NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SỐ LIỆU RADAR BIỂN VÙNG VỊNH BẮC BỘ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thanh Trang NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SỐ LIỆU RADAR BIỂN VÙNG VỊNH BẮC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thanh Trang NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SỐ LIỆU RADAR BIỂN VÙNG VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60440228 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: HDC: TS Trần Hồng Lam HDP: TS Nguyễn Kim Cương Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Trần Hồng Lam, Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam TS Nguyễn Kim Cương, khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội định hướng giúp đỡ em tận tình nhiều mặt Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô môn Hải dương học khoa Khí tượng - Thủy văn Hải dương học; bạn học viên lớp; đồng nghiệp dẫn đóng góp ý kiến, kinh nghiệm chuyên môn quý báu; Trung tâm Hải văn tạo điều kiện thời gian, nguồn số liệu công nghệ radar biển để em hoàn thành khóa học luận văn Trong trình học tập thực luận văn này, không tránh khỏi thiếu sót, mong ý kiến đóng góp thầy đồng nghiệp để em hoàn thiện luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 27 tháng 12 năm 2014 HỌC VIÊN Nguyễn Thanh Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ SỐ LIỆU RADAR BIỂN .6 1.1 Giới thiệu hệ thống radar biển 1.2 Số liệu radar biển 1.3 Một số ứng dụng radar biển 1.4 Các nghiên cứu chế độ dòng chảy vùng biển Vịnh Bắc Bộ 11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Phần mềm tổng hợp trường dòng chảy chiều .15 2.1.1 Tổng hợp dòng chảy chiều từ liệu dòng chảy hướng tâm 15 2.1.2 Phương pháp nội suy đường ranh giới 21 2.2 Mô hình phân tích dự báo vật thể trôi 23 2.2.1 Giới thiệu chung .23 2.2.1 Mô hình quỹ đạo La-grăngian .24 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ TỪ DỮ LIỆU RADAR BIỂN .27 3.1 Phân tích số liệu 27 3.1.1 Đánh giá số liệu quan trắc dòng chảy radar biển 27 3.1.2 Xây dựng miền lưới tính liệu đầu vào 30 3.1.3 Tính toán tổng hợp dòng chảy chiều 32 3.2 Kết tính toán, phân tích dòng chảy trung bình tháng vùng Vịnh Bắc Bộ 34 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO THỬ NGHIỆM QUỸ ĐẠO VẬT THỂ TRÔI .43 4.1 Nghiên cứu thử nghiệm 43 4.2 Sơ đồ quỹ đạo vật thể trôi sử dụng số liệu dòng chảy trung bình tháng Radar biển 43 4.3 Sơ đồ quỹ đạo vật thể trôi sử dụng số liệu dòng chảy thời gian thực từ radar biển .47 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 Tiếng Việt 56 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sơ đồ vị trí hệ thống trạm radar thực giai đoạn I dự kiến giai đoạn II Hình 2: Số liệu quan trắc sóng tháng năm 2011 vị trí cell thứ (cách trạm 17.5 km) trạm Đồng Hới Hình 3: Trường dòng chảy hướng tâm quan trắc lúc 03 ngày 03 tháng 12 năm 2014 trạm Nghi Xuân .9 Hình 4: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ mùa đông theo Báo cáo kết điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) [2] 12 Hình 5: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ mùa hè theo Báo cáo kết điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) [2] 13 Hình 6: Sơ đồ hoàn lưu mùa vùng Vịnh Bắc Bộ 1960 -1962 (theo Ding nnk) [13] .14 Hình 7: Một lưới chữ nhật tiêu biểu qua diện tích vùng bao phủ trạm radar từ xa Các điểm đường bờ đánh dấu x 15 Hình 8: Vị trí trạm radar điểm A B Điểm lưới G bao quanh vòng tròn vùng giao thoa chứa véc tơ hướng tâm điểm phương pháp bình phương tối thiểu sử dụng để tính véc tơ tổng cộng 16 Hình 9: Để đảm bảo xác việc tính véc tơ dòng chảy tổng cộng điểm lưới, ta phải áp dụng quy tắc với góc đường xuyên tâm từ điểm lưới trạm radar .17 Hình 10: Minh họa trường hợp đường ranh giới nằm vùng nước mở Đường ranh giới vị trí trạm radar xác định đường gạch dọc Hai đường vòng cung đại diện cho đường biên khu vực đường ranh giới 18 Hình 11: Minh họa trường hợp đường ranh giới gần với đường bờ Đường ranh giới vị trị trạm radar xác định đường gạch dọc Đường cung đường bờ đường biên khu vực đường ranh giới 19 Hình 12: Một ví dụ nội suy đường ranh giới đường ranh giới nằm khu vực xa bờ Tại vùng phía hình vùng đường ranh giới có để lại khoảng trống; vùng hình lấp đầy véc tơ nội suy Các thông số đầu vào α, β cho 30° 20 Hình 13: Một ví dụ nội suy đường ranh giới đường ranh giới gần với đường bờ Phần hình khu vực đường ranh giới tạo khoảng trống; phần hình lấp đầy véc tơ nội suy Các thông số đầu vào α, β cho 30° 20 Hình 14: Vị trí trạm sơ đồ tổng hợp véc tơ .21 Hình 15: Nội suy theo phương x 22 Hình 16: Tính phân tích theo hướng y .22 Hình 17: Tổng hợp véc tơ tổng cộng 23 Hình 18: Phân bố mật độ số liệu quan trắc dòng chảy trạm radar Hòn Dáu .28 Hình 19: Phân bố mật độ số liệu quan trắc dòng chảy trạm radar Nghi Xuân .28 Hình 20: Phân bố mật độ số liệu trạm 29 Hình 21: Phân bố mật độ số liệu giao thoa trạm Radar 29 Hình 22: Phạm vi hoạt động Radar giới hạn miền phân tích liệu .30 Hình 23: Sơ đồ lưới tính cho phần mềm tổng hợp dòng chảy chiều 31 Hình 24: Sơ đồ dòng chảy hướng tâm trạm quan trắc Radar biển 32 Hình 25: Dòng chảy tổng hợp tính toán lúc 07 ngày 01 tháng 12 năm 2013 .33 Hình 26: Dòng chảy trung bình tháng 12 34 Hình 27: Dòng chảy trung bình tháng 35 Hình 28: Dòng chảy trung bình tháng 36 Hình 29: Dòng chảy trung bình tháng 37 Hình 30: Dòng chảy trung bình tháng 37 Hình 31: Dòng chảy trung bình tháng 38 Hình 32: Dòng chảy trung bình tháng 39 Hình 33: Dòng chảy trung bình tháng 39 Hình 34: Dòng chảy trung bình tháng 40 Hình 35: Dòng chảy trung bình tháng 41 Hình 36: Dòng chảy trung bình tháng 10 41 Hình 37: Dòng chảy trung bình tháng 11 42 Hình 38: Quỹ đạo vật thể trôi kịch theo số liệu dòng chảy trung bình mùa đông 44 Hình 39: Quỹ đạo vật thể trôi kịch hai theo số liệu dòng chảy trung bình mùa đông 45 Hình 40: Quỹ đạo vật thể trôi kịch theo số liệu dòng chảy trung bình mùa hè 46 Hình 41: Quỹ đạo vật thể trôi kịch hai theo số liệu dòng chảy trung bình mùa hè .47 Hình 42: Trường dòng chảy dự báo lúc 00 ngày 01 tháng 07 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm bắt đầu dự báo) .50 Hình 43: Trường dòng chảy dự báo lúc 01 ngày 08 tháng 07 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm kết thúc dự báo) 50 Hình 44: Phân tích quỹ đạo trôi vật thể sau ngày tháng năm 2014 .51 Hình 45: Trường dòng chảy dự báo lúc 00 ngày 01 tháng 11 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm bắt đầu dự báo) .52 Hình 46: Trường dòng chảy dự báo lúc 00 ngày 08 tháng 11 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm kết thúc dự báo) 52 Hình 47: Phân tích quỹ đạo trôi vật thể sau ngày tháng 11 năm 2014 .53 MỞ ĐẦU Các lĩnh vực biển vòng vài thập kỷ trở lại trở thành vấn đề quan tâm phát triển Về kinh tế, biển trở thành mũi nhọn chiến lược phát triển quốc gia có ưu biển Đối với Việt Nam quốc gia ven biển, có nhiều tiềm điều kiện thuận lợi việc phát triển đa dạng ngành kinh tế biển việc tận dụng