Khi bão đổ bộ, bão thường di chuyển với tốc độ 15 km/h – 20 km/h và gây ra hiện tượng nước ven biển dâng cao hơn nhiều so với thời điểm không có bão. Trị số nước dâng cực đại ở mỗi trận bão xuất hiện ở phía bên phải đường đi của bão (hình 4.9)
Hình 4.9: Vị trí xuất hiện nước dâng cực đại
Vì không phải cơn bão nào khi đổ bộ vào Biển Đông cũng làm nước dâng tại đúng khu vực trạm Hòn Dấu, nên với quy luật ở trên (xem hình 4.5), để tìm mối liên hệ giữa nước dâng và khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu, tác giả tiến hành thu thập số liệu của các cơn bão đổ bộ vào khu vực các tỉnh phía nam của trạm Hòn Dấu như: Thái Bình, Nam Định, Thanh Hóa… Bởi với các cơn bão được chọn như thế sẽ có khả năng cao làm nước dâng ở đúng khu vực trạm. Từ cơ sở này, việc tìm ra được mối liên hệ giữa chúng sẽ khả quan và có cơ sở hơn là tiến hành tính toán, tìm mối liên hệ với chuỗi số liệu bão bất kỳ.
Khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu (ký hiệu là di) được tác giả định nghĩa và tính toán theo công thức tính khoảng cách giữa hai điểm như sau:
45
Gọi tọa độ tâm bão là ( , ), tọa độ trạm Hòn Dấu là ( , ) Trong đó:
+ , lần lượt là giá trị kinh, vĩ tại tâm bão
+ , là giá trị kinh, vĩ tại trạm Hòn Dấu
+ Lúc này khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu là:
= ( − ) + ( − )
Trong mối liên hệ với tham số bão này, tác giả chỉ xét với mỗi cơn bão cụ thể. Tác giả tiến hành theo các bước tính toán và phân tích theo các bước sau (tất cả đều được thực hiện bởi chương trình fortran do tác giả tự viết):
Bước 1: Tính khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc
Bước 2: Thiết lập định dạng file số liệu bão mới với tham số bão (là khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc) đã được tính toán ở bước 1
Bước 3: Ghép file bão vừa thiết lập với file số liệu nước dâng tại trạm Hòn Dấu mà thời điểm quan trắc tương ứng với thời gian xảy ra bão
Bước 4: Xác lập mối liên hệ giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc
Dưới đây là kết quả về mối liên hệ giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu được tính toán theo 04 bước ở trên xét với hai cơn bão cụ thể là Charlotte (1962) và cơn bão Jane (1971):
+ Cơn bão: Charlotte (19/9/1962)
46
Bảng 4.2: File số liệu đầu vào cơn bão Charlotte (19/9/1962)
Date: 19-23 SEP 1962 Typhoon #19
ADV LAT LON TIME WIND PR STAT
1 16.80 118.30 09 19 00 30 - TROPICAL DEPRESSION 2 17.10 117.50 09 19 06 30 - TROPICAL DEPRESSION 3 17.20 117.00 09 19 12 30 - TROPICAL DEPRESSION 4 17.20 116.50 09 19 18 30 - TROPICAL DEPRESSION 5 17.20 116.30 09 20 00 30 - TROPICAL DEPRESSION 6 17.30 115.80 09 20 06 40 - TROPICAL STORM 7 17.30 115.00 09 20 12 40 - TROPICAL STORM 8 17.50 113.90 09 20 18 50 - TROPICAL STORM 9 17.70 112.70 09 21 00 55 - TROPICAL STORM 10 18.00 111.40 09 21 06 70 - TYPHOON-1 11 18.50 110.20 09 21 12 60 - TROPICAL STORM 12 18.90 109.00 09 21 18 50 - TROPICAL STORM 13 19.30 107.90 09 22 00 50 - TROPICAL STORM 14 19.80 106.80 09 22 06 55 - TROPICAL STORM 15 20.20 106.00 09 22 12 40 - TROPICAL STORM 16 20.70 104.90 09 22 18 25 - TROPICAL DEPRESSION
Dòng thứ nhất ghi thời gian xảy ra cơn bão
Dòng thứ hai cho biết đây là cơn bão thứ bao nhiêu trong năm
Dòng thứ ba lần lượt là các tiêu đề: ADV (thứ tự ốp quan trắc), LAT (vĩ độ tâm bão), LON (kinh độ tâm bão), TIME (thời gian thực hiện quan trắc), WIND (tốc độ gió), PR (áp suất tâm bão), STAT (tên loại bão)
Các dòng tiếp theo lần lượt ghi giá trị tương ứng của các tham số được miêu tả ở dòng thứ ba.
