LÍ THUYẾT THỦY TRIỀU

LÍ THUYẾT THỦY TRIỀU Lí thuyết thủy triều 1.1 Khái niệm Thủy triều la tượng dao động có chu kì mực nước biển đại dương tác dụng lực hấp dẫn từ vũ trụ mặt trăng, mặt trời trái đất 1.2 nguyên nhân hình thành thủy triều Theo thuyết tĩnh học thủy triều giả thiết Trái đất bao quanh lớp nước biển có độ dày giống ( uniform water level ), nguyên nhân khiến nước lên nước xuống lực hấp dẫn từ mặt trăng mặt trời phần tử nước bề mặt trái đất Lực hấp dẫn tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn newton : Trong : F : độ lớn lực hấp dẫn M,m : khối lượng Mặt Trăng chất điểm xét r : khoảng cách Mặt Trăng chất điểm xét G : số hấp dẫn Hình 1.1:Sự tác động lực hấp dẫn mặt trăng trái đất Nếu giải thích theo định luật vạn vật hấp dẫn newton kết nước triều trái đất cao phía có mặt trăng( mặt trời tương tự ) , thực tế phía bên Trái đất, đỉnh triều cực đại, kết luận thủy triều hình thành lực hấp dẫn chưa đủ, thủy triều gây lên lực khác Như ta biết Trái đất luôn quay, việc tự quay quanh trục nó quay quỹ đạo quanh mặt trời Mặt trăng tương tự, quay quanh trái đất Việc Trái đất Mặt Trăng chuyển động quay sinh lực li tâm, lực hệ chuyển động hệ Trái đất - Mặt trăng sau: Ta biết mặt trăng chuyển động quanh Trái đất, coi quỹ đạo mặt trăng gần tròn Trái đất tâm điểm Nhưng thực tế tính toán cho thấy Trái đất không thực tâm điểm quĩ đạo quay mặt trăng mà lệch tí, nghĩa mà Trái đất mặt trăng thực xoay quanh trục quay chung (common axis of rotation ) qua tâm ảo (center of mass) mà tập trung khối lượng hệ Trái đất- Mặt trăng (hình 1.2 ) Hình 1.2: hình thành lực li tâm hệ Trái đất – Mặt trăng quay Dù bán kính từ tâm trái đất đến tâm quay tương đối nhỏ ( khoảng 0.73 bán kính trái đất) lực li tâm sinh đủ để làm lớp nước bề mặt trái đất dâng lên tạo thành đỉnh triều, kết cho kết hợp lực hấp dẫn ( Gravitational forces ) lực li tâm (centrifugal forces ) tượng dâng cao lớp nước lớp nước hai phía đối diện đường nối tâm Trái đất Mặt trăng (line of center ) (hình 1.3) …………………………………………………… Hình 1.3 : Kết nước biển dâng kết hợp lực li tâm lực hấp dẫn Lực hấp dẫn lực li tâm phụ thuộc vào khoảng cách,Việc Trái đất tự quay quanh trục khiến cho khoảng cách từ vùng biến khác trái đất đến mặt trăng ( Mặt trời) , đến tâm quay ảo tăng giảm liên tục thành phần lực li tâm lực hấp dẫn tăng giảm theo khiến cho mực nước triều vùng biển khác luân phiên lên xuống Hình 1.4 : Sự thay đổi mực nước triều hoạt động tự quay trái đất Sự tác động thiên thể tới việc hình thành thủy triều tương tự Mặt Trăng Mặt trời nhiên khoảng cách Trái đất thiên thể xa nên tác động không đáng kể Những thuật ngữ 2.1 chu kỳ thủy triều (tide cycles ) Là khoảng thời gian hai lần xuất nước lớn nước ròng liên tiếp.h2.1 Hình 2.1 chu kì thủy triều 2.2 Biên độ triều (Range) Là chênh lệch độ cao nước lớn nước