Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 8 pdf

CHƯƠNG 8 - DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC BIỂN
8.1. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ NƯỚC
g n đ ệt độ nước ở biển thường do những nguyên
nhân
ữa nhiệt độ nước và nhiệt độ không khí lớn. Các phương
pháp xác định các hợp phần của dòng nhiệt này đã được xét trong mục 4.2 của
chương 4.
- Vận chuyển nhiệt do dòng chảy sẽ đóng góp phần đán
g kể làm biến thiến
nhiệt độ của một vùng biển nếu vùng này nằm trong miền hoạt động của các dòng
hải lưu mạnh, ở những nơi giao lưu giữa các dòng hải lưu nóng và hải lưu lạnh, ở
những đới front thủ
- Những hiện tượng triều lên, triều xuống ảnh hưởng tới biến đổi nhiệt độ
nước vùng đang xét thông qua việc vận chuyển nước với n
hiệt độ khác nhau giữa
ặt đại dương. Quá trình này đặc biệt mạnh vào thời kỳ thu đông tại các
vùng bi
xu hướng nâng

lên p
Nhữn biế ổi n
gắn hạn của nhi
:
- Dòng nhiệt qua mặt biển. Quá trình này đôi khi đóng vai trò chủ yếu, đặc
biệt khi sự chênh lệch gi
y văn với hiệu nhiệt độ của các k
hối nước lớn.
vùng khơi và vùng bờ, giữa các đoạn bờ
- C
ác quá trình rối và xáo trộn đối lưu có khả năng san bằng nhiệt độ nước ở

lớp gần m
ển thuộc vĩ độ trung bình và vĩ độ cao. Mùa hè, khi nước biển phân tầng

mạnh theo phương thẳng đứng và xuất hiện lớp đột biến nhiệt độ thì sự xáo trộn
đối lưu ít xuất hiện. vai trò san bằng nhiệt độ trong lớp mặt tựa đồng nhất chủ yếu
do tác động cơ học của gió và sóng.
Ngoài nguyên nhân xáo trộn gió gây biến đổi vị trí lớp đột biến nhiệt độ,
dòng chảy đóng vai trò lớn trong những trường hợp như: tại vùng phân kỳ dòng
chảy lớp đột biến nhiệt độ nước nằm gần mặt, cò
n tại vùng hội tụ dòng chảy thì độ
sâu lớp đột biến nhiệt độ tăng lên. Trong hệ dòng chảy xoáy nghịch, độ sâu đột
biến nhiệt độ chìm sâu xuống, còn trong hệ xoáy thuận, lớp này có
hía mặt biển. Có những quan trắc xác nhận rằng khi có bão đi trên Thái Bình
Dương thì độ sâu lớp đột biến nhiệt độ giảm
, có khi lớp này nâng lên đến tận mặt
biển.
Thành phần thẳng đứng của dòng chảy tuy nhỏ nhưng có vai trò đáng kể trong
biến đổi nhiệt độ nước, vì trong nước biển građien nhiệt độ theo chiều thẳng đứng
khá lớn.


81
8.2. DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC LỚP MẶT THEO GIÓ
vùng bờ thẳng đứng hoặc độ dốc đáy lớn.
Trong trường hợp này người ta g
iả thiết rằng nguyên nhân làm biến đổi nhiệt
độ nước là hiện tượng dâng rút nước trong gió. Ở các vùng bờ thẳng đứng vùng vĩ
độ trung bình, mùa hè nhiệt độ nước trên mặt lên cao tới 20-25
°C trong khi ở dưới
các tầng sâu nước giữ nhiệt độ 8-9

°C. Trong gió rút, nước các tầng sâu nâng lên
thay thế nước trên mặt, làm biến đổi mạnh nhiệt độ nước mặt mà người ta quan
trắc thấy. Hình vẽ 8.1 là hình dáng tổng quát của mối phụ thuộc của nhiệt độ nước
vào tổng các hình chiếu của tốc độ gió lên hướng song song đường bờ đối với
những

6
04080
Σ
V, m/s
22
t
W
°
C
10
18
14
40 60

t
hành phần gió song song bờ

8.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC DỰA TRÊN TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT
Sự biến đổi nhiệt độ nước biển được gây bởi sự thay đổi cân bằng nhiệt.
Trong biển các quá trình truyền nhiệt vào mùa lạ



