Giáo trình dự báo thủy văn biển

LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Dự báo thủy văn biển” nhằm cung cấp cho sinh viên hải dương học khái niệm nguyên lý xây dựng dự báo đặc trưng chế độ thủy văn biển đại dương Phần mở đầu chương nêu lên nhiệm vụ tầm quan trọng dịch vụ thông tin thủy văn cho hoạt động kinh tế, khái quát nguồn liệu mà nhà hải dương học thu thập hình thành tài liệu phục vụ thông tin làm dự báo Ở mô tả nội dung đặc điểm dạng liệu theo nghĩa lợi dụng xây dựng phương pháp dự báo Chương giới thiệu nguyên lý vật lý phương pháp chung để xây dựng mô hình dự báo Thủ tục phân tích hồi quy với tư cách công cụ chủ yếu để nhận phương trình dự báo xét chi tiết Phần lại chương mô tả cách đánh giá chất lượng phương pháp dự báo Vì phần lớn sơ đồ dự báo tham số thủy văn biển dựa tương tác đại dương khí quyển, chương mô tả phương pháp tính tới hoàn lưu khí quyển, đặc điểm trường khí áp, trường gió hợp phần cân nhiệt, trọng phương pháp thể giải tích trường khí tượng hải văn Các chương từ đến giành tổng quan phương pháp cụ thể dùng rộng rãi để dự báo tham số động lực nhiệt độ nước đại dương Một số ví dụ dự báo dài hạn giả thiết, phát nhà khoa học tiếng biến động dao động chung hệ thống khí − đại dương sở dự báo siêu hạn giới thiệu chương Cuốn sách viết dựa theo sách giáo khoa tên tác giả K I Kyđriavaia, E I Seriakov L I Scriptunova, xuất năm 1974 cẩm nang “Hướng dẫn dự báo thủy văn biển” năm 1994 Viện Nghiên cứu Khoa học Khí tượng Thủy văn Liên bang Nga MỞ ĐẦU NHỮNG NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA PHỤC VỤ THỦY VĂN CHO CÁC CƠ SỞ KINH TẾ Phục vụ khí tượng thủy văn cho lĩnh vực có liên quan đến biển kinh tế nhiệm vụ công tác phục vụ dự báo biển mà lịch sử phát triển luôn gắn liền với hoạt động người Với phát triển hàng hải, xây dựng thủy công trình biển, đòi hỏi phục vụ thủy văn cho sở kinh tế tài liệu tổng quan, thông tin dự báo thủy văn ngày tăng thay đổi nội dung, chất lượng hình thức Thông thường người phân loại tài liệu tổng quan gồm kiến thức trạng thái biển thời gian qua, thông tin trạng thái biển thời gian tại, dự báo thông tin, nhận định có sở khoa học trạng thái biển tương lai Tất dạng phục vụ thủy văn có ý nghĩa to lớn hàng hải, ngành đánh bắt hải sản, xây dựng thủy công trình phòng thủ đất nước Đối với nước có ngành giao thông đường biển đội tàu đánh cá phát triển, có nhiều hải cảng dĩ nhiên đòi hỏi phục vụ thủy văn biển nhiều công tác nghiên cứu chế độ thủy văn biển đại dương mở rộng Mỗi ngành kinh tế, hoạt động người biển đòi hỏi dạng tài liệu khác biển Nếu để thiết kế công trình kỹ thuật biển ven bờ biển người ta cần tài liệu chế độ nhiều năm (các giá trị trung bình, cực đại, cực tiểu yếu tố khí tượng, vật lý thủy văn, tần số lặp lại chúng), hàng hải, dẫn dắt tàu, lắp đặt hệ thống kỹ thuật biển, người ta cần thông tin "thời tiết" có biển lẫn dự báo yếu tố thủy văn biển sóng, dòng chảy dự báo thường có ý nghĩa lớn Ngày nay, bên cạnh việc đảm bảo an toàn chạy tàu biển, người ta quan tâm tới hiệu cao chuyến chạy tàu Tại nước có ngành kinh tế giao thông biển phát triển Anh, Mỹ, Nga ngành phục vụ thủy văn đảm nhận dịch vụ đảm bảo đường bơi tối ưu cho tàu viễn dương Đây hình thức phục vụ thủy văn hứa hẹn, phát triển mạnh mẽ Đồng thời hình thức phục vụ lại đề yêu cầu lớn dự báo gió, dòng chảy, sóng, độ đóng băng vùng rộng lớn đại dương Ngành cá biển công nghiệp khai thác khoáng sản dầu khí biển cần nhiều thông tin trạng thái biển Những tháp khoan, cầu nối, đường ống thiết kế, xây dựng vùng thềm lục địa để khai thác dầu, khí khoáng sản khác cần phục vụ thủy văn cách toàn diện Trong xây dựng công trình kỹ thuật khai thác cá miền bờ, dự báo sóng, dòng chảy, dao động mực nước tượng băng (đối với nước vùng vĩ độ cao) vô quan trọng Phục vụ thủy văn biển thâm nhập vào hoạt động hải quân Ở cần thiết dự báo dao động mực nước biển, dòng chảy, thời gian xuất tượng băng Lịch sử biết đến nhiều dự báo trôi mìn ngăn chặn nguy hiểm cho sinh mạng người tàu thuyền, dự báo điều kiện thủy văn động lực biển cho đổ quân đội Gần đây, phát triển hạm tàu ngầm hoạt động biển đại dương, người ta đặc biệt quan tâm đến vai trò dự báo đặc thù dự báo phân bố theo phương thẳng đứng nhiệt độ nước đại dương, diễn biến lớp đột biến nhiệt độ, mật độ vùng biển khác Ở nhiều nước, việc thông báo kịp thời cho sở sản xuất, quan nhà nước tượng thủy văn nguy hiểm đặc biệt nguy hiểm vụ nước dâng, nước dạt lớn, sóng thần, đóng phủ băng tàu thuyền có ý nghĩa quan trọng Như vậy, ngành phục vụ khí tượng thủy văn thực nhiệm vụ đa dạng Hiệu phục vụ, dĩ nhiên, ngày tăng quy định mặt hoạt động sản xuất, kinh tế lĩnh vực khác người ngày phát triển rộng sâu, yêu cầu dung lượng khoa học kỹ thuật cao hơn, mặt khác trình độ phương pháp nghiên cứu dự báo biển ngày hoàn thiện Hai mặt quan hệ hữu với thúc đẩy phát triển CÁC KHÁI NIỆM THÔNG TIN THỦY VĂN BIỂN VÀ DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN Các thông tin thủy văn biển tài liệu quan trắc, kết xử lý tài liệu quan trắc thủy văn biển đại dương, tập hợp công trình nghiên cứu quan phục vụ dự báo biển nhằm đảm bảo cho hoạt động kinh tế, kỹ thuật, tư liệu trạng thái biển ngày qua thời kỳ ngắn qua (đến 10 ngày) Những tư liệu giúp đánh giá hoàn cảnh, tình thủy văn biển (như sóng, hải lưu, nhiệt độ, phân bố băng ) Nếu không quán xuyến trạng thái biển thời điểm lập dự báo hoàn cảnh thủy văn biển tương lai Dự báo thủy văn biển đoán trước, tính trước cách có sở khoa học thay đổi đặc trưng thủy văn, tượng định hay yếu tố chế độ thủy văn dựa hiểu biết quy luật vật lý thủy khí có tính đến điều kiện địa lý, tự nhiên địa phương Trong dự báo phải phản ánh đặc trưng định lượng định tính tượng dự báo thời gian xuất vùng hay địa điểm cụ thể Lập đưa dự báo giai đoạn quan trọng đầy trách nhiệm công việc quan phục vụ dự báo Yêu cầu đòi hỏi sở kinh tế lĩnh vực dự báo biển lớn ngày gia tăng CHƯƠNG - THÔNG TIN THỦY VĂN BIỂN 1.1 MẠNG LƯỚI THÔNG TIN Nguồn để nhận thông tin có hệ thống trạng thái biển quan trắc trạm khí tượng thủy văn bờ tàu khảo sát, nghiên cứu, tàu thời tiết, trạm phao hoạt động độc lập, quan trắc hải dương học từ máy bay vệ tinh Tổ chức thực mạng lưới thông tin hải dương học thường tốn phức tạp Mạng lưới thông tin tổ chức cho số trạm thông tin tốt, song đảm bảo công tác phục vụ bình thường Muốn phải tuân thủ yêu cầu sau đây: 1) Phải đáp ứng đòi hỏi sở kinh tế; 2) Phải đảm bảo tính đặc trưng liệu thu được; 3) Phân bố lưới thông tin phải phù hợp với cần thiết tìm hiểu đặc điểm thủy văn, phù hợp kích thước biển, vịnh, eo biển 4) Phải có phương tiện liên lạc đảm bảo truyền thông tin an toàn kịp thời Những đài, trạm khí tượng thủy văn ven bờ cung cấp số liệu, tin tức đặc trưng cho chế độ khí tượng thủy văn vùng gần bờ phần vùng biển lân cận Nguồn thông tin từ lâu nguồn công tác quan dự báo biển Đặc điểm quý giá nguồn liệu cung cấp liệu đầy đủ, liên tục xác Những thông tin nguồn cung cấp thường dùng nghiên cứu khoa học, xây dựng kiểm nghiệm phương pháp dự báo Các trạm khí tượng thủy văn tàu tổ chức tàu hàng hải, tàu đánh cá tàu nghiên cứu khoa học Nhìn chung ngày số trạm kiểu giới tương đối nhiều Tuy nhiên chúng phân bố không đại dương biển, phân bố không thời gian hoạt động thành phần quan trắc Thông thường phần lớn tàu hoạt động đại dương biển cung cấp số liệu quan trắc tối thiểu yếu tố khí tượng biển, vài yếu tố thủy văn mặt biển Chỉ có tàu khoa học chuyên dụng thực quan trắc đầy đủ yếu tố, có trạm hải văn nước sâu, trạm hải văn liên tục dạng liệu phục vụ mục đích nghiên cứu chuyên sâu Những tàu khoa học thực tập hợp đầy đủ quan trắc nghiên cứu theo chương trình cân nhắc trước theo mục tiêu, nhiệm vụ chuyên môn Những số liệu thu có giá trị đặc biệt quan trọng xây dựng phương pháp dự báo, hoàn thiện mô hình trình, tham số hoá trình Bắt đầu từ năm hai mươi người ta tổ chức mạng lưới tàu khoa học gọi "tàu thời tiết" đại dương nhằm mục đích nghiên cứu toàn diện trình khí đại dương trình vật lý nước biển để hoàn chỉnh dự báo thời tiết Tài liệu quan trắc tàu nhiều trung tâm khí tượng học hải dương học sử dụng công tác dự báo, phục vụ Chương trình hoạt động quan trắc gồm: a) Các quan trắc khí tượng, cao không, hải dương học, địa vật lý tiêu chuẩn chuyên dụng số vùng xác định đại dương; b) Thu thập từ trung tâm giới từ vệ tinh thông tin thiếu để dùng vào công tác thực dụng tàu truyền tới quan phục vụ khí tượng thủy văn lục địa; c) Phục vụ cho hàng hải, đánh cá, hàng không vùng hoạt động tàu thời tiết tin trạng thái qua khí đại dương, dự báo, thông báo bão, dẫn Để nghiên cứu chế độ thủy văn, khí tượng vùng Bắc Băng Dương người ta sử dụng nhiều trạm khí tượng vô tuyến tự động hải đăng vô tuyến Nhằm tiếp tục hoàn thiện phương pháp dự báo thủy văn biển cần có chu trình quan trắc dài đại dương theo mạng lưới đủ dày điểm quan trắc Vì thực công việc khoảng không gian rộng nguyên nhân kỹ thuật, người ta buộc phải thực nghiên cứu phạm vi bãi thử nghiệm gọi poligôn: kết hợp hoạt động số tàu khảo sát với nhiều trạm phao có trang bị máy tự ghi để khảo sát nghiên cứu sâu sắc, toàn diện vùng dự định Thông tin từ trạm phao đại dương truyền vào bờ tới trung tâm nghiên cứu vô tuyến chuyển tiếp thông qua vệ tinh Theo định Uỷ ban Hải dương học Quốc tế (IOC) UNESCO Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) chương trình hợp tác khoa học quốc tế thành lập, Hệ thống trạm đại dương toàn cầu liên hợp (Global Ocean Observing System - GOOS), gồm 26 nước tham gia [12] Từ năm 1972 nước bắt đầu trao đổi thông tin trạng thái đại dương (dữ liệu phân bố thẳng đứng nhiệt độ nước nhận từ tàu nghiên cứu khoa học, tàu thời tiết Bắc Đại Tây Dương) Nhờ hệ thống liên lạc vô tuyến toàn cầu Tổ chức Khí tượng Thế giới tổ chức, nước nhận thông tin trạng thái đại dương Vào năm gần bắt đầu mở mang việc sử dụng hàng không để tiến hành quan trắc hải văn Sử dụng máy bay để quan trắc băng tạo khả chụp ảnh nhanh tranh trạng thái, phân bố băng biển Bắt đầu từ năm 1965 Liên Xô thực chụp ảnh từ máy bay trường nhiệt độ nước mặt biển nhiệt kế xạ Chụp ảnh máy bay trường nhiệt độ nước mặt biển có ý nghĩa quan trọng trực tiếp phục vụ quan đánh cá biển khơi Bằng ảnh máy bay thu trường dòng chảy biển vùng không gian rộng lớn, điều quan trọng thiết lập đầu vào mô hình dự báo Thông tin quan trọng nhận nhờ quan trắc từ vệ tinh Đã từ lâu nay, lập thông tin thủy văn biển người ta sử dụng rộng rãi liệu nhận từ vệ tinh khí tượng Dựa theo ảnh vệ tinh thu được, nhà khí tượng nghiên cứu biến đổi dòng không khí, phát tâm xoáy thuận, tìm front khí quyển, phân bố lượng dạng mây vùng không gian lớn Nhờ có vệ tinh dễ nhận miền hoạt động dông, miền giáng thủy nhiều yếu tố khác quan trọng nhà khí tượng Cũng dựa theo tài liệu rút dẫn liệu cho nhà hải dương học Thí dụ, dựa theo ảnh vệ tinh, mây không che khuất nhận rõ đường bờ biển hay đại dương, vị trí miền băng, biên giới băng với mật độ khác nhau, đường viền khoảng nước thoáng lớn, hình dạng kích thước cánh đồng băng, kênh nước thoáng cánh đồng băng trôi Với việc thành lập vệ tinh hải dương học chuyên dụng, rõ ràng trở thành thực khả nghiên cứu trạng thái băng biển mà tập hợp đầy đủ tượng xảy biển: dòng biển nóng, dòng biển lạnh, dao động mực nước, tượng triều, thành tạo phát triển sóng, thay đổi cân nhiệt trình sinh học, địa chất học khác Người ta dựa theo ảnh vệ tinh mà thiết lập mối liên hệ xoáy mây với vùng sóng bão Bắc Đại Tây Dương, biên giới, kích thước, đường di chuyển phát triển chúng Và liệu quý giá xây dựng dự báo thông báo bão cho tàu biển, lập đường bơi tối ưu cho tàu Nguồn thông tin từ vệ tinh chụp ảnh máy bay ngày nguồn liệu xuất phát cho mô hình dụ báo thời tiết, khí hậu hải văn 1.2 NỘI DUNG VÀ THỨ TỰ THU THẬP