Luận án tiến sĩ về nước dâng do bão và gió mùa ở vịnh Bắc Bộ

Luận án tiến sĩ nghiên cứu hải dương học nghiên cứu đặc điểm nước dâng do bão và gió mùa khu vực biển ven bờ vịnh bắc bộ, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng

• Tác giả: Phạm Trí Thức
• Người hướng dẫn: PGS. Đinh Văn Mạnh
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hải dương học
• Đề tài: Nghiên Cứu Nước Dâng Do Bão Và Gió Mùa Tại Vịnh Bắc Bộ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ NƯỚC DÂNG
• 1.1. Nghiên cứu nước dâng ở Ngoài Hướng
• 1.2. Nghiên cứu nước dâng ở trong Thước
• 1.3. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN
• 2.1. Số liệu quan trắc mực nước, dữ liệu bão/ATND và gió mùa
• 2.2. Dữ liệu BIO TUG
• 2.3. Phương pháp phân tích, tính toán nước dâng
• 2.3.1. Phương pháp tách nước dâng từ số liệu mực nước thực đo
• 2.3.2. Mô hình tích hợp thủy triều, sóng và nước dâng do bão (mô hình SUWAT)
• 2.3.3. Mô hình bão giải tích (Fujita-1952)
• 2.3.4. Mô hình dự báo số trị khí tượng (WRF)
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM NƯỚC DÂNG TRONG KHU VỰC BIỂN VEN BỜ VỊNH BẮC BỘ QUA PHÂN TÍCH SỐ LIỆU
• 3.1. Đặc điểm khu vực vịnh Bắc Bộ
• 3.1.1. Đặc điểm vẻ địa hình
• 3.1.2. Đặc điểm về khí tượng, hải văn
• 3.2. Đặc điểm nước dâng trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ qua phân tích số liệu thực đo
• 3.3. Đặc điểm nước dâng tại các trạm ven bờ vịnh Bắc Bộ và tần suất xuất hiện nước dâng do các nguyên nhân khác nhau
• 3.3.1. Nước dâng do bão trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ
• 3.3.2. Nước dâng do gió mùa trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ
• 3.4. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM NƯỚC DÂNG DO BÃO VÀ DO GIÓ MÙA TRONG KHU VỰC BIỂN VEN BỜ VỊNH BẮC BỘ QUA MÔ PHỎNG SỐ
• 4.1. Nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ nhiều giờ trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ
• 4.1.1. Hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ
• 4.1.2. Nguyên nhân gây nên nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ nhiều giờ
• 4.1.3. Nguyên nhân xuất hiện nước dâng đáng kể tại những điểm xa vị trí bão đổ bộ trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ
• 4.1.4. Mô phỏng nước dâng do gió mùa trong khu vực biển ven bờ
• 4.1.5. Đợt nước dâng ngày 3/11/2017
• 4.1.6. Đợt nước dâng ngày 21-22/12/2017
• 4.1.7. Đặc điểm nước dâng do gió trung bình các tháng
• 4.2. Kết luận chương
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nước dâng do bão và gió mùa

Nước dâng là hiện tượng quan trọng trong nghiên cứu khí tượng thủy văn, đặc biệt tại khu vực vịnh Bắc Bộ. Nước dâng do bão và gió mùa có thể gây ra những tác động nghiêm trọng đến đời sống và môi trường. Theo nghiên cứu, nước dâng do bão có thể đạt đỉnh cao, gây ngập lụt và thiệt hại lớn cho các khu vực ven biển. Đặc biệt, khu vực vịnh Bắc Bộ là nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng của các cơn bão mạnh, với độ lớn nước dâng có thể lên tới 3-6 mét. Những cơn bão như bão Dan-89 đã ghi nhận mức nước dâng cao nhất là 3.6 mét, gây thiệt hại nặng nề cho các tỉnh ven biển. Việc nghiên cứu hiện tượng này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành mà còn hỗ trợ trong công tác phòng chống thiên tai.

II. Tác động của bão và gió mùa đến nước dâng

Tác động của bão và gió mùa đến nước dâng là một vấn đề phức tạp. Nước dâng do bão thường xảy ra khi bão đổ bộ vào đất liền, gây ra áp suất thấp và gió mạnh. Điều này dẫn đến sự tích tụ nước ở các khu vực ven biển, làm tăng mực nước. Nghiên cứu cho thấy, nước dâng do gió mùa cũng có thể gây ra hiện tượng ngập lụt, đặc biệt trong các đợt triều cường. Các số liệu cho thấy, trong những năm gần đây, tần suất xuất hiện nước dâng do gió mùa đã gia tăng, gây ra nhiều thiệt hại cho các khu vực ven biển. Việc phân tích các yếu tố này là cần thiết để đưa ra các biện pháp ứng phó hiệu quả.

III. Phân tích số liệu và phương pháp nghiên cứu

Luận án đã sử dụng chuỗi số liệu quan trắc mực nước từ nhiều trạm khác nhau trong khu vực vịnh Bắc Bộ. Phương pháp phân tích bao gồm việc tách nước dâng từ số liệu thực đo và áp dụng các mô hình thủy triều, sóng và nước dâng do bão. Mô hình SuWAT được sử dụng để mô phỏng các hiện tượng nước dâng, giúp xác định nguyên nhân và mức độ ảnh hưởng của bão và gió mùa. Kết quả phân tích cho thấy, nước dâng do bão có xu hướng gia tăng trong những năm gần đây, đặc biệt là trong các cơn bão mạnh. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp quản lý và ứng phó kịp thời.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về nước dâng do bão và gió mùa tại vịnh Bắc Bộ đã chỉ ra rằng hiện tượng này có ảnh hưởng lớn đến đời sống và môi trường. Cần có các biện pháp quản lý thiên tai hiệu quả hơn, bao gồm việc nâng cao nhận thức cộng đồng và cải thiện hệ thống cảnh báo sớm. Việc nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến nước dâng sẽ giúp giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra. Các cơ quan chức năng cần phối hợp chặt chẽ trong việc xây dựng các kế hoạch ứng phó và phát triển bền vững cho khu vực ven biển.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu đang kéo theo những biến động phức tạp của mực nước biển và sự gia tăng tần suất các cơn bão mạnh, siêu bão đổ bộ vào dải ven bờ. Tại Việt Nam, dải ven bờ vịnh Bắc Bộ là khu vực tập trung mật độ dân cư cao, nhiều cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội trọng điểm nhưng lại có đặc điểm địa hình đáy biển nông và thoải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành nước dâng lớn khi có bão hoặc gió mùa hoạt động. Lịch sử đã ghi nhận nhiều thảm họa nước dâng nghiêm trọng do bão tại khu vực này như bão Kelly (1981) gây nước dâng 3,3 m tại Lạch Ghép (Nghệ An); bão Cecil (1985) gây nước dâng 2,5 m tại Thừa Thiên Huế; bão Frankie (1986) gây nước dâng 3,2 m tại Tiền Hải (Thái Bình); bão Dan (1989) gây nước dâng 3,6 m tại Cửa Việt (mực nước tổng cộng 5,8 m); và bão Niki (1996) gây nước dâng 3,1 m tại Hải Hậu (Nam Định).

