Khảo sát dao động tự do của biển đông

Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Khảo sát dao động tự do của
biển Đông
Bởi:
PGS. TS. NGƯT Phạm Văn Huấn

Ý nghĩa của việc nghiên cứu dao động tự do của biển Đông
Khi giải thích cơ chế hình thành thủy triều toàn nhật của biển Đông và nhất là ở các vịnh
của nó, các tác giả đều có ý niệm rằng hiện tượng này là do đặc thù của địa hình đáy
và hình dạng bờ của từng địa phương quy định. Xuất phát từ các bản đồ thủy triều nhận
được bằng phương pháp số, các tác giả hoặc là so sánh tương quan giữa biên độ các
sóng tới ở cửa vào và biên độ sóng triều thực tại điểm khảo sát, tức tính hệ số khuếch
đại như trong vật lý, để đánh giá mức độ cộng hưởng, hoặc là tính các dòng năng lượng
triều và biểu thị lên bản đồ để chỉ ra những vùng năng lượng được tập trung.
Mặt khác, nếu như chúng ta xem xét hệ thống dao động của biển, dù đó là các dao
động triều, dao động nước dâng, hoặc dao động bất kỳ với nguồn gốc khác nhau theo
quan điểm truyền thống trong vật lý khi nghiên cứu sự cộng hưởng, thì dễ dàng có được
những suy đoán ngay từ đầu về khả năng phát triển mạnh hay yếu của hiện tượng dao
động.
Hiện tượng cộng hưởng là sự tăng biên độ dao động cưỡng bức của hệ dao động khi
chu kỳ của lực tác động từ bên ngoài tiến dần tới chu kỳ dao động riêng của bản thân
hệ. Nếu xét trường hợp dao động triều trong biển, chúng ta có bức tranh như sau: Lực
tác động thường được đặc trưng bởi công suất trong trường hợp sóng triều truyền từ đại
dương vào qua eo biển – đó là thông lượng năng lượng được mang vào biển bởi sóng
tới. Tương quan giữa tần số của ngoại lực σ và tần số riêng của biển σ0 sẽ đặc trưng cho
mức độ “sẵn sàng” của biển cộng hưởng với dao động cưỡng bức với tần số σ do ngoại
lực gây nên. Khi σ = σ0 toàn bộ công do ngoại lực thực hiện trong toàn chu kỳ dao động
(2π / σ0) sẽ được dùng vào việc “đưa đẩy” khối nước biển. Nếu không có mất mát năng
lượng do ma sát và không tính đến sụ phát xạ sóng ra khỏi biển qua eo thì năng lượng
và biên độ dao động tương ứng tăng vô cùng. Trong điều kiện thực, bao giờ cũng có mặt

ma sát và năng lượng mất bớt do phát xạ, chúng ta có chế độ cộng hưởng hữu hạn. Khi
σ ≠ σ0, trong chu kỳ dao động sẽ có một khoảng thời gian mà ngoại lực “hãm” chuyển
động dao động của khối nước biển. Năng lượng tích tụ được sẽ thiết lập chế độ dao động
dừng, với độ lệch pha giữa ngoại lực và phản ứng, sao cho công dương và âm của ngoại
1/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

lực cân bằng nhau. Tỷ số giữa biên độ của dao động của biển ở điểm nào đó và biên độ
của ngoại lực sẽ là hệ số khuếch đại biên độ của biển ứng với điều kiện mất mát năng
lượng ở biển đó.
Như vậy là việc tính toán các chu kỳ hay tần số dao động riêng của thủy vực (người ta
gọi là dao độngtự do để phân biệt với trường hợp xét đến lực ma sát) có ý nghĩa rất lớn
khi khảo sát đặc điểm phản ứng của biển với các tác động từ bên ngoài có tần số khác
nhau.
Một số công trình gần đây của các nhà khoa học trên thế giới đã đi sâu nghiên cứu những
dao động tự do của khối nước đại dương và biển nhằm giải thích sự ngự trị của các dao
động bán nhật triều trên đại dương, sự khuếch đại cộng hưởng của thủy triều ở một số
vùng đặc biệt, cơ chế hình thành dao động dâng rút mực nước biển [62, 66, 67, 31, 38,
40, 52].
Với biển Đông, vấn đề này gần như hoàn toàn mới mẻ. Chúng tôi thấy trong [33] có đề
cập tới việc khảo sát dao động tự do của biển Đông và nhận được những kết quả lý thú
nhưng với mục đích khác hẳn. Còn trong [3] khảo sát một vịnh nhỏ.
Trong khi đó, chế độ dao động mực nước kể cả điều hòa lẫn phi điều hòa ở vùng biển
Đông, theo nhiều tác giả đã khảo sát, đều có những nét độc đáo và rất lý thú đáng được
xem xét từ những khía cạnh khác nhau.
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
Lý thuyết các dao động tự do trong những thủy vực kín hoàn toàn hay hở một phần đã
được các nhà cơ học cổ điển nghiên cứu dựa trên phép xấp xỉ kênh, khi đó người ta xem
xét chuyển động chỉ diễn ra trong một hướng dọc kênh. Giải bằng giải tích bài toán về
các chuyển động của sóng dài trong kênh (xem [58]) cho phép người ta đi đến kết luận
rằng trong kênh sẽ tồn tại những sóng tiến chạy ngược chiều nhau với vận tốc C = (gh)1 / 2
, trong đó C − tốc độ truyền sóng; g − gia tốc trọng lực; h − độ sâu kênh. Khi xảy ra sự
phản xạ sóng ở đầu kênh, thì các sóng này tạo thành dao động sóng đứng hoặc một tập
hợp sóng đứng với điều kiện ở đầu kín của kênh sẽ tồn tại bụng sóng, còn ở đầu hở của
kênh sẽ tồn tại nút sóng, và trong kênh phải xếp đặt vừa đủ một số nguyên lần một phần

