Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 8

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

Thêm vào BST

Báo xấu

100
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG 8 - DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC BIỂN 8.1. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ NƯỚC Nhữn g biế n đ ổi ngắn hạn của nhi ệt độ nước ở biển thường do những nguyên nhân : - Dòng nhiệt qua mặt biển. Quá trình này đôi khi đóng vai trò chủ yếu, đặc biệt khi sự chênh lệch gi ữa nhiệt độ nước và nhiệt độ không khí lớn. Các phương pháp xác định các hợp phần của dòng nhiệt này đã được xét trong mục 4.2 của chương 4. - Vận chuyển nhiệt do dòng chảy...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 8

CHƯƠNG 8 - DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC BIỂN 8.1. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ NƯỚC Nh ữ n g bi ế n đ ổ i n g ắ n h ạ n c ủ a nhi ệ t đ ộ n ướ c ở b i ể n th ườ ng do nh ữ ng nguyê n nhân : - Dòng nhi ệ t qua m ặ t bi ể n. Quá trình này đ ôi khi đ óng vai trò ch ủ y ế u, đ ặ c bi ệ t khi s ự c hênh l ệ ch gi ữ a nhi ệ t đ ộ n ướ c và nhi ệ t đ ộ k hông khí l ớ n. Các ph ươ ng pháp xác đ ị nh các h ợ p ph ầ n c ủ a dòng nhi ệ t này đ ã đ ượ c xét trong m ụ c 4.2 c ủ a ch ươ ng 4. - V ậ n chuy ể n nhi ệ t do dòng ch ả y s ẽ đ óng góp ph ầ n đ án g k ể l àm bi ế n thi ế n nhi ệ t đ ộ c ủ a m ộ t vùng bi ể n n ế u vùng này n ằ m trong mi ề n ho ạ t đ ộ ng c ủ a các dòng h ả i l ư u m ạ nh, ở n h ữ ng n ơ i giao l ư u gi ữ a các dòng h ả i l ư u nóng và h ả i l ư u l ạ nh, ở n h ữ ng đ ớ i front th ủ y v ă n v ớ i hi ệ u nhi ệ t đ ộ c ủ a các k h ố i n ướ c l ớ n. - N h ữ ng hi ệ n t ượ ng tri ề u lên, tri ề u xu ố ng ả nh h ưở ng t ớ i bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c vùng đ ang xét thông qua vi ệ c v ậ n chuy ể n n ướ c v ớ i n hi ệ t đ ộ k hác nhau gi ữ a vùng kh ơ i và vùng b ờ , gi ữ a các đ o ạ n b ờ .. - C ác quá trình r ố i và xáo tr ộ n đ ố i l ư u có kh ả n ă ng san b ằ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c ở l ớ p g ầ n m ặ t đ ạ i d ươ ng. Quá trình này đ ặ c bi ệ t m ạ nh vào th ờ i k ỳ t hu đ ông t ạ i các vùng bi ể n thu ộ c v ĩ đ ộ t rung bình và v ĩ đ ộ c ao. Mùa hè, khi n ướ c bi ể n phân t ầ ng m ạ nh theo ph ươ ng th ẳ ng đ ứ ng và xu ấ t hi ệ n l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ t hì s ự x áo tr ộ n đ ố i l ư u ít xu ấ t hi ệ n. vai trò san b ằ ng nhi ệ t đ ộ t rong l ớ p m ặ t t ự a đ ồ ng nh ấ t ch ủ y ế u do tác đ ộ ng c ơ h ọ c c ủ a gió và sóng. Ngoài nguyên nhân xáo