Luận văn thạc sĩ " NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ "

Chia sẻ: Phạm Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vịnh Bắc Bộ ở vào khoảng vĩ độ 18o20’ N - 21o40’ N, kinh độ 106o08’ E - 110o00’ E là vịnh lớn thứ hai của biển Đông với diện tích khoảng 150.000 km2, với chiều rộng khoảng 200 - 320 km và chiều dài khoảng 600 km. Độ sâu trung bình toàn vịnh khoảng 50 - 60 m, nơi sâu nhất tại vùng cửa vịnh khoảng 110 m. Vịnh thông với biển Đông qua cửa vịnh ở phía nam với độ rộng khoảng 250 km, nơi sâu nhất trên 50 m. Ngoài ra biển Đông và vịnh còn thông...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ " NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ "

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN …………………… Nguyễn Minh Hải NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN .................................... Nguyễn Minh Hải NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60.44.97 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Hồng Lam Hà Nội - 2012
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS Trần Hồng Lam, Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam đã định hướng và giúp đỡ em tận tình về nhiều mặt. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn Hải dương học và trong khoa Khí tượng - Thủy văn và Hải dương học; các bạn học viên trong lớp; đã chỉ dẫn và đóng góp những lời quý báu, tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để em hoàn thành khóa học và luận văn. Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, chắc không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong những ý kiến đóng góp của các thầy và các đồng nghiệp để em hoàn thiện luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2012 HỌC VIÊN Nguyễn Minh Hải
DANH MỤC CÁC BẢNG STT Nội dung Trang Bảng 2.1 Mực nước phi điều hòa tại Hòn Dáu. 07 Bảng 2.2 Biểu tính tương quan giữa hai biến 11 Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một Bảng 3.1 số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông 20 Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một Bảng 3.2 số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông Bắc 25 Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một Bảng 3.3 số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông Nam 30 Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một Bảng 3.4 số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây 35 Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một Bảng 3.5 40 số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây Bắc Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một Bảng 3.6 45 số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây Nam Các cơn bão đổ bộ vào khu vực từ Quảng Ninh đến Thanh Bảng 3.7 50 Hóa Bảng 3.8 Các phương trình và hệ số tương quan 70
DANH MỤC CÁC HÌNH STT Nội dung Trang Hình 2.1 Lưới tính của mô hình MIKE 21 FM 17 So sánh mực nước thực đo và tính toán tại trạm Hòn Dáu (từ Hình 3.1 18 ngày 05 tháng 1 năm 2005 đến ngày 29 tháng 1 năm 2005) So sánh mực nước thực đo và tính toán tại trạm Hòn Ngư (từ Hình 3.2 18 ngày 05 tháng 1 năm 2005 đến ngày 29 tháng 1 năm 2005) Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.3 21 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.4 21 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.5 22 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.6 22 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.7 23 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.8 23 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.9 24 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.10 24 phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.11 26 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.12 26 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.13 27 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.14 27 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.15 28 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.16 28 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.17 29 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.18 29 phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.19 31 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.20 31 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.21 32 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.22 32 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.23 33 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.24 33 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.25 34 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.26 34 phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.27 36 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.28 36 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước 37 Hình 3.29 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.30 37 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.31 38 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.32 38 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.33 39 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.34 39 phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.35 41 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.36 41 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.37 42 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Hòn Dáu Hình 3.38 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước 42
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.39 43 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.40 43 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.41 44 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.42 44 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.43 46 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.44 46 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.45 47 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.46 47 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.47 48 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.48 48 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.49 49 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước Hình 3.50 49 phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Cửa Tùng Đường đi của các cơn bão năm 1968, trong đó có cơn bão Hình 3.51 51 Rose Hình 3.52 Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Rose đổ bộ 52 Đường đi của các cơn bão năm 1980, trong đó có cơn bão Hình 3.53 53 Ruth Hình 3.54 Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Ruth đổ bộ 54 Hình 3.55 Đường đi của các cơn bão năm 1988, trong đó có cơn bão Pat 55 Hình 3.56 Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Pat đổ bộ 56 Hình 3.57 Đường đi của các cơn bão năm 1992, trong đó có cơn bão Eli 57 Hình 3.58 Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Eli đổ bộ 58 Đường đi của các cơn bão năm 1996, trong đó có cơn bão Hình 3.59 59 Frankie Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Frankie đổ Hình 3.60 60 bộ Đường đi của các cơn bão năm 2003 trong đó có cơn bão Hình 3.61 61 Koni Hình 3.62 Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Koni đổ bộ 62 Hình 3.63 Đường đi của các cơn bão năm 2005 trong đó có cơn bão 63
