Tài liệu

Dự báo sóng biển

Tính và dự báo sóng ở biển và đại dương cần thiết cho những lĩnh vực kinh tế như hàng hải, đóng tàu và khai thác tàu, cảng, các thủy công trình trên bờ và thềm lục địa, bảo vệ bờ. Trong hoạt động đa dạng của các ngành này cần biết thông tin về sóng biển, những đặc trưng sóng ở những vùng khác nhau. Trong số những đặc trưng của sóng biển thì quan trọng nhất là những độ cao sóng cực đại, vì những sóng lớn luôn luôn là mối nguy hiểm nhất đối với tàu và các thủy công trình.

Các ngành kinh tế cần những loại dự báo sóng khác nhau: có thể là những đặc trưng xác suất (chế độ) của sóng trong thời kỳ dài và cũng có thể là những yếu tố sóng trong một thời điểm cụ thể hàng ngày. Hình thức tiện dụng nhất để thể hiện dự báo sóng là những bản đồ sóng, trên đó các độ cao sóng và chu kỳ sóng được biểu diễn bằng các đường đẳng trị. Đã vài thập kỷ nay các nước như Nga và Mỹ đã lập các bản đồ dự báo sóng cho các vùng đại dương. Những bản đồ này có giá trị to lớn đối với ngành hàng hải, đặc biệt từ khi xuất hiện dịch vụ đảm bảo những đường bơi tối ưu cho các tàu viễn dương.

5.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SÓNG BIỂN

Sự phát triển, lan truyền và tắt dần của sóng ở nước sâu và nước nông diễn ra khác nhau và các phương pháp dự báo sóng cũng được xây dựng riêng cho từng trường hợp. Nếu độ sâu biển lớn hơn nửa độ dài sóng thì người ta xét sóng nước sâu, nếu độ sâu biển nhỏ hơn nửa độ dài sóng - sóng nước nông.

Trong biển phân biệt sóng gió và sóng lừng. Sóng gió là sóng gây bởi gió và chịu tác động của gió. Sóng lừng là sóng lan truyền trong vùng tạo sóng sau khi gió yếu đi hoặc gió thay đổi hướng hoặc sóng đi từ vùng tạo sóng đến vùng khác, nơi có các đặc trưng gió khác. Có thể có sóng lừng lan truyền trong khi hoàn toàn không có gió. Hệ thống sóng hình thành do tổng hợp các sóng gió và sóng lừng gọi là sóng hỗn hợp.

Trong tính toán và dự báo sóng cũng phân biệt sóng ba chiều và sóng hai chiều. Thực tế dự báo sóng thường đề cập đến sóng hai chiều. Những đặc trưng cơ bản được dự báo của sóng hai chiều gồm độ cao h size 12{h} {}, chu kỳ T size 12{T} {}, độ dài λ size 12{λ} {}, tốc độ truyền C size 12{C} {}, hướng truyền ψ size 12{ψ} {}.

Độ cao sóng là độ cao của đỉnh sóng so với đáy sóng. Chu kỳ - khoảng thời gian hai đỉnh sóng kế tiếp đi qua một điểm cố định trên biển. Trên băng ghi sóng (hình 5.1) chu kỳ xác định bằng khoảng thời gian trên trục hoành giữa hai đỉnh sóng kế tiếp nhau. Độ dài - khoảng cách ngang giữa hai đỉnh sóng kế tiếp trên trắc diện sóng vẽ theo hướng truyền sóng. Tốc độ truyền sóng - quãng đường di chuyển đỉnh sóng hay đáy sóng theo hướng truyền sóng trong một đơn vị thời gian khi sóng tiến lan truyền trên biển. Hướng truyền sóng - hướng trung bình lan truyền sóng xác định theo nhiều sóng.

