Abiki, r iμ các dao động lắc cực trị khác

C từ điều kiện có hạn củ aζ (x) khi ∞; 2 ' = 0− từ đòi hỏi đesóng phản xạ chạy trên h ‡ớng từ bờ rạ

g vũn Malokurilsk (a) vμ 2 tron vũn Loiơnoi (b)

3.12. Abiki, r iμ các dao động lắc cực trị khác

Dao động lắc − hiện t‡ợ g quan trắc đ‡ợc ở khắp nơi trong các vịnh, vũng, cảng biển. Tuy nhiên, độ cao của chúng ở những

khác nhau rất khác nhaụ Trên đây đã nhận xét rằng tính th‡ờng

ssaga v

n

vùng n‡ớc

xuyên vμ c‡ờng độ của các dao động lắc đ‡ợc quy

hất l ợng caọ Khá nhiều các ví dụ loại t‡ơng tự đã đ‡ợc xem xét tr

ó, ở một số vùng của Đại d‡ơng Thế giới ghi nhận đ‡ợc những dao động lắc mạnh tới mức không thể giải thích sự

ski, dao động lắc mạnh dị th‡ờng quan trắc đ‡ợc ở eo biển Euripa (Hi Lạp) vμ vũng biển Angiêri [46]. ở vùng bờ Trung Quốc, các dao động lắc

lμ hiện t các vũng

biển vμ goại trừ

cảng năm

(1957−1980) 13 lần quan trắc đ‡ợc dao động lắc với độ cao (quy mô dao động) hơn 1 m, còn ngμy 1/9/1980 đã ghi nhận đ‡ợc dao động với độ cao 293 cm [342]. Bức tranh t‡ơng tự cũng đặc tr‡ng cho các vùng bờ Triều Tiên: trong phần lớn các trạm dao động lắc không lớn (mặc dù các vịnh vμ vũng biển dọc vùng bờ rất đa dạng), ngoại trừ cảng Pkhohan, ở đó th‡ờng xuyên quan trắc đ‡ợc những dao động lắc đáng kể [139]. Cuối cùng, dao động lắc ở vũng Nagasaki (gọi lμ “abiki”) có đặc điểm rất độc đáo, ngμy 31/3/1978 đã ghi nhận đ‡ợc dao động với quy mô hơn

4,5 m [111].ở quần đảo Balearơ, đặc biệt trong vũng Siudadela (đảo Menorka, Tây Ban Nha) nhiều lần gặp thấy dao động lắc (gọi lμ “rissaga”) cao hơn 3−3,5 m [177, 331]. Nếu nh‡ đối với bờ Thái Bình D‡ơng của quần đảo Kuril, của n‡ớc Nhật, n‡ớc Mỹ có thể nói về những hậu quả thảm khốc có thể có của sự khuếch đại cộng h‡ởng các sóng thần ở các vũng vịnh riêng biệt, thì những hiện t‡ợng abiki vμ rissaga tự chúng lμ một tai biến thiên nhiên dẫn tới những phá hủy đáng kể.

Các thủy vực trong đó quan trắc thấy những dao động lắc cực trị không có khác biệt gì về kích th‡ớc, về hình dạng hoặc về những đặc điểm nμo khác. Vậy thì cái gì lμm xuất hiện các dao động lắc độc đáo ở đó nếu nh‡ trong thủy vực lân cận cùng một nhiễu động th‡ờng gây nên một phản ứng rất yếủ

Giese, Chapman vμ nnk. [175] đã đề xuất mô hình giải thích sự xuất hiện các dao động lắc lớn ở bờ Puerto-Riko bằng tác động của sóng nội thủy triều tạo thμnh vμo các kỳ cận điểm. Theo ý kiến của họ, cơ chế t‡ơng tự cũng có thể lμ nguyên nhân

hình t a Đại

d‡ơng Thế giới gạ

Không phủ nhận về nguyên tắc khả năng kích thích các thích dụng của mô hình [175] đối với vùng Puerto-Riko, chúng tôi l‡u

năng của cơ chế nμy lμ rất đáng nghi ngờ, hơn nữa, hiện đang có nhữ

nói rằng những vụ xuất hiện dao động sóng dμi đáng kể nguồn gốc khí t‡

định bởi hình dạng vμ kích th‡ớc thủy vực: những dao động đáng kể vμ khá ổn định th‡ờng quan trắc thấy ở các thủy vực hẹp trải dμi hoặc ở các vũng biển (cảng biển) với cửa hẹp, tức ở các vùng n‡ớc đặc tr‡ng bởi hệ số c ‡

ong các mục tr‡ớc đối với vùng bờ Nhật Bản vμ quần đảo Kuril. Trong khi đ

xuất hiện của chúng một cách đơn thuần bằng hệ số chất l‡ợng cao của các thủy vực t‡ơng ứng. Thật vậy, theo dữ liệu của N. Ạ Labzov