Tuy nhiên, trong công tác nghiên cứu và dự báo tại Việt Nam trước đây, hiện tượng nước dâng đạt đỉnh lệch pha so với thời điểm bão đổ bộ—đặc biệt là nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ nhiều giờ (nước dâng sau bão) hoặc trước khi bão đổ bộ (nước dâng trước bão)—cũng như hiện tượng nước dâng do gió mùa chưa được phân tích đầy đủ về mặt cơ chế động lực học. Nhiều đợt nước dâng dị thường gây ngập lụt nghiêm trọng như trường hợp sau bão Kalmaegi (2014) gây nước dâng trên 1,1 m kết hợp triều cường làm ngập lụt tại thành phố Hạ Long và Đồ Sơn, hoặc đợt gió mùa đông bắc ngày 31/10/2017 gây ngập lụt tại Cửa Lò (Nghệ An) vẫn chưa được giải thích tường minh. Xuất phát từ thực tế đó, luận án tiến sĩ chuyên ngành Hải dương học (mã số 9440228.01) của tác giả Phạm Trí Thức với đề tài "Nghiên cứu đặc điểm nước dâng do bão và gió mùa khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ" được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống khoa học này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm 2 nội dung chính:

1. Phân tích đặc điểm nước dâng do bão và gió mùa khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ.
2. Xác định nguyên nhân gây nên hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:

• Đối tượng nghiên cứu: Nước dâng do bão và nước dâng do gió mùa.
• Phạm vi không gian: Khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ, giới hạn trong tọa độ địa lý từ vĩ độ 16°00’N đến 21°30’N và từ kinh độ 105°40’E đến 110°00’E.
• Phạm vi thời gian: Chuỗi số liệu quan trắc mực nước hải văn từng giờ thu thập liên tục từ khi thành lập trạm đến tháng 12 năm 2018 tại 3 trạm đại diện (Hòn Dấu: 1960–2018; Hòn Ngư: 1961–2018; Sơn Trà: 1980–2018), kết hợp với số liệu tái phân tích khí quyển và khí tượng bão trong cùng thời kỳ.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan lịch sử nghiên cứu cho thấy các phương pháp tiếp cận nước dâng trên thế giới đã phát triển qua ba giai đoạn chính: phương pháp bán thực nghiệm, phương pháp đồ đồ/biểu đồ quan hệ và phương pháp mô hình số trị thủy động lực.

Ở quy mô quốc tế, công trình của Ippen và Hallerman (1966) đã đặt nền móng bằng việc sử dụng các công thức thực nghiệm tính nước dâng theo vận tốc gió, đà gió, hướng gió và độ sâu biển. Tiếp đó, Yang và cộng sự (1970) xây dựng biểu đồ quan hệ giữa mực nước dâng quan trắc với các tham số bão, tuy nhiên phương pháp này phụ thuộc vào chuỗi số liệu đo đạc rất dài (khoảng 100 năm). Bước chuyển biến quan trọng diễn ra khi Jelesnianski và cộng sự (1966, 1967) phát triển mô hình số trị hai chiều ngang giải hệ phương trình nước nông tuyến tính với giả thiết áp suất thủy tĩnh để dự báo nước dâng tại bờ biển Atlantic (Hoa Kỳ), mở đường cho Nickerson và cộng sự (1971) hoàn thiện mô hình đưa vào nghiệp vụ. Năm 1972, Jelesnianski xây dựng mô hình SPLASH (sau này phát triển thành mô hình SLOSH), chia 33 tiểu vùng lưới tính phủ khắp thềm lục địa và vũng vịnh, được áp dụng rộng rãi từ năm 1991 tại Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ và Bahamas (Ryabinin và cộng sự, 1996).