Damrey Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Damrey đổ Hình 3.64 64 bộ Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Washi đổ Hình 3.65 65 bộ Đường đi của các cơn bão năm 2007 trong đó có cơn bão Hình 3.66 66 Francisco Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Francisco Hình 3.67 67 đổ bộ Đường đi của các cơn bão năm 2009 trong đó có cơn bão Hình 3.68 68 Mujgae Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Mujgae đổ Hình 3.69 69 bộ MỤC LỤC MỞ ĐẦU …………………………………………………………........... 1 Chương 1: TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG 3 DÂNG RÚT MỰC NƯỚC BIỂN Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5 2.1. Phương pháp thống kê 5 2.1.1. Phương pháp phân tích điều hòa thủy triều 5 2.1.2 ách m c nư c a động điều hòa 6 2.2. Phương pháp mô hình 13 Chương 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 18 3.1. Tính toán ảnh hưởng của điều kiện của trường gió đến chế độ dâng rút 18 nước tại bờ tây vịnh Bắc Bộ bằng mô hình Mike21 FM 3.1.1. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình 18 3.1.2. Áp ụng tính t án 19 3.1.3. Các kết quả tính 20
3.2. Tính toán ảnh hưởng của điều kiện của trường bão đến chế độ dâng rút 50 nước tại bờ tây Vịnh bắc bộ bằng mô hình Mike21 FM 3.2.1. Kịch bản tính t án 50 3.2.2. Các kết quả tính t án KẾT LUẬN …………………………………………............................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………. 74
MỞ ĐẦU Vịnh Bắc Bộ ở vào khoảng vĩ độ 18o20’ N - 21o40’ N, kinh độ 106o08’ E - 110o00’ E là vịnh lớn thứ hai của biển Đông với diện tích khoảng 150.000 km2, với chiều rộng khoảng 200 - 320 km và chiều dài khoảng 600 km. Độ sâu trung bình toàn vịnh khoảng 50 - 60 m, nơi sâu nhất tại vùng cửa vịnh khoảng 110 m. Vịnh thông với biển Đông qua cửa vịnh ở phía nam với độ rộng khoảng 250 km, nơi sâu nhất trên 50 m. Ngoài ra biển Đông và vịnh còn thông nhau qua eo Hải Nam ở vùng đông bắc vịnh với độ rộng khoảng 30 km, nơi sâu nhất khoảng trên 10 m. Trong vịnh có nhiều đảo, trong đó có những đảo khá lớn ở khu vực tỉnh Quảng Ninh như Cái Bầu, Kế Bào, Cô Tô… khu vực quần đảo Bái Tử Long và Hạ Long với khoảng 3000 hòn đảo lớn nhỏ, chiếm diện tích gần 3000 km2 tạo thành một hệ thống lạch biển chằng chịt ra vào các cảng quan trọng vùng Hạ Long của Việt Nam. Ở ngoài khơi, còn có một số đảo không lớn và riêng biêt như Hòn Mắt, Bạch Long Vỹ (cách Hải Phòng khoảng 150 km). Vịnh Bắc Bộ còn có nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú và đa dạng, trong đó có các dạng tài nguyên nổi trội như hải sản, du lịch biển, giao thông vận tải biển... cho phép khai thác để phát triển kinh tế. Song song với các lợi thế nêu trên, vùng biển trong vịnh luôn tiềm ẩn những nguy cơ gây nên những thảm họa thiên tai nguy hiểm như: bão, nước dâng do bão, sóng lớn, mực nước biển dâng dị thường... Vì vậy, cần thiết phải đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học nhằm mục đích nắm bắt được những quy luật tự nhiên, dự báo, cảnh báo được các hiện tượng thời tiết nguy hiểm bắt nguồn từ biển. Do đó, việc nghiên cứu đặc điểm biến thiên mực nước biển ven bờ Việt Nam nói chung và việc nghiên cứu dao động dâng, rút của mực nước do gió và khí áp nói riêng là một trong những nhiệm vụ cấp thiết cần phải được triển khai nghiên cứu phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý và phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh quốc phòng. 1
Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của trường gió và khí áp t i a động âng, rút m c nư c tại khu v c bờ ây vịnh Bắc Bộ” tập trung xác định ảnh hưởng của các yếu tố gió, khí áp lên dao động của mực nước phi điều hòa tại bờ Tây vịnh Bắc Bộ. Các kết quả của Luận văn có thể phục vụ cho việc kiểm tra các kết quả dự báo về trường gió và trường khí áp so với sự dâng rút của mực nước phi điều hòa, xây dựng các công trình ven biển như cầu cảng, đê… qua việc xác định được sự dâng rút mực nước phi điều hòa tại khu vực xây dựng. Nội dung luận văn bao gổm 03 chương, phần kết luận và phần các bảng phụ lục: - Chương 1: Tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng tới dao động dâng, rút mực nước biển và tình hình nghiên cứu - Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Các kết quả tính toán - Kết luận - Phụ lục 2
Chương 1 TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG DÂNG RÚT MỰC NƯỚC BIỂN Dao động dâng rút của mực nước biển là các dao động dâng, rút mực nước dưới tác động của trường gió ổn định và biến động của gió và áp suất khí quyển trong bão, dòng nước sông... dao động mực nước biển là tổ hợp dao động của thủy triều và các dao động dâng, rút mực nước do các nhiễu động khí quyển và các quá trình khác. Vì vậy, để có được bức tranh tổng thể, chi tiết về dao động của mực nước biển phục vụ cho các nhu cầu kinh tế, kỹ thuật khác nhau còn cần phải tìm hiểu, nghiên cứu kỹ lưỡng các thành phần dao động phi tuần hoàn - nước dâng, nước rút. Dao động dâng rút của mực nước biển là do các hoạt động của khí quyển và bức xạ mặt trời có tính chất không tuần hoàn gây nên. Các hoạt động đa dạng, muôn hình muôn v của khí quyển dẫn đến sự đa dạng của mực nước biển. Tuy nhiên, có thể kể ra các nguyên nhân chính sau đây gây nên các dao động dâng rút mực nước biển: - Dao động dâng rút xuất hiện dưới tác dụng của ma sát tiếp tuyến giữa gió và mặt nước giới hạn bởi bờ biển. Sự giảm áp suất khí quyển trên lục địa và tăng áp suất trên mặt biển kết hợp với gió gây ra nước dâng tại vùng ven bờ và ngược lại sự tăng áp suất khí quyển trên lục địa và giảm áp suất trên mặt biển kết hợp với gió gây ra nước rút; - Dao động dâng rút do biến đổi áp suất khí quyển gây nên. Áp suất khí quyển tăng lên 1 mbar thì mực nước biển giảm xuống 10 mm và ngược lại khi áp suất khí quyển giảm xuống 1 mbar thì mực nước biển tăng lên 10 mm. Tuy nhiên, đây là những biến đổi tĩnh học chúng thường nhỏ hơn nhiều so với biến đổi động lực học của gió và dòng chảy bờ; 3
- Dao động dâng rút do sự bất đồng nhất của chu trình tuần hoàn nước (sự bốc hơi, giáng thủy, dòng chảy) liên quan đến sự biến đổi của lượng nước tại các khu vực khác nhau của biển. Những dao động này có thể rất đáng kể ví dụ như có trận mưa lớn lên tới hàng trăm mm trong một ngày có thể làm tăng mực nước đột ngột trong khoảng thời gian ngắn; - Dao động dâng rút do sự biến đổi của mật độ nước gây ra. Như đã biết mật độ nước biển phụ thuộc vào nhiệt độ và độ muối mà tại khu vực ven bờ nhiệt độ và độ muối nước biển thường xuyên thay đổi do ảnh hưởng của nước lục địa và tương tác với địa quyển. Sự dịch chuyển của lượng nước mặt nh hơn vào vùng ven bờ s làm cho mực nước biển dâng lên. Ngược lại khi có gió dạt nước nh hơn bị mang ra ngoài khơi, nước nặng hơn ở dưới sâu dọc sườn lục địa dâng lên thay thế khi đó mực nước biển s hạ thấp do vùng ven bờ bị mất nước và nước mặt nh hơn được thay thế bằng nước sâu nặng hơn tại đây; - Dao động dâng rút do hiệu ứng bơm Ekman. Sự hội tụ khối nước lớp Ekman do gió địa phương đồng thời với sự chìm xuống của các khối nước từ dòng địa chuyển tải vào đẩy lớp nước ấm hơn lên cao dồn vào bờ bề mặt biển vùng gần bờ bị dâng cao; - Dao động dâng rút mực nước biển do ảnh hưởng của bão và áp thấp nhiệt đới. 4
