Luận án tiến sĩ hải dương học: Nghiên cứu đặc điểm nước dâng do bão và gió mùa khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ

Tính cấp thiết của dé tài ¿- 2 z tk ExE 2121711121121 re, 10 2 Mục tiêu nghiên cứu của luận ắn 5s + E+svseeeeerseeree 14 3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu :- + 5z+cz+zz+£z+zxsrxerxersee 14 4 Điểm mới của luận án - 2-2 £+£+S£+EE+EE+EE£EEEEEEEEEEEEExrrkerkerkeee 14

Nghiên cứu nước dâng ở Ngoal HƯỚC .- 5 55c 3+ *+*v+eeeeereeeree 16 1.2 Nghiên cứu nước dâng ở trong THƯỚC - - S- + +skseeeeerseeree 22 Kết luận chương Ì . cscs se ©eeSee+keEkEkEkeereetkerkrkerkerrrrrerrerrerrerre 27 Chương 2 SO LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH, TÍNH TOÁN

Nghiên cứu về nước dâng do bão và do gió mùa đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm, chú ý đúng mực, các kết quả nghiên cứu đã cho ra những bức tranh rất lí thú và phong phú trên thế giới về hiện tượng tự nhiên này Trên thế giới, cho đến nay đã chủ yếu sử dụng các phương pháp nghiên cứu về nước dâng như: phương pháp sử dụng các công thức bán thực nghiệm (công trình nghiên cứu của Ippen và Hallerman, 1966), phương pháp biéu đỗ (công trình của Yang và cộng sự, 1970) và phương pháp mô hình số trị (đây là phương pháp vẫn được phát triển và sử dụng có hiệu quả nhất cho đến ngày nay) Các phương pháp này đã được giới thiệu trong hướng dẫn dự báo nước dâng bão do Tổ chức Khí tượng thế giới ban hành [45].

Trong nghiên cứa của Ippen và Hallerman (1966) [29] đã sử dụng công thức thực nghiệm để tính nước dâng theo vận tốc gió, đà gió, hướng gió và độ sâu biển Phương pháp nay đơn giản nhưng độ chính xác thấp.

Nghiên cứu của Yang và cộng sự (1970) [43] đã xây dựng biểu đồ quan hệ giữa số liệu quan trắc nước dâng bão với các tham số bão Do vậy sẽ rất hạn chế khi không có chuỗi số liệu đủ dài (thông thường khoảng 100 năm) và thường chỉ đúng cho các khu vực gần trạm quan trắc. Đề khắc phục thiếu sót về mặt không đủ số liệu đo đạc thực nghiệm, các nhà nghiên cứu đã xây dựng phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên cơ sở các phương trình toán học dé mô phỏng các hiện tượng tự nhiên và sử dụng số liệu đo đạc không cần quá dai dé hiệu chỉnh và kiêm định mô hình tính toán Từ đó xây dựng bức tranh hình thành và diễn biến của các hiện tượng trong quá khứ,

16 hiện tại và tương lai Trên cơ sở đó, rút ra quy luật về đặc trưng chế độ của hiện tượng tại những khu vực cần nghiên cứu Những công trình tiêu biểu theo hướng sử dụng mô hình hóa số trị như nghiên cứu của Jelesnianski và cộng sự (1966 - 1967) [30, 31] đã phát triển mô hình số trị dé tính toán nước dâng bão và thủy triều, sử dụng hệ phương trình tuyến tính hai chiều ngang, với giả thuyết áp suất thủy tĩnh Lực ma sát đáy được bỏ qua hoặc xem là tỷ lệ bậc nhất với tốc độ dòng chảy Trong mô hình số trị, bão đã được mô tả bởi các tham số như vi trí, gió cực đại, bán kính gió cực đại và độ giảm áp tai tâm bão Hướng và tốc độ di chuyên của bão không thay đổi Dựa trên các kết quả tính toán của mô hình, tác giả đã xây dựng một toán đồ nhằm phục vụ cho dự báo nước dâng bão khu vực biến của thành phố Atlantic, Hoa Kỳ Đến năm 1971 Nickerson va các cộng sự đã hoàn thiện mô hình của mình và được Cơ quan Nghiên cứu Khí tượng Hải dương Hoa Kỷ chấp thuận đưa vào dự báo nghiệp vụ [38].

