Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 6

Chia sẻ: Norther Light | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

72
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG 6 - DỰ BÁO DAO ĐỘNG KHÔNG TUẦN HOÀN CỦA MỰC NƯỚC B iến thiên mực nước trong biển xảy ra dưới tác động của những nhân tố chủ yếu sau: các lực tạo triều, dòng nước sông, bốc hơi, mưa, áp suất khí quyển và gió. Dự báo biến thiên của mực nước biển chủ yếu thực hiện cho những vùng gân bờ và các c ả ng biển. Trong trường hợp đó những nhân tố như địa hình đáy biển, hình dạng của đường bờ gần điểm cần dự báo là những đặc điểm quan trọng quyết định...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 6

CHƯƠNG 6 - DỰ BÁO DAO ĐỘNG KHÔNG TUẦN HOÀN CỦA MỰC NƯỚC B i ế n th iên m ự c n ướ c trong bi ể n x ả y ra d ướ i tác đ ộ ng c ủ a nh ữ ng nhân t ố c h ủ y ế u sau: các l ự c t ạ o tri ề u, dòng n ướ c sông, b ố c h ơ i, m ư a, áp su ấ t khí quy ể n và gió. D ự b áo bi ế n thiên c ủ a m ự c n ướ c bi ể n ch ủ y ế u th ự c hi ệ n cho nh ữ ng vùng gân b ờ v à các c ả ng bi ể n. Trong tr ườ ng h ợ p đ ó nh ữ ng nhân t ố n h ư đ ị a hình đ áy bi ể n, hình d ạ ng c ủ a đ ườ ng b ờ g ầ n đ i ể m c ầ n d ự b áo là nh ữ ng đ ặ c đ i ể m q uan tr ọ ng quy ế t đ ị nh s ự b i ế n thiên m ự c n ướ c d ướ i tác d ụ ng c ủ a các l ự c. T rong t ự n hiên h ệ t h ố ng chuy ể n đ ộ ng ph ứ c t ạ p c ủ a các kh ố i n ướ c th ườ ng do k ế t q u ả t ác đ ộ ng c ủ a t ấ t c ả n h ữ ng y ế u t ố đ ó. Các dao đ ộ ng tu ầ n hoàn (th ủ y tri ề u) đ ã đ ượ c nghiên c ứ u khá k ỹ v à vi ệ c d ự b áo chúng quy v ề v i ệ c l ậ p các b ả ng thu ỷ t ri ề u. Ở t rình đ ộ h i ệ n nay, nhi ề u mô hình th ủ y đ ộ ng s ố t r ị g i ả i bài toán tính và d ự b áo n ướ c dâng trong gió m ạ nh và trong bão đ ã đ ượ c x ây d ự ng và tri ể n khai và k ế t qu ả t h ử n ghi ệ m t ỏ r a r ấ t hi ệ u qu ả . Trong ch ươ ng này ch ỉ x ét nh ữ ng d ự b áo d ao đ ộ ng m ự c n ướ c d ự a trên các ph ươ ng pháp th ố ng kê đ ã đ ượ c s ử d ụ ng ph ổ b i ế n trong nghi ệ p v ụ c ác c ơ q uan d ự b áo th ủ y v ă n bi ể n. N ế u trong bi ể n quan tr ắ c đ ư ợ c nh ữ ng dao đ ộ ng tu ầ n hoàn và không tu ầ n hoàn c ủ a m ự c n ướ c thì nhi ệ m v ụ c ủ a ng ườ i nghiên c ứ u d ự b áo là ph ả i tách riêng đ ượ c ph ầ n tu ầ n hoàn và ph ầ n không tu ầ n hoàn. Bài toán này đ ượ c gi ả i quy ế t theo nh ữ ng cách khác nhau. Tr ườ ng h ợ p đ ơ n gi ả n nh ấ t là có s ố l i ệ u tính toán v ề d ao đ ộ ng tu ầ n hoàn c ủ a m ự c n ướ c và bài toán quy v ề t ìm hi ệ u g i ữ a m ự c n ướ c t ổ ng c ộ ng H t và ph ầ n t u ầ n hoàn H th đ ể t ách đ ượ c ph ầ n không tu ầ n hoàn H kth : H t − H th = H kth . Đ ạ i l ượ ng dao đ ộ ng không tu ầ n hoàn c ũ ng