Phần gạch ngang (-) cho biết tại thời điểm đó, tham số đó không có giá trị quan trắc.
47
Bảng 4.3: Kết quả tính toán mực nước cực trị trạm Hòn Dấu với khoảng cách di tính được từ tâm cơn bão Charlotte (19/9/1962) đến trạm quan trắc
AVD MONTH DAY GIO KC (di) NUOC DU
1 9 19 0 1412.27 -23.5 2 9 19 6 1317.89 -30 3 9 19 12 1261.3 -36 4 9 19 18 1207.53 -45 5 9 20 0 1186.07 -42.5 6 9 20 6 1129.55 -27 7 9 20 12 1044.12 -24 8 9 20 18 920.76 -44 9 9 21 0 787.15 -58 10 9 21 6 639.88 -38 11 9 21 12 495.58 -21 12 9 21 18 355.06 -21 13 9 22 0 225 -47.5 14 9 22 6 91.63 -66 15 9 22 12 22.22 -13 16 9 22 18 144.88 83 17 9 23 0 274.45 29
Trong bảng 4.3, cột thứ năm và thứ sáu lần lượt ghi giá trị của tham số bão (khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc) và giá trị nước dư tương ứng tại trạm Hòn Dấu.
Mối liên hệ thực nghiệm giữa mực nước dư và khoảng cách từ tâm cơn bão Charlotte năm 1962 (cấp 13) đến trạm Hòn Dấu được mô phỏng ở hình 4.10
48
Hình 4.10: Mối liên hệ bậc cao giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão tới trạm Hòn Dấu trong cơn bão Charlotte năm 1962
Trong đồ thị trên, đường màu xanh thể hiện mối liên hệ bậc 6 thực nghiệm, còn đường nét đứt màu đỏ là đường biểu diễn mối liên hệ bậc 6 lý tưởng khi hệ số tương quan R=1. Phương trình biểu thị mối liên hệ đó được xác lập như sau:
+ Mối liên hệ bậc 6
= 4. 10 − 2. 10 + 3. 10 . − 3. 10 . + 0.01 − 1.63 + 16.7
Hệ số tương quan: R2 = 0.8282
Nhìn vào phương trình cùng hệ số tương quan của mối liên hệ bậc 6 được thiết lập ở trên, ta nhận thấy mối liên hệ này khá chặt chẽ và đáng tin cậy. Như vậy, với tham số bão là khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc, ta tìm thấy mối liên hệ của tham số này với nước dâng tại trạm Hòn Dấu là mối liên hệ bậc 6 với hệ số tương quan xấp xỉ 0.82 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Khoảng cách (km) Mực nước (cm)
49
Tuy nhiên, với mối liên hệ này, thì thật khó hình dung và đoán biết được quy luật liên hệ giữa chúng.
Nhìn vào đồ thị trên, nhận thấy với khoảng cách tâm bão cách bờ chừng 400km, mối liên hệ có phần tuân theo quy luật hàm mũ bậc hai. Vì vậy tác giả tiến hành tách riêng phần số liệu mà khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu nhỏ hơn 400km để phân tích và tìm mối liên hệ.
Hình 4.11 thể hiện mối liên hệ đó.
Hình 4.11: Mối liên hệ bậc hai giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão tới trạm Hòn Dấu trong cơn bão Charlotte năm 1962
Trong đồ thị trên, đường màu xanh thể hiện mối liên hệ bậc 2 thực nghiệm, còn đường màu đen là đường biểu diễn mối liên hệ bậc 2 lý tưởng khi hệ số tương quan R=1. Phương trình biểu thị mối liên hệ đó được xác lập như sau:
= 0.001 − 0.562 − 10.18
Với hệ số tương quan: R2=0.704
Như vậy, khi tiến vào gần bờ với khoảng cách cách bờ chừng 400km, bão có xu hướng làm nước rút đi, rồi đến giai đoạn vào gần bờ (cách bờ khoảng 100km) thì
y = 0.001x2- 0.562x - 10.18 R² = 0.704 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Khoảng cách (km) Mực nước (cm)
50
bão có xu hướng làm cho nước dâng lên. Nói chung, bão càng tiến vào gần bờ thì nước dâng càng cao.