Năm 1972, Jelesnianski đã xây dựng mô hình SPLASH (sau đó phat trién thành mô hình SLOSH) dùng dé mô phỏng nước dâng bão cho khu vực ven biên Đây là mô hình có miễn tính bao phủ nhiều tiểu vùng như thềm lục địa, thủy vực năm sâu trong đất liền và một số vùng ven bờ Tat cả có 33 tiểu vùng, mỗi vùng được áp dụng lưới tính phù hợp riêng và được đưa vào sử dụng từ năm 1991 không chỉ ở Hoa kỳ mà còn ở các vùng ven bờ Trung

Quốc, Ấn Độ và Bahamas như công trình của Ryabinin và cộng sự [36].

Cho đến những năm gần đây, Sooyoul Kim và cộng sự (2007) [33] đã xây dựng mô hình dự báo nước dâng do bão tích hợp cả thủy triều và sóng biển (Surge Wave and Tide - SuWAT) có thiết kế lưới lồng dé tính toán nước dâng do bão Mô hình đã được áp dụng tính nước dâng bão tại vịnh Tosa -

Nhật Bản và cho kết quả phù hợp với số liệu thực đo, trong khi trước đó rất nhiều mô hình không tính đến nước dâng do sóng đã cho kết quả thấp hơn như công trình của Pavel Tkalich và cộng sự (năm 2013) [39]; công trình của Sinha và cộng sự (năm 2009) [41].

Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) phát triển mô hình dự báo nước dâng bão của riêng mình gọi là mô hình nước dâng bão JMA (JMA’s Storm

Surges Model [48]), và đã đưa vào sử dụng trong hệ thống cảnh báo nghiệp vụ nước dâng bão từ 1998 Mô hình này được xây dựng dựa trên hệ phương trình nước nông phi tuyến hai chiều, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn trên lưới Arakawa-C Mô hình trường gió và áp suất khí quyên được lấy từ kết quả mô hình dự báo khí tượng phi thủy tĩnh của JMA hoặc có thé sử dụng mô hình cấu trúc bão dạng giải tích Miền tính của mô hình nước dâng bão JMA bao trùm toàn bộ vùng biển xung quanh Nhật Bản với độ phân giải của lưới tính là 1 phút kinh - vĩ, tức khoảng 1.5 km theo vĩ tuyến và 1.9 km theo kinh tuyến như trong nghiên cứu của Hasegawa (2015, 2017) [26, 27] Với mỗi trường hợp cần dự báo, dựa trên những thông tin dự báo khí tượng về cơn bão như quỹ đạo, cường độ, bán kính gió cực đại, phạm vi vùng gió mạnh, mô hình dự báo nước dâng bão JMA sẽ tính toán theo các phương án: Quỹ đạo như dự báo; Quỹ đạo dự báo nhưng di chuyên nhanh nhất (với xác suất 70

Trong quá trình dự báo, các quỹ đạo được ứng dụng bao gồm: quỹ đạo dự báo nhưng di chuyển chậm nhất; quỹ đạo lệch trái; quỹ đạo lệnh phải Kết quả phân tích các quỹ đạo này sau đó được tổng hợp và đưa vào bản tin dự báo.