2/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

tư độ dài bước sóng. Từ đó nhận được công thức Merian quen thuộc cho kênh hình chữ
nhật kín với chiều dài L:
Tn =

2L
1

(2.1)

(n + 1)(gh) 2

hoặc cho kênh chữ nhật hở một đầu:
T'n =

4L
1
(2n + 1)(gh) 2

(2.2)

hoặc những biến dạng của các công thức này áp dụng cho trường hợp độ sâu biến đổi
theo trục x dọc kênh (công thức Đuyboa):
L

Tn =

2
n+1∫

T'n =

4
2n + 1 ∫

0

dx

(2.3)

1
[gh(x)] 2
L
0

dx
1

(2.4)

[gh(x)] 2

ở đây (n + 1) là số điểm nút của dao động đứng có mặt trong kênh. Trong biển thực đối
với những dao động thủy triều thông thường chỉ có một dao động với chu kỳ lớn nhất
ứng với trị n = 0, người ta gọi là mốt (mode) thấp nhất, là có khả năng cộng hưởng.
Khi đó, trong kênh kín sẽ chứa trọn một nửa độ dài bước sóng, điểm nút nằm ở giữa
kênh, còn trong kênh hở một đầu – một phần tư độ dài bước sóng với điểm nút nằm ở
đầu hở của kênh.
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 O1 bằng 567 km, sóng K1 - 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.
Đối với những biển thực, việc phân định thủy vực biển phức tạp thành những vùng với
hình dạng đơn giản để áp dụng các công thức của Merian và Đuyboa, sau đó lại ghép
nối để nhận được một tập hợp những chu kỳ dao động tự do của cả biển sẽ phức tạp và
chắc chắn chứa đựng sai số đáng kể. Với thủy vực biển Đông, đương nhiên những công
thức này không thể giúp chúng ta khảo sát chi tiết được. Song chúng tôi cho rằng giá trị
của các công thức giải tích trên là ở chỗ nó được dùng làm tiêu chuẩn để kiểm tra những

mô hình phức tạp khác, điều mà chúng tôi cũng đã làm trước khi thử nghiệm những tính
toán chi tiết cho biển Đông.

3/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Đối với những biển thực, người ta nghiên cứu chế độ cộng hưởng theo phương pháp
thực nghiệm dựa trê những quan trắc mực nước. Đánh giá triều riêng bằng cách so sánh
quan trắc nhiều năm của mực nước ở các quần đảo Axo và Becmuđa với triều tĩnh đã
cho phép [67] chỉ ra những chu kỳ cộng hưởng của Bắc Đại Tây Dương bằng 9,3 và 14,8
giờ. Garette [62] đã thử tính các chu kỳ dao động riêng của hệ thống vịnh Phơnđi-Men
tren cơ sở phân tích sự khuếch đại của từng sóng thủy triều ở những khu vực bờ khác
nhau và nhận được chu kỳ cộng hưởng bằng 13,3 ± 0,4 giờ.
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. Phân tích phổ các chuỗi
mực nước tính được từ mô hình sẽ cho phép tìm ra những tần số riêng (những chu kỳ
riêng), còn phân tích điều hòa – sẽ tính được những hàm riêng (những mốt (mode)) dao
động riêng.