Hình dạng một đoạn băng ghi sóng

Chu kỳ, độ dài và tốc độ truyền sóng liên hệ với nhau bằng những biểu thức

C=λT==1,56T size 12{C= { {λ} over {T} } = sqrt { { {gλ} over {2π} } } =1,"56"T} {},

λ=gC2=gT2=1,56T2 size 12{λ= { {2π} over {g} } C rSup { size 8{2} } = { {g} over {2π} } T rSup { size 8{2} } =1,"56"T rSup { size 8{2} } } {}, (5.1)

T = 2 πλ g = g C = 0, 64 C size 12{T= sqrt { { {2 ital "πλ"} over {g} } } = { {2π} over {g} } C=0,"64"C} {}

Năng lượng toàn phần của sóng

W=18ρgh2 size 12{W= { {1} over {8} } ρ ital "gh" rSup { size 8{2} } } {} (5.2)

trong đó g size 12{g - {}} {} gia tốc trọng lực, ρ size 12{ρ - {}} {} mật độ nước.

Các sóng của một hệ sóng ở biển trong gió mạnh và bão có đặc điểm rất đa dạng. Bên cạnh nhữnh sóng rất nhỏ có những sóng lớn (hình 5.1). Sự đa dạng của các yếu tố sóng trong những giai đoạn phát triển sóng tuân theo những quy luật thống kê nhất định. Bằng con đường lý thuyết hoặc thực nghiệm xử lý những băng ghi sóng đã nhận được các hàm phân bố hay hàm độ đảm bảo các yếu tố sóng. Nhờ những hàm phân bố, có thể xác định trị số của một yếu tố sóng với độ đảm bảo bất kỳ, nếu biết trị số trung bình của nó.

5.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA SÓNG BIỂN VÀ CÁC YẾU TỐ TẠO SÓNG

Do tác động của dòng không khí trên mặt biển lúc đầu phẳng lặng hình thành dao động của các hạt nước. Trên mặt biển xuất hiện những sóng nhỏ hình dạng đều đặn - gọi là các sóng mao dẫn vì vai trò quyết định đối với hình thành các sóng này là lực căng bề mặt của nước. Những sóng này không ổn định và sau khi ngừng gió chúng tắt nhanh do độ nhớt của nước. Nếu gió tiếp tục truyền động năng cho sóng thì dưới tác động của trọng lực và lực căng bề mặt các sóng phát triển dần và chuyển thành sóng trọng lực. Năng lượng tổng cộng của sóng liên tục tăng. Hình thành chuyển động sóng phức tạp. Xuất hiện những sóng với chu kỳ, độ cao, độ dài và tốc độ truyền rất khác nhau, tức hình thành phổ sóng gió.

Cơ chế truyền năng lượng gió cho sóng được các nhà nghiên cứu quan niệm rất khác nhau [18]. V. M. Makaveev cho rằng gió truyền năng lượng cho sóng nhờ ứng suất tiếp tuyến của gió. Iu. M. Krưlov giải thích cơ chế truyền năng lượng bằng ứng suất pháp tuyến và tiếp tuyến của gió. V. V. Shuleikin bằng thực nghiệm đã chỉ ra rằng năng lượng truyền cho sóng chủ yếu nhờ áp suất pháp tuyến của gió lên sườn đón gió của sóng.

Theo lý thuyết của Phillips và Miles thì sự phát triển phổ sóng gió diễn ra do hai cơ chế vật lý ứng với những giai đoạn phát triển sóng. Cơ chế cộng hưởng của Phillips giải thích sự phát sinh các sóng gió. Nhờ những tính chất rối của gió, những kích thước của những cuộn xoáy trong gió trùng với độ dài sóng thì xảy ra sự cộng hưởng làm sóng mạnh lên, năng lượng của các thành phần phổ tăng tuyến tính với thời gian cho đến khi sự bất đồng đều của mặt nước dậy sóng tác động trở lại trường áp suất trong lớp không khí sát mặt nước. Sự tăng trưởng tiếp theo của sóng, khi bắt đầu có sự phản ứng lại của sóng đối với những thăng giáng áp suất không khí được giải thích bằng lý thuyết Miles. Theo Miles áp suất không khí tỷ lệ với năng lượng sóng và sự tăng trưởng sóng diễn ra theo quy luật hàm mũ. Sự chuyển hoá từ tăng trưởng tuyến tính sang tăng trưởng theo quy luật hàm mũ được quyết định bởi tương quan giữa vận tốc đối lưu của gió υ size 12{υ rSub { size 8{*} } } {} và tốc độ pha sóng C size 12{C} {}. Sự tăng trưởng theo hàm mũ diễn ra cho đến khi những hiệu ứng phi tuyến do sóng đổ bắt đầu đóng vai trò chủ yếu. Cơ chế Miles tỏ ra hiệu quả nhất với những tần số sóng cao. Với những tần số sóng trung bình và thấp, tức khi suy giảm tương tác giữa rối khí quyển và sóng thì lý thuyết Miles khác nhiều so với quan trắc.