Không chi ở Việt Nam mà các vùng khác trong khu vực ven bờ, hải đảo của Biển Đông, như vùng bờ phía nam Trung Quốc, Thái Lan, Philippines, đều phải hứng chịu những tai họa do bão và nước dâng do bão hoạt động ở Biển Đông gây ra Do vậy, có rất nhiều công trình, ngoài Việt Nam, nghiên cứu về nước dâng bão ở khu vực Biển Đông và lân cận Trong số này có thé kế đến các công trình cua Sinha va cộng sự (2009) [41], Wang và cộng sự (1997) [44] Dang chú ý, trong công trình công bố năm 2009 của Sinha và cộng sự, đã mô tả lại diễn biến nước dâng do 4 cơn bão mạnh gây ra, đó là bão

Sally-96, Linda-97, Xangsane-06 và Lekima-07 Trong đó, cơn bão Xangsane-

06 đã gây ra nước dâng lớn hơn 5 m ở ven biển Phillipines, cơn bão Lekima-

07 gây ra nước dâng 1.5 m ở vùng biển ven bờ Quảng Bình - Quang Trị của Việt Nam Các kết quả tính từ mô hình khá sát với số liệu thực do [41].

Nước dâng do bão phần lớn xuất hiện và đạt đỉnh vào thời điểm bão đồ bộ Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp đã ghi nhận hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện trước khi bão đồ bộ nhiều giờ (nước dâng trước bão - fore runner surge) hoặc sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ (nước dâng sau bão - after runner surge) Trong đó, hiện tượng nước dâng sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ và có thời gian kéo dài trong nhiều giờ đã gây nhiều thiệt hại do tính bất ngờ chưa dự báo được Một số trường hợp nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ như: bão Vera-86, bão Dinah-87, bão Caitlin-91, bão

Mireille-91, bão Rusa-02, bão Maemi-03, bão Songda-04 dé bộ vào ven biển miền Trung Nhật Bản (nghiên cứu của Sooyoul Kim và cộng sự năm 2014

[35]); Trường hợp nước dâng đạt đỉnh xuất hiện trước khi bão đồ bộ nhiều giờ như: bão Iker-08 đồ bộ vào bắc bang Texas (nghiên cứu của Kennedy và cộng sự năm 2011 [32]).

Nguyên nhân gây ra nước dâng đạt đỉnh trễ nhiều giờ sau khi bão đổ bộ liên quan đến đặc điểm địa hình và bão Các yếu tố đóng góp bao gồm: tác động của hướng gió, áp suất không khí trước và sau khi bão đổ bộ, thủy triều, sóng biển và hiệu ứng Ekman ảnh hưởng đến lưu vực (Theo nghiên cứu của Sooyoul Kim và cộng sự)

(2014) [35] đã nghiên cứu nước dâng bão trong cơn bão Songda (với khí áp thấp nhất tai tâm là 925 mb, vận tốc gió lớn nhất đạt 47 m/s) dé bộ vào bờ biển Tottori-Nhật Bản ngày 08/9/2004 bằng mô hình tích hợp SuWAT theo nhiều phương án tính toán (sử dụng trường gió, khí áp từ mô hình bão giải tích, mô hình số trị khí tượng WRE; có và không xét tới ảnh hưởng của thủy triều, sóng và hiệu ứng Ekman) Kết qua cho thấy, dọc bờ biến Tottori-Nhật Bản đã xảy ra hiện tượng nước dâng đạt đỉnh sau bão với thời gian xuất hiện

19 sau khi bão đã đồ bộ 16 giờ; đồng thời đưa ra kết luận rằng hiệu ứng Ekman là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng nước dâng lớn xuất hiện sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ và trường gió, khí áp tính từ mô hình WRF cho kết quả phù hợp hơn mô hình bão giải tích.

Nghiên cứu của Kenedy và cộng sự (2011) [32], về hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện trước khi bão Iker-08 đồ bộ nhiều giờ vào bắc Bang

Texas cho thấy: ngoài hiệu ứng Ekman, địa hình khu vực có ảnh hưởng mạnh đến cơ chế gây nước dâng trước khi bão đồ bộ nhiều giờ.

Số liệu quan trắc mực nước, dit liệu bão/ ATND và gió mùa

Chương này sẽ trình bày về số liệu (nguồn gốc, thời gian thu thập, phương pháp thu thập); phương pháp tách nước dâng và mô hình số trị sử dụng trong tính toán, phân tích nước dâng.

