưở ng v ề c ác th ờ i k ỳ d uy trì s ự ổ n đ ị nh c ủ a đ i ề u ki ệ n th ủ y v ă n và th ờ i k ỳ x áo đ ộ ng, b ướ c ngo ặ t, đ ã đ ượ c Timonov V. V. và Ku đ riavaia K. I. đ ư a ra thông qua thí d ụ k h ả o sát các h ệ s ố t ươ ng quan c ủ a đ ộ b ă ng gi ữ a các tháng liên ti ế p nhau c ủ a mùa b ă ng trên bi ể n B ạ ch H ả i. Các tác gi ả n ày đ ã nh ậ n đ ư ợ c h ệ s ố t ươ ng quan gi ữ a tháng hai và tháng giêng b ằ ng 0,58, tháng ba và tháng hai: 0,36, tháng t ư v à tháng ba: 0,80, tháng n ă m và tháng t ư : 0,80. Th ấ y r ằ ng cu ố i mùa đ ông v ớ i nh ữ ng bi ế n đ ộ ng m ạ nh c ủ a h ệ t h ố ng hoàn l ư u khí quy ể n, đ i ề u ki ệ n nhi ệ t ở b i ể n th ườ ng di ễ n ra nh ữ ng bi ế n đ ộ ng m ạ nh, quán tính c ủ a đ ộ b ă ng nh ỏ , ng ượ c l ạ i th ờ i k ỳ n h ữ ng tháng mùa xuân, các đ i ề u ki ệ n khí t ượ ng và th ủ y v ă n trong bi ể n duy trì s ự ổ n đ ị nh cao. D ự b áo quán tính đ ố i v ớ i th ờ i k ỳ n ày s ẽ t in c ậ y h ơ n. D ự b áo theo quán tính c ũ ng còn đ ượ c dùng làm t iêu chu ẩ n đ ể đ ánh giá các d ự b áo th ủ y v ă n b ằ ng các ph ươ ng pháp khác. 2.3.4. Dự báo dựa trên sự phân loại P h ươ ng pháp phân lo ạ i là m ộ t ph ươ ng pháp d ự b áo d ự a trên tính ch ấ t ổ n đ ị nh 18
v à tính k ế t ụ c trong s ự p hát tri ể n c ủ a các quá trình th ủ y v ă n và k hí t ượ ng. Phân lo ạ i hoá đ ượ c áp d ụ ng vào đ ể p hân chia các quá trình th ủ y v ă n bi ể n theo nh ữ ng d ấ u hi ệ u nào đ ó. Đ i ể n hình c ủ a ý t ưở ng nghiên c ứ u phân lo ạ i là công trình c ủ a Vangengheim G. Ia. nghiên c ứ u các đ i ề u ki ệ n khí t ượ ng th ủ y v ă n ở c ác bi ể n thu ộ c th ủ y v ự c B ắ c B ă ng D ươ ng, đ ã l ấ y h ướ ng di chuy ể n c ủ a không khí làm d ấ u hi ệ u c ơ b ả n đ ể p hân lo ạ i h oàn l ư u khí quy ể n, xác l ậ p đ ượ c ba ki ể u di chuy ể n chính: di chuy ể n t ừ p hía tây − k i ể u W , di chuy ể n t ừ p hía đ ông − k i ể u E v à di chuy ể n theo kinh tuy ế n (kinh h ướ ng) − k i ể u C v à m ộ t s ố k i ể u h ỗ n h ợ p. Nh ữ ng qui lu ậ t chuy ể n hoá gi ữ a nh ữ ng ki ể u hoàn l ư u c ủ a ông, thí d ụ c hu ỗ i k ế t ụ c sau [12]: H o àn l ư u H o àn l ư u h ỗ n h ợ p H o àn l ư u W +C W E   ( th áng 1 − 2) ( th áng 3 − 4) ( th áng 5) l à chu ỗ i k ế t ụ c khá ổ n đ ị nh và đ ã t ừ ng đ ượ c s ử d ụ ng ph ổ b i ế n đ ể l ậ p các d ự b áo khí t ượ ng và th ủ y v ă n cho lãnh th ổ c hâu Âu