Những nhân tố chính quyết định sự phát triển sóng gồm: tốc độ gió, thời gian hoạt động của gió, đà - độ dài khoảng không gian kể từ điểm tính sóng về phía ngược chiều gió tác động cho tới nơi gió thay đổi đáng kể về hướng hoặc tới đường bờ khuất gió, và độ sâu biển nơi tính sóng. Nếu gió cường độ và hướng không đổi tác động trên khoảng không gian rất lớn trên đại dương trong thời gian đủ dài, thì sóng sẽ tăng trưởng cho đến khi đạt trạng thái phát triển hoàn toàn ứng với tốc độ gió đang xét. Khi đó phổ sóng sẽ bao gồm toàn dải chu kỳ, độ dài và tốc độ sóng (về lý thuyết từ 0 đến size 12{ infinity } {}). Độ cao, chu kỳ, độ dài và tốc độ sóng sẽ chỉ phụ thuộc vào một tham số - tốc độ gió ν size 12{ν} {}. Trong trường hợp này tốc độ gió càng lớn thì thời gian cần để sóng phát triển hoàn toàn càng lớn. Vì vậy với những tốc độ gió rất lớn, sóng rất ít khi đạt sự phát triển hoàn toàn bởi các gió lớn thường không kéo dài.

Nếu sóng chưa đạt sự phát triển hoàn toàn thì ngoài tốc độ gió, sự tăng trưởng sẽ phụ thuộc vào thời gian tác động của gió và đà, và xảy ra ba tình huống chính:

1. Gió cường độ và hướng không đổi tác động trên khoảng không gian lớn, nhưng thời gian hoạt động nhỏ. Sự phát triển của sóng bị hạn chế bởi thời gian hoạt động của gió.

2. Gió cường độ và hướng không đổi hoạt động trong khoảng thời gian đủ dài, nhưng đà nhỏ, thì sự phát triển của sóng bị hạn chế bởi đà.

3. Nếu cả thời gian tác động của gió và đà đều có hạn, thì sự phát triển của sóng phụ thuộc vào yếu tố nào hạn chế sự tăng trưởng của sóng nhiều hơn.

5.3. TÍNH CÁC YẾU TỐ SÓNG GIÓ BIỂN SÂU VÀ VÙNG NƯỚC NÔNG

Phương trình cân bằng năng lượng sóng liên hệ sự phát triển sóng với các yếu tố tạo sóng có dạng

Et+x(EU)=MvED size 12{ { { partial E} over { partial t} } + { { partial } over { partial x} } \( ital "EU" \) =M rSub { size 8{v} } - E rSub { size 8{D} } } {} (5.3)

trong đó E size 12{E - {}} {} năng lượng sóng trên một đơn vị diện tích mặt biển có sóng, U size 12{U - {}} {} tốc độ vận chuyển năng lượng sóng, Mv size 12{M rSub { size 8{v} } - {}} {} năng lượng sóng nhận được từ gió, ED size 12{E rSub { size 8{D} } - {}} {} năng lượng mất do tản mát, t size 12{t - {}} {} thời gian, x size 12{x - {}} {} đà. Phương trình cân bằng năng lượng sóng dưới dạng như trên gọi là phương trình Makaveev.

Kết quả giải phương trình cân bằng năng lượng sóng dẫn tới những biểu thức liên hệ giữa các tham số sóng với các yếu tố tạo sóng như tốc độ gió, đà và thời gian hoạt động của gió. Từ đó xây dựng thành phương pháp tính và dự báo sóng trong thực hành.

