Tính toán phổ dao động mùa của mực nước biển Đông

Phương pháp phân tích điều hòa mực nước

(1.1) trong đó Ht − độ cao mực nước ở thời điểm của thời gian trung bình mặt trời; t A0− độ cao trung bình của mực nước trong khoảng thời gian phân tích; Qi − tốc độ thay đổi pha trong một giờ của dao động; r− số dao động thành phần được phân tích; tuần tự là những hệ số suy giảm và pha ban đầu của dao động phụ thuộc vào những đặc trưng thiên văn;. Ưu thế của việc dùng công thức (1.3) so với công thức (1.2) là ở chỗ chúng ta không phải lấy gần đúng (ở giữa kỳ quan trắc) trị số của những thông số thiên văn, khi xử lý các chuỗi quan trắc dài sẽ gây sai số đáng kể, không đòi hỏi tính liên tục của chuỗi, điều này rất thuận tiện, nhất là đối với những chuỗi dòng chảy, chúng ta có thể ghép những chuỗi quan trắc ngày ở bất kỳ thời kỳ nào lại để phân tích.

Công thức biến đổi Fourier. Phương pháp phân tích phổ trong hải dương học

Trong [34] đó nhận xét rằng khi sử dụng công thức (1.13) do không tính đến những trị số khác không đáng kể ở đoạn τ >Tm ước lượng phổ sẽ bao hàm sai số hệ thống và có tính chệch, nhưng nếu tăng , sai số ước lượng lớn ở những lớn sẽ làm tăng độ tản mạn của ước lượng. Biểu hiện của hiệu ứng này thể hiện ở chỗ khi lấy nhỏ các đỉnh phổ trên đồ thị sẽ bị là trơn, và khi tăng dần cỏc đỉnh phổ dần dần thể hiện rừ hơn, cũn khi tăng tiếp nữa thỡ đồ thị phổ không phản ánh đaqực điểm của hàm phổ nữa mà tiến tới đồ thị của chính hàm thời gian mà từ đó hàm tương quan được xác định.

Phương pháp mô hình số trị thủy động

Thí dụ, Đỗ Ngọc Quỳnh [33] xuất phát từ hệ những phương trình cơ bản của lý thuyết nước nông phi tuyến, sau khi đánh giá bậc đại lượng, bỏ qua các số hạng phi tuyến trong chúng và chấp nhận hệ phương trình dưới dạng (1.21)-(1.23) để mô hình hóa số trị quá trình nước dâng trong bão ở biển Đông. Bùi Hồng Long [25] và Nguyễn Thọ Sáo [45] cũng đã sử dụng hệ phương trình dưới dạng này để nghiên cứu sự truyền thủy triều ở biển Đông và vịnh Bắc Bộ (trường hợp này không cần tính tới các số hạng chứa građien áp suất khí quyển và ma sát gió trên mặt biển).

Ý nghĩa của việc nghiên cứu dao động tự do của biển Đông

Chúng tôi xuất phát từ chỗ cho rằng hình dáng đường bờ và địa hình đáy là những đặc điểm riêng có của mỗi thủy vực, và đặt vấn đề khảo sát xem những đặc điểm này ảnh hưởng tới chuyển động của biển theo cơ chế nào. Xuất phát từ những ý tưởng đó chúng tôi bắt đầu nghiên cứu những đặc điểm trong dao động mực nước của biển Đông thông qua việc khảo sát dao động tự do của nó, vì dao động tự do là dạng dao động chỉ phụ thuộc vào kích thước thủy vực, phản ánh đặc điểm về hình dạng và phân bố độ sâu của thủy vực.

Phương pháp tính dao động tự do của thủy vực

Nguyễn Ngọc Thụy trong [15] đã từng sử dụng công thức (2.2) để ước lượng kích thước cộng hưởng của biển, thí dụ với vịnh Bắc Bộ, tác giả nhận được trị số độ dài cộng hưởng của nó với sóng bằng 567 km, sóng - bằng 613 km và nhận định rằng kích thước của vịnh Bắc Bộ (theo Phan Phùng [12] bằng 470 km) gần trùng với kích thước cộng hưởng. Gần đây đã hình thành một phương pháp khác [66, 29, 31, 52] để tính tới độ sâu và hình dạng tự nhiên của biển thực, đó là phương pháp tích phân bằng số những phương trình chuyển động không ma sát trong khuôn khổ bài toán biên không dừng khi kích động những dao động riêng bằng một nhiễu động ban đầu bất kỳ.

