Phổ mực nước ở ven bờ tây biển đông

Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Bởi: PGS TS NGƯT Phạm Văn Huấn Đặt vấn đề nghiên cứu phổ mực nước Phổ đặc trưng mang thông tin đầy đủ trình dao động tượng nghiên cứu Dao động mực nước biển có tính chất phức tạp bị ảnh hưởng nhiều nguyên nhân tác động đặc điểm phản ứng biển nguyên nhân khác phụ thuộc vào hình dạng phân bố độ sâu riêng có thủy vực Vì biến động mực nước biển đại dương kết tác động nhiều trình động lực biển khí quyển, kể trình vĩ mô, nên phổ mực nước chứa thông tin trình Nhiều người ta nghiên cứu trình thông qua nghiên cứu phổ mực nước Nghiên cứu phổ dao động mực nước giúp hiểu cấu trúc bên dao động, xác định nguyên nhân gây biến động mực nước nghiên cứu phương pháp dự báo Hàng loạt viết gần sách báo hải dương học giới [20-23, 28, 37, 27] giành ý cho vấn đề biến động thời gian mực nước biển dao động nhiều năm, dao động mùa đặc biệt dao động xi nốp Trong nghiên cứu, phương pháp phổ sử dụng rộng rãi [27] Phân tích phổ chuỗi dao động mực nước trạm ven bờ cửa sông có ý nghĩa thực tiễn để phát thêm dao động với chu kỳ triều, chu kỳ dao động ảnh hưởng nước nông mà phương pháp phân tích điều hòa nhiều không xác định Điều quan trọng công tác dự báo mực nước biển, vùng biển nước ta với đặc điểm thủy triều toàn nhật chiếm ưu thế, sóng bội nước nông sóng toàn nhật có khả phát triển mạnh chương nhận xét 1/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Chính lý mà hình thành xu hướng động lực học phổ nhằm nghiên cứu thiết lập mối quan hệ đặc trưng phổ mực nước lực tác động (xem [27, 65, 67]) Những kết tính phổ mực nước biển Đông phần mở đầu nêu bắt đầu Trong [17, 42-43] thông báo kết phân tích phổ chuỗi mực nước độ gián đoạn vóiw độ dài tháng hai tháng cho thấy dao động mực nước biển trạm ven biển, cửa sông sông tồn nhóm tần số ứng với sóng triều sóng nước nông Việc tính phổ liên hệ yếu tố khí tượng gây nhiễu động mực nước phổ liên hệ mực nước trạm khác biển cho phép tác giả [42] rút kết luận quan trọng nguyên nhân chủ yếu gây nhiễu động mực nước vùng biển Đông Nhằm có thêm thông tin rộng rãi cấu trúc dao động mực nước biển phân tích biến đổi vùng khác dọc theo bờ biển nước ta, sử dụng sáu chuỗi số liệu thực đo mực nước với độ dài năm trạm Hòn Dấu, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Vũng Tàu Rạch Giá để tính phổ dao động mực nước biển Ngoài ra, mục đích tính phổ chương có ý nghĩa dùng để so sánh với kết khảo sát dao động tự biển Đông nhận chương Lọc chuỗi quan trắc mực nước để tính phổ Trong hải dương học tồn nhiều dẫn phương pháp phân tích phổ chuỗi thời gian [34, 54, 22, 35] Trong tài liệu tiếng Việt viết Nguyễn Thuyết [17] dã trình bày kỹ sở toán học phương pháp phổ Tuy nhiên có nhận xét phương pháp lọc chuỗi số liệu quan trắc dựa hàm làm trơn xuất phát từ lý thuyết lọc nhiễu kỹ thuật vô tuyến, người ta biết rõ cấu trúc tín hiệu có ích Trong phân