lợi nhằm đưa Việt Nam bước "trở thành quốc gia mạnh biển, giàu lên từ biển" ngày trở nên quan trọng Để có thông tin hiểu biết định giúp cho việc quản lý, khai thác bảo vệ biển cần có số liệu quan trắc thực tế, nghiên cứu chuyên sâu Với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị quan trắc biển ngày đại tiện dụng Một công nghệ quan trắc biển nhiều quốc gia trọng đầu tư quan trắc công nghệ radar Đối với Việt nam, Nhà nước có chủ trương quan tâm có kế hoạch xây dựng nhiều mạng lưới quan trắc, giám sát trình động lực môi trường biển, có hệ thống radar biển Năm 2011, trạm radar biển Việt nam xây dựng Đồng Hới, đánh dấu bước tiến quan trọng quan trắc biển Việt Nam Đến nay, sau kết thúc giai đoạn dự án với trạm trạm quan trắc trạm trung tâm Các số liệu radar biển bao gồm số liệu sóng dòng chảy nguồn liệu vô quý giá lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng, quản lý khai thác biển Đây nguồn liệu Việt Nam, đến chưa có công trình công bố nghiên cứu nguồn số liệu Các nghiên cứu ứng dụng nguồn liệu rộng phong phú, khuôn khổ đề tài luận văn tác giả đưa hướng nghiên cứu ứng dụng số liệu quan trắc dòng chảy bề mặt biển hệ thống radar việc tính toán đặc trưng dòng chảy trung bình tháng cho Vịnh Bắc Bộ ứng dụng thử nghiệm liệu dòng chảy phân tích dự báo quỹ đạo vật thể trôi tác động dòng chảy khu vực Vịnh Bắc Bộ Nội dung luận văn bao gổm 03 chương, phần kết luận phần bảng phụ lục: Chương 1: Tổng quan hệ thống số liệu radar biển Chương 2: Cơ sở phương pháp nghiên cứu Chương 3: Nghiên cứu chế độ dòng chảy Vịnh bắc Bộ từ liệu radar biển Chương 4: Nghiên cứu dự báo thử nghiệm quỹ đạo vật thể trôi Kết luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ SỐ LIỆU RADAR BIỂN 1.1 Giới thiệu hệ thống radar biển Radar biển Seasonde loại radar sử dụng tần số cao HF (4-50 MHz, bước sóng 6-75m) không bị giới hạn lan truyền xa, dải hoạt động rộng so với hệ thống radar sử dụng sóng micro Ngoài tín hiệu phản hồi sóng HF (từ bề mặt biển) theo quy luật biết trước (nguyên lý Bragg) nên cho phép có thông tin sóng, dòng chảy số thông tin khác Radar biển Seasonde hoạt động dựa nguyên lý Doppler, tương tự sung bắn tốc độ cảnh sát giao thông Tín hiệu từ ăng ten phát radar chạm vào bề mặt biển (sóng biển chuyển động) sau phản hồi lại thu ăng ten thu Trong trình thu có lệch pha tần số (Doppler shift) sóng biển chuyển động Sự lệch pha tỉ lệ với tốc độ sóng/tốc độ dòng chảy biển, qua phần mềm thuật toán ta biết tốc độ dòng chảy biển Quá trình thu tín hiệu radar phân tích thành đặc trưng sóng dòng chảy chia thành giai đoạn chính: phân tích vận tốc mục tiêu (tín hiệu radio thu được), khoảng cách đến mục tiêu hướng mục tiêu Hệ thống radar biển Việt Nam đầu tư xây dựng theo đề án: “Đầu tư xây dựng hệ thống radar biển tần số cao (HF) phục vụ phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai, phát triển kinh tế biển góp phần bảo đảm an ninh quốc phòng vùng biển Việt Nam” Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam thực hiện, hoàn thành giai đoạn bao gồm xây dựng 03 trạm quan trắc radar biển HF vịnh Bắc Bộ 01 trạm thu số liệu quan trắc Hà Nội Hệ thống radar biển HF đảm nhận vai trò cung cấp liệu hải văn sóng biển, dòng chảy biển, phục vụ dự báo vật thể trôi, lan truyền ô nhiễm, tràn dầu biển, cảnh báo sớm sóng thần, … góp phần tích cực vào phát triển kinh tế biển an ninh quốc phòng biển cách hữu hiệu, cho đất nước Hiện nay, trạm vào hoạt động (2 trạm ven bờ, trạm đảo trạm điều hành trung tâm) thuộc