Trong những năm gần đây, xu hướng mô hình hóa tích hợp đa thành phần chiếm ưu thế. Sooyoul Kim và cộng sự (2007, 2010, 2014) đã phát triển mô hình SuWAT (Surge Wave and Tide) tích hợp đồng thời tương tác phi tuyến giữa thủy triều, sóng biển và nước dâng bão bằng hệ thống lưới lồng. Bên cạnh đó, Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) phát triển mô hình nghiệp vụ JMA Storm Surges Model (Hasegawa, 2015, 2017; Higaki, 2013) giải hệ phương trình nước nông phi tuyến trên lưới Arakawa-C độ phân giải 1 phút kinh - vĩ. Về hiện tượng nước dâng sau bão, Sooyoul Kim và cộng sự (2014) khi nghiên cứu bão Songda (2004) tại bờ biển Tottori (Nhật Bản) đã chỉ ra hiện tượng đỉnh dâng xuất hiện sau khi bão đổ bộ 16 giờ và xác định hiệu ứng Ekman là nguyên nhân chủ đạo. Đối với nước dâng trước bão, Kennedy và cộng sự (2011) đã phân tích trường hợp bão Ike (2008) tại bắc Texas và nhấn mạnh vai trò của hình thái địa hình thềm lục địa. Nghiên cứu nước dâng do gió mùa cũng được thực hiện bởi Pavel Tkalich và cộng sự (2013) tại Singapore, Ping-Tung Shaw và cộng sự (1998, 2009) tại Malaysia với mô hình TIDE-2D và TUNA-SU, cũng như các hệ thống kết hợp GMS + MRI-Surge tại Nhật Bản và ECMWF + ROMS-2D tại khu vực Bắc Âu.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu số trị về nước dâng bắt đầu từ thập niên 1970 với các đề tài trọng điểm của Nguyễn Ngọc Thụy (Đề tài KT.03.12), Phạm Văn Ninh và Đỗ Ngọc Quỳnh (Đề tài KHCN.06.03), Đinh Văn Ưu (Đề tài KC09.23), và Trần Tân Tiến (Đề tài KHCN-08-05, 2010). Các nghiên cứu ứng dụng phần mềm chuyên ngành quốc tế hoặc tự xây dựng mô hình gồm có công trình của Vũ Thị Thu Thủy (2003) dùng Delft-3D; Đỗ Đình Chiến (2015) ứng dụng SuWAT và SWAN cho ven biển miền Trung; Lê Trọng Đào và Nguyễn Bá Thủy (2001); Nguyễn Thọ Sáo (2001) dùng mô hình khí quyển RAMS; Lê Trọng Đào và cộng sự (1999), Nguyễn Vũ Thắng (1999) sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn; Nguyễn Xuân Hiển (2012, 2013) dùng mô hình ADCIRC và SWAN; và chuỗi công trình của Đinh Văn Mạnh và cộng sự (2009, 2010, 2012, 2018) đóng góp xây dựng Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển. Về nước dâng do gió mùa, các công trình của Phạm Văn Ninh và cộng sự (1991 - Đề tài 48B.02), Bùi Xuân Thông (2007), Phan Thanh Minh và Lê Thị Xuân Lan (2011), Hoàng Trung Thành (2011), và Phạm Văn Huấn (2016) đã bước đầu ghi nhận độ lớn nước dâng do gió mùa đông bắc có thể đạt từ 30 đến 50 cm.

Vị trí của luận án được xác lập thông qua việc giải quyết khoảng trống nghiên cứu: Đi sâu phân tích toàn diện chuỗi số liệu quan trắc mực nước thực đo dài hạn đến năm 2018 tại vịnh Bắc Bộ; phân loại và định lượng hóa tần suất xuất hiện nước dâng theo từng nguyên nhân; đồng thời ứng dụng mô hình số trị thủy động lực tích hợp SuWAT để làm sáng tỏ cơ chế vật lý gây ra hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ nhiều giờ và đặc điểm trường nước dâng do gió mùa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp đồng thời phương pháp phân tích thống kê chuỗi số liệu quan trắc thực nghiệm và phương pháp mô phỏng số trị thủy động lực.

1. Phương pháp phân tích điều hòa và tách nước dâng từ số liệu thực đo

Mực nước thực đo $\zeta_d(t)$ tại trạm hải văn là tổng hợp của hai thành phần: dao động thủy triều thiên văn $\zeta_c(t)$ và thành phần phi tuần hoàn/nước dâng $\zeta_{nd}(t)$: $$\zeta_{nd}(t) = \zeta_d(t) - \zeta_c(t)$$

Dao động thủy triều được biểu diễn theo lý thuyết điều hòa sóng triều: $$\zeta_c(t) = A_0 + \sum_{i=1}^{n} f_i H_i \cos\left[q_i t + (V_0 + u)_i - g_i\right]$$ Trong đó: $A_0$ là mực nước trung bình; $q_i$ là tốc độ góc của sóng triều thứ $i$; $f_i$ là hệ số suy giảm biên độ; $(V_0 + u)_i$ là pha ban đầu thiên văn tại kinh tuyến Greenwich; $H_i$ và $g_i$ là hằng số điều hòa biên độ và pha của sóng triều thành phần.

Luận án sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để giải bài toán điều hòa, đưa về hệ phương trình đại số tuyến tính bậc $2n+1$ và giải bằng phương pháp lặp Gauss-Seidel. Toàn bộ thuật toán được tác giả lập trình bằng ngôn ngữ Fortran 90 chạy trên môi trường Windows để tự động hóa quy trình phân tích và tách nước dâng cho toàn bộ chuỗi số liệu thực đo.

2. Mô hình số trị tích hợp thủy triều, sóng và nước dâng (SuWAT)

Mô hình SuWAT tích hợp mô hình thủy triều, nước dâng với mô hình sóng SWAN thông qua giao diện truyền thông điệp song song MPI (Message Passing Interface). Hệ phương trình chủ đạo là hệ phương trình nước nông phi tuyến hai chiều trong hệ tọa độ Đề-các:

$$\frac{\partial M}{\partial t} + \frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{M^2}{d}\right) + \frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{MN}{d}\right) + gd\frac{\partial \eta}{\partial x} - fN + \frac{d}{\rho_w}\frac{\partial P}{\partial x} + \frac{\tau_{bx}}{\rho_w} - \frac{\tau_{sx}}{\rho_w} - \frac{F_x}{\rho_w} - A_h\left(\frac{\partial^2 M}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 M}{\partial y^2}\right) = 0$$

$$\frac{\partial N}{\partial t} + \frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{MN}{d}\right) + \frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{N^2}{d}\right) + gd\frac{\partial \eta}{\partial y} + fM + \frac{d}{\rho_w}\frac{\partial P}{\partial y} + \frac{\tau_{by}}{\rho_w} - \frac{\tau_{sy}}{\rho_w} - \frac{F_y}{\rho_w} - A_h\left(\frac{\partial^2 N}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 N}{\partial y^2}\right) = 0$$

$$\frac{\partial \eta}{\partial t} + \frac{\partial M}{\partial x} + \frac{\partial N}{\partial y} = 0$$

Trong đó: $\eta$ là dao động mực nước mặt; $d = h + \eta$ là tổng độ sâu; $M, N$ là các thành phần lưu lượng toàn phần theo phương $x$ và $y$; $P$ là áp suất khí quyển bề mặt; $f$ là tham số Coriolis; $\rho_w$ là mật độ nước biển; $A_h$ là hệ số nhớt xoáy ngang.

