Sai số do mặt biển tức thời biến động

3/18/2021 - 12:00 AM
Độ lệch này được chia thành 2 phần: một phần không thay đổi theo thời gian kí hiệu là hđ , một phần biến đổi theo thời gian kí hiệu là ht . Các trị đo cao phải được hiệu chỉnh đối với thành phần biến đổi theo thời gian trước khi chúng được sử dụng để xác định mặt biển trung bình. Các thay đổi của mặt biển chủ yếu là do thủy triều và hiệu ứng khí quyển; Độ gồ ghề của mặt biển có thể được bỏ qua vì nó đã được tính trung bình trong xử lý trị đo cao.
      Phản ứng của mặt biển đối với áp suất khí quyển khoảng -1cm/ mbar. Điều này cũng được gọi là áp khí nghịch đảo và gây ra thay đổi bề mặt nước biển trên toàn cầu từ 10 cm đến 20 cm. Ảnh hưởng trên khu vực, đặc biệt là vùng nhiệt đới có giá trị nhỏ. Giá trị áp suất mặt biển được lấy từ các mô hình dự báo thời tiết số, với độ chính xác từ 2 đến 4 mbar, tương ứng với chiều cao 2 đến 4 cm. Do đó ảnh hưởng của áp khí nghịch đảo vẫn là nguồn sai số đáng kể trong độ cao mặt biển. Ảnh hưởng này đã được xem xét ở phần trên. Thông tin chi tiết về vấn đề này có thể xem trong tài liệu của Wusch, Stammer năm 1997.
      Phần chính của sự thay đổi mặt biển được gây ra do thủy triều. Trên đại dương, thủy triều đạt khoang từ 10 đến 60 cm, với vùng gần bờ và vùng biển nông giá trị này lớn hơn. Trước khi phóng T/P, những hiểu biết về thủy triều chủ yếu dựa trên mô hình thủy triều động học với những thực nghiệm hạn chế từ đo thủy triều toàn cầu. Mô hình thủy triều đại dương toàn cầu của Schwiderski (1984) với độ chính xác khoảng 0,1m được sử dụng rộng rãi. Cùng với số liệu đo cao vệ tinh T/P hiện nay thủy triều có thể ước lượng với độ chính các 2-3 cm. Một ví dụ nữa là mô hình CSG3.0. Trên vùng biển nông, như là Biển Bắc, độ lệch của mô hình thủy triều toàn cầu có thể là lớn, khi đó mô hình thủy triều địa phương nên được áp dụng.
      Triều Trái Đất rắn là nguyên nhân gây ra chuyển dịch của vỏ trái đất về độ cao ở mức dm. CHúng bao gồm ảnh hưởng của lực thiên văn trực tiếp và ảnh hưởng của chuyển động vỏ trái đất do triều đại dương. Độ chính xác của mô hình là khoảng 1cm hoặc tốt hơn. Cả triều trái đất rắn và triều đại dương đều phải được loại bỏ ra khỏi số liệu đo cao trước khi sử dụng chúng để nghiên cứu các dòng hải lưu.
      Thành phần cố định hđ  là địa hình mặt biển trung bình cũng có tên là độ cao địa hình mặt biển trung bình động học có biên độ khoảng 2 mét. Tùy thuộc vào đối tượng sử dụng mà thành phần này có thể là giá trị cần hiệu chỉnh hoặc giá trị cần quan tâm nghiên cứu. Nếu số liệu đo cao được sử dụng để xác định Geoid biển thì địa hình mặt biển cần phải hiệu chỉnh vào trị đo bằng các mô hình hải dương học. Theo truyền thống, đo cao động học được tính từ số liệu thủy văn liên quan đến một mặt tham chiếu áp suất ngang bằng ở độ sâu lớn (vài nghìn mét).