tr ộ n gió gây bi ế n đ ổ i v ị t rí l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ , dòng ch ả y đ óng vai trò l ớ n trong nh ữ ng tr ườ ng h ợ p nh ư : t ạ i vùng phân k ỳ d òng ch ả y l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ n ướ c n ằ m g ầ n m ặ t, cò n t ạ i vùng h ộ i t ụ d òng ch ả y thì đ ộ s âu l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ t ă ng lên. Trong h ệ d òng ch ả y xoáy ngh ị ch, đ ộ s âu đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ c hìm sâu xu ố ng, còn trong h ệ x oáy thu ậ n, l ớ p này có xu h ướ ng nâng l ên p hía m ặ t bi ể n. Có nh ữ ng quan tr ắ c xác nh ậ n r ằ ng khi có bão đ i trên Thái Bình D ươ ng thì đ ộ s âu l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ g i ả m , có khi l ớ p này nâng lên đ ế n t ậ n m ặ t bi ể n. Thành ph ầ n th ẳ ng đ ứ ng c ủ a dòng ch ả y tuy nh ỏ n h ư ng có vai trò đ áng k ể t rong bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c, vì trong n ướ c bi ể n gra đ ien nhi ệ t đ ộ t heo chi ề u th ẳ ng đ ứ ng khá l ớ n. 81
8.2. DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC LỚP MẶT THEO GIÓ Trong tr ườ ng h ợ p này ng ườ i ta g i ả t hi ế t r ằ ng nguyên nhân làm bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c là hi ệ n t ượ ng dâng rút n ướ c trong gió. Ở c ác vùng b ờ t h ẳ ng đ ứ ng vùng v ĩ đ ộ t rung bình, mùa hè nhi ệ t đ ộ n ướ c trên m ặ t lên cao t ớ i 20-25 ° C trong khi ở d ướ i các t ầ ng sâu n ướ c gi ữ n hi ệ t đ ộ 8 -9 ° C. Trong gió rút, n ướ c các t ầ ng sâu nâng lên thay th ế n ướ c trên m ặ t, làm bi ế n đ ổ i m ạ nh nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t mà ng ườ i ta quan tr ắ c th ấ y. Hình v ẽ 8 .1 là hình dáng t ổ ng quát c ủ a m ố i ph ụ t hu ộ c c ủ a nhi ệ t đ ộ n ướ c vào t ổ ng các hình chi ế u c ủ a t ố c đ ộ g ió lên h ướ ng song song đ ườ ng b ờ đ ố i v ớ i nh ữ ng v ùng b ờ t h ẳ ng đ ứ ng ho ặ c đ ộ d ố c đ áy l ớ n. tW°C 22 18 14 Hình 8.1. Phụ thuộc của nhiệt độ nước vào 10 thành phần gió song song bờ ΣV, m/s 6 0 40 40 60 80 8.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC DỰA TRÊN TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT S ự b i ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c bi ể n đ ượ c gây b ở i s ự t hay đ ổ i cân b ằ ng nhi ệ t. Trong bi ể n các quá trình truy ề n nhi ệ t vào mùa l ạ n h và m ùa nóng có khác nhau nên ng ườ i ta có nh ữ ng cách gi ả i quy ế t d ự b áo nhi ệ t đ ộ k hác nhau tu ỳ t heo mùa. Mùa đ ông, khi nhi ệ t đ ộ ở l ớ p trên h ầ u nh ư đ ồ ng nh ấ t theo đ ộ s âu, nhân t ố đ ố i l ư u là nhân