ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯÒNG Đ ẠI HỌ C KHOA HỌ C Tự NHIÊN
ĐỂ TÀI
PHÂN TÍCH CẤU TRÚC THẲNG đ ú n g c ủ a n h i ệ t đ ộ
VÀ ĐỘ MUỐI Ở BIỂN ĐÔNG
Mã số: QT-05-34
Chủ trì đề lài: PGS. TS. Phạm Văn Huấn
OAI HO C Q U Ố C GIA HẢ N ỏ l
rRUNG TAM THÔNG TIN THƯ VIFN
ỉ > T / ổ - f 1
IIẢ NỘI - 2006
Tên dể tài (hoặc dự án):
PHÂN TÍCII CÁV TRÚC THẲNG đ ủ n g c ủ a NIIIỆT đ ộ v à nộ MUỐI Ở BIÍỈN f)ỎN<;
Mã số: QT-05-34
Chủ trìĩ PGS. TS. Phạm Văn Huấn
Các cán bộ pliốỉ hợp:
1. TS. Phùng Đílng Iliếu (Trung tâm Động lực Môi trường biển. Timing DMKFJTN)
2. ThS. Phạm Văn Vỵ (Trung tam Động lực Môi trường biển, I rirờng D IIK II I N)
3. 'ITiS. Phạm Hoàng Lâm ( Trung tam Động lực Mồi trường biển. Trường ĐIIK H TN)
4. TliS. Ilà Thanh Ilưcmg (Trung tâm Động lực Môi trường biển. Trường ĐHKHTN)
2
PHẨN 1
BÁO CÁO TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT
a) Tên để tài:
Phân tích tấu trúc thắng dứng của nhiệt độ và độ muôi ở biển Đông
Mâ số: QT-05-34
b) C hủ trì: PGS-TS. Phạm Văn Huấn
c) Các cán bộ tham gia:
1. TS. Phùng Đăng Hiếu ( trung tam Động lực Môi Irưừng biển, Trường ĐIIKH TN )
2. ThS. Phạm Văn Vỵ (Trung tflm Động lực Môi trường biển. Trường Đ H K ÍỈ I N)
3. ThS. Phạm Hoàng Lâm ( I'rung tam Động lực M ôi trường hiền, Trường Đ IIK IM N )
0 *0 HIỆU TRƯỚNG
BÁO CÁO TÓM TẮT BẰNG TlỂNCĨ ANH
a) Project:
Analysis o f vertical structure o f temperature and salinity ill South china sea.
Code: QT-02-24
b) Head or project: As. Prof., Dr. Pliam Van Huan
c) Membership:
1. PhD. Phung Dang Hieu (Marine Dynamics and Hnviromwnl Center, College of
Natural Sciences - V N U IỈ)
2. Ms. Pham Van Vy (Marine Dynamics and Environment Center. College of Natural
Sciences - V N U II)
3. Ms. Pham Hoang Lam (Marine Dynamics and Environment Center, College of
Natural .Sciences - VNUI1)
4. Ms. I Ĩa T h a n h H u o n g (Faculty of Hydrometeorology and oceanography. College
of Natural Sciences - V N U II)
d) Objcclive and research problems:
Objective:
Improvement o f the marine database and refincm eni of (he algorithm of
approxim ation o f vertical profile o f hydrological parameters based on the
spline functions and application of the method into the analysis o f long-term
changeability in parameters o f ocean upper layer in South-china sea.
Research problems'.
- Supplementary colcction of observed data on temperature and
hyclrochcmical parameters or South-china sea.
- A pplication of the method o f spline approximation to build an
algorithm o f interpolation o f vertical profile o f temperature anti sanilrly.
- Analysis o f the long-term changeability o f parameters of vertical
structure of ocean upper layer in South-china sea.
e) Main results:
- Colection and update o f data on hydrological elements in the Soutli-
việc rất có ích. Trong những năm gần dây, các trung tâm dữ liêu hiển quốc lố
thường xuyên phát hành những hộ số liệu khá đầy đít về các yếu tố hài (lương
học dưới dạng các đĩa C D-RO M (lể cộng đổng những người Iigliiên cứu hiển
kliai thác sử dụng. Ngoài ra các clc tài, dự án tlụrc hiện trong những nam gần
day ờ nước ta cũng đã bổ sung Ihcm nhiều quan triic đối với vùng biến Việt
Nam. Trung tAm Động lực và M ỏi trường biển có truyền thống thu IhẠp, bổ
sung và lưu trữ những nguồn số liệu này Irong máy lính (ỉc pliục vụ giíìng dạy
và nghiên cứu khoa học. Trong khuôn khổ của dề lài này chúng tồi cũng tin
dặt ra nhiệm vụ thu thấp bổ sung và hệ thống hóa những dữ liệu dã thu thập
dược trong các năm 2003-2005. Kết quả thu ihạp bổ sung và giới (hiệu tóm (ắl
về cơ sở dữ xây dựng sẽ trình bày ở mục 1.