Tính dao động tự do của biển Đông
Mô hình số dao động tự do của biển Đông
Chúng tôi đã áp dụng phương pháp tích phân bằng số vào nghiên cứu dao động tự do
của biển Đông bằng cách giải hệ phương trình (1.24)-(1.26) bỏ qua các lực tạo triều,
građien áp suất khí quyển, ma sát gió ở mặt biển và ma sát đáy với các điều kiện ban
đầu (1.29) và (1.31). Hệ phương trình được viết lại như sau:
∂U

∂t

− λV + g ∂ x = 0 (2.5)

∂ζ

∂V
∂t

+ λU + g ∂ y = 0 (2.6)

∂ζ
∂t

+

∂ζ

∂ [U(h + ζ)]
∂x

+

∂ [V(h + ζ)]
∂y

= 0 (2.7)

ucosα + vsinα = 0 tại G1 (2.8)
ζ = 0 tại G2 (2.9)

Nhiễu động ban đầu được cho dưới dạng trường vân tốc bằng không:
u = v = 0 khi t = 0 (2.10)

và ở giữa biển có một mô nước:

4/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

ζ=

∣Asin2[(I − i + 3)π / 6]sin2[(J − j + 3π / 6],∣I − i∣ ≤ 2and∣J − j∣ ≤ 2
∣0,∣I − i∣ > 2và∣J − j∣ > 2ift = 0

? (2.11)

trong đó A = 1,5 m; điểm (I,J) nằm ở giữa biển; i và j là số hiệu nút lưới tính.
Các phương trình sai phân của hệ (2.5)-(2.11) chính là những phương trình (1.34)-(1.36)
với Tx = Ty = P = r = 0.
Lưới tính
Để giải bằng số bài toán (2.5)-(2.11) toàn bộ biển Đông được xấp xỉ bằng một lưới
ô vuông phẳng với bước lưới dọc theo các trục toạn độ bằng nửa độ kinh và vĩ, tức
Δx = Δy = 55,569 km. Phần biên cứng là toàn bộ đường bờ của các nước kế cận và những
eo biển hẹp xen lẫn bởi các chuỗi đảo. Chỉ riêng ở phía đông bắc, eo Đài Loan và eo
Luxông với độ sâu ở giữa tuần tự đạt tới 100 m và 3000 m được coi là biên lỏng.
Độ dài bước tính thời gian lấy theo điều kiện ổn định của Curant-Fridrich-Levis
Δt ≤

ΔxΔy
1

[gh(Δx2 + Δy2)] 2

bằng 150 giây.
Các chuỗi mực nước dùng để phân tích phổ các dao động tự do dài 1000 giờ được máy
tính giữ lại cho 16 điểm phân bố đều đặn đại diện cho các dải bờ khác nhau và phần
khơi biển (hình 1.1). Thủ tục phân tích điều hòa để khôi phục lại hình dạng không gian
của các dao động (tức tính phân bố biên độ và pha của nó) được thực hiện cho một nửa
số điểm tính ζ trên lưới tính.
Kết quả tính chu kỳ và những sơ đồ cấu trúc không gian của các dao động tự do
Kết quả tính các dao động tự do được trình bày dưới dạng một bảng liệt kê những đỉnh
phổ của mười sáu điểm tính phổ (bảng 2.1). Trong bảng này, những chữ số có dấu sao
bên trên chỉ độ lớn (phương sai) của đỉnh phổ cao nhất có mặt trong phổ. Những chữ số
không có dấu sao – các giá trị đã quy chuẩn theo tung độ của các đỉnh phổ cao nhất này
(biểu thị bằng phần trăm của đỉnh phổ cao nhất). Dòng cuối cùng của bảng có ghi những
trị số bình phương trung bình (đại diện cho phương sai tổng cộng) của mỗi chuỗi mực
nước mà từ đó phổ được tính.
Bảng 2.1. Những đỉnh phổ tại các điểm được phân tích

5/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Chu
kỳ
(giờ)
Điểm

1

2

3

55,6

62* 10

4

5

2

11

6

7

8

10

11

12

13

14

2

25,0

2

24,8

9

2

3

6

19,2

95

4
2

2

2

2

6
146* 64* 83* 28

17,2

35

14,7

8

121* 208* 223* 153* 97

207* 219* 212* 96* 224*

10

7

7

6

9

5

7

7

6

146* 75

13,2

13

8

2

14

11,6

62

15

49

10,6

23

10

80

21

8

9,7

3

3

11

2

14

24
76*

2
2

9,4

2

9,1

2

8,6

4

8,2

2

68

3

2

7,9

10
18

7,1

4
6

6

6,9

4

6,1

4

5

21

Δ

121 172

89

48

(mm)

16

38

23,8

7,6

15

3
2

50

89

41

41

99

80

39

51

29

Trên các hình (2.1)-(2.16) biểu diễn các đồ thị phổ của các điểm tính. Trục tung ghi giá
trị phổ quy chuẩn theo giá trị của tung độ đỉnh phỏ cao nhất tại mỗi điểm.
6/31