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp thống kê 2.1.1. Phương pháp phân tích điều hòa thủy triều Độ cao mực nước thủy triều z tại thời gian bất kỳ t là tổng của các dao động triều thành phần (gọi là các phân triều hay các sóng triều): r zt  A0   f i H i cos[qi t  (V0  u) i  g i ] , (2.1) i 1 trong đó: A0  độ cao mực nước trung bình, f i  hệ số suy biến biên độ của phân triều i , H i  hằng số điều hòa biên độ của phân triều i , qi  tốc độ góc không đổi của phân triều i , (V0  u) i  những phần pha thiên văn của phân triều i biểu diễn các góc giờ của những tinh tú giả định tại thời điểm t , g i  hằng số điều hòa về pha của phân triều i , r  số lượng các phân triều. f i và (V0  u) i phụ thuộc thời gian t . Khi có n độ cao mực nước quan trắc zt , nhiệm vụ của phân tích thủy triều là xác định bộ gồm r cặp hằng số điều hòa không đổi H và g cho từng phân triều của trạm nghiên cứu. Để thuận tiện áp dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, người ta thường biến đổi phương trình (2.1) thành r zt  A0   ( Ai cos qi t  Bi sin qi t ) , (2.2) i 1 trong đó Ai  f i H i cosg i  (V0  u) i , Bi  f i H i sing i  (V0  u) i . (2.3) Biết mực nước tại n giờ, người ta có n phương trình đại số dạng (2.2) đối với các ẩn số Ai và Bi để giải bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Từ mỗi 5
cặp ẩn Ai và Bi tìm được s tính ra Ai2  Bi2 Bi Hi  , g i  arctg  (V0  u) i . (2.4) fi Ai Chuỗi quan trắc càng dài, số phương trình dạng (2.2) càng nhiều, thì A0 và số cặp hằng số điều hòa H và g nhận được càng nhiều, càng chính xác. Với một năm quan trắc ta có 8760 phương trình dạng (2.2) và có thể xác định được khoảng 60-68 cặp hằng số điều hòa H và g của điểm quan trắc. Nhược điểm cơ bản của các phương trình dạng (2.2) là những đại lượng thiên văn biến thiên với thời gian f và (V0  u) của mỗi dao động thành phần i đã bị xem là không đổi suốt trong thời gian quan trắc và bị đưa vào trong các ẩn số Ai và Bi của các phương trình (2.2), do đó từng phương trình ở dạng (2.2) trở thành không chính xác, bởi vì trong thực tế mỗi dao động phân triều ở công thức (2.1) là một dao động điều biến biên độ, f biến đổi với thời gian và phần phụ pha (V0  u) cũng biến đổi với thời gian một cách đáng kể. Khi tính H i và g i theo các công thức (2.4) người ta phải dùng giá trị trung bình của f i tại thời điểm giữa thời kỳ quan trắc và giá trị của (V0  u) i tại thời điểm đầu thời kỳ quan trắc. Điều này lại gây nên những mâu thuẫn kỹ thuật như: chuỗi quan trắc càng dài thì sai số càng tăng, chuỗi không liên tục (ví dụ 2 năm quan trắc không kế tiếp, mà cách xa nhau) thì không thể có thời điểm giữa quan trắc... Các chương trình phân tích điều hòa thủy triều bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất hiện nay xuất phát từ công thức (2.2) và mang những nhược điểm cơ bản như vậy. 2.1.2 Tách mực nước dao đ ng điều hòa Dùng phương pháp phân tích điều hòa thủy triều tính hằng số điều hòa tại các trạm, sau đó dự tính lại thủy triều trong toàn bộ thời gian có số liệu quan trắc. 6
Lấy giá trị độ cao mực nước quan trắc H qt trừ đi độ cao thủy triều dự tính H tt cho các thời điểm tương ứng theo công thức: Z i  H iqt  H itt , i  1, 2, ..., N trong đó: N  độ dài chuỗi mực nước; Z  mực nước dâng hoặc rút. Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào độ chính xác của dự tính thủy triều. Hiện nay khả năng phân tích và dự tính thủy triều bằng phương pháp phân tích điều hòa đã đạt được độ chính xác khá cao (114 sóng). Do vậy, phương pháp này hoàn toàn có thể sử dụng để tách dao động thủy triều ra khỏi chuỗi số liệu quan trắc mực nước biển. Bảng 2.1: Mực nước phi điều hòa tại Hòn Dáu 2.1.3. Phương pháp phân tích tương quan tuyến tính giữa các biến Đây là một phương pháp thống kê mà giá trị kỳ vọng của một hay nhiều biến ngẫu nhiên được dự đoán dựa vào điều kiện của các biến ngẫu nhiên (đã tính toán) khác. Đối với mục tiêu đặt ra của Luận văn học viên xác định mối quan hệ giữa trường gió (hướng gió, tốc độ gió) lên dao động mực nước phi điều hòa bằng các phương trình tương quan. Những mối phụ thuộc dự báo giữa các hiện tượng cần dự báo và những nhân tố quyết định có thể nhận được bằng những phương pháp khác nhau. Thông thường 7