tích chuỗi thời gian trình tự nhiên biển nhiệm vụ nghiên cứu phát đỉnh phổ chưa biết đặc trưng cho dao động mà người ta quan tâm Kinh nghiệm [42] áp dụng hàm làm trơn Hanning [57] để tính phổ chuỗi giá trị mực nước trung bình cho kết tốt giúp phát chu kỳ năm nửa năm dao động Đối với chuỗi mực nước độ gián đoạn vùng biển với thủy triều mạnh biển nước ta đặt nhiệm vụ phân tích phát chu kỳ dải rộng việc sử dụng hàm làm trơn kiểu Hanning, hay kiểu hàm 2/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông làm trơn khác, mà liệt kê mục chương gặp khó khăn đáng kể chỗ khó xác định điểm cắt hàm tương quan Hàm tương quan yếu tố khí tượng thủy văn nhiều hoàn toàn không tiến dần tới không giá trị lớn bước dịch thời gian tính mà luôn dao động với biên độ đáng kể xung quanh trục hoành (xem hình 3.2-3.7) Vì vậy, nguyên tắc cách phân tích chuỗi mực nước phải loại trừ dao động triều biết rõ chu kỳ theo lý thuyết phân tích điều hòa Người ta lấy chuỗi quan trắc mực nước thực đo trừ chuỗi mực nước thủy triều dự tính (kiểu lọc Doodson) Như người ta thực biến đổi chuỗi quan trắc xuất phát, đương nhiên ước lượng phổ thu có biến dạng, tần số chưa biết trước khó đoan có thực tồn hay không Chúng thử nghiệm phương pháp cách loại trừ hẳn 30 sóng triều chưa cho kết tốt Trong phân tích phổ dao động mực nước vùng biển nước ta, nhận thấy thành phần dao động chu kỳ nhật triều có lượng lớn Nếu để thành phần lại chuỗi xuất phát để phân tích phổ, đỉnh phổ cao hiệu ứng “thấm” làm lệch làm lu mờ đỉnh phổ ứng với tần số khác (hình 3.1) 3/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Những hàm phổ mực nước tính theo chuỗi đo chưa loại bỏ nhật triều Hòn Dấu theo số liệu năm 1975 (a), năm 1987 (b), Đà Nẵng (c), Quy Nhơn (d), Vũng Tàu (e) Rạch Giá (f) Vì thử nghiệm cách loại riêng thành phần phân tích điều hòa chuỗi xuất phát theo công thức (1.6)-(1.8) chương cho chu kỳ nhật triều 24,82 chuỗi năm Cách loại triều đơn giản nhiều, không cần dự tính mực nước Ngoài ra, có ưu điểm chuỗi xuất phát dao động triều bán nhật làm để kiểm tra xem đỉnh phổ có bị xê dịch không 4/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Căn vào kết tính phổ mục sau, thấy cách lọc hiệu phát dao động nước nông phong phú chuỗi mực nước Để nhận chuỗi dừng tính phổ loại dao động năm nửa năm, đồng thời thử nghiệm với bước dịch thời gian cực đại hàm tương quan khác Với chuỗi mực nước độ gián đoạn độ dài năm, tức gồm 8760 độ cao mực nước, thử nghiệm với bước dịch cực đại hàm tương quan từ 500 đến 2000 So sánh đường cong phổ nhận cho thấy chấp nhận bước dịch thời gian khoảng 1000 đến 1500 giờ, tức khoảng 1/8 độ dài chuỗi quan trắc cho kết tốt Kết tính phổ nhận xét Những đồ thị phổ trình bày hình (3.2)-(3.7) Như nêu trên, việc loại bớt phần dao động thủy triều làm tung độ đỉnh phổ với phương sai nhỏ thực tồn dao động mực nước Trên đường cong phổ đỉnh bán nhật triều bóng dáng nhật triều