Luận văn thạc sĩ về ứng dụng số liệu radar biển tại Vịnh Bắc Bộ của Nguyễn Thanh Trang

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng số liệu radar biển tại vùng vịnh Bắc Bộ, phân tích và đánh giá hiệu quả trong quản lý tài nguyên biển.

Trường đại học

Đại học Quốc gia Hà Nội

Chuyên ngành

Hải dương học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận văn thạc sĩ

2014

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ SỐ LIỆU RADAR BIỂN

1.1. Giới thiệu về hệ thống radar biển

1.2. Số liệu radar biển

1.3. Một số ứng dụng của radar biển

1.4. Các nghiên cứu chế độ dòng chảy vùng biển Vịnh Bắc Bộ

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Phần mềm tổng hợp trường dòng chảy 2 chiều

2.2. Tổng hợp dòng chảy 2 chiều từ dữ liệu dòng chảy hướng tâm

2.3. Phương pháp nội suy đường ranh giới

2.4. Mô hình phân tích và dự báo vật thể trôi

2.4.1. Giới thiệu chung

2.4.2. Mô hình quỹ đạo La-grăngian

3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ TỪ DỮ LIỆU RADAR BIỂN

3.1. Phân tích số liệu

3.2. Đánh giá số liệu quan trắc dòng chảy bằng radar biển

3.3. Xây dựng miền lưới tính và dữ liệu đầu vào

3.4. Tính toán tổng hợp dòng chảy 2 chiều

3.5. Kết quả tính toán, phân tích dòng chảy trung bình tháng vùng Vịnh Bắc Bộ

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU DỰ BÁO THỬ NGHIỆM QUỸ ĐẠO VẬT THỂ TRÔI

4.1. Nghiên cứu thử nghiệm

4.2. Sơ đồ quỹ đạo vật thể trôi sử dụng số liệu dòng chảy trung bình tháng Radar biển

4.3. Sơ đồ quỹ đạo vật thể trôi sử dụng số liệu dòng chảy thời gian thực từ radar biển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng radar biển Vịnh Bắc Bộ

Nghiên cứu ứng dụng radar biển tại Vịnh Bắc Bộ đã trở thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực hải dương học. Radar biển không chỉ cung cấp thông tin về sóng và dòng chảy mà còn hỗ trợ trong việc quản lý và bảo vệ môi trường biển. Hệ thống radar biển tại Vịnh Bắc Bộ được đầu tư xây dựng nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, từ dự báo thời tiết đến giám sát ô nhiễm. Việc ứng dụng công nghệ radar biển giúp nâng cao hiệu quả trong việc khai thác và bảo vệ tài nguyên biển.

1.1. Giới thiệu về hệ thống radar biển tại Vịnh Bắc Bộ

Hệ thống radar biển tại Vịnh Bắc Bộ được xây dựng với mục tiêu cung cấp dữ liệu hải văn chính xác. Radar biển Seasonde hoạt động dựa trên nguyên lý Doppler, cho phép thu thập thông tin về sóng và dòng chảy. Hệ thống này bao gồm nhiều trạm quan trắc, giúp theo dõi tình hình môi trường biển một cách liên tục và hiệu quả.

1.2. Lợi ích của việc ứng dụng radar biển trong nghiên cứu

Việc ứng dụng radar biển mang lại nhiều lợi ích cho nghiên cứu hải dương học. Dữ liệu từ radar giúp phân tích dòng chảy, dự báo thời tiết và đánh giá ô nhiễm. Ngoài ra, radar biển còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên biển và bảo vệ môi trường, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành kinh tế biển.

II. Thách thức trong nghiên cứu ứng dụng radar biển Vịnh Bắc Bộ

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc nghiên cứu ứng dụng radar biển tại Vịnh Bắc Bộ cũng gặp phải không ít thách thức. Các yếu tố như điều kiện thời tiết, độ chính xác của dữ liệu và khả năng xử lý thông tin đều ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Đặc biệt, việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau để có cái nhìn tổng quát về tình hình biển là một thách thức lớn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của dữ liệu radar

Độ chính xác của dữ liệu radar phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện thời tiết, cấu trúc địa hình và kỹ thuật thu thập dữ liệu. Những yếu tố này có thể gây ra sai số trong quá trình phân tích và dự báo, ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.

