Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 9

Chia sẻ: Norther Light | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

92
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG 9 - DỰ BÁO DÀI HẠN CÁC YẾU TỐ THỦY VĂN BIỂN 9.1. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN DÀI HẠN N hững dự báo thủy văn dài hạn có thời gian báo trước từ một đến sáu tháng, những dự báo siêu dài hạn - từ sáu tháng đến một năm và thậm chí vài năm. K hi lập dự báo, tuỳ thuộc vào thời gian báo trước của dự báo người ta chọn những yếu tố tiên lượng do ảnh hưởng của chúng mà đại lượng được dự báo biến đổi. Vi ệc xây dựng những...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 9

CHƯƠNG 9 - DỰ BÁO DÀI HẠN CÁC YẾU TỐ THỦY VĂN BIỂN 9.1. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN DÀI HẠN N h ữ ng d ự b áo th ủ y v ă n dài h ạ n có th ờ i gian báo tr ướ c t ừ m ộ t đ ế n sá u tháng, nh ữ ng d ự b áo siêu dài h ạ n - t ừ s áu tháng đ ế n m ộ t n ă m và th ậ m chí vài n ă m. K hi l ậ p d ự b áo, tu ỳ t hu ộ c vào th ờ i gian báo tr ướ c c ủ a d ự b áo ng ườ i ta ch ọ n nh ữ ng y ế u t ố t iên l ượ ng do ả nh h ưở ng c ủ a chúng mà đ ạ i l ượ ng đ ượ c d ự b áo bi ế n đ ổ i. Vi ệ c xây d ự ng nh ữ ng ph ươ ng pháp d ự b áo ng ắ n h ạ n và dài h ạ n có nh ữ ng hì nh th ứ c khác nhau v ề n guyên t ắ c. Nh ữ ng bi ế n đ ổ i ng ắ n h ạ n c ủ a các y ế u t ố c h ế đ ộ b i ể n hoàn toàn đ ượ c quy đ ị nh b ở i tác đ ộ ng c ủ a các y ế u t ố k hí t ượ ng, trong đ ó ph ả n ứ ng c ủ a các y ế u t ố t h ủ y v ă n đ ố i v ớ i tác đ ộ ng c ủ a các y ế u t ố k hí t ượ ng có tính ch ấ t đ ồ ng th ờ i ho ặ c v ớ i m ộ t kho ả ng tr ễ n ào đ ó. Vì v ậ y nh ữ ng d ự b áo th ủ y v ă n bi ể n ng ắ n h ạ n hoàn toàn d ự a trên n h ữ ng d ự b áo khí t ượ ng. V ớ i d ự báo dài h ạ n và siêu dài h ạ n v ấ n đ ề s ẽ k hác. Ở đ ây tr ướ c h ế t tính t ớ i nh ữ ng dao đ ộ ng chu k ỳ d ài c ủ a các y ế u t ố c h ế đ ộ b i ể n. Bi ể n h ấ p th ụ v à tích t ụ n ă ng l ượ ng m ặ t tr ờ i, g i ữ n ă ng l ư ợ ng m ộ t th ờ i gian dài. Nh ờ x áo tr ộ n th ẳ ng đ ứ ng, n ă ng l ượ ng m ặ t tr ờ i đ ư ợ c truy ề n xu ố ng toàn b ộ l ớ p ho ạ t đ ộ ng c ủ a bi ể n, khi có các dòng ch ả y ổ n đ ị nh n ă ng l ượ ng đ ượ c v ậ n chuy ể n t ừ v ùng bi ể n này sang vùng bi ể n khác, đ ôi khi t ừ b i ể n này sang bi ể n khác. Tuy nhiên, ngoài nh ữ ng quá trình di ễ n ra trong chính l ớ p ho ạ t đ ộ ng c ủ a bi ể n, m ộ t nhân t ố b ên ngoài quan tr ọ ng gây nên đ ộ b i ế n đ ộ ng nhi ệ t và đ ộ ng h ọ c c ủ a l ớ p ho ạ t độ ng c ủ a bi ể n là hoàn l ư u khí quy ể n. T ác đ ộ ng c ủ a hoàn l ư u s ẽ k hác nhau tu ỳ t hu ộ c vào t r ạ ng thái bi ể n và b ả n thân khí quy ể n vào th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo. Vì v ậ y trong các d ự b áo th ủ y v ă n dài h ạ n c ầ n chú ý t ớ i vi ệ c xác đ ị nh nh ữ ng đ i ề u ki ệ n ban đ ầ u t ồ n t ạ i trong m ộ t th ờ i k ỳ d ài tr ướ c d ự b áo. Trong các m ố i ph ụ t hu ộ c d ự b áo, ả nh h ưở ng c ủ a hoàn l ư u khí quy ể n đ ư ợ c k ể t ớ i không ch ỉ t ạ i kho ả ng th ờ i gian tr ướ c d ự b áo mà c ả t rong th ờ i gian d ự b áo. Và đ i ề u này đ òi h ỏ i ph ả i có d ự b áo khí t ượ ng. Nh ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c d ự b áo đ ượ c xây d ự ng tuân theo nh ữ ng nguyên t ắ c nh ư v ậ y s ẽ c ó đ ộ đ ả m b ả o cao, nh ư ng khi s ử d ụ ng chúng trong d ự b áo th ự c t ế c ầ n ph ả i có d ự b áo th ờ i ti ế t v ớ i đ ộ x ác th ự c cao . M ộ t h ướ ng các công trình nghiên c ứ u xây d ự ng các ph ươ ng pháp d ự b áo bi ể n b ỏ q ua d ự b áo khí t ượ ng, chú ý t ớ i đ ộ b i ế n đ ộ ng c ủ a các y ế u t ố q uy ế t đ ị nh và kh ả n ă ng bi ế n đ ổ i c ủ a chúng trong t ươ ng lai [6,8]. C ơ s ở c ủ a nh ữ ng nghiên c ứ u này là 86