Tính dao động tự do của biển Đông

Nếu ở các vùng biển khác của thế giới tính chất bán nhật triều thường đóng vai trò rất chủ yếu thì ở biển Đông ta chỉ quan sát thấy những khu vực bán nhật triều đều rất nhỏ ở eo biển Đài Loan, khu vực lân cận Thuận An và khu vực bán nhật triều không đều cũng không lớn ở phía nam eo biển Đài Loan cho tới phía đông bắc đảo Hải Nam, khu vực vịnh Pulô Lakei, vùng ven bờ biển đông nam Nam Bộ của Việt Nam, khu vực phía tây của vịnh Thái Lan và vùng lân cận Xinhgapo”. Nếu chúng ta so sánh những chu kỳ cộng hưởng của các điểm 6 và 7, thì thấy rằng những điểm này chỉ cách nhau vài trăm cây số nhưng chúng có kiểu cộng hưởng rất khác nhau: vùng điểm số 6 cộng hưởng với các sóng triều bán nhật và những sóng triều nước nông, là những dao động luôn luôn xảy ra và kết quả là độ lớn triều trong vùng thuộc loại lớn nhất trong biển, trong khi đó ở điểm số 7 danh sách các chu kỳ cộng hưởng rất nghèo nàn, nó chỉ cộng hưởng. Khi tiến sâu xuống phía nam, dọc theo trục chính đông bắc – tây nam của biển, thì sự cộng hưởng lại thuận lợi hơn cho sóng vì chu kỳ của nó (bằng 23,93 giờ) rất gần với chu kỳ cộng hưởng ở điểm 4 và gần như trùng một cách lý tưởng với chu kỳ cộng hưởng ở các điểm 1 và 3, còn chu kỳ của sóng thì cách xa các chu kỳ cộng hưởng ở nơi đây hơn. Kết quả chắc chắn sẽ phải như sau: 1) nếu chu kỳ cộng hưởng tại điểm gần nhất với chu kỳ sóng thủy triều nào thì biên độ của sóng thủy triều đó phải lớn; 2) tỷ số biên độ của hai sóng K1 và O1 cần phải tăng dần từ phía bắc biển xuống phía nam biển.

Những kết luận rút ra từ khảo sát dao động tự do

Vùng loại 5 bao trùm phần phía bắc vịnh Thái Lan, cộng hưởng với dải rộng gồm cả năm nhóm chu kỳ, trong đó cộng hưởng với chu kỳ toàn nhật mạnh nhất, nên biểu hiện của dao động mực nước sẽ có tính chất nhật triều với các sóng nước nông phong phú và biên độ dao động khá lớn. Vùng loại 6 giáp bờ nam Trung Quốc ở phía đông bắc đảo Hải Nam cho tới eo Đài Loan (gần các điểm tính 10 và 14) phản ứng với dải rộng các chu kỳ, nhưng hoàn toàn không cộng hưởng với dao động ngày nên biểu hiện mực nước sẽ là bán nhật cộng với các sóng nước nông phát triển. Có thể thấy rằng sự phân vùng trên đây thuần túy dựa theo đặc điểm của dao động tự do của từng vùng, cũng đã cho phép chúng ta đoán được những khả năng của những vùng đó thuộc vào một kiểu dao động thủy triều nào.

Thấy rằng, về cơ bản những vùng với những đặc trưng thủy triều dự đoán đã được thể hiện gần giống với bản đồ phân bố tính chất thủy triều. Những đường đồng pha (liền nét) và đồng biên độ, cm (gạch nối) của sóng triều K1 ở biển Đông theo Nguyễn Ngọc Thụy [43].

Lọc những chuỗi quan trắc mực nước để tính phổ

Vì vậy chúng tôi thử nghiệm cách loại riêng thành phần này bằng phân tích điều hòa chuỗi xuất phát theo các công thức (1.6)-(1.8) ở chương 1 cho từng chu kỳ nhật triều 24,82 giờ của chuỗi năm. Để nhận được những chuỗi dừng khi tính phổ cũng đã loại các dao động năm và nửa năm, đồng thời thử nghiệm với các bước dịch thời gian cực đại của hàm tương quan khác nhau. So sánh các đường cong phổ nhận được cho thấy chấp nhận bước dịch thời gian bằng khoảng 1000 giờ đến 1500 giờ, tức bằng khoảng 1/8 độ dài chuỗi quan trắc cho kết quả tốt nhất.

Kết quả tính phổ và nhận xét

Khi sử dụng những chuỗi mực nước trung bình ngày trong khoảng thời gian dài 6 năm hoặc chuỗi mực nước giờ dài một năm, tác giả phát hiện những chu kỳ xấp xỉ bằng những chu kỳ chúng tôi đã nhận được trên đây đối với trạm Hòn Dấu. Ở chương 2, khi phân tích các dao động tự do với chu kỳ trung gian đã nhận thấy rằng chúng là những dao động có quy mô lớn, tạo thành biên độ khá lớn trong các đỉnh của các vịnh biển, do đó, nếu các trường những yếu tố khí tượng như nhiễu động của gió lớn xảy ra với tần số này, thì rất có thể khả năng mực nước sẽ biến động mạnh, trong khi đó những phương pháp dự tính mực nước hoàn toàn chưa tính tới phần đóng góp này. Trong tương lai cần tiến hành phân tích phổ đối với các chuỗi mực nước quan trắc trong những thời kỳ khác nhau, ứng với những hoàn cảnh thời tiết khác nhau, để khảo sát tính ổn định của các đặc trưng phổ trong dải chu kỳ xi nốp.