giai đoạn I dự án, giai đoạn II đề xuất đầu tư xây dựng thêm trạm radar biển trạm thuộc khu vực Vịnh Bắc Bộ trạm vùng biển Nam Bộ (hình 1) toàn hệ thống radar dự kiến 17 trạm trải dọc ven biển đảo Việt Nam nhằm đáp ứng công tác quản lý nhà nước hoạt động điều tra biển theo chức năng, nhiệm vụ Trung tâm Hải văn Cụ thể công tác điều tra trạng thái tự nhiên mặt biển, bao gồm sóng dòng chảy bề mặt biển Hình 1: Sơ đồ vị trí hệ thống trạm radar thực giai đoạn I dự kiến giai đoạn II CHƯƠNG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO THỬ NGHIỆM QUỸ ĐẠO VẬT THỂ TRÔI 4.1 Nghiên cứu thử nghiệm Việc nghiên cứu thử nghiệm dự báo quỹ đạo vật thể thực phần mềm Codar leeway dựa phương pháp Lagrange Số liệu đầu vào bao gồm: Vị trí ban đầu vật thể (kinh độ, vỹ độ), số liệu dòng chảy tổng hợp thời gian phân tích, hệ số dòng chảy Cc (hệ số lấy 0.787 theo Abascal et al (2009) [5]), kích thước vật thể Hiện phần mềm chưa có khả tính đến ảnh hưởng gió sóng đến quỹ đạo trôi vật thể mà tính đến tác động dòng chảy Để dự báo quỹ đạo trôi vật thể sát với thực tế cần thiết phải đưa trường gió sóng dự báo từ mô hình số trị vào, hướng dự kiến nghiên cứu tác giả 4.2 Sơ đồ quỹ đạo vật thể trôi sử dụng số liệu dòng chảy trung bình tháng Radar biển Để xây dựng sơ đồ quỹ đạo vật thể trôi đặc trưng theo tháng, tác giả sử dụng số liệu trường dòng chảy trung bình tháng đại diện cho mùa đông tháng đại diện cho mùa hè để mô quỹ đạo vật thể trôi cho hai mùa đặc trưng khu vực biển Vịnh Bắc Bộ Các thông số đầu vào sau: - Trường dòng chảy trung bình tháng (áp dụng cho mùa đông) tháng 08 áp dụng cho mùa hè; - Vị trí vật thể trôi xây dựng cho kịch bản: kịch một, vật thể trôi tập trung vị trí (giữa vịnh), Vùng biển Hải Phòng vùng biển Nghệ An; kịch thứ vật thể nằm rải rác toàn vùng biển Vịnh Bắc Bộ; - Kích thước vật thể (rộng: mét, dài: 20 mét) tương đương thuyền đánh cá phổ biến Việt Nam; - Thời gian phân tích 30 ngày, bước thời gian phân tích 43 Hình 38: Quỹ đạo vật thể trôi kịch theo số liệu dòng chảy trung bình mùa đông Theo sơ đồ hình 38 ta thấy, mùa đông, quỹ đạo vật thể có vị trí ban đầu khu vực Vịnh Bắc vùng biển có xu hướng trôi xuống phía nam Các vật thể khu vực biển Nghệ An trôi song song với đường bờ vùng biển theo hướng đông nam có xu ngày sát với bờ Các vật thể Vịnh Bắc Bộ ban đầu trôi theo hướng tây nam phía vùng biển Thanh Hóa sau chuyển hướng nam tây nam nam có xu hướng song song tiếp cận dần phía bờ biển tỉnh Đồng Hới Trong vật thể khu vực biển Hải Phòng di chuyển hướng di chuyển bắc tây tây bắc 44 Hình 39: Quỹ đạo vật thể trôi kịch hai theo số liệu dòng chảy trung bình mùa đông Đối với kịch hai, vật thể nằm rải rác toàn vùng biển Vịnh Bắc mùa đông nhận thấy quỹ đạo vật thể trôi theo hoàn lưu trường dòng chảy trung bình mùa đông, cụ thể: Các vật thể khu vực phía tây vịnh có xu hướng chảy phía bờ tiếp cận dần với đường bờ xuôi phía nam, vật thể phía tây nam đảo Hải Nam có xu hướng vào vịnh, khu vực phía bắc vịnh vật thể trôi theo quỹ đạo trùng với hoàn lưu nghịch trường dòng chảy 45 Hình 40: Quỹ đạo vật thể trôi kịch theo số liệu dòng chảy trung bình mùa hè Theo sơ đồ hình 40 ta thấy, mùa hè, quỹ đạo vật thể có vị trí ban đầu khu vực Vịnh Bắc Bộ di chuyển chậm theo hướng tây bắc khu vực gần với gần tâm xoáy nghịch Các vật thể vùng biển Nghệ An di chuyển nhanh Lúc đầu vật thể trôi theo hướng đông nam song song với đường bờ tỉnh Nghệ An Thanh Hóa sau chuyển sang hướng đông phía vịnh Các vật thể khu vực biển Hải