Tóm tắt 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:27

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt 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" được nghiên cứu với mục tiêu: Đề xuất được phương pháp và quy trình xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh; Xác định được dòng chảy bề mặt trên khu vực thực nghiệm từ số liệu đo cao vệ tinh. - Đề xuất được phương pháp ứng dụng dòng chảy bề mặt trong một số hoạt động của Hải quân Việt Nam.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 Ngành: Kỹ thuật trắc địa- bản đồ Mã số: 9520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA- BẢN ĐỒ HÀ NỘI, 2025
Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Trắc địa cao cấp, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Sáng 2. TS. Nguyễn Đình Thành Phản biện 1: GS.TS Võ Chí Mỹ Phản biện 2: GS.TSKH Hoàng Ngọc Hà Phản biện 3: PGS.TS Trịnh Lê Hùng Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp trường, họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, phường Đức Thắng, quận Bắc Từ Liêm, Thành phố Hà Nội vào hồi …giờ, ngày … tháng … năm 2025 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia, Hà Nội Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài 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. Tuy nhiên, dòng chảy gây ảnh hưởng to lớn và tác động xấu đến nhiều hoạt động trên biển như 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 công tác điều tàu trên biển và là một trong các nguyên nhân gây ra tai nạn hàng hải. Các dòng chảy trên biển còn gây khó khăn trong công tác tìm kiếm cứu hộ cứu nạn. Dòng chảy còn tác động không nhỏ đến công tác thu thập dữ liệu phục vụ nghiên cứu, an ninh quốc phòng và phát triển kinh tế biển. Đối với Hải quân nhân dân Việt Nam, là lực lượng nòng cốt trong bảo vệ chủ quyền trên biển. Từ thực tế cho thấy, dòng chảy tác động không nhỏ đến hoạt động của hệ thống tàu Hải quân như: Công tác điều hướng tàu, công tác tìm kiếm cứu hộ cứu nạn, xử lý sự cố tràn dầu, ... Bên cạnh đó, dòng chảy còn ảnh hưởng đến các hoạt động chiến đấu, huấn luyện chiến đấu như: hoạt động thả thủy lôi, xây dựng công trình quân sự trên biển. Tại Việt Nam có nhiều các nghiên cứu khoa học xác định dòng chảy trên biển tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào sử dụng số liệu đo cao vệ tinh. Trên thế giới, đo cao vệ tinh là một trong những phương pháp mới nhất của trắc địa vệ tinh. Hiện tại dữ liệu từ đo cao vệ tinh đã được ứng dụng cho nhiều bài toán khác nhau và đã mang lại hiệu quả cao. Trong lĩnh vực nghiên cứu biển, từ nguyên lý hoạt động, các vệ tinh cho phép chúng ta xác định được độ cao tức thời của mực nước biển luôn thay đổi trên các đại dương. Việc giám sát được sự thay đổi mực nước biển liên tục trên biển sẽ giúp chúng ta có thể xác định được dòng chảy trên tầng mặt của biển. Từ những lập luận trên cho thấy, đề tài luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt
2 Nam từ số liệu đo cao vệ tinh phục vụ cho một số hoạt động của Hải quân Việt Nam” là rất cần thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đề xuất được phương pháp và quy trình xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh. Xác định được dòng chảy bề mặt trên khu vực thực nghiệm từ số liệu đo cao vệ tinh. - Đề xuất được phương pháp ứng dụng dòng chảy bề mặt trong một số hoạt động của Hải quân Việt Nam. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Phương pháp và quy trình xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam bằng số liệu đo cao vệ tinh. - Mô hình thế trọng trường; Mô hình mặt biển trung bình; Mô hình Geoid. - Phương pháp ứng dụng dòng chảy bề mặt trong một số hoạt động của Hải quân nhân dân Việt Nam. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập tài; Phương pháp phân tích, tổng hợp; Phương pháp mô hình hóa; Phương pháp thực nghiệm. 5. Các luận điểm bảo vệ - Luận điểm 1: Phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh có cơ sở khoa học chặt chẽ, có quy trình rõ ràng và khả thi trong thực tế. - Luận điểm 2: Luận điểm 2: Dòng chảy bề mặt xác định từ số liệu đo cao vệ tinh hoàn toàn có thể ứng dụng trong một số hoạt động của Hải quân nhân dân Việt Nam 6. Các điểm mới của luận án - Phát triển được phương pháp và xây dựng được quy trình xác định dòng chảy bề mặt trên vùng biển Việt Nam từ số liệu đo cao vệ tinh. - Kết quả xác định dòng chảy bề mặt trên khu vực thực nghiệm từ số liệu đo cao vệ tinh SENTINEL-3A. Đề xuất giải pháp ứng dụng kết quả nghiên cứu trong một số hoạt động của Hải quân nhân dân Việt Nam.