CÁC DỮ LIỆU VỀ TRẠNG THÁI BIỂN Để đảm bảo tính so sánh tính đồng tất quan trắc thủy văn biển, người ta phải thực chúng theo tài liệu dẫn Khi thực khối lượng định trước quan trắc chỉnh lý kết quan trắc, người quan trắc truyền chúng quan phục vụ dự báo biển dạng mã theo đường liên lạc khác Nội dung liệu thông tin trạng thái biển đại dương xác định bảng mã tồn dùng để truyền thông tin 1) Điện báo thông tin truyền từ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn ven bờ chứa liệu về: • Ký hiệu trạm, ngày thời hạn quan trắc; • Hướng tốc độ gió; • Tầm nhìn xa phía biển; 10 • Nhiệt độ nước không khí; • Trạng thái mực nước biển; • Sóng biển sóng vỗ bờ; • Trạng thái phủ băng (đối với biển có băng) 2) Điện báo từ trạm khí tượng thủy văn tàu chứa liệu về: • Tọa độ tàu, ngày thời hạn quan trắc; • Hướng tốc độ gió; • Tầm nhìn xa ngang; • Thời tiết vào hạn quan trắc hạn; • Áp suất khí nhiệt độ không khí; • Lượng mây; • Độ dịch chuyển tàu; • Nhiệt độ nước mặt biển; • Sóng gió sóng lừng; • Trạng thái phủ băng mặt biển (nếu có) 3) Điện từ tàu nghiên cứu khoa học thực quan trắc hải văn nước sâu có bổ sung thêm liệu sau: • Tọa độ thời gian quan trắc; • Độ sâu biển tầng quan trắc; • Nhiệt độ, độ muối dòng chảy tầng Càng ngày có nhiều phương pháp đưa vào hệ thống quan trắc, thu thập truyền tin khí tượng thủy văn Tại nhiều nước công tác quan trắc, xử lý giải thích thông tin khí tượng thủy văn trình độ tự động hoá cao Ngoài người ta phát triển phương pháp, phần mềm để cập nhật hoà trộn thông tin linh hoạt nhận với thông tin có sẵn, suy dẫn liệu hệ thống lưới chuyên dụng phần mềm mô hình tính toán chẩn đoán mô hình dự báo 1.3 ĐẢM BẢO DỮ LIỆU THỦY VĂN CHO CÁC NGÀNH KINH TẾ Việc đảm bảo khí tượng thủy văn cho ngành kinh tế nhằm mục đích thoả mãn yêu cầu trạng thái biển thời tiết sở sản xuất ngành hàng hải, đánh cá, xây dựng biển, nông nghiệp quốc phòng Các quan nghiên cứu ngành khí tượng thủy văn với sở sản xuất tiến hành lập trước kế hoạch phục vụ, rõ sở phục vụ cần thông tin khí tượng thủy văn thời hạn cụ thể Tập hợp công việc quan dự báo biển để thoả mãn kịp thời, 11 đầy đủ tài liệu thủy văn cho sở kinh tế gọi đảm bảo thủy văn Về phương diện này, tài liệu thủy văn biển chia làm hai loại: tài liệu phục vụ linh hoạt tài liệu chế độ Những tài liệu phục vụ linh hoạt nêu rõ trạng thái qua tới điều kiện thuỷ văn Những tài liệu chế độ trình bày đặc trưng yếu tố qua thời kỳ định, tính biến động chúng, tần suất độ bảo đảm Các tài liệu thuỷ văn phục vụ linh hoạt bao gồm: 1) Thông tin điều kiện thuỷ văn diễn ra; 2) Các dự báo yếu tố thuỷ văn tương lai với thời hạn khác nhau; 3) Báo trước xuất phát triển tượng đặc biệt nguy hiểm nguy hiểm; 4) Những dẫn cách đánh giá cách thức sử dụng tài liệu phục vụ linh hoạt hoạt động sản xuất quan phục vụ Những tài liệu sau thuộc tài liệu chế độ: 1) Các cẩm nang khoa học - kỹ thuật văn tiêu chuẩn; 2) Các niên lịch khí tượng thủy văn lịch tháng; 3) Các atlas đồ phân bố yếu tố thuỷ văn bản; 4) Các công báo thuỷ văn bảng biểu Phục vụ thuỷ văn tiến hành cách sau: a) Các báo cáo nhân viên phục vụ khí tượng thủy văn cho lãnh đạo quan phục vụ điều kiện thuỷ văn diễn tới; b) Cung cấp tài liệu thuỷ văn (các dự báo, thông báo trước bão biển); c) Sự tham gia chuyên viên phục vụ khí tượng thuỷ văn hội nghị; Các tài liệu thuỷ văn truyền theo rađio, đường liên lạc trực tiếp, điện thoại, điện tín; vô tuyến truyền hình, bưu điện hay chuyển trực tiếp Với phát triển kinh tế xã hội trưởng thành khoa học ngày phát sinh thêm nhu cầu thông tin hải văn hình thức cung cấp thông tin hải văn 1.4 CHỈ DẪN SỬ DỤNG CÁC TÀI LIỆU THUỶ VĂN Trong dẫn người công tác khí tượng thủy văn đề đạt với sở sản xuất cách thức sử dụng hữu ích điều kiện khí tượng thủy văn xảy việc đặt kế hoạch xúc tiến hoạt động sản xuất hay 12 bước ngăn đe làm giảm tác hại tượng thủy văn đến hoạt động ngành kinh tế Để xây dựng dẫn nhà dự báo cần phải: 1) có dự báo thủy văn tin cậy; 2) thông hiểu đặc điểm hoạt động sản xuất quan phục vụ; 3) biết đặc điểm mùa chế độ thủy văn lãnh thổ phục vụ dị thường xảy Yêu cầu dẫn ngắn gọn, rõ ràng, cụ thể dễ hiểu cho người dùng Những dẫn lập yêu cầu quan sản xuất phục vụ hay sáng kiến quan phục vụ khí tượng thủy văn 13 CHƯƠNG - DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC BIỂN 8.1 NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ NƯỚC Nhữn g biế n đ ổi ngắn hạn nhi ệt độ nước biển thường nguyên nhân : - Dòng nhiệt qua mặt biển Quá trình đóng vai trò chủ yếu, đặc biệt chênh lệch gi ữa nhiệt độ nước nhiệt độ không khí lớn Các phương pháp xác định hợp phần dòng nhiệt xét mục 4.2 chương - Vận chuyển nhiệt dòng chảy đóng góp phần đáng kể làm biến thiến nhiệt độ vùng biển vùng nằm miền hoạt động dòng hải lưu mạnh, nơi giao lưu dòng hải lưu nóng hải lưu lạnh, đới front thủ y văn với hiệu nhiệt độ khối nước lớn - Những tượng triều lên, triều xuống ảnh hưởng tới biến đổi nhiệt độ nước vùng xét thông qua việc vận chuyển nước với nhiệt độ khác vùng khơi vùng bờ, đoạn bờ - Các trình rối xáo trộn đối lưu có khả san nhiệt độ nước lớp gần m ặt đại dương Quá trình đặc biệt mạnh vào thời kỳ thu đông vùng bi ển thuộc vĩ độ trung bình vĩ độ cao Mùa hè, nước biển phân tầng mạnh theo phương thẳng đứng xuất lớp đột biến nhiệt độ xáo trộn đối lưu xuất vai trò san nhiệt độ lớp mặt tựa đồng chủ yếu tác động học gió sóng Ngoài nguyên nhân xáo trộn gió gây biến đổi vị trí lớp đột biến nhiệt độ, dòng chảy đóng vai trò lớn trường hợp như: vùng phân kỳ dòng chảy lớp đột biến nhiệt độ nước nằm gần mặt, vùng hội tụ dòng chảy độ sâu lớp đột biến nhiệt độ tăng lên Trong hệ dòng chảy xoáy nghịch, độ sâu đột biến nhiệt độ chìm sâu xuống, hệ xoáy thuận, lớp có xu hướng nâng lên p hía mặt biển Có quan trắc xác nhận có bão Thái Bình Dương độ sâu lớp đột biến nhiệt độ giảm, có lớp nâng lên đến tận mặt biển Thành phần thẳng đứng dòng chảy nhỏ có vai trò đáng kể biến đổi nhiệt độ nước, nước biển građien nhiệt độ theo chiều thẳng đứng lớn 81 8.2 DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC LỚP MẶT THEO GIÓ Trong trường hợp người ta giả thiết nguyên nhân làm biến đổi nhiệt độ nước tượng dâng rút nước gió Ở vùng bờ thẳng đứng vùng vĩ độ trung bình, mùa hè nhiệt độ nước mặt lên cao tới 20-25 ° C tầng sâu nước giữ nhiệt độ 8-9 ° C Trong gió rút, nước tầng sâu nâng lên thay nước mặt, làm biến đổi mạnh nhiệt độ nước mặt mà người ta quan trắc thấy Hình vẽ 8.1 hình dáng tổng quát mối phụ thuộc nhiệt độ nước vào tổng hình chiếu tốc độ gió lên hướng song song đường bờ vùng bờ thẳng đứng độ dốc đáy lớn tW°C 22 18 14 Hình 8.1 Phụ thuộc nhiệt độ nước vào thành phần gió song song bờ 10 ΣV, m/s 40 40 60 80 8.