M ội trong những nhiệm vụ xAy dựng các chương trình máy tính quàn !ý
và phíìn lích số liệu là hoàn thiện các thủ tục thao tác với (lữ liệu. Số liỌu quan
trắc vé các yếu tố hải dương học (vật lý và thủy hóa) thường dưới dạng các
(rắc diện thẳng dứng (vertical profile) với độ pliAn giiii kliồng gian llico
phương thẳng đứng khác nhau. Plicp toán nội suy giá trị cua một tham sổ' quan
trắc VC m ộ t tần g qu an tâm cụ thổ llurờ ng ha y gặp tro ng các Ihủ lụ c tha o lác lự
động với số liệu. Bài loán này tuy dơn giản nhưng quyết (lịnh tính tiling chill
cùa các tính toán, đặc biệl khi x;íc dinh các dặc Irirng phân bố thảng dứng cùa
Inrừng nhiệt độ, dộ m uối hay mội yếu tố tliủy hóa nào đó. Một trong những
nội (lung thực dụng của đề tài này là áp dụng phương pháp liàm spline (la thức
bậc ba để xấp xỉ một trắc diện nhiệt độ thẳng đứng, thay thế th o công thức nội
suy luyến lính dã sử dụng tnrức tlíly trong các chương trình quản lý dữ liệu mà
chúng tôi dã xây dựng để hoàn thiện các chương Irình đó. Trong mục 2 giới
thiổu lóm lắt kếl quà thử nghiệm plurơng pháp này.
Cuối cùng, với ur cácli là ứng dụng cơ sở dữ liệu và thủ lục nội suy dã cái
biên chúng lôi đã tiến hành phau lích hiến thiên dài hạn của m ội sô dặc trưng
cấu trúc tháng đứng của lớp gàn mặt biển ở biển Đông, (lưa ra rnộl vài nhạn
xét VC dặc điểm trường nhiệt vìing biển Việt Nam ở mục 3.
9
(lương (hố giới (2-4]. Năm 2004 tái bản thành World Ocean Atlas 2001 CD-
ROM (lata set.
10
Trong các năm 2003-2005 chúng tôi còn lliu thập bổ sung tliêm nlũrng
Irạm quan trắc mới do các dề tài thuộc chương trình khoa học và công nghệ
biển và các đề tài khác thực hiện trong thời gian này.
Nlnr vậy nếu tách lọc tất cả cho đến nay chúng ta có tổng số trạm quan
trắc hải văn nirớc sâu (số liệu gốc) thu được trong vùng biển Đông giới hạn
bời kinh tuyến từ 99°E đến I25°E, vĩ tuyến từ 5"N đến 25"N bằng ỉ 37.181,
trong đó số trạm có quan trắc nhiệt dộ: 136.301 và số trạm có quan trắc độ
muối: 23.617.
Bảng 1.1 dưới dây thống kê lổng số số liệu pliíln hố theo m ội sô vCúi lo
trong quỹ dữ liệu này đối với Biển Đông:
Bảng 1.1. Thống kẽ số lượng trạm quan trắc theo các tham số
Tham số Số tram
Nhiệt độ in-situ
136.301
Đô muối 23.617
Oxy hoà tan
11.069
Phosphate
5.249
Silicate 4 385
Nitrate
2.671
PliAn hố số Irạm quan Irắc ihco tháng tương dối (lổn (xem bảng I.2).
PliAn bố số Irạm quan trắc nhiệt dộ theo ò vuông trên biển Đông cũng tương
dối dồng đều (xem bảng l .3). Hình l. l biểu diễn sự phán hô' đều cùa các trạm
quan trắc nhiệt độ, độ muối và dòng chảy mặl biển trên mặt rộng biển Đòng.
Bàng 1.2. Thông kê sô trạm quan trắc theo các tháng
- Nguồn dữ liệu thu thâp đirực lạm đủ để Xíly dựng các bản đồ trung bình
tháng của ba yếu tố nhiệt độ, độ muối và do dó các trường yếu tố lỉúr si nil
khác như mật độ, tốc độ truyền Am
- Đê khai thác tốt nguồn dữ liệu này phục vụ ch o các nhiệm vụ nghiên
cứu, (lào lạo cán thiết phải lie'll hành hệ thống lioá, lưu trữ trong máy lính và
quàn lý tự động bằng inột hệ thống chương trình máy línli cho phép chọn lọc
số liộu, truy cập số liệu đổ kết xuất ra các giá Irị trung hình ò vuông, các trắc
diện lining dứng cùa nhiệt itộ và (!ộ muối. Từ dỏ tính toán các đặc lnrng thứ
sinh nlur áp suất trong nước biển, các trường mật lỉộ, loc độ ftiTi và các dặc
trưng phan tầng khác cùa vùng biển Việt Nam.
12
Bảng 1.3. Phân bố các dữ liệu vế sô profit nhiệt độ trên các ô vuông 1 độ ỏ biển Dõng
Kinh
99.5
100.5
101.5
102.5
103.5 104.5
105.5
106.5
107.5 108.5
109.5
110.5
11Ị.5 412.5 113.5 114.5
115.5 116.5 117.5
118.5
4 1
22.5
2
37
6
848 2143
256 15
56 94 79 141 98 72
116 178 104 2l
17,5
64
914
1405 - 621 396
109 56 133
79
54 83 186
179 3"
16.5
566
710 795 608
43 8
140 30 55
114
205
377
5<
15.5
"
707 359
660
252 206
147 68
137
150
54
70
96
45 1 1 177 189 204 304
245
137
12 3 2
3
19 23
9.5
4 46 55 62 152
39
1 ị 128.
45 134 292 203 75 19 5
1 6 7 38
1
8.5 I 34
Ị
19 100
32
205 232 272
84 124
175
60
29
5
2 2
42 20 29
1
7.5
23 39 ! 5
143 ■ 134
27 5 31 41
28 ị 19
6 3 I 2
2.5
11 ! 46 I 13 I 1 I 377 Ị 99 Ị 50 ! 32
24 i 2 í 3 I
1
1 1
15
I ' 5 0 46 192
90 22 9 5 1
1 ỉ 3
Tài liộu vé ứng dúng phương pháp này trong hải dương học có trong |5-
9|. Bản c liấ l của phương pháp hàm spline lập phương là dưa ra các liàin bậc ha
tại các khoảng chia trên trục tọa độ, ở đây là trục clộ sâu z . Giả sử (rcn (loạn
|rf, b] của írục z cho trước lưới lính
11 cn các điểm nút lưới dó biết các giá Irị }”_0 cỉm hàm 7 (z) xác ílịn li trên
iloạn [ơ,b\ , T k tương ứng với giá trị nhiệt độ tại các tầng quan trắc í 2-51. B.ii
loán nội ngoại suy theo hàm spline lập plnruưng từng (loạn Cjiiy về tìm ĩiàin
f\z) llìỏa mãn các điều kiện sau clíìy:
- f{x) Ihuộc lớp c 2(a,b), tức là liên lục cùng với dạo hàm bộc một và
hộc hai.
- Trên m ỗi m ột đoạn tròng số các (loạn |.r, ,, .V, I là (la thức bậc bit c ó
(lạng:
Bài toán này dẫn đến việc giải một hệ các phương trình dại số luyến tính
(lối với các hệ số: í7j*\ {k = 0 .1
n):
Lờ i giải của bài toán đang dược xem xél là tồn tại duy nhất. Khó khăn cơ
bàn liên quan tới v iệ r thiết lập bài toán nội suy hàm - spline là tint các cliìMi
kiện biên. T rong nội suy số liệu các trạm (lo đạc thủy văn, (liều kiện hiên (2.3)
hoàn toàn phù hợp với đặc điểm vạt lý m ôi trường.
Dưới đtìy dãn th í dụ về khảo sát sự biến dổ i của nhiệt (lộ theo độ sâu tại
điểm có tọa độ 13°N-110°E. Số liệu nhận đirực lừ kết quả quan Irắc vào thời
kỳ mùa dông tại vị trí này là giá trị nhiộl dộ tại các tàng 0, 10, 20, 30, 50, 75,
100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800 và 1000 m. sử dụng liíìm
spline lập phương để nội suy nhiệt dộ tại các tầng khác, chúng ta cố lliể dưa ĩ a
m ột dường p ro file nh iệt độ chi tiết hơn.
Bay giờ ta sử dụng hàm spline lạp phương tìể tínli toán các giá trị nhiệt
độ từ mặl đến táng 1000 m ở các tàng cách đều nhau 5 m và đưa ra các (In
thức bạc ba lại các khoảng Ị zJ,. z1 1, fz,, Zj Ị
[z„ ,. 2 J . Từ các da thức này líi
sẽ tính dược giá trị nhiệt độ lại lítng bất kỳ thông qua các hệ số a0.a^n,. Dối
với p ro file lỉiẳ n g dứng của nhiệt độ lại diổni 13°N-1 I0°E, các hệ số này có giá
trị như trong bảng 2.1.