3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Các kết quả của đề tài sẽ đóng góp tích cực vào việc ứng dụng công nghệ đo cao vệ tinh để nghiên cứu Biển Việt Nam, tăng cường hỗ trợ cho các hoạt động của Quân chủng Hải quân trên biển. - Các ấn phẩm khoa học của đề tài như bài báo khoa học, báo cáo hội nghị khẳng định chủ quyền của Việt Nam đối với Biển Đông. 8. Cơ sở tài liệu, số liệu Luận án sử dụng dữ liệu đo cao vệ tinh trên thế giới, số liệu, dữ liệu phao đo vệt trôi của Đoàn Đo đạc biên vẽ hải đồ và nghiên cứu biển/BTM Hải quân. 9. Cấu trúc của luận án Cấu trúc của Luận án bao gồm 3 chương và minh họa bởi 66 bảng biểu, 90 hình vẽ và đồ thị, 08 phụ lục số liệu tính toán, 6 công trình nghiên cứu đã công bố và danh mục 69 tài liệu tham khảo. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TRÊN BIỂN VÀ CÔNG NGHỆ ĐO CAO VỆ TINH 1.1. Tổng quan nghiên cứu xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh trên thế giới Trên thế giới, công nghệ đo cao vệ tinh đã được ứng dụng hiệu quả để xác định dòng chảy trên biển. Công nghệ này thể hiện tính ưu việt như xác định dòng chảy nhanh, trên diện rộng và trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Từ đó có thể thấy việc nghiên cứu công nghệ đo cao vệ tinh xác định dòng chảy bề mặt trên các vùng biển Việt Nam là khả thi và cần thiết. 1.2. Tổng quan về nghiên cứu xác định dòng chảy ở Việt Nam Tại Việt Nam, công tác nghiên cứu xác định dòng chảy trên biển thường dùng các phương pháp đo đạc trực tiếp bằng các trang thiết bị chuyên ngành hoặc dựa trên các mô hình tính toán từ các nguồn dữ liệu hải dương học như sóng, độ mặm, nhiệt độ, gió,…, chưa có công trình nào nghiên cứu xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh.
4 1.3. Tổng quan về công nghệ đo cao vệ tinh 1.3.1. Ứng dụng đo cao vệ tinh trong trắc địa và nghiên cứu biển Các thông tin nhận được từ dữ liệu đo cao vệ tinh có thể được sử dụng để nghiên cứu hình dạng và kích thước của Trái đất, dị thường trọng lực (trắc địa), sự thay đổi địa hình đáy biển (đo sâu), quan trắc quá trình địa kiến tạo cũng như đứt gãy của vỏ Trái đất (địa vật lý), nghiên cứu dòng chảy mặt … 1.3.2. Các chương trình đo cao vệ tinh Đã có rất nhiều chương trình đo cao vệ tinh được thực hiện cung cấp bộ số liệu phong phú: Vệ tinh TOPEX/POSEIDON; Vệ tinh JANSON-1; Vệ tinh JASON-2; Vệ tinh SARAL; Vệ tinh Sentinel,... 1.3.3. Các sai số của công nghệ đo cao vệ tinh Các sai số chính của đo cao vệ tinh bao gồm: Sai số quĩ đạo và số hiệu chỉnh quĩ đạo; Ảnh hưởng dọc theo đường truyền tín hiệu; Độ lệch của mặt biển tức thời so với geoid. 1.4. Ảnh hưởng của dòng chảy biển đến một số hoạt động của Hải quân nhân dân Việt Nam Dòng chảy biển tác động đến tất cả các hoạt động trên biển của Lực lượng Hải quân, có thể kể đến một số ảnh hưởng chính như sau: Tác động của dòng chảy đến công tác điều hướng tàu trên biển; Gây khó khăn trong công tác tìm kiếm cứu nạn, xử lý các sự cố tràn dầu; Ảnh hưởng tới nhiệm vụ huấn luyện, diễn tập sẵn sàng chiến đấu trên biển như công tác tính toán thả thủy lôi vào đội hình chiến đấu của đối phương, gây khó khăn trong công tác xây dựng các công trình chiến đấu trên biển. 1.5. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh trên phạm vi vùng biển Việt Nam. - Nghiên cứu lựa chọn mô hình thế trọng trường toàn cầu phù hợp với vùng biển Việt Nam phục vụ xác định dòng chảy bề mặt từ số liệu đo cao vệ tinh