c ủ a n ướ c Nga. Vì các quá trình th ủ y v ă n liên quan ch ặ t ch ẽ v ớ i các quá trình khí quy ể n nên phân lo ạ i các quá trình th ủ y v ă n ch ủ y ế u d ự a trên phân lo ạ i các quá trình khí quy ể n. Trên c ơ s ở p hân lo ạ i các quá trình khí quy ể n theo các mùa trong n ă m, n ế u phát hi ệ n th ấ y tính k ế t ụ c trong s ự p hát tri ể n c ủ a các qu á trình t ừ m ùa này sang mùa kia, thì theo đ ặ c đ i ể m c ủ a n ă m v ừ a qua có th ể x ế p n ă m ấ y vào lo ạ i quá trình nào. Sau đ ó l ậ p d ự b áo cho các mùa ti ế p sau. Thi ế u sót c ủ a ph ươ ng pháp phân lo ạ i là ở c h ỗ k ế t qu ả r ấ t ph ụ t hu ộ c vào s ự đ úng đ ắ n trong vi ệ c l ự a ch ọ n d ấ u hi ệ u phân lo ạ i, t ứ c là có m ộ t y ế u t ố c h ủ q uan nào đ ó c ủ a ng ườ i nghiên c ứ u. Không ph ả i đ ơ n gi ả n x ế p m ộ t h oàn c ả nh đ ã đ ang x ả y ra vào m ộ t ki ể u này hay ki ể u kia do s ự p h ứ c t ạ p c ủ a các đ i ề u ki ệ n t ự n hiên. Ngày nay v ớ i s ự h oàn thi ệ n c ủ a các ph ươ ng ti ệ n qu ả n lý d ữ l i ệ u t ự đ ộ ng hoá có th ể đ ư a thêm nhi ề u d ấ u hi ệ u phân lo ạ i làm cho k ế t qu ả p hân lo ạ i khách quan h ơ n, do đ ó ứ ng d ụ ng d ự b áo hi ệ u qu ả h ơ n. 2.3.5. Sử dụng nguyên tắc loại suy P h ươ ng pháp lo ạ i suy d ự a trên nguyên lý các nguyên nhân gi ố ng nhau thì cho nh ữ ng h ệ q u ả g ố ng nhau. Vì v ậ y nhi ệ m v ụ c ủ a ng ườ i d ự b áo là tìm các lo ạ i suy ( đồ ng d ạ ng) nguyên nhân. Thí d ụ , n ế u chúng ta mu ố n d ự b áo d ị t h ườ ng nhi ệ t n ướ c m ặ t bi ể n mùa xuân n ă m nay và gi ả t hi ế t r ằ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t bi ể n mùa xuân ph ụ t hu ộ c vào tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n mùa tr ướ c đ ó, thì chúng ta ph ả i tìm trong d ữ l i ệ u l ư u tr ữ x em n ă m n ào có tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n gi ố ng (t ươ ng t ự ) v ớ i tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n mùa đ ông n ă m nay. Sau khi đ ã ch ọ n đ ượ c n ă m t ươ ng t ự t hì d ị t h ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t bi ể n c ủ a n ă m t ươ ng t ự đ ượ c xem là d ự b áo, t ứ c là gán nó làm d ị t h ườ ng c ủ a n ă m nay. Nh ư v ậ y tr ướ c h ế t ph ả i gi ả i quy ế t v ấ n đ ề : trong khi ch ọ n lo ạ i suy ph ả i tín h đ ế n nh ữ ng nhân t ố n ào và bao nhiêu nhân t ố ( d ấ u hi ệ u). Sau đ ó ch ọ n các t ươ ng t ự 19