2.1 Số liệu quan trắc mực nước, dữ liệu bão/ ATNĐ và gió mùa

2.1.1 Số liệu mực nước, gió và khí áp tại các trạm khí tượng hải văn Đề phục vụ phân tích các đặc điểm của nước dâng cũng như so sánh với kết quả tính toán nước dâng bằng mô hình số trị trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ, luận án đã thu thập số liệu mực nước quan trắc từng gid tại 3 trạm hải văn trong khu vực, đó là các trạm Hòn Dấu (thời gian thu thập từ

Từ năm 1960 đến 2018, dữ liệu về mực nước được thu thập từ các trạm quan trắc tại Hòn Dấu, Hòn Ngư và Sơn Trà Dữ liệu được đo bằng đơn vị cm so với mực nước "0" của trạm, thuộc mạng lưới quan trắc khí tượng hải văn quốc gia và đã được kiểm định trước khi sử dụng Ngoài mực nước, dữ liệu gió và khí áp tại trạm Hòn Dấu và Hòn Ngư cũng được thu thập để phân tích diễn biến nước dâng và kiểm định mô hình mô phỏng gió và khí áp.

Bảng 2.1 Thông tin về trạm quan trắc và thời gian thu thập số liệu mực nước tại tram Hòn Dấu, Hòn Ngư và Sơn Trà

, | Kinh độ Vi độ Năm

TT | Tên trạm | Quận/ huyện -Tỉnh/ T Phô z

1 | Hòn Dấu Đồ Sơn - TP Hải Phòng 106°48.00’ | 20°40.00’ | 1960-2018

2 | HonNgu | Nghi Lộc - Nghệ An 105°46.00’ | 18”48.00” | 1961-2018

3 | Sơn Trà Sơn Trà - TP Đà Nang 108°13.00’ | 16°06.00’ | 1980-2018

Hình 2.1 VỊ tri các trạm quan trắc mực nước trong khu vực biển ven bờ vịnh Bac Bộ

Thông tin về bão và ATNĐ được thu thập để xác định nguyên nhân các đợt nước dâng tại khu vực cũng như sử dụng mô phỏng trường gió và khí áp làm đầu vào cho mô hình tính nước dâng Dữ liệu bão/ ATNĐ trong khoảng thời gian từ 1960 - 2018 được thu thập trên trang web của Cơ quan khí tượng Nhật Bản (JMA - Japan Meteorological Agency) (website: https://www.jma.go.jp [48]) Ngoài ra, đối với những vi trí gần bờ của Việt Nam, số liệu phân tích bão của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia được thu thập dé so sánh, đối chiếu với số liệu của JMA.

Các thông tin về bão/ ATND thu thập trên trang JMA của Nhật Bản, bao gồm: tên bão, số hiệu bão, thời gian tại từng vị trí tâm bão (theo giờ quốc tế UTC), kí hiệu cấp bão, tọa độ tâm bão, khí áp thấp nhất tại tâm bão, vận tốc gió cực đại, bán kính lớn nhất và nhỏ nhất của gió từ 50 knot và 30 knot Cau trúc dữ liệu bão của JMA đối với trường hợp cơn bão Doksuri thang 9/2017 được minh họa trên bảng 2.2.

Bang 2.2 Thông tin về bão Doksuri-17 được thu thập trên trang JMA của Nhật Bản [48]

Trong bảng 2.2 bao gồm: cột (1) là thời gian (ngày, tháng, năm, giờ quốc tế UTC) với bước thời gian 06 giờ (0 giờ, 6 giờ, 12 giờ, 18 giờ); cột (2) là chỉ báo; cột (3) là kí hiệu cấp bão; cột (4) vĩ độ tại tâm bão, tính đến 0.1 độ; cột (5) kinh độ tại tâm bão, tính đến 0.1 độ; cột (6) là khí áp thấp nhất tai tâm bão tính bằng milibar (mb); cột (7) là vận tốc gió cực đại tính bằng knot (kt); cột (8) bán kính lớn nhất của gió 50 kt; cột (9) là bán kính nhỏ nhất của gió 50 kt; cột (10) bán kính lớn nhất của gió 30 kt; cột (11) là bán kính nhỏ nhất của gió 30 kt.