5 - Nghiên cứu phương pháp và quy trình xác định dòng chảy bề mặt từ số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Việt Nam. - Nghiên cứu công nghệ biên tập, thành lập bản đồ dòng chảy từ dữ liệu đo cao vệ tinh. - Nghiên cứu ứng dụng dữ liệu dòng chảy phục vụ các hoạt động Quân sự Quốc phòng trên biển. - Thực nghiệm xác định dòng chảy bề mặt từ số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Việt Nam. CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY BỀ MẶT TRÊN BIỂN TỪ SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH 2.1. Phương pháp đánh giá độ chính xác số liệu đo cao vệ tinh Độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh là khác nhau và được công bố bởi các tổ chức phóng vệ tinh. Tuy nhiên, tùy từng đặc điểm vùng biển, độ chính xác đo cao vệ tinh có khác nhau. NCS đề xuất phương pháp đánh giá độ chính xác dựa vào chênh lệch độ cao tại điểm giao 𝑔 cắt. Giả sử SS𝐻 𝑐𝑡 và SS𝐻 𝑐 là độ cao mặt biển của cùng một điểm giao cắt C (Hình 2.1), được đo theo cung thăng và cung giáng. Hình 2.1. Chênh lệch độ cao tại điểm giao cắt Khi đó, chênh lệch độ cao tại điểm giao cắt dH được tính: 𝑔 dH= SS𝐻 𝑐𝑡 - SS𝐻 𝑐 (2.1)
6 Dựa vào 𝑑𝐻 có thể biết được bộ số liệu đo có tồn tại sai số hệ thống hay không và đánh giá được độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh trên khu vực nghiên cứu. 2.2. Khái quát về phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên biển từ số liệu đo cao vệ tinh SƠ ĐỒ QUY TRÌNH PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY BỀ MẶT TỪ SỐ LIỆU ĐO CAO VỆ TINH Độ cao mặt biển 𝑆𝑆𝐻 = 𝑁 + ℎ 𝑀𝐷𝑇 + ℎ 𝑡 Loại bỏ độ cao geoid 𝑆𝑆𝐻 − 𝑁 = ℎ 𝑀𝐷𝑇 + ℎ 𝑡 Xác định vị trí điểm giao cắt và chênh lệch độ cao mặt biển tại điểm giao cắt dH Phương pháp mô phỏng đa thức Bình sai giao cắt để loại bỏ ht 𝑆𝑆𝐻 − 𝑁 − ℎ 𝑡 = ℎ 𝑀𝐷𝑇 Xây dựng mô hình MDT ở dạng lưới ô vuông Xác định các yếu tố của dòng chảy mặt trên biển Hình 2.2. Sơ đồ quy trình phương pháp xác định dòng chảy bề mặt trên biển từ số liệu đo cao vệ tinh Độ cao mặt biển (SSH) theo công thức:
7 𝑆𝑆𝐻 = 𝐻 − ℎ − ℎ 𝑐𝑜𝑟 (2.2) Trong đó: h là khoảng cách từ vệ tinh đến mặt biển; H là khoảng cách từ vệ tinh đến Ellipsoid; hcor các số hiệu chỉnh. Độ cao mặt biển được biểu diễn thông qua độ cao geoid (N) và độ cao địa hình mặt biển động lực (hd) theo công thức (hình 2.3). 