s ự t ính t ớ i tín h k ế t h ừ a, tính có quán tính và các đ ặ c đ i ể m khác trong s ự p hát tri ể n c ủ a c ác quá t rình khí t ượ ng và th ủ y v ă n. Tóm t ạ i nh ữ ng quy lu ậ t c ơ b ả n s ử d ụ ng trong d ự b áo bi ể n dài h ạ n g ồ m: 1) Tính k ế t h ừ a trong s ự p hát tri ể n c ủ a các quá trình khí t ượ ng th ủ y v ă n. 2) Quán tính c ủ a các quá trình. 3) Phát hi ệ n nh ữ ng s ự g i ố ng nhau trong s ự p hát tri ể n c ủ a các quá trình (ch ọ n nh ữ ng lo ạ i suy). 9.2. TỔNG QUAN NHỮNG PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÀI HẠN NHIỆT ĐỘ VÀ CẤU TRÚC NHIỆT LỚP GẦN MẶT Ở ĐẠI DƯƠNG 9.2.1. Các phương pháp thuỷ động lực học V i ệ c xây d ự ng các ph ươ ng pháp d ự b áo dài h ạ n nhi ệ t đ ộ n ướ c trên c ơ s ở c ác mô hình th ủ y nhi ệ t đ ộ ng l ự c liên quan t ớ i r ấ t nhi ề u khó kh ă n, trong đ ó đ áng k ể n h ấ t là s ự t hi ế u v ắ ng nh ữ ng d ự b áo khí t ượ ng dài h ạ n tin c ậ y và vi ệ c tính t ớ i các nhân t ố b ình l ư u. a) M ộ t trong nh ữ ng th ử n ghi ệ m đ ầ u t iên t heo h ướ ng này thu ộ c v ề J . A đ em [1]. Mô hì nh d ự b áo c ủ a ông đ ã mô t ả c ân b ằ ng nhi ệ t trong l ớ p m ặ t đ ạ i d ươ ng và l ớ p d ướ i cùng 10km c ủ a khí quy ể n, trong đ ó tính t ớ i l ượ ng nhi ệ t đ ế n t ừ k hí quy ể n , các nhân t ố b ình l ư u và xáo tr ộ n r ố i theo ph ươ ng ngang. Tu ỳ t hu ộ c vào đ ặ c đ i ể m v ùng d ự b áo tác gi ả n ày đ ã th ử n ghi ệ m cá c ph ươ ng án riêng bi ệ t nh ư : ch ỉ t ính t ớ i xáo tr ộ n theo ph ươ ng ngang; ch ỉ t ính t ớ i dòng nhi ệ t đ ế n t ừ k hí quy ể n; tính t ớ i v ậ n chuy ể n nhi ệ t theo ph ươ ng ngang và t h ẳ ng đ ứ ng. b) T ạ i Trung tâm K hí t ượ ng Thu ỷ v ă n Liên bang Nga đ ã xây d ự ng và tri ể n khai nghi ệ p v ụ p h ươ ng pháp d ự b áo dài h ạ n nhi ệ t đ ộ v à đ ộ d ày l ớ p t ự đ ồ ng nh ấ t d ự a theo mô hình tích phân c ủ a Kalatxki [10,11] mô t ả c ân b ằ ng nhi ệ t c ủ a l ớ p m ặ t t ự đ ồ ng nh ấ t ∂T = Q0 + Qa − Qh , h ∂t trong đ ó h − đ ộ d ày l ớ p t ự đ ồ ng nh ấ t, T − n hi ệ t đ ộ , Q0 − c ân b ằ ng nhi ệ t m ặ t đ ạ i Qh − d ươ ng, d òng nhi ệ t qua biên d ướ i c ủ a l ớ p t ự a đ ồ ng nh ấ t, h  ∂T ∂T  ∂T Qa =   u  ∂x + v ∂y + w ∂z dz − b ình l ư u nhi ệ t trong l ớ p t ự a đ ồ ng nh ấ t.  0  Đ ể k hép kín h ệ p h ươ ng trình th ườ ng ng ườ i ta s ử d ụ ng ph ươ ng trình cân b ằ ng đ ộ ng n ă ng r ố i d ướ i d ạ ng tích phân hay vi phân và m ộ t s ố g i ả t hi ế t khác liên quan t ớ i các dòng nhi ệ t t ạ i biên d ướ i c ủ a l ớ p t ự a đ ồ ng nh ấ t Qh . Mô hình mô t ả t rên đ ây đ ã đ ượ c s ử d ụ ng đ ể l ậ p d ự b áo c ả n g ắ n h ạ n và d ài h ạ n v ề n hi ệ t đ ộ m ặ t bi ể n, đ ộ d ày l ớ p t ự a đ ồ ng nh ấ t g ầ n m ặ t. Ng ườ i ta c ũ ng đ ã dùng mô hình này có th ể k hôi ph ụ c l ạ i nh ữ ng đ ặ c tr ư ng c ủ a nêm nhi ệ t mùa nh ờ g i ả t hi ế t v ề 87