Ứng suất đáy $(\tau_{bx}, \tau_{by})$ được tính theo công thức hệ số nhám Manning $n$: $$\tau_{bx} = \rho_w g n^2 d^{-1/3} \frac{M\sqrt{M^2 + N^2}}{d^2}, \quad \tau_{by} = \rho_w g n^2 d^{-1/3} \frac{N\sqrt{M^2 + N^2}}{d^2}$$

Ứng suất gió bề mặt $(\tau_{sx}, \tau_{sy})$ được xác định qua hệ số kéo $C_d$ phụ thuộc vận tốc gió ở độ cao 10 m $(w_x, w_y)$: $$\tau_{sx} = \rho_a C_d w_x \sqrt{w_x^2 + w_y^2}, \quad \tau_{sy} = \rho_a C_d w_y \sqrt{w_x^2 + w_y^2}$$

Lực bức xạ sóng $(F_x, F_y)$ do gradient của tensor ứng suất bức xạ sóng ($S_{xx}, S_{xy}, S_{yx}, S_{yy}$) sinh ra theo lý thuyết Longuet-Higgins và Stewart (1962, 1964): $$F_x = -\left(\frac{\partial S_{xx}}{\partial x} + \frac{\partial S_{xy}}{\partial y}\right), \quad F_y = -\left(\frac{\partial S_{yx}}{\partial x} + \frac{\partial S_{yy}}{\partial y}\right)$$

3. Thiết lập hệ thống lưới lồng và nguồn số liệu đầu vào

Mô hình SuWAT được cấu hình hệ thống lưới lồng 3 lớp vuông:

Tên lưới	Phạm vi miền tính	Độ phân giải không gian	Số điểm lưới ($N_x \times N_y$)
Lưới D1 (Biển Đông)	$8^\circ\text{N} - 22^\circ\text{N}, 105^\circ\text{E} - 120^\circ\text{E}$	$4\text{ phút } (\approx 7400\text{ m})$	$226 \times 211$
Lưới D2 (Vịnh Bắc Bộ)	$16.5^\circ\text{N} - 22.0^\circ\text{N}, 105.5^\circ\text{E} - 110.5^\circ\text{E}$	$1\text{ phút } (\approx 1850\text{ m})$	$301 \times 331$
Lưới D3 (Hải Phòng - Nghệ An)	$18.5^\circ\text{N} - 21.0^\circ\text{N}, 105.5^\circ\text{E} - 107.5^\circ\text{E}$	$0.5\text{ phút } (\approx 925\text{ m})$	$241 \times 301$

Nguồn tư liệu và điều kiện biên:

• Địa hình đáy biển: Số liệu GEBCO của BODC độ phân giải 1 phút cho lưới D1, 0,5 phút cho lưới D2, và bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1/100.000 của Tổng cục Biển và Hải đảo cho vùng ven bờ lưới D3.
• Biên lỏng: 16 sóng triều chính ($M_2, S_2, K_1, O_1, N_2, P_1, K_2, Q_1, M_4, MS_4, 2N_2, \nu_2, \mu_2, L_2, T_2, 2Q_1$) chiết xuất từ mô hình thủy triều toàn cầu NAO.99Jb.
• Khí quyển và bão: Mô hình bão giải tích Fujita (1952), mô hình nghiên cứu và dự báo thời tiết số trị WRF, số liệu bão từ Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) và Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia.
• Số liệu gió mùa: Bộ số liệu tái phân tích khí quyển bề mặt tại mực 10 m từ NCEP (các ốp 00, 06, 12, 18 UTC từ 1960 đến 2018) và bộ dữ liệu gió trung bình tháng từ Copernicus Climate Data Store (CDS).
• Mực nước thực đo: Chuỗi quan trắc từng giờ tại trạm Hòn Dấu (Đồ Sơn - Hải Phòng, $106^\circ48.00'\text{E}, 20^\circ40.00'\text{N}$, 1960–2018), trạm Hòn Ngư (Nghi Lộc - Nghệ An, $105^\circ46.00'\text{E}, 18^\circ48.00'\text{N}$, 1961–2018), và trạm Sơn Trà (Sơn Trà - Đà Nẵng, $108^\circ13.00'\text{E}, 16^\circ06.00'\text{N}$, 1980–2018).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan nghiên cứu về nước dâng

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn của các nghiên cứu nước dâng do bão và gió mùa trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả tổng hợp bức tranh phân bố bão, đặc điểm địa hình thềm lục địa và nguy cơ nước dâng tại dải bờ biển nước ta theo các văn bản quản lý nhà nước (như Quyết định số 2901/QĐ-BTNMT ngày 16/12/2016 của Bộ Tài nguyên và Môi trường). Số liệu cho thấy vùng ven bờ Quảng Ninh - Thanh Hóa có nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 3,6 m, có thể xảy ra đến 3,9 m, biên độ triều lớn nhất 4,1 m và mực nước tổng cộng có thể đạt 5,2 m; vùng Nghệ An - Hà Tĩnh có nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 3,6 m, có thể xảy ra đến 4,4 m, biên độ triều lớn nhất 3,5 m và mực nước tổng cộng có thể đạt 5,4 m. Chương này xác lập tính cấp thiết của việc áp dụng mô hình số trị hiện đại để làm rõ nguyên nhân của các đợt nước dâng dị thường đạt đỉnh sau bão và nước dâng do gió mùa.

Chương 2. Số liệu và phương pháp phân tích, tính toán nước dâng

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn gốc, cấu trúc và quy trình xử lý dữ liệu đầu vào. Tác giả trình bày phương pháp phân tích điều hòa bình phương tối thiểu để xác định bộ hằng số điều hòa tại 3 trạm hải văn Hòn Dấu, Hòn Ngư, Sơn Trà, từ đó xây dựng chương trình tự động tách thành phần nước dâng ra khỏi mực nước tổng cộng. Tiếp theo, chương trình bày chi tiết công thức toán học của hệ phương trình nước nông hai chiều phi tuyến, phương pháp lồng ghép 3 cấp lưới thông qua giao tiếp MPI trong mô hình SuWAT, cách thức kết nối với mô hình sóng SWAN để tính ứng suất bức xạ sóng, và việc tích hợp các trường gió, khí áp từ mô hình bão Fujita, mô hình WRF và số liệu tái phân tích NCEP/CDS.