𝑆𝑆𝐻 = 𝑁 + ℎ 𝑑 (2.3) Hình 2.3. Biểu diễn độ cao mặt biển Độ cao địa hình mặt biển động lực được chia thành 2 phần là: địa hình mặt biển trung bình động lực (Mean Dynamic Topography - hMDT) và địa hình mặt biển động lực biến đổi theo thời gian ht (còn gọi là địa hình động lực). Khi đó độ cao mặt biển được biểu diễn bằng công thức: 𝑆𝑆𝐻 = 𝑁 + ℎ 𝑀𝐷𝑇 + ℎ 𝑡 (2.4) Độ cao địa hình mặt biển trung bình động lực hMDT liên quan đến dòng chảy địa tĩnh bề mặt (geostrophic). Sau khi xác định được hMDT cho các điểm đo cao vệ tinh, chúng ta xây dựng mô hình MDT ở dạng lưới ô vuông có kích thước mắt lưới phù hợp. Từ đó, các thành phần vận tốc và các yếu tố của dòng chảy địa tĩnh sẽ được xác định dựa vào grid MDT, trọng lực và tốc độ quay của Trái đất. 2.3. Nghiên cứu đánh giá, lựa chọn mô hình thế trọng trường toàn cầu phù hợp với vùng biển Việt Nam Để xác định được độ cao địa hình mặt biển trung bình động lực hMDT (liên quan đến dòng chảy địa tĩnh bề mặt). Cần xác định được độ
8 cao geoid tại các điểm đo của dữ liệu đo cao vệ tinh. Do đó cần xác định mô hình thế trọng tốt nhất trên vùng biển Việt Nam phục vụ nhiệm vụ này. 2.3.1. Một số mô hình thế trọng trường Các mô hình trường trọng lực tĩnh được phát triển bởi các tổ chức khác nhau từ năm 1966 đến nay đã lên đến 178 mô hình. 2.3.2. Đánh giá độ chính xác của các mô hình thế trọng trường 2.3.2.1. Đánh giá độ chính xác một số mô hình thế trọng trường toàn cầu trên thế giới Các mô hình trường trọng lực toàn cầu được đánh giá độ chính xác bằng cách so sánh với số liệu đo GNSS-thủy chuẩn của một số nước rồi tính ra độ lệch chuẩn. Từ kết quả so sánh này chọn ra được 6 mô hình phù hợp tốt nhất với số liệu đo GNSS-thủy chuẩn: EGM2008, EIGEN-6C4, GECO, SGG-UGM-1, XGM2019e và SGG-UGM-2 2.3.2.2. Đánh giá độ chính xác một số mô hình thế trọng trường toàn cầu trên vùng biển Việt Nam Trên Biển Việt Nam, độ chính xác của các mô hình thế trọng trường Trái đất: EGM2008, EIGEN6-C4, GECO, SGG-UGM-1, XGM2019E và SGG-UGM-2 so với số liệu đo trọng lực trực tiếp bằng tàu (đánh giá theo độ lệch chuẩn) lần lượt là ±6.784 mGal, ±8.022 mGal, ±6.806 mGal, ±6.587 mGal, ±6.136 mGal, và ±5.920 mGal. Trong đó mô hình SGG-UGM-2 có độ chính xác cao nhất. Khi đó độ cao geoid của mô hình này tại các điểm đo được tính theo công thức (2.5): 𝑁 𝑚𝑎𝑥 𝑛 𝐺𝑀 𝑎 𝑛 𝑁 𝐸𝐺𝑀 = 𝑁0 + [ ∑ ( ) ∑ (𝐶̅ 𝑛,𝑚 cos(𝑚𝜆) 𝛾. 𝑟 𝑟 𝑛=2 𝑚=0 (2.5) + 𝑆̅ 𝑛,𝑚 sin(𝑚𝜆))𝑃 𝑛,𝑚 (sin 𝜑′ )] ̅ Trong đó:
9 GM: Hằng số trọng trường địa tâm; r: Bán kính địa tâm của điểm xét; 𝛾: Gia tốc lực trọng trường chuẩn trên mặt elipsoid; 𝑎: Bán kính trục lớn của elipsoid; 𝜑′ , 𝜆: Vĩ độ và kinh độ địa tâm của điểm xét; 𝐶̅ 𝑛,𝑚 , 𝑆̅ 𝑛,𝑚 : Hệ số điều hoà cầu chuẩn đầy đủ bậc n, hạng m; ̅ 𝑛,𝑚 (sin 𝜑′ ): Hàm Legendre đã chuẩn hoá; 𝑁0 : Là đại lượng mức 0 𝑃 Khi đó, độ cao geoid được loại bỏ khỏi số liệu đo cao vệ tinh theo công thức: 𝑆𝑆𝐻 − 𝑁 𝐸𝐺𝑀 = ℎ 𝑀𝐷𝑇 + ℎ𝑡 (2.6) 2.3.2.3. Lọc số liệu theo lý thuyết xác suất thống kê Sau khi loại bỏ độ cao geoid, từ số liệu đo cao vệ tinh chúng ta nhận được độ cao mặt biển so với geoid (SSH-NEGM). Do nhiều lý do khác nhau mà số liệu có thể chứa những giá trị bất thường. Những giá trị bất thường này cần loại bỏ trước khi đưa vào tính toán. Giá trị trung bình của bộ số liệu Mean được tính bằng công thức: 𝑛 ∑ 𝑖=1 𝑙 𝑖 ) 𝑀𝑒𝑎𝑛 = . (2.7) 𝑛 Trong đó: l là trị đo; n là số lượng trị đo Độ lệch chuẩn được tính bằng công thức: 𝑛 ∑ 𝑖=1(𝑙 𝑖 −𝑚𝑒𝑎𝑛)2 𝑆𝑇𝐷 = √ . (2.8) 𝑛−1 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 2.4.1. Xác định vị trí điểm giao cắt của các vết quét đo cao vệ tinh Giả sử trên vết (thăng hoặc giáng) có i điểm đo có tọa độ là (Bi, Li). Do sự cong của trái đất, các vết dữ liệu trên mặt biển có dạng là một đường parabol. Vết này sẽ được mô phỏng bằng đa thức bậc hai: Li=aBi2 +bBi + c. (2.9) Trong đó: Bi, Li là tọa độ trắc địa tại điểm dữ liệu thứ i