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC DỰA TRÊN TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT Sự biến đổi nhiệt độ nước biển gây thay đổi cân nhiệt Trong biển trình truyền nhiệt vào mùa lạ nh mùa nóng có khác nên người ta có cách giải dự báo nhiệt độ khác tuỳ theo mùa Mùa đông, nhiệt độ lớp đồng theo độ sâu, nhân tố đối lưu nhân tố Vào mùa hè, có građien nhiệt độ lớn theo c hiều thẳng đứng theo chiều ngang, cần phải kể đến tất nhân tố ảnh hưởng tới phân bố nhiệt độ Trong số nhân tố vận chuyển nhiệt (theo ch iều ngang) dòng chảy đón g vai trò lớn Sự thay đổi hoàn lưu khí dẫn đến t hiết lập lại trường dòng chảy, trường dòng chảy phía lại làm thay đổi phân bố nhiệt độ theo chiều thẳng đứng phương ngang Dĩ nhiên trình khí mạnh biến đổi nhiệt độ xảy nhanh Chiutnhev thiết lập mối liên hệ dự báo biến đổi nhiệt độ trung bình ngày Δt w tổng ngày lượng nhiệt đến lượng nhiệt qua mặt biển ΔQ dạng Δt w = kΔQ , k − hệ s ố tỷ lệ phụ thuộc vào độ sâu biển Đồ thị mối phụ thuộc có dạng hình 8.2 82 Δtw 2 -2 -4 -6 -1600 ΔQ -800 800 1600 Hình 8.2 Phụ thuộc biến đổi nhiệt độ nước vào cân nhiệt Như v ậy n ếu có số liệu quan trắc tính toán cân nhiệt thay đổi nhiệt độ n gư ời ta dựng đồ thị thực nghiệm dạng hình 8.2 dùng chúng để dự báo nhiệt độ n ước Một số điểm cần ý: Nếu đường thẳng qua gốc đồ thị ta tin điểm xét nhiệt độ biến đổi lượ ng nhi ệt đến lưoựng nhiệt qua mặt biển Nếu đồ thị không qua gốc chắn có nguyên nhân khác làm biến đổi nhiệt độ, chẳng hạn dòng c hảy, lưu lượng nước sông từ lục địa Các đường thẳng 1, 2, hình 8.2 ứng với trạm có độ sâu khác Thí dụ đường thẳng ứng với trạm có độ sâu lớn trạm với đường cong 8.4 PHƯƠNG PHÁP CỦA MILEIKO Mileiko G M xây dựng phương pháp tính trước trường nhiệt độ nước mặt vùng Bắc Đại Tây Dương Thái Bình Dương vào mùa lạnh dựa sở tính biến thiên cân nhiệt độ sâu xáo trộn đối lưu Dữ liệu xuất phát đồ trường nhiệt độ thực dựng theo số liệu quan trắc c ác tàu hoạt động đại dương trước thời điểm lập dự báo số liệu dự báo nhiệt độ không khí trung bình tháng Sơ đồ tính toán có dạng: t w,n −1 → H n −1 → ΔQn = Δt w,n → t w ,n −1 + Δt w ,n + Δt w, adv 0,1H n −1 Ở H − độ sâu xáo trộn đối lưu xác định theo nhiệt độ nước mặt đại dương (quan hệ lập sẵn từ trước số liệu quan trắc thủy văn nhiều năm theo phương pháp so sánh mật độ); ΔQ − lượng nhiệt qua mặt đại dương ước l ượ ng theo hiệu t w − t a Chia lượ ng nhi ệt qua mặt biển cho độ sâu lớp mặt tựa đồng người ta nh ậ n l ượng bi ến đổi nhiệt độ nước Δt w,n lớp C ộng nhiệt độ quan trắc thời điểm lập dự báo với lượng biến đổi nhiệt độ vừa nhận được, có tính tới lượng biến đổi nhiệt độ nước vận chuyển bình lưu ngang dòng chảy Δt w , adv cho nhiệt độ cần dụ báo Khi tính theo sơ đồ 83 đây, người ta thường dùng cách tính bước Muốn tính bước thứ nhất, ngườ i ta lấy nhiệt độ thực mặt biển, để tính bước sau - lấy nhiệt độ vừa tính từ bước trước Trường nhiệt độ thời điểm lập dự báo lấy theo đồ nhiệt độ mặt đại dương nhận từ liệu quan trắc tàu, ảnh vệ tinh ; để bổ khuyết số liệu vùng vắng quan trắc sử dụng ph ương pháp phân tích khách quan Các tính toán thực máy tính cho 300 điểm đại dương Dự báo dài hạn theo phương pháp có thời hạn báo trước 1,5 tháng Sau d ự báo đ ược điều chỉnh thêm tính toán với thời hạn chục ngày truyền dạng đồ 8.5 PHƯƠNG PHÁP CỦA SCRIPTUNOVA L I Scriptunova xác lập mối phụ thuộc dự báo nh iệt độ nước trường áp suất khí có kể tới dòng nhiệt qua mặt đại dương cho vùng tây bắc Đại Tây Dương vào mùa nóng năm Trường nhiệt độ nước khai triển thành chuỗi thành phần trực giao tự nhiên, trường áp suất khí thành chuỗi đa thức Se bưsev Mối phụ thuộc có dạng [ ] Bij (t w )τ =5 = f Qn ,  Aij ( P) n , Bij′ (t w ) , Bij (t w )τ =5 − hệ số dự báo chuỗi phân tích trường nhiệt độ nước, Qn − tổng dòng nhiệt qua mặt đại dương, Aij ( P) n − hệ số khai triển trường khí áp, Bij′ (t w ) − hệ số phân tích trường nhiệt độ vào ngày lập dự báo, τ − thời hạn dự báo, ngày Các phương trình dự báo tìm phương pháp phân tích tương quan Để xây dựng phương trình dự báo người ta sử dụng đồ phân bố nhiệt độ nước vùng Bắc Đại Tây Dương d o Trung tâm Khí tượng Thủy văn Liên Xô lập (hoặc đồ nhiệt độ nước Mỹ nhận qua faximile) Số liệu nhiệt độ nước lấy trung bình ngày Những số liệu khác dùng để dự báo lấy trung bình ngày Cân nhiệt tính theo công thức đơn giản Chiutnhev Như phải sử dụng đến nhiệt độ không khí dự báo Quy trình lập dự báo sau: 1) Trước lập dự báo cần tính hệ số khai triển trường nhiệt độ nước trường khí áp 2) T rên sở dự báo synop tính cân nhiệt mặt biển qua ngày Nếu dự báo synop cân nhiệt tính theo số liệu thực đo ngoại suy đến ngày t iếp 3) Thế số liệu nhận vào phương trình dự báo tính hệ số phân tích c trường nhiệt độ nước 4) Tính nhiệt độ nước theo công thức phân tích trường 5) Ghi trị số nhiệt độ lên đồ vẽ đường đẳng trị 6) Thực đánh giá độ tin cậy dự báo 84 Kết thử nghiệm phương pháp cho thấy độ đảm bảo sai số không vượt độ lệch bình phương trung bình nhiệt độ σ 82% Để tính phân bố nhiệt độ theo phương thẳng đứng sử dụng mô hình dạng sau: Tz = T + ΔT0 exp[ −b( z − 1) n ] + ΔTh exp[ − d ( H − z ) m ] , z − tọ a độ thẳng đứng tính từ mặt biển ( z = ), ΔT0 , ΔTH − độ lệch khỏi nhiệt độ trung bình lớp mặt biên lớp hoạt động, b, d , m, n − tham số thực nghiệm 85 CHƯƠNG - DỰ BÁO DÀI HẠN CÁC YẾU TỐ THỦY VĂN BIỂN 9.