21

38

Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Cấu trúc không gian của bảy mốt dao động đáng chú ý nhất trong số những mốt nhận
được, được biểu diễn trên các hình (2.17)-(2.23).
Từ đây về sau, để mô tả những dao động tự do một cách ngắn gọn chúng tôi sẽ sử dụng
một số thuật ngữ của thủy triều vì hình dáng các dao động tự do và dao động thủy triều
giống nhau, mặc dù hai hiện tượng này đương nhiên khác nhau.
Trên tất cả các bản đồ của các mốt dao động đều tồn tại các hệ thống “amphidromy” liên
hệ với nhau theo kiểu ăn khớp bánh răng khế. Những biên độ lớn nhất thấy ở các vùng
nước nông, đặc biệt là tại đỉnh của các vịnh.
Phân tích các kết quả đã nêu trên đây cho phép rút ra những nhận xét như sau:
1. Các đồ thị phổ nhận được tại tất cả các điểm tính đều có tính gián đoạn rõ rệt, hình
dáng của các đường cong phổ có dạng như những phổ vạch. Điều đó cho phép tương đối
dễ dàng xác định các đỉnh phổ và phần nào cũng nói lên tính tin cậy của chương trình
tính.
2. Đối với toàn biển đã xác định được những đỉnh phổ với phần phương sai đáng kể là
55,6; 33,3; 25,0; 24,8; 23,8; 19,2; 17,2; 14,7; 13,2; 11,6; 10,6; 9,8-9,6; 9,4; 9,1; 8,6; 8,2;
7,9; 7,6; 7,1; 6,9; 6,1 và 4,7-4,2 giờ.
Bảng 2.2 liệt kê những chu kỳ dao động tự do tại mỗi điểm tính để tiện tham khảo.
Bảng 2.2. Những chu kỳ dao động tự do tại mỗi điểm tính
Điểm Các chu kỳ (giờ)
1

55,6

23,8 19,2 11,6 10,6 9,8

7,6 6,1

2

55,6

19,2 13,2 11,6 10,6 9,8

8,2

3

55,6

23,8 19,2 13,2 11,6 10,6 9,6 8,2 7,1 6,1

4

55,6

24,8 19,2 17,2 13,2 10,6 9,6 9,1 8,6 8,2 6,1

5

19,2

17,2 14,7 8,2

6

33,3

25,0 19,2 17,2 14,7 7,6

7

19,2

17,2

8

25,0

19,2 17,2

9

25,0

19,2 13,2 11,6 10,6 9,8

10

55,6

19,2 17,2 10,6 6,1

6,9

7,9 7,1 6,4 6,1

7/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

11

25,0

19,2 17,2

12

25,0

19,2 17,2

13

25,0

19,2 17,2

14

55,6

25,0 19,2 17,2 11,6 10,6 9,8 9,4

15

19,2

17,2

16

25,0

19,2 17,2

3. Biển Đông là một hệ cộng hưởng rát phức tạp có khả năng cộng hưởng với những
nhiễu động từ bên ngoài trên một dải chu kỳ khá rộng gồm đến năm nhóm mà chúng tôi
quy ước gọi như sau: nhóm thứ nhất gồm các chu kỳ trên một ngày, đó là các chu kỳ
33,3 và 55,6 giờ. Nhóm thứ hai gồm các chu kỳ 23,8 – 24,8 – 25,0 giờ là những chu kỳ
kiểu toàn nhật. Nhóm thứ ba gồm các chu kỳ 14,3 – 17,2 – 19,2 – những chu kỳ trung
gian. Nhóm thứ tư gồm các chu kỳ 10,6 – 11,6 – 13,2 – những chu kỳ kiểu bán nhật và
nhóm thứ năm phong phú nhất gồm các chu kỳ từ 10,6 giờ trở xuống là nhóm các chu
kỳ “nước nông”.
4. Nét đáng chú ý đầu tiên khi phân tích các bảng 2.1, 2.2 và các đồ thị phổ là những
đỉnh phổ mang năng lượng lớn nhất thuộc về nhóm trung gian. Hầu như đỉnh phổ cao
nhất của tất cả các điểm tính đều rơi vào chu kỳ 19,2 giờ, đỉnh phổ thứ hai là 17,2 giờ,
chỉ duy nhất tại điểm tính số 5 đỉnh phổ cao nhất là 14,7 giờ, còn đỉnh phổ thứ hai mới
là 19,2 giờ.
Như vậy chu kỳ 19,2 giờ là chu kỳ dao động chung của toàn biển. Chúng ta thấy trên
hình 2.19 toàn bộ khối nước của biển kể cả các vịnh của nó tham gia vào chuyển động
lớn này. Hệ thống “amphidromy” lớn nhất quay trái với điểm “vô triều” ảo ở đông bắc
biển làm cho toàn bộ khối nước vùng trung tâm biển được lan truyền sóng xoay trái.
Trong các vịnh lại hình thành những hệ thống “amphidromy” riêng. Những nơi có biên