Hình 8.1. Phụ thuộc của nhiệt độ nước vào

nh và m
ùa nóng có khác nhau nên
người ta có những cách giải quyết dự báo nhiệt độ khác nhau tuỳ theo mùa. Mùa
đông, khi nhiệt độ ở lớp trên hầu như đồng nhất theo độ sâu, nhân tố đối lưu là
nhân tố cơ bản.
Vào mùa hè, vì có građien nhiệt độ lớn theo hiều thẳng đứng và theo chiều
ngang, cần phải kể đến tất cả các nhân tố ảnh hưởng tới p
hân bố nhiệt độ. Trong số
các nhân tố đó thì sự vận chuyển nhiệt (theo ch g vai
trò lớn nhất.
Sự thay đổi hoàn lưu khí quyển dẫn đến sự hiết lập lại trường dòng chảy,
trường dòng chảy về phía mình lại làm thay đổi phân bố nhiệt độ theo chiều thẳng
đứng và
phương ngang. Dĩ nhiên các quá trình khí quyển càng mạnh thì những biến
Chiutnhev đã thiết lập những mối liên hệ dự báo giữa biến đổi nhiệt độ trung
bình
ố tỷ lệ phụ thuộc v
ào độ sâu biển. Đồ thị mối phụ thuộc này có
dạng
c
iều ngang) bởi dòng chảy đón
t
đổi nhiệt độ càn
g xảy ra nhanh.
ngày
w
tΔ và tổng ngày của lượng nhiệt đến và lượng nhiệt mất qua mặt biển
QΔ dưới dạng
Qkt
w

Δ=Δ ,
trong đó
−k hệ s
như hình 8.2.

82

-
2
-4
0
2
-6
4
Δt
w

3
1
ΔQ

Hình 8.2. Phụ thuộc của biến đổi nhiệt độ nước vào cân bằng nhiệt
ậy n
gư
ước.
Một số điểm cần chú ý: Nếu đường t
hẳng đi qua gốc của đồ thị th
ì ta tin
chắc rằng tại điểm đang xét nhiệt độ chỉ biến đổi do lượ ệt đến và lưoựng
nhiệt mất qua mặt biển. Nếu đồ thị không đi qua gốc thì chắc chắn còn có

nguyên nhân khác làm
biến đổi nhiệt độ, chẳng hạn như hảy, lưu lượng nước
sông từ lục địa
Các đường thẳng 1, 2, 3 trên hình 8.2 ứng với những trạm có độ sâu khác
nhau. Thí dụ đường thẳng 2 ứng với trạm có độ sâu lớn hơn trạm với đường cong 1
và 3.
8.4. PHƯƠNG PHÁP CỦA MILEIKO
Mileiko G. M. đã xây dựng một phương pháp tính trước trường nhiệt độ nước
mặt
bản đồ trường nhiệt độ thực dựng theo số liệu quan trắc
của c
2
0
-1600
-800
800 1600
Như v ếu có số liệu quan trắc và tính toán về cân bằng nhiệt và sự thay đổi
nhiệt độ n ời ta có thể dựng các đồ thị thực nghiệm dạng hình 8.2 và dùng chúng
để dự báo nhiệt độ n
0
ng nhi
0
dòng c
ở vùng Bắc Đại Tây Dương và Thái B
ình Dương vào mùa lạnh dựa trên cơ sở
tính biến thiên cân bằng nhiệt và độ sâu xáo trộn đối lưu.
Dữ liệu xuất phát là
ác tàu hoạt động trên đại dương trước thời điểm lập dự báo và số liệu dự báo
nhiệt độ không khí trung bình tháng. Sơ đồ tính toán có dạng:

advwnwnwnw
n
n
nnw
tttt
H
Q
Ht
,,1,,
1
11,
1,0
Δ+Δ+→Δ=
Δ
→→
−
−
−−
.
Ở đây
−
H
độ sâu xáo trộn đối lưu được xác định theo nhiệt độ nước mặt đại
dương (quan hệ này được lập sẵn từ trước bằng số liệu quan trắc thủy văn nhiều
năm theo phương pháp so sánh mật độ);
−ΔQ lượng nhiệt mất qua mặt đại dương
được ước l ng theo hiệu . Chia lượ ệt mất qua mặt biển cho độ sâu lớp
n đư
ợc l ến đổi nhiệt độ nước của lớp
đó. C

ượ
aw
tt −
ậ
advw ,
ng nhi
ượng bi
nw
t
,
Δ
mặt tựa đồng nhất người ta n
h
ộng nhiệt độ qua
n trắc được tại thời điểm lập dự báo với lượng biến đổi nhiệt
độ vừa nhận được, có tính tới lượng biến đổi nhiệt độ nước do vận chuyển bình lưu
ngang bởi các dòng chảy
tΔ
sẽ cho nhiệt độ cần dụ báo. Khi tính theo sơ đồ