Phòng trôi mạnh phía đông đông đông bắc Đây phu vực thuộc rìa phía bắc hoàn lưu nghịch trung tâm vịnh tháng mùa hè 46 Hình 41: Quỹ đạo vật thể trôi kịch hai theo số liệu dòng chảy trung bình mùa hè Đối với kịch hai, tháng mùa hè nhận thấy quỹ đạo vật thể nằm rải rác toàn vùng biển Vịnh Bắc Bộ theo hoàn lưu trường dòng chảy trung bình mùa hè, cụ thể: Các vật thể khu vực trôi theo quỹ đạo chiều kim đồng hồ tương ứng với tồn xoáy nghịch đây, khu vực phía bắc vịnh vật thể trôi theo quỹ đạo trùng với hoàn lưu nghịch trường dòng chảy 4.3 Sơ đồ quỹ đạo vật thể trôi sử dụng số liệu dòng chảy thời gian thực từ radar biển Dự báo quỹ đạo vật thể trôi theo thời gian thực thực với trường dòng chảy dự báo mô hình dự báo ngắn hạn theo O ’Donnell J (2005) [8] 47 (STPS) mô hình xây dựng dựa sử dự báo dòng triều theo phương pháp bình phương tối thiểu điểm lưới với số số điều hòa phân tích theo chuỗi số liệu quan trắc khứ Bộ số điều hòa điểm lưới liên tục cập nhật phân tích chuỗi dòng chảy cập nhật theo khoảng thời gian xác định Vì vậy, kết mô hình dự báo STPS túy trường dòng chảy triều xác với số điều hòa phân tích với thời gian đủ dài nơi ảnh hưởng dòng chảy gió Đối với khu vực Vịnh Bắc Bộ, dòng triều dòng chủ đạo bên cạnh thời gian quan trắc hệ thống radar năm Vì vậy, luận văn áp dụng kết dự báo trường dòng chảy mô hình đầu vào mô hình dự báo quỹ đạo vật thể trôi theo thời gian thực Quá khứ Thời điểm STPS Dữ liệu quan trắc Radar Tương lai Trục thời gian Phương pháp dự báo dòng chảy mô hình STPS Các thành phần dòng chảy triều sử dụng hệ tọa độ vuông góc với biến thành phần Như dòng chảy phân theo hai thành phần (hướng kinh độ hướng vỹ độ) tương ứng với hướng x y Giả sử hai thành phần theo x y tạo thành bở tập hợp thành tuần hoàn với tần số wj dòng chảy triều ký hiệu Z (t) biểu diễn sau: M M   Z (t )  X (t )   X j cos( j t   j ) i Y0 (t )   Y j cos( j t   j ) j 1 j 1   Trong thành phần j tổng Z(t) đưa là: Z j (t )  Z j (t )  Z j (t )  a j exp(i j  i j t )  a j exp(i j  i j t ) Trong đó: 48  CX j  SY j a     j   CY j  SX j              1/  CX j  SY j ; a     j   CY j  SX j              1/  CY j  SX j   CY j  SX j   ; j    CY j  SX j   CY j  SX j   j   Với: CX j  X j cos( j ) ; SX j  X j sin( j ) ; CY j  Y j cos( j ) ; SY j  Y j sin( j ) Các tham số a+, a-, +, - tính toán phương pháp bình phương tối thiểu Sau tính toán tham số thiên văn  g dòng chảy tổng hợp mô tả sau: Z(t) = f(t0)a+ exp[i(V(t0) + u(t0) – g +  + 2t)] + f(t0)a- exp[i(g-V(t0) - u(t0) +  - 2t)] = f(t0) exp(i)[ (a+ + a- ) cos (V(t0) + u(t0) + 2t – g) + i(a+ - a- ) sin (V(t0) + u(t0) + 2t – g)] Đặt (t, t0)= V(t0) + u(t0) + 2t – g ta có : Z(t) = f(t0) [ (a+ + a- ) cos () cos (t, t0) - (a+ - a- ) sin () sin (t, t0) + if(t0) [ (a+ + a- ) sin () cos (t, t0) - (a+ - a- ) cos () sin (t, t0) Dựa tham số thiên văn biết dự báo dòng chảy triều theo thời gian cho trước Các thông số đầu vào sau: - Trường dòng chảy dự báo ngày tháng tháng 11 năm 2014, bước thời gian phân tích - Vị trí vật thể ltại 04 vị trí vùng biển khơi tỉnh Nghệ An - Kích thước vật thể (rộng: mét, dài 20 mét) tương đương thuyền - Thời gian phân tích ngày, bước thời gian phân tích 49 Hình 42: Trường dòng chảy dự báo lúc 00 ngày 01 tháng 07 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm bắt đầu dự báo) Hình 43: Trường dòng chảy dự báo lúc 01 ngày 08 tháng 07 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm kết thúc dự báo) 50 Hình 44: Phân tích quỹ đạo trôi vật thể sau ngày tháng