t ính t ự m ô hình c ủ a profil nhi ệ t đ ộ t rong nêm nhi ệ t mùa. 9.2.2. Các phương pháp thống kê vật lý C ác ph ươ ng pháp th ố ng kê v ậ t lý d ự b áo dài h ạ n nhi ệ t đ ộ n ướ c d ự a trên vi ệ c tính t ớ i tác đ ộ ng đ ộ ng l ự c và nhi ệ t c ủ a khí quy ể n đ ố i v ớ i đ ạ i d ươ ng. Nhi ề u công trình theo h ư ớ ng này [6,8] c ă n c ứ v ào g i ả thi ế t c ủ a N. A. Belinsky r ằ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c t ạ i v ùng nào đ ó ch ị u ả nh h ưở ng c ủ a hoàn l ư u khí quy ể n trên m ộ t mi ề n r ộ ng l ớ n h ơ n và trong đ ó thì các quá trình mùa đ ông có tính áp đ ả o nh ấ t. V ớ i t ư c ách là đ ặ c tr ư ng c ủ a ho àn l ư u khí q uy ể n Belinsky đ ề n gh ị s ử d ụ ng các ch ỉ s ố p h ả n ánh c ườ ng đ ộ h o ạ t đ ộ ng xoáy thu ậ n và xoáy ngh ị ch (m ụ c 3.1 ch ươ ng 3). Belinsky đ ã xây d ự ng ph ươ ng pháp d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c vào mùa ấ m cho nhi ề u vùng thu ộ c B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng. Nh ữ ng y ế u t ố t iên l ượ ng đ ượ c dùng là các ch ỉ s ố B elinsky trong mùa l ạ nh trên B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng và nhi ệ t đ ộ k hông khí t ạ i Nam G r inlan. Các công trình c ủ a V. F. Sapkin và M. G. Glagoleva s ử d ụ ng ph ươ ng pháp khai tri ể n tr ườ ng thành chu ỗ i các hàm tr ự c giao t ự n hiên. Khi xét các d ị t h ườ ng trung bình tháng c ủ a các y ế u t ố t h ủ y v ă n, các tác gi ả c ho r ằ ng các d ị t h ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c đ ượ c hình thành d ướ i tác đ ộ ng c ủ a trao đ ổ i d ị t h ườ ng gi ữ a bi ể n và khí quy ể n, đ ặ c tr ư ng b ở i d ị t h ườ ng nhi ệ t đ ộ k hông khí và bình l ư u nhi ệ t do dòng ch ả y bi ể n, và nh ữ ng y ế u t ố n à y b ị q uy đ ị nh gián ti ế p b ở i d ị t h ườ ng c ủ a áp su ấ t khí quy ể n. V ề s au này ng ườ i ta còn xét thêm đ ộ m ây do d ữ l i ệ u v ệ t inh cung c ấ p đ ể t ính t ớ i m ộ t cách k ỹ h ơ n s ự t rao đ ổ i nhi ệ t gi ữ a bi ể n và khí quy ể n. 9.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY TỐI ƯU ÁP DỤNG VÀO DỰ BÁO DÀI HẠN CÁC QUÁ TRÌNH THỦY VĂN P h ươ ng pháp này, còn g ọ i là ph ươ ng pháp th ố ng kê đ ộ ng l ự c, d ự a tr ên gi ả t hi ế t v ề s ự t ồ n t ạ i nh ữ ng quy lu ậ t n ộ i t ạ i trong s ự b i ế n thiên th ờ i gian c ủ a các quá trình khí t ượ ng, th ủ y v ă n v ĩ m ô [4]. T ư t ưở ng c ủ a ph ươ ng pháp do Iu. M. Alekhin đ ề x ướ ng nh ằ m đ ố i t ượ ng là nh ữ ng quá trình c ỡ l ớ n, t ứ c quá trình đ ượ c l ấ y trung bình trên quy mô r ộ ng theo khôn g gian ho ặ c (và) theo th ờ i gian đ ể đ ả m b ả o nó là h ệ q u ả c ủ a nhi ề u nguyên nhân, trong đ ó các nguyên nhân cùng có ả nh h ưở ng đ ề u nh ư n hau, không tr ộ i h ẳ n so v ớ i nh au. Nh ữ ng nguyên nhân này v ề p h ầ n mình l ạ i là h ệ q u ả c ủ a hàng lo ạ t các quá trình khác, t ứ c có s ơ đ ồ h ình cây c ủ a các nguyên nhân tác đ ộ ng t ớ i y ế u t ố c húng ta c ầ n d ự b áo. Bi ế n đ ộ ng nhi ề u h ướ ng c ủ a vô s ố n h ữ ng nguyên nhân ấ y thi ế t l ậ p trong y ế u t ố d ự b áo m ộ t ch ế đ ộ d ao đ ộ ng ổ n đ ị nh trong th ờ i gian, đ ặ c tr ư ng b ở i tính liên h ệ n ộ i t ạ i gi ữ a nh ữ ng giá tr ị c ủ a nó t rong ti ề n s ử , hi ệ n t ạ i và t ươ ng lai. Tính liên h ệ n ộ i t ạ i này th ể h i ệ n ở s ự ổ n đ ị nh c ủ a hàm t ự t ươ ng qu an. M ộ t k hi hàm t ươ ng quan c ủ a y ế u t ố ổ n đ ị nh, có th ể n go ạ i suy y ế u t ố đ ó m ộ t cách tin c ậ y. Trong th ự c t ế n ế u chu ỗ i quan tr ắ c đ ủ d ài chúng ta có th ể k i ể m t ra s ự ổ n đ ị nh c ủ a hàm t ươ ng quan b ằ ng cách tính hàm này trong nh ữ ng đ o ạ n quan tr ắ c và so sánh v ớ i nhau. Vì v ậ y, v ớ i y ế u t ố k hí t ượ ng h ả i v ă n l ấ y trung bình theo tháng, mùa ho ặ c n ă m, ho ặ c nh ữ ng đ ặ c tr ư ng trung bình c ủ a c ả m ộ t vùng bi ể n, c ủ a m ộ t m ặ t c ắ t 88