người ta tìm những mối phụ thuộc đó bằng cách dựng và phân tích các đồ thị dựa trên số liệu quan trắc. Những biểu thức liên hệ nhận được s được biểu thị dưới dạng những phương trình tương ứng. Những phương trình kiểu như vậy đã từng được nhiều tác giả nghiên cứu để dự báo nhiệt độ nước biển, nhiệt độ không khí, lượng mưa, độ dày băng, dao động mực nước biển và nhiều yếu tố thủy văn biển khác. Sau khi đã phân tích bước đầu những dữ liệu quan trắc, tức trên cơ sở phân tích định tính những đặc điểm của hiện tượng được nghiên cứu và những hiểu biết về các quy luật chung của nó đã thiết lập được các yếu tố chính quyết định sự biến đổi của hiện tượng, người ta tiến tới nghiên cứu mối liên hệ định lượng giữa hiện tượng và các yếu tố: xác định dạng của mối liên hệ đó và tìm biểu thức giải tích mà sau này dùng làm biểu thức để tính toán dự báo. Muốn vậy người ta lập các chuỗi số liệu quan trắc về hiện tượng dự báo và các yếu tố mà nó phụ thuộc. Hiện tượng dự báo s được coi là biến số phụ thuộc, gọi là hàm, còn các yếu tố s là biến độc lập, gọi là các đối số. Khi xây dựng các mối liên hệ dự báo độ dài chuỗi quan trắc có ý nghĩa quan trọng. Trong thống kê toán học đã xác nhận rằng khi tìm mối liên hệ giữa hai biến thì độ dài chuỗi quan trắc cần phải chứa không ít hơn 100 quan trắc. Nếu như số biến tăng lên thì độ dài chuỗi cũng phải tăng. Tuy nhiên, trong thực hành những chuỗi số liệu có độ dài đáp ứng đòi hỏi thường thiếu. Dĩ nhiên những mối liên hệ được xây dựng theo những chuỗi quan trắc ngắn s kém tin cậy hơn so với nhứng chuỗi chuỗi dài. Đặc biệt điều này hay sảy ra đối với dự báo dài hạn. Vì vậy trong thực hành dự báo khi các chuỗi quan trắc được tích luỹ dần thêm thì các mối phụ thuộc dự báo cũng được xây dựng lại cho chính xác hơn. Dạng đơn giản nhất của mối liên hệ giữa các đại lượng là mối phụ thuộc hàm, khi mà mỗi trị số của đại lượng x ứng với một trị số hoàn toàn xác định của một đại lượng y khác. Tuy nhiên, khi nghiên cứu các mối liên hệ giữa các hiện tượng trong tự nhiên chúng ta ít gặp các mối phụ thuộc hàm mà thường là các mối 8
phụ thuộc tương quan. Ở đây mỗi giá trị của một đại lượng lại tương ứng với một tập hợp các giá trị có thể có của đại lượng khác. Sự phân tán của các giá trị có thể có ấy mang tính chất ngẫu nhiên và được giải thích một mặt do sai số của các quan trắc, mặt khác do ảnh hưởng của một số lớn các yếu tố thứ yếu chưa được kể đến khi xây dựng mối phụ thuộc. Để trực quan đánh giá đặc điểm của mối liên hệ giữa các đại lượng x và y , người ta thường dựng đồ thị tương quan, trên đó theo trục tung đặt các trị số của biến phụ thuộc y , còn trục hoành đặt các trị số của biến x . Theo từng cặp trị số của x và y tương ứng nhận được trong một quan trắc người ta thu được một tập hợp các điểm quan trắc. Đặc điểm phân bố của các điểm trên mặt phẳng đồ thị s chỉ ra dạng của mối liên hệ cũng như mức độ (tính chặt ch ) của mối phụ thuộc. Trong nhiều trường hợp chỉ cần xem các điểm quan trắc phân bố như thế nào trên đồ thị người ta đã có thể đánh giá trước được khả năng hiệu quả của mối phụ thuộc trong mục đích dự báo. Khi trên đồ thị có một số lượng lớn các điểm quan trắc, muốn v đường liên hệ có thể chia tất cả các điểm ra thành những nhóm và trong mỗi nhóm tìm điểm trung bình (tìm ngay trên đồ thị