năm 2014 Theo hình 44 kết dự báo quỹ đạo trôi vật thể ngày từ ngày 01 đến 08 tháng năm 2014 ta vật thể di chuyển chủ yếu theo hướng bắc, Sau ngày vật thể trôi trung bình quãng đường dài 40 km, với tốc độ trung bình 0.2 km/giờ 51 Hình 45: Trường dòng chảy dự báo lúc 00 ngày 01 tháng 11 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm bắt đầu dự báo) Hình 46: Trường dòng chảy dự báo lúc 00 ngày 08 tháng 11 năm 2014 mô hình STPS (thời điểm kết thúc dự báo) 52 Hình 47: Phân tích quỹ đạo trôi vật thể sau ngày tháng 11 năm 2014 Kết dự báo quỹ đạo trôi vật thể ngày từ ngày 01 đến 08 tháng 11 năm 2014 ta vật thể di chuyển chủ yếu theo hướng tây nam, tốc độ di chuyển vật thể lớn so với tháng đạt khoảng 0.67 km/giờ Sau ngày vật thể trôi trung bình quãng đường dài 125 km vùng biển Thanh Hóa 53 KẾT LUẬN Luận văn trình bày ứng dụng số liệu dòng chảy tầng mặt quan trắc radar biển việc phân tích chế độ dòng chảy dự báo quỹ đạo vật thể trôi vùng biển Vịnh Bắc Bộ Các kết thu phù hợp với số đặc trưng chế độ công bố mà đưa đặc điểm chi tiết dòng chảy với độ phân giải cao Dòng chảy tầng mặt vùng biển Vịnh Bắc Bộ có chế độ thay đổi theo mùa gắn với chế độ gió đây, cụ thể: Trong tháng tháng mùa đông, khu vực trung tâm vịnh tồn xoáy thuận với vận tốc trung bình khoảng 10 – 15 cm/s Khu vực biển phía nam Thanh Hóa bắc Quảng Bình có vận tốc lớn đạt 25 – 30 cm/s Phía bắc Vịnh Bắc Bộ tồn xoáy nghịch với quy mô nhỏ, đường kính xoáy nghịch khoảng 50 – 70 km với vận tốc trung bình khoảng – cm/s; Trong mùa xuân, hoàn lưu trung bình tầng mặt Vịnh Bắc Bộ có thay đổi nhỏ so với thời gian mùa đông Tại trung tâm vịnh tồn xoáy thuận với lượng nước đưa qua cửa vịnh từ phía bờ tây đảo Hải Nam với vận tốc trung bình khoảng – 12 cm/s, dòng chảy khu vực biển phía nam Thanh Hóa bắc Quảng Bình trì vận tốc lớn đạt 18 – 25 cm/s Xoáy nghịch phía bắc vịnh có xu hướng mở rộng dịch chuyển dần xuống phía nam đến tháng xoáy nghịch bị phá vỡ; Mùa hè hoàn lưu vùng biển Vịnh Bắc có thay đổi lớn so với mùa khác Khu vực Vịnh Bắc Bộ hình thành hoàn lưu nghịch Vận tốc hoàn lưu không lớn, trung bình khoảng – 12 cm/s Nước trì hoàn lưu đưa lên từ vùng biển phía trung lên Phía bắc vịnh tồn xoáy thuận có quy mô nhỏ, cấu trúc tồn đến hết tháng Mùa thu, hoàn lưu xoáy thuận khu vực Vịnh Bắc Bộ thiết lập lại Vận tốc trung bình hoàn lưu lớn, khoảng 15 – 20 cm/s, vùng biển phía nam Thanh Hóa bắc Quảng bình vận tốc trung bình đạt 30 – 40 cm/s, 54 có điểm đến 45 cm/s Phía bắc vịnh tồn xoáy có quy mô nhỏ, xoáy thuận phía đỉnh vịnh xoáy nghịch bên sát với Quy mô hai xoáy khoảng 70 - 90 km với vận tốc trung bình khoảng – 10 cm/s Số liệu dòng chảy quan trắc radar có độ xác cao, chúng quan trắc liên tục với tần suất lớn giờ/lần Điểm trội số liệu mật độ điểm quan trắc dày khoảng 5,817 km quan trắc điều kiện thời tiết bất thường (bão, dông tố, lốc, …) mà phương pháp quan trắc khác khó thực Với đầu tư nhà nước xây dựng hệ thống radar biển tương lai Các số liệu nguồn số liệu vô hữu ích nghiên cứu, quản lý, khai thác bảo vệ biển Kết dự báo quỹ đạo vật thể trôi từ trường dòng chảy trung bình khái quát khả trôi dạt vật thể giúp đưa phán nhanh vị trí khu vực cần tìm kiếm cố biển công tác tìm kiếm cứu nạn biển chưa có kết phân tích, dự báo quỹ đạo vật thể trôi cụ thể Đối với kết dự báo quỹ đạo vật thể trôi thời gian thực cung cấp thông tin phục vụ công tác tìm kiếm xác định khu vực tìm kiếm cứu nạn với xác suất cao hiệu Đây công cụ hữu ích nhằm đưa phương án kịp thời