Dé phân tích, đánh giá nguyên nhân cũng như sử dụng mô phỏng nước dâng trong các đợt gió mùa tại khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ, luận án đã thu thập dữ liệu các đợt gió mùa (cấp 6 - 7 trở lên) từ số liệu tái phân tích của NCEP NCEP đã thực hiện các chương trình tái phân tích số liệu khác nhau nhằm mục đích thiết lập bộ số liệu toàn cầu cho các biến khí quyền khác nhau trên một thời đoạn dài Việc tái phân tích được thực hiện trên cơ sở sử dụng số liệu đầu vào từ các nguồn khác nhau như: số liệu quan trắc từ các trạm khí tượng, tàu biển, máy bay, bóng thám không và vệ tinh Do vậy, các số liệu tái phân tích có độ tin cậy cao, đồng nhất Nguồn số liệu nay đã được sử trong trong nhiều nghiên cứu trên thé giới cũng như tại Việt Nam.

Bộ số liệu thu thập từ NCEP bao gồm các biến khí áp bề mặt biển (p), gió kinh hướng (u) va vĩ hướng (v) tại mực 10 m được cung cấp trên trang (website http://www.esrl.noaa.gov/psd [47]) Giá tri của các biến được trích xuất theo từng ốp thời gian vào 00 giờ, 06 giờ, 12 giờ và 18 giờ (giờ UTC), với độ phân giải lưới là 0.5 độ x 0.5 độ Luận án tiến hành trích xuất số liệu trên miền từ 5-25 vĩ độ Bắc, 105-125 kinh độ Đông với khoảng thời gian thu thập từ ngày 01/ 01/ 1960 đến ngày 31/ 12/ 2018 Minh họa về số liệu tái phân tích gió, khí áp tại mực 10 m của NCEP thẻ hiện trên bảng 2.3.

Ngoài số liệu trường gió và khí áp thu thập tại các ốp từ NCEP, bộ số liệu trường gió trung bình tháng được cung cấp trên trang (website https://cds.climate.copernicus.eu/user/reset [49]) cũng đã được thu thập dé mô phỏng nước dâng theo gió trung bình tháng, mùa Số liệu trung bình tháng bao gồm: gió kinh hướng (u) và vĩ hướng (v) tại mực 10 m.

Bảng 2.3 Số liệu tái phân tích được thu thập tại mực 10 m lúc 00 giờ (UTC) ngày 27/9/2012 [47]

Lon Lat P(mb) U(m⁄s) V (m/s) Lat P(mb) U(m⁄) V(m⁄s) 106.0 8.0 1011.6 -0.2 0.9 8.0 1010.6 6.5 2.4

2.2 Phương pháp phân tích, tính toán nước dâng

Trong mục này giới thiệu các phương phương pháp phân tích, tính toán nước dâng, bao gồm phương pháp tách nước dâng từ số liệu quan trắc mực nước biến, mô hình số trị mô phỏng nước dâng do bão/ ATNĐ và gió mùa (mô hình SuWAT), mô hình số trị dự báo khí tượng quy mô khu vực WRF và mô hình bão giải tích (Fujita).

2.2.1 Phương pháp tách nước dâng từ số liệu mực nước thực đo

Số liệu mực nước quan trắc mực nước tại các trạm hải văn thực chất là tong hợp của hai thành phan: thủy triều và nước dâng (thành phan dư hoặc phi tuần hoàn) Với mục đích khảo sát riêng rẽ các đặc trưng về nước dâng nên cần thiết phải tách phần nước dâng ra khỏi giá trị mực nước tổng hợp Giá trị nước dâng thuần túy được sử dụng dé phân tích, đánh giá đặc điểm nước dâng cũng như hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình dự báo nước dâng do bão, áp thấp nhiệt đới và gió mùa.