Một trong những kết quả giải phương trình cân bằng năng lượng sóng dẫn đến những biểu thức liên hệ các tham số sóng và các yếu tố tạo sóng thuộc về V. V. Shuleikin. Ông nhận được biểu thức tăng độ cao sóng theo thời gian tác động của gió đối với sóng phát triển

η=1eτ size 12{η=1 - e rSup { size 8{ - τ} } } {}, (5.4)

và biểu thức liên hệ giữa độ cao sóng và đà đối với sóng ổn định

ξ=2arcthη2η size 12{ξ=2 ital "arcth" sqrt {η} - 2 sqrt {η} } {} (5.5)

trong đó η size 12{η - {}} {} độ cao sóng không thứ nguyên bằng hh size 12{ { {h} over {h rSub { size 8{ infinity } } } } } {}, τ size 12{τ - {}} {} tham số thời gian không thứ nguyên bằng tT size 12{ { {t} over {T rSub { size 8{ infinity } } } } } {}, ξ size 12{ξ - {}} {} tham số khoảng cách không thứ nguyên bằng xvT size 12{ { {x} over { ital "vT" rSub { size 8{ infinity } } } } } {}. Những tham số không thứ nguyên này liên hệ với những giá trị cụ thể của các yếu tố tạo sóng và các đặc trưng sóng theo những biểu thức sau:

τ=k1tT,ξ=k2xvT,η=hh. size 12{τ=k rSub { size 8{1} } { {t} over {T rSub { size 8{ infinity } } } } ,``````````ξ=k rSub { size 8{2} } { {x} over { ital "vT" rSub { size 8{ infinity } } } } ,``````````η= { {h} over {h rSub { size 8{ infinity } } } } "." } {} (5.6)

Trong các công thức trên đã dùng các ký hiệu: h size 12{h - {}} {} độ cao sóng tính bằng mét, h size 12{h rSub { size 8{ infinity } } - {}} {} độ cao tới hạn của sóng ứng với tốc độ gió đã cho, T size 12{T rSub { size 8{ infinity } } - {}} {} chu kỳ tới hạn của sóng ứng với tốc độ gió đã cho, v size 12{v - {}} {} tốc độ gió tính bằng m/s, t size 12{t - {}} {} thời gian tác động của gió tính bằng giờ, x size 12{x - {}} {} đà sóng tính bằng km, k1,k2 size 12{k rSub { size 8{1} } , k rSub { size 8{2} } - {}} {} những hệ số.

Các độ cao và chu kỳ tới hạn của sóng tính theo các công thức:

h=0,0205v2 size 12{h rSub { size 8{ infinity } } =0,"0205"v rSup { size 8{2} } } {} (5.7)

T=0,526v size 12{T rSub { size 8{ infinity } } =0,"526"v} {}. (5.8)

Trong thực hành tính các yếu tố sóng những công thức trên đây được xây dựng thành các toán đồ (các hình 5.2-5.5).

Để tính các yếu tố sóng theo phương pháp Shuleikin cần cho trước tốc độ gió v size 12{v} {}, thời gian tác động của gió t size 12{t} {}, đà sóng x size 12{x} {} và độ sâu biển tại điểm tính sóng H size 12{H} {}.

