Với tính chất đặc thù của bão: quy mơ của bão nhỏ hơn quy mô synôp, cấu trúc bão lại rất phức tạp. Mặt khác, quá trình hình thành, phát triển của bão đều nằm trên đại dương, nơi có điều kiện khơng thuận lợi cho việc quan trắc và đo đạc nên có rất ít số liệu về bão. Bởi vậy, có thể thu thập được nhiều số liệu về bão để nghiên cứu một cách đầy đủ cũng như chính xác về bão là một việc vơ cùng khó khăn.
Số liệu về bão được khai thác trong giai đoạn từ năm 1960 đến năm 2009 từ trang web http://weather.unisys.com của cơ quan dự báo bão, áp thấp nhiệt đới của Mỹ [7].
File số liệu mà tác giả khai thác được là file số liệu quan trắc trong vòng 50 năm, trong mỗi năm đều có số cơn bão tương ứng, mỗi cơn bão là một file số liệu. Để thuận tiện cho việc tính tốn và thống kê bằng chương trình Fortran, tác giả đã đưa từng file số liệu đó về định dạng như sau (xem bảng 3.4):
-Cột đầu và cột thứ hai ghi tọa độ tâm từng 6h một (độ kinh vĩ) -Cột thứ ba ghi lần quan trắc thứ mấy
-Cột thứ tư ghi thời gian quan trắc (giờ, ngày, tháng, năm)
-Cột thứ năm ghi tên giai đoạn của bão (TD: áp thấp nhiệt đới, TS: bão tố nhiệt đới, STS: bão tố nhiệt đới mạnh, TY: bão…)
-Cột thứ sáu ghi tốc độ gió (hải lý/giờ) -Cột thứ bảy ghi giá trị khí áp (mb) -Cột thứ tám ghi tên cơn bão
Bảng 3.8: Trích file số liệu cơn bão thứ 89 trong số các cơn bão tương ứng với các đợt nước dâng rút tại trạm Hòn Dấu
116.9 20.4 1:00 18h22/09/2007 DB 20 1000 INVEST 115.8 19.7 2:00 00h23/09/2007 TD 25 996 NONAME 114.9 19.2 3:00 06h23/09/2007 TD 30 998 NONAME 114 19.4 4:00 12h23/09/2007 TS 35 996 NONAME 112.8 19.6 5:00 18h23/09/2007 TS 40 993 FRANCISCO 111.5 19.8 6:00 00h24/09/2007 TS 45 989 FRANCISCO 110.3 19.9 7:00 06h24/09/2007 TS 40 993 FRANCISCO 109.4 19.8 8:00 12h24/09/2007 TS 35 996 FRANCISCO 108.9 19.7 9:00 18h24/09/2007 TD 30 1000 FRANCISCO 108.4 19.4 10:00 00h25/09/2007 TD 25 999 FRANCISCO 107.7 19.7 11:00 06h25/09/2007 TD 25 1004 106.9 20 12:00 12h25/09/2007 DB 20 1007
Trong đó, các cột thứ nhất, thứ hai, thứ sáu là các giá trị tham số bão mà tác giả sử dụng để tính tốn, thống kê và lập mối liên hệ thực nghiệm với dao động mực nước tại trạm Hòn Dấu và trạm Hòn Ngư.
Cơ sở dữ liệu về bão mà tác giả thu thập dùng trong luận văn này chỉ là đường đi bão khả dĩ nhất do Mỹ đã phân tích ra (Best track).
Nhiều cơn bão có thể mạnh nhưng lại khơng có thơng tin về gió cực đại hoặc áp suất cực tiểu hoặc tên bão hoặc khơng có cả các đặc trưng đó (xem bảng 3.9).
Bảng 3.8 ở trên là bảng dẫn file số liệu về bão mà có đầy đủ các đặc trưng về bão nhất trong số các cơn bão mà tác giả thu thập được trong cơ sở dữ liệu về bão trong luận văn này.
Bảng 3.9: Trích file số liệu cơn bão khơng có thơng tin về áp suất cực tiểu và tên bão, chỉ có mỗi đặc trưng về tốc độ gió cực đại
126.4 12.7 2: 00h24/05/1980 55 -1 125.2 13.4 3: 06h24/05/1980 55 -1 123.9 14.0 4: 12h24/05/1980 50 -1 122.7 14.7 5: 18h24/05/1980 50 -1 121.8 15.3 6: 00h25/05/1980 45 -1 120.8 15.8 7: 06h25/05/1980 30 -1 119.8 17.0 8: 12h25/05/1980 20 -1 119.8 18.5 9: 18h25/05/1980 20 -1 120.5 20.0 10: 00h26/05/1980 20 -1 121.5 21.0 11: 06h26/05/1980 20 -1
Theo sự thống kê của tác giả bằng chương trình Fortran từ chuỗi số liệu thu thập được, tổng số cơn bão từ năm 1980 đến 2009 là 909 cơn. Cụ thể số cơn trong từng năm được tác giả dẫn chi tiết trong bảng 3.10 dưới đây:
Bảng 3.10: Số lượng bão và áp thấp nhiệt đới theo từng năm (1980-2009)
Năm Số CB Năm Số CB Năm Số CB
1981 29 1990 31 2000 34 1982 28 1991 31 2001 33 1983 24 1992 32 2002 31 1984 30 1993 37 2003 27 1985 27 1994 39 2004 32 1986 28 1995 34 2005 25 1987 25 1996 43 2006 26 1988 26 1997 33 2007 27 1989 35 1998 27 2008 27 1985 27 1999 33 2009 28
Nhận thấy số lượng bão và áp thấp nhiệt đới biến động không lớn lắm từ năm này sang năm khác với giá trị cực tiểu là 24 cơn (1983) đến giá trị cực đại là 43 cơn (1996).