ròng liên tiếp Khoảng triều ( interval ) khoảng thời gian tính từ thời điểm nước lớn nước ròng đến hai thời điểm (hình 2.1) 2.3 Giờ nước lớn, nước ròng ( time of HW LW) Giờ nước lớn thời điểm xảy nước lớn, nước ròng thời điểm xảy nước ròng (hình 2.1) 2.4 Thời gian triều dâng triều rút, biên độ thời gian Rising time, Falling time, Duration ) Thời gian triều daag (Rising time ) thời gián tính từ thời điểm nước ròng thời điểm nước lớn kế tiếp, thời gian triều rút ( Falling time) khoảng thời gian tính từ thời điểm nước lớn tới thời điểm nước ròng Biên độ thời gian (Duration) khoảng thời gian thời điểm xảy nước lớn nước ròng liên tiếp 2.5 Số “0” hải đồ CD (Chart datum ) Hình 2.2 Số “0” hải đồ, Nước ròng thấp trung bình, Nước lớn cao trung bình Là độ cao mực nước biển sử dụng thủy văn làm mốc tính độ sâu đáy biển, hay độ cao điểm cạn ( Dry height ) ghi hải đồ Hàng Hải Theo thỏa thuận quốc tế, số “0” hải đồ CD mực nước mà thủy triều xuống thấp (hình 2.2) Số “0” hải đồ thường xấp xỉ mực nước thủy triều thiên văn thấp LAT (lowest astronomical Tide ) Điểm cạn điểm nằm mặt nước biển 2.6 Nước ròng thấp ( cao ) trung bình MLLW (MHLW) Nước ròng thấp trung bình MLLW (mean lower low water ) l giá trị trung bình mực nước ròng thấp hai lần nước ròng ngày, quan trắc chu kì thời gain dài (hình 2.2) Nước ròng cao trung bình MHLW (mean higher low water ) giá trị trung bình mực nước ròng cao hai lần nước ròng ngày, quan trắc chu kì thời gian dài (hình 2.2) 2.7 Nước lớn thấp (cao) trung bình MLHW (MHHW) Nước lớn thấp trung bình MLHW (Mean lower high water )Là giá trị trung bình mực nước lớn thấp hai lần nước lớn ngày, quan trắc chu kì thời gian dài (hình 2.2) Nước lớn cao trung bình MHHW (Mean higher high water )Là giá trị trung bình mực nước lớn cao hai lần nước lớn ngày, quan trắc chu kì thời gian dài (hình 2.2) 2.8 Mực nước thủy triều thiên văn thấp LAT (lowest astronomical tide ) Là mực nước thủy triều thấp điều kiện khí khí tượng trung bình tổng hợp điều kiện thiên văn Mực nước LAT bất biến, thay đổi xảy tượng khác thường sóng thần động đất Giát trị LAT có tiến hành khảo sát thời gian dài (hình 2.3) Hình 2.3 HAT, LAT, MSL, MLWS, MLWN, MHWS, MHWL 2.9 Mực nước thủy triều thiên văn cao HAT (highest astronomical tide ) Là mực nước thủy triều cao điều kiện khí khí tượng trung bình tổng hợp điều kiện thiên văn Mực nước HAT bất biến, thay đổi xảy tượng khác thường sóng thần động đất Giát trị HAT có tiến hành khảo sát thời gian dài (hình 2.3) 2.10 Mực nước biển trung bình MLS ( mean sea lever ) Là giá trị trung bình mực nước biển thời gian dài quan trắc ( thường 18,6 năm )hoặc giá trị trung bình mực nước quan trắc khoảng thời gian định nơi thủy triều, MNBTB có sở để xây dựng mô hình tham khảo hình dạng trái đất Geoid (hình 2.3) 2.11 Mực nước lớn (ròng) trung bình thời kì sóc