Xem mẫu
- CHƯƠNG 8 - DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC BIỂN
8.1. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY NÊN BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ NƯỚC
Nh ữ n g bi ế n đ ổ i n g ắ n h ạ n c ủ a nhi ệ t đ ộ n ướ c ở b i ể n th ườ ng do nh ữ ng nguyê n
nhân :
- Dòng nhi ệ t qua m ặ t bi ể n. Quá trình này đ ôi khi đ óng vai trò ch ủ y ế u, đ ặ c
bi ệ t khi s ự c hênh l ệ ch gi ữ a nhi ệ t đ ộ n ướ c và nhi ệ t đ ộ k hông khí l ớ n. Các ph ươ ng
pháp xác đ ị nh các h ợ p ph ầ n c ủ a dòng nhi ệ t này đ ã đ ượ c xét trong m ụ c 4.2 c ủ a
ch ươ ng 4.
- V ậ n chuy ể n nhi ệ t do dòng ch ả y s ẽ đ óng góp ph ầ n đ án g k ể l àm bi ế n thi ế n
nhi ệ t đ ộ c ủ a m ộ t vùng bi ể n n ế u vùng này n ằ m trong mi ề n ho ạ t đ ộ ng c ủ a các dòng
h ả i l ư u m ạ nh, ở n h ữ ng n ơ i giao l ư u gi ữ a các dòng h ả i l ư u nóng và h ả i l ư u l ạ nh, ở
n h ữ ng đ ớ i front th ủ y v ă n v ớ i hi ệ u nhi ệ t đ ộ c ủ a các k h ố i n ướ c l ớ n.
- N h ữ ng hi ệ n t ượ ng tri ề u lên, tri ề u xu ố ng ả nh h ưở ng t ớ i bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ
n ướ c vùng đ ang xét thông qua vi ệ c v ậ n chuy ể n n ướ c v ớ i n hi ệ t đ ộ k hác nhau gi ữ a
vùng kh ơ i và vùng b ờ , gi ữ a các đ o ạ n b ờ ..
- C ác quá trình r ố i và xáo tr ộ n đ ố i l ư u có kh ả n ă ng san b ằ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c ở
l ớ p g ầ n m ặ t đ ạ i d ươ ng. Quá trình này đ ặ c bi ệ t m ạ nh vào th ờ i k ỳ t hu đ ông t ạ i các
vùng bi ể n thu ộ c v ĩ đ ộ t rung bình và v ĩ đ ộ c ao. Mùa hè, khi n ướ c bi ể n phân t ầ ng
m ạ nh theo ph ươ ng th ẳ ng đ ứ ng và xu ấ t hi ệ n l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ t hì s ự x áo tr ộ n
đ ố i l ư u ít xu ấ t hi ệ n. vai trò san b ằ ng nhi ệ t đ ộ t rong l ớ p m ặ t t ự a đ ồ ng nh ấ t ch ủ y ế u
do tác đ ộ ng c ơ h ọ c c ủ a gió và sóng.
Ngoài nguyên nhân xáo tr ộ n gió gây bi ế n đ ổ i v ị t rí l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ ,
dòng ch ả y đ óng vai trò l ớ n trong nh ữ ng tr ườ ng h ợ p nh ư : t ạ i vùng phân k ỳ d òng
ch ả y l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ n ướ c n ằ m g ầ n m ặ t, cò n t ạ i vùng h ộ i t ụ d òng ch ả y thì đ ộ
s âu l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ t ă ng lên. Trong h ệ d òng ch ả y xoáy ngh ị ch, đ ộ s âu đ ộ t
bi ế n nhi ệ t đ ộ c hìm sâu xu ố ng, còn trong h ệ x oáy thu ậ n, l ớ p này có xu h ướ ng nâng
l ên p hía m ặ t bi ể n. Có nh ữ ng quan tr ắ c xác nh ậ n r ằ ng khi có bão đ i trên Thái Bình
D ươ ng thì đ ộ s âu l ớ p đ ộ t bi ế n nhi ệ t đ ộ g i ả m , có khi l ớ p này nâng lên đ ế n t ậ n m ặ t
bi ể n.
