Nghiên cứu mô phỏng chế độ thủy văn và hoàn lưu Vịnh Bắc Bộ.: Luận án TS. Khoa học trái đất: 62 44 02

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hà Thanh Hương NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY VĂN VÀ HOÀN LƯU VỊNH BẮC BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HẢI DƯƠNG HỌC HÀ NỘI - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hà Thanh Hương NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY VĂN VÀ HOÀN LƯU VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 62440228 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HẢI DƯƠNG HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Đinh Văn Ưu PGS.TS Đinh Văn Mạnh XÁC NHẬN NCS ĐÃ CHỈNH SỬA THEO QUYẾT NGHỊ CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN ÁN Người hướng dẫn khoa học Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận án Tiến sĩ GS.TS Đinh Văn Ưu PGS.TS Nguyễn Minh Huấn HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Những kết viết chung với tác giả khác đồng tác giả cho phép đưa vào luận án Các kết luận án chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Hà Thanh Hương LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy GS.TS Đinh Văn Ưu Thầy dạy học Hải dương học hướng dẫn từ tiếp cận khái niệm khoa học biển Luận án khơng thể hồn thành khơng có hướng dẫn kiên trì, tận tâm Thầy Đối với tơi, Thầy người cha mong mỏi đứa trưởng thành khoa học sống Một lần tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy gia đình Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy PGS.TS Đinh Văn Mạnh Thầy người ln đưa góp ý giúp tơi tiến suốt trình học tập lúc làm luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô công tác Bộ môn Khoa học Công nghệ Biển nghiên cứu sinh có nhiều giúp đỡ, chia sẻ với khoa học sống Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, phòng Sau đại học, phòng ban chức năng, tạo điều kiện cho suốt q trình học tập, nghiên cứu sinh Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Khí tượng- Thủy văn- Hải dương học tạo điều kiện cho cơng tác để tơi có thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, bố, mẹ, chồng gái chia sẻ, động viên suốt thời gian học tập nghiên cứu để tơi hồn thành luận án CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT WOA: World Ocean Atlas MODAS: Modular Ocean Data Assimilation System LOWESS: Locally Weighted Scatter plot Smooth T/P: TOPEX/ POSEIDON 3D: chiều CTD : Conductivity Temperature Depth profiler STD: Salinity Temperature Depth profiler SST: Sea Surface Temperature SSS: Sea Surface Salinity DOM: Dissolved Organic Matter GHER: Geo-Hydrodynamic Environment Research CODAS: Common Ocean Data Access System MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÁC TRƯỜNG THỦY VĂN VÀ HOÀN LƯU KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ VÀ BIỂN ĐÔNG 12 1.1 Các nghiên cứu trường thủy văn hoàn lưu khu vực Biển Đông .12 1.2 Các nghiên cứu Vịnh Bắc Bộ 20 1.3 Quy trình phân tích mơ cấu trúc chiều nhiệt muối hoàn lưu Vịnh Bắc Bộ .26 Chương 2: MODUL PHÂN TÍCH SỐ LIỆU VÀ MƠ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC CHIỀU GHER 30 2.1 Modul phân tích số liệu 30 2.1.1 Cơ sở liệu nhiệt độ, độ muối 30 2.1.2 Phương pháp phân tích số liệu 36 2.1.3 Phương pháp bình phương tối thiểu có trọng số địa phương (LOWESS) xây dựng cấu trúc nhiệt độ, độ muối 42 2.2 Mơ hình thủy động lực chiều GHER 60 2.2.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình 60 2.2.2 Phương pháp thể tích hữu hạn .67 2.2.3 Cài đặt mơ hình .73 Chương 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH 3D NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG CÁC TRƯỜNG NHIỆT - MUỐI VÀ HOÀN LƯU VỊNH BẮC BỘ 78 3.1 Một số đặc điểm điều kiện tự nhiên Vịnh Bắc Bộ 78 3.1.1 Điều kiện địa hình khu vực Vịnh Bắc Bộ .78 3.1.2 Các điều kiện khí tượng khu vực Vịnh Bắc Bộ 79 3.2 Các trường ban đầu, điều kiện biên, tác động tham số mơ hình thiết lập cho khu vực Vịnh Bắc Bộ 79 3.2.1 Các trường ban đầu thiết lập cho khu vực Vịnh Bắc Bộ 79 3.2.2 Các điều kiện biên tác động 87 3.2.3 Các tham số mơ hình 90 3.3 Kết kiểm tra mơ hình .90 3.4 Các kết tính tốn cấu trúc hồn lưu nhiệt muối Vịnh Bắc Bộ 97 3.4.1 Hoàn lưu Vịnh Bắc Bộ 97 3.4.2 Cấu trúc nhiệt độ, độ muối Vịnh Bắc Bộ 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các đặc trưng số liệu đo đạc ghi theo chuyến khảo sát chương trình hợp tác Việt-Xơ vị trí 33 Bảng 2.2 Dạng lưu trữ số liệu CTD trạm đo 34 Bảng 2.3 Hàm phân bố suy giảm nhiệt độ ΔT phân bố nhiệt độ T vùng 210±0.50N, 1070±0.50E tháng 39 Bảng 2.4 Hàm phân bố suy giảm nhiệt độ ΔT phân bố nhiệt độ T vùng 17±0.5oN, 108±0.5oE tháng 39 Bảng 2.5 Hàm phân bố suy giảm nhiệt độ ΔT phân bố nhiệt độ T vùng 21±0.5oN, 107 ±0.5oE tháng 40 Bảng 2.6 Hàm phân bố gia tăng độ muối ΔS phân bố độ muối S vùng 20±0.5oN, 107 ±0.5oE tháng 41 Bảng 2.7 Kết tính sai số thực đo tính tốn theo LOWESS nhiệt độ độ muối khu vực Vịnh Bắc Bộ 54 Bảng 3.1 Các giá trị phân tầng biển theo  sử dụng triển khai mơ hình 81 Bảng 3.4 Kết tính tốn vận tốc hướng dịng chảy trung bình tháng tầng mặt điểm 105 Bảng 3.5 Kết tính tốn vận tốc hướng dịng chảy trung bình tháng tầng 30m 107 Bảng 3.6 Kết tính tốn vận tốc hướng dịng chảy trung bình tháng tầng 50m 108 Bảng 3.7 Kết tính tốn vận tốc hướng dịng chảy trung bình tháng theo độ sâu 109 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân bố dòng chảy độ muối bề mặt Biển Đơng Mũi tên hướng dịng chảy ( a)- tháng tám, b)- tháng hai) 15 Hình 1.2 Độ cao động lực (0/1200 db, dyn·m) trường dòng địa chuyển bề mặt Biển Đơng Các xốy Aw, Bw, Bs Cs ( (a) mùa đông (b) mùa hè theo Xu nnk (1982) [68]) 