có th ể n h ậ n b ằ n g cách: trên đ ườ ng cong dao độ ng t ổ ng c ộ ng c ủ a m ự c n ướ c (hình 6.1), b ằ ng ph ươ ng pháp đ ồ t h ị , n ố i các đ i ể m gi ữ a đ o ạ n n ố i n ướ c ròng và n ướ c l ớ n đ ể n h ậ n m ộ t đ ườ ng cong là tr ơ n h ơ n và đ ó c ũ ng là đ ườ ng cong dao đ ộ ng không tu ầ n hoàn c ủ a m ự c n ướ c c ầ n nh ậ n. Khi không có các dao đ ộ ng không tu ầ n hoàn thì đ ườ ng cong này trùng h ợ p v ớ i m ự c n ướ c trung bình. M ự c n ướ c trung bình xác đ ị nh b ằ ng cách l ấ y trung bình các s ố đ o trên th ướ c đ o n ướ c h ay b ă ng tri ề u ký trong kho ả ng th ờ i gian dài. Tùy t ừ ng bài toán c ầ n gi ả i quy ế t, ng ườ i ta có th ể t ính m ự c n ướ c trung bình ngày, trung bình tháng, trung bình mùa, n ă m hay nhi ề u n ă m. 70
Hình 6.1. Loại dao động tuần hoàn từ mực nước tổng cộng cm 200 150 thêi gian 100 50 40 0 -40 thêi gian -80 -120 Hình 6.2. Đồ thị phân tích tác động gió lên mực nước ở các bờ đối diện N h ữ ng dao đ ộ ng tu ầ n hoàn c ủ a m ự c n ướ c có th ể c ó quy m ô ng ắ n h ạ n (t ừ m ộ t gi ờ đ ế n vài ngày), quy mô mùa và nhi ề u n ă m. Dao đ ộ ng dâng rút không tu ầ n hoàn c ủ a m ự c n ướ c th ể h i ệ n m ạ nh nh ấ t ở c ác vùng ven b ờ . Ở m ộ t s ố n ơ i n ướ c dâng rút m ạ nh có th ể g ây nên nh ữ ng khó kh ă n to l ớ n cho vi ệ c đ i l ạ i c ủ a tàu thuy ề n và nh ữ ng t ổ n th ấ t kinh t ế k hác. Trong nhi ề u tr ườ ng h ợ p vi ệ c p hân tích s ự d âng rút m ự c n ướ c trong tr ườ ng gió t ạ i các b ờ đ ố i di ệ n cho phép k ế t lu ậ n v ề n h ữ ng h ướ ng gió ch ủ y ế u quy ế t đ ị nh bi ế n đ ộ ng m ự c n ướ c t ạ i m ỗ i vùng b ờ . D ạ ng t ườ ng minh nh ấ t đ ể t h ự c hi ệ n vi ệ c này là d ự ng nh ữ ng đ ườ ng cong bi ế n thiên m ự c n ướ c có kèm theo nh ữ ng m ũ i tên ch ỉ h ướ ng và c ườ ng đ ộ g ió t ươ ng t ự n h ư h ình 6.2. Đ ượ c bi ế t r ằ ng do dòng ch ả y gió m à các kh ố i n ướ c di chuy ể n t ừ v ùng này t ớ i vùng khác. Khi kích th ướ c th ủ y v ự c không l ớ n và trong đ i ề u ki ệ n gió m ạ nh, ổ n đ ị nh thì ở b ờ đ ón gió qua n tr ắ c th ấ y n ướ c dâng, ở b ờ k hu ấ t gió - n ướ c rút. Gió là m ộ t trong nh ữ ng nguyên nhân chính c ủ a các dao đ ộ ng không tu ầ n hoàn c ủ a m ự c n ướ c bi ể n. Khi xét ả nh h ưở ng c ủ a gió lên dao đ ộ ng dâng rút m ự c n ướ c c ầ n tính t ớ i 71
h ướ n g, t ố c đ ộ v à th ờ i gian tác đ ộ ng c ủ a gió. Bài toán xác đ ị nh h ướ ng gió n ướ c rút và h ướ ng gió n ướ c dâng có th ể g i ả i quy ế t b ằ ng cách tính đ ộ l ặ p l ạ i c ủ a n ướ c rút và n ướ c dâng v ớ i n h ữ ng h ướ ng gió khác nhau. Thí d ụ , đ ố i v ớ i m ộ t vùng b ờ n ào đ ó n ế u ta l ậ p đ ượ c b ả ng t ầ n su ấ t ( độ l ặ p l ạ i) c ủ a n ướ c rút theo các h ướ ng gió nh ư s au: Hướng gió NNW NW