Tính sóng đối với biển sâu thực hiện theo trình tự sau [12,18]: Nhờ toán đồ hình 5.2 xác định h size 12{h rSub { size 8{ infinity } } } {}T size 12{T rSub { size 8{ infinity } } } {} ứng với tốc độ gió ν size 12{ν} {} đã cho. Sau đó xác định thời gian không thứ nguyên tT size 12{ { {t} over {T rSub { size 8{ infinity } } } } } {} và đà không thứ nguyên xvT size 12{ { {x} over { ital "vT" rSub { size 8{ infinity } } } } } {}. Theo những giá trị nhận được của tT size 12{ { {t} over {T rSub { size 8{ infinity } } } } } {}xvT size 12{ { {x} over { ital "vT" rSub { size 8{ infinity } } } } } {} nhờ toán đồ hình 5.3 xác định trạng thái sóng (phát triển hay ổn định). Sóng phát triển là sóng gió với những tham số sóng tăng theo thời gian, còn sóng ổn định là sóng gió với các tham số sóng không biến đổi trong khoảng thời gian đang xét. Nếu điểm xvT,tT size 12{ left ( { {x} over { ital "vT" rSub { size 8{ infinity } } } } , { {t} over {T rSub { size 8{ infinity } } } } right )} {} nằm thấp hơn đường cong trên toán đồ hình 5.3 thì sóng đang phát triển, khi đó theo giá trị tT size 12{ { {t} over {T rSub { size 8{ infinity } } } } } {} xác định η size 12{η} {} trên toán đồ hình 5.4a, còn nếu điểm nằm cao hơn đường cong trên toán đồ hình 5.3 thì sóng ổn định và theo giá trị xvT size 12{ { {x} over { ital "vT" rSub { size 8{ infinity } } } } } {} xác định η size 12{η} {} trên toán đồ hình 5.4b. Cuối cùng tính các đặc trưng sóng: độ cao sóng h size 12{h} {} theo đại lượng η size 12{η} {} nhận được, còn chu kỳ sóng và bước sóng tìm theo toán đồ hình 5.5.

Tính các đặc trưng sóng trên vùng nước nông tương tự như trình tự trên, tuy nhiên trong trường hợp này khi tìm η size 12{η} {} trên các toán đồ hình 5.4 phải căn cứ vào chỉ tiêu nước nông

K=vgH size 12{K= { {v} over { sqrt { ital "gH"} } } } {}, (5.9)

với v size 12{v - {}} {} tốc độ gió (m/s), g size 12{g - {}} {} gia tốc trọng lực (m/s2), H size 12{H - {}} {} độ sâu biển tại điểm tính sóng (m).

Trong thực hành cũng sử dụng một phương pháp khác tính các đặc trưng sóng gió dựa theo những công thức thực nghiệm của Viện hải dương quốc gia và Viện nghiên cứu thiết kế công trình biển Liên bang (Liên bang Nga). Những công thức này có dạng:

- Đối với biển sâu:

ghˉxv2=0,0042gxv23ghˉtv2=0,0013gtv512gTˉxv=0,70gxv25gTˉtv=0,34gtv14alignl { stack { size 12{ { {g { bar {h}} rSub { size 8{x} } } over {v rSup { size 8{2} } } } =0,"0042" nroot { size 8{3} } { left ( { { ital "gx"} over {v rSup { size 8{2} } } } right )} } {} # { {g { bar {h}} rSub { size 8{t} } } over {v rSup { size 8{2} } } } =0,"0013" nroot { size 8{"12"} } { left ( { { ital "gt"} over {v} } right ) rSup { size 8{5} } } {} # { {g { bar {T}} rSub { size 8{x} } } over {v} } =0,"70" nroot { size 8{5} } { left ( { { ital "gx"} over {v rSup { size 8{2} } } } right )} " " {} # { {g { bar {T}} rSub { size 8{t} } } over {v} } =0,"34" left ( { { ital "gt"} over {v} } right ) rSup { size 8{ { {1} over {4} } } } {} } } {} (5.10)

- Đối với biển nông:

ghˉHv2=0,07gHv235,gTˉv=18,7ghˉv235,alignl { stack { size 12{ { {g { bar {h}} rSub { size 8{H} } } over {v rSup { size 8{2} } } } =0,"07" nroot { size 8{5} } { left ( { { ital "gH"} over {v rSup { size 8{2} } } } right ) rSup { size 8{3} } } ,} {} # { {g { bar {T}}} over {v} } ="18",7 nroot { size 8{5} } { left ( { {g { bar {h}}} over {v rSup { size 8{2} } } } right ) rSup { size 8{3} } } , {} } } {} (5.11)