Ta tiến hành các bước tương tự để xét với cơn bão cụ thể khác là Jane (1971) xem quy luật trên có được đúng với các cơn bão này không. Kết quả được thể hiện trong bảng 4.4 và hình 4.8
+ Cơn bão: Jane (12/7/1971)
Bảng 4.4: Kết quả tính toán mực nước cực trị trạm Hòn Dấu với khoảng cách di tính được từ tâm cơn bão Jane (12/7/1971) đến trạm quan trắc
AVD MONTH DAY GIO KC (di) NUOC DU
1 7 9 6 2280.67 22 2 7 9 12 2055.72 -6 3 7 9 18 1844.89 -18 4 7 10 0 1628.32 -15 5 7 10 6 1432.07 6 6 7 10 12 1284 -3.5 7 7 10 18 1197.73 -13 8 7 11 0 1123.63 -9 9 7 11 6 1039.37 8 10 7 11 12 926.24 -4 11 7 11 18 813.91 -8 12 7 12 0 715.06 -1 13 7 12 6 607.21 1 14 7 12 12 451.23 13 15 7 12 18 323.01 13 16 7 13 0 229.08 16
51
Hình 4.12: Mối liên hệ bậc cao giữa nước dâng tại trạm Hòn Dấu với khoảng cách từ tâm cơn bão Jane đến trạm quan trắc năm 1971
Trong đồ thị trên, đường màu xanh thể hiện mối liên hệ bậc 6 thực nghiệm, còn đường nét đứt màu đỏ là đường biểu diễn mối liên hệ bậc 6 lý tưởng khi hệ số tương quan R=1. Phương trình biểu thị mối liên hệ đó được xác lập như sau:
+ Mối liên hệ bậc 6
= 5. 10 − 4. 10 + 10 . − 2. 10 . + 0.0019 − 0.9 + 174.5
Hệ số tương quan: R2 = 0.7057
Nhìn vào phương trình cùng hệ số tương quan của mối liên hệ bậc 6 được thiết lập ở trên, ta nhận thấy mối liên hệ này khá chặt chẽ và đáng tin cậy. Như vậy, với tham số bão là khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc, ta tìm thấy mối liên hệ của tham số này với nước dâng tại trạm Hòn Dấu là mối liên hệ bậc 6 với hệ số tương quan xấp xỉ 0.7
Tuy nhiên với khoảng cách cách bờ 800km, ta tìm thấy một mối liên hệ thực nghiệm khác, dễ liên tưởng và hình dung hơn khi nhắc đến đó là mối liên hệ tuyến tính bậc nhất. Mối liên hệ được thể hiện trong hình 4.13.
-40 -20 0 20 40 60 80 100 0 500 1000 1500 2000 2500 Khoảng cách (km) Mực nước (cm)
52
Hình 4.13: Mối liên hệ tuyến tính bậc nhất giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc trong cơn bão Jane năm 1971
Trong đồ thị trên, đường màu xanh thể hiện mối liên hệ tuyến tính bậc nhất thực nghiệm, còn đường màu đen là đường biểu diễn mối liên hệ tuyến tính lý tưởng khi hệ số tương quan R=1. Phương trình biểu thị mối liên hệ đó được xác lập như sau:
= −0.062 + 41.14 (với hệ số tương quan: R2=0.744)
Như vậy, khi tiến vào gần bờ với khoảng cách cách bờ chừng 800km, bão có xu hướng làm nước dâng lên, tức bão càng vào gần bờ, nước dâng càng mạnh.
Như vậy, với 02 cơn bão được chọn với cấp bão là cấp 13, ta đã thấy được phần nào về mối liên hệ giữa khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu và nước dâng tại trạm Hòn Dấu. Đó là mối liên hệ bậc hai, mối liên hệ tuyến tính bậc nhất. Nhưng tóm lại, dù với sự dịch chuyển của bão như thế nào, thì cứ càng vào càng gần sâu trong bờ, bão càng làm cho nước dâng cao hơn.
-20 -10 0 10 20 30 40 50 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Khoảng cách (km) Mực nước (cm)
53
4.3 Mối liên hệ giữa mực nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu với áp suất tại tâm bão
Giá trị áp suất tại tâm bão là một tham số đặc trưng của bão. Giá trị áp suất này càng nhỏ (thấp) thì bão càng lớn (mạnh), càng có nhiều nguy cơ gây nước dâng ở khu vực bão đổ bộ, làm ảnh hưởng đến các công trình ven biển, cũng như cư dân vùng biển nơi đó.
Vì số liệu về áp suất tại tâm bão không phải năm nào cũng có, hầu hết chủ yếu chỉ có ở những năm 2000 trở ra, nên kết hợp cùng với quy luật nước dâng cực đại xuất hiện bên phía phải của bão, tác giả đã thu thập các cơn bão đổ bộ vào khu vực phía nam của trạm Hòn Dấu với những năm có số liệu về áp suất.