độ dao động lớn nhất rõ ràng sẽ là phần phía nam của biển và trong các đỉnh vịnh. Ở
đỉnh vịnh Thái Lan, biên độ dao động tương đối (quy chuẩn theo trị bình phương trung
bình của nó trên toàn biển (xem bảng 2.3)) đạt tới 10 -13, tức biên độ tuyệt đối đạt gần
một mét nước.
Bức tranh tương tự như trên cũng có thể xảy ra với mốt 17,2 giờ. Điều khác biệt duy
nhất là quy mô của dao động này nhỏ hơn, trị bình phương trung bình của biên độ chỉ
bằng 14, và do độ dài bước sóng nhỏ hơn nên ở ngay phần phía nam của biển, trước cửa
vào vịnh Thái Lan đã hình thành một điểm “vô triều” và trong vịnh Thái Lan hình thành
thêm một cặp điểm “vô triều” nữa.
Bảng 2..3. Trị số bình phương trung bình toàn biển của biên độ các dao động ứng với
một số mốt
8/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Chu kỳ (giờ) 60 24 19,2 17,2 11,6 10,6 9,7
Δ

(mm)

16 10 64

14

18

15

8

5. Chu kỳ dao động cộng hưởng nữa đặc trưng cho toàn biển là chu kỳ 55,6 giờ. Trên
biển hình thành ba hệ thống “amphidromy” xoay trái với các điểm “vô triều” tập trung ở
phía bắc biển. Toàn bộ phần thủy vực trung tâm và phía nam tham gia vào chuyển động
dao động để đạt biên độ khá lớn. Trong đỉnh vịnh Thái Lan biên độ tương đối đạt trên
6. Sở dĩ trên các phổ của các điểm thuộc bờ miền trung của Việt Nam (các điểm tính 5,
7, 8) và phần khơi phía bắc biển (các điểm tính 11, 12, 13, 15, 16) đỉnh phổ với chu kỳ
này không lộ ra là do chúng nằm gần các điểm “vô triều” của sóng này.
6. Bây giờ chúng ta xét tới mốt dao động tự do với chu kỳ kiểu toàn nhật. Điều đáng chú
ý ở đây là sự có mặt của các đỉnh phổ này ở hầu khắp biển, kể cả ở phần ngoài khơi lẫn
ven bờ, chỉ trừ riêng có các điểm tính số 5, 7 ở quãng cửa tây nam vịnh Bắc Bộ, điểm
số 2 gần bờ cận nam Việt Nam, điểm số 10 ở ven bờ đông bắc đảo Hải Nam của Trung
Quốc và điểm số 15 ở sát bờ tây đảo Bocneo. Dao động với các chu kỳ 23,8 – 24,8 –
25,0 giờ này, như chúng ta thấy, có đặc điểm là gần bằng với chu kỳ dao động của các
sóng thủy triều K1 và O1. Trên hình 2.24 dẫn bản đồ thủy triều của sóng K1 do Nguyễn
Ngọc Thụy [43] tính được bằng phương pháp Hanxen. Thấy rằng, giữa mốt dao động tự
do với chu kỳ ngày và dao động nhật triều có sự giống nhau trên những nét đại thể.
Như vậy dao động các sóng nhật triều của thủy triều đương nhiên sẽ được cộng hưởng
trên toàn biển và gây nên tính độc đáo của chế độ triều ở biển Đông với nhật triều ngự
trị, đúng như Nguyễn Ngọc Thụy [15] đã có mô tả trong “Thủy triều vùng biển Việt
Nam” rằng “trên biển này, phần nhật triều không đều choán hầu khắp vùng biển khơi
rộng lớn, phần nhật triều đều choán hầu khắp vịnh Bắc Bộ, vịnh Thái Lan và phần quan
trọng phía tây Philippin. 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 để ý thêm rằng tại các điểm tính số 3 và 9, tuy có sự cộng hưởng với các chu kỳ
toàn nhật nhưng lại cũng cộng hưởng rất mạnh với các chu kỳ nửa ngày (bảng 2.1 và

2.2) thì từ đây chúng ta cũng có thể suy ra được phần lớn các địa phương có điều kiện
thuận lợi cho bán nhật triều phát triển như tác giả [15] đã chỉ ra ở trên.
Như vậy là từ kết quả của những tính toán về dao động tự do chúng tôi đã có thể dự
đoán được tương đối chính xác những nơi nào của biển Đông thuận lợi cho phát triển
nhật triều và những nơi nào thuận lợi cho dao động bán nhật triều.

