Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 6 pps

CHƯƠNG 6 - DỰ BÁO DAO ĐỘNG KHÔNG TUẦN HOÀN CỦA MỰC NƯỚC iến thiên mực nước trong biển xảy ra dưới tác động của những nhân tố chủ yếu sau: các lực tạo triều, dòng nước sông, bốc hơi, mưa, áp suất khí quyển và gió. Dự báo biến thiên của mực nước biển chủ yếu thực hiện cho những vùng gân bờ và các c ng biển. Trong trường hợp đó những nhân tố như địa hình đáy biển, hình dạng của đường bờ gần điểm cần dự báo là những đặc điểm quan trọng quyết định sự bi n thiên mực nước dưới tác dụng của các lực. rong tự nhiên hệ thống chuyển động phức tạp của các khối nước thường do kết q ả tác động của tất cả những yếu tố đó. Các dao động tuần hoàn (thủy triều) đã được nghiên cứu khá kỹ và việc dự báo chúng quy về việc lập các bảng thuỷ triều. Ở trình độ hiện nay, nhiều mô hình thủy động số trị giải bài toán tính và dự báo n ết quả t dao động mực nước dựa trên các phương pháp thống kê đã được sử dụng phổ biến trong nghiệ iữa mực nước tổng cộng và phần ại lượng dao động không tuần hoàn cũng có thể nhận bằn g cách: trên đường cong dao B ả ế T u ước dâng trong gió mạnh và trong bão đã được x ây dựng và triển khai và k hử nghiệm tỏ ra rất hiệu quả. Trong chương này chỉ xét những dự báo p vụ các cơ quan dự báo thủy văn biển. Nếu trong biển quan trắc đư ợc những dao động tuần hoàn và không tuần hoàn của mực nước thì nhiệm vụ của người nghiên cứu dự báo là phải tách riêng được phần tuần hoàn và phần không tuần hoàn. Bài toán này được giải quyết theo những cách khác nhau. Trường hợp đơn giản nhất là có số liệu tính toán về dao động tuần hoàn của mực nước và bài toán quy về tìm hiệu g t H tuần hoàn th H để tách được phần không tuần hoàn kth H : kththt HHH =− . Đ động tổng cộng của mực nước (hình 6.1), bằng phương pháp đồ thị, nối các điểm giữa đoạn nối nước ròng và nước lớn để nhận một đường cong là trơn hơn và đó cũng là đường cong dao động không tuần hoàn của mực nước cần nhận. Khi không có các dao động không tuần hoàn thì đường cong này trùng hợp với mực nước trung bình. Mực nước trung bình xác định bằng cách lấy trung bình các số đo trên thước đo nước h ay băng triều ký trong khoảng thời gian dài. Tùy từng bài toán cần giải quyết, người ta có thể tính mực nước trung bình ngày, trung bình tháng, trung bình mùa, năm hay nhiều năm. 70 Hình 6.1. Loại dao động tuần hoàn từ mực nước tổng cộng thêi g ian thêi g ian cm 200 100 50 150 40 0 -40 -80 -120 Hình iện hững dao động tuần hoàn của mực nước có thể có quy mô ngắn hạn (từ một giờ đến vài ngày), quy mô mùa và nhiều năm. Dao động dâng rút không tuần hoàn của mực nước thể hiện mạnh nhất ở các vùng ven bờ. Ở một số nơi nước dâng rút mạnh có thể gây nên những khó khăn to lớn cho việc đi lại của tàu thuyền và những tổn thất kinh tế khác. Trong nhiều trường hợp việc p hân tích sự dâng rút mực nước trong trường gió tại các bờ đối diện cho phép kết luận về những hướng gió chủ yếu quyết định biến động mực nước tại mỗi vùng bờ. Dạng tường minh nhất để thực hiện việc này là dựng những đường cong biến thiên mực nước có kèm theo những mũi tên chỉ hướng và cường độ gió tương tự như hình 6.2. Được biết rằng do dòng chảy gió m à các khối nước di chuyển từ vùng này tới vùng khác. Khi n gió mạnh, ổn định thì ở bờ đón gió qua ước rút. Gió là một động dâng rút mực nước cần tính tới 6.2. Đồ thị phân tích tác động gió lên mực nước ở các bờ đối d N kích thước thủy vực không lớn và trong điều kiệ n trắc thấy nước dâng, ở bờ khuất gió - n trong những nguyên nhân chính của các dao động không tuần hoàn của mực nước biển. Khi xét ảnh hưởng của gió lên dao 71 hướn hững hướng gió khác 44 18 3 thì c ảy vận chuyển nước tới điểm cần dự báo. ng quá lớn, nhưng hoạt động ổn định với thời gian dài có thể gây biến đổi mực nước đáng kể. 6.1. PHƯƠNG PH N DỰ BÁO DAO NG DÂ RÚT M NƯỚC í quyển ở hai trạm. Hiệu số này thường được gọi là građien khí á ađien hiệu dụng. Tuỳ một hoặc nh iều građien hiệu dụng (hình 6.3). g, tốc độ và thời gian tác động của gió. Bài toán xác định hướng gió nước rút và hướng gió nước dâng có thể giải quyết bằng cách tính độ lặp lại của nước rút và nước dâng với n nhau. Thí dụ, đối với một vùng bờ nào đó nếu ta lập được bảng tần suất (độ lặp lại) của nước rút theo các hướng gió như sau: Hướng gió NNW NW WWE W WWS Tần suất, % 7 28 ó thể kết luận chắc chắn rằng các hướng gió chủ yếu gây nên nước rút tại vùng đang xét là gió tây tây bắc và gió tây bắc sau đó là gió tây; các hướng gió khác