NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN …………………… Nguyễn Minh Hải Nguyễn Minh Hải NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60.44.97 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Hồng Lam Hà Nội - 2012 Hà Nội - 2012 LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG 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 STT Nội dung Trang đảo Việt Nam 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 Bảng 2.1 Mực nước phi điều hòa Hòn Dáu 07 Bảng 2.2 Biểu tính tương quan hai biến 11 Bảng 3.1 Tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông 20 Bảng 3.2 Tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông Bắc 25 Bảng 3.3 Tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông Nam 30 Bảng 3.4 Tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây 35 Bảng 3.5 Tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây Bắc 40 Bảng 3.6 Tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây Nam 45 Bảng 3.7 Các bão đổ vào khu vực từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa 50 Bảng 3.8 Các phương trình hệ số tương quan 70 lớp; dẫn đóng góp lời quý báu, tạo điều kiện thuận lợi mặt để em hoàn thành khóa học luận văn Trong trình học tập thực luận văn, 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 10 tháng 12 năm 2012 HỌC VIÊN Nguyễn Minh Hải Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.20 STT Hình 2.1 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Nội dung Lưới tính mô hình MIKE 21 FM So sánh mực nước thực đo tính toán trạm Hòn Dáu (từ ngày 05 tháng năm 2005 đến ngày 29 tháng năm 2005) So sánh mực nước thực đo tính toán trạm Hòn Ngư (từ ngày 05 tháng năm 2005 đến ngày 29 tháng năm 2005) Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Diễn Châu Trang 17 Hình 3.21 18 Hình 3.22 18 Hình 3.23 21 Hình 3.24 21 Hình 3.25 22 Hình 3.26 22 Hình 3.27 23 Hình 3.28 23 Hình 3.29 24 Hình 3.30 24 Hình 3.31 26 Hình 3.32 26 Hình 3.33 27 Hình 3.34 Hình 3.35 27 28 28 Hình 3.36 Hình 3.37 Hình 3.38 Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Bắc trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Đông Nam trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước 29 29 31 31 32 32 33 33 34 34 36 36 37 37 38 38 39 39 41 41 42 42 Hình 3.39 Hình 3.40 Hình 3.41 Hình 3.42 Hình 3.43 Hình 3.44 Hình 3.45 Hình 3.46 Hình 3.47 Hình 3.48 Hình 3.49 Hình 3.50 Hình 3.51 Hình 3.52 Hình 3.53 Hình 3.54 Hình 3.55 Hình 3.56 Hình 3.57 Hình 3.58 Hình 3.59 Hình 3.60 Hình 3.61 Hình 3.62 Hình 3.63 phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Bắc trạm Cửa Tùng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Mũi Ngọc Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Cửa Ông Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Hòn Dáu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Ba Lạt Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Lạch Trường Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Diễn Châu Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Vũng Áng Đồ thị biểu diễn mối tương quan tốc độ gió mực nước phi điều hòa theo hướng Tây Nam trạm Cửa Tùng Đường bão năm 1968, có bão Rose Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Rose đổ Đường bão năm 1980, có bão Ruth Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Ruth đổ Đường bão năm 1988, có bão Pat Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Pat đổ Đường bão năm 1992, có bão