‡ợng rất phổ biến, song thực tế trong tất cả cảng biển chúng có độ lớn không đáng kể, n Lunkôi (quần đảo Shanđun), tại đây trong 23

hμnh các dao động lắc cực trị ở những vùng khác củ , kể cả các hiện t‡ợng abiki vμ rissa

dao động lắc bởi sóng nội vμ tính

ý rằng tính chất vạn

ng bằng chứng về tính liên hệ của các dao động lắc với sự đi qua của các nhiễu động khí quyển [177, 196, 260].

ở các mục 3.3−3.5 khi bμn luận về sự phát sinh các sóng dμi trong đại d‡ơng đã

ợng (sóng thần khí t‡ợng) thực tế luôn liên quan tới các hiệu ứng cộng h‡ởng. Một kết 311 312

http://www.ebook.edụvn

luận t‡ơng tự cũng đ‡ợc đặt ra đối với các dao động lắc cực trị (ng‡ời ta cũng th‡ờng gọi lμ “sóng thầ

nhiên, ở đây phải hiểu rằng, về nguyên tắc n bất kỳ

ng bên ngoμ

khác nhaụ tr‡ờng hợp thứ nhất sự kích thích dao động lắc diễn ra một cách trực tiếp do nhiễu động bên ngoμi (khí quyển) (cũng giống nh‡ các sóng dμi với cơ chế phát sinh trực tiếp); vấn đề nμy đã đ‡ợc Wilson [349] xem xét chi tiết. ở các vũng vμ vịnh biển (trừ các vịnh lớn) sự kích thích diễn ra thông qua cửa mở, tức cơ chế “hai kỳ”: lúc đầu phải tạo thμnh nhiễu động sóng dμi ở thủy vực bên ngoμi, còn nó, về phần mình mới hình thμnh dao động lắc ở vùng bên trong. Ví dụ rõ rệt nhất − đó lμ sóng thần: sau khi đã xuất hiện ở vùng khơi đại d‡ơng d‡ới tác động của nguồn địa chấn, nó đi tới vùng bờ, gây nên các dao động sóng đứng ở các vịnh vμ vũng biển. Quá trình t‡ơng tự cũng diễn ra với các sóng sinh ra bởi những nguồn khí quyển. Để kích thích những dao động lắc mạnh cần thỏa mãn ba điều kiện: 1) hệ số chất l

h‡ ủy vực

bên ngoμi vμ thủ

sóng dμi đủ mạnh ở vùng bên ngoμị Điều kiện cuối cùng (nếu không phải lμ sóng thần) thì nh‡ đã nhận xét, cũng chỉ có thể trong tr‡ờng hợp cộng h‡ởng. Nh‡ vậy, các điều kiện 2 vμ 3− đó lμ các điều kiện cộng h‡ởng kép (cộng h‡ởng của thủy vực bên

t c

bên ngoμi đối với ngoại lực). Їơng nhiên tất cả các điều kiện

nμy có thể xảy ra c hủ v g

tình huống hiếm hoị hiện

những dao động bất th‡ờng kiểu abiki vμ rissagạ

Bây giờ chún ột số kiểu cộng h ế

nh nh c ao đ lắc trị. 1. Cộng y vự ông u Một cách đơn giản nh ‡ ua v h ủy v ín m phầ ột t vự ộ th ực g ch ỳ da ng g. ạn, một cảng biể ên t g ‡ ha y

vực hình chữ nhật với độ sâu không đổi a

chú n khí t‡ợng” [270]). Tuy

hững dao động lắc − đó không lμ gì khác ngoμi sự phản ứng cộng h‡ởng của thủy vực đối với tác độ i, biểu lộ ra d‡ới dạng các dao động tại những tần số riêng (tần số cộng h‡ởng).