t ố c ơ b ả n. Vào mùa hè, vì có gra đ ien nhi ệ t đ ộ l ớ n theo c hi ề u th ẳ ng đ ứ ng và theo chi ề u ngang, c ầ n ph ả i k ể đ ế n t ấ t c ả c ác nhân t ố ả nh h ưở ng t ớ i p hân b ố n hi ệ t đ ộ . Trong s ố c ác nhân t ố đ ó thì s ự v ậ n chuy ể n nhi ệ t (theo ch i ề u ngang) b ở i dòng ch ả y đ ón g vai trò l ớ n nh ấ t. S ự t hay đ ổ i hoàn l ư u khí quy ể n d ẫ n đ ế n s ự t hi ế t l ậ p l ạ i tr ườ ng dòng ch ả y, tr ườ ng dòng ch ả y v ề p hía mình l ạ i làm thay đ ổ i phân b ố n hi ệ t đ ộ t heo chi ề u th ẳ ng đ ứ ng và p h ươ ng ngang. D ĩ n hiên các quá trình khí quy ể n càng m ạ nh thì nh ữ ng bi ế n đổ i nhi ệ t đ ộ c àn g x ả y ra nhanh. Chiutnhev đ ã thi ế t l ậ p nh ữ ng m ố i liên h ệ d ự b áo gi ữ a bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ t rung bình ngày Δt w v à t ổ ng ngày c ủ a l ượ ng nhi ệ t đ ế n và l ượ ng nhi ệ t m ấ t qua m ặ t bi ể n ΔQ d ướ i d ạ ng Δt w = kΔQ , trong đ ó k − h ệ s ố t ỷ l ệ p h ụ t hu ộ c v ào đ ộ s âu bi ể n. Đ ồ t h ị m ố i ph ụ t hu ộ c này có d ạ ng n h ư h ình 8.2. 82
Δ tw 3 4 1 2 2 0 -2 -4 ΔQ -6 800 1600 -1600 0 -800 Hình 8.2. Phụ thuộc của biến đổi nhiệt độ nước vào cân bằng nhiệt Nh ư v ậ y n ế u có s ố l i ệ u quan tr ắ c và tính toán v ề c ân b ằ ng nhi ệ t và s ự t hay đ ổ i nhi ệ t đ ộ n g ư ờ i ta có th ể d ự ng các đ ồ t h ị t h ự c nghi ệ m d ạ ng hình 8.2 và dùng chúng đ ể d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c. M ộ t s ố đ i ể m c ầ n chú ý: N ế u đ ườ ng t h ẳ ng đ i qua g ố c 0 c ủ a đ ồ t h ị t h ì ta tin ch ắ c r ằ ng t ạ i đ i ể m đ ang xét nhi ệ t đ ộ c h ỉ b i ế n đ ổ i do l ượ ng nhi ệ t đ ế n và l ư o ự ng nhi ệ t m ấ t qua m ặ t bi ể n. N ế u đ ồ t h ị k hông đ i qua g ố c 0 thì ch ắ c ch ắ n còn có nguyên nhân khác làm b i ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ , ch ẳ ng h ạ n nh ư d òng c h ả y, l ư u l ượ ng n ướ c sông t ừ l ụ c đ ị a... Các đ ườ ng th ẳ ng 1, 2, 3 trên hình 8.2 ứ ng v ớ i nh ữ ng tr ạ m có đ ộ s âu khác nhau. Thí d ụ đ ườ ng th ẳ ng 2 ứ ng v ớ i tr ạ m có đ ộ s âu l ớ n h ơ n tr ạ m v ớ i đ ườ ng cong 1 và 3. 8.4. PHƯƠNG PHÁP CỦA MILEIKO M ileiko G. M. đ ã xây d ự ng m ộ t ph ươ ng pháp tính tr ướ c tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t ở v ùng B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng và Thái B ình D ươ ng vào mùa l ạ nh d ự a trên c ơ s ở t ính bi ế n thiên cân b ằ ng nhi ệ t và đ ộ s âu xáo tr ộ n đ ố i l ư u. D ữ l i ệ u xu ấ t phát là b ả n đ ồ t r ườ ng nhi ệ t đ ộ t h ự c d ự ng theo s ố l i ệ u quan tr ắ c c ủ a c ác tàu ho ạ t đ ộ ng trên đ ạ i d ươ ng tr ướ c th ờ i đ i ể m l ậ p d ự báo và s ố l i ệ u d ự b áo nhi ệ t đ ộ k hông khí trung bình tháng. S ơ đ ồ t ính toán có d ạ ng: ΔQn t w,n −1 → H n −1 → = Δt w,n → t w ,n −1 + Δt w ,n + Δt w, adv . 