2.2. Khó khăn trong việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn

Việc tích hợp dữ liệu từ radar biển với các nguồn dữ liệu khác như mô hình số trị và quan trắc thực địa là một thách thức lớn. Sự khác biệt trong phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu có thể dẫn đến những khó khăn trong việc phân tích và đưa ra kết luận chính xác.

III. Phương pháp nghiên cứu ứng dụng radar biển hiệu quả

Để tối ưu hóa việc ứng dụng radar biển trong nghiên cứu, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại. Việc sử dụng phần mềm phân tích dữ liệu và mô hình hóa dòng chảy là rất cần thiết. Các phương pháp này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc dự báo và phân tích tình hình biển.

3.1. Sử dụng phần mềm phân tích dữ liệu radar

Phần mềm phân tích dữ liệu radar giúp xử lý và tổng hợp thông tin từ các trạm radar. Việc sử dụng phần mềm này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc phân tích dòng chảy và sóng biển.

3.2. Mô hình hóa dòng chảy và sóng biển

Mô hình hóa dòng chảy và sóng biển là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu ứng dụng radar. Các mô hình này giúp dự báo tình hình biển trong thời gian thực, từ đó hỗ trợ trong việc quản lý và bảo vệ môi trường biển.

IV. Ứng dụng thực tiễn của radar biển tại Vịnh Bắc Bộ

Radar biển đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực tại Vịnh Bắc Bộ. Từ việc dự báo thời tiết đến giám sát ô nhiễm, radar biển đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý tài nguyên biển. Các ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả trong khai thác tài nguyên mà còn bảo vệ môi trường biển.

4.1. Dự báo thời tiết và điều kiện biển

Radar biển cung cấp thông tin chính xác về điều kiện thời tiết và sóng biển. Dữ liệu này giúp ngư dân và các cơ quan chức năng có kế hoạch hoạt động an toàn và hiệu quả hơn.

4.2. Giám sát ô nhiễm và bảo vệ môi trường

Radar biển giúp theo dõi tình hình ô nhiễm và lan truyền chất thải trên biển. Việc giám sát này rất quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và tài nguyên biển, đảm bảo sự phát triển bền vững.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu radar biển Vịnh Bắc Bộ

Nghiên cứu ứng dụng radar biển tại Vịnh Bắc Bộ đang mở ra nhiều cơ hội mới cho việc quản lý và bảo vệ tài nguyên biển. Với sự phát triển của công nghệ, việc ứng dụng radar biển sẽ ngày càng trở nên hiệu quả hơn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho ngành hải dương học và kinh tế biển.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ radar biển

Công nghệ radar biển đang phát triển nhanh chóng, mở ra nhiều cơ hội mới cho nghiên cứu và ứng dụng. Việc đầu tư vào công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong việc thu thập và phân tích dữ liệu.

5.2. Tăng cường hợp tác nghiên cứu và ứng dụng

Hợp tác giữa các cơ quan nghiên cứu, chính phủ và doanh nghiệp là rất cần thiết để tối ưu hóa việc ứng dụng radar biển. Sự phối hợp này sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong việc quản lý và bảo vệ tài nguyên biển.

16/08/2025

Bạn đang xem trước tài liệu:

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng số liệu radar biển vùng vịnh bắc bộ

Tải đầy đủ

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế biển ngày càng được chú trọng, việc quản lý, khai thác và bảo vệ vùng biển trở thành nhiệm vụ quan trọng đối với các quốc gia ven biển, trong đó có Việt Nam. Vịnh Bắc Bộ, với diện tích khoảng 160.000 km² và chu vi bờ biển gần 1.950 km, là vùng biển có vai trò chiến lược về kinh tế và an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, để khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên biển, cần có các số liệu quan trắc chính xác về dòng chảy và sóng biển. Công nghệ radar biển tần số cao (HF) đã được triển khai tại Việt Nam từ năm 2011, với 4 trạm radar hoạt động tại Vịnh Bắc Bộ và các vùng lân cận, cung cấp dữ liệu quan trắc sóng và dòng chảy bề mặt biển với tần suất 1 giờ/lần và phạm vi quan trắc lên đến 300 km.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng số liệu radar biển để phân tích chế độ dòng chảy trung bình tháng tại Vịnh Bắc Bộ và thử nghiệm dự báo quỹ đạo vật thể trôi dựa trên dữ liệu dòng chảy này. Nghiên cứu tập trung trong giai đoạn từ tháng 6 năm 2012 đến tháng 11 năm 2014, với phạm vi không gian bao phủ bởi 3 trạm radar chính: Hòn Dáu, Nghi Xuân và Đồng Hới. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao hiểu biết về động lực dòng chảy vùng biển mà còn hỗ trợ các hoạt động quản lý, cứu hộ, đánh bắt thủy sản và bảo vệ môi trường biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