Thành ph ầ n th ẳ ng đ ứ ng c ủ a dòng ch ả y tuy nh ỏ n h ư ng có vai trò đ áng k ể t rong
bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c, vì trong n ướ c bi ể n gra đ ien nhi ệ t đ ộ t heo chi ề u th ẳ ng đ ứ ng
khá l ớ n.
81
- 8.2. DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC LỚP MẶT THEO GIÓ
Trong tr ườ ng h ợ p này ng ườ i ta g i ả t hi ế t r ằ ng nguyên nhân làm bi ế n đ ổ i nhi ệ t
đ ộ n ướ c là hi ệ n t ượ ng dâng rút n ướ c trong gió. Ở c ác vùng b ờ t h ẳ ng đ ứ ng vùng v ĩ
đ ộ t rung bình, mùa hè nhi ệ t đ ộ n ướ c trên m ặ t lên cao t ớ i 20-25 ° C trong khi ở d ướ i
các t ầ ng sâu n ướ c gi ữ n hi ệ t đ ộ 8 -9 ° C. Trong gió rút, n ướ c các t ầ ng sâu nâng lên
thay th ế n ướ c trên m ặ t, làm bi ế n đ ổ i m ạ nh nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t mà ng ườ i ta quan
tr ắ c th ấ y. Hình v ẽ 8 .1 là hình dáng t ổ ng quát c ủ a m ố i ph ụ t hu ộ c c ủ a nhi ệ t đ ộ n ướ c
vào t ổ ng các hình chi ế u c ủ a t ố c đ ộ g ió lên h ướ ng song song đ ườ ng b ờ đ ố i v ớ i
nh ữ ng v ùng b ờ t h ẳ ng đ ứ ng ho ặ c đ ộ d ố c đ áy l ớ n.
tW°C
22
18
14
Hình 8.1. Phụ thuộc của nhiệt độ nước vào
10
thành phần gió song song bờ
ΣV, m/s
6
0 40 40 60 80
8.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ NƯỚC DỰA TRÊN TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT
S ự b i ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c bi ể n đ ượ c gây b ở i s ự t hay đ ổ i cân b ằ ng nhi ệ t.
Trong bi ể n các quá trình truy ề n nhi ệ t vào mùa l ạ n h và m ùa nóng có khác nhau nên
ng ườ i ta có nh ữ ng cách gi ả i quy ế t d ự b áo nhi ệ t đ ộ k hác nhau tu ỳ t heo mùa. Mùa
đ ông, khi nhi ệ t đ ộ ở l ớ p trên h ầ u nh ư đ ồ ng nh ấ t theo đ ộ s âu, nhân t ố đ ố i l ư u là
nhân t ố c ơ b ả n.
Vào mùa hè, vì có gra đ ien nhi ệ t đ ộ l ớ n theo c hi ề u th ẳ ng đ ứ ng và theo chi ề u
ngang, c ầ n ph ả i k ể đ ế n t ấ t c ả c ác nhân t ố ả nh h ưở ng t ớ i p hân b ố n hi ệ t đ ộ . Trong s ố
c ác nhân t ố đ ó thì s ự v ậ n chuy ể n nhi ệ t (theo ch i ề u ngang) b ở i dòng ch ả y đ ón g vai
trò l ớ n nh ấ t.
S ự t hay đ ổ i hoàn l ư u khí quy ể n d ẫ n đ ế n s ự t hi ế t l ậ p l ạ i tr ườ ng dòng ch ả y,
tr ườ ng dòng ch ả y v ề p hía mình l ạ i làm thay đ ổ i phân b ố n hi ệ t đ ộ t heo chi ề u th ẳ ng
đ ứ ng và p h ươ ng ngang. D ĩ n hiên các quá trình khí quy ể n càng m ạ nh thì nh ữ ng bi ế n
đổ i nhi ệ t đ ộ c àn g x ả y ra nhanh.
