Một trong những vấn đề bất cập ở nước ta hiện nay là trong khi ngành Khí tượng dự báo thời tiết theo Tiêu chuẩn ngành 94 TCN-90, những người đi biển thì sử dụng thang sức gió Beaufort với chiều cao sóng đi kèm theo thông lệ quốc tế, còn những người đóng tàu và đăng kiểm lại có thể sử dụng những thang khác nhau tùy thuộc vào nguồn tài liệu thiết kế. Bài viết này góp phần tìm hiểu vấn đề nói trên.
Thang sức gió Beaufort và chiều cao sóng.
Thang sức gió Beaufort được Francis Beaufort (1774-1857), người Ai len, sĩ quan hải quân của Hoàng gia Anh, đề xuất từ năm 1805, dựa trên mô tả trạng thái mặt biển. Từ cuối năm 1830, thang đo này được đưa vào nhật ký đi biển của các tàu hải quân Hoàng gia Anh như một tiêu chuẩn.
Về sau, việc phân cấp gió được hoàn thiện dần và thêm vào vận tốc gió để sử dụng cho cả trên đất liền và tương ửng với các thiết bị đo gió kiểu gáo quay. Đến năm 1923, thang từ cấp 0 đến cấp 12 được tiêu chuẩn hóa, và đến năm 1939, nó được Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) thừa nhận, với cấp 12 là cao nhất, có vận tốc gió > 32,7 m/s (117km/h, 64 knots). Nếu ký hiệu cấp gió theo thang Beaufort là B thì vận tốc gió, đo bằng m/s, được tính theo công thức thực nghiệm sau: v = 0,837B3/ 2. Ví dụ, cơn băo Chan chu cấp gió 12 có vận tốc gió bằng v = 0,837B3/ 2. = 34,8 m/s (125 km/h). Vận tốc gió nói đến trên đây được tính ở độ cao 10m trên mực nước biển và là vận tốc gió kéo dài (sustained) với thời khoảng lấy trung bình 10 min, và không phải là vận tốc gió giật (gust).
Vào năm 1944, thang Beaufort được mở rộng thêm 5 cấp, từ cấp 13 đến cấp 17. Sau khi mở rộng cấp 12 có vận tốc gió là 32,7m/s - 36,9m/s (117km/h - 133km/h, 64 knots - 71 knots); còn cấp 17 có vận tốc gió đến 61,2 m/s (220 km/h - 118 knots). Tuy nhiên, những cấp bổ sung này chỉ được dùng trong những trường hợp đặc biệt, chẳng hạn ở những vùng thường chịu ảnh hướng của xoáy lốc nhiệt đới (tropical cyclone) và bão tố (typhoon) như ở bờ tây Thái Bình Dương còn trong các mục đích thông thường, người ta vẫn dùng thang Beaufort đến cấp 12. Ngoài ra, ở các vùng hay quốc gia riêng biệt, thường có những chỉ tiêu riêng, ví dụ theo hậu quả thiệt hại, sức gió băo còn được đo bằng những phiên bản khác của thang Beaufort hoặc thang khác. Có thể so sánh các cấp từ 12 trở lên của thang Beaufort với các thang khác như sau: cấp 12, 13... Beaufort tương đương cấp 1, 2... của thang đại cuồng phong (hurricane) SAFFIR-SIMPSON; còn cuối cấp 12 thang Beaufort tương đương cấp 1 của các thang lốc vòi rồng (tornado) Fujita và Torro.
Bảng 1 là thang Beaufort đến cấp 17 hiện nay, và bên cạnh đó là chiếu cao sóng tương ứng với từng cấp gió [1], [2], [3]. Ở nước ta, bảng này cũng được quy định trong Tiêu chuẩn ngành Khí tượng thủy văn 94 TCN-90: Quy phạm quan trác khí tượng bề mặt [7].