v ớ i h àm t ươ ng quan ổ n đ ị nh đ ề u có th ể s ử d ụ ng ph ươ ng pháp d ự b áo này. Xét theo ngh ĩ a đ ó ph ươ ng pháp d ự b áo chúng ta đ ang nghiên c ứ u có tính v ạ n n ă ng, ngh ĩ a là nó có th ể s ử d ụ ng đ ể d ự b áo nhi ề u y ế u t ố t ự n hiên quy mô l ớ n. Giá tr ị d ự b áo qt ( là giá tr ị q uy chu ẩ n theo tr ị s ố t rung bình c ủ a đ ạ i l ượ ng c ầ n d ự b áo Q ) có th ể đ ượ c bi ể u di ễ n d ướ i d ạ ng m ộ t quan h ệ t uy ế n tính v ớ i các giá tr ị đ ã bi ế t c ủ a nó ở n h ữ ng th ờ i đ i ể m tr ướ c b ằ ng ph ươ ng trình qt = Km,1qt−m + Km,2qt −m−1 + ... + Km,θ qt −m−θ +1 , (9.1) trong đ ó m − t h ờ i gian báo tr ướ c c ủ a d ự b áo, g ọ i t ắ t là th ờ i h ạ n d ự b áo, m = 1, 2, ... ; θ − s ố l ượ ng các giá tr ị đ ã bi ế t c ủ a đ ạ i l ượ ng q đ ượ c dùng trong ph ươ ng trình d ự b áo. Nh ữ ng h ệ s ố n go ạ i suy tuy ế n tính K m ,1 , K m , 2 , ..., K m ,θ ứ ng v ớ i m ộ t giá tr ị x ác đ ị nh c ủ a m , làm thành hàm các h ệ s ố n go ạ i suy tuy ế n tính K m , đ ượ c xác đ ị nh th ự c nghi ệ m t ừ q uan tr ắ c th ự c t ế . Ng ườ i ta th ườ ng s ử d ụ ng ph ươ ng pháp bình ph ươ ng nh ỏ n h ấ t đ ể x ác đ ị nh nh ữ ng tr ị s ố c ủ a hàm K m . Theo ph ươ ng pháp này, nh ữ ng tr ị s ố K m,i , i = 1, 2, ..., θ , đ ượ c xác đ ị nh sao cho t ổ ng c ủ a các bình ph ươ ng c ủ a sai s ố n go ạ i suy theo công th ứ c (9.1) so v ớ i các quan tr ắ c th ự c t ế đ ạ t c ự c ti ể u, t ứ c là N −θ  (q − K m ,1qt −m − K m , 2 qt − m −1 − ... − K m ,θ qt −m −θ +1 ) = min , 2 (9.2) t t =1 v ớ i N − t ổ ng s ố c ác quan tr ắ c v ề đ ạ i l ượ ng Q . Kh ả o sát đ i ề u ki ệ n c ự c tr ị c ủ a (9.2 ) s ẽ d ẫ n t ớ i m ộ t h ệ p h ư ơ ng trình chu ẩ n t ắ c sau đ ây đ ể t í nh nh ữ ng tr ị s ố c ủ a hàm K m : K m,1 r0 + K m , 2 r1 + ... + K m ,θ rθ −1 = rm , K m,1 r1 + K m, 2 r0 + ... + K m ,θ rθ − 2 = rm +1 , ( 9.3 ) ... K m,1 rθ −1 + K m , 2 rθ − 2 + ... + K m ,θ r0 = rm +θ −1 . Th ấ y r ằ ng vi ệ c xác đ ị nh các tr ị s ố c ủ a hàm các h ệ s ố n go ạ i suy tuy ế n tính K m q uy v ề v i ệ c gi ả i h ệ c ác ph ươ ng trình đ ạ i s ố tu y ế n tính g ồ m θ p h ươ ng trình v ớ i θ ẩ n s ố . V ớ i nh ữ ng m k hác nhau, các h ệ p h ươ ng trình ấ y s ẽ c h ỉ k hác nhau ở n h ữ ng s ố h ạ ng t ự d o v ế p h ả i. Nh ư v ậ y các b ướ c tính toán đ ể t h ự c hi ệ n mô hình d ự b áo bao g ồ m: a) Thi ế t l ậ p chu ỗ i th ờ i gian nh ữ ng giá tr ị q uan tr ắ c c ủ a đ ạ i l ượ ng q quy chu ẩ n t heo tr ị s ố t rung bình c ủ a chu ỗ i N qi = Qi −  Qi , i = 1, 2, ..., N ; t =1 b) Tính các g iá tr ị c ủ a hàm t ự t ươ ng quan chu ẩ n hoá theo công th ứ c 89
N −k q q i+k i , k = 0, 1, ..., m + θ − 1 ; i =1 rk = N −k N  (q )  (q ) 2 2 i j i =1 j =k c) Gi ả i h ệ p h ươ ng trình chu ẩ n t ắ c (9.3) b ằ ng m ộ t ph ươ ng pháp quen thu ộ c trong ph ươ ng pháp tính nh ư p h ươ ng pháp Gaux ơ h o ặ c ph ươ ng pháp l ặ p Sei đ en. Kinh nghi ệ m d ự b áo các quá trình t ự n hiên quy mô l ớ n b ằ ng ph ươ ng pháp ngo ạ i suy t ố i ư u cho th ấ y r ằ ng ứ ng v ớ i s ố l ượ ng θ c ác s ố h ạ ng ở v ế p h ả i c ủ a (9.1) khác n hau s ẽ c ho hi ệ u qu ả d ự b áo khác nhau. Ng ườ i ta cho r ằ ng, tu ỳ t hu ộ c vào c ấ u trúc bi ế n đ ộ ng dao đ ộ ng c ủ a m ỗ i quá trình d ự b áo mà t ồ n t ạ i nh ữ ng giá t r ị θ t ố i ư u làm cho d ự b áo quá trình đ ó đ ạ t hi ệ u qu ả c ao nh ấ t. Tác gi ả c ủ a ph ươ ng pháp và nhi ề u ng ườ i áp d ụ ng ph ươ ng pháp nà y vào các quá trình trong thu ỷ v ă n và h ả i d ươ ng h ọ c đ ã chú ý kh ả o sát nh ằ m xác đ ị nh giá tr ị t ố i ư u c ủ a θ đố i v ớ i t ừ ng y ế u t ố d ự b áo c ụ t h ể v à tìm đ ượ c nh ữ ng giá tr ị t ố i ư u n ằ m trong kh o ả ng t ừ 8 đ ế n 40 b ướ c th ờ i gian (tháng ho ặ c n ă m, tu ỳ t hu ộ c đ ộ g ián đ o ạ n quan tr ắ c hay quy mô l ấ y trung bình c ác đ ạ i l ượ ng). Ph ươ ng pháp th ố ng kê đ ộ ng l ự c đ ã đ ượ c dùng đ ể d ự b áo giá tr ị t rung bình tháng, trung bình mùa và n ă m c ủ a nhi ệ t đ ộ n ướ c B ắ c Đ ạ i Tâ y D ươ ng. 9.4. NHỮNG GIẢ THIẾT CƠ BẢN LÀM CƠ SỞ CỦA DỰ BÁO SIÊU HẠN Nh ữ ng d ự b áo siêu dài h ạ n ch ủ y ế u có tính ch ấ t đ ị nh tính . Th ự c t ế t ồ n t ạ i nh ữ ng dao đ ộ ng v ề đ ộ đ óng b ă ng bi ể n, nhi ệ t đ ộ n ướ c ở c ác m ặ t c ắ t chu ẩ n, m ự c n ướ c và nh ữ ng y ế u t ố k hác đ ã h ướ ng các nhà nghiên c ứ u t ớ i vi ệ c tìm nh ữ n g nguy ên nhân c ủ a chúng và th ử n ghi ệ m xây d ự ng nh ữ ng ph ươ ng pháp d ự b áo v ớ i th ờ i gian báo tr ướ c r ấ t l ớ n. Các công trình c ủ a Vi ze ch ỉ r a r ằ ng nguyên nhân ch ủ y ế u c ủ a nh ữ ng bi ế n đ ộ ng v ề đ ộ d ày th ả m b ă ng trên các bi ể n thu ộ c B ắ c B ă ng D ươ ng là do dao đ ộ ng c ủ a c ườ ng đ ộ h oàn l ư u chung c ủ a khí quy ể n. Suleikin xây d ự ng s ơ đ ồ v ề h ệ t ự d ao đ ộ ng c ủ a th ủ y v ự c B ắ c B ă ng D ươ ng và B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng. Ông cho r ằ ng gi ả s ử d o m ộ t nguyên nhân nào đ ó nhi ệ t đ ộ n ướ c trong dòng h ả i l ư u B ắ c Đ ạ i T ây D ươ ng t ă ng lên. Do s ự v ậ n chuy ể n nhi ệ t r ấ t m ạ nh b ở i n ướ c Đ ạ i Tây D ư ơ ng lên th ủ y v ự c B ắ c B ă ng D ươ ng làm c ho b ă ng ở đ ó s ẽ t an nhi ề u. V ề p hía mình, s ự t ă ng c ườ ng tan b ă ng có ả nh h ưở ng hai m ặ t t ớ i ch ế đ ộ n hi ệ t c ủ a n ướ c: m ộ t m ặ t, do gi ả m đ ộ d ày và di ệ n tích th ả m b ă ng s ẽ l àm t ă ng c ườ ng s ự t rao đ ổ i nh i ệ t v ớ i không khí bên trên và n ướ c b ị l ạ nh đ i m ạ nh h ơ n; m ặ t khác, s ự t ă ng c ườ ng tan b ă ng làm t ă ng l ượ ng n ướ c và b ă ng trôi đ i t h eo các dòng h ả i l ư u l ạ nh Labra đ o và Đ ông Grinlan v ề Đ ạ i Tây D ươ ng. Chính vì v ậ y phá v ỡ t r ạ ng thái nhi ệ t c ủ a n ướ c ở v ùng Niu-Ph ơ nlen, n ơ i x ả y ra s ự t r ộ n l ẫ n các dòng h ả i l ư u nóng và h ả i l ư u l ạ nh, có ngh ĩ a là nhi ệ t đ ộ n ướ c tro ng các tia c ủ a h ả i l ư u B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng ph ả i gi ả m xu ố ng. S ự g i ả m nhi ệ t đ ộ t rong dòng h ả i l ư u nóng này và ở n h ữ ng đ o ạ n kéo dài c ủ a nó (g ồ m các dòng h ả i l ư u Tây Spitxbergen và Nor đ cap) nh ấ t thi ế t 90
s ẽ d ẫ n t ớ i làm g i ả m s ự t an b ă ng ở B ắ c B ă ng D ươ ng. Đ i ề u đ ó có ngh ĩ a r ằ ng nhi ề u l ượ n g n ướ c l ạ nh h ơ n s ẽ đ ượ c gi ữ l ạ i d ướ i th ả m b ă ng, gi ả m s ố l ượ ng núi b ă ng trôi và b ă ng trôi chuy ể n xu ố ng phía Đ ạ i Tây D ươ ng. T ấ t c ả c ác quá trình đ ó d ẫ n t ớ i s ự t ă ng nhi ệ t đ ộ n ướ c, tho ạ t đ ầ u trong dòng h ả i l ư u La bra đ o và sau đ ó ở v ùng Niu- Ph ơ nlen và cu ố i cùng ở t rong các tia c ủ a d òng h ả i l ư u nóng. Sau đ ó toàn b ộ c hu trình b i ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ b ắ t đ ầ u l ặ p l ạ i. Ng ườ i ta theo dõi th ấ y r ằ ng chu k ỳ c ủ a nh ữ ng dao đ ộ ng này b ằ ng 3,5 n ă m. Gi ả t hi ế t c ủ a Suleikin v ề c ác quá trình t ự d ao đ ộ ng có th ể l à c ơ s ở đ ể x ây d ự ng ph ươ ng pháp d ự b áo siêu dài h ạ n đ ố i v ớ i nh ữ ng hi ệ n t ượ ng nhi ệ t trong h ệ t h ố ng B ắ c B ă ng D ươ ng và B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng ( hình 9.1). A. I. Đuvanhin