Nguyên lý Doppler và Bragg trong radar biển HF: Radar biển Seasonde sử dụng sóng HF (4-50 MHz) để thu nhận tín hiệu phản hồi từ bề mặt biển, dựa trên sự lệch pha tần số do chuyển động sóng và dòng chảy. Từ đó, vận tốc dòng chảy bề mặt được xác định chính xác.
Mô hình quỹ đạo La-grăngian: Mô hình vận chuyển La-grang hai chiều được sử dụng để mô phỏng quỹ đạo vật thể trôi trên biển, kết hợp dữ liệu dòng chảy và gió. Phương trình vận tốc tổng hợp gồm vận tốc dòng chảy bề mặt và vận tốc gió, với hệ số kéo gió Cd và hệ số dòng chảy Cc được hiệu chỉnh để giảm thiểu sai số so với quỹ đạo thực tế.

Các khái niệm chính bao gồm: trường dòng chảy hướng tâm, phương pháp bình phương tối thiểu để tổng hợp véc tơ dòng chảy, nội suy đường ranh giới trong vùng giao thoa của các trạm radar, và hệ số khuếch tán rối D trong mô hình vận chuyển.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là số liệu quan trắc dòng chảy bề mặt biển thu thập từ 3 trạm radar biển HF tại Hòn Dáu, Nghi Xuân và Đồng Hới trong khoảng thời gian từ tháng 6/2012 đến tháng 11/2014, với tổng số lần quan trắc lần lượt là 11.434, 15.163 và 12. Dữ liệu được thu thập với tần suất 1 giờ/lần, phạm vi quan trắc lên đến 300 km, độ phân giải không gian khoảng 5.8 km.

Phương pháp phân tích gồm:

Xây dựng lưới tính toán dòng chảy 2 chiều với 55 điểm theo vĩ tuyến và 63 điểm theo kinh tuyến, bước lưới 6 km, bao phủ vùng biển Vịnh Bắc Bộ.
Tổng hợp dữ liệu dòng chảy hướng tâm từ các trạm radar bằng phần mềm Seasonde Combine Suite Release 7, sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để tính toán véc tơ dòng chảy tổng cộng tại các điểm lưới.
Áp dụng phương pháp nội suy đường ranh giới để lấp đầy các khoảng trống trong vùng giao thoa giữa các trạm radar.
Tính toán dòng chảy trung bình tháng dựa trên dữ liệu tổng hợp với công thức trung bình thành phần vận tốc theo từng tháng.
Mô phỏng và dự báo quỹ đạo vật thể trôi bằng mô hình La-grăngian sử dụng phần mềm Codar Leeway, với hệ số dòng chảy Cc = 0.787 và hệ số khuếch tán D = 56 m²/s, dựa trên dữ liệu dòng chảy quan trắc và mô hình dự báo dòng chảy ngắn hạn STPS.