Eli Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Eli đổ Đường bão năm 1996, có bão Frankie Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Frankie đổ Đường bão năm 2003 có bão Koni Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Koni đổ Đường bão năm 2005 có bão 43 Hình 3.64 43 Hình 3.65 44 Hình 3.66 44 Hình 3.67 46 Hình 3.68 46 Hình 3.69 Damrey Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Damrey đổ Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Washi đổ Đường bão năm 2007 có bão Francisco Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Francisco đổ Đường bão năm 2009 có bão Mujgae Dao động mực nước phi điều hòa thời điểm bão Mujgae đổ 47 64 65 66 67 68 69 MỤC LỤC 47 48 MỞ ĐẦU ………………………………………………………… 48 Chương 1: TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG 49 DÂNG RÚT MỰC NƯỚC BIỂN 49 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 51 52 53 54 55 56 57 58 59 2.1 Phương pháp thống kê 2.1.1 Phương pháp phân tích điều hòa thủy triều 2.1.2 ách m c nư c a động điều hòa 2.2 Phương pháp mô hình Chương 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 3.1 Tính toán ảnh hưởng điều kiện trường gió đến chế độ dâng rút nước bờ tây vịnh Bắc Bộ mô hình Mike21 FM 13 18 18 60 61 62 63 3.1.1 Hiệu chỉnh kiểm nghiệm mô hình 18 3.1.2 Áp ụng tính t án 19 3.1.3 Các kết tính 20 3.2 Tính toán ảnh hưởng điều kiện trường bão đến chế độ dâng rút nước bờ tây Vịnh bắc mô hình Mike21 FM 3.2.1 Kịch tính t án MỞ ĐẦU 50 Vịnh Bắc Bộ vào khoảng vĩ độ 18o20’ N - 21o40’ N, kinh độ 106o08’ E - 50 o 110 00’ E vịnh lớn thứ hai biển Đông với diện tích khoảng 150.000 km2, với 3.2.2 Các kết tính t án chiều rộng khoảng 200 - 320 km chiều dài khoảng 600 km Độ sâu trung bình KẾT LUẬN ………………………………………… 70 toàn vịnh khoảng 50 - 60 m, nơi sâu vùng cửa vịnh khoảng 110 m Vịnh TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………… 74 thông với biển Đông qua cửa vịnh phía nam với độ rộng khoảng 250 km, nơi sâu 50 m Ngoài biển Đông vịnh thông qua eo Hải Nam vùng đông bắc vịnh với độ rộng khoảng 30 km, nơi sâu khoảng 10 m Trong vịnh có nhiều đảo, có đảo lớn khu vực tỉnh Quảng Ninh Cái Bầu, Kế Bào, Cô Tô… khu vực quần đảo Bái Tử Long Hạ Long với khoảng 3000 đảo lớn nhỏ, chiếm diện tích gần 3000 km2 tạo thành hệ thống lạch biển chằng chịt vào cảng quan trọng vùng Hạ Long Việt Nam Ở khơi, có số đảo không lớn riêng biêt Hòn Mắt, Bạch Long Vỹ (cách Hải Phòng khoảng 150 km) Vịnh Bắc Bộ có nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú đa dạng, có dạng tài nguyên trội hải sản, du lịch biển, giao thông vận tải biển cho phép khai thác để phát triển kinh tế Song song với lợi nêu trên, vùng biển vịnh tiềm ẩn nguy gây nên thảm họa thiên tai nguy hiểm như: bão, nước dâng bão, sóng lớn, mực nước biển dâng dị thường Vì vậy, cần thiết phải đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học nhằm mục đích nắm bắt quy luật tự nhiên, dự báo, cảnh báo tượng thời tiết nguy hiểm bắt nguồn từ biển Do đó, việc nghiên cứu đặc điểm biến thiên mực nước biển ven bờ Việt Nam nói chung việc nghiên cứu dao động dâng, rút mực nước gió khí áp nói riêng nhiệm vụ cấp thiết cần phải triển khai nghiên cứu phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh quốc phòng Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng trường gió khí áp t i a động Chương âng, rút m c nư c khu v c bờ ây vịnh Bắc Bộ” tập trung xác định ảnh hưởng TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG yếu tố gió, khí áp lên dao động mực nước phi điều hòa bờ Tây vịnh DÂNG RÚT MỰC NƯỚC BIỂN Bắc Bộ Các kết Luận văn phục vụ cho việc kiểm tra kết dự báo trường gió trường khí áp so với dâng rút mực nước phi điều hòa, xây dựng công trình ven biển cầu cảng, đê… qua việc xác định dâng rút mực nước phi điều hòa khu vực xây dựng Nội dung luận văn bao gổm 03 chương, phần kết luận phần bảng phụ Dao động dâng rút mực nước biển dao động dâng, rút mực nước tác động trường gió ổn định biến động gió áp suất khí bão, dòng nước sông dao động mực nước biển tổ hợp dao động thủy triều dao động dâng, rút mực nước nhiễu động khí lục: - Chương 1: Tổng quan yếu tố ảnh hưởng tới dao động dâng, rút mực nước biển tình hình nghiên cứu trình khác Vì vậy, để có tranh tổng thể, chi tiết dao động mực nước biển phục vụ cho nhu cầu kinh tế, kỹ thuật khác cần phải tìm hiểu, nghiên cứu kỹ lưỡng thành phần dao động phi tuần hoàn - nước dâng, - Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu nước rút - Chương 3: Các kết tính toán Dao động dâng rút mực nước biển hoạt động khí - Kết luận xạ mặt trời có tính chất không tuần hoàn gây nên Các hoạt động đa dạng, muôn - Phụ lục hình muôn v khí dẫn đến đa dạng mực nước biển Tuy nhiên, kể nguyên nhân sau gây nên dao động dâng rút mực nước biển: - Dao động dâng rút xuất tác dụng ma sát tiếp tuyến gió mặt nước giới hạn bờ biển Sự giảm áp suất khí lục địa tăng áp suất mặt biển kết hợp với gió gây nước dâng vùng ven bờ ngược lại tăng áp suất khí lục địa giảm áp suất mặt biển kết hợp với gió gây nước rút; - Dao động dâng rút biến đổi áp suất khí gây nên Áp suất khí tăng lên mbar mực nước biển giảm xuống 10 mm ngược lại áp suất khí giảm xuống mbar mực nước biển tăng lên 10 mm Tuy nhiên, biến đổi tĩnh học chúng thường nhỏ nhiều so với biến đổi động lực học gió dòng chảy bờ; - Dao động dâng rút bất đồng chu trình tuần hoàn nước (sự bốc hơi, giáng thủy, dòng chảy) liên quan đến biến đổi lượng nước Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU khu vực khác biển Những dao động đáng kể ví dụ có trận mưa lớn lên tới hàng trăm mm ngày làm tăng mực nước đột 2.1 Phương pháp thống kê ngột khoảng thời gian ngắn; - Dao động dâng rút biến đổi mật độ nước gây Như biết mật độ nước biển phụ thuộc vào nhiệt độ độ muối mà khu vực ven bờ nhiệt độ độ muối nước biển thường xuyên thay đổi ảnh hưởng nước lục địa tương tác với địa Sự dịch chuyển lượng nước mặt nh vào vùng ven bờ s làm cho mực nước biển dâng lên Ngược lại có gió dạt nước nh bị mang khơi, nước nặng sâu dọc sườn lục địa dâng lên thay mực nước biển s hạ thấp vùng ven bờ bị nước nước mặt nh thay nước sâu nặng đây; - Dao động dâng rút hiệu ứng bơm Ekman Sự hội tụ khối nước lớp 2.1.1 Phương pháp phân tích điều hòa thủy triều Độ cao mực nước thủy triều z thời gian t tổng dao động triều thành phần (gọi phân triều hay sóng triều): r zt  A0   f i H i cos[qi t  (V0  u) i  g i ] , (2.1) i 1 đó: A0  độ cao mực nước trung bình, f i  hệ số suy biến biên độ phân triều i , H i  số điều hòa biên độ phân triều i , qi  tốc độ góc không đổi phân triều i , (V0  u) i  phần pha thiên văn phân triều i biểu diễn Ekman gió địa phương đồng thời với chìm xuống khối nước từ dòng góc tinh tú giả định thời điểm t , g i  số điều hòa pha địa chuyển tải vào đẩy lớp nước ấm lên cao dồn vào bờ bề mặt biển vùng gần phân triều i , r  số lượng phân triều f i (V0  u) i phụ thuộc thời gian t bờ bị