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

Chuyên ngành

Hải dương học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2021

149
0
0

Phí lưu trữ

35 Point

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 bãogió 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 bãogió 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 bãogió 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 bãogió 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.

07/02/2025

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.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Nghiên cứu nước dâng do bão và gió mùa tại vịnh Bắc Bộ" cung cấp cái nhìn sâu sắc về tác động của hiện tượng nước dâng do bão và gió mùa đến khu vực vịnh Bắc Bộ. Nghiên cứu này không chỉ phân tích nguyên nhân và cơ chế hình thành nước dâng mà còn đánh giá những ảnh hưởng của nó đến môi trường và đời sống của người dân. Đặc biệt, bài viết nhấn mạnh tầm quan trọng của việc dự báo và quản lý rủi ro liên quan đến nước dâng, từ đó giúp các nhà hoạch định chính sách có những biện pháp ứng phó hiệu quả hơn.

Để mở rộng thêm kiến thức về các vấn đề liên quan, bạn có thể tham khảo bài viết "Luận án tiến sĩ nghiên cứu đánh giá rủi ro xâm nhập mặn khu vực ven biển Thái Bình Nam Định ứng với các kịch bản mực nước triều và nước biển dâng", nơi phân tích rủi ro xâm nhập mặn trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Ngoài ra, bài viết "Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thủy đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng và ổn định đoạn đê xung yếu đề xuất giải pháp khắc phục áp dụng cho đoạn đê sông Hồng qua thị xã Sơn Tây" sẽ cung cấp thêm thông tin về các giải pháp bảo vệ cơ sở hạ tầng trước tác động của nước dâng. Cuối cùng, bài viết "Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình biển đề xuất giải pháp thiết kế nâng cấp tu bổ hệ thống đê biển huyện Hậu Lộc Thanh Hóa ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và nâng biển dâng" sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các biện pháp nâng cấp hệ thống đê biển nhằm ứng phó với tình trạng nước dâng. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về các vấn đề liên quan đến nước dâng và biến đổi khí hậu.