Download miễn phí Một số kết quả khảo sát trường tốc độ âm biển Đông
Độ muối thường không có vai trò đáng kể làm biến thiên tốc độ âm. Tại một số
điểm, các tháng mùa đông, doảnh hưởng của lưỡi nước lạnh, mặn từ phía đông bắc biển
xâm nhập vào biển gây nên cực đại cục bộ của độ muối tại độ sâu vài trăm mét (xem
hình 2 b) chỉ làm cho phân bố tốc độ âm ít nhiều thay đổi trong lớp này.
Vai trò của nhiệt độmặt biển thể hiện ở sự phânhóa tốc độâm theo đớibắc nam
thể hiện khá rõ vào mùa đông. Trong các tháng mùa đông dòng chảy lạnh góp phần
hình thành các đường đẳng trị tốc độâmcódạng lưỡixâmnhập từ phía bắc và đông
bắc biển (hình 3). Trong mùa hè trường tốc độ âm mặt biển đồng nhất hơn, nhưng tồn
tại một vùng thiên giảmtốc độ âmtrùng với vùng hoạt động của nướctrồi gần bờ Nam
Trung Bộ, Việt Nam(hình 4).
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Tạp chí Khoa học đhqghn, KHTN & CN, T.xxI, Số 3PT., 2005Một số kết quả khảo sát tr−ờng tốc độ âm biển Đông
Phạm Văn Huấn, Phạm Hoàng Lâm
Khoa Khí t−ợng Thủy văn và Hải d−ơng học,
Tr−ờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội
Tóm tắt: Cơ sở dữ liệu về nhiệt độ và độ muối biển Đông gồm 137 181 trạm
quan trắc đ−ợc khai thác để tính tốc độ âm trong n−ớc biển. Vùng biển Đông giới
hạn từ 99oKĐ đến 120oKĐ, từ 2oVB đến 24oVB đ−ợc chia thành mạng l−ới với
b−ớc 0,5o trên các ph−ơng kinh tuyến và vĩ tuyến. Tại mỗi điểm nút l−ới đã tính
phân bố thẳng đứng trung bình tháng của tốc độ âm. Từ đó xây dựng các mặt cắt
thẳng đứng của tốc độ âm ứng với các vĩ tuyến 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11
và 10 oVB. Kết quả phân tích phân bố tốc độ âm theo mặt rộng biển cho thấy
trong thời kỳ mùa đông, thí dụ tháng 1, sự vận chuyển n−ớc do dòng chảy lạnh
mùa đông làm giảm tốc độ âm trong lớp n−ớc mặt ở phần phía bắc và đông bắc
biển Đông.
Trên toàn vùng khơi biển Đông quan sát thấy tầng cực tiểu chính của tốc độ âm
(trục kênh âm ngầm đại d−ơng) tại độ sâu biến thiên trong khoảng 900 - 1000m,
ở trung tâm các vùng khơi có thể tới sâu hơn, 1200m.
Kết quả tính đ−ờng đi tia âm đối với tr−ờng hợp nguốn tại độ sâu 30, góc mở
nguồn 30o nhận đ−ợc bán kính vùng tối âm trên mặt khoảng 50 m, bán kính
ngoài của vành khuyên sáng âm gần nguồn trên mặt bằng khoảng 300 đến
500m.
Các đặc tr−ng âm học có thể đ−ợc sử dụng để chỉ thị các khối n−ớc, nghiên cứu
các dòng chảy, sóng mặt và sóng ngầm, băng biển. Các ph−ơng pháp âm học đ−ợc áp
dụng rộng rãi khi giải quyết nhiều bài toán ứng dụng. Đó là việc tìm và khai thác vùng
tập trung cá, tìm kiếm khoáng sản có ích trên đáy biển và đại d−ơng, đảm bảo hàng hải
và dẫn tầu... Đặc biệt phải kể tới việc sử dụng rộng rãi các ph−ơng pháp âm học trong
lực l−ợng hải quân [4]. Trong khi đó việc nghiên cứu âm học biển ở n−ớc ta còn ít [2, 3].
Lần đầu tiên kênh âm ngầm đ−ợc phát hiện năm 1946 trong thời gian khảo sát ở
biển Nhật Bản, sau đó đ−ợc các nhà khoa học Nga L. M. Brekhovskich và L. Đ.
Rozenberg giải thích. Giá trị thực tiễn của kênh âm ngầm rất to lớn. Hiện t−ợng truyền
âm đi xa bên trong kênh âm ngầm là cơ sở của thủy âm học hiện đại.
Ngoài liên lạc và phát tín hiệu d−ới n−ớc, kênh âm ngầm có thể đ−ợc sử dụng để
giải quyết trực tiếp những bài toán hải d−ơng học. Thí dụ, xây dựng hệ thống trắc đạc
âm học, cho phép tiến hành quan trắc liên tục về trạng thái và chuyển động của các
khối n−ớc theo những đặc tr−ng tích phân của các tín hiệu âm cùng lúc trên những
vùng n−ớc rộng lớn của đại d−ơng và biển.
Trong bài này, xuất phát từ cơ sở dữ liệu phong phú về các đặc tr−ng hải d−ơng
học cơ bản nh− nhiệt độ và độ muối, đã khảo sát những đặc điểm chính của tr−ờng tốc
độ âm trong biển Đông, tính toán bức tranh khúc xạ tia âm trong n−ớc biển để rút ra
một số đặc tr−ng chủ yếu của sự truyền âm trong biển này.