t h eo t ừ ng d ấ u hi ệ u theo m ộ t tiêu chu ẩ n nào đ ó. Nh ượ c đ i ể m c ủ a ph ươ ng pháp là các t ươ ng t ự t h ườ ng đ ượ c ch ọ n theo nh ữ ng d ấ u hi ệ u gi ố ng nhau b ề n goài, gi ả t hi ế t r ằ ng các quá trình gi ố ng nhau trong th ờ i đ i ể m hi ệ n t ạ i c ũ ng ph ả i gi ố ng nhau trong các th ờ i k ỳ s au. Mu ố n kh ắ c ph ụ c nh ượ c đ i ể m này ph ả i ti ế n t ớ i: a) ch ọ n theo các tiêu chu ẩ n phát sinh quy ế t đ ị nh b ả n ch ấ t c ủ a quá trình; b) ph ả i ph ân tích các d ữ l i ệ u, các b ả n đ ồ k hông nh ữ ng trong kho ả ng th ờ i gian hi ệ n t ạ i mà c ả t rong nh ữ ng kho ả ng th ờ i gian dài tr ướ c đ ó, th ấ y đ ượ c s ự b i ế n đ ổ i c ủ a quá trình đ ể n h ậ n đ ị nh v ề n h ữ ng tái x ắ p x ế p có th ể x ả y ra trong t ươ ng lai. Ngày nay có nhi ề u công trình hoàn thi ệ n ph ươ ng pháp l ự a ch ọ n lo ạ i suy áp d ụ ng cho vi ệ c l ự a ch ọ n các tr ườ ng (các b ả n đ ồ ) nh ờ m áy tính. B ả n đ ồ k hí t ượ ng và th ủ y v ă n đ ượ c bi ể u th ị t hành dãy s ố l i ệ u b ằ ng cách ghi l ấ y nh ữ ng giá tr ị c ủ a tr ườ ng t ạ i các nút c ủ a m ộ t l ướ i đ ề u đ ặ n theo m ộ t tu ầ n t ự n h ấ t đ ị nh. Nh ữ ng s ố l i ệ u b ằ ng s ố n ày ghi thành b ả ng và tính các đ ặ c tr ư ng c ầ n đ ể c h ọ n lo ạ i suy: tr ị s ố t rung bình ( x ) , đ ộ l ệ ch bình ph ươ ng trung bình (σ ) v à các h ệ s ố t ươ ng quan c ặ p (± r ) . Phân tích các đ ặ c tr ư ng này cho th ấ y r ằ ng n ế u h ệ s ố t ươ ng quan gi ữ a hai dãy so sánh càng cao thì s ự g i ố ng nhau v ề h ình d ạ ng c ủ a các đ ườ ng đ ẳ ng tr ị t rên hai b ả n đ ồ c àng l ớ n. Đ ộ l ệ ch bình ph ươ ng trung bình đ ặ c tr ư ng cho đ ộ d ày đ ặ c c ủ a các đ ườ ng đ ẳ ng tr ị t rên b ả n đ ồ , t ứ c nó là đ ặ c tr ư ng gra đ ien c ủ a tr ườ ng. M ứ c đ ộ t ươ ng t ự c ủ a ha i tr ườ ng đ ượ c hi ể u là m ứ c đ ộ đ ồ ng d ạ ng hình h ọ c c ủ a chúng: hai tr ườ ng hoàn toàn t ươ ng t ự n ế u khi đ em ch ồ ng lên nhau chúng trùng kh ớ p nhau ở t ấ t c ả c ác đ i ể m. Ngoài ra c ũ ng c ầ n s ự t rùng nhau v ề g iá tr ị t uy ệ t đ ố i c ủ a các y ế u t ố . Nh ư v ậ y đ ể đ ánh giá m ứ c đ ộ t ươ ng t ự c ác tr ườ ng c ầ n hai tiêu chu ẩ n đ ặ c tr ư ng cho tr ườ ng v ề h ình d ạ ng và v ề c ườ ng đ ộ . Vì v ậ y ng ườ i ta có th ể d ùng bi ể u th ứ c sau đ ây đ ể đ ánh giá m ứ c đ ộ t ươ ng t ự t heo c ườ ng đ ộ : δ P = 1− , δ max trong đ ó P − c h ỉ s ố t ươ ng t ự t heo c ườ ng đ ộ ; δ − t r ị s ố b ình ph ươ ng trung bình c ủ a  δ =  Δ ; δ  2 max − t r ị s ố p h ươ ng sai trung bình c ự c đ ạ i c ủ a hai hi ệ u hai tr ườ ng  n   tr ườ ng theo dãy quan tr ắ c dài nh ấ t đ ã xét. H ệ s ố t ươ ng quan r c ủ a hai tr ườ ng so sánh có th ể đ ượ c dùng làm ch ỉ s ố t ươ ng t ự v ề h ình d ạ ng. N ế u hai tr ườ ng hoàn toàn gi ố ng nhau, h ệ s ố t ươ ng quan b ằ ng m ộ t, ng ượ c l ạ i, n ế u hai tr ườ ng hoàn toàn khác nhau, h ệ s ố t ươ ng quan b ằ ng không. Ch ỉ s ố t ươ ng t ự c hung s ẽ c ó d ạ ng   δ r + 1 −  δ   . max A= 2 Th ể h i ệ n m ứ c đ ộ t ươ ng t ự b ằ ng s ố n h ư v ậ y r ấ t gi ả m nh ẹ v i ệ c phân tích các 20
bản đồ. 2.3.6. Sử dụng tính chất tuần hoàn V ớ i m ụ c đ ích d ự b áo dài h ạ n đ ố i v ớ i các y ế u t ố t h ờ i ti ế t và các quá trình th ủ y v ă n, các nhà khí t ượ ng h ọ c và h ả i d ươ ng h ọ c luôn chú tr ọ ng tìm tính chu k ỳ h ay tính tu ầ n hoàn trong bi ế n trình c ủ a các quá trình khí t ượ ng và th ủ y v ă n. N ế u xác đ ị nh đ ượ c tính chu k ỳ t h ể h i ệ n rõ r ệ t, thì nhi ệ m v ụ g i ả i quy ế t v ấ n đ ề d ự b áo dài h ạ n s ẽ g i ả m nh ẹ r ấ t nhi ề u. Vi ệ c gi ả i quy ế t v ấ n đ ề v ề t ính chu k ỳ g ặ p nhi ề u khó kh ă n do thi ế u nh ữ ng c hu ỗ i quan tr ắ c đ ủ d ài và đ áng tin c ậ y. Trong m ộ t s ố t r ườ ng h ợ p riêng l ẻ đ ã phát hi ệ n đ ượ c tính chu k ỳ c ủ a m ộ t vài quá trình trong vòng nhi ề u n ă m. Đ i ề u đ ó đ ã làm các nhà d ự b áo hy v ọ ng. Tuy nhiên v ớ i th ờ i gian, tính chu k ỳ x ác l ậ p đ ượ c t ỏ r a không ổ n đ ị nh. Vì v ậ y, ngày nay ng ườ i ta có xu h ướ ng cho r ằ ng ngoài các chu k ỳ n gày và n ă m, tính chu k ỳ k hông đ ủ b ề n v ữ ng đ ể c ó t h ể d ùng nó vào d ự b áo. Đ ã có nh ữ ng ý đ ồ t ìm s ự l iên h ệ c ủ a nh ữ ng dao đ ộ ng th ờ i ti ế t và các hi ệ n t ượ ng th ủ y v ă n v ớ i tính ho ạ t đ ộ ng c ủ a m ặ t tr ờ i, c ụ t h ể l à s ố v ế t m ặ t tr ờ i mà ng ườ i ta đ ã phát hi ệ n r ằ ng nó có tính tu ầ n hoàn v ớ i chu k ỳ 1 1 n ă m. Đ ã c ố g ắ ng tìm ki ế m m ố i liên quan gi ữ a dao đ ộ ng này c ủ a s ố v ế t m ặ t tr ờ i và các d ị t h ườ ng t h ờ i ti ế t trên trái đ ấ t, tuy nhiên c ũ ng không phát hi ệ n đ ượ c nh ữ ng m ố i liên h ệ c h ặ t ch ẽ c ó th ể d ùng trong d ự b áo. 2.3.7. Sử dụng các định luật bảo toàn vật chất và năng lượng K hi gi ả i ph