Cỡ mẫu dữ liệu lớn với hàng chục nghìn lần quan trắc đảm bảo độ tin cậy và tính đại diện cho phân tích dòng chảy và mô phỏng quỹ đạo vật thể trôi.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Độ chính xác và mật độ dữ liệu quan trắc: Sai số trung bình vận tốc dòng chảy dưới 7 cm/s và hướng dưới 10 độ trong điều kiện môi trường bình thường. Mật độ dữ liệu quan trắc tại trạm Nghi Xuân đạt 70-75%, trong khi Hòn Dáu và Đồng Hới đạt 55-60%, đảm bảo đủ dữ liệu để phân tích dòng chảy vùng Vịnh Bắc Bộ.
Chế độ dòng chảy trung bình theo mùa:
- Mùa đông (tháng 12, 1, 2): Dòng chảy trung bình tại khu vực trung tâm vịnh có xoáy thuận với vận tốc 10-15 cm/s, vùng biển phía nam Thanh Hóa và bắc Quảng Bình có vận tốc cao hơn 25-30 cm/s. Xoáy nghịch nhỏ phía bắc vịnh với vận tốc 5-8 cm/s.
- Mùa xuân (tháng 3-5): Hoàn lưu tương tự mùa đông nhưng xoáy nghịch phía bắc mở rộng và dịch chuyển xuống phía nam, đến tháng 5 xoáy nghịch bị phá vỡ.
- Mùa hè (tháng 6-8): Xuất hiện hoàn lưu nghịch ở giữa vịnh với vận tốc 8-12 cm/s, xoáy thuận nhỏ phía bắc tồn tại đến hết tháng 8.
- Mùa thu (tháng 9-11): Hoàn lưu xoáy thuận giữa vịnh tái thiết lập với vận tốc 15-20 cm/s, vùng biển phía nam Thanh Hóa và bắc Quảng Bình đạt 30-40 cm/s, hai xoáy nhỏ phía bắc vịnh tồn tại song song với vận tốc 8-10 cm/s.
Mô phỏng quỹ đạo vật thể trôi:
- Mùa đông: Vật thể trôi từ giữa vịnh và vùng biển Nghệ An có xu hướng trôi về phía nam và sát bờ, vận tốc di chuyển chậm hơn ở khu vực Hải Phòng.
- Mùa hè: Vật thể trôi ở giữa vịnh di chuyển chậm quanh tâm xoáy nghịch, vật thể ở Nghệ An và Hải Phòng di chuyển nhanh hơn theo hướng đông và đông bắc.
- Quỹ đạo dự báo thời gian thực dựa trên mô hình STPS cho thấy khả năng xác định vị trí vật thể trôi sau 7 ngày với độ chính xác cao, hỗ trợ cứu hộ và quản lý biển.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích dòng chảy trung bình tháng tại Vịnh Bắc Bộ từ số liệu radar biển phù hợp với các nghiên cứu trước đây về hoàn lưu mùa, đồng thời bổ sung thông tin chi tiết về các xoáy nhỏ chưa được thể hiện rõ trong các nghiên cứu trước do thiếu dữ liệu. Việc sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu và nội suy đường ranh giới giúp khắc phục các vùng thiếu dữ liệu trong vùng giao thoa của các trạm radar, nâng cao độ chính xác của trường dòng chảy tổng hợp.

Mô hình quỹ đạo La-grăngian cho phép mô phỏng và dự báo quỹ đạo vật thể trôi sát với thực tế, tuy nhiên hiện tại chưa tích hợp đầy đủ ảnh hưởng của gió và sóng, đây là hạn chế cần khắc phục trong nghiên cứu tiếp theo. Việc kết hợp dữ liệu radar biển với mô hình dự báo dòng chảy ngắn hạn STPS đã chứng minh hiệu quả trong dự báo quỹ đạo vật thể trôi, có ý nghĩa quan trọng trong cứu hộ cứu nạn và quản lý môi trường biển.

Dữ liệu và kết quả có thể được trình bày qua các biểu đồ dòng chảy trung bình theo tháng, bản đồ quỹ đạo vật thể trôi và bảng thống kê mật độ dữ liệu quan trắc, giúp trực quan hóa và phân tích sâu hơn các đặc trưng dòng chảy và chuyển động vật thể.

