Trong nghiên cứu này chỉ ra hiện tượng nước dâng lớn xuất hiện sau bão tại dải ven biển Bắc bộ giai đoạn 1960-2017; Đây là hiện tượng rất đáng chú ý và cần nghiên cứu về bản chất vật lý. Mô hình tích hợp SuWAT (Surge, Wave and Tide) được lựa chọn để phục hồi tính toán nước dâng sau bão theo hai phương án tính toán nước dâng, đó là: (1) sử dụng số liệu gió, áp từ mô hình bão giải tích (tính theo số liệu bão thực tế - best track) và (2) từ mô hình dự báo số trị WRF (Weather Research and Forecasting).
Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000164 NƢỚC DÂNG DỊ THƢỜNG SAU BÃO TẠI VEN BIỂN BẮC BỘ VÀ VẤN ĐỀ DỰ BÁO Phạm Trí Thức1*, Đinh Văn Mạnh2, Nguyễn Bá Thủy3 Học viện Hải quân-Quân chủng Hải quân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN Viện Cơ học, viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Quốc gia * E-mail: pthucacademy@yahoo.com.vn TÓM TẮT Trong nghiên cứu tượng nước dâng lớn xuất sau bão dải ven biển Bắc giai đoạn 1960-2017; tượng đáng ý cần nghiên cứu chất vật lý Mô hình tích hợp SuWAT (Surge, Wave and Tide) lựa chọn để phục hồi tính tốn nước dâng sau bão theo hai phương án tính tốn nước dâng, là: (1) sử dụng số liệu gió, áp từ mơ hình bão giải tích (tính theo số liệu bão thực tế - best track) (2) từ mơ hình dự báo số trị WRF (Weather Research and Forecasting) Kết tính tốn cho thấy mơ hình SuWAT cho kết sát với thực tế sử dụng số liệu gió, khí áp từ mơ hình WRF Trong trường hợp sử dụng số liệu bão best track có khác biệt đáng kể mức độ, phân bố thời gian tồn nước dâng Nguyên nhân khác biệt kết tính tốn nước dâng mơ hình WRF mơ tốt hồn lưu sau bão kết hợp với gió mùa vào thời điểm sau bão đổ vào bờ Kết nghiên cứu kinh nghiệm quý báu công tác cảnh báo lựa chọn phương án dự báo nước dâng bão cho dải ven biển Bắc Từ khóa: Nước dâng sau bão, SuWAT, ven biển Bắc ĐẶT VẤN ĐỀ Nước dâng bão tượng mực nước biển dâng cao mức bình thường (mực nước thủy triều) tác động tổng hợp nhiều nhân tố có bão Đối với vùng ven biển Việt Nam, khả xuất khơng nhiều lại nguy hiểm mực nước thường dâng cao bất ngờ, [3] Nước dâng bão trở nên đặc biệt nguy hiểm bão đổ vào thời kỳ triều cường Hiện tượng nước dâng lớn ( 0,5 mét) sau bão đổ tượng đáng ý cần nghiên cứu chất vật lý Thông thường, nước dâng bão xảy trước sau bão đổ (tức cách thời điểm bão đổ từ 1-2 giờ) Tuy nhiên có bão xảy tượng nước dâng lớn sau thời điểm bão đổ khoảng vài có thời gian tồn nước dâng lớn kéo dài nhiều (nước dâng dị thường); gây ảnh hưởng lớn đến công tác cảnh báo, dự báo nước dâng địa phương Nguyên nhân gây lên tượng nước dâng sau bão hồn lưu bão kết hợp với gió mùa có hướng thổi vng góc với đường bờ hoạt động địa chấn… Đã có nhiều mơ hình số trị sử dụng để tính tốn nước dâng mơ nước dâng bão đổ gây ngập lụt ven bờ biển Việt Nam; mơ hình SuWAT lựa chọn khắc phục hạn chế số mơ hình, cơng nghệ xây dựng trước đây, xem xét đồng thời tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão Trong báo này, nước dâng bão mô lại mơ hình SuWAT với phương án lựa chọn trường gió, áp, tính mơ hình bão giải tích (mơ hình Fujita [5] theo tham số bão) mơ hình dự báo trường khí tượng WRF Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương Kết tính tốn cho thấy mơ hình SuWAT cho kết tương đồng với số liệu quan trắc sử dụng trường gió, áp tính mơ hình số trị WRF 394 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phƣơng pháp tách