Chiutnhev đ ã thi ế t l ậ p nh ữ ng m ố i liên h ệ d ự b áo gi ữ a bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ t rung
bình ngày Δt w v à t ổ ng ngày c ủ a l ượ ng nhi ệ t đ ế n và l ượ ng nhi ệ t m ấ t qua m ặ t bi ể n
ΔQ d ướ i d ạ ng
Δt w = kΔQ ,
trong đ ó k − h ệ s ố t ỷ l ệ p h ụ t hu ộ c v ào đ ộ s âu bi ể n. Đ ồ t h ị m ố i ph ụ t hu ộ c này có
d ạ ng n h ư h ình 8.2.
82
- Δ tw 3
4 1
2 2
0
-2
-4 ΔQ
-6
800 1600
-1600 0
-800
Hình 8.2. Phụ thuộc của biến đổi nhiệt độ nước vào cân bằng nhiệt
Nh ư v ậ y n ế u có s ố l i ệ u quan tr ắ c và tính toán v ề c ân b ằ ng nhi ệ t và s ự t hay đ ổ i
nhi ệ t đ ộ n g ư ờ i ta có th ể d ự ng các đ ồ t h ị t h ự c nghi ệ m d ạ ng hình 8.2 và dùng chúng
đ ể d ự b áo nhi ệ t đ ộ n ướ c.
M ộ t s ố đ i ể m c ầ n chú ý: N ế u đ ườ ng t h ẳ ng đ i qua g ố c 0 c ủ a đ ồ t h ị t h ì ta tin
ch ắ c r ằ ng t ạ i đ i ể m đ ang xét nhi ệ t đ ộ c h ỉ b i ế n đ ổ i do l ượ ng nhi ệ t đ ế n và l ư o ự ng
nhi ệ t m ấ t qua m ặ t bi ể n. N ế u đ ồ t h ị k hông đ i qua g ố c 0 thì ch ắ c ch ắ n còn có
nguyên nhân khác làm b i ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ , ch ẳ ng h ạ n nh ư d òng c h ả y, l ư u l ượ ng n ướ c
sông t ừ l ụ c đ ị a...
Các đ ườ ng th ẳ ng 1, 2, 3 trên hình 8.2 ứ ng v ớ i nh ữ ng tr ạ m có đ ộ s âu khác
nhau. Thí d ụ đ ườ ng th ẳ ng 2 ứ ng v ớ i tr ạ m có đ ộ s âu l ớ n h ơ n tr ạ m v ớ i đ ườ ng cong 1
và 3.
8.4. PHƯƠNG PHÁP CỦA MILEIKO
M ileiko G. M. đ ã xây d ự ng m ộ t ph ươ ng pháp tính tr ướ c tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c
m ặ t ở v ùng B ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng và Thái B ình D ươ ng vào mùa l ạ nh d ự a trên c ơ s ở
t ính bi ế n thiên cân b ằ ng nhi ệ t và đ ộ s âu xáo tr ộ n đ ố i l ư u.
D ữ l i ệ u xu ấ t phát là b ả n đ ồ t r ườ ng nhi ệ t đ ộ t h ự c d ự ng theo s ố l i ệ u quan tr ắ c
c ủ a c ác tàu ho ạ t đ ộ ng trên đ ạ i d ươ ng tr ướ c th ờ i đ i ể m l ậ p d ự báo và s ố l i ệ u d ự b áo
nhi ệ t đ ộ k hông khí trung bình tháng. S ơ đ ồ t ính toán có d ạ ng:
ΔQn
t w,n −1 → H n −1 → = Δt w,n → t w ,n −1 + Δt w ,n + Δt w, adv .