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN DÀI HẠN N hững dự báo thủy văn dài hạn có thời gian báo trước từ đến sáu tháng, dự báo siêu dài hạn - từ sáu tháng đến năm chí vài năm K hi lập dự báo, tuỳ thuộc vào thời gian báo trước dự báo người ta chọn yếu tố tiên lượng ảnh hưởng chúng mà đại lượng dự báo biến đổi Vi ệc xây dựng phương pháp dự báo ngắn hạn dài hạn có hình thức khác nguyên tắc Những biến đổi ngắn hạn yếu tố chế độ biển hoàn toàn quy định tác động yếu tố khí tượng, phản ứng yếu tố thủy văn tác động yếu tố khí tượng có tính chất đồng thời với khoảng trễ Vì dự báo thủy văn biển ngắn hạn hoàn toàn dựa dự báo khí tượng Với dự báo dài hạn siêu dài hạn vấn đề khác Ở trước h ết tính tới dao động chu kỳ dài yếu tố chế độ biển Biển hấp thụ tích tụ lượng mặt trời, giữ l ượng thời gian dài Nhờ xáo trộn thẳng đứng, lượng mặt trời truy ền xuống toàn lớp hoạt động biển, có dòng chảy ổn định lượng vận chuyển từ vùng biển sang vùng biển khác, từ biển sang biển khác Tuy nhiên, trình diễn lớp hoạt động biển, nhân tố bên quan trọng gây nên độ biến động nhiệt động học lớp hoạt động biển hoàn lưu khí Tác động hoàn lưu khác tuỳ thuộc vào trạng thái biển thân khí vào thời điểm lập dự báo Vì dự báo thủy văn dài hạn cần ý tới việc xác định điều kiện ban đầu tồn thời kỳ dài trước dự báo Trong mối phụ thuộc dự báo, ảnh hưởng hoàn lưu khí kể tới không khoảng thời gian trước dự báo mà thời gian dự báo Và điều đòi hỏi phải có dự báo khí tượng Những mối phụ thuộc dự báo xây dựng tuân theo nguyên tắc có độ đảm bảo cao, sử dụng chúng dự báo thực tế cần phải có dự báo thời tiết với độ xác thực cao Một hướng công trình nghiên cứu xây dựng phương pháp dự báo biển bỏ qua dự báo khí tượng, ý tới độ biến động yếu tố định khả biến đổi chúng tương lai [6,8] Cơ sở nghiên cứu 86 tính tới tính kế thừa, tính có quán tính đặc điểm khác phát triển c ác trình khí tượng thủy văn Tóm quy luật sử dụng dự báo biển dài hạn gồm: 1) Tính kế thừa phát triển trình khí tượng thủy văn 2) Quán tính trình 3) Phát giống phát triển trình (chọn loại suy) 9.2 TỔNG QUAN NHỮNG PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÀI HẠN NHIỆT ĐỘ VÀ CẤU TRÚC NHIỆT LỚP GẦN MẶT Ở ĐẠI DƯƠNG 9.2.1 Các phương pháp thuỷ động lực học Việc xây dựng phương pháp dự báo dài hạn nhiệt độ nước sở mô hình thủy nhiệt động lực liên quan tới nhiều khó khăn, đáng kể thiếu vắng dự báo khí tượng dài hạn tin cậy việc tính tới nhân tố bình lưu a) Một thử nghiệm đầu t iên theo hướng thuộc J Ađem [1] Mô hì nh dự báo ông mô tả cân nhiệt lớp mặt đại dương l ớp 10km khí quyển, tính tới lượng nhiệt đến từ khí quyể n, nhân tố bình lưu xáo trộn rối theo phương ngang Tuỳ thuộc vào đặc điểm v ùng dự b áo tác giả thử nghiệm cá c phương án riêng biệt như: tính tới xáo trộn theo ph ương ngang; tính tớ i dòng nhiệt đến từ khí quyển; tính tới vận chuy ển nhiệt theo phương ngang thẳng đứng b) Tại Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Liên bang Nga xây dựng triển khai nghiệp vụ phương pháp dự báo dài hạn nhiệt độ độ dày lớp tự đồng dựa theo mô hình tích phân củ a Kalatxki [10,11] mô tả cân nhiệt lớp mặt tự đồng h ∂T = Q0 + Qa − Qh , ∂t h − độ dày lớp tự đồng nhất, T − nhiệt độ, Q0 − cân nhiệt mặt đại dương, Qh − dòng nhiệt qua biên lớp tựa đồng nhất,  ∂T ∂T ∂T  dz − bình lưu nhiệt lớp tựa đồng +v +w Qa =   u ∂x ∂y ∂z  0 h Để khép kín hệ phương trình thường người ta sử dụng phương trình cân động rối dạng tích phân hay vi phân số giả thiết khác liên quan tới dòng nhiệt biên lớp tựa đồng Qh Mô hình mô tả sử dụng để l ập dự báo ngắn hạn dài hạn nhiệt độ mặt biển, độ dày lớp tựa đồng gần mặt Người ta dùng mô hình khôi phục lại đặc trưng nêm nhiệt mùa nhờ giả thiết 87 tính tự mô hình profil nhiệt độ nêm nhiệt mùa 9.2.2 Các phương pháp thống kê vật lý Các phương pháp thống kê vật lý dự báo dài h ạn nhiệt độ nước dựa việc tính tới tác động động lực nhiệt khí đại dương Nhiều công trình theo hư ớng [6,8] vào g iả thiết N A Belinsky nhiệt độ nước vùng chịu ảnh hưởng hoàn lưu khí miền rộng lớn trình mùa đông có tính áp đảo Với tư cách đặc trưng hoàn lưu khí Belinsky đề nghị sử dụng ch ỉ số phản ánh cường độ hoạt động xoáy thuận xoáy nghịch (mục 3.1 chương 3) Belinsky xây dựng phương pháp dự báo nhiệt độ nước vào mùa ấm cho nhiều vùng thuộc Bắc Đại Tây Dương Những yếu tố tiên lượng dùng số Belinsky mùa lạnh Bắc Đại Tây Dương nhi ệt độ không khí Nam Gr inlan Các công trình V F Sapkin M G Glagoleva sử dụng phương pháp khai triển trường thành chuỗi hàm trực giao tự nhiên Khi xét dị thường trung bình tháng yếu tố thủy văn, tác giả cho dị thường nhiệt độ nướ c hình thành tác động c trao đổi dị thường biển khí quyể n, đặc trưng dị thường nhiệt độ không khí bình l ưu nhiệt dòng chảy biển, yếu tố bị quy định gián tiếp dị thường áp suất khí Về sau người ta xét thêm độ mây liệu vệ tinh cung cấp để tính tới cách kỹ trao đổi nhiệt biển khí 9.3 PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY TỐI ƯU ÁP DỤNG VÀO DỰ BÁO DÀI HẠN CÁC QUÁ TRÌNH THỦY VĂN Phương pháp này, gọi phương pháp thống kê động lực, d ựa giả thiết tồn quy luật nội biến thiên thời gian trình khí tượng, thủy văn vĩ mô [4] Tư tưởng phương pháp Iu M Alekhin đề xướng nhằm đối tượng trình c ỡ lớn, tức trình lấy trung bình quy mô rộng theo khôn g gian (và) theo thời gian để đảm bảo hệ nhiều nguyên nhân, nguyên nhân có ảnh hưởng nhau, không trội hẳn so với Những nguyên nhân phần lại hệ hàng loạt trình khác, tức có sơ đồ hình nguyên nhân tác động tới yếu tố cần dự báo Biến động nhiều hướng vô số nguyên nhân