44
Một số kết quả khảo sát tr−ờng tốc độ âm biển Đông 45
1. Cách thức xử lý số liệu nhiệt độ và độ muối
Cơ sở dữ liệu về các đặc tr−ng vật lý cơ bản của n−ớc biển Đông là nhiệt độ và độ
muối gồm 137 181 trạm quan trắc đã đ−ợc thu thập và kiểm tra để loại trừ những sai số
thô. Vùng biển đ−ợc khảo sát giới hạn từ vĩ tuyến 2 đến 240VB, từ 99 đến 1200KĐ đ−ợc
chia thành những ô vuông có cạnh 0,50 theo các ph−ơng kinh tuyến và vĩ tuyến. Tại mỗi
điểm nút của miền l−ới này đã tiến hành nội suy tuyến tính giá trị nhiệt độ và độ muối
về 45 tầng sâu, trong đó ở các lớp gần mặt biển có số tầng sâu mau hơn so với các lớp
d−ới sâu. Nh− vậy nhận đ−ợc hai ma trận ba chiều về nhiệt độ và độ muối cho từng
tháng trong năm.
2. Ph−ơng pháp tính tốc độ âm trong n−ớc biển và quy trình xây dựng quỹ
đạo của tia âm
Xuất phát từ các tr−ờng nhiệt độ và độ muối trung bình tháng nhiều năm trên
đây đã xác định tốc độ âm theo một trong những công thức thực nghiệm có độ chính xác
cao và phổ dụng là công thức của Wilson W. D (xem [1]:
PTSPST CCCC14,1449C ++++= , (1)
trong đó C tính bằng m/s; các hiệu chỉnh do nhiệt độ khác với 0°C ( ), độ muối khác
với 35%o ( ), áp suất khác với áp suất khí quyển ( ) và hiệu chỉnh tổng hợp ( )
đ−ợc xác định theo các công thức:
TC
SC PC PTSC
463422
T T109851,7T1060445,2T104532,4T 5721,4C
−−− ⋅+⋅−⋅−= ;
23
S )35S(1069202,1)35S(39799,1C −⋅+−= − ;
;P103603,3P105216,3P100268,1P1060272,1C 41239263P
−−−− ⋅−⋅+⋅+⋅=
+⋅+⋅−−= −− 272PTS T107711,7T101244,1( )35S(C +⋅−⋅ −− 275 P102943,1P107016,7
+⋅+⋅ −− )PT105790,1PT101580,3 298 +⋅+⋅− −− 264 T104812,7T108607,1( P
+⋅−+⋅ −− T105294,2(P)T105283,4 7238 ).T109646,1(P)T108563,1 10329 −− ⋅−+⋅
trong đó tính bằng kg/cm−P 2.
Bằng công thức này đã nhận đ−ợc phân bố thẳng đứng của tốc độ âm tại tất cả
các điểm thuộc vùng n−ớc trên biển Đông, khoảng trên một ngàn điểm. Trong mục 3 sẽ
rút ra một số nhận xét về đặc điểm phân bố tốc độ âm ở biển Đông trên cơ sở phân tích
biến thiên không gian của tr−ờng tốc độ âm tại những mặt cắt thẳng đứng điển hình ở
biển Đông.
Với mỗi trắc diện thẳng đứng của tốc độ âm đã tiến hành tính toán sự khúc xạ tia
âm trong n−ớc biển. Quy trình tính đ−ờng đi của tia âm thực hiện trên cơ sở giả thiết
rằng sự khúc xạ tia âm chỉ xảy ra trong mặt phẳng thẳng đứng. Giả thiết rằng toàn bề
dày n−ớc biển đ−ợc chia thành nhiều lớp (44 lớp), trong phạm vi mỗi lớp tốc độ âm biến
thiên tuyến tính với độ sâu, tức gradient thẳng đứng của tốc độ âm trong mỗi lớp không
đổi. Trong tr−ờng hợp này đ−ờng đi của tia âm sẽ là đ−ờng tròn với bán kính R xác
định theo công thức (xem [1])
Phạm Văn Huấn, Phạm Hoàng Lâm 46
ασ cosc
oCR = , (2)
và tâm có các tọa độ:
ασ= tg
C
x
c
o
o ;
c
o
o
C
z σ−= , (3)
trong đó tốc độ âm tại nguồn phát; −oC −σc građien tốc độ âm theo ph−ơng thẳng
đứng; −α góc ra của tia âm so với ph−ơng ngang, tức trục x .
D−ới đây trình bày quy trình tính khúc xạ tia âm trong môi tr−ờng n−ớc biển do
chúng tui xây dựng để thực hiện tính toán tự động bức tranh khúc xạ tia âm trong n−ớc
biển trong điều kiện bất đồng nhất tốc độ âm trên ph−ơng thẳng đứng (hình 1).
Ph−ơng trình quỹ đạo đ−ờng tròn của tia âm trong lớp từ máy phát đến độ sâu
sẽ có dạng:
1z
22
o
2
o R)zz()xx( =−+− .
Sau khi thế các giá trị của vào ph−ơng trình này và rút gọn ta đ−ợc Rzx oo ,,
0z
C
2zx tg
C
2x
c
o2
c
o2 =σ−+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ασ− . (4)
Thế giá trị độ sâu vào toạ độ 1z z trong ph−ơng trình trên ta nhận đ−ợc ph−ơng
trình đại số bậc hai đối với toạ độ d−ới dạng x
0
C
2z zx tg
C
2x
c
o
11
c
o2 =⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
σ−+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ασ− . (5)
i i'
σc =const
xoz = 0
Co
C1
β
z
Ozo
z = z1
Hình 1. Đ−