0,1H n −1
Ở đ ây H − đ ộ s âu xáo tr ộ n đ ố i l ư u đ ượ c xác đ ị nh theo nhi ệ t đ ộ n ướ c m ặ t đ ạ i
d ươ ng (quan h ệ n ày đ ượ c l ậ p s ẵ n t ừ t r ướ c b ằ ng s ố l i ệ u quan tr ắ c th ủ y v ă n nhi ề u
n ă m theo ph ươ ng pháp so sánh m ậ t đ ộ ); ΔQ − l ượ ng nhi ệ t m ấ t qua m ặ t đ ạ i d ươ ng
đ ượ c ư ớ c l ượ ng theo hi ệ u t w − t a . Chia l ượ ng nhi ệ t m ấ t qua m ặ t bi ể n cho đ ộ s âu l ớ p
m ặ t t ự a đ ồ ng nh ấ t ng ườ i ta n h ậ n đ ư ợ c l ượ ng bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c Δt w,n c ủ a l ớ p
đ ó. C ộ ng nhi ệ t đ ộ q ua n tr ắ c đ ượ c t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo v ớ i l ượ ng bi ế n đ ổ i nhi ệ t
đ ộ v ừ a nh ậ n đ ượ c, có tính t ớ i l ượ ng bi ế n đ ổ i nhi ệ t đ ộ n ướ c do v ậ n chuy ể n bình l ư u
ngang b ở i các dòng ch ả y Δt w , adv s ẽ c ho nhi ệ t đ ộ c ầ n d ụ b áo. Khi tính theo s ơ đ ồ
83
- t rên đ ây, n g ườ i ta th ườ ng dùng cách tính t ừ ng b ướ c. Mu ố n tính b ướ c th ứ n h ấ t,
ng ườ i ta l ấ y nhi ệ t đ ộ t h ự c c ủ a m ặ t bi ể n, đ ể t ính c ác b ướ c sau - l ấ y nhi ệ t đ ộ v ừ a
tính đ ượ c t ừ b ướ c tr ướ c đ ó. Tr ườ ng nhi ệ t đ ộ t ạ i th ờ i đ i ể m l ậ p d ự b áo l ấ y theo b ả n
đ ồ n hi ệ t đ ộ m ặ t đ ạ i d ươ ng nh ậ n đ ượ c t ừ d ữ l i ệ u quan tr ắ c tàu , ả nh v ệ t inh...; đ ể b ổ
k huy ế t s ố l i ệ u t ạ i nh ữ ng vùng v ắ ng quan tr ắ c đ ã s ử d ụ ng ph ươ ng p háp phân tích
khách quan. Các tính toán đ ượ c th ự c hi ệ n trên máy tính cho 300 đ i ể m trên đ ạ i
d ươ ng. D ự b áo dài h ạ n theo ph ươ ng pháp này có th ờ i h ạ n báo tr ướ c 1,5 tháng. Sau
đ ó d ự b áo đ ượ c đ i ề u ch ỉ nh thêm b ằ ng các tính toán v ớ i th ờ i h ạ n m ộ t ch ụ c ngày và
truy ề n đ i d ướ i d ạ ng b ả n đ ồ .
8.5. PHƯƠNG PHÁP CỦA SCRIPTUNOVA
L . I. Scriptunova đ ã xác l ậ p nh ữ ng m ố i ph ụ t hu ộ c d ự b áo gi ữ a nh i ệ t độ n ướ c
và tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n có k ể t ớ i các dòng nhi ệ t qua m ặ t đ ạ i d ươ ng cho vùng
tây b ắ c Đ ạ i Tây D ươ ng vào mùa nóng c ủ a n ă m. Tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c đ ượ c khai
tri ể n thành chu ỗ i các thành ph ầ n tr ự c giao t ự n hiên, tr ườ ng áp su ấ t khí quy ể n -
thành chu ỗ i các đ a th ứ c Se b ư sev . M ố i ph ụ t hu ộ c có d ạ ng
[ ]
Bij (t w )τ =5 = f Qn , Aij ( P) n , Bij (t w ) ,
′
trong đ ó Bij (t w )τ =5 − n h ữ ng h ệ s ố đ ượ c d ự b áo c ủ a chu ỗ i phân tích tr ườ ng nhi ệ t đ ộ
n ướ c, Qn − t ổ ng các dòng nhi ệ t qua m ặ t đ ạ i d ươ ng, Aij ( P) n − các h ệ s ố k hai tri ể n
′
tr ườ ng khí áp, Bij (t w ) − c ác h ệ s ố p hân tích tr ườ ng nhi ệ t đ ộ v ào ngày l ậ p d ự b áo,
τ − t h ờ i h ạ n d ự b áo, b ằ ng 5 ngày.