Chương 3. Một số đặc điểm nước dâng trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ qua phân tích số liệu thực đo

Chương 3 tập trung phân tích đặc điểm địa hình, chế độ gió, tần suất hoạt động của bão và phân loại các đợt nước dâng dựa trên chuỗi số liệu đo đạc thực tế từ năm 1960 đến năm 2018.

Kết quả thống kê tần suất xuất hiện nước dâng theo các nguyên nhân tại khu vực ven bờ vịnh Bắc Bộ được tổng hợp cụ thể:

Nguyên nhân gây nước dâng	Tần suất xuất hiện (%)
Bão và Áp thấp nhiệt đới (ATNĐ)	64,5 %
Gió mùa (chủ yếu là gió mùa đông bắc)	26,1 %
Các nguyên nhân khác	9,4 %

Chương 3 phân tích chi tiết các đợt nước dâng lớn ($\ge 0,5\text{ m}$, $\ge 1,0\text{ m}$, $\ge 1,5\text{ m}$) tại từng trạm:

• Trạm Hòn Dấu (1960–2018): Ghi nhận các đợt dâng cao điển hình như bão Frankie-96 ($1,506\text{ m}$), bão Niki-96 ($1,547\text{ m}$), bão Wayne-86 ($1,630\text{ m}$), bão Wukong-00 ($1,636\text{ m}$), bão Washi-05 ($1,208\text{ m}$).
• Trạm Hòn Ngư (1961–2018): Ghi nhận nước dâng bão Dan-89 ($1,145\text{ m}$), bão Becky-90 ($1,731\text{ m}$), bão Lekima-07 ($1,101\text{ m}$), bão Vicente-05 ($1,361\text{ m}$), bão Kalmaegi-14.
• Trạm Sơn Trà (1980–2018): Ghi nhận nước dâng bão Xangsane-06 ($1,361\text{ m}$), bão Ketsana-09 ($1,461\text{ m}$), bão Cecil-85 ($0,754\text{ m}$), bão Dan-89, bão Nari-13 ($1,075\text{ m}$).

Đặc biệt, tác giả đã lập bảng thống kê và nhận diện các hiện tượng nước dâng đạt đỉnh lệch pha với thời điểm bão đổ bộ:

• Hiện tượng nước dâng trước bão xuất hiện trong các cơn bão: Bess-68, Bão số 3-70, Harriet-71, Nancy-82, ATNĐ 01-83, Lex-83, Cecil-85, Betty-87, Cary-87, Irving-89, Brain-89, Angela-89, Dan-89, Bão số 6-90, Eve-99, Kaemi-00, Vicente-05, Kaitak-05, Nalgae-11, Wutip-13, Vamco-15, Doksuri-17.
• Hiện tượng nước dâng sau bão xuất hiện trong các cơn bão: Charlotte-62, Bão số 3-62, Faye-63, Winnie-64, Clara-64, Nadine-65, Harriet-71, Vera-83, ATNĐ 01-83, Wayne-86, Angela-89, Zeke-91, Frankie-96, Willie-96, Kaemi-00, Kalmaegi-14.
• Nước dâng do gió mùa: Gió mùa đông bắc có thể gây ra các đợt nước dâng phổ biến từ $0,30\text{ m}$ đến $0,60\text{ m}$, kéo dài từ 1 đến nhiều ngày.

Chương 4. Đặc điểm nước dâng do bão và do gió mùa trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ qua mô phỏng số

Chương 4 trình bày các kết quả mô phỏng số trị bằng mô hình SuWAT nhằm giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng đã phát hiện từ số liệu thực đo:

1. Cơ chế nước dâng đạt đỉnh sau khi bão đã đổ bộ:
   • Trường hợp bão Kalmaegi (9/2014): Khi bão đổ bộ vào ven biển Quảng Ninh, nước dâng tại Hòn Dấu đạt đỉnh sau thời điểm đổ bộ nhiều giờ. Kết quả mô phỏng số bóc tách từng thành phần cho thấy: sau khi tâm bão đã đi sâu vào đất liền, phía sau hoàn lưu bão hình thành và duy trì một trường gió tây nam có cường độ mạnh từ cấp 7 trở lên thổi dọc bờ biển vịnh Bắc Bộ kết hợp với hiệu ứng Ekman dồn nước vào bờ.
   • So sánh việc sử dụng trường khí tượng cho thấy mô hình số trị WRF tái hiện trường gió thực tế sau bão tốt hơn mô hình giải tích bão Fujita.
   • Luận án cũng chứng minh sự lan truyền và phản xạ của sóng dài/nước dâng trong không gian bán khép kín của vịnh Bắc Bộ góp phần duy trì và làm xuất hiện đỉnh dâng sau bão (như phân tích trường hợp bão Cecil-85).
2. Mô phỏng nước dâng do gió mùa:
   • Tái hiện thành công các đợt nước dâng do gió mùa đông bắc mạnh: đợt ngày 31/10/2017 (gây ngập lụt tại Cửa Lò - Nghệ An) và đợt ngày 21–22/12/2017. Mực nước tính toán từ mô hình phù hợp tốt với số liệu thực đo tại các trạm Hòn Dấu và Hòn Ngư.
   • Mô phỏng bức tranh phân bố nước dâng theo trường gió trung bình các tháng và các mùa, chỉ ra sự phân hóa không gian rõ rệt giữa mùa gió đông bắc (tháng 10 đến tháng 3 năm sau) gây dâng nước ven bờ phía tây vịnh và mùa gió tây nam (tháng 6 đến tháng 8).