để hạn chế mức độ thiệt hại người cố biển 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Atlas Quốc gia Việt Nam (1999) Nhà xuất Tài nguyên - Môi trường Bản đồ Việt Nam Báo cáo kết điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964), Chương trình hợp tác Việt – Trung điều tra tổng hợp vịnh Bắc Bộ Trần Hồng Lam Nguyễn Thanh Trang (2013) “Khả ưng dụng radar biển quản lý biển” Tạp chí Môi trường Số năm 2013 Tiếng Anh Abascal AJ, Castanedo S, Gutierrez AD, Comerma E, Medina R, Losada oil IJ spills (2007), “TESEO trajectories and an operational fate system processes” for Proceedings simulating ISOPE- 2007: The 17th International Offshore Ocean and Polar Engineering Conference Lisbon, Portugal, The International Society of Offshore Ocean and Polar Engineers (ISOPE) 3:1751 –1758 Abascal AJ, Castanedo S, Medina R, Losada IJ, Alvarez-Fanjul E (2009), “Application of HF radar currents to oil spill modelling Mar Pollut Bull”, 58:238 –248 ASCE (1996), “State-of-the-art review of modeling transport and fate of oil spills ASCEC ommitte eon Mod eling Oil Spills’, Wa t e r Resources Engineering Division J Hydraul Eng 122(11):594 –609 Maier-Reimer E (1982), On tracer methods in computational hydrodynamics In: Abbott MB, Cunge JA (eds) Engineering application of computational hydraulics, (Chapter 9) Pitman, London O ’Donnell J, Ullman D, Spaulding M, Howlett E, Fake T, Hall P, Tatsu I, Edwards C, Anderson E, McClay T, Kohut J, Allen A, Lester S, Lewandowski M 56 (2005), “Integration of Coastal Ocean Dynamics Application Radar (CODAR) and Short-Term Prediction System (STPS) surface current estimates into the Search and Rescue Optimal Planning System (SAROPS) US Coast Guard Tech” Rep., DTCG39-00-D-R00008/HSCG32-04-J-100052 SeaSonde10 Combine Grid File Formats (2004) 10 Sotillo MG, Alvarez Fanjul E, Castanedo S, Abascal AJ, Menendez J, Olivella R, García-Ladona E, Ruiz-Villareal M, Conde J, Gómez M, Conde P, Gutierrez AD, Medina R (2008), “Towards an operational system for oil spill forecast in the Spanish waters: initial developments and implementation test” Mar Pollut Bull 56 (4):686 –703 11 Sang-Ho Lee, Chang-Soo Kim, Moon-Jin Kim and Kuh Kim (2014), “Efects of wind and runoff on subtidal surface currents off the Kuwum river estuary, South Korea: HF radar observation” ORCA2014, Kaohsiung, TW 12 User’s Guide, SeaSonde Combine Suite Release (2011) Copyright CODAR Ocean Sensors, Ltd 13 Yang Ding, Changsheng Chen Robert C Beardsley Xianwen Bao, Maochong Shi, Yu Zhang, Zhigang Lai, Ruixiang Li, Huichan Lin, and Nguyen T Viet (2013), “Observational and model studies of the circulation in the Gulf of Tonkin, South China Sea”, Journal of Geophysical Research Ocean, VOL 118, 1–16, doi:10.1002/2013JC009455 57 [...]... radar biển và dự báo bằng mô hình dự báo dòng chảy ngắn hạn (STPS) Trong đó hệ số Cc = 0.787, D = 56 m2/s theo Abascal et al (2009) [5] khi nghiên cứu phân tích quỹ đạo vật thể trôi bằng dữ liệu radar tần số cao vùng biển Tây Ban Nha 26 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ TỪ DỮ LIỆU RADAR BIỂN 3.1 Phân tích số liệu 3.1.1 Đánh giá số liệu quan trắc dòng chảy bằng radar biển Số. .. thống trạm radar Hình 3: Trường dòng chảy hướng tâm quan trắc lúc 03 giờ ngày 03 tháng 12 năm 2014 tại trạm Nghi Xuân Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này chỉ tập trung vào nghiên cứu ứng dụng số liệu dòng chảy từ quan trắc bằng radar 1.3 Một số ứng dụng của radar biển Dự báo các