Ngoài ra, tác giả chỉ xét đến những cơn bão vượt qua kinh tuyến 116oE, là những cơn bão mà tác giả định nghĩa nó bắt đầu có ảnh hưởng đến bờ biển Việt Nam. Những cơn bão ngoài giá trị kinh tuyến 116oE tác giả không tính đến vì nó ở quá xa bờ, nên dù nó có mạnh cỡ nào thì cũng khó có khả năng làm dâng nước tại khu vực ven bờ.
Các cơn bão mà tác giả lựa chọn thỏa mãn các điều kiện thống kê ở trên được tổng hợp trong bảng 4.5.
Bảng 4.5: Các cơn bão thỏa mãn các điều kiện thống kê
STT Tên bão Thời gian bão đổ bộ
1 Chebi 8/11/2006 2 ATNĐ 06/10/2005 3 Nepartak 12/11/2003 4 Krovanh 20/8/2003 5 Koni 16/7/2003 6 Hagupit 10/9/2002 (Nguồn: www.thoitietnguyhiem.net )
54
Trong luận văn này, tác giả tiến hành tìm mối liên hệ giữa nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu với áp suất tại tâm bão. Việc này được thực hiện qua các bước sau:
Bước 1: Thống kê các cơn bão thỏa mãn các điều kiện:
+ Cơn bão phải có số liệu về áp suất tại tâm bão
+ Cơn bão phải vượt qua kinh tuyến 116oE
+ Cơn bão đó phải đổ bộ vào khu vực phía nam của trạm Hòn Dấu
Bước 2: Đồng hóa thời gian xảy ra các cơn bão đó với thời gian nước dâng tại trạm Hòn Dấu
Bước 3: Tìm giá trị nước dâng cực đại trong khoảng thời gian xảy ra bão. Với mỗi cơn bão được chọn, sẽ có một giá trị nước dâng cực đại tương ứng.
Bước 4: Tìm giá trị áp suất tại tâm bão tương ứng với thời điểm xảy ra nước dâng cực đại vừa tìm ở trên.
(Như vậy, với mỗi cơn bão, sẽ có một giá trị nước dâng cực đại và một giá trị áp suất tại tâm bão tương ứng)
Bước 5: Thiết lập lại file số liệu theo định dạng như bảng dưới đây:
Bảng 4.6: Kết quả thống kê giá trị nước dâng cực đại và áp suất tại tâm bão tương ứng với từng cơn bão đã được chọn
STT Tên bão Thời gian bão
đổ bộ Áp suất tại tâm bão Nước dâng cực đại 1 Chebi 8/11/2006 1002 21 2 ATNĐ 06/10/2005 1002 4 3 Nepartak 12/11/2003 1000 39 4 Krovanh 20/8/2003 987 42 5 Koni 16/7/2003 980 48 6 Hagupit 10/9/2002 1002 9
55
Hình 4.14 thể hiện mối liên hệ giữa nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu với áp suất tại tâm bão tương ứng trong mỗi cơn bão mà tác giả đã thống kê và tính toán được.
Hình 4.14: Mối liên hệ giữa nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu với áp suất tại tâm bão
Trong đồ thị trên, đường màu xanh thể hiện mối liên hệ tuyến tính thực nghiệm, còn đường màu đen là đường biểu diễn mối liên hệ bậc hai lý tưởng với hệ số tương quan R=1.
Từ biểu đồ trên, ta nhận thấy, mối liên hệ giữa nước dâng cực đại và áp suất tại tâm bão là mối liên hệ tuyến tính bậc nhất. Phương trình biểu diễn mối liên hệ đó được thiết lập như sau:
= −1.53 + 1553 Hệ số tương quan: R2 = 0.635
Với hệ số tương quan là 0.635, thì mối liên hệ tuyến tính bậc nhất ở trên tìm được là khá tin cậy và có thể chấp nhận được.
0 10 20 30 40 50 60 975 980 985 990 995 1000 1005 Mực nước (cm) Áp suất (mb)
56
Từ mối liên hệ tuyến tính ở trên, thì ta thấy rằng, cứ áp suất tại tâm càng giảm thì sẽ gây nước dâng cực đại ở khu vực ven bờ càng lớn.
Như vậy, để dự báo nước dâng cực đại theo giá trị áp suất ở tâm bão tại trạm Hòn Dấu thì ta sẽ dựa vào phương trình thể hiện mối liên hệ tuyến tính bậc nhất giữa nước dâng cực đại và áp suất tại tâm bão mà tác giả đã tìm được ở trên. Tức là, với mỗi cơn bão thỏa mãn các điều kiện thống kê, thì chúng sẽ có xu hướng làm giá trị nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu càng lớn khi áp suất càng giảm ở tâm bão.