với hˉx size 12{ { bar {h}} rSub { size 8{x} } - {}} {} độ cao sóng trung bình ứng với đà và tốc độ gió đã cho, hˉt size 12{ { bar {h}} rSub { size 8{t} } - {}} {} độ cao song trung bình ứng với thời gian tác động và tốc độ gió đã cho, Tˉx size 12{ { bar {T}} rSub { size 8{x} } - {}} {} chu kỳ sóng trung bình ứng với đà và tốc độ gió đã cho, Tˉt size 12{ { bar {T}} rSub { size 8{t} } - {}} {} chu kỳ sóng trung bình ứng với thời gian tác động và tốc độ gió đã cho, x size 12{x - {}} {} đà sóng (km), t size 12{t - {}} {} thời gian tác động của gió (giờ), v size 12{v - {}} {} tốc độ gió (m/s), H size 12{H - {}} {} độ sâu biển (m), g size 12{g - {}} {} gia tốc trọng lực (m/s2), hˉH size 12{ { bar {h}} rSub { size 8{H} } - {}} {} độ cao sóng trung bình trên nước nông (m).

5.4. PHƯƠNG PHÁP LẬP DỰ BÁO SÓNG ĐỐI VỚI VÙNG ĐẠI DƯƠNG

5.4.1. Dự báo số trị trường sóng trên cơ sở phương pháp lý thuyết

Cơ sở của phương pháp này là sơ đồ tính sóng của Shuleikin đã trình bày ở mục 5.2.

Xét trường hợp sóng chưa ổn định, khi sự phát triển của sóng chỉ phụ thuộc vào thời gian tác động của gió. Giả thiết rằng tốc độ và hướng gió không biến đổi trong khoảng thời gian 6 giờ. Người ta chỉ dự báo độ cao và hướng lan truyền sóng, vì các đặc trưng này quan trọng nhất đối với hàng hải.

Sự phụ thuộc của độ cao sóng không thứ nguyên vào thời gian không thứ nguyên có dạng

η=1exp1,30tT0,6 size 12{η=1 - "exp" left [ - 1,"30" left ( { {t} over {T rSub { size 8{ infinity } } } } right ) rSup { size 8{0,6} } right ]} {}. (5.12)

Căn cứ vào công thức (5.7) và (5.8) công thức (5.12) có thể viết lại thành

h=0,0205v21exp1,30t0,526v0,6 size 12{h=0,"0205"v rSup { size 8{2} } left lbrace 1 - "exp" left [ - 1,"30" left ( { {t} over {0,"526"v} } right ) rSup { size 8{0,6} } right ] right rbrace } {}, (5.13)

trong đó h size 12{h - {}} {} độ cao sóng (m), v size 12{v - {}} {} tốc độ gió (m/s), t size 12{t - {}} {} thời gian tác động của gió (giờ).

Thời gian cần cho sóng phát triển đến độ cao quan trắc được tại thời điểm lập dự báo xác định theo công thức

t=0,526vln1h0,0205v21,31,66 size 12{t=0,"526"v` left [ - { {"ln"` left (1 - { {h} over {0,"0205"v rSup { size 8{2} } } } right )} over {1,3} } right ] rSup { size 8{`1,"66"} } } {}. (5.14)

Để tính độ cao sóng khi gió yếu đi người ta sử dụng công thức của K. M. Sirotov:

h=1,6h0expt14,7+3,78k size 12{h=1,6h rSub { size 8{0} } "exp" left ( - { {t} over {"14",7+ { {3,"78"} over {k} } } } right )} {}, (5.15)

trong đó h size 12{h - {}} {} độ cao sóng tại thời điểm cuối chu kỳ tắt sóng đang xét, h0 size 12{h rSub { size 8{0} } - {}} {} độ cao sóng tại thời điểm đầu quá trình tắt sóng, t size 12{t - {}} {} thời gian (giờ), k=ΔvΔt size 12{k= lline - { {Δv} over {Δt} } rline - {}} {} giá trị tuyệt đối của gia tốc âm của gió.