làm cho có để tin cậy đỉnh phổ nước nông nằm vị trí chúng Những đỉnh phổ dải chu kỳ xi nốp, cỡ vài ngày xuất mức độ mờ nhạt Để xác định xác chu kỳ dao động loại có lẽ cần phải sử dụng chuỗi mực nước có độ dài lớn chuỗi mực nước trung bình ngày nhiều năm để phân tích Tuy nhiên, công trình [42] khẳng định tồn chu kỳ liên quan tới lặp lại nhiễu động gió mùa mùa đông phần gió mùa mùa hạ Nhờ đường cong phổ xác định chu kỳ đóng góp vào dao động mực nước trạm sau (không kể chu kỳ toàn nhật bán nhật) (bảng 3.1 3.2): Những trạm sâu vùng nước nông Hòn Dấu, Vũng Tàu, Rạch Giá, phần phương sai phân bố cho đỉnh phổ với chu kỳ nước nông lớn, thể chỗ đỉnh phổ ứng với chu kỳ nhô cao rõ nét Những chu kỳ nước nông phong phú ổn định trạm khác Những trạm dọc bờ miền trung nước ta Đà Nẵng, Quy Nhơn nơi trực tiếp kế cận với vùng khơi biển thường sóng nước nông phát triển, ngược lại phần phương sai phân bố cho đỉnh phổ ứng với chu kỳ cỡ vài ngày có xu lớn hơn, điều có nghĩa nơi dao động mực nước chịu ảnh hưởng từ phía trình xi nốp khí biển khơi nhiều Trong [42] khẳng định điều phân tích dao động mùa mực nước biển Đông 5/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Thực tế phân tích điều hòa xác nhận trạm nước nông, biên độ sóng nước nông bội hai, bội ba, bội bốn sóng thủy triều có biên độ lớn hẳn so với trạm giáp biển khơi Thí dụ, trạm Hòn Dấu, Vũng Tàu, Rạch Giá số điều hòa biên độ sóng này, sóng bội ba sóng toàn nhật đạt từ đến cm trạm khơi Đà Nẵng, Quy Nhơn chúng thường nhỏ một, chí xấp xỉ không (xem phụ lục) Điều cần lưu ý tính toán mực nước cực trị trạm tương ứng Bảng 3.1 Những chu kỳ nhóm nước nông Trạm Chu kỳ (giờ) Hòn Dấu 8,4 6,2 5,1 4,2 3,6 Đà Nẵng 8,2 6,2 5,1 Quy Nhơn 8,1 6,3 Vũng Tàu 8,4 6,1 Rạch Giá 6,2 5,1 4,1 3,5 8,2 3,6 3,1 Một số chu kỳ cỡ nhiều nhiều ngày Trạm Chu kỳ Hòn Dấu 19,2 2,6 – 3,2 – – – 13 – 26 ngày Đà Nẵng 3,7 – 6,6 – 14,3 ngày Quy Nhơn 3,3 – 6,6 – 13 ngày Vũng Tàu 2,3 – 3,2 – 3,8 – 5,3 – 6,6 – 28,3 ngày Rạch Giá 19,3 3,2 – 3,8 – – 6,8 – 14,3 – 26 ngày Chúng dẫn kết phân tích phổ [44] để so sánh có khái niệm hệ thống đặc trưng phổ vùng biển nghiên cứu Ở tác giả nghiên cứu kỹ phổ dao động mực nước áp suất khí trạm Hòn Dấu Hệ số liên hệ hai yếu tố khí tượng hải văn trạm thủy triều Hòn Dấu đài khí tượng Phủ Liễn đạt tương đối cao, từ 0,6 đến gần đơn vị Với chuỗi giá trị trung bình tháng tác giả nhận chu kỳ chu kỳ dao động năm mùa, tức 12 tháng Với chuỗi mực nước trung bình ngày phân tích phổ cho đỉnh phổ với chu kỳ 12, 3,6 tháng Khi sử dụng chuỗi mực nước trung bình ngày khoảng thời gian dài năm chuỗi mực nước dài năm, tác giả phát chu kỳ xấp xỉ chu kỳ nhận trạm Hòn Dấu Như vậy, chu kỳ nhận loạt trạm ven 6/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông bờ biển nước ta có giá trị tham khảo giúp có khái niệm hệ thống cấu trúc phổ dao động mực nước vùng biển Điều đáng ý phổ mực nước tính được, không kể chu ngày