Đề xuất và khuyến nghị

Mở rộng mạng lưới trạm radar biển: Đầu tư xây dựng thêm các trạm radar tại các khu vực trọng điểm của Vịnh Bắc Bộ và vùng biển Nam Bộ nhằm tăng mật độ dữ liệu quan trắc, nâng cao độ chính xác và phạm vi bao phủ, dự kiến hoàn thành trong vòng 3 năm tới.
Tích hợp dữ liệu gió và sóng vào mô hình dự báo quỹ đạo vật thể trôi: Phát triển và cập nhật phần mềm Codar Leeway để kết hợp trường gió và sóng dự báo từ mô hình số trị, nhằm nâng cao độ chính xác dự báo quỹ đạo, thực hiện trong 1-2 năm tiếp theo bởi các nhóm nghiên cứu chuyên ngành.
Xây dựng hệ thống đồng bộ dữ liệu và phân tích tự động: Thiết lập hệ thống thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu radar biển tự động, kết nối với các mô hình dự báo động lực biển để cung cấp thông tin thời gian thực phục vụ cứu hộ, đánh bắt và quản lý môi trường biển, triển khai trong vòng 2 năm.
Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật và nghiên cứu: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ radar biển, mô hình dòng chảy và dự báo quỹ đạo vật thể trôi cho cán bộ Trung tâm Hải văn và các đơn vị liên quan, nhằm đảm bảo vận hành và khai thác hiệu quả hệ thống, thực hiện liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Các nhà nghiên cứu và chuyên gia hải dương học: Luận văn cung cấp dữ liệu và phương pháp phân tích dòng chảy biển hiện đại, hỗ trợ nghiên cứu sâu về động lực biển và mô hình vận chuyển vật thể trôi.
Cơ quan quản lý nhà nước về biển và hải đảo: Thông tin về chế độ dòng chảy và dự báo quỹ đạo vật thể trôi giúp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên biển, phòng chống thiên tai và bảo vệ môi trường.
Ngư dân và doanh nghiệp khai thác thủy sản: Dữ liệu dòng chảy và dự báo vùng tập trung cá dựa trên hoàn lưu dòng chảy giúp tăng hiệu quả đánh bắt, giảm thiểu rủi ro trong hoạt động nghề cá.
Đơn vị cứu hộ cứu nạn và an ninh quốc phòng biển: Mô hình dự báo quỹ đạo vật thể trôi hỗ trợ xác định vị trí tàu thuyền gặp nạn, tăng cường khả năng ứng phó kịp thời và chính xác.

Câu hỏi thường gặp

Radar biển HF hoạt động như thế nào để đo dòng chảy bề mặt?
Radar biển HF phát sóng tần số cao, sóng phản hồi từ bề mặt biển bị lệch pha do chuyển động sóng và dòng chảy (hiệu ứng Doppler). Từ sự lệch pha này, vận tốc dòng chảy bề mặt được tính toán chính xác.
Độ chính xác của số liệu radar biển trong nghiên cứu này ra sao?
Sai số trung bình vận tốc dòng chảy dưới 7 cm/s và hướng dưới 10 độ trong điều kiện môi trường bình thường, phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế và đủ tin cậy cho phân tích dòng chảy và dự báo.
Mô hình La-grăngian có thể dự báo quỹ đạo vật thể trôi chính xác đến mức nào?
Mô hình đạt độ tin cậy 95% khi hiệu chỉnh với dữ liệu thực tế, tuy nhiên hiện chưa tích hợp đầy đủ ảnh hưởng của gió và sóng, nên dự báo chính xác hơn khi bổ sung các yếu tố này.
Phạm vi quan trắc của hệ thống radar biển là bao nhiêu?
Phạm vi quan trắc dòng chảy tối đa lên đến 300 km từ vị trí trạm radar, với độ phân giải không gian khoảng 5.8 km, cho phép bao phủ rộng vùng biển Vịnh Bắc Bộ.
Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này trong quản lý biển là gì?
Nghiên cứu hỗ trợ dự báo dòng chảy và quỹ đạo vật thể trôi, giúp quản lý ô nhiễm, cứu hộ cứu nạn, điều hành tàu thuyền, và tăng hiệu quả khai thác thủy sản, góp phần phát triển kinh tế biển bền vững.

Kết luận

Ứng dụng số liệu radar biển HF đã cung cấp dữ liệu dòng chảy bề mặt với độ chính xác cao và mật độ quan trắc đủ lớn cho phân tích động lực vùng biển Vịnh Bắc Bộ.
Chế độ dòng chảy trung bình tháng được xác định rõ nét theo mùa, bổ sung thông tin chi tiết về các xoáy nhỏ chưa được nghiên cứu trước đây.
Mô hình quỹ đạo La-grăngian dựa trên dữ liệu radar biển và mô hình dự báo dòng chảy ngắn hạn cho phép dự báo quỹ đạo vật thể trôi với độ tin cậy cao, hỗ trợ cứu hộ và quản lý biển.
Các đề xuất mở rộng mạng lưới radar, tích hợp dữ liệu gió và sóng, xây dựng hệ thống phân tích tự động và đào tạo nhân lực được xác định là hướng phát triển tiếp theo.
Luận văn góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng công nghệ radar biển tại Việt Nam, tạo nền tảng cho các nghiên cứu và quản lý biển hiệu quả trong tương lai.