Tính toán dự báo sóng được thực hiện từng bước 6 giờ. Trường sóng ứng với thời điểm tn+6 size 12{t rSub { size 8{n+6} } } {} được tính theo trường sóng xuất phát tại thời điểm tn size 12{t rSub { size 8{n} } } {} và các trường gió dự báo tại các thời điểm tn size 12{t rSub { size 8{n} } } {}tn+6 size 12{t rSub { size 8{n+6} } } {}. Trường khí áp được tính chuyển thành trường gió trong máy tính.

5.4.2. Phương pháp vật lý thống kê dự báo trường sóng đại dương

Tại Trung tâm Khí tượng Thủy văn (Nga) Z. K. Abuziarov [2,3] đã xây dựng phương pháp dự báo trường sóng cho vùng Bắc Đại Tây Dương trên cơ sở xử lý thống kê những quan trắc sóng của các tàu thời tiết và tàu tuyến và thiết lập những mối phụ thuộc giữa trường sóng và trường khí áp.

Đối với dự báo sóng người ta thấy rằng nên sử dụng trực tiếp trường khí áp bao quát một không gian lớn trên đại dương chứ không phải là những dữ liệu về gió. Và trong trường hợp này trường áp suất được khai triển thành hàm giải tích của toạ độ (khai triển Chebưsev hoặc khai triển thành các thành phần trực giao tự nhiên).

Xét mối phụ thuộc của độ cao sóng với các trường khí áp lấy cách nhau 6 hoặc 12 giờ, có thể tính tới một cách gần đúng trạng thái không ổn định của gió, và do đó, sự phát triển của sóng gió và sóng lừng trong thời gian và không gian. Cách tiếp cận này thuận lợi ở chỗ không còn cần thiết phải xác định đà sóng và thời gian tác động của gió.

Để thiết lập những mối phụ thuộc dự báo đã sử dụng dữ liệu quan trắc về sóng và khí áp có trong lưu trữ của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Liên bang Nga [14]. Những số liệu về độ cao và hướng truyền sóng lấy từ các bản đồ cho một mạng lưới cố định các điểm tính sóng trên Bắc Đại Tây Dương. Để dự báo được cả độ cao và hướng sóng, tại mỗi điểm tính đã xét một vectơ quy ước hướng theo hướng truyền sóng ψ size 12{ψ} {}. Độ lớn của vectơ là giá trị độ cao sóng h size 12{h} {}. Sau đó tính những hình chiếu của các vectơ hx,hy size 12{h rSub { size 8{x} } , h rSub { size 8{y} } } {} lên các trục toạ độ (các phương kinh tuyến và vĩ tuyến) theo các công thức

hx=hsinψ,hy=hcosψ. size 12{h rSub { size 8{x} } =h"sin"ψ,``````````h rSub { size 8{y} } =h"cos"ψ "." } {} (5.16)

Khi đó độ cao sóng và hướng truyền sóng dự báo bằng

h=hx2+hy2,ψ=arctghxhy size 12{h= sqrt {h rSub { size 8{x} } rSup { size 8{2} } +h rSub { size 8{y} } rSup { size 8{2} } } ,``````````````ψ="arctg"` left ( { {h rSub { size 8{x} } } over {h rSub { size 8{y} } } } right )} {}. (5.17)

Đối với mỗi điểm tính trên mạng đã nêu đã thiết lập được những mối phụ thuộc dự báo dạng

hx(tn)=f1Bij(tn12),hx(tn12),hy(tn)=f2Bij(tn12),hy(tn12).alignl { stack { size 12{h rSub { size 8{x} } \( t rSub { size 8{n} } \) =f rSub { size 8{1} } left [B rSub { size 8{ ital "ij"} } \( t rSub { size 8{n} } - "12" \) , h rSub { size 8{x} } \( t rSub { size 8{n} } - "12" \) right ],} {} # h rSub { size 8{y} } \( t rSub { size 8{n} } \) =f rSub { size 8{2} } left [B rSub { size 8{ ital "ij"} } \( t rSub { size 8{n} } - "12" \) , h rSub { size 8{y} } \( t rSub { size 8{n} } - "12" \) right ] "." {} } } {} (5.16)