hoặc tính các giá trị trung bình của x và y ). Sau đó v đường liên hệ theo các điểm trung bình. Độ chính xác của đường liên hệ dự báo tìm được có thể đánh giá bằng cách so sánh các giá trị của đại lượng y tính theo mối liên hệ này với các giá trị quan trắc của y . Việc này thực hiện bằng cách dựng một đồ thị trên đó theo trục tung đặt các các số liệu quan trắc thực tế, còn theo trục hoành − là các giá trị tính được từ mối liên hệ dự báo. Nếu đường nhận được là một đường thảng đi qua gốc tọa độ, nghiêng một góc khoảng 45° với trục tọa độ, thì đồ thị dự báo được dựng đúng, trong trường hợp ngược lại cần phải xem xét và chỉnh lại. Thông thường sự kiểm tra các mối phụ thuộc dự báo không thực hiện theo chính chuỗi số liệu quan trắc mà từ đó mối phụ thuộc dự báo được xây dựng, mà theo một chuỗi số liệu độc lập khác. Vì vậy khi xây dựng các mối phụ thuộc dự báo nếu chuỗi số liệu quan trắc ta có khá dài, thì nên bớt lại một phần để dùng vào việc kiểm 9
tra dự báo. Nếu như các điểm tập trung gần một đường thẳng thì mối liên hệ là tốt, chặt ch . Nếu như mối liên hệ nhận được không đủ chặt ch , thì người ta dần dần đưa thêm các đối số khác, ít quan trọng hơn so với đối số thứ nhất, vào mối liên hệ và xây dựng các đồ thị liên hệ mới. Khi mối phụ thuộc nhận được thoả mãn yêu cầu về mọi mặt, người ta tiến tới tìm biểu thức định lượng (hay biểu thức giải tích) của mối phụ thuộc đó, xác định các đặc trưng của mối liên hệ như hệ số tương quan, phương trình tương quan. Vì đặc điểm tản mạn của các điểm quan trắc trên đồ thị tương quan thường khác nhau và theo hình dạng bên ngoài khó đánh giá mức độ chặt ch của mối liên hệ, nên trong thực hành dự báo đã thảo ra các tiêu chuẩn đặc biệt để đánh giá những liên hệ dự báo. Như trên đã nêu, nếu mối liên hệ giữa các đại lượng rất chặt ch , tức các điểm quan trắc tập trung ở gần đường thẳng, thì đồ thị này có thể dùng được ngay để dự báo. Muốn vậy chỉ cần theo mỗi giá trị cho trước của đối số x trên đồ thị này ta xác định giá trị tương ứng của đại lượng dự báo y. Để biểu diễn định lượng những mối phụ thuộc dự báo người ta thường sử dụng phương pháp tính toán tương quan, phương pháp này cho phép nhận được đặc trưng định lượng của mối liên hệ giữa các đại lượng, xác định độ tin cậy của mối liên hệ và chỉ ra mức độ ảnh hưởng của từng nhân tố đối số. Tuy nhiên cần nhớ rằng việc sử dụng tương quan chỉ bắt đầu khi nào bản chất vật lý của mối liên hệ giữa các biến và hiện tượng dự báo đã được xác định. Phương pháp tương quan chỉ được xem như cách thể hiện số của mối phụ thuộc đã tìm được và có cơ sở vật lý. Giả sử đặc trưng thủy văn cần dự báo y bị tác động bởi một đặc trưng khí tượng hay thủy văn khác x được quan trắc tại thời kỳ trước hoặc đồng thời với đặc trưng y . Cần phải tìm phương trình liên hệ giữa hai đại lượng này dưới dạng: y= f(x) ± σ (2.5) trong đó chỉ ra độ chính xác của phương trình (±σ) . Ước lượng độ chính xác của phương trình (2.5) trong một số trường hợp có thể lấy bằng ±0,8 σ; ±0,6 σ hoặc ±1/ 10
5 A (σ - độ lệch bình phương trung bình của yếu tố dự báo; A - biên độ dao động của yếu tố dự báo). Trong trường hợp liên hệ tuyến tính của hai biến, người ta lập bảng các chuỗi quan trắc của các đại lượng y và x và tính toán các tham số cơ bản: x , y , σx , σ y và rxy (bảng 2.2). Bảng 2.2: Biểu tính tương quan giữa hai biến Những tham số này tính theo các công thức đã biết trong thống kê toán học: trong đó − r hệ số tương quan (0  rxy  1) ; − E độ lệch xác suất của r. Sử dụng những trị số nhận được của các tham số cơ bản có thể quyết định vấn đề về đột in cậy của mối liên hệ. Mối liên hệ được xem là đáng tin cậy khi trị số 11