dâng cao; Khi có n độ cao mực nước quan trắc zt , nhiệm vụ phân tích thủy triều xác - Dao động dâng rút mực nước biển ảnh hưởng bão áp thấp nhiệt định gồm r cặp số điều hòa không đổi H g cho phân triều trạm nghiên cứu đới Để thuận tiện áp dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, người ta thường biến đổi phương trình (2.1) thành r zt  A0   ( Ai cos qi t  Bi sin qi t ) , (2.2) i 1 Ai  f i H i cosg i  (V0  u) i , Bi  f i H i sing i  (V0  u) i  (2.3) Biết mực nước n giờ, người ta có n phương trình đại số dạng (2.2) ẩn số Ai Bi để giải phương pháp bình phương nhỏ Từ cặp ẩn Ai Bi tìm s tính Hi  Ai2  Bi2 , fi Lấy giá trị độ cao mực nước quan trắc H qt trừ độ cao thủy triều dự tính B g i  arctg i  (V0  u) i Ai H tt cho thời điểm tương ứng theo công thức: (2.4) Chuỗi quan trắc dài, số phương trình dạng (2.2) nhiều, A0 Z i  H iqt  H itt , i  1, 2, , N đó: N  độ dài chuỗi mực nước; Z  mực nước dâng rút số cặp số điều hòa H g nhận nhiều, xác Với Độ xác phương pháp phụ thuộc vào độ xác dự tính năm quan trắc ta có 8760 phương trình dạng (2.2) xác định khoảng thủy triều Hiện khả phân tích dự tính thủy triều phương pháp 60-68 cặp số điều hòa H g điểm quan trắc phân tích điều hòa đạt độ xác cao (114 sóng) Do vậy, phương Nhược điểm phương trình dạng (2.2) đại lượng thiên văn biến thiên với thời gian f (V0  u) dao động thành phần i bị xem không đổi suốt thời gian quan trắc bị đưa vào ẩn số Ai pháp hoàn toàn sử dụng để tách dao động thủy triều khỏi chuỗi số liệu quan trắc mực nước biển Bảng 2.1: Mực nước phi điều hòa Hòn Dáu Bi phương trình (2.2), phương trình dạng (2.2) trở thành không xác, thực tế dao động phân triều công thức (2.1) dao động điều biến biên độ, f biến đổi với thời gian phần phụ pha (V0  u) biến đổi với thời gian cách đáng kể Khi tính H i g i theo công thức (2.4) người ta phải dùng giá trị trung bình f i thời điểm thời kỳ quan trắc giá trị (V0  u) i thời điểm đầu thời kỳ quan trắc Điều lại gây nên mâu thuẫn kỹ thuật như: chuỗi quan trắc dài sai số tăng, chuỗi không liên tục (ví dụ năm quan trắc không kế tiếp, mà cách xa nhau) có thời điểm quan trắc 2.1.3 Phương pháp phân tích tương quan tuyến tính biến Các chương trình phân tích điều hòa thủy triều phương pháp bình Đây phương pháp thống kê mà giá trị kỳ vọng hay nhiều biến phương nhỏ xuất phát từ công thức (2.2) mang nhược điểm ngẫu nhiên dự đoán dựa vào điều kiện biến ngẫu nhiên (đã tính toán) khác Đối với mục tiêu đặt Luận văn học viên xác định mối quan hệ 2.1.2 Tách mực nước dao đ ng điều hòa Dùng phương pháp phân tích điều hòa thủy triều tính số điều hòa trạm, sau dự tính lại thủy triều toàn thời gian có số liệu quan trắc trường gió (hướng gió, tốc độ gió) lên dao động mực nước phi điều hòa phương trình tương quan Những mối phụ thuộc dự báo tượng cần dự báo nhân tố định nhận phương pháp khác Thông thường người ta tìm mối phụ thuộc cách dựng phân tích đồ thị dựa phụ thuộc tương quan Ở giá trị đại lượng lại tương ứng với số liệu quan trắc Những biểu thức liên hệ nhận s biểu thị tập hợp giá trị có đại lượng khác Sự phân tán giá trị dạng phương trình tương ứng Những phương trình kiểu có mang tính chất ngẫu nhiên giải thích mặt sai số quan nhiều tác giả nghiên cứu để dự báo nhiệt độ nước biển, nhiệt độ không khí, trắc, mặt khác ảnh hưởng số lớn yếu tố thứ yếu chưa kể đến lượng mưa, độ dày băng, dao động mực nước biển nhiều yếu tố thủy văn biển xây dựng mối phụ thuộc khác Để