0,1H n −1 Ở đ ây H − đ ộ s âu xáo tr ộ n đ ố i l ư u đ ượ c xác đ ị nh theo nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t đ ạ i d ươ ng (quan h ệ n ày đ ượ c l ậ p s ẵ n t ừ t r ướ c b ằ ng s ố l i ệ u quan tr ắ c th ủ y v ă n nhi ề u n ă m theo ph ươ ng pháp so sánh m ậ t đ ộ ); ΔQ − l ượ ng nhi ệ t m ấ t qua m ặ t đ ạ i d ươ ng đ ượ c ư ớ c l ượ ng theo hi ệ u t w − t a . Chia l ượ ng nhi ệ t m ấ t qua m ặ t bi ể n cho đ ộ s âu l ớ p m ặ t t ự a đ ồ ng nh ấ t ng ườ i ta n h ậ n đ ư ợ c l ượ ng bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c Δt w,n c ủ a l ớ p đ ó. C ộ ng nhi ệ t đ ộ q ua n tr ắ c đ ượ c t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo v ớ i l ượ ng bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ v ừ a nh ậ n đ ượ c, có tính t ớ i l ượ ng bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c do v ậ n chuy ể n bình l ư u ngang b ở i các dòng ch ả y Δt w , adv s ẽ c ho nhi ệ t đ ộ c ầ n d ụ b áo. Khi tính theo s ơ đ ồ 83
t rên đ ây, n g ườ i ta th ườ ng dùng cách tính t ừ ng b ướ c. Mu ố n tính b ướ c th ứ n h ấ t, ng ườ i ta l ấ y nhi ệ t đ ộ t h ự c c ủ a m ặ t bi ể n, đ ể t ính c ác b ướ c sau - l ấ y nhi ệ t đ ộ v ừ a tính đ ượ c t ừ b ướ c tr ướ c đ ó. Tr ườ ng nhi ệ t đ ộ t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo l ấ y theo b ả n đ ồ n hi ệ t đ ộ m ặ t đ ạ i d ươ ng nh ậ n đ ượ c t ừ d ữ l i ệ u quan tr ắ c tàu , ả nh v ệ t inh...; đ ể b ổ k huy ế t s ố l i ệ u t ạ i nh ữ ng vùng v ắ ng quan tr ắ c đ ã s ử d ụ ng ph ươ ng p háp phân tích khách quan. Các tính toán đ ượ c th ự c hi ệ n trên máy tính cho 300 đ i ể m trên đ ạ i d ươ ng. D ự b áo dài h ạ n theo ph ươ ng pháp này có th ờ i h ạ n báo tr ướ c 1,5 tháng. Sau đ ó d ự b áo đ ượ c đ i ề u ch ỉ nh thêm b ằ ng các tính toán v ớ i th ờ i h ạ n m ộ t ch ụ c ngày và truy ề n đ i d ướ i d ạ ng b ả n đ ồ . 8.5. PHƯƠNG PHÁP CỦA SCRIPTUNOVA L . I. Scriptunova đ ã xác l ậ p nh ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c d ự b áo gi ữ a nh i ệ t độ n ướ c và tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n có k ể t ớ i các dòng nhi ệ t qua m ặ t đ ạ i d ươ ng cho vùng tây b ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng vào mùa nóng c ủ a n ă m. Tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c đ ượ c khai tri ể n thành chu ỗ i các thành ph ầ n tr ự c giao