vọng MHWS (MLWS ) Mực nước lớn trung bình thời kì sóc vọng MHWS (Mean High Water Spring ) giá trị trung bình hai độ cao nước lớn vòng 24h ( xấp xỉ khoảng hai tuần ) biên độ triều đạt giá trị lớn (hình 2.3) Tính suốt năm xích vĩ lớn mặt trăng 23°5 Mực nước ròng trung bình thời kì sóc vọng MLWS (Mean Low Water Spring ) giá trị trung bình hai độ cao nước ròng vòng 24h ( xấp xỉ khoảng hai tuần ) biên độ triều đạt giá trị lớn Tính suốt năm xích vĩ lớn mặt trăng 23°5 (hình 2.3) 2.12 Mực nước lớn ( ròng ) trung bình thời kì trực MHWN ( MLWN) Mực nước lớn trung bình thời kì trực MHWN (Mean High Water Neap ) giá trị trung bình tính suốt năm hai độ cao nước lớn vòng 24h ( xấp xỉ khoảng tuần ) biên độ triều đạt giá trị nhỏ (hình 2.3) Mực nước ròng trung bình thời kì trực MLWN (Mean Low Water Neap ) giá trị trung bình tính suốt năm hai độ cao nước ròng vòng 24h ( xấp xỉ khoảng tuần ) biên độ triều đạt giá trị nhỏ (hình 2.3) 2.13 Mực nước thủy triều trung bình MTL (mean tide lever) Là giá trị trung bình mực nước thủy triều MHWS, MHWN, MLWS, MLWN 2.14 Độ cao thủy triều (Tide level) Là mực nước thủy triều so với số “0” thủy triều Lịch thủy triều Anh, số “0” thủy triều trùng với số “0” hải đồ Anh 2.15 Độ cao mục tiêu (Height ) Độ cao mục tiêu ghi hải đồ Anh, độ cao theo ciều thẳng đứng với mốc tính MHWS khu vực xảy bán nhật triều chủ yếu, MHHW khu vực nhật triều xảy chủ yếu, MSL nơi thủy triều 2.16 Triều sóc vọng, Triều trực Hình 2.4 Triều sóc vọng, Triều trực Trong khoảng thời gian tháng trăng, vị trí Mặt trời, Mặt trăng Trái đất nằm đường thẳng, lực tạo triều Mặt trời Mặt trăng chiều lực tạo triều tổng hợp đạt giá trị max, tượng thủy triều xảy vào thời điểm triều sóc vọng (spring tide) , nhiên nhiều yếu tố ảnh hưởng mà thời điểm sóc vọng triều không đạt độ cao soác vọng tương ứng mà bị trễ lại, triều sóc vọng xảy vào ngày 1-2 âm lịch, trăng non (new moon) ngày 15- 16 âm lịch, trăng tròn (full moon) Thời điểm triều sóc vọng, có ngày nước lớn cao ngày nước ròng thấp nhất, biên độ triều cực đại Trước sau thời điểm trăng non trăng tròn 3-5 ngày triều lên xuống mạnh, biên độ triều lớn trung bình gọi kì nước cường âm lịch.(hình 2.4) Trong khoảng thời gian tháng trăng, vị trí Mặt trời vuông góc với Mặt trăng Trái đất, lực tạo triều Mặt trời Mặt trăng vuông góc lực tạo triều tổng hợp đạt giá trị min, tượng thủy triều xảy vào thời điểm triều trực (Neap tide) , nhiên nhiều yếu tố ảnh hưởng mà thời điểm trực triều không đạt độ cao trực tương ứng mà bị trễ lại, triều trực xảy vào ngày 7-8 âm lịch, trăng thượng huyền (First quate) ngày 22- 23 âm lịch, trăng hạ huyền (last quarter).Thời điểm triều sóc vọng xuất nước lớn thấp nước ròng cao Trước sau thời điểm xảy trăng thượng huyền hạ huyền 3-5 ngày triều lên xuống yếu nhất, biên độ triều nhỏ trung bình gọi kì nước tháng âm lịch (hình 2.4) Phân loại thủy triều Trên đại dương vùng biển khác giới có nhiều chế độ thủy triều khác Trong ngày Mặt trăng 24h50m , quan sát thấy số lần xuất nước lớn, nước ròng khác Dựa vào biến thiên độ cao thủy triều ngày Mặt trăng hay chu kỳ dao động thủy triều phân làm chế dộ thủy triều sau 3.1 Nhật triều ( Diurnal tide ) Trong ngày Mặt trăng xảy lần nước lớn lần nước ròng gọi chế độ nhật triều.