Cịn với các cơn bão mạnh thì sự biến đổi giữa các năm có sự thể hiện rõ rệt. Dựa vào cách phân loại bão của Ủy ban bão khu vực Châu Á- Thái Bình Dương, tác giả đã chọn những cơn bão có tốc độ gió lớn hơn hoặc bằng 64 hải lý/giờ coi là cơn bão mạnh để phân tích và thống kê về số lượng các cơn bão mạnh theo từng năm (từ năm 1980 đến năm 2009) (xem bảng 3.11)
Bảng 3.11: Số cơn bão mạnh từng năm (1980-2009)
Năm Số cơn bão Năm Số cơn bão Năm Số cơn bão
1980 1 1990 0 2000 4 1981 5 1991 1 2001 6 1982 3 1992 0 2002 2 1983 3 1993 0 2003 1 1984 4 1994 0 2004 3 1985 7 1995 0 2005 2 1986 9 1996 0 2006 1 1987 0 1997 0 2007 4 1988 1 1998 1 2008 2 1989 2 1999 1 2009 0 Tổng 63 Trung bình 2.1
Như vậy, trong thời kỳ từ 1980-2009 tổng số các cơn bão mạnh (tốc độ gió cực đại lớn hơn 64 hải lý/giờ) thống kê được là 63 cơn, trung bình mỗi năm có 2.1 cơn bão mạnh đổ bộ vào vùng biển Việt Nam.
Trên đây là tổng quan về tình hình cơ sở dữ liệu của bão cũng như những cái nhìn chung nhất về số lượng, cường độ của bão ở Việt Nam. Để từ đó kết hợp với cơ sở dữ liệu về mực nước, tác giả tiến hành nghiên cứu và tìm ra các mối liên hệ thực nghiệm giữa nước dâng tại hai trạm Hòn Dấu và Hòn Ngư với các tham số bão như là: khoảng cách từ tâm bão đến các trạm, vận tốc gió cực đại tại tâm bão, áp suất thấp nhất tại tâm…
Kết quả về các mối liên hệ đó được tác giả trình bày chi tiết trong chương 4 của luận văn.
CHƯƠNG 4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỐI LIÊN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VEN BỜ VỚI CÁC THAM SỐ BÃO 4.1 Khái qt về mơ tả định tính đợt nước dâng rút và cơn bão liên quan
Các chuỗi số liệu đã được kiểm tra chi tiết trước khi đưa vào phân tích và tính tốn. Cơ sở dữ liệu do luận văn xây dựng được là đầy đủ và tin cậy nhất cho đến thời điểm này ở Việt Nam. Tồn bộ kết quả tính tốn và thống kê chung trong luận văn được tác giả viết bằng ngôn ngữ Fortran.
Các hình 4.1 đến 4.4 là thí dụ về các đợt nước dâng lớn nhất tại trạm Hòn Dấu và trạm Hòn Ngư trong vòng 32 năm (từ năm 1980 đến năm 2012). Trong đó biểu diễn biến thiên của độ lớn nước dâng và đường đi của cơn bão tương ứng.
Hình 4.1: Đợt nước dâng ngày 23-25/8/1996 tại trạm Hòn Dấu
Giá trị nước dâng lớn nhất đạt 161.1 cm vào lúc 10h ngày 23/8/1996. Ứng với thời điểm đợt nước dâng lớn nhất này, ta tìm được cơn bão đổ bộ vào khu vực Hịn Dấu, quỹ đạo bão thể hiện trên hình 4.2:
Hình 4.2: Đường đi của cơn bão ứng với đợt nước dâng ngày 23-25/8/1996 tại trạm Hịn Dấu
Trên hình này, các đường trịn màu đỏ nối tiếp nhau là biểu diễn vị trí tâm bão tại các ốp quan trắc cách nhau 06 giờ.
Tương tự như trạm Hịn Dấu, với trạm Hịn Ngư ta cũng tìm được đợt nước dâng lớn nhất ngày 29/8/1990 và cơn bão tương ứng với đợt nước dâng đó (hình 4.3 và 4.4)
Giá trị nước dâng lớn nhất đạt 198.2 cm vào lúc 21h ngày 29/8/1990. Ứng với thời điểm đợt nước dâng lớn nhất này cũng có một cơn bão đổ bộ vào trạm Hịn Ngư và được mơ phỏng bằng hình 4.4.