      Trong Hải Dương Học, độ cao địa hình mặt biển trung bình động học là vấn đề cần quan tâm thì sóng Geoid lại cần phải được hiệu chỉnh. Thông tin chính xác về Gieod trên đại dương có được (không bao gồm từ số liệu đo cao vệ tinh) chỉ dành cho bước sóng dài. Đối với bước sóng ngắn, (bao gồm cả số liệu đo cao vệ tinh) độ chính xác ước lượng khoảng vài dm. Khó khăn trong việc tách các sóng Geoid N và địa hình biển hđ   là vấn đề cơ bản trong việc sử dụng đo cao vệ tinh trong Trắc Đại cũng như trong Hải Dương Học. Một số giải pháp tồn tại để cải thiện tình hình bằng cách đưa thêm thông tin về dòng chảy đại dương hoặc quỹ đạo vệ tinh. Giải pháp tốt nhất là xác định Geoid với bước sóng ngắn từ các chương trình trọng lực mới (CHAMP, GRACE, GOCE).
      Số hiệu chỉnh do triều đại dương
      Lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời kết hợp với nhau tạo nên thủy triều và sự thay đổi cả nó. Triều đại dương chiếm hơn 80% sự thay đổi của bề mặt đại dương mở. Ở hầu hết các vùng biển thế giới, chu kỳ triều là bán nhật triều hoặc nhật triều ( chu kỳ 0,5 ngày hoặc 1 ngày) như vậy chúng ngắn hơn chu kỳ lặp lại của quỹ đạo vệ tinh đo cao. Các số hiệu chỉnh triều rất quan trọng đối với các nghiên cứu hải dương học bởi vì tín hiệu triều làm thay đổi phần tần số thấp của các tín hiệu đo cao vệ tinh.
      Độ lệch chuẩn của sự thau đổi thủy triều tại các biển mở vào khoảng 10 cm đến 60cm, tại những vùng gần bờ, có giá trị lớn (chúng có thể lên tới 10m ở một số cảng và ở các biển rìa. Trong lĩnh vực này, triều đại dương có thể được xem như độ ồn và phải được loại bỏ khi ước lượng độ cao địa hình mặt biển trung bình động học. Cần thiết phải có các mô hình thủy triều chính xác sử dụng để hiệu chỉnh vào số liệu đo cao vệ tinh. Nếu các sai số trong mô hình thủy triều là lớn so với những thay đổi hải dương học ở các tần số này. Trước khi phóng vệ tinh T/P, sự hiểu biết về thủy triều trên đại dương toàn cầu trước hết dựa trên các mô hình thủy động lực học. Độ chính xác của các mô hình này bị giới hạn bởi một số vấn đề không chắc chắn và được khống chế bởi triều đại dương xác định thực nghiệm từ mạng lưới trạm nghiệm triều quốc tế đặt ở ven biển và trên đảo và đo thủy triều bằng áp suất đặt ở đáy biển. Sai số thủy triều lớn hơn 10cm trên nhiều vùng của thế giới.
      Số liệu đo cao vệ tinh ở các chu kỳ triều nào đó được phân tích để ước lượng ra biên độ và pha của thủy triều tại các điểm đo cao vệ tinh. Những ước tính thực  nghiệm được kết hợp với các mô hình thủy động học phức tạp và các mô hình thống kê để ước lượng thủy triều trên toàn cầu với độ phân giải không gian cao. Một trong những thành tựu quan trọng của đo cao vệ tinh là đã ước lượng được thủy triều với độ chính xác 2-3 cm. Trong tương lai gần, các mô hình thủy triều ở các vùng ven bờ sẽ được cải thiện bởi số liệu của vệ tinh JASON-2.
      Trong hình trên thì M2 chiếm ưu thế ở các vùng ven bờ của Pháp (hai triều mỗi ngày). K1 chiếm ưu thế trên biển Trung Quốc, nơi chỉ có một triều mỗi ngày.

Hình 1: Hai thành phần triều chính, xác định từ mô hình FES2004, một bán nhật triều (trên, M2),
một nhật triều (dưới, K1) (nguồn Internet).
      Số hiệu chỉnh do triều cực
      Thủy triều cực đại dương là sự phản ứng của đại dương đối với sự biến đổi của cả Trái đất rắn của đại dương do thế li tâm được tạo ra bởi những nhiễu nhỏ của trục quay Trái đất.