thiết lập yếu tố dự báo chế độ dao động ổn định thời gian, đặc trưng tính liên hệ nội giá trị tiền sử, tương lai Tính liên hệ nội thể ổn định hàm tự tương qu an Một hàm tương quan yếu tố ổn định, ngoại suy yếu tố cách tin cậy Trong thự c tế chuỗi quan trắc đủ dài kiểm tra ổn định hàm tương quan cách tính hàm đoạn quan trắc so sánh với Vì vậy, với yếu tố khí tượng hải văn lấy trung bình theo tháng, mùa năm, đặc trưng trung bình vùng biển, mặt cắt 88 với hàm tương quan ổn định sử dụng phương pháp dự báo Xét theo nghĩa phương pháp dự báo nghiên cứu có tính vạn năng, nghĩa sử dụng để dự báo nhiều yếu tố tự nhiên quy mô lớn Giá trị dự báo qt (là giá trị quy chuẩn theo trị số trung bình đại lượng cần dự báo Q ) biểu diễn dạng quan hệ tuyến tính với giá trị biết thời điểm trước phương trình qt = Km,1qt−m + Km,2qt −m−1 + + Km,θ qt −m−θ +1 , (9.1) m − thời gian báo trước dự báo, gọi tắt thời hạn dự báo, m = 1, 2, ; θ − số lượng giá trị biết đại lượng q dùng phương trình dự báo Những hệ số ngoại suy tuyến tính K m ,1 , K m , , , K m ,θ ứng với giá trị xác định m , làm thành hàm hệ số ngoại suy tuyến tính K m , xác định thực nghiệm từ quan trắc thực tế Người ta thường sử dụng phương pháp bình phương nhỏ để xác định trị số hàm K m Theo phương pháp này, trị số K m,i , i = 1, 2, , θ , xác định cho tổng bình phương sai số ngoại suy theo công thức (9.1) so với quan trắc thực tế đạt cực tiểu, tức N −θ  (q t =1 − K m ,1qt −m − K m , qt − m −1 − − K m ,θ qt −m −θ +1 ) = , t (9.2) với N − tổng số quan trắc đại lượng Q Khảo sát điều kiện cực trị (9.2) dẫn tới hệ phư ơng trình chuẩn tắc sau để tí nh trị số hàm K m : K m,1 r0 + K m , r1 + + K m ,θ rθ −1 = rm , K m,1 r1 + K m, r0 + + K m ,θ rθ − = rm +1 , (9.3) K m,1 rθ −1 + K m , rθ − + + K m ,θ r0 = rm +θ −1 Thấy việc xác định trị số hàm hệ số ngoại suy tuyến tính K m quy việc giải hệ phương trình đại số ến tính gồm θ phương trình với θ ẩn số Vớ i m khác nhau, hệ phương trình khác số hạng tự vế phải Như bước tính toán để thực mô hình dự báo bao gồm: a) Thiết lập chuỗi thời gian giá trị quan trắc đại lượng q quy chuẩ n t heo trị số trung bình chuỗi N qi = Qi −  Qi , i = 1, 2, , N ; t =1 b) Tính giá trị hàm tự tương quan chuẩn hoá theo công thức 89 N −k q q i rk = i =1 N −k i+k N  (q )  (q ) i i =1 , k = 0, 1, , m + θ − ; j j =k c) Giải hệ phương trình chuẩn tắc (9.3) phương pháp quen thu ộc phương pháp tính phương pháp Gauxơ phương pháp lặp Seiđen Kinh nghiệm d ự báo trình tự nhiên quy mô lớn phương pháp ngoại suy tối ưu cho th ứng với số lượng θ số hạng vế phải (9.1) khác cho hiệu dự báo khác Người ta cho rằng, tuỳ thu ộc vào cấu trúc biến động dao động trình dự báo mà tồn giá t rị θ tối ưu làm cho dự báo trình đạt hiệu cao Tác giả phương pháp nhiều người áp dụng phương pháp nà y vào trình thuỷ văn hải dương học ý khảo sát nhằm xác định giá tr ị t ối ưu θ từ ng yếu tố dự báo cụ thể tìm giá trị tối ưu n ằm kh oả ng từ đế n 40 bước thời gian (tháng năm, tuỳ thuộc độ gián đoạn quan trắc hay quy mô lấy trung bình đại lượng) Phương pháp thống kê động lực dùng để dự báo giá trị trung bình tháng, trung bình mùa năm nhiệt độ nước Bắc Đại Tâ y D ương 9.4 NHỮNG GIẢ THIẾT CƠ BẢN LÀM CƠ SỞ CỦA DỰ BÁO SIÊU HẠN Những dự báo siêu dài hạn chủ yếu có tính chất định tính Thực tế tồn dao động độ đóng băng biển, nhiệt độ nước mặt cắt chuẩn, mực nước yếu tố khác hướng nhà nghiên cứu tới việc tìm nhữ ng nguy ên nhân chúng thử nghiệm xây dựng phương pháp dự báo với thời gian báo trước lớn Các công trình Vize nguyên nhân chủ yếu biến động độ dày thảm băng biển thuộc Bắc Băng Dương dao động cường độ hoàn lưu chung khí Suleikin xây dựng sơ đồ hệ tự dao động thủy vực B ắ c Băng Dương Bắc Đại Tây Dương Ông cho giả sử nguyên nhân nhiệt độ nước dòng hải lưu Bắc Đại Tây Dương tăng lên Do vận chuyển nhiệt mạnh nước Đại Tây Dư ơng lên thủy vực Bắc Băng Dương làm cho băng tan nhi ều Về phía mình, tăng cường tan băng có ảnh hưởng hai mặt tới chế độ nhiệt nước: mặt, giảm độ dày diện tích thảm băng làm tăng cường trao đổi nhiệt với không khí bên nước bị lạnh mạnh hơn; m ặt khác, tăng cường tan băng làm tăng lượng nước băng trôi theo dòng hải lưu lạnh Labrađo Đông Grinlan Đại Tây Dương Chính v ậy phá vỡ trạng thái nhiệt nước vùng Niu-Phơnlen, nơi xảy trộn lẫn dòng hải lưu nóng hải lưu lạnh, có nghĩa nhiệt độ nước tia hải lưu Bắc Đại Tây Dương phải giảm xuống Sự giảm nhiệt độ dòng hải lưu nóng đoạn kéo dài (gồm dòng hải lưu Tây Spitxbergen Norđcap) thiết 90 dẫn tới làm giảm tan băng Bắc Băng Dương Điều có nghĩa nhiều lượn g nước lạnh giữ lại thảm băng, giảm số lượng núi băng trôi băng trôi chuyển xuống phía Đại Tây Dương Tất trình dẫn tới tăng nhiệt độ nước, đầu dòng hải lưu Labrađo sau vùng NiuPhơnlen cuối tia củ a dòng hải lưu nóng Sau toàn chu trình biến đổi nhiệt độ bắt đầu lặp lại Người ta theo dõi thấy chu kỳ dao động 3,5 năm Giả thiết Suleikin trình tự dao động sở để xây dựng phương pháp dự báo siêu dài hạn tượng nhiệt hệ thống Bắc Băng Dương Bắc Đại Tây Dương (hình 9.1) A I Đuvanhin xét mối liên hệ phân bố dị thường nhiệt độ nước dao động cường độ vận chuyển khí địa phận Bắc Đại Tây Dương Thấy rằng, ứng với trường hợp tăng cường vận chuyển từ hướng tây khí người ta quan sát thấy dị thường dương nhiệt độ nước vùng dòng hải lưu nóng dị thường âm vùng dòng hải lưu lạnh Sự phân bố ngược lại dấu dị thường nhiệt độ nước đặc trưng cho trường hợp giảm cường độ vận chuyển từ hướng tây khí tuyển Trên sở đặc điểm H ình Hệ tự g iao động Bắc Băng Dư ơng v Bắ c Đ i T ây Dư ơng người ta kết luận hoàn lưu khép kín Bắc Đại Tây Dương vận chuyển nhiệt có chất sóng Kh i thực phân tích phổ số liệu quan trắc d ao động mực nước nhiệt độ vùng đại dương khác Đuvanhin xá c định chu kỳ 2,5 năm J Bierknes nêu lên nguyên nhân xuất dị thường cỡ lớn đại dương thông qua thí dụ hoàn lư u nước dị thường vùng đông