trực quan đánh giá đặc điểm mối liên hệ đại lượng x y , Sau phân tích bước đầu liệu quan trắc, tức sở phân người ta thường dựng đồ thị tương quan, theo trục tung đặt trị số tích định tính đặc điểm tượng nghiên cứu hiểu biết biến phụ thuộc y , trục hoành đặt trị số biến x Theo cặp trị số quy luật chung thiết lập yếu tố định biến x y tương ứng nhận quan trắc người ta thu tập đổi tượng, người ta tiến tới nghiên cứu mối liên hệ định lượng hợp điểm quan trắc Đặc điểm phân bố điểm mặt phẳng đồ thị s tượng yếu tố: xác định dạng mối liên hệ tìm biểu thức giải tích mà dạng mối liên hệ mức độ (tính chặt ch ) mối phụ thuộc sau dùng làm biểu thức để tính toán dự báo Trong nhiều trường hợp cần xem điểm quan trắc phân bố Muốn người ta lập chuỗi số liệu quan trắc tượng dự báo yếu tố mà phụ thuộc Hiện tượng dự báo s coi biến số phụ thuộc, đồ thị người ta đánh giá trước khả hiệu mối phụ thuộc mục đích dự báo gọi hàm, yếu tố s biến độc lập, gọi đối số Khi xây dựng Khi đồ thị có số lượng lớn điểm quan trắc, muốn v đường liên mối liên hệ dự báo độ dài chuỗi quan trắc có ý nghĩa quan trọng Trong thống kê hệ chia tất điểm thành nhóm nhóm tìm điểm toán học xác nhận tìm mối liên hệ hai biến độ dài chuỗi quan trung bình (tìm đồ thị tính giá trị trung bình x y ) Sau trắc cần phải chứa không 100 quan trắc Nếu số biến tăng lên độ dài v đường liên hệ theo điểm trung bình Độ xác đường liên hệ dự báo chuỗi phải tăng Tuy nhiên, thực hành chuỗi số liệu có độ dài đáp tìm đánh giá cách so sánh giá trị đại lượng y tính theo mối ứng đòi hỏi thường thiếu Dĩ nhiên mối liên hệ xây dựng theo liên hệ với giá trị quan trắc y Việc thực cách dựng chuỗi quan trắc ngắn s tin cậy so với nhứng chuỗi chuỗi dài Đặc biệt đồ thị theo trục tung đặt các số liệu quan trắc thực tế, theo trục điều hay sảy dự báo dài hạn Vì thực hành dự báo hoành − giá trị tính từ mối liên hệ dự báo Nếu đường nhận chuỗi quan trắc tích luỹ dần thêm mối phụ thuộc dự báo xây đường thảng qua gốc tọa độ, nghiêng góc khoảng 45° với trục tọa độ, đồ dựng lại cho xác thị dự báo dựng đúng, trường hợp ngược lại cần phải xem xét chỉnh Dạng đơn giản mối liên hệ đại lượng mối phụ thuộc lại Thông thường kiểm tra mối phụ thuộc dự báo không thực theo hàm, mà trị số đại lượng x ứng với trị số hoàn toàn xác định chuỗi số liệu quan trắc mà từ mối phụ thuộc dự báo xây dựng, mà theo một đại lượng y khác Tuy nhiên, nghiên cứu mối liên hệ chuỗi số liệu độc lập khác Vì xây dựng mối phụ thuộc dự báo tượng tự nhiên gặp mối phụ thuộc hàm mà thường mối chuỗi số liệu quan trắc ta có dài, nên bớt lại phần để dùng vào việc kiểm tra dự báo A (σ - độ lệch bình phương trung bình yếu tố dự báo; A - biên độ dao động Nếu điểm tập trung gần đường thẳng mối liên hệ tốt, chặt yếu tố dự báo) ch Nếu mối liên hệ nhận không đủ chặt ch , người ta đưa Trong trường hợp liên hệ tuyến tính hai biến, người ta lập bảng chuỗi thêm đối số khác, quan trọng so với đối số thứ nhất, vào mối liên hệ quan trắc đại lượng y x tính toán tham số bản: x , y , σx , σ y xây dựng đồ thị liên hệ rxy (bảng 2.2) Khi mối phụ thuộc nhận thoả mãn yêu cầu mặt, người ta tiến tới Bảng 2.2: Biểu tính tương quan hai biến tìm biểu thức định lượng (hay biểu thức giải tích) mối phụ thuộc đó, xác định đặc trưng mối liên hệ hệ số tương quan, phương trình tương quan Vì đặc điểm tản mạn điểm quan trắc đồ thị tương quan thường khác theo hình dạng bên khó đánh giá mức độ chặt ch mối liên hệ, nên