      Các nhiễu nhỏ của trục quay trái đất chủ yếu xảy ra ở chu kỳ 433 ngày (gọi là sự chao đảo Chandler) và hàng năm. Các chu kỳ này đủ dài để chuyển động thủy triều cực được coi là cân bằng với thế li tâm. Các kết quả đo cao vệ tinh chứng minh rằng thành phần sóng dài của biến dạng triều cực địa tâm ở chu kỳ Chandler là phù hợp với lý thuyết phản ứng tự cân bằng và có thể giải thích 70% sự thay đổi của các phản ứng cân bằng theo lý thuyết cổ điển.
      Triều cực rất dễ  tính như mô tả của Wahr năm 1985. Mô hình hóa triều cực đòi hỏi phải biết các hằng số tương ứng, các con số liên kết (love number) và một chuỗi thời gian của sự nhiễu của trục quay trái đất, đại lượng mà bây giờ được đo thường xuyên bằng các kỹ thuật không gian.
      Trên bảng Số hiệu chỉnh trong đo cao vệ tinh, trình bày số liệu và kết quả tính một số hiệu chỉnh, độ cao mặt nước biển từ số liệu đo cao vệ tinh Envisat của một số điểm trong nửa quỹ đạo số 25, chu kỳ 40. Số liệu được cung cấp bởi AVISO.
      Độ cao mặt biển SSH được xác định bằng công thức:
           SSH = H-h-hcorr
      Trong đó: hcorr  là các số hiệu chỉnh bao gồm:
      Mod –  số hiệu chỉnh do tầng đối lưu khô (mod_dry_tropo_corr)
      Inv – số hiệu chỉnh do áp suất khí quyển (inc_barom_corr)
      Tot – số hiệu chỉnh do thủy triều (tot_geocen_ocn_tide_ht_soll)
      Soild – số hiệu chỉnh do triều trái đất rắn (soild_earth_tide)
      Geocen – số hiệu chỉnh do triều cực (geocen_pole_tide_ht)
      Sea_bias – số hiệu chỉnh do độ gồ ghề mặt biển (sea_bias_ku)
      Ra2_ion – số hiệu chỉnh do tầng ion (ra2_ion_corr_ku)
      Mwr – số hiệu chỉnh do tầng đối lưu ướt (mwr_wet_tropo_corr)
      Bảng số hiệu chỉnh trong đo co vệ tinh, đơn vị mét.
 
      Nhận xét:
      Từ kết quả tính số hiệu chỉnh trên bảng trên ta thấy:
  • Số hiệu chỉnh lớn nhất là số hiệu chỉnh do tầng đối lưu khô (mod), nó có giá trị lên tới 2,24 m, mang dấu âm, biến đổi ở mức mm giữa các điểm đo khác nhau.
  • Số hiệu chỉnh do tầng đối lưu ướt (mwr) có giá trị cỡ 3,4 dm, mang dấu âm và biến đổi ở mức mm giữa các điểm đo khác nhau.
  • Số hiệu chỉnh do áp suất khí quyển (inv) có giá trị 2,3 dm, mang dấu dương, biến đổi ở mức vài mm.
  • Số hiệu chỉnh do triều cực (geocen) và số hiệu chỉnh do triều trái đất rắn (soild) có giá trị nhỏ cỡ mm.
  • Số hiệu chỉnh do thủy triều (tot) và số hiệu chỉnh do độ gồ ghề mặt biển (sea_bias) có giá trị lớn nhất đến 1 dm nhưng biến đổi đến cm giữa các điểm đo khác nhau.
  • Số hiệu chỉnh do tầng ion (ra2_ion) ở mức vài cm và cũng biến đổi cỡ vài cm giữa các điểm đo khác nhau.
Theo cuốn Xác định dị thường trọng lực biển bằng số liệu đo cao vệ tinh của TS. Nguyễn Văn Sáng,
NXB Tài nguyên – Môi trường và Bản đồ Việt Nam, năm 2017.
Đăng ký nhận bản tin Register