10 Trong (2.9), a, b, c là các tham số cần xác định. Để xác định 3 tham số này thì trên vết quét cần có ít nhất 3 điểm biết tọa độ (chính là các điểm dữ liệu nhận được từ các vệ tinh đo cao trên vết quét đó). Nếu số điểm này nhiều hơn 3 thì các tham số được xác định theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. Xác định các tham số xác định được vào công thức (2.9) ta sẽ nhận được đa thức bậc hai mô phỏng các vết thăng và vết giáng tương ứng. 2.4.1.1. Xác định gần đúng vị trí điểm giao cắt Nếu trên vết quét thăng được mô phỏng bằng đa thức: 𝐿 = 𝑎 𝑡 𝐵2 + 𝑏 𝑡 𝐵 + 𝑐 𝑡 (2.10) và vết quét giáng được mô phỏng bằng đa thức: 𝐿 = 𝑎 𝑔 𝐵2 + 𝑏 𝑔 𝐵 + 𝑐 𝑔 (2.11) thì vị trí của điểm giao cắt là nghiệm của hệ phương trình: 𝐿 = 𝑎 𝑡 𝐵2 + 𝑏 𝑡 𝐵 + 𝑐 𝑡 { . (2.12) 𝐿 = 𝑎 𝑔 𝐵2 +b 𝑔 B + c 𝑔 Hệ phương trình (2.12) sẽ có 2 nghiệm, nghĩa là sẽ có 2 điểm giao cắt. Hai điểm giao cắt này nằm ở hai nửa của đồ thị parapol của đa thức bậc hai mô phỏng vết thăng và vết giáng. Điểm giao cắt hợp lý sẽ là điểm nằm trên đoạn vết thăng và đoạn vết giáng. So sánh hai điểm này với điểm đầu và điểm cuối của vết thăng hoặc vết giáng sẽ tìm ra điểm giao cắt phù hợp. 2.4.1.2. Xác định chính xác vị trí điểm giao cắt Vị trí điểm giao cắt tìm được chưa phải là vị trí chính xác mà chỉ là vị trí gần đúng. Sau khi tìm được điểm giao cắt gần đúng, so sánh tọa độ điểm này với các điểm trên vết thăng và vết giáng sẽ tìm được 4 điểm lân cận của điểm giao cắt là i, i+1, j và j+1 (hình 2.4). Dựa và 4 điểm này sẽ xác định được vị trí điểm giao cắt chính xác hơn (điểm c)
11 Hình 2.4. Vị trí điểm giao cắt chính xác Độ cao mặt biển tại điểm giao cắt sẽ được nội suy tuyến tính theo tọa độ và độ cao mặt biển của các điểm i và i + 1 trên vết thăng và các điểm j và j + 1 trên vết giáng. Chênh lệch độ cao mặt biển tại điểm giao cắt (dH) là hiệu độ cao mặt biển tính theo vết thăng và vết giáng: 𝑔 𝑑𝐻 = 𝑆𝑆𝐻 𝑐𝑡 − 𝑆𝑆𝐻 𝑐 (2.13) Trong đó: SS𝐻 𝑐𝑡 là độ cao mặt biển của cùng một điểm giao cắt C, 𝑔 theo cung thăng; SS𝐻 𝑐 là độ cao mặt biển của cùng một điểm giao cắt C, theo cung giáng. 2.4.2. Bình sai giao cắt để xác định thành phần địa hình mặt biển biến đổi theo thời gian Để loại bỏ thành phần độ cao địa hình mặt biển động lực biến đổi theo thời gian chúng ta sử dụng kỹ thuật bình sai giao cắt (Cross Over Adjustment). Do có địa hình mặt biển động lực biến đổi theo thời gian nên tại điểm giao cắt, độ cao mặt biển trên vết thăng và vết giáng lệch nhau một lượng là dH (hình 2.5). Cơ sở của kỹ thuật bình sai giao cắt là dựa vào chính đại lượng dH này để xác định địa hình mặt biển động lực biến đổi theo thời gian.