thực hành dự báo thảo tiêu chuẩn đặc biệt để đánh giá liên hệ dự báo Như nêu, mối liên hệ đại lượng chặt ch , tức điểm quan trắc tập trung gần đường thẳng, đồ thị dùng để dự báo Muốn cần theo giá trị cho trước đối số x đồ thị ta xác định giá trị tương ứng đại lượng dự báo y Để biểu diễn định lượng mối phụ thuộc dự báo người ta thường sử dụng phương pháp tính toán tương quan, phương pháp cho phép nhận đặc Những tham số tính theo công thức biết thống kê toán học: trưng định lượng mối liên hệ đại lượng, xác định độ tin cậy mối liên hệ mức độ ảnh hưởng nhân tố đối số Tuy nhiên cần nhớ việc sử dụng tương quan bắt đầu chất vật lý mối liên hệ biến tượng dự báo xác định Phương pháp tương quan xem cách thể số mối phụ thuộc tìm có sở vật lý Giả sử đặc trưng thủy văn cần dự báo y bị tác động đặc trưng khí tượng hay thủy văn khác x quan trắc thời kỳ trước đồng thời với đặc trưng y Cần phải tìm phương trình liên hệ hai đại lượng dạng: y= f(x) ± σ − r hệ số tương quan (0  rxy  1) ; − E độ lệch xác suất r (2.5) độ xác phương trình (±σ) Ước lượng độ xác phương trình (2.5) số trường hợp lấy ±0,8 σ; ±0,6 σ ±1/ 10 Sử dụng trị số nhận tham số định vấn đề đột in cậy mối liên hệ Mối liên hệ xem đáng tin cậy trị số 11 - Mũi Ngọc: phương trình tương quan y = 0.0056x - 0.0442; hệ số tương - Hòn Dáu: phương trình tương quan y = -0.0031x - 0.0598; hệ số tương quan R2 = 0.57 quan R = 0.79 0.15 0.1 0.05 0 10 15 20 25 30 Mực nước phi điều hòa (m) Mực nước phi điều hòa (m) 0.2 -0.05 -0.02 10 15 20 25 30 -0.04 -0.06 -0.08 -0.1 -0.12 -0.14 -0.16 Tốc độ gió (m/s) Tốc độ gió (m/s) Hình 3.43: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Mũi Ngọc Hình 3.45: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Hòn Dáu - Cửa Ông: phương trình tương quan y = -0.0112x - 0.0484; hệ số tương quan R2 = 0.85 - Ba Lạt: phương trình tương quan y = -0.0104x - 0.0265; hệ số tương quan R2 = 0.96 Mực nước phi điều hòa (m) -0.05 10 15 20 25 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 -0.35 30 Mực nước phi điều hòa (m) 0 -0.05 10 15 20 25 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 -0.35 -0.4 Tốc độ gió (m/s) Tốc độ gió (m/s) Hình 3.44: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Cửa Ông 46 Hình 3.46: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Ba Lạt 47 30 - Lạch Trường: phương trình tương quan y = -0.0046x - 0.0646; hệ số quan R2 = 0.94 0.1 10 15 20 25 30 -0.04 -0.06 -0.08 -0.1 -0.12 -0.14 -0.16 -0.18 Mực nước phi điều hòa (m) Mực nước phi điều hòa (m) tương quan R = 0.72 -0.02 - Vũng Áng: phương trình tương quan y = -0.0219x + 0.0467; hệ số tương -0.2 -0.1 10 25 30 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 Tốc độ gió (m/s) Hình 3.47: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Lạch rường Hình 3.49: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Vũng Áng - Diễn Châu: phương trình tương quan y = -0.0235x + 0.0312; hệ số - Cửa Tùng: phương trình tương quan y = -0.0153x + 0.0234; hệ số tương quan R2 = 0.98 tương quan R = 0.96 0.05 10 15 20 25 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 30 Mực nước phi điều hòa (m) 0.1 Mực nước phi điều hòa (m) 20 -0.2 Tốc độ gió (m/s) -0.1 15 -0.05 10 15 20 25 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 -0.35 -0.4 -0.45 Tốc độ gió (m/s) Tốc độ gió (m/s) Hình 3.48: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Diễn Châu Hình 3.50: Đồ thị biểu iễn mối tương quan tốc