nƣớc dâng bão từ số liệu thực đo Số liệu mực nước thực đo thời gian có bão trạm thủy, hải văn ven biển thực chất tổng hợp thành phần: thủy triều ξt nước dâng bão ξnd Trong trường hợp vị trí đo đạc biết giá trị số điều hòa, sau dự tính thủy triều, thành phần nước dâng bão thời điểm t xác định theo cơng thức sau, [4]: (1) Trong đó, ξđ(t) -mực nước thực đo thời điểm t, ξt(t) -mực thủy triều thời điểm t (tính theo phương pháp bình phương tối thiều, trình bày chi tiết [2]); ξ nd(t) -mực nước dâng bão Chương trình tách nước dâng viết ngôn ngữ Fortran 90, biên dịch chạy máy PC sử dụng hệ điều hành Window 2.2 Mơ hình tích hợp tính tốn thủy triều, sóng biển nƣớc dâng bão (SuWAT) Cơ sở lý thuyết, cấu trúc khả mơ hình trình bày [1, 6] Trong đó, mơ hình tích hợp có khả tính tốn theo phương án sau: Chỉ tính thủy triều (Htide); Chỉ tính sóng; Chỉ tính nước dâng gió áp (Hwind+pressure); Nước dâng gió áp kết hợp thủy triều (Htide & Hwind+pressure); Nước dâng gió áp kết hợp với sóng (Hwind+pressure & Hwave); Thủy triều kết hợp với nước dâng gió, áp sóng (Htide & Hwind+pressure & Hwave) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết thống kê nƣớc dâng sau bão ven biển Bắc giai đoạn 1960-2017 Từ số liệu quan trắc mực nước 03 trạm Hòn Dáu; Hòn Ngư; Sơn Trà khu vực ven biển Bắc giai đoạn 1960-2017, lưu trữ Trung tâm Hải văn biển, nhóm tác giả xây dựng phần mềm tách nước dâng bão từ mực nước thực đo 03 trạm; Sử dụng liệu bão từ năm 1960 đến 2017, thu thập trang số liệu besttrack Mỹ trang JMA Nhật Bản để xác định thời điểm, vị trí bão đổ vào đất liền Việt Nam, [7, 8] Kết nghiên cứu cho thấy: giai đoạn từ 1960-2017, có tổng cộng 101 bão gây nên nước dâng lớn ( 0.5 mét) khu vực ven biển Bắc bộ; đó, có 16 bão gây 19 đợt nước dâng sau bão tập chung chủ yếu hai trạm đo Hòn Dáu Hòn Ngư Tại trạm Hịn Dáu có đợt nước dâng sau bão; trạm Hịn Ngư có 11 đợt; có bão đồng thời gây nước dâng sau bão hai trạm Hòn Dáu Hòn Ngư, (bảng 1) Độ lớn nước dâng sau bão dao động từ 0.61 mét đến 1.58 mét Thời gian xuất nước dâng sau bão từ thời điểm bão đổ vào bờ dao động từ đến 20 với thời gian tồn nước dâng lớn sau bão từ đến 14 Các đợt nước dâng chủ yếu xuất vào thời gian từ tháng đến tháng 10 năm (tháng hoạt động mạnh đợt gió mùa) Đây hồn lưu bão kết hợp với hoạt động gió mùa gây tượng nước dâng dị thường sau bão 3.2 Mô nƣớc dâng sau bão Kalmeagi (9/2014) mơ hình tích hợp SuWAT bƣớc đầu xác định nguyên nhân gây nƣớc dâng sau bão Phân tích kết tính tốn bão Kalmeagi (9/2014) đổ vào Quảng Ninh-Hải Phòng, bước đầu nguyên nhân đợt nước dâng lớn sau bão Trong mơ hình SuWAT áp dụng để tính tốn mơ theo phương án trường gió, áp Phương án sử dụng trường gió, áp tính từ mơ hình bão giải tích-mơ hình Fujita theo tham số bão (bao gồm vị trí, khí áp tâm tốc độ gió mạnh nhất) Theo phương án 2, trường gió áp tính từ mơ hình dự báo trường khí tượng WRF chạy dự báo nghiệp vụ Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương Trên hình 1a,b so sánh số liệu vận tốc gió, khí áp trước sau bão đổ tính từ mơ hình Fujita; mơ hình WRF số liệu quan trắc trạm khí tượng hải văn Hịn Dấu Kết cho thấy có tương đồng tính tốn mơ hình WRF số liệu quan trắc Mơ hình bão giải 395 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 tích- mơ hình Fujita cho sai số lớn với khí áp lớn hơn, vận tốc gió nhỏ thời điểm xuất vận tốc gió lớn sớm khơng thể mơ tả trường gió, khí áp sau