Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 Chế độ dòng chảy tầng mặt khu vực Vịnh Bắc Bộ dựa số liệu thu thập radar biển Trần Mạnh Cường1, Nguyễn Kim Cương2,* Trung tâm Hải văn, Tổng cục biển Hải đảo Việt Nam, Bộ TNMT Số Pháo Đài Láng, Hà Nội, Việt Nam Khoa Khí tượng - Thủy văn & Hải dương học, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 08 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 26 tháng năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 12 năm 2016 Tóm tắt: Trong khuôn khổ báo này, tác giả trình bày kết phân tích chế độ dịng chảy mặt khu vực vịnh Bắc Bộ dựa nguồn số liệu radar biển từ 01/06/2013 đến 01/02/2015 Số liệu radar biển thu thập từ trạm radar Việt Nam: Hòn Dấu, Nghi Xuân Đồng Hới Trước tiên, biến động mùa trường dòng chảy mặt khu vực theo hai mùa gió Đơng Bắc Tây Nam mơ tả chi tiết Tiếp theo, chế độ dịng triều khu vực vịnh Bắc Bộ phân tích Các kết phân tích đưa phân bố định lượng tính chất chung trường dòng chảy dư mặt biển khu vực vịnh Bắc Bộ thơng qua phân tích số liệu đo đạc thu từ hệ thống radar Từ khóa: Radar biển; vịnh Bắc Bộ; dòng chảy mặt Mở đầu * điều mà phương pháp quan trắc khác khó thực Trong thời kỳ khoa học kỹ thuật ngày phát triển việc nghiên cứu trình tự nhiên phục vụ cho mục đích kinh tế, xã hội… hỗ trợ nhiều từ trang thiết bị tiên tiến Trong nghiên cứu tượng địa vật lý nói chung q trình động lực học nói riêng việc quan trắc thực tế có tầm quan trọng lớn Một số phương pháp quan trắc sóng, dịng chảy biển dựa hệ thống radar biển tần số cao Ưu điểm phương pháp mật độ điểm quan trắc dày liên tục theo thời gian, hệ thống radar quan trắc điều kiện thời tiết bất thường (bão, dơng tố, lốc…), _ * Hình Phạm vi quan trắc trạm radar hoạt động khu vực vịnh Bắc Bộ Tác giả liên hệ ĐT: 84-949170184 Email: cuongnk@hus.edu.vn 26 T.M Cường, N.K Cương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 Các số liệu thu thập từ radar biển bao gồm số liệu sóng dịng chảy nguồn liệu vô quý giá lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng, quản lý khai thác biển Đây nguồn liệu Việt Nam có cơng trình nghiên cứu nguồn số liệu [1] 27 trích điểm từ S1 đến S5 lấy dọc theo tuyến từ bờ khơi nằm khu vực có mật độ số liệu dày thể Hình 2 Giới thiệu số liệu radar biển Việt Nam Radar biển thiết bị ứng dụng công nghệ đại dựa vào kỹ thuật phát sóng tần số cao để phân tích giám sát số yếu tố hải văn trường dịng chảy tầng mặt, trường sóng Cơng nghệ nước phát triển mạnh, kèm với cơng trình nghiên cứu khoa học có liên quan Tại Thái Lan, xây dựng hệ thống Radar biển tự động bao gồm 06 trạm phục vụ cho công tác quan trắc hải văn thuộc vùng biển Thái Lan phần Vịnh Thái Lan Ngồi có nhiều nước giới khu vực Đông Nam Á áp dụng công nghệ như: Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc Ấn Độ Tại Việt Nam, cơng nghệ radar biển cịn mẻ chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực Năm 2011, Trung tâm Hải văn chủ trì thực dự án xây dựng hệ thống trạm radar biển, đến hoàn thành giai đoạn I với trạm quan trắc tầm xa