83
trên đây,
người ta thường dùng cách tính từng bước. Muốn tính bước thứ nhất,
ngườ
ương p
háp phân tích
khách quan. Các tính toán được thực hiện trên máy tính cho 300 điểm trên đại
dương. Dự báo dài hạn theo phương pháp này có thời hạn báo trước 1,5 tháng. Sau
đó d ược
iệt

bưsev
i ta lấy nhiệt độ thực của mặt biển, để tính
các bước sau - lấy nhiệt độ vừa
tính được từ bước trước đó. Trường nhiệt độ tại thời điểm lập dự báo lấy theo bản
đồ nhiệt độ mặt đại dương nhận được từ dữ liệu quan trắc tàu
, ảnh vệ tinh ; để bổ
khuyết số liệu tại những vùng vắng quan trắc đã sử dụng ph
ự báo đ điều chỉnh thêm bằng các tính toán với thời hạn một chục ngày và
truyền đi dưới dạng bản đồ.
8.5. PHƯƠNG PHÁP CỦA SCRIPTUNOVA
L. I. Scriptunova đã xác lập những mối phụ thuộc dự báo giữa nh độ nước
và trường áp suất khí quyển có kể tới các dòng nhiệt qua mặt đại dương cho vùng
tây bắc Đại Tây Dương vào mùa nóng của năm. Trường nhiệt độ nước được khai
triển thành chuỗi các thành phần trực giao tự nhiên, trường áp suất khí quyển -
thành chuỗi các đa thức Se . Mối phụ thuộc có dạng
[
]
)( ,)( , )(
5 wijnijnwij
tBPAQftB
′
=

=
τ
,
trong đó
−
=5
)(

τ
wij
tB những hệ số được dự báo của chuỗi phân tích trường nhiệt độ
nước,
−
n
Q tổng các dòng nhiệt qua mặt đại dương, −
nij
PA )( các hệ số khai triển
trường khí áp,
−
′
)(
wij
tB các hệ số phân tích trường nhiệt độ vào ngày lập dự báo,
−
τ
thời hạn dự báo, bằng 5 ngày.
Các phương trình dự báo được tìm bằng phương pháp phân tích tương quan.
Để xây dựng các phương trình dự báo người ta sử dụng các bản đồ phân bố nhiệt
o Trung tâm Khí tượng Thủy văn Liên Xô lập
(hoặc bản đồ nhiệt độ nước của Mỹ nhận qua faximile). Số liệu về nhiệt độ nước
được
1) T
rước khi lập dự báo cần tính các hệ số khai triển trường nhiệt độ nước và
trường khí áp.
rên cơ sở
th
eo số
iếp.

vào phương trình dự báo và tính các hệ số phân
tích c
độ nước vùng Bắc Đại T
ây Dương d
lấy trung bình 5 ngày. Những số liệu khác dùng để dự báo cũng đư
ợc lấy
trung bình 5 ngày. Cân bằng nhiệt được tính theo công thức đơn giản của
Chiutnhev. Như vậy phải sử dụng đến nhiệt độ không khí dự báo.
Quy trình lập dự báo như sau:
2) T dự báo synop tính cân bằng nhiệt mặt biển qua 5 ngày. Nếu
không có dự báo synop thì cân bằng nhiệt được tính liệu thực đo và ngoại
suy
đến 5 ngày t
3) Thế các số liệu nhận được
ủa trường nhiệt độ nước.
4) Tính nhiệt độ nước theo công thức phân tích trường.
5) Ghi các trị số nhiệt độ lên bản đồ và vẽ các đường đẳng trị.
6) Thực hiện đánh giá độ tin cậy của dự báo.

84
Kết quả thử nghiệm p
hương pháp cho thấy độ đảm bảo sai số không vượt quá
độ lệch bình phương trung bình của nhiệt độ
σ
là 82%.
Để tính phân bố nhiệt độ theo phương thẳng đứng đã sử dụng mô hình dạng
sau:
a độ thẳng đứng tính từ mặt biển ( ), các độ lệch khỏi

])(exp[])1(exp[
0
m
h
n
z
zHdTzbTTT −−Δ+−−Δ+=
,
trong đó
−z tọ 1=z −ΔΔ TT ,
H0
nhiệt độ trung bình của lớp t
uần tự tại mặt và tại biên dưới lớp hoạt động,
−nmdb , , ,
những tham số thực nghiệm.

85