12 Hình 2.5. Chênh lệch độ cao tại điểm giao cắt Địa hình mặt biển động lực biến đổi theo thời gian ht được mô hình hóa bằng các tham số độ lệch a và độ nghiêng b. Khi đó, độ cao địa hình mặt biển động lực biến đổi theo thời gian của điểm k nằm trên vết đo thứ i (ℎ 𝑖𝑘 ) được biểu diễn bằng công thức: 𝑡 ℎ 𝑖𝑘 = ( 𝑎 𝑖 + 𝑏 𝑖 𝑢 𝑖𝑘 ) 𝑡 (2.14) trong đó: 𝑎 𝑖 , 𝑏 𝑖 là các tham số độ lệch và độ nghiêng của vết đo thứ i; 𝑢 𝑖𝑘 là độ kinh tương đối của điểm k so với độ kinh trung bình của vết đo thứ i. Kết hợp với công thức (2.14) và công thức (2.4) ta có phương trình số hiệu chỉnh tại điểm giao cắt (c) của vết đo i và vết đo j là: 𝑣 𝑖,𝑗 = ( 𝑎 𝑖 + 𝑏 𝑖 𝑢 𝑖𝑐 ) - ( 𝑎 𝑗 + 𝑏 𝑗 𝑢 𝑗𝑐 ) - 𝑑𝐻 𝑖,𝑗 𝑐 (2.15) Mỗi điểm giao cắt lập được 1 phương trình này. Giải hệ phương trình này sẽ xác định được các tham số a và b. Khi đó, độ cao mặt biển trung bình được xác định bằng công thức: ℎ 𝑀𝐷𝑇 = 𝑆𝑆𝐻 − 𝑁 𝐸𝐺𝑀 − (𝑎 + 𝑏𝑢) (2.16) 2.5. Nghiên cứu phương pháp xây dựng lưới ô vuông độ cao mặt biển trung bình 2.5.1. Nội suy độ cao mặt biển trung bình cho điểm mắt lưới Giả sử trong khu vực xét có n giá trị độ cao mặt biển trung bình ℎ 𝑀𝐷𝑇 = (ℎ 𝑀𝐷𝑇1 , ℎ 𝑀𝐷𝑇2 , . . . , ℎ 𝑀𝐷𝑇 𝑛 ), độ cao mặt biển trung bình tại điểm P (điểm mắt lưới) được xác định theo công thức: ĥp = 𝐾 𝑇 (𝑖, 𝑃). (𝐾(𝑖, 𝑗))−1 . ℎ MDT 𝑀𝐷𝑇 (2.17)
13 Trong đó: 𝐾 𝑇 (𝑖, 𝑃) ma trận hiệp phương sai giữa điểm P và các điểm i đã biết K(i,j) – ma trận hiệp phương sai giữa điểm i và điểm j trong tập hợp số liệu đã có. 2.5.2. Xác định các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm của độ cao mặt biển trung bình Đối với độ cao mặt biển trung bình, giá trị hiệp phương sai thực nghiệm được tính theo công thức: 1 𝑛0 𝐾(0) = ∑ ℎ2𝑀𝐷𝑇 𝑖 𝑛0 𝑖=1 1 𝑛1 𝐾(1. ∆𝑙) = ∑ ℎ 𝑀𝐷𝑇 𝑖 . ℎ 𝑀𝐷𝑇 𝑗 (2.18) 𝑛1 𝑚=1 ………………………………………… 1 𝑛𝑝 𝐾(𝑝. ∆𝑙) = ∑ ℎ 𝑀𝐷𝑇 𝑖 . ℎ 𝑀𝐷𝑇 𝑗 { 𝑛1 𝑚=1 Với điều kiện: ∆𝑙 ∆𝑙 𝑘. ∆𝑙 − < 𝑙 𝑖,𝑗 < 𝑘. ∆𝑙 + (2.19) 2 2 Ở đây 𝑙 𝑖,𝑗 khoảng cách giữa hai điểm i và j; ∆𝑙 khoảng cách gần nhất giữa các điểm (∆𝑙 = 4’); 𝑝 là một số tự nhiên dương phụ thuộc vào độ rộng của khu vực nghiên cứu, đối với Biển Đông 𝑝 = 30; 𝑛 𝑘 (k = 1, 2, … 𝑝) số lượng cặp điểm i và j thỏa mãn điều kiện (2.19). 2.5.3. Xấp xỉ các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm với hàm lý thuyết Trên cơ sở các giá trị của hàm tương quan thực nghiệm tính được, ta lựa chọn hàm tương quan lý thuyết cho phù hợp. Với khu vực Biển Đông thì hàm hiệp phương sai lý thuyết nên chọn là hàm bậc hai có dạng: 𝐾(𝑙) = 𝜃𝑙 2 + 𝛼𝑙 + 𝛽 (2.20) trong đó: 𝑙 khoảng cách giữa các điểm; θ, α, β là các tham số sẽ được xác định bằng phương pháp số bình phương nhỏ nhất khi làm khớp với các giá trị hiệp phương sai thực nghiệm.