xét mối liên hệ giữa sự phân bố các dị thường nhiệt độ nước và những dao động trong cường độ vận chuyển khí quyển trên địa phận Bắc Đại Tây Dương. Thấy rằng, ứng với trường hợp tăng cường vận chuyển từ hướng tây trong khí quyển người ta quan sát thấy những dị thường dương của nhiệt độ nước trong vùng các dòng hải lưu nóng và những dị thường âm trong vùng các dòng hải lưu lạnh. Sự phân bố ngược lại về dấu của các dị thường nhiệt độ nước đặc trưng cho trường hợp H ình 9 .1. H ệ t ự g iao đ ộ ng B ắ c B ă ng D ư ơ ng v à giảm cường độ vận chuyển từ hướng tây B ắ c Đ ạ i T ây D ư ơ ng trong khí tuy ể n. Trên c ơ s ở đ ặ c đ i ể m này ng ườ i ta k ế t lu ậ n r ằ ng trong hoàn l ư u khép kín c ủ a ở B ắ c Đ ạ i T ây D ươ ng s ự v ậ n c huy ể n nhi ệ t có b ả n ch ấ t sóng. Kh i t h ự c hi ệ n phân tích ph ổ n h ữ ng s ố l i ệ u quan tr ắ c d ao đ ộ ng m ự c n ướ c và nhi ệ t đ ộ ở n h ữ ng vùng đ ạ i d ươ ng khác nhau Đ uvanhin đ ã xá c đ ị nh đ ượ c các chu k ỳ b ằ ng 2,5 và 5 n ă m. J. Bierknes nêu lên nguyên nhân xu ấ t hi ệ n c ủ a nh ữ ng d ị t h ườ ng c ỡ l ớ n trong đ ạ i d ươ ng thông qua thí d ụ v ề h oàn l ư u n ướ c d ị t h ườ ng ở v ù ng đ ông ph ầ n xích đ ạ o Thái Bình D ươ ng g ọ i là hi ệ n t ượ ng E l-Nino. Khi gió m ậ u d ị ch đ ông nam suy y ế u, s ẽ x u ấ t hi ệ n m ộ t s ự g ia t ă ng d ị t h ườ ng l ượ ng n ướ c xích đ ạ o ấ m do nhánh phía nam c ủ a h ả i l ư u ngh ị ch n ộ i tín phong đ ư a x a xu ố ng đ ế n kho ả ng 15 ° S d ọ c b ờ N am M ỹ , ở đ o ạ n này dòng h ả i l ư u đ ượ c g ọ i là d ò ng El-N ino. S ự x âm nh ậ p m ạ nh m ẽ đ ó c ủ a n ướ c ấ m s ẽ l àm t hay đ ổ i đ ộ t ng ộ t cá c đ i ề u ki ệ n h ả i d ươ ng và khí t ượ ng t ạ i các vùng g ầ n b ờ P êru và Chilê, d ẫ n t ớ i nh ữ ng hi ệ n t ượ ng nh ư h u ỷ d i ệ t nhi ề u gi ố ng cá ư a l ạ nh, gây m ư a và bão kh ố c li ệ t tron g vùng. Bierknes nh ậ n th ấ y r ằ ng trong th ế k ỷ 2 0 dòng h ả i l ư u El-Nino phát tri ể n hoàn toàn ba l ầ n vào th ờ i k ỳ m ùa hè các n ă m 1 925-1926, 1940-1941, 1957-1958. Ả n h 91
h ưở ng c ủ a dòng h ả i l ư u E l-Nino tác đ ộ ng lên hoàn l ư u khí quy ể n khô ng nh ữ ng ch ỉ ở p h ầ n B ắ c Thái Bình D ươ ng mà c ả ở B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng. Thí d ụ , s ự p hát tri ể n m ạ nh m ẽ c ủ a dòng h ả i l ư u này vào nh ữ ng n ă m 1957-1958 (mùa đ ông) đ ã gây ra s ự gi ả m m ạ nh các gió tây ở Đ ạ i Tây D ươ ng và d ị ch chuy ể n tâm áp th ấ p Aix ơ len t ừ đ ả o Aix ơ len t ớ i phía B ắ c Nauy. Nh ư v ậ y nh ữ ng d ị t h ườ ng l ớ n c ủ a n ướ c bi ể n gây b ở i quá trình khí quy ể n ở v ùng xích đ ạ o c ủ a đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i v à s ự ả nh h ư ở ng ng ượ c l ạ i c ủ a các d ị t h ườ ng đ ạ i d ươ ng này lên hoàn l ư u khí quy ể n ph ả i là c ơ s ở đ ể n ghiên c ứ u đ ộ b i ế n đ ộ ng và d ự b áo các y ế u t ố k hí t ượ ng th ủ y v ă n trên nh ữ ng vùng không gian l ớ n (xem [13]). Trong nhi ề u n ă m g ầ n đ ây m ộ t s ố n hà khoa h ọ c ch ú ý t ớ i vi ệ c nghiên c ứ u chu trình hai n ă m c ủ a các y ế u t ố k hí t ượ ng th ủ y v ă n nh ằ m m ụ c đ ích xây d ự ng nh ữ ng ph ươ ng pháp d ự b áo v ớ i th ờ i gian báo tr ướ c l ớ n. L ầ n đ ầ u tiên bi ế n nh ị p hai n ă m trong các hi ệ n t ượ ng khí t ượ ng đ ã đ ượ c nh ậ n th ấ y trong các công trình c ủ a Cleiton và Voencop. Sau đ ó các công trình c ủ a Meinar đ ux và Lexgaft xét chu trình hai n ă m trong bi ế n trình nhi ệ t đ ộ n ướ c đ ạ i d ươ ng. Lexgaft nh ậ n xét r ằ ng gra đ ien