Để tiếp tục phát triển nghiên cứu và ứng dụng, các cơ quan, tổ chức và nhà khoa học được khuyến khích phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng hợp tác quốc tế trong lĩnh vực hải dương học và công nghệ radar biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ SỐ LIỆU RADAR BIỂN 1. Giới thiệu về hệ thống radar biển Radar biển Seasonde là loại radar sử dụng tần số cao HF (4-50 MHz, bước sóng 6-75m) không bị giới hạn có thể lan truyền xa, dải hoạt động rộng hơn so với hệ thống radar sử dụng sóng micro. Ngoài ra các tín hiệu phản hồi của sóng HF (từ bề mặt biển) theo một quy luật biết trước (nguyên lý Bragg) nên cho phép có được thông tin về sóng, dòng chảy cũng như một số thông tin khác. Radar biển Seasonde hoạt động dựa trên nguyên lý Doppler, tương tự như sung bắn tốc độ của cảnh sát giao thông.

Tín hiệu từ ăng ten phát của radar chạm vào bề mặt biển (sóng biển chuyển động) sau đó phản hồi lại và được thu bởi ăng ten thu. Trong quá trình thu sẽ có sự lệch pha tần số (Doppler shift) do sóng biển chuyển động. Sự lệch pha này tỉ lệ với tốc độ sóng/tốc độ dòng chảy biển, qua các phần mềm và thuật toán ta biết được tốc độ của dòng chảy biển. Quá trình thu tín hiệu radar và phân tích thành các đặc trưng của sóng và dòng chảy được chia thành 3 giai đoạn chính: phân tích vận tốc mục tiêu (tín hiệu radio thu được), khoảng cách đến mục tiêu và hướng của mục tiêu.

Hệ thống radar biển Việt Nam được đầu tư xây dựng theo đề án: “Đầu tư xây dựng hệ thống radar biển tần số cao (HF) phục vụ phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai, phát triển kinh tế biển và góp phần bảo đảm an ninh quốc phòng ở vùng biển Việt Nam” do Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam thực hiện, đã hoàn thành giai đoạn 1 bao gồm xây dựng 03 trạm quan trắc radar biển HF ở vịnh Bắc Bộ và 01 trạm thu số liệu quan trắc tại Hà Nội. Hệ thống radar biển HF đảm nhận vai trò cung cấp dữ liệu hải văn như sóng biển, dòng chảy biển,. phục vụ dự báo vật thể trôi, lan truyền ô nhiễm, tràn dầu trên biển, cảnh báo sớm sóng thần, … góp phần tích cực vào phát triển kinh tế biển và an ninh quốc phòng biển một cách hữu hiệu, cơ bản cho đất nước. Hiện nay, 4 trạm đã đi vào hoạt động (2 trạm ven bờ, 1 trạm đảo và 1 trạm điều hành trung tâm) thuộc giai đoạn I của dự án, trong các giai đoạn II đang đề 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com xuất đầu tư xây dựng thêm 5 trạm radar biển trong đó 2 trạm thuộc khu vực Vịnh Bắc Bộ và 3 trạm vùng biển Nam Bộ (hình 1) trong toàn bộ hệ thống radar dự kiến 17 trạm trải đều dọc ven biển và đảo của Việt Nam nhằm đáp ứng của công tác quản lý nhà nước và hoạt động điều tra cơ bản về biển theo đúng chức năng, nhiệm vụ của Trung tâm Hải văn.

Cụ thể là công tác điều tra cơ bản về trạng thái tự nhiên của mặt biển, bao gồm sóng và dòng chảy bề mặt biển. Hình 1: Sơ đồ vị trí hệ thống trạm radar đã thực hiện giai đoạn I và dự kiến giai đoạn II 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hệ thống radar biển đang vận hành ổn định với chế độ thu dữ liệu 1 giờ/ lần quan trắc. Phạm vi quan trắc dòng chảy lớn nhất là 300 km với bước lưới không gian là 5.825 km, tần số phát 4. Phạm vi quan trắc sóng từ 11.25 km tính từ tâm là vị trí trạm radar.