Nh‡ đã nhận xét, các cơ chế phát sinh dao động lắc ở những thủy vực kín vμ những thủy vực với biên ngoμi mở rất

ở

‡ợng cao của thủy vực bên trong; 2) sự gần gũi cộng ởng của các tham số dao động (tr‡ớc hết về tần số) ở th

y vực bên trong; 3) sự hiện diện nhiễu động

rong đối với thủy vực bên ngoμi vμ cộng h‡ởng của thủy vự

hỉ ở một số t Nh‡ y vực đặc thù ng chính lμ khi đó có thể xuấ μ trong nhữn t g ta xét m ‡ởng kép vμ cơ ch khả dĩ hì thμ ác d ộng cực

hoởng của hai thủ c th nha

ất khả năng cộng h ởng kép có thể

mô tả q í dụ ai th ực k ột n, m hủy c lμ b

phận của ủy v kia, với cùng nhữn u k o độ riên

Chẳng h đó có thể lμ một vũng biển bên trong một vịnh hay n b ron một vũng biển.

Với t cách lμ ví dụ mẫu ta xét một hệ thống gồm i thủ 1

h vμ h2, độ dμi củ ng bằng L1 vμ L2. ở đây ta sẽ cho rằng thủy vực thứ hai (bên trong) nhỏ vμ ảnh h‡ởng trực tiếp của nó tới dao động riêng của thủy vực bên ngoμi có thể bỏ quạ Các chu kỳ riêng ở mỗi thủy vực có thể mô tả bằng công thức (2.124). Khi đó điều kiện cộng h‡ởng kép sẽ có dạng 2 2 2 1 1 1 ) 1 2 ( ) 1 2 ( n h L h n L + = + , (3.150)

trong đó n1=0,1,2,...; n2 =0,1,2− các số hiệu của các hμi ở thủy vực bên ngoμi vμ bên trong. Nếu ở thủy vực bên trong giới hạn bởi hμi cơ bản, thì điều kiện (3.150) có thể viết lại d‡ới dạng

2/ / 1 2 1 2 1 ) 1 2 ( áá ạ ã ăă â Đ + = h h n L L . (3.151)

http://www.ebook.edụvn

kiểu nμy xảy ra với cảng Pkhohan ở bờ đông nam Triều Tiên. Nhờ kết quả mô hình hóa số trị các dao động riêng ở vùng nμy có tính tới địa hình thựuc đã thấy rằng hai hμi thấp của vịnh Ioni

Một trong những nguyên nhân khuếch đậimnhj các sóng ở thủy vực bên ngoμi lμ hiệu ứng cộng h‡ởng thềm. ở các vũng vμ vịnh biển tiếp giáp với thềm đại d‡ơng, hμm khuếch đại tín hiệu đi tới từ vùng khơi đại d‡ơng thực tế lμ tích số của các đặc tr‡ng tần của thềm vμ của thủy vực bên trong. Vấn đề nμy đã đ‡ợc bμn luận ở mục 3.8 trên ví dụ các vịnh Onagawa vμ Kasatkạ Sự trùng hợp các tần số cộng h‡ởng của thềm bên ngoμi vμ các tần số riêng của thủy vực dẫn tới sự khuếch đại cộng h‡ởng kép các sóng đi tới từ vùng khơi đại d‡ơng. Đặc biệt điều nμy nguy hiểm đối với những vùng có hẫng hụt độ sâu đột ngột vμ địa hình thể hiện rõ, nơi đó hiện t‡ợng cộng h‡ởng thềm

đ‡ợc nghiên cứu ch‡ ối với một số vũng

biển n o lớn.

3. Hiện toợng abiki vμ sự cộng hoởng Praudman

gasaki (đảo Kiusiu) đã đ‡ợc biết từ lâụ Trong công trình của Honda, Terada vμ nnk. [207] nhận xét rằng các m ở y nhất khi tr‡ờng khí áp ở vùng nμy có các 00 cm tại trạm Mat

lman có chu kỳ 70 vμ 25 phút. Về phía mình, cảng Pkhohan mới nằm ở đỉnh của vịnh nμy có các chu kỳ riêng 25 vμ 7,5 phút. Nh‡ vậy, chu kỳ của hμi thứ nhất đối với vịnh ngoμi đúg bằng chu kỳ cơ bản của cảng. Chính lμ tình hình đó giải thích những dao động lắc dị th‡ờng quan trắc đ‡ợc ở đâỵ