phần xích đạo Thái Bình Dương gọi tượng El-Nino Khi gió m ậu dịch đông nam suy yếu, xuất gia tăng dị thường lượng nước xích đạo ấm nhánh phía nam hải lưu nghịch nội tín phong đưa x a xuống đến khoảng 15°S dọc bờ Nam Mỹ, đoạn dòng hải lưu gọi d òng El-Nino Sự xâm nhập mạnh mẽ nước ấm làm thay đổi đột ngột cá c điều kiện hải dương khí tượng vùng gần bờ Pêru Chilê, dẫn tới nh ững tượng huỷ diệt nhiều giống cá ưa lạnh, gây mưa bão khốc liệt tron g vùng Bierknes nhận thấy th ế kỷ 20 dòng hải lưu El-Nino phát triển hoàn toàn ba lần vào thời kỳ mùa hè n ăm 1925-1926, 1940-1941, 1957-1958 Ản h 91 hưởng dòng hải lưu El-Nino tác độ ng lên hoàn lưu khí khô ng phần Bắc Thái Bình Dương mà Bắc Đại Tây Dương Thí dụ, phát triển mạnh mẽ dòng hải lưu vào nh ững năm 1957-1958 (mùa đông) gây giảm mạnh gió tây Đại Tây Dương dịch chuyển tâm áp thấp Aixơlen từ đảo Aixơlen tới phía Bắc Nauy Như dị thường lớn nước biển gây trình khí vùng xích đạo đại dương giới ảnh h ưởng ngược lại dị thường đại d ương lên hoàn lưu khí phải sở để nghiên cứu độ biến động dự báo yếu tố khí tượng thủy văn vùng không gian lớn (xem [13]) Trong nhiều năm gần số nhà khoa học ý tới việc nghiên cứu chu trình hai năm yếu tố khí tượng thủy văn nhằm mục đích xây dựng phương pháp dự báo với thời gian báo trước lớn Lần biến nhịp hai năm tượng khí tượng nhận thấy công trình Cleiton Voencop Sau công trình Meinarđux Lexgaft xét chu trình hai năm biến trình nhiệt độ nước đại dương Lexgaft nhận xét građien kinh hướng lớn nhiệt độ nước gây gia tăng hoàn l ưu đới, trao đổi rối vĩ độ nên hiệu nhiệt độ giảm xuống hoàn lưu yếu Sự tăng nhiệt độ nước hệ thống dòng hải lưu Gơnxtrim gây phát triển đặc biệt mạnh dòng không khí từ hướng tây nam khí dẫn tới suy yếu dòng hải lưu, đó, tới giảm nhiệt độ nước hệ thống dòng hải lưu Gơnxtrim Sự giảm nhiệt độ nước Bắc Băng Dương, liên quan với phát triển yếu Gơnxtrim, chắn làm tăng s ự khác biệt nhiệt độ vùng cực vùng xích đạo Điều phần làm tăng độ sâu áp thấp cực thống trị lớp khí quyển, đó, kéo theo tăng áp suất nhiệt đới Áp suất tăng cao vùng nhiệt đới cần kéo theo gia tăng dòng không khí tây nam cường hoá Gơnxtrim Như hình thành hệ kín Lexgaft nhận xét có í nhiều sai khác với chu kỳ hai năm, nói chung có biểu chu kỳ hai năm Ngoài chu kỳ hai năm, biến thiên nhiều năm độ đóng băng, nhiệt độ mực nước biển, người ta tìm thấy chu kỳ dài Thí dụ, Meinarđux xác định trung bình cách 4-5 năm lượng băng thời gian kéo dài mùa băng vùng Aixơlen lại đạt cực đại Khi phân tích dao động độ băng biển Carxơ, Laptev, Đông Xibiri Trucốt, Vize phát tính dạng sóng lan truyền đỉnh độ đóng băng với khoảng trễ pha biển liên tiếp 2-3 năm Để giải thích tượng Vize đưa giả thiết sau: lặp lại đỉnh dao động độ đóng băng hậu di chuyển xoay tròn sóng áp suất quanh cực Ở vùng áp suất cao Bắc Băng Dương són g áp suất di chuyển qua với chu kỳ 18 năm, tương tự chu kỳ sóng thủy triều thiên văn đại dương Sóng áp suất di chuyển từ tây sang đông Kết tăng cường di chuyển bốn nhánh cao áp cực Grinlen, Taimư, Đông Xibiri Canađa Như chu kỳ toàn phần sóng quanh cực dẫn tới lặp lại bốn lần nhánh cường hoá xoáy nghịch cực 92 vùng, dẫn tới chu kỳ lặp lại tình điều kiện áp suất trung bình 4-5 năm Giả thiết ảnh hưởng nhân tố vũ trụ - địa vật lý tới trình khí tượng thủy văn đề xướng công trình nhà khoa học I V M aximov N P Xmirnov Phân tích điều hoà cho phép xác định nhiều chuỗi quan trắc nhiệt độ nước tồn chu trình 6−7, 11 18−19 năm Người ta giải thích chu kỳ 6−7 năm gây dao động trục quay trái đất, chu kỳ 11 năm liên quan tới hoạt độ mặt trời, chu kỳ 18−19 năm liên quan tới thủy triều mặt trăng - mặt trời chu kỳ dài Trên sở phát xây dựng phương pháp thành phần - điều hoà để dự báo nhiệt độ nước I V Maximop tính dao động độ đóng băng biển Bắc Băng Dương, nhiệt độ nước mực nước gây tác động nhân tố bên nguồn gốc vũ trụ địa vật lý triều cực, hoạt độ mặt trời, triều độ nghiêng mặt trăng chu kỳ dài biến thiên tốc độ quay trái đất Trên hình 9.2 biểu thị dao động độ đóng băng Bắc Đại Tây Dương Maximov tính (lấy theo [12]) Sự chồng lên đỉnh tạo nên thời kỳ giảm mạnh độ đóng băng vào năm 1900-1940 Độ băng cực tiểu tính toán đạt vào năm 1930-1950 Những số liệu quan trắc nhiệt chế độ băng ghi n hận thời kỳ ấm dần Bắc Cực 40 2000 1960 1920 1880 1840 1800 -80 1760 -40 80 40 -40 Hình 9.2 Những dao động nhiều năm độ đóng băng do: 1) chu kỳ hoạt độ mặt trời (80 năm); 2) biến thiên tốc độ quay trái đất với chu kỳ 240 năm; 3) dao động tổng cộng độ đóng băng Như vậy, để lập dự báo dài hạn v siêu dài hạn cần phải nghiên cứu biến thiê n yếu tố chế độ biển tìm nguyên nhân gây nên biến động Ở cần nhấn mạnh quan điểm tính tới toàn tập hợp nhân tố tác động thay đổi vai trò chúng thời gian 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO       94  The Text−book “Marine hydrological prognoses” is intended for supplying students −oceanographers with the basic knowledges on the concepts and principles of the formation of prognoses for different parameters of hydrological regime of the seas and oceans The introduction and chapter point out the main duties and the importance of the hydrological information services to the economical activities, outline the data sources from which oceanographer can collect when forming information service materials and making prognoses Here described also the content and features of each type of data sources in the sense of making use of data for the formation of forecasting methods Chapter presents the physical principles and common methods of creation of forecasting models The procedure of regression analysis as leading tool in obtaining prognosis equations is delt with in detail The last part of the chapter describs the ways to estimate the quality of prognosis methods As a large number of prognosis schemes for marine hydrological paraneters is based on the atmosphere−ocean interaction, chapters to describe the methods of taking into account the atmospheric circulation, the feature of the air pressure fields, the wind fields and the components of heat balances Chapters to are delivered to review of concrete methods widely used for forecasting dynamical parameters and the water temperature Some examples of long−term prognoses and the hypotheses and findings by famous scientists on the oscillation changes of atmosphere−ocean system as the basis of superlong−term forecasting are presented in chapter This text−book was prepared based on the text−book of the same name by K I Kydriavaia, E I Seriakov and L I Scriptunova (1974) and the handbook “Guide to the marine hydrological prognoses” (1994) by Hydrometeorological research institute of Russian Federation 95 [...]