Với thành phần thủy triều, do là quá trình dao động của mực nước biển hoặc đại dương dưới tác động của các lực điều hòa, nên nghiên cứu thủy triều bằng phương pháp phân tích điều hòa là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa về khoa học cũng như thực tiễn Phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam Kết quả của phương pháp này cho phép nhận được các hăng số điều hòa thủy triều tại từng vị trí nghiên cứu trên cơ sở phân tích các chuỗi số liệu đo đạc mực nước Từ đó rút ra các đặc trưng về chế độ, tính toán, dự báo hoặc làm cơ sở cho các bài toán nghiên cứu phân bố không gian của hiện tượng thủy triều Các hang số điều hòa còn được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình tính thủy triều. Đồng thời, từ các hằng số điều hòa thủy triều này sẽ dự tính được chuỗi dao động thủy triều cho nhiều năm.

Có một số phương pháp phân tích điều hòa thủy triều như: phương pháp bình phương tối thiểu; phương pháp Doodson phân tích chuỗi mực nước một ngày dé nhận được bốn sóng thủy triều M,, S,, K,,0,; phương pháp Franko phân tích chuỗi mực nước bảy ngày để nhận được tám sóng thủy triều chính M;, S,, N,, K,, K,,O,,P,Q,; phương pháp Darwin phân tích chuỗi mực nước 15 ngày hoặc 30 ngày dé nhận được tám sóng chính và ba sóng bồ sung

M,, MS,,M, Thực hiện các phương pháp này đòi hỏi chuỗi quan trắc mực nước từng giờ liên tục, quá trình phân tích phải dựa theo các bảng biểu chuyên dụng và tra cứu các tham số thiên văn đã được bảng hóa.

Hiện nay phương pháp phổ biến thường được áp dụng trong phân tích, tính toán thủy triều là phân tích điều hòa dựa trên phương pháp bình phương tối thiêu Phương pháp này cho phép phân tích chuỗi số liệu không liên tục.

2.2.1.1 Phương pháp bình phương tối thiểu trong phân tích điều hòa thủy triều

MỘT SO ĐẶC DIEM NƯỚC DANG TRONG KHU VUC

Đặc điểm khu vực vịnh Bắc BO sceecssessssessssneeeseeeesneeessneeesneeesnneeesneeee 48 1 Đặc điểm vẻ địa hình . cc:+cccccccttrrisrriisrrirrrirrrrsrrriee 48 2 Đặc điểm về khí tượng, hải VĂN 2 2+ce+cs+ckertertesresrssred 49 3.2 Đặc điểm nước dâng trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ

3.1.1 Đặc điểm về địa hình

Vịnh Bắc Bộ nằm trên khu vực đông nam Châu Á, thuộc một trong những trung tâm hoạt động mạnh mẽ nhất của gió mùa Sự phức tạp của địa hình khu vực vịnh với bờ biển khúc khuyu tạo thành nhiều vũng, vịnh ở ven bờ, sự có mặt của các hệ thong dao làm cho địa hình đáy quanh vịnh trở nên rất phức tạp đã tạo nên sự đa dạng và biến động lớn của phân bố không gian và thời gian các trường khí tượng, thủy văn và động lực vịnh Bắc Bộ.

Là một trong hai vịnh lớn nhất thuộc khu vực Biển Đông nằm ở phía tây bắc Biển Đông (trong khoảng vĩ độ 16°00’N - 21°30°N, kinh độ 105°40’E-

110°00’E), là một vịnh nửa kín nước nông Ba mặt vịnh được bao bọc bởi lục địa Việt Nam ở phía tây, Trung Quốc ở phía bắc và bán đảo Lôi Châu, đảo Hải Nam ở phía đông Độ sâu vịnh Bắc Bộ không lớn, độ sâu nhỏ hơn 45 m chiếm 60 % diện tích đáy, giữa vịnh lệch về phía đông có một rãnh sâu (70 -

80 m) chạy kéo dai lên gần phía bắc vịnh Mật độ sông ngòi đồ ra biển trong khu vực vịnh Bắc Bộ thuộc loại khá cao trong đó có những sông lớn như sông Hong, sông Cả, sông Mã, như trên hình 3.1 Với điều kiện địa hình đó, trường thủy động lực vịnh Bắc Bộ chịu ảnh hưởng rất lớn của điều kiện khí tượng - thủy văn cục bộ.

