Loại bỏ độ cao mặt biển trung bình động học từ số liệu đo cao vệ tinh bằng mô hình MDT toàn cầu

      Mặt biển trung bình động lực
      Mặt biển trung bình động lực (MDT) hay còn gọi là địa hình mặt biển trung bình động lực là bề mặt biển đã loại bỏ ảnh hưởng của sóng, gió, triều (bao gồm thủy triều, địa triều và triều cực), áp suất khí quyển vv.. Điều này giải thích ý nghĩa trung bình (Mean) trong tên gọi. MDT là sự chênh lệch giữa mặt biển trung bình (MSS) và mặt geoid, nó liên quan đến các dòng hải lưu. Điều này giải thích ý nghĩa động lực (Dynamic). Từ cuối thế kỷ 20, mô hình MDT được ứng dụng nhiều trong Hải Dương Học, Khí tượng – Hải Văn biển, Trắc địa, Địa vật lý vv.. Trong Hải dương học nếu xác định được MDT và sự thay đổi của nó thì sẽ xác định được các dòng hải lưu và sự thay đổi của các dòng hải lưu theo thời gian. Các dòng hải lưu và sự thay đổi dòng hải lưu ảnh hưởng đến khí tượng và hải văn biển. Nghiên cứu được sự thay đổi MDT còn cho phép giám sát việc thay đổi mực nước biển. Trong Trắc địa, mô hình MDT có ý nghĩa phục vụ thống nhất độ cao trên đất liền và trên biển, thành lập các loại bản đồ biển. Trong Địa lý, cấu trúc vật chất ở đáy biển có ảnh hưởng đến bề mặt biển, do đó, nghiên cứu xác đinh được MDT góp phần xác định cấu trúc vật chất ở đáy biển.
      Một số mô hình mặt biển trung bình động lực
      Những năm gần đây, đã có nhiều tổ chức quốc tế nghiên cứu xây dựng mô hình MDT từ số liệu đo cao vệ tinh: Trung tâm vũ trụ Đan Mạch xây dựng mô hình MDT có tên là DNSC08MDT năm 2008; Trường đại học tổng hợp kỹ thuật Đan Mạch xây dựng các mô hình DTU10MDT năm 2010, DTU13MDT năm 2013, DTU15MDT năm 2015; Trung tâm không gian quốc gia Pháp xây dựng mô hình MDT_CNES_CL01 năm 2001, mô hình MDT_CNES_CL09 năm 2009 vv.. Ở Việt Nam, năm 2015, trong đề tài cấp nhà nước, PGS.TSKH Hà Minh Hòa đã xây dựng mô hình MDT cho Biển Đông trên cơ sở sử dụng mô hình DTU13MDT kết hợp với số liệu quan trắc nghiệm triều và mô hình geoid cục bộ trên Biển Đông; năm 2016, trong đề tài cấp bộ TS. Nguyễn Văn Sáng đã xây dựng mô hình HUMG16MDT trên Biển Đông trên cơ sở sử dụng số liệu đo cao vệ tinh. Sau đây chúng tôi giới thiệu một số mô hình MDT.
      - Mô hình DNSC08MDT. Đây là mô hình địa hình mặt biển trung bình động lực do Trung tâm vũ trụ quốc gia Đan Mạch xây dựng năm 2008. Mô hình này là sự chênh lệch giữa mô hình mặt biển trung bình DNSC08MSS và mô hình geoid EGM2008. Giá trị nhỏ nhất là -1.86m, giá trị lớn nhất là +1.35m, giá trị trung bình -là 0.23m. Độ chính xác của mô hình DNSC08MDT trên biển và đại dương khoảng 9cm đến 12cm. Hình 2.3.1 mô tả mô hình DNSC08MDT.