2. Sự trùng hợp các tần số cộng hoởng ở trong vịnh vμ ở thềm bên ngoμi

biểu lộ đặc biệt mạnh (xem hình 2.12). Hiện nay vấn đề nμy a nhiều, nh‡ng có lẽ đ

ằm trên vùng bờ đại d‡ơng thì nó có thể có ý nghĩa t

Bây giờ ta xem xét kĩ hơn về hiện t‡ợng abiki vμ sẽ chỉ ra rằng những dao động hủy diệt nμy ở vũng Nagasaki có liên quan chặt chẽ nhất với một số hiệu ứng cộng h‡ởng, trong đó có

sự khuếch đại Praudman đối với nhiễu động sóng dμi ở phần phía bắc biển Đông Trung Hoạ

Tính chất dị th‡ờng của các dao động lắc ở vũng Na

dao động với biên độ 0,5 đây lμ hiện t‡ợng th‡ờng xuyên, vμ đôi khi các sóng abiki ở đây có biên độ hơn 2 m. Những chu kỳ điển hình của các sóng nμy − 32−38 phút vμ 22−25 phút. Abiki th‡ờng hay gặp thấ

đặc điểm không ổn định, đ‡ờng đẳng áp uốn cong mạnh (chẳng hạn, khi có hai tâm áp thấp nằm gần nhau). Trong những tr‡ờng hợp riêng lẻ abiki còn quan trắc thấy vμo thời tiết t‡ơng đối bình lặng. Trong thời gian đó các xoáy thuận sâu tiến tới vùng đảo Kiusiu gây nên các sóng lớn với những chu kỳ ngắn hơn, nh‡ng không lμm xuất hiện các sóng abikị

Sử dụng số liệu các trạm mực n‡ớc trên bờ trong các năm 1961−1979, Akamatsu [111] tiến hμnh khảo sát tỉ mỉ những đặc tr‡ng thống kê của hiện t‡ợng abikị Đã phát hiện đ‡ợc rằng trong 30 năm những dao động với độ cao hơn 1

sugai (điểm A trên hình 3.44 b) quan trắc thấy 18 lần. Thông th‡ờng nhất abiki quan trắc đ‡ợc vμo các tháng 12−4 (cực đại vμo tháng 3), còn vμo các tháng 7−9 thực tế không bao giờ quan trắc thấỵ Thời gian kéo dμi dao động− từ 2 đến 45 giờ, nh‡ng thông th‡ờng abiki kéo dμi 3−6 giờ; chu kỳ thống trị của các dao động− 35 phút, 95 % tất cả các tr‡ờng hợp thuộc về các sóng với chu kỳ 30−40 phút.

Sự kiện mạnh nhất vμ đáng quan tâm nhất đã xảy ra vμo ngμy 31/3/1979. Theo số liệu của Akamatsu tại trạm Nezumi

http://www.ebook.edụvn

nằm

45a), còn tại vùng cửa sông Urakami ở đỉnh vịnh Nagasaki (điểm C) ghi nhận đ‡ợc dao động với biên độ 478 cm; chu kỳ của các dao động đối với t

khoảng 35 phút. Các chu kỳ riêng của vịnh Nagasaki theo tính ở cửa vμo vịnh (điểm B trên hình 3.44) các sóng abiki có độ cao 130 cm (hình 3.45 b), tại trạm Matsugai ở gần giữa vịnh (điểmA)−278 cm (hình 3.

ất cả các trạm bằng

toán số trị của Akamatsu [111] bằng 35, 20 vμ 10 phút. Các sóng abiki đã gây h‡ hại tầu vμ các công trình bờ vμ lμm chết 3 ng‡ờị

Hình 3.44.Phần phía bắc biển Đông Trung Hoa với khu vực dự kiến hình thμnh nhiễu động khí quyển gây sóng abiki ngμy 31/3/1979 (a);

vũng Nagasaki với các vị trí của trạm ghi mực noớc trên bờ (b) Độ dμi vũng− 6 km, độ rộng đặc trong− 1 km, độ sâu trung bình− 20 m

Chính lμ tr‡ờng hợp nμy đã đ‡ợc Hibiya vμ Kajiura [196] sử dụng để nghiên cứu cơ chế hình thμnh hiện t

u

mμ cả trên quần đảo Goto vμ Mesima nằm ở p

í dụ, ngμy 31/3/1979 hầu

nh‡ tất cả các trạm khí t‡ợng ở vùng nμy ghi nhận đ‡ợc sự đi qua của một nhiễu động khí áp mạnh kiểu sóng đơn, mặc dù các

điề ủa

nhiễu động (xem

theo h‡

‡ợng abikị Họ đã chú ý tới một chi tiết lμ sự x ất hiện abiki thực tế luôn đi kèm với sự đi qua của đột biến khí áp biểu hiện không chỉ ở

Nagasaki, hía tây

của đảo Kiusiu (xem hình 3.44 a). V

u kiện thời tiết trong thời gian đó khá bình lặng. Biên độ c nμy ở các trạm khác nhau bằng từ 2 đến 6 hPa hình 3.45 c, d), theo dữ liệu phân tích nhiễu đọng lan truyền

ớng tây với tốc độ khoảng 110 km/giờ.

Hình 3.45. Các sóng abiki ở vũng Nagasaki ngμy 31/3/1979 đối với trạm Matsugai (a), Nezumi (b) vμ sự đột biến khí áp gây nên chúng ghi đoợc tại

các trạm Mesima (c), Nagasaki (1) vμ Phukue (2) (d) (từ công trình [111])

Sau khi cho một vùng thμnh tạo són

đầu (hình 3.44 a) vμ các tham số của nó (ΔP =3 hPa, U=110

km/giờ, vù L = km, vùng giả

ía bắc biển Đông

trình tính toán đã phát hiện g đơn khí quyển ban

a

ng tăng áp suất 1 28 m áp suất

169

2 =

L km), Hibiia vμ Kadziura đã xây dựng mô hình số phát sinh các dao động sóng dμi ở phầ

Hoa vμ vũng Nagasakị Trong quá

http://www.ebook.edụvn

một tình huống quan trọng. Các độ sâu đặc tr‡ng đối với vùng rộng lớn giữa Trung Quốc lục địa vμ đảo Kiusiu bằng từ 50 đến 150 m, tốc độ sóng dμi t‡ơng ứng với các độ sâu đó lμ 80−140 km/giờ, tức khá gần với tốc độ truyền sóng khí quyển. Nh‡ vậy, đã xảy ra tình huống kinh điển cộng h‡ởng Praudman. Sử dụng ph‡ơng pháp các đặc tr‡ng, Hibiia vμ Kadziura đã nhận đ‡ợc biểu thức đơn giản có thể sử dụng để‡ớc l‡ợng c‡ờng độ các dao động cộng h‡ởng: 2 / ) / ( ζ L1 xf ζ =− Δ Δ , (3.152)

ở đây Δζ − độ chênh mực n‡ớc tĩnh học, xf =Ut− khoảng cách nhiễu động khí quyển đi quạ Từ công thức (3.152) suy ra rằng

1

L cμng nhỏ, tức đột biến áp suất cμng rõ, thì phản ứng mực n‡ớc sẽ cμng mạnh. Ví dụ, nếu L1=30km, xf =300km, thì hệ số khuếch đại γ =Δζ /Δζ ≈5. Nếu Δζ =3cm, thì Δζ =15cm đối với vùng đảo Mesima, điều nμy khá phù hợp với kết quả quan trắc. Một giá trị t‡ơng tự đã nhận đ‡ợc theo mô hình số có tính tới phân bố độ sâu thực Δζ =12cm.

Tính toán các dao động riêng ở vùng giữa quần đảo Goto vμ Kiusiu đã cho các trị số chu kỳ 64, 36 vμ 24 phút tuần tự đối với các hμi thứ nhất, thú hai vμ thứ ba, vμ đối với bản thân vũng Nagasaki −36 vμ 23 phút*. Do khuếch đại cộng h‡ởng các sóng với chu kỳ 36 phút cũng nh‡ sự cộng khuếch đại địa hình thông th‡ờng của các sóng đi tới từ vùng khơi đại d‡ơng (theo định luật Airy−Green (3.144)) biên độ các dao động sóng dμi của trạm

*

Từ những tính toán nμy thấy rằng ở đây cũng quan trắc thấy sự cộng h‡ởng đã đ‡ợc mô tả trong mục 1, cộng h‡ởng nμy liên quan tới sự trùng hợp các chu