WWE W WWS Tần suất, % 7 28 44 18 3 t hì c ó t h ể k ế t lu ậ n ch ắ c ch ắ n r ằ ng các h ướ ng gió ch ủ y ế u gây nên n ướ c rút t ạ i vùng đ ang xét là gió tây tây b ắ c và gió tây b ắ c sau đ ó l à gió tây; các h ướ ng gió khác không gây rút n ướ c. Khi phân tích các hi ệ n t ượ ng dâng rút m ự c n ướ c c ầ n chú ý đ ế n ả nh h ưở ng c ủ a th ờ i gian ho ạ t đ ộ ng c ủ a gió v ớ i v ậ n t ố c khác nhau. Tr ườ ng gió gây nên bi ế n đ ổ i m ự c n ướ c ở c ác vùng b ờ t hông qua dòng ch ả y v ậ n chuy ể n n ướ c t ớ i đ i ể m c ầ n d ự b áo. Đượ c bi ế t các gió c ườ ng đ ộ t rung bình c ầ n m ộ t kho ả ng th ờ i gian c ỡ m ộ t hai ngày đ ể h ình thành nên tr ườ ng dòng ch ả y ổ n đ ị nh. Nh ữ ng gió có th ể m ạ nh, nh ư ng tác đ ộ ng t ứ c th ờ i không kéo dài th ườ ng không gây nên nh ữ ng bi ế n đ ổ i m ự c n ướ c m ộ t cách đ áng k ể . Trong khi đ ó gió c ườ ng đ ộ k hô ng quá l ớ n, nh ư ng ho ạ t đ ộ ng ổ n đ ị nh v ớ i th ờ i g ian dài có th ể g ây bi ế n đ ổ i m ự c n ướ c đ áng k ể . 6.1. PHƯƠNG PHÁP GRAĐIEN DỰ BÁO DAO ĐỘNG DÂNG RÚT MỰC NƯỚC M ộ t trong nh ữ ng ph ươ ng pháp d ự b áo ng ắ n h ạ n bi ế n đ ổ i m ự c n ướ c là ph ươ ng pháp d ự a trên vi ệ c tính t ớ i tác đ ộ ng c ủ a gió thông quan tr ườ ng khí áp đ ặ c tr ư ng b ở i hi ệ u s ố á p su ấ t kh í q uy ể n ở h ai tr ạ m. H i ệ u s ố n ày th ườ ng đ ượ c g ọ i là gra đ ien khí á p hi ệ u d ụ ng. Ng ườ i ta th ườ ng phân tích các b ả n đ ồ s ynop đ ể s uy xét v ề t ác đ ộ ng c ủ a các tình th ế s ynop t ớ i s ự d âng hay rút n ướ c. Ph ả i đ ị nh ra các nhóm tr ườ ng n ướ c d âng cao hay th ấ p, nghiên c ứ u đ ặ c đ i ể m c ủ a tr ườ ng khí áp trong cùng th ờ i k ỳ đ ể t hi ế t l ậ p đ ượ c s ự p hân b ố đ i ể n hình c ủ a các đ ườ ng đ ẳ ng khí áp trong th ờ i gian tr ướ c khi và trong khi x ả y ra dâng n ướ c ho ặ c rút n ướ c. Đ ể c ó đ ượ c đ ặ c tr ư ng s ố c ủ a tr ườ ng khí áp ng ườ i ta th ườ ng tính hi ệ u áp su ấ t không khí gi ữ a hai tr ạ m cách nhau đ ủ x a, hi ệ u này g ọ i là gr a đ ien hi ệ u d ụ ng. Tu ỳ hình d ạ ng và đ ặ c đ i ể m v ùng b ờ c ầ n d ự b áo ng ườ i ta có th ể t ính m ộ t ho ặ c nh i ề u gra đ ien hi ệ u d ụ ng (hình 6.3). Khi xây d ự ng đ ồ t h ị b i ế n đ ổ i c ủ a gra đ ien khí áp và m ự c n ướ c có th ể t ìm đ ượ c s ự l ệ ch pha trong hai quá trình và s ự l ệ ch pha đ ó dùng làm th ờ i gian báo tr ướ c c ủ a d ự b áo. B ướ c ti ế p theo là xây d ự ng m ố i ph ụ t hu ộ c c ủ a đ ộ c ao m ự c n ướ c dâng hay rút vào giá tr ị c ủ a các graddien hi ệ u d ụ ng. D ạ ng t ổ ng quát c ủ a các m ố i p h ụ t hu ộ c d ự b áo nh ư s au: H = f ( H 0 , G0 ), ( 6.1) 72