      - Mô hình MDT_CNES_CLS09. Đây là mô hình được xây dựng từ số liệu đo cao vệ tinh 7 năm (1993-1999) theo các bước sau: Đầu tiên sử dụng mô hình mặt biển trung bình CLS01 MSS kết hợp với mô hinhg geoid xác định từ 4.5 năm số liệu GRACE để xác định mô hình MDT. Sau đó kết hợp với số liệu đo tại các trạm quan trắc giai đoạn (1993-2007) tạo ra mô hình kết hợp. Hình 2.3.2 mô tả mô hình MDT_CNES_CLS09.

      - Mô hình DTU10MDT
      Đây là mô hình do các nhà khoa học trường Đại học Tổng hợp kỹ thuật Đan Mạch (DTU) xây dựng năm 2010 trên cơ sở mô hình DTU10MSS và mô hình EGM2008. Số liệu đo cao vệ tinh sử dụng để xây dựng DTU10MSS là 17 năm. So với mô hình DNSC08MDT, mô hình này được tăng cường số liệu vệ tinh vùng Bắc Cực. Độ lệch giữa DTU10MDT và DNSC08NDT là khoảng 3cm.
      - Mô hình DTU13MDT
      Mô hình DTU13MSS được xây dựng bởi trường Đại học Tổng hợp kỹ thuật Đan Mạch năm 2013 trên cơ sở sử dụng 20 năm số liệu đo cao vệ tinh. Từ mô hình này kết hợp với mô hình EIGEN6C1 xây dựng nên mô hình DTU13MDT. Độ phân giải của mô hình này là 1’x 1’. Độ phủ từ 90⁰ Bắc.
      -Mô hình DTU15MDT
      Đây là mô hình được xây dựng từ các mô hình DTU15MSS và EIGEN-6C4. So với mô hình DTU13MSS thì mô hình DTU15MSS sử dụng thêm số liệu của vệ tinh Cryosat – 2 do đó làm tăng thêm độ phân giải. Mô hình EIGEN-6C4 sử dụng số liệu gradient trọng lực vệ tinh GOCE nên độ chính xác tốt hơn.
      - Mô hình HUMG16MDT
      Đây là mô hình MDT trên Biển Đông được xây dựng từ hơn 7 năm số liệu đo cao vệ tinh T/P, ENVISAT và JASON-2. Độ phân giải của mô hình là 5’ x 5’ (hình 2.3.3). Độ lệch chuẩn khi so sánh với số liệu 9 trạm nghiệm triều đạt ±0.155m.

      Nội suy độ cao mặt biển trung bình động lực cho các điểm đo
      - Nội suy MDT cho các điểm đo từ mô hình MDT
      Các điểm đo không trùng với các điểm mắt lưới của mô hình MDT. Vì vậy, chúng ta phải nội suy giá trị MDT cho các điểm đo từ giá trị MDT của các  điểm mắt lưới mô hình. Vấn đề nội suy này có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp, khi đã có mô hình ở dạng grid thì phương pháp nội suy song tuyến dựa vào bốn điểm mắt lưới gần nhất là có hiệu quả nhất.
      Theo phương pháp này, giá trị MDT của điểm I bất kỳ được biểu diễn bởi công thức:
           MDT_i =a+b.B_i +c.L_i (1)
      Trong đó, B_i, L_i là tọa độ trắc địa của điểm I; a, b,c là các tham số cần xác định.
      Để xác định các tham số a, b, c cần có ít nhất 3 điểm đã có MDT gọi là điểm nút. Nếu số điểm nút là n nhiều hơn 3 điểm, chúng ta sẽ xác định các tham số này theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. Khi đó, ta có hệ phương trình số hiệu chỉnh như sau:
          v_i =a+b. B_i +c.L_i -MDT_i
      Viết dưới dạng ma trận:
          v = A.X +L
      trong đó:

      Ta có hệ phương trình chuẩn với điều kiện các điểm nút có độ chính xác như nhau:
           (A^T A).X+(A^T L)=0
      Giải ra ta được:
          X= -(A^T A)^-1 (A^T L)
      Từ các tham số a,b,c xác định được, thay vào công thức (1) ta sẽ xác định MDT của điểm cần tìm.