độ gió m c nư c phi điều hòa the hư ng ây Nam trạm Cửa ùng 48 49 30 3.2 Tính toán ảnh hưởng điều kiện trường bão đến chế độ dâng rút nước bờ tây Vịnh bắc mô hình Mike21 FM 3.2.2 Các kết tính toán * Rose (12/8/1968) 3.2.1 Kịch tính toán Học viên thu thập tất bão ảnh hưởng tới vịnh Bắc Bộ từ năm 1960 đến 2011 Do số lượng bão lớn, học viên chọn lọc bão mạnh có ảnh hưởng lớn đến dao động mực nước bờ Tây vịnh Bắc Bộ, điển hình bão có đường thẳng vào khu vực bờ Tây vịnh (bảng 3.7) Bảng 3.7: Các bão đổ vào khu vực từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa Thời gian đổ Tên bão Stt Cấp bão Ngày Tháng Năm Rose 12 1968 Cấp 13 ( > 133 km/h) Ruth 15 1980 Cấp 10 (89-102 km/h) Pat 23 10 1988 Cấp 07 (50 - 61 km/h) Eli 13 1992 Cấp 09 (75 - 88 km/h) Frankie 23 1996 Cấp 11 (103 - 117 km/h) Koni 21 2003 Cấp 09 (75 - 88 km/h) Damrey 26 2005 Cấp 12 (118-133 km/h) Washi 30 2005 Cấp 10 (89-102 km/h) Francisco 25 2007 Cấp 09 (75 - 88 km/h) 10 Mujgae 12 2009 Cấp 08 (62 - 74 km/h) Hình 3.51: Đường bã năm 1968, tr ng có bã R se 50 51 * Ruth (15/9/1980) Hình 3.52: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã R se đổ Hình 3.53: Đường bã năm 1980, tr ng có bã Ruth 52 53 * Pat (23/10/1988) Hình 3.54: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Ruth đổ 54 Hình 3.55 Đường bã năm 1988, tr ng có bã Pat 55 * Eli (13/7/1992) Hình 3.56: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Pat đổ Hình 3.57: Đường bã năm 1992, tr ng có bã Eli 56 57 * Frankie (23/7/1996): Hình 3.58: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Eli đổ 58 Hình 3.59: Đường bã năm 1996, tr ng có bã Frankie 59 * Koni (21/7/2003): Hình 3.60: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Frankie đổ Hình 3.61: Đường bã năm 2003 tr ng có bã Koni 60 61 * Damrey (26/9/2005): Hình 3.62: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã K ni đổ 62 3.63: Đường bã năm 2005 tr ng có bã Damrey 63 * Washi (30/7/2005): Hình 3.64: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Damrey đổ Hình 3.65: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Washi đổ 64 65 * Francisco (25/9/2007): 3.66: Đường bã năm 2007 tr ng có bã Francisco 66 Hình 3.67: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Francisc đổ 67 * Mujgae (12/9/2009): 3.68: Đường bã năm 2009 tr ng có bã Mujgae Hình 3.65: Da động m c nư c phi điều hòa thời điểm bã Mujgae đổ 68 69 KẾT LUẬN y = -0.0502x + 0.1291 0.99 W Số liệu thực đo mực nước, trường gió khí áp y = -0.0674x + 0.2245 0.97 NW - Đã thu thập chỉnh lý số liệu thực đo mực nước thực đo Hòn Dáu y = -0.0112x - 0.0484 0.85 SW y = 0.0383x - 0.1334 0.98 E y = 0.0051x + 0.0175 0.70 NE y = 0.0508x - 0.2098 0.96 SE y = -0.0347x + 0.0744 0.99 W y = -0.053x + 0.182 0.97 NW - Đã tách dao động phi điều hòa Hòn Dáu Hòn Ngư y = -0.0031x - 0.0598 0.57 SW Tính toán ảnh hưởng điều kiện trường gió đến chế độ dâng y = 0.0341x - 0.1172 0.98 E y = 0.0121x - 0.0171 0.99 NE y = 0.0381x - 0.1559 0.96 SE y = -0.0312x + 0.0684 0.98 W y = -0.0371x + 0.1091 0.95 NW y = -0.0104x - 0.0265 0.96 SW y = 0.0407x - 0.1489 0.97 E y = 0.0114x - 0.0152 0.97 NE y = 0.0469x - 0.1969 0.96 SE y = -0.0328x + 0.0541 0.97 W y = -0.0486x + 0.1522 0.95 NW y = -0.0046x - 0.0646 0.72 SW y = 0.0467x - 0.1793 0.97 E y = 0.0326x - 0.1096 0.98 NE y = 0.0354x - 0.1532 0.96 SE y = -0.0385x + 0.1 0.95 W Hòn Ngư từ năm 1960 đến năm 2008 - Đã thu thập chỉnh lý số liệu thực đo trường gió (hướng, tốc