14 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 2.6.1. Tính các thành phần vận tốc theo hướng Bắc và hướng Đông Từ lưới độ cao địa hình mặt biển trung bình (MDT), các thành phần của dòng chảy địa chuyển (geostrophic) được xác định như sau: Thành phần vận tốc theo hướng Bắc u: 𝑔 𝜕ℎ 𝑀𝐷𝑇 𝑢=− (2.21) 𝑓 𝜕𝑥 Thành phần vận tốc theo hướng Đông v: 𝑔 𝜕ℎ 𝑀𝐷𝑇 𝑣= (2.22) 𝑓 𝜕𝑦 Trong đó: g là trọng lực, lấy đơn vị là cm/s2, được tính từ mô hình SGG-UGM-2; f là yếu tố liên quan đến tốc độ quay của Trái đất, f = 2Ω sinB; Ω là tốc độ quay của Trái đất (7,292115 x 10-5 rad/s); B là độ vĩ; x và y là các tọa độ vuông góc phẳng, với chiều dương của y là phía Đông và 𝜕ℎ 𝑀𝐷𝑇 chiều dương của x là phía Bắc; là gradient của hMDT theo hướng 𝜕𝑥 𝜕ℎ 𝑀𝐷𝑇 trục x; là gradient của hMDT theo hướng trục y. 𝜕𝑦 Gradient của hMDT theo các trục tọa độ được tính bằng cách lấy chênh độ cao giữa 2 mắt lưới liền nhau chia cho khoảng cách giữa các mắt lưới tương ứng 2.6.2. Tính độ lớn và hướng dòng chảy Độ lớn của dòng chảy tổng hợp được tính theo công thức: 𝑉 = √ 𝑢2 + 𝑣 2 (2.23) Hướng của dòng chảy được xác định theo công thức: 𝑣 𝛼 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (2.24) 𝑢
15 2.6.3. Nội suy dòng chảy cho điểm bất kỳ từ lưới ô vuông dòng chảy xác định được Để nội suy dòng chảy cho một điểm từ số liệu dòng chảy xác định từ đo cao vệ tinh, chúng ta phải nội suy hai thành phần dòng chảy theo hướng Bắc u và theo hướng Đông v. Thành phần u và v sẽ được nội suy bằng phương pháp song tuyến từ bốn điểm mắt lưới. 2.7. Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh 2.7.1. Khái quát về cải tiến phương pháp Hiện nay, Việt Nam chưa có mô hình geoid biển chính xác trên vùng biển Việt Nam, sẽ ảnh hưởng khá nhiều đến độ chính xác xác định dòng chảy. Trong khi đó, mô hình mặt biển trung bình MSS được xây dựng từ số liệu đo cao vệ tinh quan sát nhiều năm có độ chính xác rất cao tới 1 cm. Trên thế giới, đã có những tác giả nghiên cứu xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh theo cách này như: Cheinway Hwang và Sung-An Chen của Đài Loan, hay Rosmorduc V. Với các lý do nêu trên, NCS xây dựng quy trình cải tiến xác định dòng chảy mặt từ số liệu đo cao vệ tinh trên cơ sở sử dụng mô hình mặt biển trung bình toàn cầu MSS thay cho mô hình geoid. Sơ đồ quy trình cải tiến xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh Hình 2.6. Sơ đồ quy trình cải
16 2.7.2. Loại bỏ độ cao mặt biển trung bình MSS Để xác định các giá trị MSS từ các mô hình MSS toàn cầu đã biết, chúng ta có thể sử dụng các phương pháp nội suy. Hiện nay, các mô hình MSS toàn cầu đều được xây dựng ở dạng lưới ô vuông. Do đó, sử dụng phương pháp nội suy song tuyến (bi-linear) dựa vào bốn điểm mắt lưới để nội suy độ cao mặt biển trung bình MSS sẽ là phương án tối ưu nhất (Hình 2.7). Hình 2.7. Tính MSS từ các giá trị mắt lưới Theo phương pháp này, giá trị MSS của điểm i bất kỳ được biểu diễn bởi công thức: ( 𝐿2 −𝐿 𝑖 )( 𝐵1 −𝐵 𝑖 ) ( 𝐿 𝑖 −𝐿1 )( 𝐵1 −𝐵 𝑖 ) 𝑀𝑆𝑆 𝑖 = 𝑀𝑆𝑆21 + 𝑀𝑆𝑆22 + ( 𝐿2 −𝐿1 )( 𝐵1 −𝐵2 ) ( 𝐿2 −𝐿1 )( 𝐵1 −𝐵2 ) (2.25) (𝐿2 −𝐿 𝑖 )(𝐵 𝑖 −𝐵2 ) (𝐿 𝑖 −𝐿 1)(𝐵 𝑖 −𝐵2 ) 𝑀𝑆𝑆11 + 𝑀𝑆𝑆12 (𝐿2 −𝐿1 )(𝐵1 −𝐵2 ) (𝐿2 −𝐿1 )(𝐵1 −𝐵2 ) Sau khi xác định được MSS cho các điểm đo cao vệ tinh, giá trị này sẽ được trừ đi từ số liệu đo cao vệ tinh để tính ra SLA theo công thức: 𝑆𝐿𝐴 = 𝑆𝑆𝐻 − 𝑀𝑆𝑆 (2.26) Các công việc khác như: lọc số liệu, xây dựng lưới ô vuông SLA và xác định các yếu tố dòng chảy từ lưới ô vuông SLA được thực hiện tương tự như đối với phương pháp xác định dòng chảy từ số liệu đo cao vệ tinh chưa cải tiến.