t rong đ ó H − m ự c n ướ c d ự b áo, H 0 − m ự c n ướ c t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo, G0 − gra đ i en áp su ấ t t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo. Nh ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c d ạ ng này đ ượ c xây d ự ng cho nhi ề u n ơ i. Th ờ i gian báo tr ướ c th ườ ng b ằ ng 6-12 gi ờ . V ớ i th ờ i gian báo tr ướ c này thì nói chung đ ộ đ ả m b ả o c ủ a d ự b áo khá cao. Nh ượ c đ i ể m c ủ a ph ụ t hu ộ c d ạ ng (6.1) là các h ệ s ố b ằ ng s ố t rong các bi ể u th ứ c đ ố i v ớ i pha n ướ c dâng và pha n ướ c rút th ườ ng khác nhau. Vì v ậ y ph ả i tìm n h ữ ng bi ể u th ứ c d ự b áo cho riêng t ừ ng pha n ướ c dâng ho ặ c pha n ướ c rút. T uy nhiên trong th ự c hành d ự b áo không th ể b i ế t đ ượ c khi nào thì dùng m ố i ph ụ t hu ộ c c ủ a pha n ướ c dâng, khi nào thì dùng m ố i ph ụ t hu ộ c c ủ a pha n ướ c rút, đ ặ c bi ệ t là ở n h ữ ng th ờ i đ i ể m chu y ể n pha. a) b) Hình 6.3. Trường hợp tính một (a) và hai (b) građien hiệu dụng tuỳ hình dạng đường bờ t rong nhi ề u tr ườ ng h ợ p đ ộ b i ế n đ ổ i c ủ a gra đ ien khí áp theo th ờ i gian có th ể l à ch ỉ s ố c ủ a s ự b i ế n đ ổ i ti ế p theo c ủ a quá trình m ự c n ướ c. N ế u tính t ớ i đ ặ c đ i ể m v ừ a nêu thì ph ươ ng trình d ự b áo m ự c n ướ c có th ể b i ể u di ễ n d ướ i d ạ ng H n = f ( H n −1 , ΔGn −1,n ), (6 .2) trong đ ó H n − m ự c n ướ c d ự b áo, H n −1 − m ự c n ướ c t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo, ΔGn −1,n = Gn−1 − Gn (Gn−1 − g ra đ ien khí áp t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo, G n − gra đ ien khí áp t ạ i th ờ i đ i ể m n , l ấ y theo b ả n đ ồ synop d ự b áo). 6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC DỰA TRÊN TRƯỜNG ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN O. I. Seremechievskaia đ ề x u ấ t m ộ t ph ươ ng pháp d ự b áo cho phép tính bi ế n trình m ự c n ướ c đ ồ ng th ờ i t ạ i nhi ề u tr ạ m bi ể n. Ph ươ ng pháp này d ự a trên quan đ i ể m cho r ằ ng nhân t ố c hính quy ế t đ ị nh các dao đ ộ n g không tu ầ n hoàn c ủ a m ự c n ư óc l à dòng ch ả y do gió. Tr ườ ng khí áp đ ượ c bi ể u di ễ n gi ả i tích b ằ ng các đ a th ứ c Cheb ư sev. D ự a theo nh ữ ng h ệ s ố k hai tri ể n Aij có th ể x ác đ ị nh h ướ ng và c ườ ng đ ộ c ác dòng ch ả y gió, t ứ c là tính gián ti ế p tr ườ ng v ậ n t ố c dòng ch ả y và c ả h i ệ u ứ ng t ĩ nh h ọ c trong dao đ ộ ng m ự c n ướ c. 73
C ác p h ươ n g trình d ự b áo có d ạ ng t ổ ng quát n h ư s au [ A ] H n − Hn −1 = f  ;( H − H) n −1 ,  ( 6.3) ij n −1 trong đ ó H n − m ự c n ướ c d ự b á o, Hn −1 − m ự c n ướ c trung bình m ườ i n gày tr ướ c d ự  báo, H − H − h i ệ u các m ự c n ướ c cho phép lo ạ i ả nh h ưở ng c ủ a bi ế n trình n ă m, n v à  n − 1 − t h ờ i h ạ n d ự b áo (khác nhau 6, 12, 18 và 24 gi ờ ). 74