độ) Hòn Dáu Hòn Ngư từ năm 1960 đến năm 2008 - Đã thu thập chỉnh lý số liệu thực đo bão đổ vào bờ Tây Hòn Dáu vịnh Bắc Bộ rút nước bờ tây vịnh Bắc Bộ mô hình Mike21 FM - Đã xác định tương quan hướng gió tốc độ gió với dao động dâng rút mực nước khu vực nghiên cứu Ba Lạt Bảng 3.8: Các phương trình hệ số tương quan Stt Trạm Mũi Ngọc Cửa Ông Phương trình tương quan Hệ số tương quan Hướng y = 0.029x – 0.0874 0.99 E y = -0.0075x + 0.0746 0.60 NE y = 0.0508x - 0.2044 0.97 SE y = -0.0302x + 0.0394 0.97 W y = -0.0594x + 0.1828 0.98 NW y = 0.0056x - 0.0442 0.79 SW y = 0.0449x - 0.1531 0.98 E y = 0.0105x + 0.0017 0.94 NE y = 0.0558x - 0.2283 0.97 SE 70 Lạch Trường Diễn Châu 71 Vũng Áng Cửa Tùng Đã hoàn thành việc tính toán mực nước phi điều hòa điều kiện có bão y = -0.0301x + 0.0487 0.96 NW y = -0.0235x + 0.0312 0.96 SW y = 0.0332x - 0.123 0.98 E y = 0.0282x - 0.0944 0.99 NE lên đến 40 cm khu vực Nam Định, Ninh Bình Bão Damrey gây nước dâng y = 0.0196x - 0.0838 0.97 SE rõ rệt toàn bờ Tây vịnh (có nơi lên đến 72 cm) y = -0.0258x + 0.0677 0.92 W y = -0.0156x + 0.0073 0.96 NW tích nhỏ phía Tây bắc vịnh, dâng 18 – 24 cm, có nơi gây nước y = -0.0219x + 0.0467 0.94 SW rút Mujgae gây nước dâng vào khoảng đến 28 cm… Koni gây nước y = 0.0202x - 0.0719 0.98 E y = 0.0214x - 0.0728 0.99 NE y = 0.0086x - 0.0357 0.98 SE y = -0.0137x + 0.0135 0.98 W y = -0.0075x - 0.0136 0.97 NW y = -0.0153x + 0.0234 0.98 SW lớn Với bão lớn Rose (cấp 13), Damrey (cấp 12), Frankie (cấp 11) gây nước dâng lớn khu vực nghiên cứu Khi bão Rose đổ bộ, khu vực lân cận Hòn Dáu có dâng mực nước rõ rệt (trên 100 cm) Bão Frankie gây dâng mực nước Ngược lại, với bão cấp yếu Pat gây dâng diện dâng cao 25 cm Căn vào bảng (3.7) thấy hầu hết trạm có hệ số tương quan tốt, thể rõ xu dâng, rút mực nước ảnh hưởng trường gió Các hướng E, NE, SE thường gây dâng điểm nghiên cứu; hướng W, NW, SW thường gây rút Tuy nhiên hướng đông bắc, tương quan trường gió mực nước phi điều hòa Mũi Ngọc (R2=0.60) Hòn Dáu (R2=0.70) hay hướng Tây Nam Hòn Dáu (R2=0.57) chưa tốt lắm, điểm mực nước phi điều hòa chịu tác động lớn yếu tố khác như: vị trí đặt trạm … Những trạm có tương quan tốt Cửa Tùng, Vũng Áng, Diễn Châu, Lạch Trường… chứng tỏ phía nam vịnh Bắc Bộ mực nước phi điều hòa phụ thuộc nhiều vào trường gió Tính toán ảnh hưởng điều kiện trường bão đến chế độ dâng rút nước bờ tây vịnh Bắc Bộ mô hình Mike21 FM 72 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Văn Ưu - Nguyễn Minh Huấn, Vật lý biển, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, năm 2003 Đinh Văn Ưu, hủy văn hủy động l c học Biển Đông, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, năm 2008 Hoàng Trung Thành, Nghiên cứu đặc điểm biến thiên m c nư c biển ven bờ Việt Nam, luận án tiến sỹ, năm 2011 Lê Đức Tố, Hải ương học Biển Đông, Giáo trình giảng dạy khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, năm 1999 Nguyễn Ngọc Thụy, Nư c dâng gió mùa bão Việt Nam Tập công trình số Trung tâm Khí tượng Thủy văn biển, Nxb KHKT, Hà Nội, 1988 Phạm Văn Huấn, Cơ sở Hải dương học, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, năm 1991 Phạm Văn Huấn, Tính toán Hải dương học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, năm 2003 Phạm Văn Huấn, Dao động t dao động mùa m c nư c Biển Đông Luận án PTS, Hà Nội, năm 1993 Phạm Văn Huấn, D báo thủy văn biển, Nhà NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, năm 2002 74