Kết quả và những đóng góp mới

1. Đóng góp mới về khoa học và lý luận

• Dựa trên chuỗi số liệu quan trắc mực nước cập nhật và đầy đủ đến tháng 12 năm 2018 tại 3 trạm hải văn đại diện, luận án đã xác định được các đặc trưng thống kê định lượng về tần suất xuất hiện nước dâng theo các nguyên nhân tại ven bờ vịnh Bắc Bộ: bão và ATNĐ chiếm 64,5%; gió mùa chiếm 26,1%; các nguyên nhân khác chiếm 9,4%.
• Xác định và làm sáng tỏ cơ chế động lực học gây nên hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ nhiều giờ trong vịnh Bắc Bộ. Kết quả mô phỏng số trị khẳng định nguyên nhân chủ yếu là do sự tồn tại và duy trì của trường gió tây nam mạnh từ cấp 7 trở lên ở phía sau hoàn lưu bão kết hợp với hiệu ứng Ekman, cùng với sự lan truyền và phản xạ sóng nước dâng trong vùng biển vịnh Bắc Bộ.
• Chứng minh tính ưu việt của việc sử dụng trường gió, khí áp từ mô hình dự báo số trị thời tiết (WRF) so với mô hình giải tích bão truyền thống (Fujita) khi mô phỏng trường nước dâng sau bão.

2. Ý nghĩa thực tiễn và kiến nghị

• Cung cấp bộ số liệu thống kê chi tiết về độ lớn, thời gian duy trì và tần suất các đợt nước dâng lịch sử do bão và gió mùa, làm cơ sở khoa học phục vụ công tác quy hoạch không gian biển, tính toán cao độ thiết kế đê biển và các công trình bảo vệ bờ.
• Đề xuất bổ sung hiện tượng nước dâng sau bão và nước dâng do gió mùa vào quy trình nghiệp vụ dự báo, cảnh báo thiên tai khí tượng hải văn tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt ven bờ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Số lượng trạm quan trắc mực nước hải văn có chuỗi số liệu đủ dài và liên tục trong khu vực vịnh Bắc Bộ còn thưa (chủ yếu tập trung tại 3 trạm Hòn Dấu, Hòn Ngư, Sơn Trà); số liệu quan trắc gió và khí áp thực tế ngoài khơi vịnh Bắc Bộ trong các cơn bão còn hạn chế, ảnh hưởng đến việc kiểm định chi tiết hơn nữa các trường động lực học trên biển.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu tương tác phi tuyến giữa triều - sóng - nước dâng trong điều kiện địa hình cửa sông phức tạp; ứng dụng mô hình số trị với độ phân giải siêu cao cho từng tiểu khu vực ven bờ chịu nguy cơ ngập lụt cao; và nghiên cứu dự báo nghiệp vụ liên hoàn khí tượng - sóng - nước dâng theo thời gian thực.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Hải dương học, Khí tượng học, Thủy văn, Kỹ thuật công trình biển và Biến đổi khí hậu. Phần đáng tham khảo nhất là cơ sở lý thuyết hệ phương trình nước nông hai chiều phi tuyến tích hợp bức xạ sóng, thuật toán tách nước dâng bằng ngôn ngữ Fortran 90, và kỹ thuật thiết lập lưới lồng 3 lớp trong mô hình SuWAT.
• Cơ quan dự báo Khí tượng Thủy văn: Tham khảo quy trình phân tích hình thế khí áp, cơ chế trường gió tây nam sau bão và tác động của gió mùa đông bắc để nâng cao độ chính xác của các bản tin cảnh báo nước dâng ngập lụt ven biển.
• Cơ quan quản lý đê điều, phòng chống thiên tai và quy hoạch xây dựng ven bờ: Sử dụng các bảng số liệu thống kê cực trị nước dâng, mực nước tổng cộng và tần suất xuất hiện đợt dâng để tính toán cao trình đỉnh đê và xây dựng phương án ứng phó ngập lụt địa phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Tần suất xuất hiện các đợt nước dâng tại vùng biển ven bờ vịnh Bắc Bộ phân bố theo các nguyên nhân như thế nào?
Theo kết quả phân tích chuỗi số liệu quan trắc mực nước thực đo đến tháng 12 năm 2018 tại các trạm hải văn ven bờ vịnh Bắc Bộ, tần suất xuất hiện nước dâng do bão và áp thấp nhiệt đới chiếm 64,5%; do gió mùa (chủ yếu là gió mùa đông bắc) chiếm 26,1%; và do các nguyên nhân khác chiếm 9,4%.

2. Nguyên nhân vật lý chính gây ra hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đổ bộ nhiều giờ trong vịnh Bắc Bộ là gì?
Kết quả mô phỏng số trị từ mô hình SuWAT chỉ ra rằng nguyên nhân chủ đạo là sự tồn tại và duy trì của trường gió tây nam có cường độ mạnh từ cấp 7 trở lên ở phía sau hoàn lưu bão sau khi tâm bão đã đi vào đất liền, kết hợp với hiệu ứng Ekman dồn nước vào bờ, cùng với quá trình lan truyền và phản xạ sóng nước dâng trong vùng vịnh nông bán khép kín.

3. Cấu hình hệ thống lưới lồng của mô hình SuWAT được thiết lập trong luận án gồm những cấp nào?
Mô hình được thiết kế với 3 cấp lưới lồng vuông kết nối qua MPI: Lưới D1 (Biển Đông) có độ phân giải 4 phút ($\approx 7400\text{ m}$); Lưới D2 (Vịnh Bắc Bộ) có độ phân giải 1 phút ($\approx 1850\text{ m}$); và Lưới D3 (khu vực ven biển từ Hải Phòng đến Nghệ An) có độ phân giải chi tiết 0,5 phút ($\approx 925\text{ m}$).

4. Dữ liệu quan trắc mực nước thực đo được thu thập tại các trạm nào và trong khoảng thời gian bao lâu?
Luận án thu thập dữ liệu mực nước quan trắc từng giờ tại 3 trạm hải văn quốc gia: trạm Hòn Dấu (Đồ Sơn - Hải Phòng) giai đoạn 1960–2018; trạm Hòn Ngư (Nghi Lộc - Nghệ An) giai đoạn 1961–2018; và trạm Sơn Trà (Sơn Trà - Đà Nẵng) giai đoạn 1980–2018.