nửa ngày, có mặt dao động với chu kỳ trùng với chu kỳ dao động tự tính chương Thí dụ, Hòn Dấu có mặt chu kỳ 19,2 25 chu kỳ nhóm nước nông Tại Vũng Tàu có mặt chu kỳ 56 (2,3 ngày) chu kỳ nước nông Tại Rạch Giá: 56, 19,5, 10,6, 9,8 8,2 Điều nói nên biển Đông dao động thủy triều cộng hưởng để hình thành đặc điểm triều độc đáo phân tích chương 2, số đông đảo dao động với chu kỳ khác, đặc biệt nhóm chu kỳ trung gian chu kỳ dài vài ngày, có chất cộng hưởng Ở chương 2, phân tích dao động tự với chu kỳ trung gian nhận thấy chúng dao động có quy mô lớn, tạo thành biên độ lớn đỉnh vịnh biển, đó, trường yếu tố khí tượng nhiễu động gió lớn xảy với tần số này, khả mực nước biến động mạnh, phương pháp dự tính mực nước hoàn toàn chưa tính tới phần đóng góp Trong tương lai cần tiến hành phân tích phổ chuỗi mực nước quan trắc thời kỳ khác nhau, ứng với hoàn cảnh thời tiết khác nhau, để khảo sát tính ổn định đặc trưng phổ dải chu kỳ xi nốp 7/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Các hàm tương quan phổ mực nước Hòn Dấu (theo số liệu năm 1975) 8/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Các hàm tương quan phổ mực nước Hòn Dấu (theo số liệu năm 1987) Phân biệt đỉnh phổ 3,6-4,2-5,1-6,2-8,4-19,2 2,6-3,2-4,0-5,0-13-26 ngày Các hàm tương quan phổ mực nước Đà Nẵng (theo số liệu năm 1987) Phân biệt đỉnh phổ 5,1-6,2-8,2 3,7-6,6-14,3 ngày 9/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Các hàm tương quan phổ mực nước Quy Nhơn (theo số liệu năm 1987) Phân biệt đỉnh phổ 6,3-8,1 3,3-6,6-13 ngày 10/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Các hàm tương quan phổ mực nước Vũng Tàu (theo số liệu năm 1987) Phân biệt đỉnh phổ 3,1-3,6-4,0-5,0-6,1-8,4 2,3-3,2-3,8-5-6,8-14,3-26 ngày Các hàm tương quan phổ mực nước Rạch Giá (theo số liệu năm 1987) Phân biệt đỉnh phổ 3,5-4,1-5,1-6,2-8,2-19,3 3,2-3,8-5,0-6,8-14,3-26 ngày 11/11 [...].. .Phổ mực nước ở ven bờ Tây Biển Đông Các hàm tương quan và phổ mực nước tại Vũng Tàu (theo số liệu năm 1987) Phân biệt được những đỉnh phổ 3,1-3,6-4,0-5,0-6,1-8,4 giờ và 2,3-3,2-3,8-5-6,8-14,3-26 ngày Các hàm tương quan và phổ mực nước tại Rạch Giá (theo số liệu năm 1987) Phân biệt được những đỉnh phổ 3,5-4,1-5,1-6,2-8,2-19,3 giờ và 3,2-3,8-5,0-6,8-14,3-26 ... nhận loạt trạm ven 6/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông bờ biển nước ta có giá trị tham khảo giúp có khái niệm hệ thống cấu trúc phổ dao động mực nước vùng biển Điều đáng ý phổ mực nước tính được,... khí biển khơi nhiều Trong [42] khẳng định điều phân tích dao động mùa mực nước biển Đông 5/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Thực tế phân tích điều hòa xác nhận trạm nước nông, biên độ sóng nước. .. hàm tương quan phổ mực nước Hòn Dấu (theo số liệu năm 1975) 8/11 Phổ mực nước ven bờ Tây Biển Đông Các hàm tương quan phổ mực nước Hòn Dấu (theo số liệu năm 1987) Phân biệt đỉnh phổ 3,6-4,2-5,1-6,2-8,4-19,2