9/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

7. Qua những nhận xét ở trên, chúng ta thấy rằng biển Đông được đặc trưng bởi một
nhóm những chu kỳ cộng hưởng chung. Tuy nhiên từng vùng biển khác nhau của nó do
những đặc điểm khu vực về độ sâu và viền bờ bao quanh còn có sự phân hóa rất rõ rệt về
khả năng cộng hưởng dao động, tức mỗi vùng của biển có thể coi là một bộ cộng hưởng.
Thí dụ, những chu kỳ cộng hưởng ở nhóm bán nhật chỉ đặc trưng cho những điểm tính
với số hiệu 1, 2, 3 và 4, tức những điểm đại diện cho vịnh Thái Lan, điểm 9 gần vịnh
Pulô Lakei, đại diện cho vùng thềm lục địa nước nông ở đông nam biển và các điểm 10
và 14 đại diện cho dải ven bờ nam Trung Quốc từ eo Đài Loan cho đến đông bắc đảo
Hải Nam. Những vùng này thực tế cho thấy đúng là những vùng với chế độ dao động
triều bán nhật không đều hoặc thậm chí bán nhật đều.
Vùng biển vịnh Bắc Bộ là điển hình về sự phân hóa mạnh trong đặc điểm cộng hưởng.
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 với hai dao động 19,2 và 17,2 giờ là những dao động rất hiếm
thấy và thực tế đây chính là nơi có độ lớn thủy triều rất nhỏ như chúng ta đã biết.
8. Tính phân hóa về đặc điểm cộng hưởng không những biểu hiện ở sự có mặt hay không

có mặt của những nhóm chu kỳ ở điểm tính này hay điểm tính kia, mà ngay trong một
nhóm chu kỳ cộng hưởng, ở các điểm khác nhau, chúng ta cũng thấy có khác nhau về trị
số. Thí dụ, từ bảng 2.1 và 2.2 thấy rằng đa số các điểm phần phía bắc và trung tâm biển
và cả ở vịnh Bắc Bộ chu kỳ cộng hưởng của nhóm chu kỳ “toàn nhật” bằng 25,0 giờ.
Trong khi đó, ở những điểm tính thuộc phần phía nam biển (điểm 3, 4) và trong vịnh
Thái Lan (điểm 1) chu kỳ cộng hưởng nhỏ hơn (bằng 23,8 giờ đối với điểm số 1 và 3,
bằng 24,8 giờ đối với điểm 4) và phần phương sai giành cho đỉnh phổ nơi đây cũng lớn
hơn gấp ba lần.
Như vậy, ở phía bắc và trung tâm biển các sóng nhật triều K1 và O1 cùng được cộng
hưởng, nhưng chắc chắn sóng O1 được cộng hưởng mạnh hơn so với sóng K1 vì chu kỳ
của sóng O1 lớn hơn chu kỳ của sóng K1, nó gần trùng với chu kỳ cộng hưởng 25,0 giờ
hơn (chu kỳ của các sóng O1 và K1 tuần tự bằng 25,82 và 23,93 giờ).
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 K1 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 O1 thì cách xa các chu kỳ cộng hưởng ở nơi đây
hơn.

10/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

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.
Kết quả phân tích điều hòa do chúng tôi thực hiện bằng sơ đồ chính xác đã nêu ở chương
1 đối với các chuỗi năm của mực nước thực đo dẫn trong bảng 2.4 hoàn toàn khẳng định
cho nhận xét này.
Bảng 2.4. Tương quan biên độ của các sóng nhật triều ở một số trạm theo tuyến dọc biển