17 CHƯƠNG III. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY BỀ MẶT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA LỰC LƯỢNG HẢI QUÂN 3.1. Thu thập số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Việt Nam 3.1.1. Khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu là vùng biển Việt Nam và lân cận, được giới hạn bởi [5⁰N, 25⁰N] theo vĩ độ và [105°E, 120⁰E]. Trong khu vực này, thủy triều, sóng và dòng chảy thay đổi đáng kể. Dòng chảy bề mặt khu vực biển Việt Nam được thể hiện rõ nét bởi chế độ mùa và hai dòng xoáy có quy mô lớn. Hệ thống dòng chảy mùa đông bị chi phối bởi trường gió thịnh hành trong khu vực và một phần chịu ảnh hưởng của hệ thống dòng địa mạo do trường nhiệt độ và độ mặn nước biển gây ra 3.1.2. Thu thập, lựa chọn số liệu vệ tinh đo cao NCS đã tiến hành thu thập dữ liệu của vệ tinh đo cao Saral/Altika và Sentinel-3A. Bảng 3.1. Tổng hợp số liệu đo cao vệ tinh thu thập được Loại vệ Chu kỳ Số chu Số điểm đo Thời gian đo tinh (ngày) kỳ (điểm) Saral/Altika 35 34 3 năm 3 tháng 306223 Sentinel-3A 27 28 2 năm 1 tháng 210375 3.2. Thực nghiệm đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh trên vùng biển Việt Nam NCS đã tiến hành đánh giá độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh thu thập được trên biển Việt Nam của 02 vệ tinh là Saral/Altika và Sentinel-3A. Kết quả đánh giá cho thấy, độ chính xác của số liệu đo cao vệ tinh Saral/Altika trên Biển Đông đạt là ±5,9 cm, vệ tinh Sentinel-3A là ±5,8 cm. Sai số hệ thống của 2 loại số liệu vệ tinh này trên khu vực nghiên cứu rất nhỏ.
18 3.3. Thực nghiệm loại bỏ độ cao mặt biển trung bình từ mô hình DTU15MSS ra khỏi số liệu đo cao vệ tinh Trong khuôn khổ luận án, NCS đã tiến hành thực nghiệm cho 06 chu kỳ của vệ tinh đo cao Sentinel-3A: + CK71 có thời gian thu thập từ 19/4/2021 đến 16/5/2021. + CK72 có thời gian thu thập từ 16/5/2021 đến 12/6/2021. + CK75 có thời gian thu thập từ 05/8/2021 đến 02/9/2021. + CK77 có thời gian thu thập từ 29/9/2021 đến 26/10/2021. + CK81 có thời gian thu thập từ 15/1/2022 đến 11/2/2022. + CK84 có thời gian thu thập từ 06/4/2022 đến 03/5/2022. Bảng 3.2. Thống kê vắn tắt kết quả tính SLA 06 chu kỳ của vệ tinh SENTINEL-3A SLAmax SLAmin SLAmean STT Chu kỳ Số điểm (m) (m) (m) 1 71 7496 1,2438 -0,3531 0,0520 2 72 7411 1,1464 -0,3536 0,0476 3 75 7367 1,2461 -0,6664 0,0842 4 77 7301 0,9161 -0,2174 0,1459 5 81 7640 1,2902 -0,3235 0,0815 6 84 7417 1,1380 -0,4316 0,0451 3.4.Thực nghiệm lọc số liệu SLA theo lý thuyết xác xuất thống kê Thực nghiệm lọc bỏ số liệu tại chu kỳ 71, 72, 75, 77, 81, 84 của dữ liệu đo cao vệ tinh SENTINEL-3A. Mục đích nhằm loại bỏ giá trị dị thường mực nước biển SLA bất thường. Bảng 3.3. Tóm tắt kết quả lọc số liệu theo lý thuyết sắc suất thống kê Chu Số SLAmean STDSLA Số điểm Số điểm Tỷ lệ STT kỳ điểm (m) (m) lọc bỏ còn lại lọc 1 CK71 7496 0,0520 0,0757 95 7401 1,3% 2 CK72 7411 0,0476 0,0944 48 7363 0,6% 3 CK75 7367 0,0842 0,1253 50 7317 0,7% 4 CK77 7301 0,1459 0,0968 77 7224 1,1% 5 CK81 7640 0,0815 0,0981 98 7542 1,3% 6 CK84 7417 0,0451 0,0930 89 7328 1,2%