t ự n hiên, tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n - thành chu ỗ i các đ a th ứ c Se b ư sev . M ố i ph ụ t hu ộ c có d ạ ng [ ] Bij (t w )τ =5 = f Qn ,  Aij ( P) n , Bij (t w ) , ′ trong đ ó Bij (t w )τ =5 − n h ữ ng h ệ s ố đ ượ c d ự b áo c ủ a chu ỗ i phân tích tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c, Qn − t ổ ng các dòng nhi ệ t qua m ặ t đ ạ i d ươ ng, Aij ( P) n − các h ệ s ố k hai tri ể n ′ tr ườ ng khí áp, Bij (t w ) − c ác h ệ s ố p hân tích tr ườ ng nhi ệ t đ ộ v ào ngày l ậ p d ự b áo, τ − t h ờ i h ạ n d ự b áo, b ằ ng 5 ngày. Các ph ươ ng trình d ự b áo đ ượ c tìm b ằ ng ph ươ ng pháp phân tích t ươ ng quan. Đ ể x ây d ự ng các ph ươ ng trình d ự b áo ng ườ i ta s ử d ụ ng các b ả n đ ồ p hân b ố n hi ệ t độ n ướ c vùng B ắ c Đ ạ i T ây D ươ ng d o Trung tâm Khí t ượ ng Th ủ y v ă n Liên Xô l ậ p (ho ặ c b ả n đ ồ n hi ệ t đ ộ n ướ c c ủ a M ỹ n h ậ n qua faximile). S ố l i ệ u v ề n hi ệ t đ ộ n ướ c đ ượ c l ấ y trung bình 5 ngày. Nh ữ ng s ố l i ệ u khác dùng đ ể d ự b áo c ũ ng đ ư ợ c l ấ y trung bình 5 ngày. Cân b ằ ng nhi ệ t đ ượ c tính theo công th ứ c đ ơ n gi ả n c ủ a Chiutnhev. Nh ư v ậ y ph ả i s ử d ụ ng đ ế n nhi ệ t đ ộ k hông khí d ự b áo. Quy trình l ậ p d ự b áo nh ư s au: 1) T r ướ c khi l ậ p d ự b áo c ầ n tính các h ệ s ố k hai tri ể n tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c và tr ườ ng khí áp. 2) T rên c ơ s ở d ự b áo synop tính cân b ằ ng nhi ệ t m ặ t bi ể n qua 5 ngày. N ế u không có d ự b áo synop thì cân b ằ ng nhi ệ t đ ượ c tính th eo s ố li ệ u th ự c đ o và ngo ạ i suy đ ế n 5 ngày t i ế p. 3) Th ế c ác s ố l i ệ u nh ậ n đ ượ c vào ph ươ ng trình d ự b áo và tính các h ệ s ố p hân tích c ủ a tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c. 4) Tính nhi ệ t đ ộ n ướ c theo công th ứ c phân tích tr ườ ng. 5) Ghi các tr ị s ố n hi ệ t đ ộ l ên b ả n đ ồ v à v ẽ c ác đ ườ ng đ ẳ ng tr ị . 6) Th ự c hi ệ n đ ánh giá đ ộ t in c ậ y c ủ a d ự b áo. 84
K ế t qu ả t h ử n ghi ệ m p h ươ ng pháp cho th ấ y đ ộ đ ả m b ả o sai s ố k hông v ượ t quá đ ộ l ệ ch bình ph ươ ng trung bình c ủ a nhi ệ t đ ộ σ l à 82%. Đ ể t ính phân b ố n hi ệ t đ ộ t heo ph ươ ng th ẳ ng đ ứ ng đ ã s ử d ụ ng mô hình d ạ ng sau: Tz = T + ΔT0 exp[ −b( z − 1) n ] + ΔTh exp[ − d ( H − z ) m ] , trong đ ó z − t ọ a đ ộ t h ẳ ng đ ứ ng tính t ừ m ặ t bi ể n ( z = 1 ), ΔT0 , ΔTH − các đ ộ l ệ ch kh ỏ i nhi ệ t đ ộ t rung bình c ủ a l ớ p t u ầ n t ự t ạ i m ặ t và t ạ i biên d ướ i l ớ p ho ạ t đ ộ ng, b, d , m, n − n h ữ ng tham s ố t h ự c nghi ệ m. 85