không gây rút nước. Khi phân tích các hiện tượng dâng rút mực nước cần chú ý đến ảnh hưởng của thời gian hoạt động của gió với vận tốc khác nhau. Trường gió gây nên biến đổi mực nước ở các vùng bờ thông qua dòng ch Được biết các gió cường độ trung bình cần một khoảng thời gian cỡ một hai ngày để hình thành nên trường dòng chảy ổn định. Những gió có thể mạnh, nhưng tác động tức thời không kéo dài thường không gây nên những biến đổi mực nước một cách đáng kể. Trong khi đó gió cường độ khô ÁP GRAĐIE ĐỘ NG ỰC Một trong những phương pháp dự báo ngắn hạn biến đổi mực nước là phương pháp dựa trên việc tính tới tác động của gió thông quan trường khí áp đặc trưng bởi hiệu số áp suất kh p hiệu dụng. Người ta thường phân tích các bản đồ synop để suy xét về tác động của các tình thế synop tới sự dâng hay rút nước. Phải định ra các nhóm trường nước d âng cao hay thấp, nghiên cứu đặc điểm của trường khí áp trong cùng thời kỳ để thiết lập được sự phân bố điển hình của các đường đẳng khí áp trong thời gian trước khi và trong khi xảy ra dâng nước hoặc rút nước. Để có được đặc trưng số của trường khí áp người ta thường tính hiệu áp suất không khí giữa hai trạm cách nhau đủ xa, hiệu này gọi là gr hình dạng và đặc điểm vùng bờ cần dự báo người ta có thể tính Khi xây dựng đồ thị biến đổi của građien khí áp và mực nước có thể tìm được sự lệch pha trong hai quá trình và sự lệch pha đó dùng làm thời gian báo trước của dự báo. Bước tiếp theo là xây dựng mối phụ thuộc của độ cao mực nước dâng hay rút vào giá trị của các graddien hiệu dụng. Dạng tổng quát của các mối p hụ thuộc dự báo như sau: ),,( 00 GHfH = (6.1) 72 trong đó − H mực nước dự báo, − 0 H mực nước tại thời điểm lập dự báo, građ ự báo cho riêng từng pha nước dâng hoặc pha nước rút. Tuy nhiên trong thực yển pha. − 0 G ien áp suất tại thời điểm lập dự báo. Những mối phụ thuộc dạng này được xây dựng cho nhiều nơi. Thời gian báo trước thường bằng 6-12 giờ. Với thời gian báo trước này thì nói chung độ đảm bảo của dự báo khá cao. Nhược điểm của phụ thuộc dạng (6.1) là các hệ số bằng số trong các biểu thức đối với pha nước dâng và pha nước rút thường khác nhau. Vì vậy phải tìm những biểu thức d hành dự báo không thể biết được khi nào thì dùng mối phụ thuộc của pha nước dâng, khi nào thì dùng mối phụ thuộc của pha nước rút, đặc biệt là ở những thời điểm chu a) b) Hình 6.3. Trường hợp tính một (a) và hai (b) građien hiệu dụng tuỳ hình dạng đường bờ trong nhiều trường hợp độ biến đổi của građien khí áp theo thời gian có thể là chỉ số của sự biến đổi tiếp theo của quá trình mực nước. Nếu tính tới đặc điểm vừa nêu thì phương trình dự báo mực nước có thể biểu diễn dưới dạng (6 .2) trong đó mực nước dự báo, mực nước tại thời điểm lập dự báo, građien khí áp t ời điểm lập dự báo, građien khí y theo bản đồ báo). 6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC DỰA TRÊN TRƯỜNG ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN ng không tuần hoàn của mực nưóc theo những hệ số khai triển có thể xác định hướng và cường độ các dòng chảy gió, tức là tính gián tiếp tr ng vận tĩnh học trong dao động mực nước. ),,( ,11 nnnn GHfH −− Δ= − n H − −1 nn G i điểm − −1n H ại th synop dự −=Δ −− 1,1 ( nnn GGG áp tại thờ n, lấ − n G O. I. Seremechievskaia đề xuất một phương pháp dự báo cho phép tính biến trình mực nước đồng thời tại nhiều trạm biển. Phương pháp này dựa trên quan điểm cho rằng nhân tố chính quyết định các dao độ là dòng chảy do gió. Trường khí áp được biểu diễn giải tích bằng các đa thức Chebưsev. Dựa ij A ườ tốc dòng chảy và cả hiệu ứng 73 Các p g trình dự báo có dạng quát như sau hươn tổng [ ] ,)(; 11 1 −−− −=−  nnijnn HHAfHH  (6.3)  trong đó mực nước dự bá o, mực nước trung bình mười ngày trước dự − n H − −1n H báo, −− H H  hiệu các mực nước cho phép loại ảnh hưởng của biến trình năm, n và −1 thời hn − ạn dự báo (khác nhau 6, 12, 18 và 24 giờ). 74 . và trong bão đã được x ây dựng và triển khai và k hử nghiệm tỏ ra rất hiệu quả. Trong chương này chỉ xét những dự báo p vụ các cơ quan dự báo thủy văn biển. Nếu trong biển quan trắc đư ợc những. thời điểm lập dự báo. Những mối phụ thuộc dạng này được xây dựng cho nhiều nơi. Thời gian báo trước thường bằng 6- 1 2 giờ. Với thời gian báo trước này thì nói chung độ đảm bảo của dự báo khá cao của quá trình mực nước. Nếu tính tới đặc điểm vừa nêu thì phương trình dự báo mực nước có thể biểu diễn dưới dạng (6 .2) trong đó mực nước dự báo, mực nước tại thời điểm lập dự báo, građien