Hòn Dấu (20,6662333oN, 106,8169667oE), Nghi Xuân (18,6210500oN, 105,8156000oE) Đồng Hới (17,4711167oN, 106,6389500oE) trạm trung tâm thu số liệu Hà Nội Cả ba trạm hoạt động tần số 4,65 MHz với độ phân giải ngang độ phân giải góc phương vị 5,825 km 5o (Hình 1) Dựa số liệu có, khoảng thời gian từ 01/06/2013 đến 01/02/2015 sử dụng để phân tích chế độ dịng chảy vịnh Bắc Bộ có đầy đủ số liệu từ trạm radar Việc phân tích số liệu thực dựa chuỗi số liệu dài ngày khu vực có mật độ số liệu đủ dày Chuỗi số liệu theo mùa: mùa hè (tháng 06 - tháng 08/2013) mùa đông (tháng 10/2014 - tháng 01/2015) Số liệu Hình Phân bố số liệu dịng chảy mặt quan trắc từ hệ thống radar (đơn vị: %) Kết phân tích dịng chảy từ radar biển a Phân tích điều hịa dịng chảy triều tầng mặt khu vực vịnh Bắc Bộ dựa số liệu radar Hệ thống dịng chảy biển Đơng nói chung khu vực vịnh Bắc Bộ nói riêng bị ảnh hưởng mạnh hồn lưu gió mùa châu Á, phân chia thành hai mùa rõ rệt: mùa gió Đơng Bắc (mùa đơng) mùa gió Tây Nam (mùa hè) [2] Từ tháng 11 đến tháng thời kỳ gió mùa đơng bắc hoạt động mạnh Vào thời kỳ tháng 1, vận tốc gió trung bình biển Đơng vào khoảng - 10,7 m/s, hướng gió đơng bắc thịnh hành tồn vùng biển Đơng Từ tháng trở đi, gió đơng bắc yếu dần mạnh trở lại vào tháng [2] Từ tháng đến tháng 9, hướng gió thịnh hành biển Đơng chuyển sang hướng tây nam phát triển mạnh vào thời kỳ tháng tháng 8, vận tốc gió trung bình thời kỳ vào khoảng 5,5 - 7,9 m/s Từ tháng 10 hướng gió thịnh hành dần chuyển sang hướng đơng bắc [2] Trong thời kỳ gió mùa Đơng Bắc: Giống nghiên cứu trước chế độ dịng chảy khu vực mùa đơng, hồn lưu khu vực vịnh Bắc Bộ có hướng thịnh hành 28 T.M Cường, N.K Cương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 phía nam, vận tốc trung bình vào khoảng từ 15 - 25 cm/s Bức tranh hồn lưu khu vực mùa đơng cho thấy hệ thống dòng chảy tách thành hai vùng rõ rệt Ở khu vực sát bờ, dịng chảy có xu chạy dọc theo bờ xuống phía nam, vận tốc dòng lớn vào khoảng 25 - 35 cm/s Khu vực đầu Quảng Bình, vận tốc dịng chảy trung bình tháng 10 vào khoảng 45 - 50 cm/s, có thời điểm khu vực ghi nhận vận tốc dòng chảy gần m/s Những tháng cuối mùa, dịng chảy có xu xuống phía nam, tốc độ dịng chảy trung bình vào khoảng 25 - 30 cm/s giảm dần bắt đầu vào thời kỳ gió mùa Tây Nam Ở ngồi khơi phía bắc khu vực vịnh, dịng chảy trung bình có hướng nam đến tây nam sau nhập vào dịng sát bờ chảy xuống phía nam Vận tốc trung bình dịng vào khoảng từ 15 - 20 cm/s Về phía nam khu vực cửa vịnh, dịng chảy thường có vận tốc nhỏ phía bắc, hướng thịnh hành có xu hướng phía tây tây nam, từ cho thấy khu vực tồn xoáy thuận nghiên cứu trước Tuy có thời điểm vào mùa đơng gió mùa Đơng Bắc hoạt động mạnh, dịng chảy vùng mạnh lên phía nam Trong thời kỳ gió mùa Tây Nam Trong thời kỳ gió mùa Tây Nam, hoàn lưu khu vực thiết lập lại, dịng chảy khu vực có xu lên phía bắc với vận tốc trung bình vào khoảng từ 10 - 20 cm/s Vào thời kỳ này, khu vực Vịnh Bắc Bộ hình thành hồn lưu nghịch Vận tốc hồn lưu khơng lớn, trung bình khoảng - 12 cm/s Nước trì hồn lưu