So sánh hai phương pluíp nội suy tuyến tính Ihóng lliường và phương
pháp hàm spline lập phương có Ihể thấy ưu cliổm cùa phương pháp thứ hai.
Tính toán bàng phương pháp hàm spline lạp phưưng la sẽ cỏ dường p rofile
liưn hưn đặc biệt Ĩ1 Ó biểu tliễn tốt hơn dặc điểm biến illic it của nhiệt (tộ theo
dô sAu Điều này có thể được lý giải m ộl cách dơn giản \ì\ (lo liàin spline được
tính loán lliô n g qua m ố i quan hộ với tất cả các giá trị nhiệt clộ lại tííc iring
15
quan trắc cho trước, tron g kh i phép nội suy tuyến tính chỉ lính toán lliỏ ng qua
các giá trị nhiệt dộ tại hai tẩng liền trên và liền dưới so với làng sâu cần nội
suy. Tại lớp nước gđn m ặt có m ột số tầng sâu có giá trị nhiệt độ lớn hơn so với
tầng mặt, th í dụ tại tầng 20 m và tầng 65 m.
So sánh hai phương pháp nội suy cỏ thổ lliấ y phương pháp hàm spline lạp
19,05
0,072143
0,001899
-0,000015
17,98
0,031601
- 0,000278
0,000029
16,07
0,037510
0,000160
-0,000003
14,59
0,026389
0,000017
0,000001
13,34
0,023050
0,000050
0,000000
11,50
0,014124
0,000039
0,000000
10,24
0,011778
- 0,000007 0,000000
9,05 0,011425
0,000011
0,000000
ngoại suy tron g cac chương trìn h q u ả n lý và th a o tác dữ liệ u C|uan trắ c phân bó
thẳng dứng đ ố i với tất cả các yếu lố quan trắc.
Hinh 2.5. Phân bô' thẳnạ đứng của Hỉnh 2.6. Phân bố thẳnạ citing của
nhiệt độ tại điêrn nhiệt độ tại diêm
13"N - 110flE 10"N - 109.5 E
Trong m ục 3 sẽ giới thiệu thêm những thông tin vồ sự biến thiên tlico
(hời gian của độ dày lớp này từ tháng này tới tháng khác trong năm cũng như
từ năm này lới năm khác trong một thời kỳ dài.
3. HIÊN ĐỘNG DẢI HẠN TRƯỜNG NHIỆT MUỐI Ỏ lỉĩí:N f)ÕN<;
3.1. Các dặc (rư ng chế độ biến dộng và cấu trú c lin in g (liín g cún nhiệt độ nước hiển
Ở (lily, nhằm mục dích phát hiện những câu trúc không gian quy mô vừa doi với liien
Đòng, chúng lõi cỏ' gắng xừ lý CÍÍC trường nhiệt độ và dọ muối XIUÌI phát với dọ plìAn gÌMÍ
nhò hơn. Vùng biển sẽ dirực khản sát Itong háo cáo này giới hạn ờ phía lây bời kinh tuvOn
99"E, tức bờ tAy vịnh T liái Lan, ờ phía (lỏng bời kitili tuycn I20"E. ờ pliía nam bới vĩ UIYÚI
2"N và ờ phía bác bởi VI luyến 24"N. Miền này (lược chia thỉinli mạng lưới các ô vuông ciuili
0,5" llico các hướng kinh và vĩ tuyến.
Đã sử dụng cơ sở dữ liệu và các công cụ chương trình xây dung dược dê tính loáĩi
những dặc tnrng sau đay m à chúng lôi lất quan tàm [ 1 ]:
18
- Giá trị độ lệch bình phương trung bình của nhiệt độ mặt biển (long 12 tháng trong
năm để khảo sát sự biến động của nhiệt độ mặt biển hoặc tầng sAu bát kỳ ở các vìmg.
Đ ộ lệc bình phương trung bình của nhiệt dộ lại m ỗi ô vuông SC thể hiện mức (lộ M a i
lliiên cùa nhiệt dộ với thời gian trong mỗi tháng. Đại lượng này ước lượng bàng công thúc:
trong dó ơị - clộ lệch bình phương trung hình của nhiệt tlộ Iiước mill hiển tại ô với sổ liiệu
i liên mậl biển; Tị h — giá trị nhiệt độ inặt biển quan liắc thuộc ô ị tiôn biển: T - Iiliiệl
(lộ trung bình tháng tại õ vuông i .