Hình 4.4: Đường đi cơn bão ứng với đợt nước dâng lớn nhất tại trạm Hòn Ngư
Bên trên là mô phỏng cụ thể về hai đợt nước dâng lớn nhất tương ứng tại hai trạm Hịn Dấu và Hịn Ngư. Cùng với đó là các cơn bão xảy ra trong cùng thời điểm.
Về các đợt nước rút mạnh nhất tại hai trạm nói trên, cũng được tác giả thể hiện trong các hình 4.5 đến 4.8 dưới đây:
Giá trị nước rút lớn nhất đạt -91.5 cm vào lúc 06h ngày 10/11/1990. Ứng với thời điểm đợt nước rút lớn nhất này cũng có một cơn bão đổ bộ vào trạm Hịn Dấu và được mơ phỏng bằng hình 4.6.
Hình 4.6: Đường đi của cơn bão ứng với đợt nước rút lớn nhất vào ngày 18/05/2007 tại trạm Hòn Dấu
Trên hình này, các đường trịn màu đỏ nối tiếp nhau là biểu diễn vị trí tâm bão tại các ốp quan trắc cách nhau 06 giờ.
Tương tự như trạm Hòn Dấu, với trạm Hòn Ngư ta cũng tìm được đợt nước rút lớn nhất vào ngày 18/5/2007 và cơn bão tương ứng với đợt nước rút đó (hình 4.7 và 4.8)
Hình 4.7: Đợt nước rút ngày 16-21/05/2007 tại trạm Hòn Ngư
Giá trị nước rút lớn nhất đạt -143.5 cm vào lúc 13h ngày 18/05/2007. Ứng với thời điểm đợt nước rút lớn nhất này cũng có một cơn bão đổ bộ vào trạm Hòn Ngư và được mơ phỏng bằng hình 4.8:
Trong luận văn này, ngồi các cơn bão kèm theo các đợt nước dâng rút lớn nhất tại các trạm quan trắc mà tác giả mô phỏng ở trên, tác giả cịn tìm và thống kê được nhiều cơn bão khác ứng với các đợt nước dâng rút tại hai trạm Hòn Dấu và Hòn Ngư. Từ mực nước quan trắc được của hai trạm từ năm 1980 đến nay, loại đi dao động thủy triều, tác giả đã thống kê được:
+ Tổng số các đợt nước dâng rút của hai trạm: là các đợt nước dâng rút mà các dao động mực nước đã trừ đi dao động thủy triều.
+ Tổng số đợt nước dâng rút đáng kể có kèm theo bão: là các đợt mà nước dâng lớn hơn 50 cm hoặc nước rút nhỏ hơn -50 cm
Bảng 4.1: Các đợt nước dâng, rút tại hai trạm Hòn Dấu và Hòn Ngư
Hòn Dấu Hòn Ngư
Nước dâng
Tổng các đợt nước dâng 12175 7844
Tổng các đợt nước dâng đáng kể có kèm theo bão 142 352
Nước rút
Tổng các đợt nước rút 12177 7845
Tổng các đợt nước rút đáng kể có kèm theo bão 113 255
Thường thì ta vẫn hay thấy, cứ có bão đổ bộ là sẽ gây nước dâng tại khu vực ven bờ, khiến cho các cơng trình ven bờ cũng như dân cư nơi đó chịu rất nhiều thiệt hại cả về người và tài sản. Tuy nhiên bão diễn biến thường nhanh và rất phức tạp. Vì thế cơng tác dự báo nước dâng tại các trạm ven bờ khi có bão xảy ra thường là rất khó. Vì vậy, tác giả tiến hành nghiên cứu để tìm ra được mối liên hệ giữa nước dâng tại các trạm ven bờ với các tham số bão, để từ đó hướng tới dự báo được nước dâng tại khu vực ven bờ.
Vậy mối liên hệ giữa nước dâng và các tham số bão được thể hiện như thế nào? Liệu chúng có mối phụ thuộc nào khơng? Luận văn này sẽ có nhiệm vụ trả lời những câu hỏi đó.
Tác giả tiến hành nghiên cứu với hai trạm quan trắc chính của khu vực vịnh Bắc Bộ, đó là trạm Hịn Dấu (Hải Phịng) và trạm Hòn Ngư (Nghệ An).
4.2 Mối liên hệ giữa nước dâng và khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu Khi bão đổ bộ, bão thường di chuyển với tốc độ 15 km/h – 20 km/h và gây ra 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 khơng 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 khơng 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 Hịn 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 tốn, 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
Gọi tọa độ tâm bão là ( , ), tọa độ trạm Hịn 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 tốn 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 tốn 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 Hịn Dấu được tính tốn 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)
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)