5. Luận án đã mô phỏng chi tiết những trường hợp bão và đợt gió mùa điển hình nào để kiểm định cơ chế nước dâng?
Luận án đã thực hiện mô phỏng số trị cho bão Kalmaegi (2014) để phân tích hiện tượng nước dâng sau bão, bão Cecil (1985) để nghiên cứu lan truyền nước dâng, cùng hai đợt gió mùa đông bắc mạnh điển hình gây ngập lụt vào ngày 31/10/2017 và ngày 21–22/12/2017.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Trí Thức đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu về đặc điểm nước dâng do bão và gió mùa tại dải ven bờ vịnh Bắc Bộ trên cơ sở kết hợp chuỗi dữ liệu quan trắc hải văn gần 60 năm và mô hình số trị thủy động lực tích hợp SuWAT. Công trình đã làm sáng tỏ cơ chế động lực học của hiện tượng nước dâng đạt đỉnh sau khi bão đổ bộ và định lượng hóa đóng góp của các đợt gió mùa vào dao động mực nước tổng cộng. Các kết quả đạt được cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực tiễn quan trọng phục vụ công tác dự báo nghiệp vụ khí tượng hải văn và thiết kế công trình phòng chống thiên tai ven biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu về nước dâng: Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về nước dâng do bão, nước dâng do gió mùa; Đặt vẫn đề nghiên cứu của luận án. Chương 2: Số liệu và phương pháp phân tích, tính toán nước dâng: Thu thập số liệu mực nước, dữ liệu bão/ ATNĐ và gió mùa; phương pháp phân tích mực nước và mô hình SỐ tri str dụng nghiên cứu hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đồ bộ nhiều giờ và nước dâng do gió mùa. Chương 3: Một số đặc điểm của nước dâng do bão và do gió mùa trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ qua phân tích số liệu thực đo: Đặc điểm khu vực nghiên cứu; Một số đặc điểm của nước dâng đạt đỉnh xuất hiện trước hoặc sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ và nước dâng do gió mùa. Chương 4: Đặc điểm nước dâng do bão và do gió mùa trong khu vực biển ven bờ vịnh Bắc Bộ qua mô phỏng số: Nguyên nhân gây nên hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ và các kết quả tính toán mô phỏng nước dâng do gió mùa.

TONG QUAN NGHIÊN CUU VE NƯỚC DANG Chương này sé tổng quan các kết quả nghiên cứu chính về nước dâng của các nhà khoa học trên thế giới và trong nước, từ đó định ra những vấn đề cần được nghiên cứu trong luận án. Nghiên cứu nước dâng ở ngoài nước Nghiên cứu về nước dâng do bão và do gió mùa đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm, chú ý đúng mực, các kết quả nghiên cứu đã cho ra những bức tranh rất lí thú và phong phú trên thế giới về hiện tượng tự nhiên này. Trên thế giới, cho đến nay đã chủ yếu sử dụng các phương pháp nghiên cứu về nước dâng như: phương pháp sử dụng các công thức bán thực nghiệm (công trình nghiên cứu của Ippen và Hallerman, 1966), phương pháp biéu đỗ (công trình của Yang và cộng sự, 1970) và phương pháp mô hình số trị (đây là phương pháp vẫn được phát triển và sử dụng có hiệu quả nhất cho đến ngày nay). Các phương pháp này đã được giới thiệu trong hướng dẫn dự báo nước dâng bão do Tổ chức Khí tượng thế giới ban hành [45].

Trong nghiên cứa của Ippen và Hallerman (1966) [29] đã sử dụng công thức thực nghiệm để tính nước dâng theo vận tốc gió, đà gió, hướng gió và độ sâu biển. Phương pháp nay đơn giản nhưng độ chính xác thấp. Nghiên cứu của Yang và cộng sự (1970) [43] đã xây dựng biểu đồ quan hệ giữa số liệu quan trắc nước dâng bão với các tham số bão. Do vậy sẽ rất hạn chế khi không có chuỗi số liệu đủ dài (thông thường khoảng 100 năm) và thường chỉ đúng cho các khu vực gần trạm quan trắc.

Đề khắc phục thiếu sót về mặt không đủ số liệu đo đạc thực nghiệm, các nhà nghiên cứu đã xây dựng phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên cơ sở các phương trình toán học dé mô phỏng các hiện tượng tự nhiên và sử dụng số liệu đo đạc không cần quá dai dé hiệu chỉnh và kiêm định mô hình tính toán. Từ đó xây dựng bức tranh hình thành và diễn biến của các hiện tượng trong quá khứ, 16 hiện tại và tương lai. Trên cơ sở đó, rút ra quy luật về đặc trưng chế độ của hiện tượng tại những khu vực cần nghiên cứu. Những công trình tiêu biểu theo hướng sử dụng mô hình hóa số trị như nghiên cứu của Jelesnianski và cộng sự (1966 - 1967) [30, 31] đã phát triển mô hình số trị dé tính toán nước dâng bão và thủy triều, sử dụng hệ phương trình tuyến tính hai chiều ngang, với giả thuyết áp suất thủy tĩnh.

Lực ma sát đáy được bỏ qua hoặc xem là tỷ lệ bậc nhất với tốc độ dòng chảy. Trong mô hình số trị, bão đã được mô tả bởi các tham số như vi trí, gió cực đại, bán kính gió cực đại và độ giảm áp tai tâm bão. Hướng và tốc độ di chuyên của bão không thay đổi. Dựa trên các kết quả tính toán của mô hình, tác giả đã xây dựng một toán đồ nhằm phục vụ cho dự báo nước dâng bão khu vực biến của thành phố Atlantic, Hoa Kỳ.

Đến năm 1971 Nickerson va các cộng sự đã hoàn thiện mô hình của mình và được Cơ quan Nghiên cứu Khí tượng Hải dương Hoa Kỷ chấp thuận đưa vào dự báo nghiệp vụ [38]. Năm 1972, Jelesnianski đã xây dựng mô hình SPLASH (sau đó phat trién thành mô hình SLOSH) dùng dé mô phỏng nước dâng bão cho khu vực ven biên. Đây là mô hình có miễn tính bao phủ nhiều tiểu vùng như thềm lục địa, thủy vực năm sâu trong đất liền và một số vùng ven bờ. Tat cả có 33 tiểu vùng, mỗi vùng được áp dụng lưới tính phù hợp riêng và được đưa vào sử dụng từ năm 1991 không chỉ ở Hoa kỳ mà còn ở các vùng ven bờ Trung Quốc, Ấn Độ và Bahamas như công trình của Ryabinin và cộng sự [36].