ở đây hx(tn) size 12{h rSub { size 8{x} } \( t rSub { size 8{n} } \) } {}hy(tn) size 12{h rSub { size 8{y} } \( t rSub { size 8{n} } \) - {}} {} những đại lượng cần dự báo ứng với thời điểm tn,Bij size 12{t rSub { size 8{n} } , B rSub { size 8{ ital "ij"} } - {}} {} các hệ số khai triển trường khí áp ứng với thời điểm 12 giờ trước thời điểm dự báo, hx(tn12) size 12{h rSub { size 8{x} } \( t rSub { size 8{n} } - "12" \) } {}hy(tn12) size 12{h rSub { size 8{y} } \( t rSub { size 8{n} } - "12" \) - {}} {} các hình chiếu của vectơ sóng ứng với thời điểm 12 giờ trước thời điểm dự báo.

5.4.3. Tính sóng lừng

Khả năng sóng lừng từ vùng bão đi tới điểm nằm ngoài bão xác định theo bảng 5.1 [12]. Biết độ cao sóng ở vùng bão, hướng truyền sóng và thời gian dự báo, theo bảng 5.1 xác định khoảng cách mà sóng lừng sẽ đi được và độ cao sóng ở cuối khoảng cách đó. Nếu biết con đường sóng lừng đi thì có thể nhận định về khả năng sóng lừng có đi đến điểm dự báo không.

Quãng đường D size 12{ size 10{D}} {} (hải lý) sóng lừng đi được sau thời gian t size 12{ size 10{t}} {} và độ cao sóng lừng h size 12{ size 10{h}} {} (m) ở cuối quãng đường đó
Độ cao sóng ban đầu(m)
t size 12{t} {} , giờ
6 12 18 24 30
D h D h D h D h D h
10 110 8,0 220 6,4 350 5,2 475 4,4 600 4,0
9 100 7,2 200 5,8 310 4,9 430 4,4 560 3,4
8 90 6,4 180 5,2 275 4,6 380 3,8 495 3,3
7 80 5,6 160 4,6 240 4,2 335 3,5 420 3,2
6 65 4,8 135 4,1 205 3,7 290 3,2 370 2,8
5 50 4,0 110 3,5 170 3,1 240 2,9 300 2,5
4 40 3,2 90 2,8 140 2,6 190 2,3 240 1,9
3 30 2,3 70 2,0 110 1,7 150 1,5 180 1,3
2 20 1,5 50 1,3 75 0,8 100 0,7

Trường hợp trên vùng dự báo có tình huống gió yếu đi và các sóng bão tắt dần, thì độ cao sóng được xác định theo bảng 5.2 [12]. Bảng này được lập cho những điều kiện xác suất cao nhất, đặc trưng cho tình huống giảm gió trung bình.

Toán đồ xác định độ cao h size 12{h rSub { size 8{ infinity } } } {} và chu kỳ T¥ size 12{T rSub { size 8{¥} } } {} sóng tới hạn theo tốc độ gió ν size 12{ν} {}

Toán đồ xác định giai đoạn phát triển sóng
Toán đồ xác định độ cao sóng biển sâu và biển nông (a - sóng chưa ổn định và b - sóng ổn định)

Toán đồ xác định chu kỳ T size 12{T} {} và bước sóng λ size 12{λ} {}

Những trị số xác suất nhất của độ cao các sóng tắt dần h size 12{h} {} (m) tại điểm tính sau những khoảng thời gian t size 12{t} {} khác nhau
Độ cao sóng ban đầu, (m)
t size 12{t} {} , giờ
6 12 18 24 30
10 8.3 6.8 5.9 5.2 4.6
9 7.5 6.2 5.5 4.7 3.9
8 6.7 5.6 5.1 4.3 3.6
7 5.9 5.1 4.4 3.7 3.0
6 5.1 4.4 4.0 3.2 2.8
5 4.3 3.6 3.2 2.8 2.4
4 3.3 2.9 2.6 2.4 2.2
3 2.4 2.2 2.1 2.0 1.9
2 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3
Đánh giá:
0 dựa trên 0 đánh giá

Tuyển tập sử dụng module này

Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự