Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật trắc địa - bản đồ: Nghiên cứu phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh phục vụ cho một số hoạt động của Hải quân Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:195

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật trắc địa - bản đồ "Nghiên cứu phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh phục vụ cho một số hoạt động của Hải quân Việt Nam" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về phương pháp xác định dòng chảy trên biển và công nghệ đo cao vệ tinh; Nghiên cứu phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên biển từ số liệu đo cao vệ tinh; Thực nghiệm xác định dòng chảy bề mặt và ứng dụng trong các hoạt động của lực lượng hải quân.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật trắc địa - bản đồ: Nghiên cứu phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh phục vụ cho một số hoạt động của Hải quân Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐỖ VĂN MONG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY BỀ MẶT TRÊN VÙNG BIỂN VIỆT NAM TỪ SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH PHỤC VỤ CHO MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA HẢI QUÂN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA- BẢN ĐỒ Hà Nội - Năm 2025
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐỖ VĂN MONG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY BỀ MẶT TRÊN VÙNG BIỂN VIỆT NAM TỪ SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH PHỤC VỤ CHO MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA HẢI QUÂN VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số: 9520503 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN SÁNG 2. TS. NGUYỄN ĐÌNH THÀNH Hà Nội – Năm 2025
i LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới các thầy hướng dẫn, PGS.TS Nguyễn Văn Sáng và TS Nguyễn Đình Thành, đã định hướng nghiên cứu và hướng dẫn nghiên cứu sinh thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Đặc biệt, sự hướng dẫn tận tình và những ý kiến quý báu từ PGS.TS Nguyễn Văn Sáng đã giúp nghiên cứu sinh rất nhiều trong việc hoàn thiện luận án. Nghiên cứu sinh xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Bộ môn Trắc địa cao cấp, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai; Phòng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội đã tạo điều kiện nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Các Thầy cô khoa Trắc địa Bản đồ và Quản lý đất đai đặc biệt các thầy cô Bộ môn Trắc đia Cao cấp, Hội đồng khoa học đã có những ý kiến đóng góp về khoa học, chuyên môn rất sâu sắc đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện Luận án. Thủ trưởng Bộ Tư lệnh, Thủ trưởng Bộ Tham mưu quân chủng Hải quân, Thủ trưởng Đoàn Đo đạc biên vẽ hải đồ Và Nghiên cứu biển /Bộ Tham mưu Hải quân, đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành Luận án của mình. Luận án nhận được sự hỗ trợ của Hợp đồng khoa học mã số: 07/2021/Đ6- DATS thuộc dự án: Điều tra tổng hợp khí tượng, các yếu tố hải dương, địa chất, môi trường vùng biển Trường Sa tỷ lệ 1:200.000. NCS cũng xin gửi lời cảm ơn đến Tổ chức lưu trữ, xác thực và phân phối dữ liệu vệ tinh Hải dương học (AVISO) đã cung cấp cho NCS số liệu đo cao vệ tinh phục vụ nghiên cứu trong luận án. NCS cũng xin cảm ơn Trung tâm quốc tế về mô hình trái đất toàn cầu (International Centre for Global Earth Models - ICGEM) đã cung cấp cho NCS số liệu các mô hình trái đất toàn cầu. Cũng nhân dịp này, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn với các thành viên trong gia đình, đồng chí đồng đội cũng như các đồng nghiệp, những người đã không
ii quản ngại khó khăn, hết lòng giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua để nghiên cứu sinh có được cơ hội hoàn thành tốt Luận án của mình. Tác giả luận án Đỗ Văn Mong
iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Sáng và TS Nguyễn Đình Thành. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là chính xác, trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2025 Tác giả luận án Đỗ Văn Mong
iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. v LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xvi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................3 3. Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................3 4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................3 5. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................3 6. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................4 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................4 7.1. Ý nghĩa khoa học .........................................................................................4 7.2. Ý nghĩa thực tiễn .........................................................................................4 8. Các luận điểm bảo vệ ..........................................................................................4 9. Các luận điểm mới của Luận án .........................................................................5 10. Cấu trúc luận án ................................................................................................5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TRÊN BIỂN VÀ CÔNG NGHỆ ĐO CAO VỆ TINH ........................................................... 6 1.1. Tổng quan nghiên cứu dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh trên thế giới ........6 1.2. Tổng quan về nghiên cứu xác định dòng chảy ở Việt Nam ............................8 1.3. Tổng quan về công nghệ đo cao vệ tinh .......................................................14 1.3.1. Nguyên lý của đo cao vệ tinh .................................................................14 1.3.2. Ứng dụng đo cao vệ tinh trong trắc địa, địa vật lý và nghiên cứu biển..15 1.3.3. Các chương trình đo cao vệ tinh .............................................................18 1.3.4. Các sai số của công nghệ đo cao vệ tinh ................................................21 1.4. Ảnh hưởng của dòng chảy biển đến một số hoạt động của Hải quân nhân dân Việt Nam ...............................................................................................................25
v 1.4.1. Tác động tích cực của dòng chảy đến hoạt động của lực lượng Hải quân trên biển ............................................................................................................25 1.4.2. Tác động tiêu cực của dòng chảy đến hoạt động của lực lượng Hải quân trên biển ............................................................................................................26 1.5. Những vấn đề cần nghiên cứu .......................................................................27 Tiểu kết chương 1 .................................................................................................29 CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY BỀ MẶT TRÊN BIỂN TỪ SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH ............................................ 30 2.1. Phương pháp đánh giá độ chính xác số liệu đo cao vệ tinh ...........................30 2.2. Khái quát về phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên biển từ số liệu đo cao vệ tinh .............................................................................................................32 2.3. Nghiên cứu đánh giá, lựa chọn mô hình thế trọng trường toàn cầu phù hợp với vùng biển Việt Nam ..............................................................................................34 2.3.1. Khái niệm về thế trọng trường ...............................................................34 2.3.2. Một số mô hình thế trọng trường............................................................39 2.3.3. Đánh giá độ chính xác của các mô hình thế trọng trường ......................40 `2.4. Nghiên cứu phương pháp loại bỏ độ cao địa hình động lực biến đổi theo thời gian trong số liệu đo cao vệ tinh ...........................................................................47 2.4.1. Khái quát về vấn đề xác định vị trí điểm giao cắt ..................................47 2.4.2. Xác định vị trí điểm giao cắt của các vết quét đo cao vệ tinh ................49 2.4.3. Bình sai giao cắt để xác định thành phần địa hình mặt biển biến đổi theo thời gian ............................................................................................................52 `2.5. Nghiên cứu xây dựng lưới ô vuông độ cao mặt biển trung bình ..................55 2.5.1. Nội suy độ cao mặt biển trung bình cho điểm mắt lưới .........................55 2.5.2. Xác định các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của độ cao mặt biển trung bình ..........................................................................................................56 2.5.3. Xấp xỉ các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm với hàm lý thuyết .......57 2.6. Nghiên cứu xác định các yếu tố của dòng chảy địa tĩnh từ lưới ô vuông độ cao địa hình mặt biển trung bình .................................................................................59
vi 2.6.1. Tính các thành phần theo hướng bắc và hướng đông .............................59 2.6.2. Tính độ lớn và hướng dòng chảy ............................................................60 2.6.3. Nội suy dòng chảy cho điểm bất kỳ từ lưới ô vuông dòng chảy ............61 2.7. Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định dòng chảy ..................................63 2.7.1. Khái quát về cải tiến phương pháp .........................................................63 2.7.2. Loại bỏ độ cao mặt biển trung bình MSS ...............................................65 Tiểu kết chương 2 .................................................................................................67 CHƯƠNG III. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY BỀ MẶT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA LỰC LƯỢNG HẢI QUÂN ................ 68 3.1. Thu thập số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Việt Nam .............................68 3.1.1. Khu vực nghiên cứu ...............................................................................68 3.1.2. Thu thập, lựa chọn số liệu vệ tinh Saral/Altika ......................................69 3.1.3. Thu thập, lựa chọn số liệu vệ tinh Sentinel-3A ......................................70 3.2. Thực nghiệm đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Việt Nam ...............................................................................................................71 3.2.1. Kết quả đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh Saral/Altika .71 3.2.2. Kết quả đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh Sentinel-3A .74 3.3. Thực nghiệm loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh ....................................................................................77 3.4.Thực nghiệm lọc số liệu SLA theo lý thuyết xác xuất thống kê .....................79 3.5. Thực nghiệm xây dựng lưới ô vuông SLA ....................................................83 4.5.1. Thực nghiệm tính hiệp phương sai thực nghiệm ....................................83 3.5.2. Thực nghiệm xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết ..........................84 3.5.3. Kết quả xây dựng lưới ô vuông SLA......................................................86 3.6. Thực nghiệm xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh ..........................87 3.7. Bản đồ dòng chảy mặt trên biển từ số liệu đo cao vệ tinh .............................87 3.8. Đánh giá thực nghiệm xác định dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh ...........89 3.8.1. So sánh dòng chảy xác định từ dữ liệu đo cao vệ tinh 2 chu kỳ cùng tháng khác năm ...........................................................................................................90
vii 3.8.2. So sánh kết quả xác định dòng chảy với dữ liệu phao đo vệt trôi ..........95 3.9. Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong một số hoạt động của Hải quân .........103 3.9.1. Ứng dụng trong công tác điều hướng tàu của các lực lượng Hải quân 103 3.9.1.3. Giải pháp khắc phục ảnh hưởng dòng chảy trong công tác điều hướng tàu trên biển ....................................................................................................107 3.9.2. Ứng dụng trong tìm kiếm cứu nạn trên biển, xử lý sự cố tràn dầu ......108 3.9.3. Ứng dụng trong thiết kế tuyến khảo sát, đo đạc trên biển ....................110 3.9.4. Ứng dụng trong công tác thả thủy lôi trên biển ....................................113 3.10. Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của dòng chảy tới công tác điều hướng tàu của Hải quân nhân dân Việt Nam .......................................................................113 3.10.1. Phạm vi thực nghiệm ứng dụng ..........................................................113 3.10.2. Điều kiện địa hình và tự nhiên khu vực thực nghiệm ........................114 3.10.3. Thực nghiệm ảnh hưởng của dòng chảy đến điều hướng tàu .............116 Tiểu kết chương 3 ...............................................................................................120 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 121 Kết luận ...............................................................................................................121 Kiến nghị .............................................................................................................122 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ...... 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 124 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 130 Phụ lục 1. Kết quả loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh ..................................................................................131 Phụ lục 2. Kết quả lọc số liệu SLA theo lý thuyết xác xuất thống kê ................136 Phụ lục 3. Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm ........................................141 Phụ lục 4. Kết quả thực nghiệm xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết .........151 Phụ lục 5. Kết quả xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết ....161 Phụ lục 6. Kết quả thực nghiệm xây dựng lưới ô vuông SLA............................162 Phụ lục 7. Kết quả thực nghiệm xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh ..167 Phụ lục 8. Bản đồ dòng chảy mặt trên biển từ số liệu đo cao vệ tinh .................172
viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu ....................................................................9 Hình 1.2. Hoa gió tại trạm Tuy Hòa (1988 – 2007) ....................................................9 Hình 1.3. Sơ đồ vị trí vùng nghiên cứu .....................................................................10 Hình 1.4. Mạng lưới cho vùng tính ...........................................................................11 Hình 1.5. Trường dòng chảy khu vực ven biển Bắc Trung Bộ và lân cận theo Lê Đình Mầu và nnk (2017) [72]. ...........................................................................................13 Hình 1.6. Nguyên lý đo cao vệ tinh (nguồn [54]) .....................................................14 Hình 1.7. Bề mặt nước biển trung bình (Nguồn: CLS) .............................................16 Hình 1.8. Đo cao vệ tinh trong quan trắc sóng thần (Nguồn: CEA/CLS) ................16 Hình 1.9. Mô hình thủy triều FES99 (Nguồn: Legos/CNRS) ...................................17 Hình 1.10. Vệ tinh T/P trên quĩ đạo ..........................................................................18 Hình 1.11. Vệ tinh JASON-1 ....................................................................................19 Hình 1.12. Vệ tinh JASON-2 ....................................................................................19 Hình 1.13. Vệ tinh SARAL/AltiKa ...........................................................................20 Hình 1.14. Vệ tinh SENTINEL-3 và các thiết bị (Credit: ESA) ...............................21 Hình 2.1. Chênh lệch độ cao tại điểm giao cắt .........................................................30 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên biển từ số liệu đo cao vệ tinh .....................................................................................................32 Hình 2.3. Biểu diễn độ cao mặt biển (nguồn internet) ..............................................33 Hình 2.4. Lực li tâm của trái đất ...............................................................................35 Hình 2.5. Trọng lực ...................................................................................................35 Hình 2.6. Trái đất thực ..............................................................................................37 Hình 2.7. Trái đất chuẩn ............................................................................................37 Hình 2.8. Sự khác nhau giữa trái đất thực và trái đất chuẩn .....................................38 Hình 2.9. Số lượng mô hình trường trọng lực toàn cầu được xây dựng theo năm ...39 Hình 2.10. Độ lệch chuẩn của các mô hình thế trọng trường toàn cầu khi so sánh với số liệu đo GNSS-TC..................................................................................................41
ix Hình 2.11. Sơ đồ tuyến khảo sát dữ liệu phục vụ đánh giá mô hình thế trọng trường tại khu vực Biển Đông ..............................................................................................42 Hình 2.12. Biểu đồ tần suất xuất hiện của độ lệch giữa mô hình thế trọng trường so với số liệu đo trực tiếp bằng tàu.(a) EGM2008; (b) EIGEN6C4; (c) GECO; (d) SGG- UGM-1; (e) XGM2019E; (f) SGG-UGM-2..............................................................45 Hình 2.13.a) điểm giao cắt trong đo cao vệ tinh trên Biển Đông (AVISO, 2014); b) điểm giao cắt vệ tinh SARAL/AltiKa; c) điểm giao cắt vệ tinh Sentinel-3A ...........48 Hình 2.14. Vị trí điểm giao cắt chính xác .................................................................51 Hình 2.15. Chênh lệch độ cao tại điểm giao cắt .......................................................52 Hình 2.16. Sơ đồ các điểm tính các giá trị tương quan thực nghiệm ........................56 Hình 2.17. Hiệp phương sai thực nghiệm của độ cao mặt biển trung bình tại một số chu kỳ của vệ tinh SENTINEL-3A ...........................................................................57 Hình 2.18. Kết quả xấp xỉ hàm hiệp phương sai lý thuyết với giá trị hiệp phương sai thực nghiệm ...............................................................................................................59 Hình 2.19. Gradient của độ cao địa hình mặt biển trung bình theo các trục tọa độ ..60 Hình 2.20. Nội suy thành phần dòng chảy u cho điểm P bất kỳ ...............................61 Hình 2.21. Điểm P nằm trên cạnh đứng của lưới ô vuông ........................................62 Hình 2.22. Điểm P nằm trên cạnh ngang của ô vuông..............................................62 Hình 2.23. Sơ đồ quy trình cải tiến xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh ...64 Hình 2.24. Tính MSS từ các giá trị mắt lưới.............................................................66 Hình 3.1. Phạm vi thực nghiệm ................................................................................68 Hình 3.2. Phân bố các điểm đo cao vệ tinh Saral/Altika chu kỳ 30..........................70 Hình 3.3. Phân bố các điểm đo cao vệ tinh Sentinel-3A chu kỳ 81..........................71 Hình 3.4. Giá trị độ lệch chuẩn STD và độ lệch trung phương RMS của số liệu vệ tinh SARAL/AltiKa ở 34 chu kỳ...............................................................................73 Hình 3.5. Giá trị dHmax, dHmin, dHmean của của số liệu vệ tinh SARAL/AltiKa của 34 chu kỳ ...................................................................................................................73 Hình 3.6. Giá trị chênh lệch độ cao (dH) tại điểm giao cắt của vệ tinh SARAL/AltiKa tại chu kỳ 30 ..............................................................................................................74
x Hình 3.7. Giá trị dHmax, dHmin, dHmean của của số liệu vệ tinh SENTINEL-3A của 37 chu kỳ ...................................................................................................................76 Hình 3.8. Giá trị độ lệch chuẩn STD và độ lệch trung phương RMS của số liệu vệ tinh SENTINEL-3A của 37 chu kỳ ...........................................................................76 Hình 3.9. Giá trị chênh lệch độ cao (dH) tại điểm giao cắt của vệ tinh SENTINEL - 3A chu kỳ 81 .............................................................................................................77 Hình 3.10. Sơ đồ vị trí các điểm dữ liệu được lọc bỏ thuộc chu kỳ 81 vệ tinh SENTINEL-3A .........................................................................................................82 Hình 3.11. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 81 ...............................84 Hình 3.12. Đồ thị của hàm hiệp phương sai của chu kỳ 81 ......................................85 Hình 3.13. Bản đồ dòng chảy tỷ lệ 1/ 2.500.000 trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh SENTINEL-3A thời gian từ 15/1/2022 đến 11/2/2022 .....................88 Hình 3.14. Bản đồ đường dòng tháng 4 trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh SENTINEL-3A ..................................................................................................89 Hình 3.15. Biểu đồ tần suất thể hiện độ lệch dòng chảy được xác đinh từ chu kỳ 71 và chu kỳ 84 của vệ tinh đo cao SENTINEL-3A ......................................................93 Hình 3.16. Kết quả thể hiện dòng chảy được xác đinh từ chu kỳ 71 và chu kỳ 84 của vệ tinh đo cao SENTINEL-3A ..................................................................................94 Hình 3.17. Kết quả dòng chảy từ phao đo vệt trôi phục vụ đánh giá kết quả nghiên cứu của luận án ..........................................................................................................96 Hình 3.18. sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (ngày 30/5/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 84 ...............................................................................98 Hình 3.19. sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (ngày 03 và 04/6/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 72 ..................................................................98 Hình 3.20. Sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (ngày 31/5/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 72 ...............................................................................99 Hình 3.21. Sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (11/8/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 75 ....................................................................................99
xi Hình 3.22. Sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (ngày 19/8/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 75 .............................................................................100 Hình 3.23. Sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (22/8/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 75 ..................................................................................100 Hình 3.24. sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (ngày 02, 03, 11/10/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 77 ................................................................101 Hình 3.25. sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (ngày 5/10/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 77 .............................................................................102 Hình 3.26. Sơ đồ thể hiện kết quả phao đo vệt trôi (02/11/2022) và dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 77 ..................................................................................102 Hình 3.27. Ảnh hưởng của dòng chảy đến công tác điều khiển tàu Hải quân ........104 Hình 3.28. Hệ thống dẫn đường hàng hải ECDIS tích hợp DGPS được trang bị cho các tàu của Hải quân Việt Nam ...............................................................................105 Hình 3.29. Dữ dòng chảy mặt từ số liệu đo cao vệ tinh được tích hợp trên hải đồ điển tử và cài đặt lên hệ thống dẫn đường trên tàu của Hải quân Việt nam. ..................106 Hình 3.30. Hình vẽ mô tả giải pháp điều chỉnh hướng tàu dưới tác động của yếu tố dòng chảy ................................................................................................................107 Hình 3.31. Ứng dụng dữ liệu dòng chảy, kết hợp hải đồ trong tìm kiếm cứu nạn trên biển ..........................................................................................................................109 Hình 3.32. Khắc phục sự cố tràn dầu trên biển [69] ...............................................110 Hình 3.33. Rà quét địa hình đáy biển bằng thiết bị sonar quét sườn (Đoàn 6) .......111 Hình 3.34. Thu thả thiết bị thu thập các yếu tố hải dương trên biển (Đoàn 6) .......111 Hình 3.35. Tuyến khảo sát, đo đạc trên biển, cần phù hợp với hướng dòng chảy mặt tại thời điểm thu thập dữ liệu. .................................................................................112 Hình 3.36. Thu thập hình ảnh địa hình đáy biển và các chướng ngại hàng hải ......112 Hình 3.37. Phạm vi thực nghiệm ............................................................................114 Hình 3.38. Mặt cắt địa hình đáy biển khu vực thực nghiệm tại vĩ độ 110 40’ 00”, kinh độ từ 1090 15’ 00” đến 1120 00’ 00” .......................................................................114 Hình 3.39. Sơ đồ tuyến thực nghiệm của tàu và dữ liệu dòng chảy trong khu vực 116
xii Hình 3.1. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 71 ...............................142 Hình 3.2. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 72 ...............................144 Hình 3.3. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 75 ...............................146 Hình 3.4. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 77 ...............................148 Hình 3.5. Đồ thị hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 84 ...............................150 Hình 4.1. Đồ thị của hàm hiệp phương sai của chu kỳ 71 ......................................152 Hình 4.2. Đồ thị của hàm hiệp phương sai của chu kỳ 72 ......................................154 Hình 4.3. Đồ thị của hàm hiệp phương sai của chu kỳ 75 ......................................156 Hình 4.5. Đồ thị của hàm hiệp phương sai của chu kỳ 77 ......................................158 Hình 4.5. Đồ thị của hàm hiệp phương sai của chu kỳ 84 ......................................160 Hình 8.1. Bản đồ dòng chảy trên vùng biển Việt Nam tỷ lệ 1/ 2.500.000 xác định từ số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 71 vệ tinh SENTINEL-3 thời gian từ 19/4/2021 đến 16/5/2021 .................................................................................................................172 Hình 8.2. Bản đồ dòng chảy trên vùng biển Việt Nam tỷ lệ 1/ 2.500.000 xác định từ số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 72 vệ tinh SENTINEL-3A thời gian từ 16/5/2021 đến 12/6/2021 .................................................................................................................173 Hình 8.3. Bản đồ dòng chảy trên vùng biển Việt Nam tỷ lệ 1/ 2.500.000 xác định từ số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 75 vệ tinh SENTINEL-3A thời gian từ 05/8/2021 đến 02/9/2021 .................................................................................................................174 Hình 8.5. Bản đồ dòng chảy trên vùng biển Việt Nam tỷ lệ 1/ 2.500.000 xác định từ số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 84 vệ tinh SENTINEL-3A thời gian từ 06/4/2022 đến 03/5/2022 .................................................................................................................176
xiii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bảng lưu lượng trung bình tháng của sông Mê Kông và sông Chao Phraya. ......12 Bảng 1.2. Các thông tin về vệ tinh ............................................................................18 Bảng 1.3. Các thông tin cơ bản của vệ tinh JASON-1 ..............................................19 Bảng 1.4. Các thông tin cơ bản của vệ tinh JASON-2 ..............................................19 Bảng 1.5. Các thông tin chính của vệ tinh SARAL ..................................................20 Bảng 2.1. Một số mô hình trái đất chuẩn ..................................................................37 Bảng 2.2. Kết quả đánh giá độ chính xác các mô hình thế trọng trường toàn cầu bằng cách so sánh với số liệu đo GNSS-thủy chuẩn của một số nước trên thế giới .........40 Bảng 2.3. Các mô hình trường trọng lực toàn cầu phù hợp tốt nhất với số liệu đo GNSS-thủy chuẩn ......................................................................................................41 Bảng 2.4. Kết quả đánh giá độ chính xác của một số mô hình EGM trên Biển Đông ....44 Bảng 3.1. Tổng hợp số liệu đo cao vệ tinh thu thập được ........................................71 Bảng 3.2. Kết quả đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh Saral/Altika ...72 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh Sentinel-3A ...75 Bảng 3.4. Thống kê kết quả tính SLA 06 chu kỳ của vệ tinh SENTINEL-3A .........78 Bảng 3.5. Kết quả tính SLA chu kỳ 81 của vệ tinh SENTINEL-3A ........................78 Bảng 3.6. Thống kê vắn tắt kết quả lọc số liệu theo lý thuyết sắc suất thống kê chu kỳ 71, 72, 75, 77, 81 và 84 của vệ tinh SENTINEL-3A ................................................79 Bảng 3.7. Kết quả giá trị SLA sau khi loại bỏ giá trị bất thường theo lý thuyết xác xuất thống kê của chu kỳ 81 ......................................................................................80 Bảng 3.8. Kết quả giá trị SLA được lọc bỏ theo lý thuyết xác xuất thống kê ..........81 Bảng 3.9. Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 81 .......................83 Bảng 3.10. Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết chu kỳ 81 ..................84 Bảng 3.11. Kết quả xây dựng lưới ô vuông SLA chu kỳ 81 .....................................86 Bảng 3.12. Kết quả xác định dòng chảy của chu kỳ 81. ...........................................87 Bảng 3.13. Dòng chảy xác định từ chu kỳ 71 ...........................................................90 Bảng 3.14. Dòng chảy xác định từ chu kỳ 84 ...........................................................91 Bảng 3.15. Độ lệch của dòng chảy xác định từ chu kỳ 71 và chu kỳ 84 ..................92
xiv Bảng 3.16. Kết quả dòng chảy từ phao đo vệt trôi. ...................................................95 Bảng 3.17. Các yếu tố dòng chảy xác định từ đo cao vệ tinh tương ứng với thời gian và vị trí của phao đo vệt trôi......................................................................................96 Bảng 3.18. Kết quả so sánh đánh giá độ chính xác của dòng chảy xác định từ số liệu đo cao vệ tinh ............................................................................................................97 Bảng 3.19. Giới hạn phạm vi thực nghiệm .............................................................113 Bảng 3.20. Kết quả thực nghiệm tuyến A-B ...........................................................116 Bảng 3.21. Kết quả thực nghiệm tuyến B-C ...........................................................118 Bảng 3.22. Kết quả thực nghiệm tuyến C-D ...........................................................119 Bảng 1.1. Kết quả loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 71 của vệ tinh SENTINEL-3A .................................131 Bảng 1.2. Kết quả loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 72 của vệ tinh SENTINEL-3A .................................132 Bảng 1.3. Kết quả loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 75 của vệ tinh SENTINEL-3A .................................133 Bảng 1.4. Kết quả loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 77 của vệ tinh SENTINEL-3A .................................134 Bảng 1.5. Kết quả loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh chu kỳ 84 của vệ tinh SENTINEL-3A .................................135 Bảng 2.1. Kết quả thực nghiệm lọc số liệu SLA chu kỳ 71 ....................................136 Bảng 2.2. Kết quả thực nghiệm lọc số liệu SLA chu kỳ 72 ....................................137 Bảng 2.3. Kết quả thực nghiệm lọc số liệu SLA chu kỳ 75 ....................................138 Bảng 2.4. Kết quả thực nghiệm lọc số liệu SLA chu kỳ 77 ....................................139 Bảng 2.5. Kết quả thực nghiệm lọc số liệu SLA chu kỳ 84 ....................................140 Bảng 3.1. Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 71 .....................141 Bảng 3.2. Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 72 .....................143 Bảng 3.3. Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 75 .....................145 Bảng 3.4. Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 77 .....................147 Bảng 3.5. Kết quả tính hiệp phương sai thực nghiệm của chu kỳ 84 .....................149
xv Bảng 4.1. Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết chu kỳ 71 ..................151 Bảng 4.2. Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết chu kỳ 72 ..................153 Bảng 4.3. Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết chu kỳ 75 ..................155 Bảng 4.4. Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết chu kỳ 77 ..................157 Bảng 4.5. Kết quả xác định hàm hiệp phương sai lý thuyết chu kỳ 84 ..................159 Bảng 5.1. Kết quả xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết CK71 ...161 Bảng 5.2. Kết quả xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết CK72 ...161 Bảng 5.3. Kết quả xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết CK75 ...161 Bảng 5.4. Kết quả xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết CK77 ...161 Bảng 5.5. Kết quả xác định các tham số của hàm hiệp phương sai lý thuyết CK84 ...161 Bảng 6.1. Kết quả xây dựng lưới ô vuông SLA chu kỳ 71 .....................................162 Bảng 6.2. Kết quả xây dựng lưới ô vuông SLA chu kỳ 72 .....................................163 Bảng 6.3. Kết quả xây dựng lưới ô vuông SLA chu kỳ 75 .....................................164 Bảng 6.4. Kết quả xây dựng lưới ô vuông SLA chu kỳ 77 .....................................165 Bảng 6.5. Kết quả xây dựng lưới ô vuông SLA chu kỳ 84 .....................................166 Bảng 7.1. Kết quả xác định dòng chảy của chu kỳ 71 ............................................167 Bảng 7.2. Kết quả xác định dòng chảy của chu kỳ 72 ............................................168 Bảng 7.3. Kết quả xác định dòng chảy của chu kỳ 75 ............................................169 Bảng 7.4. Kết quả xác định dòng chảy của chu kỳ 77 ............................................170 Bảng 7.5. Kết quả xác định dòng chảy của chu kỳ 84 ............................................171
xvi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Archiving, Validation and Lưu trữ, xác thực và giải thích AVISO Interpretation of Satellite dữ liệu vệ tinh Hải dương học Oceanographic data Hộp công cụ đo cao vệ tinh BRAT Basic Radar Altimetry Toolbox Radar cơ bản Challenging Minisatellite CHAMP Vệ tinh trọng tải nhỏ Payload CLS Collecte Localization Satellites Thu thập vệ tinh khu vực Covfit Covariance Fitting Làm khớp hiệp phương sai Trung tâm Vũ trụ quốc gia Đan DNSC Danish National Space Center Mạch Doppler Orbitography and Quỹ đạo Doppler và định vị DORIS Radiopositioning Integrated by bức xạ được tích hợp bởi vệ tinh Satellite DTU Danmarks Tekniske Universitet Đại học kỹ thuật Đan Mạch EGM Earth Gravity Model Mô hình trọng trường trái đất EmpCov Empirical Covariance Hiệp phương sai thực nghiệm ENVISAT Environmental Satellite Vệ tinh môi trường European Remote-sensing ERS Vệ tinh viễn thám Châu Âu Satellite ESA European Space Agency Cơ quan Vũ trụ Châu Âu Geosat GEOdetic SATellite Vệ tinh trắc địa GFO Geosat Follow-On Vệ tinh theo dõi trắc địa Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn đường GNSS System toàn cầu Gravity Field and Steady-State Khám phá trường trọng lực và GOCE Ocean Circulation Explorer tuần hoàn đại dương GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu Gravity Recovery and Climate Thực nghiệm phục hồi trọng lực GRACE Experiment và khí hậu GRAV Gravity Trọng lực HY Hai Yang Hải giám International Association of IAG Hiệp hội trắc địa quốc tế Geodesy International Centre for Global Trung tâm quốc tế về mô hình ICGEM Earth Models trái đất toàn cầu Max Maximum Tối đa MDT Mean Dynamic Topography Địa hình động trung bình Min Minimum Tối thiếu MSS Mean Sea Surface Mặt biển trung bình
xvii RMS Root Mean Square Trung phương Satellite with ARgos and SARAL Vệ tinh với ARgos và ALtika ALtika SGC Surface Geostrophic Currents dòng chảy địa tĩnh bề mặt SLA Sea Level Anomaly Dị thường mực nước biển SLR Satellite Laser Ranging Khoảng cách laser đến vệ tinh SSH Sea Surface Height Độ cao mặt biển STD Standard Deviation Độ lệch chuẩn T/P Topex/Posiedon Vệ tinh Topex/Posiedon WGS World Geodetic System Hệ thống trắc địa thế giới Experimental Gravity Field Mô hình trường trọng lực thực XGM Model nghiệm
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam có bờ biển dài trên 3.260km, có diện tích các vùng lãnh hải thuộc chủ quyền, quyền chủ quyền, quyền tài phán trên 1 triệu km2, với 2 quần đảo Hoàng Sa, Trường Sa và trên 3.000 đảo và Quần đảo khác. Do vậy biển đóng vai trò quan trọng đối với nước ta. Để khai thác tiềm năng to lớn của Biển Việt Nam thì cần phải có những nghiên cứu về những đặc điểm của nó. Do đó, tăng cường điều tra cơ bản, nghiên cứu khoa học về Biển Việt Nam là nhiệm vụ cần thiết của các nhà khoa học Việt Nam. Dòng chảy trên biển là yếu tố tự nhiên rất phức tạp, được sinh ra bởi nhiều yếu tố như: Gió, thủy triều, chênh lệch nhiệt độ, độ mặn… Dòng chảy có vai trò to lớn trong đời sống đại dương như: làm tăng sự trao đổi nước, phân bố lại nhiệt độ, độ muối. Tuy nhiên, dòng chảy gây ảnh hưởng lớn đến nhiều hoạt động trên biển như: dòng chảy gây sụt lỡ tại các khu vực ven bờ biển, bờ đảo, gây khó khăn trong xây dựng các công trình trên biển, tác động đến hệ thống tàu bè khi hoạt động trên biển và là một trong các nguyên nhân gây ra tai nạn hàng hải. Đối với Hải quân nhân dân Việt Nam, là lực lượng nòng cốt trong bảo vệ chủ quyền trên biển. Hiện nay, cùng với đẩy mạnh phát triển kinh tế biển và căng thẳng trong tranh chấp chủ quyền ngày càng gia tăng, đòi hỏi các lực lượng Hải quân gia tăng các hoạtt động trên biển. Từ thực tế cho thấy, dòng chảy tác động không nhỏ đến các hoạt động, cụ thể: - Các thông số dòng chảy cho phép tính toán tốc độ tối ưu cho tàu khi di chuyển, dòng chảy mặt ảnh hưởng đến việc bố trí, triển khai lực lượng chiến đấu trên biển và có vai trò quan trọng đối với các hoạt động phục kích, tuần tra hoặc phòng thủ, tấn công. Các kế hoạch, chiến thuật có thể thay đổi tùy thuộc vào dòng chảy. - Dòng chảy có thể làm thay đổi quỹ đạo của các ngư lôi và thiết bị ngầm. Nắm bắt được đặc điểm dòng chảy cho phép điều chỉnh kỹ thuật và các vũ khí, khí tài để tăng độ chính xác.