Các ph ươ ng trình d ự b áo đ ượ c tìm b ằ ng ph ươ ng pháp phân tích t ươ ng quan.
Đ ể x ây d ự ng các ph ươ ng trình d ự b áo ng ườ i ta s ử d ụ ng các b ả n đ ồ p hân b ố n hi ệ t
độ n ướ c vùng B ắ c Đ ạ i T ây D ươ ng d o Trung tâm Khí t ượ ng Th ủ y v ă n Liên Xô l ậ p
(ho ặ c b ả n đ ồ n hi ệ t đ ộ n ướ c c ủ a M ỹ n h ậ n qua faximile). S ố l i ệ u v ề n hi ệ t đ ộ n ướ c
đ ượ c l ấ y trung bình 5 ngày. Nh ữ ng s ố l i ệ u khác dùng đ ể d ự b áo c ũ ng đ ư ợ c l ấ y
trung bình 5 ngày. Cân b ằ ng nhi ệ t đ ượ c tính theo công th ứ c đ ơ n gi ả n c ủ a
Chiutnhev. Nh ư v ậ y ph ả i s ử d ụ ng đ ế n nhi ệ t đ ộ k hông khí d ự b áo.
Quy trình l ậ p d ự b áo nh ư s au:
1) T r ướ c khi l ậ p d ự b áo c ầ n tính các h ệ s ố k hai tri ể n tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c và
tr ườ ng khí áp.
2) T rên c ơ s ở d ự b áo synop tính cân b ằ ng nhi ệ t m ặ t bi ể n qua 5 ngày. N ế u
không có d ự b áo synop thì cân b ằ ng nhi ệ t đ ượ c tính th eo s ố li ệ u th ự c đ o và ngo ạ i
suy đ ế n 5 ngày t i ế p.
3) Th ế c ác s ố l i ệ u nh ậ n đ ượ c vào ph ươ ng trình d ự b áo và tính các h ệ s ố p hân
tích c ủ a tr ườ ng nhi ệ t đ ộ n ướ c.
4) Tính nhi ệ t đ ộ n ướ c theo công th ứ c phân tích tr ườ ng.
5) Ghi các tr ị s ố n hi ệ t đ ộ l ên b ả n đ ồ v à v ẽ c ác đ ườ ng đ ẳ ng tr ị .
6) Th ự c hi ệ n đ ánh giá đ ộ t in c ậ y c ủ a d ự b áo.
84
- K ế t qu ả t h ử n ghi ệ m p h ươ ng pháp cho th ấ y đ ộ đ ả m b ả o sai s ố k hông v ượ t quá
đ ộ l ệ ch bình ph ươ ng trung bình c ủ a nhi ệ t đ ộ σ l à 82%.
Đ ể t ính phân b ố n hi ệ t đ ộ t heo ph ươ ng th ẳ ng đ ứ ng đ ã s ử d ụ ng mô hình d ạ ng
sau:
Tz = T + ΔT0 exp[ −b( z − 1) n ] + ΔTh exp[ − d ( H − z ) m ] ,
trong đ ó z − t ọ a đ ộ t h ẳ ng đ ứ ng tính t ừ m ặ t bi ể n ( z = 1 ), ΔT0 , ΔTH − các đ ộ l ệ ch kh ỏ i
nhi ệ t đ ộ t rung bình c ủ a l ớ p t u ầ n t ự t ạ i m ặ t và t ạ i biên d ướ i l ớ p ho ạ t đ ộ ng,
b, d , m, n − n h ữ ng tham s ố t h ự c nghi ệ m.
85
nguon tai.lieu . vn