Hình 3.1 Ban đồ địa hình khu vực vịnh Bắc Bộ

3.1.2 Đặc điểm về khí tượng, hải văn

Nằm trong khu vực hoạt động mạnh của gió mùa Đông Nam Á, các trường khí tượng như áp suất khí quyền, gió, nhiệt độ, độ âm không khí biến động rất lớn. Đặc điểm cơ bản của trường áp khu vực vịnh Bắc Bộ là vai trò ảnh hưởng trực tiếp của các trung tâm khí áp cơ bản bắc bán cầu như cao áp Xiberi trong mùa đông, dải hội tụ nhiệt đới kết hợp vùng áp thấp Vân Nam- Bắc Đông Dương trong mùa hè, cũng như áp cao cận nhiệt đới bắc Thái Bình

Dương (Honolulu) trong cả hai mùa.

3.1.2.1 Chế độ gió Vịnh Bắc Bộ thuộc khu vực khí hậu gió mùa Trong mùa đông có gió mùa đông bắc, hoạt động từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, trung bình mỗi tháng có từ 2-4 đợt gió mùa đông bắc hoạt động, mỗi đợt trung bình từ 5-7 ngày, có đợt kéo dài đến 10 ngày, tốc độ gió mạnh nhất khi có gió mùa đạt tới cấp 8, cấp 9 Trong đó, tháng 12 tần số xuất hiện gió mùa đông bắc lớn nhất và có cường độ mạnh nhất, thời gian tồn tại lâu nhất Phía tây vịnh Bắc Bộ:

Các khu vực ven biển từ Thanh Hóa đến Nghệ An đón gió sớm hơn so với các khu vực khác Vào tháng 3 đến tháng 4, gió ở hầu hết các khu vực trong vịnh đã chuyển hướng sang hướng Đông Nam với tốc độ trung bình 6 m/s.

Trong mùa hè có gió mùa tây nam, hoạt động từ tháng 5 đến tháng 10, do ảnh hưởng của hai hệ thống gió mùa phía tây và phía nam Thái Bình Dương liên tiếp thay phiên nhau khống chế nên khu vực vịnh Bắc Bộ thịnh hành là gió mùa tây nam, ít có gió mạnh (trừ gió bão) Tháng 6-8 thịnh hành gió hướng nam và tây nam, rõ nhất là tháng 7, tần suất gió hướng nam và tây nam đạt 67 % Tháng 8 gió tây nam bắt đầu suy giảm Tốc độ gió trung bình của các tháng mùa hè khoảng 5.5 m/s Tháng 9 gió từ hướng chếch nam chuyển sang chếch bắc, hướng gió không ổn định, tốc độ gió trung bình khoảng 5 m/s.

Trên hình 3.2 là hoa gió tai một số trạm ven biên trong khu vực vịnh Bắc Bộ trong tháng 1 và tháng 7. ee: yale e2 ùÃ

Hình 3.2 Hoa gió tại một số trạm ven bờ vịnh Bắc Bộ tháng | (a) va tháng 7 (b)

3.1.2.2 Hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới Khu vực vịnh Bắc Bộ nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng nhiều của bão/ ATNĐ Mùa bão trong khu vực vịnh Bắc Bộ thường bắt đầu từ tháng 5, và kết thúc vào tháng 10 (đôi khi bắt đầu sớm từ tháng 4 và kết thúc muộn vào tháng 11) Càng về phía nam vịnh, bão có xu hướng bắt đầu và kết thúc muộn dần.