15 Hình 1.3 Hồn lưu theo mùa khu vực Biển Đông .20 Hình 1.4 Theo quan niệm truyền thống hồn lưu có xốy nghịch vào mùa hè .22 Hình 1.5 Phân bố dịng chảy mặt tháng năm 2007 Gao nnk (2013) 24 Hình 1.6 Phân bố dòng chảy mặt tháng theo Yang Ding (2013) (a)-có gió, b)- gió triều) .25 Hình 1.7 Sơ đồ quy trình tính tốn 29 Hình 2.1 Phân bố nhiệt độ mặt tháng trung bình nhiều năm theo MODAS 32 Hình 2.2 Vị trí điểm đo tháng số liệu CTD .35 Hình 2.3 Phân bố nhiệt độ tháng theo độ sâu 107oE, 20oN 38 Hình 2.4 Phân bố độ muối tháng theo độ sâu 107oE, 20oN 38 Hình 2.5 Phân bố nhiệt độ tháng 21±0.5oN, 107±0.5oE 39 Hình 2.6 Phân bố nhiệt độ tháng 17±0.5oN, 108±0.5oE 40 Hình 2.7 Phân bố nhiệt độ tháng 21±0.5oN, 107 ±0.5oE 40 Hình 2.8 Phân bố độ muối tháng 20±0.5oN, 107 ±0.5oE 41 Hình 2.9 Xấp xỉ tuyến tính chuỗi số liệu rời rạc .43 Hình 2.10 Xấp xỉ dạng đa thức bậc chuỗi số liệu rời rạc .43 Hình 2.11 Xấp xỉ dạng đa thức bậc 44 Hình 2.12 Phân bố nhiệt độ mặt trung bình tháng 47 Hình 2.13 Mặt cong nhiệt độ tháng theo độ sâu theo biến thiên nhiệt độ tầng mặt khu vực 107o-108oE, 19o-20oN Vịnh Bắc Bộ 48 Hình 2.14 Profile nhiệt độ tháng khu vực vịnh (107o-108oE, 19o-20oN) với nhiệt độ bề mặt tương ứng 23oC, 22oC 21oC 49 Hình 2.15 Mặt cong nhiệt độ tháng theo độ sâu theo biến thiên nhiệt độ tầng mặt khu vực 107o -108oE, 18o -19oN Vịnh Bắc Bộ 49 Hình 2.16 Profile nhiệt độ tháng khu vực vịnh (107o-108oE, 18o-19oN) với nhiệt độ bề mặt tương ứng 29oC, 30oC 30.5oC 50 Hình 2.17 Mặt cong độ muối tháng theo độ sâu theo biến thiên độ muối tầng mặt khu vực 107o -108oE, 18o -19oN Vịnh Bắc Bộ 50 Hình 2.18 Mặt cong độ muối tháng theo độ sâu theo biến thiên độ muối tầng mặt khu vực 107o -108oE 17o -18oN Vịnh Bắc Bộ 51 Hình 2.19 Profile độ muối tháng khu vực Vịnh Bắc Bộ (107o-108oE, 17o-18oN) với độ muối bề mặt tương ứng 33.2%o 33.8%o .51 Hình 2.20: Kết so sánh phương pháp tính tốn thực đo 52 Hình 2.21a: Kết so sánh tính tốn theo LOWESS thực đo 52 Hình 2.21b: Kết so sánh tính tốn theo LOWESS thực đo 55 Hình 2.21c: Kết so sánh tính tốn theo LOWESS thực đo 56 Hình 2.21d: Kết so sánh tính tốn theo LOWESS thực đo 57 Hình 2.21e: Kết so sánh tính tốn theo LOWESS thực đo 58 Hình 2.21f: Kết so sánh tính tốn theo LOWESS thực đo 59 Hình 2.22 Sơ đồ lưới 3D Akarawa- C 69 Hình 2.23 Sơ đồ lùi sử dụng tính tốn bình lưu 70 Hình 2.24 Sơ đồ tổng qt triển khai mơ hình dự báo 74 Hình 3.1 Bản đồ địa hình Vịnh Bắc Bộ sử dụng mơ hình .80 Hình 3.2 Phân bố nhiệt độ trung bình tháng tầng sâu 83 Hình 3.3 Phân bố nhiệt độ trung bình tháng tầng sâu 84 Hình 3.4 Phân bố độ muối trung bình tháng tầng sâu 85 Hình 3.5 Phân bố độ muối trung bình tháng tầng sâu 86 Hình 3.6 Dòng chảy mặt tháng 92 Hình 3.7 Dịng chảy mặt tháng 92 Hình 3.8 Dịng chảy mặt mùa đơng theo đề tài KC09.24 (2005) .92 Hình 3.9 Dòng chảy mặt tháng 93