Cho đến những năm gần đây, Sooyoul Kim và cộng sự (2007) [33] đã xây dựng mô hình dự báo nước dâng do bão tích hợp cả thủy triều và sóng biển (Surge Wave and Tide - SuWAT) có thiết kế lưới lồng dé tính toán nước dâng do bão. Mô hình đã được áp dụng tính nước dâng bão tại vịnh Tosa - Nhật Bản và cho kết quả phù hợp với số liệu thực đo, trong khi trước đó rất nhiều mô hình không tính đến nước dâng do sóng đã cho kết quả thấp hơn như công trình của Pavel Tkalich và cộng sự (năm 2013) [39]; công trình của Sinha và cộng sự (năm 2009) [41]. 17 Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) phát triển mô hình dự báo nước dâng bão của riêng mình gọi là mô hình nước dâng bão JMA (JMA’s Storm Surges Model [48]), và đã đưa vào sử dụng trong hệ thống cảnh báo nghiệp vụ nước dâng bão từ 1998. Mô hình này được xây dựng dựa trên hệ phương trình nước nông phi tuyến hai chiều, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn trên lưới Arakawa-C.

Mô hình trường gió và áp suất khí quyên được lấy từ kết quả mô hình dự báo khí tượng phi thủy tĩnh của JMA hoặc có thé sử dụng mô hình cấu trúc bão dạng giải tích. Miền tính của mô hình nước dâng bão JMA bao trùm toàn bộ vùng biển xung quanh Nhật Bản với độ phân giải của lưới tính là 1 phút kinh - vĩ, tức khoảng 1.5 km theo vĩ tuyến và 1.9 km theo kinh tuyến như trong nghiên cứu của Hasegawa (2015, 2017) [26, 27]. Với mỗi trường hợp cần dự báo, dựa trên những thông tin dự báo khí tượng về cơn bão như quỹ đạo, cường độ, bán kính gió cực đại, phạm vi vùng gió mạnh, mô hình dự báo nước dâng bão JMA sẽ tính toán theo các phương án: Quỹ đạo như dự báo; Quỹ đạo dự báo nhưng di chuyên nhanh nhất (với xác suất 70 %); Quỹ đạo dự báo nhưng di chuyền chậm nhất; Quỹ đạo lệch trái; Quỹ đạo lệnh phải như trong nghiên cứu của Higaki (2013) [28], sau đó kết quả được các chuyên gia phân tích, tong hợp và đưa vào bản tin dự báo. Không chi ở Việt Nam mà các vùng khác trong khu vực ven bờ, hải đảo của Biển Đông, như vùng bờ phía nam Trung Quốc, Thái Lan, Philippines, đều phải hứng chịu những tai họa do bão và nước dâng do bão hoạt động ở Biển Đông gây ra.

Do vậy, có rất nhiều công trình, ngoài Việt Nam, nghiên cứu về nước dâng bão ở khu vực Biển Đông và lân cận. Trong số này có thé kế đến các công trình cua Sinha va cộng sự (2009) [41], Wang và cộng sự (1997) [44]. Dang chú ý, trong công trình công bố năm 2009 của Sinha và cộng sự, đã mô tả lại diễn biến nước dâng do 4 cơn bão mạnh gây ra, đó là bão Sally-96, Linda-97, Xangsane-06 và Lekima-07. Trong đó, cơn bão Xangsane- 18 06 đã gây ra nước dâng lớn hơn 5 m ở ven biển Phillipines, cơn bão Lekima- 07 gây ra nước dâng 1.5 m ở vùng biển ven bờ Quảng Bình - Quang Trị của Việt Nam.

Các kết quả tính từ mô hình khá sát với số liệu thực do [41]. Nước dâng do bão phần lớn xuất hiện và đạt đỉnh vào thời điểm bão đồ bộ. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp đã ghi nhận hiện tượng nước dâng đạt đỉnh xuất hiện trước khi bão đồ bộ nhiều giờ (nước dâng trước bão - fore runner surge) hoặc sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ (nước dâng sau bão - after runner surge). Trong đó, hiện tượng nước dâng sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ và có thời gian kéo dài trong nhiều giờ đã gây nhiều thiệt hại do tính bất ngờ chưa dự báo được.

Một số trường hợp nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ như: bão Vera-86, bão Dinah-87, bão Caitlin-91, bão Mireille-91, bão Rusa-02, bão Maemi-03, bão Songda-04 dé bộ vào ven biển miền Trung Nhật Bản (nghiên cứu của Sooyoul Kim và cộng sự năm 2014 [35]); Trường hợp nước dâng đạt đỉnh xuất hiện trước khi bão đồ bộ nhiều giờ như: bão Iker-08 đồ bộ vào bắc bang Texas (nghiên cứu của Kennedy và cộng sự năm 2011 [32]). Tùy thuộc vào địa hình khu vực cũng như đặc trưng bão, nguyên nhân gây nước dâng đạt đỉnh xuất hiện sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ có thé do: Tác động của hình thế gió, khí áp trước và sau khi bão đồ bộ, thủy triều, sóng biển và hiệu ứng Ekman tại lưu vực. Nghiên cứu của Sooyoul Kim và cộng sự (2014) [35] đã nghiên cứu nước dâng bão trong cơn bão Songda (với khí áp thấp nhất tai tâm là 925 mb, vận tốc gió lớn nhất đạt 47 m/s) dé bộ vào bờ biển Tottori-Nhật Bản ngày 08/9/2004 bằng mô hình tích hợp SuWAT theo nhiều phương án tính toán (sử dụng trường gió, khí áp từ mô hình bão giải tích, mô hình số trị khí tượng WRE; có và không xét tới ảnh hưởng của thủy triều, sóng và hiệu ứng Ekman). Kết qua cho thấy, dọc bờ biến Tottori-Nhật Bản đã xảy ra hiện tượng nước dâng đạt đỉnh sau bão với thời gian xuất hiện 19 sau khi bão đã đồ bộ 16 giờ; đồng thời đưa ra kết luận rằng hiệu ứng Ekman là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng nước dâng lớn xuất hiện sau khi bão đã đồ bộ nhiều giờ và trường gió, khí áp tính từ mô hình WRF cho kết quả phù hợp hơn mô hình bão giải tích.