... CƠ SỞ XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN 2.1 NHỮNG CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN Dự báo thủy văn biển là tính trước một hiện tượng thủy văn nào đó dựa trên sự hiểu biết các quy luật phát triển của hiện tượng đó trong những điều kiện cụ thể của biển Cơ sở chung của những dự báo thủy văn biển là phương pháp phân tích vật lý về các quá trình quyết định chế độ biển mà mục... hiện tượng thủy văn đặc trưng cho các quá trình động lực trong biển và các dự báo những quá trình thủy văn đặc trưng cho các quá trình nhiệt trong biển Các dự báo sóng, dòng chảy, dao động dâng rút mực nước thuộc nhóm thứ nhất Nhóm thứ hai bao gồm các dự báo nhiệt độ nước biển và các hiện tượng băng Theo thời hạn, các dự báo biển được phân chia thành các dự báo ngắn hạn, dự báo dài hạn và dự báo siêu... hành dự báo thủy văn biển, để đánh giá hiệu quả của một phương pháp dự báo mới được xây dựng, người ta hay so sánh chất lượng của dự báo phương pháp với dự báo khí hậu hoặc với một phương pháp dự báo nào đó đã sử dụng trước đó Người ta gọi là dự báo khí hậu một kiểu dự báo trong đó người dự báo gán giá trị trung bình nhiều năm của hiện tượng dự báo làm giá trị của hiện tượng đó vào lúc muốn dự báo Nếu... vật lý trong nước biển Vì vậy, trong nhiệm vụ của nghiên cứu dự báo cũng bao gồm cả việc định ra những chương trình đúng đắn để tiến hành những quan trắc cần thiết Những quan trắc thủy văn khí tượng biển cần phải đáp ứng các yêu cầu hiện đại của khoa học và kỹ thuật 2.2 PHÂN LOẠI CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN Chưa có một hệ thống phân loại riêng cho các dự báo thủy văn biển Dự báo thủy văn biển còn là lĩnh... người làm dự báo những nhiệm vụ ngày một mới Điều đó đòi hỏi những tìm tòi liên tục để hoàn thiện các phương pháp dự báo, thay đổi cả nội dung và các hình thức đưa ra dự báo Các dự báo biển được phân biệt theo nội dung, thời hạn dự báo, đối tượng địa lý, phương pháp lập dự báo, đặc điểm lập dự báo và hình thức đưa ra dự báo Theo nội dung tất cả các dự báo được chia thành hai nhóm: các dự báo những... khí tượng và thủy văn trong biển duy trì sự ổn định cao Dự báo quán tính đối với thời kỳ này sẽ tin cậy hơn Dự báo theo quán tính cũng còn được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá các dự báo thủy văn bằng các phương pháp khác 2.3.4 Dự báo dựa trên sự phân loại Phương pháp phân loại là một phương pháp dự báo dựa trên tính chất ổn định 18 và tính kế tục trong sự phát triển của các quá trình thủy văn và khí... dài hạn Thời hạn của dự báo là khoảng thời gian kể từ ngày giờ đưa ra dự báo đến ngày giờ hiện tượng xảy ra Thông thường, các dự báo ngắn hạn được xây dựng cho thời hạn từ vài giờ đến 15 ngày, dự báo dài hạn − từ 15 ngày đến bốn tháng, dự báo siêu dài hạn − bốn tháng và lâu hơn Đối với một số các hiện tượng thủy văn chỉ xây dựng các dự báo ngắn hạn, thí dụ các dự báo sóng, dự báo dao động dâng rút... Theo đặc điểm lập dự báo thì các dự báo phân thành dự báo theo kế hoạch và dự báo đặc biệt Những hình thức đưa ra dự báo rất khác nhau Các dự báo có thể được trình bày thành văn bản, bằng các biểu bảng, bản đồ hoặc đồ thị 2.3 NHỮNG PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN XÂY DỰNG CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN 2.3.1 Phương pháp trung bình khí hậu Đây là một phương pháp dự báo khá đơn giản, nhưng cũng rất thô sơ Trung bình khí... của phương pháp dự báo và đánh giá các dự báo phục vụ Để dễ so sánh các phương pháp dự báo khác nhau người ta tính hiệu quả của phương pháp căn cứ vào một sai số cho phép thống nhất Trong khi dự báo thử cho chuỗi quan trắc cũng như dự báo phục vụ, dự báo được coi là đúng nếu sai số của dự báo bằng hoặc nhỏ hơn sai số cho phép Những dự báo có sai số lớn hơn sai số cho phép coi như dự báo sai Như vậy... của phương pháp dự báo Độ đảm bảo của phương pháp là tỷ số bằng phần trăm giữa số dự báo đúng và tổng số các dự báo Hiệu quả của phương pháp là hiệu giữa độ đảm bảo của phương pháp và độ đảm bảo tự nhiên 34 CHƯƠNG 3 - TÍNH TỚI HOÀN LƯU KHÍ QUYỂN TRONG DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN Các dự báo thủy văn biển dựa trên những phương pháp khoa học, trên những giả thiết vật lý, những định luật của vật lý biển và khí quyển ... tượng thủy văn 13 CHƯƠNG - CƠ SỞ XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN 2.1 NHỮNG CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA CÁC DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN Dự báo thủy văn biển tính trước tượng thủy văn dựa... lập dự báo, đặc điểm lập dự báo hình thức đưa dự báo Theo nội dung tất dự báo chia thành hai nhóm: dự báo tượng thủy văn đặc trưng cho trình động lực biển dự báo trình thủy văn đặc trưng cho trình. .. khác trình độ phương pháp nghiên cứu dự báo biển ngày hoàn thiện Hai mặt quan hệ hữu với thúc đẩy phát triển CÁC KHÁI NIỆM THÔNG TIN THỦY VĂN BIỂN VÀ DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN Các thông tin thủy văn biển