Các dữ liệu quan trắc từ hệ thống rada biển này bao gồm số liệu trường dòng chảy 2 chiều và số liệu quan trắc sóng trong phạm vi hoạt động của radar và được cập nhận tự động liên tục về trạm trung tâm thông qua đường truyền internet. Số liệu radar biển Số liệu quan trắc sóng Số liệu quan trắc sóng hiện nay được thực hiện tại 3 trạm radar với các thông số bao gồm: Độ cao, hướng và chu kỳ sóng. Tính năng quan trắc sóng được thực hiện thông qua 1 trong hai lựa chọn: Quan trắc các tham số sóng trung bình cho từng cell (trung bình của mỗi cung cách vị trí trạm một khoảng là bội của 5.8 km) hoặc quan trắc các tham số sóng tại các vị trí trên tia trung truyến của góc quét ứng với từng cell. Tần suất quan trắc 1 giờ/lần.

Hiện nay các trạm radar được cài đặt để đo sóng tại vị trí trên tia trung tuyến của góc quét từ cell thứ 01 đến cell thứ 10, tương ứng với các ô trên tia trung tuyến cách vị trí trạm lần lượt là: 5,8; 11,6; 17,5; 23,3; 29,2; 35,0; 40,8; 46,6 và 58,3 km. Hình 2: Số liệu quan trắc sóng trong tháng 3 năm 2011 tại vị trí cell thứ 3 (cách trạm 17.5 km) tại trạm Đồng Hới 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Số liệu quan trắc dòng chảy Dòng chảy được quan trắc tại mỗi trạm radar là trường dòng chảy hướng tâm với phạm vi quan trắc tối đa là 300 km, tần suất quan trắc 1 giờ/lần. Các dữ liệu dòng chảy này được truyền về tạm trung tâm và xử lý để tổng hợp thành trường dòng chảy 2 chiều trong phạm vi quan trắc của hệ thống trạm radar. Hình 3: Trường dòng chảy hướng tâm quan trắc lúc 03 giờ ngày 03 tháng 12 năm 2014 tại trạm Nghi Xuân Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này chỉ tập trung vào nghiên cứu ứng dụng số liệu dòng chảy từ quan trắc bằng radar.

Một số ứng dụng của radar biển Dự báo các điều kiện thời tiết trên biển: Số liệu radar HF có thể được sử dụng trong việc dự báo điều kiện thời tiết biển (kết hợp với dự báo thời tiết nói chung) cũng như nghiên cứu các điều kiện, 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com trạng thái bề mặt biển trong bão, điều mà trước đây với các thiết bị hải văn đã có rất nhiều khó khăn hoặc không thực hiện được. Phục vụ cho công tác đánh bắt thủy sản Trên cơ sở số liệu từ radar HF ta có được bản đồ hướng và tốc độ dòng chảy biển với những vùng nước xoáy. Kinh nghiệm cho thấy, tâm của những vùng nước xoáy này hội tụ rất nhiều cá và các loại hải sản khác. Vị trí của những tâm xoáy nước này được xác định bằng kinh độ và vĩ độ và sẽ được dự báo cho ngư dân trong việc đánh bắt hải sản.

Tại Mỹ và một số nước đã thực hiện dự báo vùng tập trung cá cho thấy, đánh bắt cá tại tâm xoáy nước cho sản lượng nhiều gấp 7-8 lần so với những vùng nước lân cận. Phục vụ cho đánh giá ô nhiễm và lan truyền ô nhiễm biển Một ví dụ cho thấy tác dụng của radar HF trong việc cảnh báo ô nhiễm biển do chất thải ra biển. Năm 2003, thành phố Santa Rosa (Mỹ) dự kiến thải nước thải ra biển tại Vịnh Bodega. Các nhà khoa học đã sử dụng số liệu thu được từ 3 trạm radar HF trong một tuần để mô hình hóa sự lan truyền của chất thải ra biển.