- Độ dày lớp dồng n h ít nhiệt dộ tiling bình của các lining trong Hãm.
- Độ sâu l;ìng gradien thẳng dứng cực dại của nhiệt độ.
Dùng từng trắc diện thẳng dứng của nhiệt độ lliuộc inỗi ô vuông 'de tính dạo liàin cua
nhiệt dộ theo dộ sâu. Độ sâu giữa cùa lớp có gradient nhiệt độ cực đại dược cliấp Iihạn làm
22
hiển và dới dọc theo trục dòng chảy lạnh mùa dông. Pliàn còn lại cùa biển Đông, pliíìn pliíii
nam và trong vịnh Thái Lan láp dổng nhất do gió chỉ phát triển tới độ sAu dưới 50 IU.
Trong các tháng chuyển tiếp, thí dụ tháng 4, tháng 9. lớp dồng nhâì phát triển yiMi.
irên toàn biển không quá 50 m, dặc biệt trong tháng 4 dâu hè. không quá 25 m.
Đến giữa mùa hè, các tháng 7-8, dộ dày lớp dồng nlicít chỉ tăng lên mội cluít ờ nơi
chuyển liếp giữa thềm lục dịa lây nam biển và vùng khơi biển Đông do lioạl dộng gia tăiụ-
cùa gió (ây nam.
Nlnr vạy biến thiên các đặc Iriíng biến động và eft'll (I úc thẳng dứng của lớp g;in mặt ờ
biển Đông chủ yếu do hoạt động dòng chảy mùa đông quy định và clủ liên quan lới yếu lõ
dối lưu nliiột ử phần phía bắc của hiển.
3 .2 .1’ liân bô lin in g dứng Iiliiệ l (lộ tại m ột sổ điểm diển liìn lt trí‘ 11 vùng bit’ll
Đã tiến hành vẽ các đồ thị phân bồ thẳng dứng của nliiệl dộ và (lộ muôi lại lừng giao
tliểm của các dường kinh tuyến và vĩ tuyến nguyên Irong vùng biến nghiên cứu, xAy dựng
các đồ thị pliân bô' thẳng dứng lừng tháng trong các năm có nhiều số liệu (1966 và 1989)
của nhiệt độ và dộ muối tại một số điểm diển hình trên vùng bicn dể nghiên cứu sự biến
thiên giữa các năm của các yếu tô' này.
Những dồ thị đó cho thấy pliAn bố Ihẳng dứng của nhiệt độ hiến thiên khá mạnh trong
năm (Iheo mùa) và giữa các năm. Dưứi đây trình bày niặl cắt với các trục dọc là dộ sílu.
trục ngang là các tháng trong năin của nhiệt độ tại hai diểm làm thí dụ để trực (|ii;in iiliẠn
thấy sự biến thiên này (các hình 3.7, 3.8).
Tháng
1 ỉ 3 1 5 6 7 8 9 10 II I?
Hình 3.7. Mặt cắt tháng • độ sâu của nhiệt độ nưóc tại diêm 109"E-17"N năm 196G
23
Tháng
Hinh 3.8. Mặt cắt tháng - độ sâu của nhiệt độ nước tại điểm 114CE-13'N nãm 1966
Dựa trên các hình vẽ về phan bố lliẩng dứng của nhiệt độ có lliể trực quan tliAy (lược
biến ihiêĩi c!ộ dày lớp dồng nliấí ntiiẹi (lộ gÀii Iiiặl (các liàiig 3.I-3.3). Trong bi’mg 3.I là
hiến thiôn của lớp dồng nhất tại một cliểm llmộc cửa vị till nắc lỉộ (lụa ctô l()91> 17"N).
60
65
66 45
20
-
30
30 50 40
- -
Bàng 3.3. Biến trinh năm độ dày lóp đống nhất nhiệt độ tại điểm 109'Đ và 1TB (năm 1966)
Tháng
1 2
3
4
5
6
7 8
9
10
11
12
Đò dày lớp
ĐNNĐ(m)
25
-
-
10
8
5
1r) 30 50
Tliấy ràng, mõi điểm của vùng biển có dặc dicrn biến thiên nhiệt độ, độ muối Ibeo (lú
-1400
-1600
-1800
-2000
■2500 -
Htnh 3 9 Biến thiên giữa các năm của phàn bố thẳng đứng nhiệt độ nước tại điếm 112"E-12‘N
Copyright: Tài liệu đại học ©