kinh h ướ ng l ớ n c ủ a n hi ệ t đ ộ n ướ c gây ra s ự g ia t ă ng hoàn l ư u đ ớ i, nh ư ng do trao đ ổ i r ố i gi ữ a các v ĩ đ ộ n ên hi ệ u nhi ệ t đ ộ g i ả m xu ố ng và do đ ó hoàn l ư u y ế u đ i. S ự t ă ng nhi ệ t đ ộ n ướ c trong h ệ t h ố ng dòng h ả i l ư u G ơ nxtrim gây b ở i s ự p hát tri ể n đ ặ c bi ệ t m ạ nh c ủ a các dòng không khí t ừ h ướ ng tây nam trong khí quy ể n s ẽ d ẫ n t ớ i s ự s uy y ế u các dòng h ả i l ư u, và do đ ó, t ớ i s ự g i ả m n hi ệ t đ ộ n ướ c trong h ệ t h ố ng dòng h ả i l ư u G ơ nxtrim. S ự g i ả m nhi ệ t đ ộ n ướ c ở B ắ c B ă ng D ươ ng, liên quan v ớ i s ự p hát tri ể n y ế u c ủ a G ơ nxtrim, ch ắ c ch ắ n s ẽ l àm t ă ng s ự k h ác bi ệ t v ề n hi ệ t đ ộ g i ữ a vùng c ự c và vùng xích đạ o. Đ i ề u này v ề p h ầ n mình s ẽ l àm t ă ng đ ộ s âu c ủ a áp th ấ p c ự c th ố ng tr ị ở c ác l ớ p trên c ủ a k hí quy ể n, do đ ó, s ẽ k éo theo s ự t ă ng áp su ấ t ở n hi ệ t đ ớ i. Áp su ấ t t ă ng cao ở v ùng nhi ệ t đ ớ i c ầ n kéo theo s ự g ia t ă ng dòng không khí tây nam và c ườ ng hoá G ơ nxtrim. Nh ư v ậ y hình thành m ộ t h ệ k ín. Lexgaft nh ậ n xét r ằ ng có th ể có í nhi ề u sai khác v ớ i chu k ỳ h ai n ă m, nh ư ng nói chung có bi ể u hi ệ n chu k ỳ h ai năm . Ngoài chu k ỳ h ai n ă m, trong bi ế n thiên nhi ề u n ă m c ủ a đ ộ đ ó ng b ă ng, nhi ệ t đ ộ v à m ự c n ướ c bi ể n, ng ườ i ta c ũ ng tìm th ấ y nh ữ ng chu k ỳ d ài h ơ n. Thí d ụ , Meinar đ ux đ ã xác đ ị nh đ ượ c r ằ ng trung bình cách nhau 4-5 n ă m l ượ ng b ă ng và th ờ i gian kéo dài mùa b ă ng ở v ùng Aix ơ len l ạ i đ ạ t c ự c đ ạ i. Khi phân tích các dao đ ộ ng đ ộ b ă ng ở c ác bi ể n Carx ơ , Laptev, Đ ông Xibiri và Truc ố t, Vize đ ã phát hi ệ n tính tu ầ n t ự d ạ ng sóng trong s ự l an truy ề n các đ ỉ nh đ ộ đ óng b ă ng v ớ i kho ả ng tr ễ p ha ở m ỗ i bi ể n liên ti ế p nhau b ằ ng 2-3 n ă m. Đ ể g i ả i thích hi ệ n t ượ ng này Vize đ ã đ ư a ra gi ả t hi ế t sau: s ự l ặ p l ạ i c ủ a các đ ỉ nh dao đ ộ ng đ ộ đ óng b ă ng là h ậ u qu ả c ủ a s ự d i chuy ể n xoay tròn c ủ a sóng áp su ấ t quanh c ự c. Ở v ùng áp su ấ t cao trên B ắ c B ă ng D ươ ng các són g áp su ấ t di chuy ể n qua v ớ i chu k ỳ 1 8 n ă m, t ươ ng t ự c hu k ỳ c á c sóng t h ủ y tri ề u thiên v ă n ở đ ạ i d ươ ng. Sóng áp su ấ t di chuy ể n t ừ t ây sang đ ông. K ế t qu ả l à tu ầ n t ự t ă ng c ườ ng và di chuy ể n b ố n nhánh chính c ủ a cao áp c ự c - Grinlen, Taim ư , Đ ông Xibiri và Cana đ a. Nh ư v ậ y chu k ỳ t oàn ph ầ n c ủ a sóng quanh c ự c đ ã d ẫ n t ớ i s ự l ặ p l ạ i b ố n l ầ n c ủ a nhánh đ ượ c c ườ ng hoá c ủ a xoáy ngh ị ch c ự c ở 92
m ỗ i vùng, d ẫ n t ớ i c hu k ỳ l ặ p l ạ i c ủ a tình hu ố ng đ i ề u ki ệ n áp su ấ t trung bình b ằ ng 4-5 n ă m. Gi ả t hi ế t v ề ả nh h ưở ng c ủ a các nhân t ố v ũ t r ụ - đ ị a v ậ t lý t ớ i các quá trình khí t ượ ng th ủ y v ă n đ ã đ ượ c đ ề x ướ ng trong các công trình c ủ a các nhà khoa h ọ c nh ư I . V. M axim ov và N. P. Xmirnov. Phân tích đ i ề u hoà đ ã cho phép xác đ ị nh trong nhi ề u chu ỗ i quan tr ắ c v ề n hi ệ t đ ộ n ướ c t ồ n t ạ i n h ữ ng chu trình 6 − 7, 11 và 18 − 19 n ă m. Ng ườ i ta gi ả i thích r ằ ng chu k ỳ 6 − 7 n ă m gây b ở i các dao đ ộ ng tr ụ c quay trái đ ấ t, chu k ỳ 1 1 n ă m liên quan t ớ i ho ạ t đ ộ m ặ t tr ờ i, chu k ỳ 1 8 − 19 n ă m liên quan t ớ i th ủ y tri ề u m ặ t tr ă ng - m ặ t tr ờ i chu k ỳ d ài. Trên c ơ s ở n h ữ ng phát hi ệ n này đ ã xây d ự ng ph ươ ng pháp thành ph ầ n - đ i ề u hoà đ ể d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c. I. V. Maximop đ ã tính nh ữ ng dao đ ộ ng đ ộ đ óng b ă ng c ủ a các b i ể n B ắ c B ă ng D ươ ng, nhi ệ t đ ộ n ướ c và m ự c n ướ c gây b ở i tác đ ộ ng c ủ a nh ữ ng nhân t ố b ên ngoài ngu ồ n g ố c v ũ t r ụ v à đ ị a v ậ t lý nh ư t ri ề u c ự c, ho ạ t đ ộ m ặ t tr ờ i, tri ề u đ ộ n ghiêng m ặ t tr ă ng chu k ỳ d ài và bi ế n thiên t ố c đ ộ q uay c ủ a trái đ ấ t. Trên hình 9.2 bi ể u th ị n h ữ ng dao đ ộ ng đ ộ đ óng b ă ng ở B ắ c Đ ạ i Tâ y D ươ ng do Maximov tính (l ấ y theo [12]). S ự c h ồ ng lên nhau c ủ a các đ ỉ nh đ ã t ạ o nên nh ữ ng th ờ i k ỳ g i ả m m ạ nh đ ộ đ óng b ă ng vào nh ữ ng n ă m 1900-1940. Đ ộ b ă ng c ự c ti ể u tính toán đ ạ t vào nh ữ ng n ă m 1930-1950. Nh ữ ng s ố l i ệ u quan tr ắ c nhi ệ t và ch ế đ ộ b ă ng đ ang ghi n h ậ n th ờ i k ỳ ấ m d ầ n c ủ a B ắ c C ự c. 1 40 0 -40 80 40 2 0 -40 3 0 -80 1800 1880 1760 1920 1960 2000 1840 Hình 9.2. Những dao động nhiều năm của độ đóng băng do: 1) chu kỳ của hoạt độ mặt trời (80 năm); 2) biến thiên tốc độ quay của trái đất với chu kỳ 240 năm; 3) dao động tổng cộng của độ đóng băng N h ư v ậ y, đ ể l ậ p nh ữ ng d ự b áo dài h ạ n v à s iêu dài h ạ n c ầ n ph ả i nghiên c ứ u s ự b i ế n thiê n c ủ a các y ế u t ố c h ế đ ộ b i ể n và tìm ra nh ữ ng nguyên nhân gây nên nh ữ ng bi ế n đ ộ ng. Ở đ ây c ầ n nh ấ n m ạ nh quan đ i ể m tính t ớ i toàn b ộ t ậ p h ợ p nh ữ ng nhân t ố t ác đ ộ ng và s ự t hay đ ổ i vai trò c ủ a chúng trong th ờ i gian. 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO       94
 The Text−book “Marine hydrological prognoses” is intended for supplying students −oceanographers with the basic knowledges on the concepts and principles of the formation of prognoses for different parameters of hydrological regime of the seas and oceans. The introduction and chapter 1 point out the main duties and the importance of the hydrological information services to the economical activities, outline the data sources from which oceanographer can collect when forming information service materials and making prognoses. Here described also the content and features of each type of data sources in the sense of making use of data for the formation of forecasting methods. Chapter 2 presents the physical principles and common methods of creation of forecasting models. The procedure of regression analysis as leading tool in obtaining prognosis equations is delt with in detail. The last part of the chapter 2 describs the ways to estimate the quality of prognosis methods. As a large number of prognosis schemes for marine hydrological paraneters is based on the atmosphere−ocean interaction, chapters 3 to 4 describe the methods of taking into account the atmospheric circulation, the feature of the air pressure fields, the wind fields and the components of heat balances. Chapters 5 to 8 are delivered to review of concrete methods widely used for forecasting dynamical parameters and the water temperature. Some examples of long−term prognoses and the hypotheses and findings by famous scientists on the oscillation changes of atmosphere−ocean system as the basis of superlong−term forecasting are presented in chapter 9. This text−book was prepared based on the text−book of the same name by K. I. Kydriavaia, E. I. Seriakov and L. I. Scriptunova (1974) and the handbook “Guide to the marine hydrological prognoses” (1994) by Hydrometeorological research institute of Russian Federation. 95