Theo kết quả thống kê dir liệu về bão trong 59 năm liên tục (từ năm 1960-2018), cho thấy: có tổng số 467 cơn bão/ ATNĐ hoạt động trên Biển Đông, trong đó có 180 cơn bão/ ATNĐ ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực ven bờ vịnh Bắc Bộ (chiếm tỷ lệ 39 %), với trung bình 03 cơn/ năm Kết quả thống kê số cơn bão/ ATNĐ trên Biển Đông từ năm 1960 - 2018 theo phân loại về cấp bão của Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) được trình bày trên bảng 3.1 Thống kê tỉ lệ số cơn bão thể hiện trên hình 3.3 cho thấy bão cực mạnh và siêu bão có tỷ lần lượt là 10 % và 4 %.

Bảng 3.1 Thống kê số cơn bão/ ATNĐ xuất hiện trên Biển Đông theo tốc độ gió bão trong giai đoạn từ 1960 - 2018

ATND Bão | Bãomanh | Tế AOCMC Í Giai bão mạnh mạnh

Hình 3.3 Tỉ lệ bão xuất hiện trên Biển Đông theo tốc độ gió bão trong giai đoạn từ 1960 - 2018

3.1.2.3 Sóng biển Khu vực biên ven bờ vịnh Bắc Bộ nhìn chung có sóng không lớn Sóng trung bình có độ cao khoảng 0.7 - 0.8 m, lớn nhất 5.6 m tại khu vực Hòn Dấu. Những sóng lớn nhất quan sát thường thấy vào các tháng mùa hè - mùa có nhiều bão hoạt động Tuy nhiên, tại khu vực trạm Hòn Dấu, vào tháng 4 cũng xuất hiện sóng lớn trên 5 m.

Các tháng mùa đông thường chỉ sinh ra sóng lớn nhất có độ cao khoảng 2.8 - 3.0 m Về mùa đông, sóng thịnh hành là sóng hướng đông với tần suất khoảng 25 - 27 % Về mùa hè, sóng có hướng đông nam-nam chiếm ưu thế với tần suất xuất hiện khoảng 40 % Ngoài ra, về mùa hè còn quan sát thấy sóng hướng tây nam nhưng với tần suất nhỏ (dudi 10 %) Ở khu vực Hon Dấu, tần suất thời kỳ lặng sóng chỉ vào khoảng 12 - 13 %.

3.1.2.4 Thủy triểu và mực nước Thủy triều vịnh Bắc Bộ có xu thế biến đổi từ nhật triều sang bán nhật triều: Khu vực Hải Phòng - Hòn Gai có chế độ nhật triều rất thuần nhất, với hầu hết số ngày nhật triều trong tháng, điển hình là trạm Hòn Dấu Hau hết số ngày trong tháng (trên dưới 25 ngày), mỗi ngày chỉ có một lần nước lên và một lần nước xuống Độ lớn triều thuộc loại lớn nhất ở nước ta, trung bình khoảng 3-4 m vào kỳ nước cường.

Tại Thanh Hoá, hàng tháng chỉ có 18 - 22 ngày nhật triều Trong kỳ nước cường, độ lớn triều trung bình khoảng 3.6 - 2.6 m giảm dan từ bắc xuống nam; trong kỳ nước kém thường có độ lớn không quá 0.5 m (ngày sinh nước) Thủy triều hoạt động mạnh vào các tháng 1, 6, 7; triều yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9.

Từ Nghệ An - Quang Bình (các trạm Hòn Ngư, Cửa Hội, Cửa Gianh), có nhật triều không đều với số ngày nhật triều chiếm hơn nửa tháng, bat dang triều về thời gian (thời gian triều rút lớn hơn thời gian triều dâng một cách rõ rệt), đặc biệt ở các cửa sông, độ lớn triều trung bình kỳ nước cường khoảng 2.5 - 1.2 m, giảm từ bắc vào nam.

Từ Nam Quảng Bình - cửa Thuận An, có trạm Cửa Tùng là trạm quan trắc mực nước từng giờ, ở đây tồn tại chế độ bán nhật triều không đều, phần lớn hoặc hầu hết số ngày trong tháng có hai lần nước lớn và hai lần nước ròng, độ lớn triều trung bình trong kỳ nước cường khoảng 0.1 - 0.6 m giảm từ bắc vào nam.