đưa lên từ vùng biển trung lên Hoàn lưu tồn đến hết tháng Bảng Kết phân tích điều hịa thủy triều từ số liệu radar theo vị trí Hình Trục nhỏ (cm/s) Hướng dịng triều lên cực đại Pha thiên văn (độ) Phân triều Trục lớn (cm/s) 22,40 Vị trí S1 -1,89 122,85 o 203,54 o O1 5,22 1,13 111,80 o 244,50 o P1 o o Phân triều Trục lớn (cm/s) O1 P1 S1 6,59 -3,60 127,76 K1 20,70 -1,80 119,36 o 259,20 o o o M2 3,89 -0,64 126,11 S2 1,46 -0,13 127,77 o O1 22,29 Vị trí S3 -1,03 P1 5,71 279,18 Hướng dòng triều lên cực đại Pha thiên văn (độ) 25,50 Vị trí S2 -2,34 125,19 o 209,47 o 5,65 1,21 108,68 o 251,46 o o 285,21 o S1 8,94 -2,19 130,24 K1 23,08 1,31 122,92 o 258,79 o o 118,22 o M2 4,91 -1,44 130,77 140,28 o S2 2,18 -0,72 148,52 o 138,40 o 127,89 o 207,46 o O1 23,08 Vị trí S4 0,00 110,12 o 205,60 o -0,42 104,12 o 263,54 o P1 5,74 -0,66 100,27 o 251,09 o o o o 255,38 o S1 6,29 -1,18 137,51 K1 22,62 1,07 120,24 o M2 5,04 -2,81 110,61 Trục nhỏ (cm/s) 298,66 K1 20,95 -1,27 103,08 246,92 o M2 6,22 -3,81 39,87 o 225,02 o 154,21 o 101,30 o S2 2,78 -1,55 47,85 o 258,78 o o o S2 2,68 -0,11 168,22 124,24 O1 16,93 Vị trí S5 -0,99 74,05 o 209,33 o o 293,93 o P1 5,06 -1,57 59,10 K1 15,70 -1,99 64,29 o 245,61 o M2 9,74 -2,70 35,48 o 228,30 o S2 3.259 -1.36 118.85 331.24 T.M Cường, N.K Cương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 29 Hình Dịng chảy mặt trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ mùa gió Đơng Bắc (trái) mùa gió Tây Nam (phải) (cm/s) (a) (b) (c) Hình Trường dịng chảy trung bình năm tầng mặt khu vực vịnh Bắc Bộ năm 2014 (a) độ lệch chuẩn thành phần kinh hướng u (b) thành phần vỹ hướng v (c) (cm/s) ; (a) K1 (b) O1 30 T.M Cường, N.K Cương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 (c) M2 (d) S2 Hình Phân tích số điều hịa phân triều (cm/s) Hình Ellipse triều phân triều chính, màu xanh ellipse quay theo hướng chiều kim đồng hồ, màu đỏ ngược chiều kim đồng hồ T.M Cường, N.K Cương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 Điểm đáng ý tranh hoàn lưu khu vực thời kỳ khu vực tồn dịng sát bờ xuống phía nam Dịng chảy từ phía bắc xuống đến khu vực miền Trung tăng tốc có xu tách bờ, nhập vào hệ thống dòng chảy lên phía bắc Tại khu vực cửa vịnh, vận tốc dịng chảy vào khoảng 15 - 20 cm/s Số liệu phân tích từ radar cho thấy ảnh hưởng lưu lượng nước từ cửa sông lớn mùa lũ đến hồn lưu dịng chảy mặt thời kỳ này, điển cửa sơng Hồng, dịng chảy gần bờ có xu từ bờ khơi nhập vào hồn lưu xa bờ lên phía bắc Ở ngồi khơi vịnh phía bắc, dịng chảy có hướng đơng bắc thịnh hành, vận tốc dịng chảy khu vực không lớn, vào khoảng từ 10 cm/s Về phía nam đến cửa vịnh, dịng chảy có vận tốc lớn hơn, vào khoảng 10 - 20 cm/s Trên Hình thể độ lớn trường dịng chảy trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ năm 2014 độ lệch chuẩn thành phần kinh hướng u vỹ hướng v Quan trắc từ radar biển cho thấy dịng sát bờ có có vận tốc trung bình cao, vào khoảng 15 – 25 cm/s Sự biến thiên vận tốc dòng chảy theo phương vỹ hướng v lớn nhiều so với vận tốc dòng chảy thành phần theo phương