Ở các cột 6 và 7, chiều cao sóng được cho thành khoảng, trong đó giới hạn trên là chiều cao sóng lớn nhất có thể xảy ra ngoài biển thoáng xa bờ, đà gió vô hạn. Trong một số tài liệu, ở mỗi cấp, vận tốc gió và chiều cao sóng được cho không phải là một khoảng như ở bảng trên mà cho chỉ một giá trị, có thể là giá trị trung bình của khoảng. Ngoài ra có thể thấy sai lệch chút ít giữa các bảng khác nhau do đổi các đơn vị Anh- Mỹ sang đơn vị SI và làm tròn số.
Thang sức gió Beaufort và phổ sóng Pierson- Moskowitz
Giả thiết rằng phổ sóng trong mỗi trạng thái biển đều có dạng PIERSON-MOSKOWITZ (P-M), một dạng phổ thường gặp trong phân tích kết cấu tàu và công trình ngoài biển. Khi đó, theo tài liệu [5], các trạng thái biển được chia từ 0 đến 9 với các đặc trưng của sóng như chiều cao sóng đáng kể hs chu kỳ T và chiều dài bước sóng L tương ứng với mỗi cấp gió Beaufort được cho trong Bảng 2.
Một số thang và mã hiệu sóng
Thang sóng Douglas (1917)
Thang sóng (sea scale) này được đô đốc hải quân Anh H.P. Douglas đề xuất năm 1917 với mục đích phục vụ việc đi biển. Thang này vừa để đánh giá trạng thái sóng (sea) do gió địa phương, vừa để mô tả sóng cồn (swell, tức là sóng có bước sóng rất dài được lan truyền đến do gió ở nơi khác cách xa gây ra).
Thang sóng của Liên Xô (1953)
Vào năm 1953, theo Nghị định về công tác khí tượng thủy văn của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô, một thang đo sóng biển từ cấp 0 đến cấp IX đă được quy định như ở Bảng 4.
Trong Bảng 4, cấp sóng không đi kèm với cấp gió và chiều cao sóng được cho là h3% Thang cấp sóng này cũng được sử dụng trong các tài liệu khí tượng thủy văn nước ta trước đây.
Bảng mã hiệu trạng thái biển (WMO Code 3700) chính là thang sóng Douglas đã nêu ở Bảng 3. Điểm khác biệt là ở từ ngữ: Douglas gọi là thang sóng (sea scale) với các cấp (degree), trong khi bảng này được gọi là bảng mã hiệu (code) với các số hiệu (code figure).
Qua một số tài liệu đã dẫn, ta nhận thấy rằng, trong khi sức gió được thống nhất theo thang Beaufort thì sóng được đặc trưng bằng chiều cao hoặc trạng thái có thể khác nhau theo những tài liệu khác nhau. Vì vậy, khi gặp những nội dung liên quan đến cấp gió và cấp sóng trong các tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn quy chuẩn kỹ thuật, cần nêu rõ các cấp đó là theo thang mã hiệu nào, để tránh nhầm lẫn và có thể đối chiếu hay chuyển đổi được. Xu hướng hiện nay là sử dụng những thang mă hiệu của WMO mà nước ta chấp nhận thành tiêu chuẩn.
Tài liệu tham khảo:
[1] www.srh.noaa.gov/bro/beau.him
[2]http://www.stormfax.com
[3]http://whale.wheelock.edu/whalanet-stuff/beaufort.html
[4] Putov, N.E. Proextirovanie construcsii cơrpusa morskix sudov. Len. 1973
[5] www.seakayak.ws/
[6]www.nodc.noaa.gov/PRODIPL/DOCUMENT/ (NODC: National Oceanographic Data Center)
[7] TCVN 6259-10.2003. Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép - ổn định
[8] 94 TCN 90: Quy phạm quan trắc khí tượng bề mặt
PGS.TS. PHAN VĂN KHÔI Cục Đăng Kiểm Việt Nam (tạp chí hàng hải 4-2007)