điều kiện thời tiết trên biển: Số liệu radar HF có thể được sử dụng trong việc dự báo điều kiện thời tiết biển (kết... một bộ tương đối nhiều, có thể ứng dụng trong việc phân tích chế độ dòng chảy vùng biển Vịnh Bắc Bộ cũng như trong việc nghiên cứu phân tích và dự báo quỹ đạo trôi của vật thể 27 Hình 18: Phân bố mật độ số liệu quan trắc dòng chảy tại trạm radar Hòn Dáu Hình 19: Phân bố mật độ số liệu quan trắc dòng chảy tại trạm radar Nghi Xuân 28 Hình 20: Phân bố mật độ số liệu tại trạm Hình 21: Phân bố mật độ số liệu. .. vịnh trong mùa hè Hình 4: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa đông theo Báo cáo kết quả điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) [2] 12 Hình 5: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa hè theo Báo cáo kết quả điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) [2] Các bản đồ hoàn lưu vịnh Bắc Bộ được thể hiện trong Atlas Quốc gia Việt Nam (1999) [1], dựa trên cơ sở phân tích số liệu khảo sát nêu trên Nguyên nhân hình thành... chỉ dự án thải nước thải ra biển như ban đầu dự kiến Mô hình này cũng được áp dụng để đánh giá sự lan truyền của dầu tràn trên biển Ứng dụng trong cứu hộ cứu nạn trên biển Một ví dụ khác cho thấy, ứng dụng hữu hiệu của radar HF trong cứu hộ cứu nạn trên biển Trên bản đồ hướng và dòng chảy biển của Radar HF đã xác định điểm một con thuyền bị tai nạn và phát tín hiệu cấp cứu Sau 30 giờ con thuyền đã... qua lại Sử dụng 02 radar HF được lắp đặt tại đây, cung cấp số liệu thời gian thực (real-time) về tốc độ và hướng dòng chảy biển, từ đó có sự điều hành tàu bè qua lại đảm bảo an toàn và hiệu qủa cao nhất Nhiều cảng biển và căn cứ hải quân trên thế giới sử dụng radar HF vào mục đích này Ứng dụng trong phối hợp để tăng độ chính xác dự báo số trị Số liệu radar biển được sử dụng kết hợp mô hình số trị trong... phía nam ven bờ phía tây vịnh Trong nghiên cứu của Ding và nnk [13], hoàn lưu tầng mặt Vịnh Bắc Bộ 13 trong các tháng mùa xuân, mùa thu và mùa đông tương tự như nhau Trong các mùa này nước từ phía phía nam đảo Hải Nam đi vào trong vịnh, men theo phía tây đảo Hải Nam đi ngược lên phía bắc vịnh rồi vòng lại theo bờ đông của các tỉnh bắc và bắc trung bộ thoát ra ngoài Vịnh Bắc bộ Trong các tháng mùa hè... trí nào để có thể cứu hộ Như vậy, với số liệu dòng chảy và sóng thu được, tiến hành xác định hướng và dòng chảy bề mặt biển cùng với phần mềm của radar HF 10 (Codar Leeway) sẽ xác định được vị trí gần sát với thực tế di chuyển của con thuyền và việc cứu hộ cứu nạn trên biển dễ dàng hơn Ứng dụng trong điều hành tầu thuyền qua lại eo biển, cảng Tại vùng Tokyo và vịnh Sagami, dòng chảy biển rất mạnh và... Số liệu radar biển trong quan trắc dòng chảy tầng mặt có độ chính xác phụ thuộc vào môi trường trong phạm vi hoạt động của radar Với môi trường bình thường sai số trung bình của vận tốc dòng chảy < 7 cm/s và hướng < 10 độ Theo một nghiên cứu của tác giả Lee et al (2014) [12] về đánh giá độ chính xác của số liệu radar biển khu vực biển của sông Keum (Hàn Quốc) trong hai mùa mùa đông và mùa hè với số liệu. .. trị Số liệu radar biển được sử dụng kết hợp mô hình số trị trong việc đồng hóa số liệu để tạo trường ban đầu cho các mô hình động lực Các trường ban có độ chính xác cao góp phần tăng độ chính xác của các kết quả dự báo từ mô hình số trị 1.4 Các nghiên cứu chế độ dòng chảy vùng biển Vịnh Bắc Bộ Vịnh Bắc Bộ nằm ở phía tây của biển, rộng từ 105o36’E đến 109o55’E trải dài từ vĩ tuyến 17oN đến vĩ tuyến 21oN,