Từ mô hình chuyển động (lan truyền) của chất thải cho thấy, thay vì chất thải đi thẳng ra biển, nó lại di chuyển dọc theo bờ biển đến khu vực bảo tồn sinh thái biển, nơi có nhiều dải san hô và như vậy, sẽ có nguy cơ tàn phá khu vực sinh thái vùng biển này. Từ kết quả nghiên cứu trên, chính quyền thành phố đã cho đình chỉ dự án thải nước thải ra biển như ban đầu dự kiến. Mô hình này cũng được áp dụng để đánh giá sự lan truyền của dầu tràn trên biển. Ứng dụng trong cứu hộ cứu nạn trên biển Một ví dụ khác cho thấy, ứng dụng hữu hiệu của radar HF trong cứu hộ cứu nạn trên biển.

Trên bản đồ hướng và dòng chảy biển của Radar HF đã xác định điểm một con thuyền bị tai nạn và phát tín hiệu cấp cứu. Sau 30 giờ con thuyền đã trôi đi một quãng xa so với vị trí ban đầu và cần phải xác định hiện tại thuyền đang ở vị trí nào để có thể cứu hộ. Như vậy, với số liệu dòng chảy và sóng thu được, tiến hành xác định hướng và dòng chảy bề mặt biển cùng với phần mềm của radar HF 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (Codar Leeway) sẽ xác định được vị trí gần sát với thực tế di chuyển của con thuyền và việc cứu hộ cứu nạn trên biển dễ dàng hơn. Ứng dụng trong điều hành tầu thuyền qua lại eo biển, cảng Tại vùng Tokyo và vịnh Sagami, dòng chảy biển rất mạnh và thay đổi liên tục, trong khi có đến 90% tàu thuyền phải qua lại khu vực này.

Nếu không có chỉ dẫn và điều hành hàng hải thì sẽ gây nguy hiểm cho tàu bè qua lại. Sử dụng 02 radar HF được lắp đặt tại đây, cung cấp số liệu thời gian thực (real-time) về tốc độ và hướng dòng chảy biển, từ đó có sự điều hành tàu bè qua lại đảm bảo an toàn và hiệu qủa cao nhất. Nhiều cảng biển và căn cứ hải quân trên thế giới sử dụng radar HF vào mục đích này. Ứng dụng trong phối hợp để tăng độ chính xác dự báo số trị Số liệu radar biển được sử dụng kết hợp mô hình số trị trong việc đồng hóa số liệu để tạo trường ban đầu cho các mô hình động lực.

Các trường ban có độ chính xác cao góp phần tăng độ chính xác của các kết quả dự báo từ mô hình số trị. Các nghiên cứu chế độ dòng chảy vùng biển Vịnh Bắc Bộ Vịnh Bắc Bộ nằm ở phía tây của biển, rộng từ 105o36’E đến 109o55’E trải dài từ vĩ tuyến 17oN đến vĩ tuyến 21oN, diện tích khoảng 160.000 km2, chu vi khoảng 1.950 km, trong đó phía bờ Việt Nam là 740 km, chiều dài vịnh là 496 km, nơi rộng nhất là 314 km. Vịnh Bắc Bộ được bao bọc bởi bờ biển miền Bắc Việt Nam ở phía tây, bờ biển Nam Trung Hoa ở phía bắc trong đó có bán đảo Lôi Châu và đảo Hải Nam. Bờ biển khúc khuỷu với khoảng hơn 2.300 hòn đảo lớn nhỏ, tập trung chủ yếu ở phía ven bờ Việt Nam.

Đặc biệt đảo Bạch Long Vĩ của Việt Nam nằm khoảng giữa vịnh với diện tích 2,5 km2 cách đảo Hòn Dấu, Hải Phòng khoảng 110 km. Khối nước của Vịnh Bắc Bộ chủ yếu giao lưu với Biển Đông qua cửa phía nam của vịnh rộng chừng 230 km và sâu hơn 100 m. Một phần nhỏ nước được trao đổi qua eo biển hẹp (18 km) và không sâu (20 m) Quỳnh Châu. Do độ sâu của biển không lớn nên hoàn lưu trong vịnh Bắc Bộ và vịnh Thái Lan được hình thành chủ yếu 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com do tác động của trường gió thịnh hành trên mặt biển.

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