Sóng

Hòn Dấu Đà Nẵng Quy Nhơn Vũng Tàu Rạch Giá

K1 (cm) 65,16

19,44

30,88

59,48

20,46

O1 (cm) 74,71

12,93

26,49

45,22

11,82

K1
O1

1,50

1,16

1,32

1,73

0,87

Rõ ràng từ bảng 2.4 chúng ta thấy được hai điều đã khẳng định ở trên: ở đoạn bờ miền
trung nước ta tương ứng điểm tính số 7 và ở Rạch Giá, tương ứng điểm tính số 2, tại các
trạm không tồn tại một chu kỳ cộng hưởng nào trong số các chu kỳ nhóm toàn nhật, nên
các sóng K1 và O1 ở đây nói chung có trị số biên độ nhỏ hơn nhiều so với ở các trạm còn
lại. Sóng K1 ở phía bắc có biên độ nhỏ hơn sóng O1 đã trở thành lớn gấp đôi ở phía nam
biển.
Kết quả tương tự cũng nhận được nếu chúng ta phân tích như trên với các sóng thủy triều
bán nhật. Phần phía bắc và trung tâm biển, nhìn chung không cộng hưởng với nhóm chu
kỳ bán n hật triều nên biên độ của cả hai sóng S2 và M2 đều nhỏ. Nhưng ở phía nam, chu
kỳ cộng hưởng 11,6 giờ gần với chu kỳ của sóng M2 hơn là sóng S2, nên sóng M2 tăng
biên độ một cách mạnh mẽ hơn và kết quả chúng ta có thể xét theo bảng các hằng số
điều hòa do chúng tôi tính theo số liệu thực đo dẫn dưới đây.
Bảng 2.5. Tương quan biên độ của các sóng bán nhật triều ở một số trạm theo tuyến dọc
biển
Sóng

Hòn Dấu Đà Nẵng Quy Nhơn Vũng Tàu Rạch Giá

S2 (cm)

5,03

5,75

6,65

28,64

3,04

M2 (cm) 9,29

17,23

16,06

74,83

16,12

S2
M2

0,33

0,41

0,38

0,18

0,54

11/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Trên đây là những thí dụ về việc sử dụng các kết quả tính dao động tự do để giải thích
những nét độc đáo của hiện tượng thủy triều trên biển Đông. Như vậy là những kết quả
tính dao động tự do đã giúp giải thích khá thỏa đáng những đặc điểm của hiện tượng
thủy triều, kể cả những nét tinh tế nhất trong hiện tượng này.
Cũng dựa vào kết quả tính toán trên, chúng tôi có thể sơ bộ chia thủy vực biển Đông
thành sáu loại vùng dựa theo khả năng phản ứng cộng hưởng của nó với những kích
động bên ngoài mà theo chúng tôi có ý nghĩa dự báo như sau:
Vùng loại 1 là toàn bộ phần trung tâm rộng lớn thủy vực biển Đông kể cả phần bờ sâu
trung nam của Việt Nam, chỉ cộng hưởng với các chu kỳ ngày và trung gian. Biểu hiện
dao động mực nước mang tính nhật triều không đều với biên độ nhỏ.
Vùng loại 2 gồm toàn bộ vịnh Bắc Bộ trừ phần phía tây nam cửa vịnh, cộng hưởng với
các chu kỳ trung gian, ngày, các chu kỳ nước nông, không cộng hưởng với chu kỳ nửa
ngày. Biểu hiện dao động mực nước sẽ là nhật triều đều biên độ lớn.
Vùng loại 3 gồm một vùng nhỏ ở phía tây nam cửa vịnh Bắc Bộ tiếp giáp Việt Nam và
một vùng nhỏ nữa ven bờ tây bắc đảo Calimantan, chỉ cộng hưởng với các chu kỳ trung
gian, hoàn toàn không cộng hưởng với các chu kỳ triều. Biểu hiện dao động mực nước
sẽ là bán nhật triều đều nhưng biên độ rất nhỏ.
Vùng loại 4 gồm một dải hẹp ven bờ đông nam Việt Nam và một vùng đối diện ở ven
bờ tây nam đảo Calimantan, phản ứng với dải chu kỳ rộng gồm cả năm nhóm chu kỳ,
nhưng cộng hưởng với các chu kỳ bán nhật có phần mạnh hơn, nên biểu hiện dao động
mực nước sẽ là thủy triều hỗn hợp với bán nhật triều không đều.
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. Để so sánh chúng tôi dẫn bản đồ phân
bố tính chất thủy triều trên biển Đông lấy trong [43] (hình 2.25).
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.
12/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Những kết luận rút ra từ khảo sát dao động tự do
Qua một mô hình tương đối đơn giản này chúng tôi đã khảo sát được những tính chất
rất quan trọng của biển Đông như một hệ cộng hưởng.
Có thể thấy rằng thủy vực này có một chế độ dao động tự do rất phức tạp phản ánh sự
phức tạp của hình dạng đường bờ và địa hình đáy của nó. Biển Đông có thể cộng hưởng
với những lực tác động từ bên ngoài trên một dải rộng các gtần số.
Trong số những chu kỳ cộng hưởng của biển có mặt các chu kỳ với trị số xấp xỉ chu kỳ
dao động của thủy triều toàn nhật và bán nhật. Điều này một lần nữa lý giải cơ chế cộng
hưởng của các sóng triều làm cho biên độ thủy triều đặc biệt lớn trong một số vùng của
biển này và phân hóa tính chất triều ở những vùng khác nhau.
Việc khả sát tính phân hóa trong dao động tự do ở các vùng khác nhau của biển Đông đã
giúp giải thích nhiều hiện tượng độc đáo lý thú trong dao động thủy triều của biển như
sự tồn tại vùng nhật triều biên độ lớn, những vùng bán nhật triều, quy luật tăng giảm các
tương quan biên độ của các sóng nhật triều hay bán nhật triều khi chúng lan truyền trong
biển.

Những đặc điểm độc đáo của chế độ thủy triều ở biển Đông rõ ràng là kết quả của sự
cộng hưởng của các sóng thủy triều tại những vùng khác nhau của biển.
Những vùng thềm lục địa và những vịnh biển có khả năng cộng hưởng với những nhiễu
động cỡ vài giờ sẽ là nơi có nhiều thuận lợi cho các sóng bội của thủy triều phát triển
mà điều này thì luôn luôn có cơ hội để xảy ra. Vì vậy vấn đề phân tích các sóng nước
nông trong chuỗi đo mực nước là rất cần thiết.
Chu kỳ cộng hưởng 19,2 giờ chiếm phần phương sai rất lớn và phổ biến trong toàn biển.
Nếu xuất hiện những nhiễu động của ngoại lực như các nhiễu của trường gió hay áp
suất khí quyển trong bão trùng hợp với chu kỳ này, thì rất có khả năng trong biển sẽ có
dao động với biên độ nguy hiểm. Đáng tiếc chúng tôi không có tư liệu để phân tích khía
cạnh này của vấn đề.
Sơ đồ tính toán ở đây có thể sử dụng để khảo sát dao động riêng của các đầm hoặc hồ
nước khi nghiên cứu xâyxi, hay dao động lắc của các thủy vực cảng, vũng tầu...

13/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 1 (các đỉnh ứng với chu kỳ 55,6-23,8-19,2-11,6-10,6-9,8-7,6-6,1
giờ)

Phổ dao động tự do tại điểm số 2 (các đỉnh ứng với chu kỳ 55,6-19,2-13,2-11,6-10,6-9,8-8,2 giờ)

14/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 3 (các đỉnh ứng với chu kỳ

55,6-23,8-19,2-13,2-11,6-10,6-9,6-8,2-7,1-6,1 giờ)

15/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông
Phổ dao động tự do tại điểm số 4 (các đỉnh ứng với chu kỳ
55,6-24,8-19,2-17,2-13,2-10,6-9,6-9,1-8,6-8,2-6,1 giờ)

Phổ dao động tự do tại điểm số 5 (các đỉnh ứng với chu kỳ 19,2-17,2-14,7-8,2-6,9 giờ)

16/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 6 (các đỉnh ứng với chu kỳ 33,3-25,0-19,2-17,2-14,7-7,6 giờ)

Phổ dao động tự do tại điểm số 7 (các đỉnh ứng với chu kỳ 19,2-17,2 giờ)

17/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 8 (các đỉnh ứng với chu kỳ 25,0-19,2-17,2 giờ)

Phổ dao động tự do tại điểm số 9 (các đỉnh ứng với chu kỳ
25,0-19,2-13,2-11,6-10,6-9,8-7,9-7,1-6,4-6,1 giờ)

18/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 10 (các đỉnh ứng với chu kỳ 55,6-19,2-17,2-10,6-6,1 giờ)

Phổ dao động tự do tại điểm số 11 (các đỉnh ứng với chu kỳ 25,0-19,2-17,2 giờ)

19/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 12 (các đỉnh ứng với chu kỳ 25,0-19,2-17,2 giờ)

Phổ dao động tự do tại điểm số 13 (các đỉnh ứng với chu kỳ 25,0-19,2-17,2 giờ)

20/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 14 (các đỉnh ứng với chu kỳ
55,6-25,0-19,2-17,2-11,6-10,6-9,6-9,4 giờ)

21/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Phổ dao động tự do tại điểm số 15 (các đỉnh ứng với chu kỳ 19,2-17,2 giờ)

Phổ dao động tự do tại điểm số 16 (các đỉnh ứng với chu kỳ 25,0-19,2-17,2 giờ)

22/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Những đường đồng pha (liền nét) và đồng biên độ (gạch nối) của dao động tự do với chu kỳ 55,6
giờ

23/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Những đường đồng pha (liền nét) và đồng biên độ (gạch nối) của dao động tự do với chu kỳ 24,8
giờ

24/31


Khảo sát dao động tự do của biển Đông

Những đường đồng pha (liền nét) và đồng biên độ (gạch nối) của dao động tự do với chu kỳ 19,2
giờ

25/31