bão gió mùa Tây-Nam gây nên Chính sai số mơ trường gió, khí áp nên kết tính tốn nước dâng theo phương án sử dụng mơ hình bão giải tích bão Kalmeagi (9/2014) cho kết khác biệt lớn so với thực tế Bảng Nước dâng lớn ( 0.5 mét) sau bão khu vực ven biển Bắc bộ, giai đoạn 1960-2017 Khoảng Thời gian Giá trị tồn thời gian Trạm Địa điểm Thời gian nước dâng Tên bão sau bão nước dâng mực bão đổ bão đổ lớn đổ nước 0,5 mét [mét] [giờ] [giờ] CHARLOTTE17h Thanh Hóa 0.77 4 Hịn Ngư 62 22/09/1962 Thừa Thiên 09h N0 03-62 0.61 8 Hòn Ngư Huế 27/09/1962 05h FAYE-63 Nam Định 0.85 Hòn Dáu 09/09/1963 1.11 13 Hòn Dấu 04h WINNIE-64 Quảng Ninh 03/07/1964 0.71 Hòn Ngư 07h CLARA -64 Hà Tĩnh 0.66 Hòn Dấu 08/10/1964 16h NADINE-65 Nghệ An 1.12 11 Hòn Ngư 18/08/1965 22h HARRIET-71 Ninh Bình 0.61 12 Hịn Ngư 07/07/1971 06h VERA-83 Quảng Ninh 1.16 10 Hòn Dấu 18/07/1983 23h N0 01-83 Thanh Hóa 0.69 Hịn Ngư 03/10/1983 01h WAYNE-86 Thái Bình 0.63 Hịn Dấu 06/09/1986 17h ANGELA-89 Quảng Bình 0.62 11 Hịn Dấu 10/10/1989 1.03 Hòn Dáu 03h ZEKE-91 Quảng Ninh 14/07/1991 0.61 Hòn Ngư h 04 FRANKIE-96 Nam Định 0.79 Hòn Ngư 24/07/1996 00h WILLIE-96 Nghệ An 0.75 20 Hòn Ngư 22/09/1996 15h KAEMI-00 Đà Nẵng 1.58 Hòn Ngư 22/08/2000 0.98 14 Hòn Dấu KALMAEGI22h Quảng Ninh 14 16/09/2014 0.64 Hòn Ngư 396 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Mơi trường” Hình So sánh kết tính tốn số liệu quan trắc trạm khí tượng hải văn Hịn Dấu: (a)- áp suất khí (b)- vận tốc gió Phân bố nước dâng lớn bão (khơng tính đến thủy triều) theo phương án tính tốn, kết cho thấy phương án sử dụng mơ hình bão giải tích nước dâng bão lớn 0.5 mét xuất khu vực ven bờ Quảng Ninh ven biển Hải Phòng nước dâng lớn đạt 0,6 mét, (hình 2a) Trong đó, phương án sử dụng trường gió, áp tính mơ hình WRF cho phân bố nước dâng lớn 0,5 mét trải dài diện rộng từ Quảng Ninh-Nghệ An đạt giá trị nước dâng đến 1,0 mét, (hình 2b) Hình So sánh kết tính toán nước dâng sau bão Kalmeagi (9/2014) theo phương án trường Hình Phân bố nước dâng lớn bão Kalmeagi gió, áp tính mơ hình bão giải (9/2014): (a)- Trường gió, áp theo số liệu mơ hình bão tích mơ hình WRF với số liệu giải tích (b)- theo mơ hình WRF quan trắc Hịn Dấu So sánh kết tính tốn nước dâng sau bão Kalmeagi (9/2014) theo phương án với số liệu quan trắc trạm Hòn Dấu thể hình Rất rõ ràng để nhận thấy trường hợp tính theo phương án cho tranh tương đối tương đồng với số liệu quan trắc thực tế, phương án có khác biệt lớn kể độ lớn, phân bố thời gian tồn nước dâng KẾT LUẬN - Nước dâng lớn xuất sau bão đổ tồn thời gian di gặp hình khí tượng phù hợp có kết hợp hồn lưu sau bão gió mùa mạnh, kéo dài thổi hướng vng góc với đường bờ - Trong giai đoạn 1960-2017, ven biển Bắc xuất 16 bão gây 19 đợt nước dâng sau bão tập chung chủ yếu hai trạm đo Hòn Dáu Hòn Ngư Các đợt nước dâng chủ yếu xuất vào thời gian từ tháng đến tháng 10 năm - Mơ hình SuWAT cho kết tính tốn nước dâng sau bão tương đồng với số liệu quan trắc kể độ cao thời gian tồn nước dâng sử dụng trường gió, áp tính mơ hình WRF Trong tính theo phương án truyền thống sử dụng mơ hình bão giải tích (Fujita) cho kết khác với thực tế Chính tính tốn dự báo nước dâng bão cần có nhiều giải pháp lựa chọn trường dự báo gió, áp 397 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 - Cơng tác cảnh báo dự báo nước dâng địa phương không kết thúc sau bão đổ mà cần đề phòng bão tan TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đ Đình Chiến, Trần Sơn Tùng, Nguy n Bá Thủy, Trịnh Thị Tâm, Sooyoul Kim, 2014 ột số kết tính tốn thủy triều, sóng biển nước dâng bão mơ hình SuWAT Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng, Thủy văn, Mơi trường Biến đổi khí hậu (ISBN: 978-604-904-2485) [2] Phạm Văn Huấn, Hoàng Trung Thành, 2009 Sơ đồ chi tiết phân tích điều hịa thủy triều Tạp chí khoa học ĐHQGHN, 25 (1S), 66-75 [3] Phạm Văn Ninh Nước dâng bão gió mùa, 2000 Chương trình điều tra nghiên cứu biển cấp nhà nước KHCN-06 (1996-2000), Biển Đơng, Khí tượng Thủy văn, Động lực biển Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội [4] Phạm Trí Thức, Đinh Văn ạnh, Nguy n Bá Thủy, 2018 Đặc trưng nước dâng bão khu vực ven biển Bắc Tuyển tập cơng trình Hội nghị Cơ học Thủy khí Tồn quốc số 21, 762-772 [5] Fujita, T.(1952) Pressure distribution within typhoon, Geophysical Magazine, Vol 23, 437-451 [6] Sooyoul Kim, Yoshiharu atsumi, Tomohiro Yasuda, Hajime ase, 2014 “Storm surges along the Tottori coasts following a typhoon” Ocean Engineering, Vol 91, 133-145 [7] Trang web http://www.weather.uniys.com [8] Trang web http://www.jma.go.jp/en/typh ANOMALOUS SURGES AFTER STORMS IN THE NORTH COASTAL AREA AND FORECASTING ISSUES Pham Tri Thuc1,4,*, Dinh Van Manh2, Nguyen Ba Thuy3 Naval Academy-Naval Service; 30 Tran Phu- Nhatrang Institute of Mechanics-VAST; 264 Doi Can-Hanoi National Center for Hydro-Meteorological Forecasting; 62 Nguyen Chi Thanh-Hanoi University of Science, Vietnam National University; 334 Nguyen Trai-Thanh Xuan-Hanoi * Email: pthucacademy@yahoo.com.vn ABSTRACT In this study, the phenomenon of large surges occurs after the storm in the northern coastal zone of the period 1960-2017 This is a very remarkable phenomenon and needs to study the nature of physics The integrated model SuWAT was selected to recover the storm surge calculation according to two storm surge calculation options, that is (1)-Using wind data, pressure from the analytical storm model (calculated based on actual storm data-best track); (2)-from the numerical prediction model WRF Calculation results show that the SuWAT model gives results close to reality when using wind data, pressure from the model WRF In the case of using the best track storm data there is a significant difference in the level, distribution and duration of storm surges The main reason for the difference in the calculation of the rising water level is that the WRF model has well simulated the post-storm circulation combined with the monsoon at the time after the storm hit the shore The results of the study will be valuable experiences in alerting and selecting storm surge projections for the Northern coastal strip Keywords: After-storm surges, SuWAT, North coast 398 ... lớn nước dâng sau bão dao động từ 0.61 mét đến 1.58 mét Thời gian xuất nước dâng sau bão từ thời điểm bão đổ vào bờ dao động từ đến 20 với thời gian tồn nước dâng lớn sau bão từ đến 14 Các đợt nước. .. tính tốn dự báo nước dâng bão cần có nhiều giải pháp lựa chọn trường dự báo gió, áp 397 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 - Công tác cảnh báo dự báo nước dâng địa phương không kết thúc sau bão đổ... gây 19 đợt nước dâng sau bão tập chung chủ yếu hai trạm đo Hòn Dáu Hịn Ngư Tại trạm Hịn Dáu có đợt nước dâng sau bão; trạm Hịn Ngư có 11 đợt; có bão đồng thời gây nước dâng sau bão hai trạm Hòn