ươ ng trình cân b ằ ng n ướ c, cân b ằ ng nhi ệ t và cân b ằ ng n ă ng l ượ ng, ng ườ i ta nh ậ n đ ượ c các công th ứ c lý thuy ế t ho ặ c th ự c nghi ệ m bi ể u th ị s ự p h ụ t hu ộ c c ủ a y ế u t ố đ ượ c d ự b áo v ớ i các y ế u t ố k hác ả nh h ưở ng t ớ i nó. Thí d ụ , khi gi ả i ph ươ ng trình cân b ằ ng n ă ng l ượ ng sóng gió, ng ườ i ta đ ã nh ậ n đ ượ c các công th ứ c đ ơ n gi ả n tính các y ế u t ố s óng theo t ố c đ ộ g i ó, th ờ i gian tác d ụ ng c ủ a gió và đ à gió ( đ à sóng). Ph ươ ng pháp cân b ằ ng nhi ệ t đ ượ c dùng r ộ ng rãi đ ể t ính và d ự b áo tr ạ ng thái nhi ệ t c ủ a bi ể n. Vi ệ c s ử d ụ ng các ph ươ ng trình cân b ằ ng ngày nay đ ang tr ở t hành m ộ t trong nh ữ ng h ướ ng c ơ b ả n trong d ự b áo ng ắ n h ạ n. Trong d ự b áo dài h ạ n vi ệ c s ử d ụ ng các ph ươ ng pháp cân b ằ ng còn g ặ p khó kh ă n vì thi ế u các d ự b áo khí t ượ ng dài h ạ n đ ủ t in c ậ y. 2.3.8. Sử dụng các phương pháp số trị T ính toán d ự b áo các hi ệ n t ượ ng v ậ t lý trong khí quy ể n hay trong đ ạ i d ươ ng d ự a trên vi ệ c gi ả i b ằ ng s ố c ác ph ươ ng trình th ủ y đ ộ ng l ự c h ọ c g ọ i là d ự b áo th ủ y đ ộ ng l ự c h ọ c hay d ự b áo s ố t r ị . Các ph ươ ng trình th ủ y nhi ệ t đ ộ ng l ự c h ọ c khép kín, có kèm theo nh ữ ng đ i ề u ki ệ n ban đ ầ u, đ i ề u ki ệ n biên, nh ữ ng phép tham s ố h oá đ ả m b ả o mô t ả đ úng v ề q uá trình, gi ả i đ ượ c b ằ ng ph ươ ng phá p s ố , g ọ i là mô hình thu ỷ đ ộ ng l ự c h ọ c c ủ a quá trình đ ang xét. Vì d ự b áo các tr ườ ng th ủ y v ă n, khí t ượ ng b ằ ng ph ươ ng pháp s ố k èm theo m ộ t kh ố i l ượ ng tính toán l ớ n, nên ph ươ ng pháp này ch ỉ p hát tri ể n m ạ nh t ừ k hi xu ấ t hi ệ n nh ữ ng máy tính công su ấ t l ớ n. Các ph ươ ng trình th ủ y nhi ệ t đ ộ ng l ự c h ọ c th ể h i ệ n chính xác đ ượ c nh ữ ng quy 21
l u ậ t đ ị nh l ượ ng c ủ a v ậ t lý bi ể n, khí quy ể n và cho phép tính đ ượ c s ự b i ế n đ ổ i c ủ a các đ ặ c tr ư ng th ủ y v ă n, k hí t ượ ng theo không gian và th ờ i gian. Vì các ph ươ ng trình th ủ y nhi ệ t đ ộ ng l ự c h ọ c ở d ạ ng t ổ ng quát th ườ ng ph ứ c t ạ p và r ấ t khó gi ả i, nên ng ườ i ta d ẫ n chúng t ớ i nh ữ ng d ạ ng thu ậ n l ợ i đ ể g i ả i trên máy tính b ằ ng cách đ ư a ra nh ữ ng gi ả t hi ế t, nh ữ ng phép đ ơ n gi ả n hoá. Đ ể g i ả i cá c bài toán d ự b áo b ằ ng các ph ươ ng pháp s ố ( tích phân s ố ), ng ườ i ta chuy ể n các ph ươ ng trình c ủ a mô hình toán đ i ề u khi ể n quá trình d ướ i d ạ ng vi phân t ớ i d ạ ng các t ươ ng t ự s ai phân ứ ng v ớ i t ừ ng nút l ướ i c ủ a l ướ i không gian − t h ờ i gian bao ph ủ t oàn mi ề n tính. Kho ả ng cách gi ữ a hai đ i ể m nút liên ti ế p trong không gian đ ượ c g ọ i là b ướ c l ướ i và đ ượ c ký hi ệ u b ằ ng Δx h o ặ c h , còn ký hi ệ u Δt đ ượ c dùng đ ể c h ỉ b ướ c theo th ờ i gian. Đ i ể m nút t ạ i đ ó các đ ạ i l ượ ng c ầ n đ ượ c xác đ ị nh, trong tr ườ ng h ợ p bài toán hai chi ề u đ ượ c đ ánh s ố b ằ ng các ch ỉ s ố (i, j ) ( hình 2.2). H ình 2 .2. S ơ đ ồ l ư ớ i sai ph ân c ủ a mi ề n tính N g ườ i ta th ườ ng l ấ y tr ườ ng phân b ố c ủ a các y ế u t ố ở m ộ t th ờ i h ạ n quan tr ắ c nh ấ t đ ị nh làm là các đ i ề u ki ệ n ban đ ầ u. T ạ i th ờ i h ạ n đ ầ u giá tr ị c ủ a t ấ t c ả c ác đ ạ i l ượ ng c ầ n đ ượ c cho tr ướ c. Ch ọ n các đ i ề u ki ệ n biên là nhi ệ m v ụ k hó kh ă n nh ấ t và tu ỳ t hu ộ c vào cách đ ặ t bài toán c ụ t h ể . Do tính ch ấ t bi ế n đ ổ i m ạ nh trong không gian và th ờ i g ian c ủ a các quá trình trong bi ể n mà ph ươ ng pháp s ố t r ị t h ủ y đ ộ ng m ớ i ch ỉ đ ả m b ả o d ự b áo chính xác cho m ộ t th ờ i h ạ n ng ắ n, c ỡ m ộ t vài gi ờ . 2.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN TUYẾN TÍNH GIỮA CÁC BIẾN N h ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c d ự b áo gi ữ a các hi ệ n t ượ ng c ầ n d ự b áo và nh ữ ng nhân t ố q uy ế t đ ị nh có th ể n h ậ n đ ượ c b ằ ng nh ữ ng ph ươ ng pháp khác nhau. Thông th ườ ng ng ườ i ta tìm nh ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c đ ó b ằ ng cách d ự ng và phân tích các đ ồ t h ị d ự a trên s ố l i ệ u quan tr ắ c. Nh ữ ng bi ể u th ứ c liên h ệ n h ậ n đ ượ c s ẽ đ ượ c bi ể u th ị d ướ i d ạ ng nh ữ ng ph ươ ng trình t ươ ng ứ ng. Nh ữ ng ph ươ ng trình ki ể u n h ư v ậ y đ ã t ừ ng đ ượ c nhi ề u tác gi ả n ghiên c ứ u đ ể d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c bi ể n, nhi ệ t đ ộ k hông khí, l ượ ng m ư a, đ ộ d ày b ă ng, dao đ ộ ng m ự c n ướ c bi ể n và nhi ề u y ế u t ố t h ủ y v ă n bi ể n khác. Sau khi đ ã phân tích b ướ c đ ầ u nh ữ ng d ữ l i ệ u quan tr ắ c, t ứ c trên c ơ s ở p hân tích đ ị nh tính nh ữ ng đ ặ c đ i ể m c ủ a hi ệ n t ượ ng đ ượ c n ghiên c ứ u và nh ữ ng hi ể u bi ế t 22