( Hình 3.1) Hình 3.1 loại thủy triều 3.2 Bán nhật triều ( Semidiurnal) Bán nhật triều chế độ thủy triều ngày Mặt trăng xảy hai lần nước lớn hai lần nước ròng Sự chênh lệch hai lần nước lớn hai lần nước ròng không lớn, thời gian hai lần nước lớn nước ròng xấp xỉ 12h (hình 3.1 ) 3.3 Triều hỗn hợp ( Mixed tide ) Triều hỗn hợp chế độ thủy triều xảy có chênh lệch lớn gữa độ cao nước lớn nước ròng hai ngày Trong tháng trăng, chủ yếu xảy bán nhật triều không khiết, xuất vài ngày nhật triều không khiết (hình 3.1 ) Tính toán thông số thủy triều sử dụng hải đồ Anh Ngoài việc sử dụng ATT , người ta sử dụng Hải đồ Anh để tính toán thông số thủy triều * Tính toán dòng triều sử dụng Hải đồ Anh Hình 4.1 tính toán dòng triều hải đồ biển Trên hải đồ , khu vực cảng vào cảng địa phương, điểm hàng hải quan trọng dòng triều dự báo, Tại kí hiệu chữ hình thoi giải chi tiết góc hải đồ biển (hình 4.1 ), thông số cụ thể thể hình 4.2 Hình 4.2 số liệu nước lớn - Chữ in hoa đặt hình thoi ( tidal diamond ) hải đồ tương ứng với chữ bảng thể hiền vùng có yếu tố thủy triều cho bảng Vị trí địa lí vùng biển (geographical position ) tương ứng với chữ chon bên cạnh chữ Các yếu tố thủy triều cho trước ( before Hight Water) sau (after Hight Water) thời điểm nước lớn ( Hight water- HW) Trong vùng địa lí tương ứng với chữ có cột cho giá trị thông số thủy triều: o Cột cho biết hướng dòng triều ( Direction) o Cột thứ cho tốc độ dòng triều vào thời kì triều cường trung bình ( Mean Spring) o Cột thứ cho biết tốc độ dòng triều vào thời kì triều kiệt trung bình ( Mean Neap ) Ví dụ : Các số liệu dòng triều theo nước lớn khu vực cảng PLYMOUTH [...]... vùng có các yếu tố thủy triều đã được cho trong bảng Vị trí địa lí của vùng biển (geographical position ) tương ứng với các chữ cái được chon ngay bên cạnh chữ cái Các yếu tố của thủy triều được cho trước ( before Hight Water) và sau (after Hight Water) thời điểm nước lớn ( Hight water- HW) 6 giờ Trong mỗi vùng địa lí tương ứng với từng chữ cái có 3 cột cho các giá trị thông số thủy triều: o Cột đầu... chữ cái có 3 cột cho các giá trị thông số thủy triều: o Cột đầu tiên cho biết hướng của dòng triều ( Direction) o Cột thứ 2 cho tốc độ dòng triều vào thời kì triều cường trung bình ( Mean Spring) o Cột thứ 3 cho biết tốc độ dòng triều vào thời kì triều kiệt trung bình ( Mean Neap ) Ví dụ : Các số liệu dòng triều theo giờ nước lớn ở khu vực cảng PLYMOUTH