kinh hướng u Điều thể rõ khu vực cửa vịnh đến khu vực vịnh nước từ biển Đông vào vịnh Bắc Bộ Bên cạnh đó, kết phân tích từ quan trắc radar biển cho thấy biến thiên thành phần kinh hướng dòng chảy thể khu vực mũi đất giáp ranh Hà Tĩnh Quảng Bình có liên quan đến q trình động lực quy mơ nhỏ gần bờ, biến thiên thành phần vỹ hướng bị ảnh hưởng nhiều q trình động lực quy mơ vừa khu vực b Phân tích điều hịa dịng chảy triều tầng mặt khu vực vịnh Bắc Bộ dựa số liệu radar Phân tích điều hịa dịng chảy vịnh Bắc Bộ thực điểm lưới với thời gian từ 01/06/2013 đến 01/02/2015 công cụ T_tide, phần mềm mã nguồn mở MATLAB tiến sĩ Pawlowicz thực Bộ phần mềm có khả phân tích 31 mực nước dịng chảy triều phương pháp bình phương tối thiểu Kết phân tích dịng chảy triều thể Bảng Hình 5, Kết phân tích cho thấy sóng nhật triều có vận tốc cao nhiều so với sóng bán nhật triều Tại khu vực cửa vịnh sóng K1 O1 có vận tốc lớn nhất, đạt khoảng từ 25 30 cm/s (Hình 5) Cụ thể khu vực vịnh phía nam, sóng K1 có vận tốc cực đại vào khoảng từ 26 - 28 cm/s, sóng O1 từ 28 - 30 cm/s, sóng bán nhật có vận tốc yếu hơn, sóng M2 có vận tốc cực đại vào khoảng - cm/s sóng S2 từ - cm/s Khi tiến gần đến bờ, độ lớn sóng giảm dần, Tại khu vực Quảng Bình, vận tốc sóng bán nhật triều nhỏ cm/s Phân tích cho thấy sóng nhật triều biến đổi mạnh có thay đổi địa hình khu vực, sóng K1 O1 giảm dần biên độ lên phía bắc vịnh vào khu vực nước nơng có độ sâu 50 m, đó, biên độ sóng M2 S2 lại tăng dần lên, Tại điểm S5, sóng O1 có vận tốc cực đại 16,3 cm/s, K1 16,1 cm/s, sóng M2 có vận tốc 9,6 cm/s 3,3 cm/s sóng S2 Hình thể ellipse dịng triều bốn sóng phân tích từ số liệu radar cho thấy sóng nhật triều có dạng ellipse dẹt nằm vng góc với bờ Từ bờ khơi, ellipse sóng K1 có dạng quay từ chiều chiều đồng hồ sang ngược chiều kim đồng hồ ngược lại đến vịnh Ellipse sóng M2 cho thấy dòng triều biến thiên nhiều từ bờ khơi từ phía nam lên phía bắc vịnh hướng độ lớn c Thành phần dòng dư khu vực vịnh Bắc Bộ Trường dòng dư tính tốn khu vực cho thấy ảnh hưởng rõ nét gió lên trường dịng chảy khu vực Kết trích xuất từ điểm S2 thành phần dịng chảy vỹ hướng v cho thời kỳ trình bày Hình Hình Vào tháng mùa đơng, ảnh hưởng gió mùa đơng bắc mạnh, trường dịng dư có hướng chủ đạo tây nam đến nam, vận tốc trung bình vào khoảng từ 20 - 30 cm/s Điểm đáng 32 T.M Cường, N.K Cương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 lưu ý trường dịng dư tính tốn cho thấy độ lớn dòng sát bờ qua khu vực Quảng Bình với vận tốc vào khoảng 30 - 40 cm/s lớn vào tháng 10, sau giảm dần đến tháng mùa đông cuối mùa Cũng tương tự thời kỳ mùa hè, trường dòng chảy khu vực chịu ảnh hưởng gió mùa tây nam, hồn lưu khu vực thiết lập lại Trường dịng chảy có hướng chủ đạo tây bắc đến bắc, vận tốc trung bình vào khoảng 15 20 cm/s Kết tính tốn trường dịng dư khu vực cho thấy hình thành xoáy thuận vịnh từ đầu đến mùa Nhìn chung vận tốc dịng dư khu vực thời kỳ không cao (phần lớn nhỏ 25 cm/s), nói trường gió tác nhân mùa gây ảnh hưởng đến trường dòng chảy khu vực thời kỳ F Hình Thành phần vỹ hướng dịng chảy trích điểm S2 thời kỳ mùa đơng Hình Thành phần vỹ hướng dịng chảy trích điểm S2 thời kỳ mùa hè F Kết luận Từ nguồn số liệu thu thập từ radar biển, kết phân tích cho thấy dịng chảy mặt quan trắc từ hệ thống radar cho thấy hệ thống dòng chảy mặt khu vực vịnh Bắc Bộ thay đổi theo mùa gắn với chế độ gió khu vực góp phần phản ánh phần tranh chung hệ dòng chảy vùng biển Trong tháng mùa đơng, hồn lưu khu vực chịu ảnh hưởng gió mùa Đơng bắc, trường dịng chảy khu vực có hướng tây nam đến nam Khu vực biển phía nam Thanh Hóa bắc Quảng Bình tồn dịng gần bờ có vận tốc lớn đạt 25 - 30 cm/s Vào 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 khơng lớn, trung bình khoảng - 12 cm/s Nước trì hồn lưu đưa lên từ vùng biển phía trung lên Các kết thu khoảng thời gian phân tích cho thấy phù hợp với số đặc trưng chế độ công bố đưa đặc điểm hoàn lưu khu vực vịnh Bắc Bộ hai thời kỳ gió mùa Đơng Bắc gió mùa Tây Nam Tài liệu tham khảo [1] N T Trang, “Nghiên cứu ứng dụng số liệu radar biển”, Luận văn ThS - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 2014, tr - 11 [2] N N Minh, “Tidal characteristics of the Gulf of Tonkin”, PhD thesis, Toulouse, 2013, p - 15 [3] “Báo cáo kết điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ”, 1964 [4] “Atlas Quốc gia Việt Nam”, Nhà xuất Tài nguyên - Môi trường Bản đồ Việt Nam, Hà Nội, 1999 T.M Cường, N.K Cương / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 26-33 33 Investigation of Sea Surface Circulation in The Gulf of Tonkin Using the Radar Data Tran Manh Cuong1, Nguyen Kim Cuong2 Center for Oceanography, Vietnam Administration of Seas and Island, MONRE, Phao Dai Lang, Hanoi, Vietnam Faculty of Hydrology, Meteorology and Oceanography, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam Abstract: This paper presents the analyses of regime of sea surface circulation in the Gulf of Tonkin using the radar data from 01/06/2013 to 01/02/2015 The data from high frequency radars were gathered from three stations of Hon Dau, Nghi Xuan, and Dong Hoi Firstly, the seasonal variations of surface currents due to NE and SW monsoon were described Afterthat, characteristics of surface currents were presented using harmonic analysis method Finally, the quantity and general variations of surface residual currents in the Gulf of Tonkin were discussed based on measured data Keywords: HF Radar; Gulf of Tonkin; Surface circulation ... dụng để phân tích chế độ dịng chảy vịnh Bắc Bộ có đầy đủ số liệu từ trạm radar Việc phân tích số liệu thực dựa chuỗi số liệu dài ngày khu vực có mật độ số liệu đủ dày Chuỗi số liệu theo mùa: mùa... 01/2015) Số liệu Hình Phân bố số liệu dòng chảy mặt quan trắc từ hệ thống radar (đơn vị: %) Kết phân tích dịng chảy từ radar biển a Phân tích điều hịa dịng chảy triều tầng mặt khu vực vịnh Bắc Bộ dựa. .. động lực quy mơ nhỏ gần bờ, biến thiên thành phần vỹ hướng bị ảnh hưởng nhiều trình động lực quy mơ vừa khu vực b Phân tích điều hòa dòng chảy triều tầng mặt khu vực vịnh Bắc Bộ dựa số liệu radar