Đánh giá khả năng ứng dụng radar HF di động trong công tác quan trắc sóng và dòng chảy mặt khu vực ven biển

Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 10 - Tháng 6/2019
41
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG RADAR HF DI ĐỘNG 
TRONG CÔNG TÁC QUAN TRẮC SÓNG VÀ DÒNG CHẢY MẶT 
KHU VỰC VEN BIỂN
Phạm Duy Huy Bình, Hoàng Thu Thảo
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Ngày nhận bài: 7/5/2019; ngày chuyển phản biện: 8/5/2019; ngày chấp nhận đăng: 5/6/2019
Tóm tắt: Nghiên cứu này trình bày kết quả phân tích số liệu sóng và dòng chảy bề mặt khu vực ven bờ 
tỉnh Phú Yên dựa trên số liệu đo của hệ thống radar tần số cao (High Frequency Radar HFR) di động liên tục 
trong thời gian 01 tháng từ ngày 23/4/2019 đến ngày 23/5/2019. Bên cạnh đó, số liệu thu thập từ hệ thống 
HFR di động cũng được trích xuất và so sánh với số liệu đo đạc từ AWAC và số liệu tái phân tích toàn cầu. 
Kết quả cho thấy, kết quả đo đạc được hệ thống HFR di động có sự tương đồng với các nguồn số liệu khác 
và phù hợp với xu thế thời tiết của khu vực nghiên cứu. Nghiên cứu cũng đưa những hiện tượng có thể khiến 
cho số liệu của hệ thống bị nhiễu và nguyên nhân gây ra. 
Từ khóa: Radar, HFR, Phú Yên, AWAC, dòng chảy mặt, sóng bề mặt. 
Liên hệ tác giả: Phạm Duy Huy Bình
Email: phambinh@hus.edu.vn
1. Đặt vấn đề 
Hệ thống radar biển tần số cao (High 
Frequency Radar - HFR) lắp đặt tại khu vực ven 
biển được ứng dụng để đo đạc được số liệu sóng 
và dòng chảy bề mặt từ khu vực ven bờ ra xa đến 
hơn 100km. Hệ thống có thể thực hiện phép đo 
với tần suất lên đến 10 phút/số liệu và độ phân 
giải từ 250m đến 15km [3]. Hiện nay, việc ứng 
dụng công nghệ HFR vào quan trắc sóng, dòng 
chảy biển đang dần trở nên phổ biến trên toàn 
thế giới. Các số liệu có thể thu thập được từ hệ 
thống radar biển bao gồm sóng, dòng chảy và 
gió. Ưu điểm của hệ thống là khả năng hoạt động 
trong điều kiện thời tiết bất lợi (mưa, bão, dông 
lốc,), mật độ điểm quan trắc dày và liên tục 
theo thời gian, tần suất đo đạc lớn, 
Trên thế giới, hệ thống HF đã và đang được 
áp dụng ở quy mô cấp khu vực hoặc quốc gia 
với rất nhiều ứng dụng khác nhau như: Đảm 
bảo an toàn hàng hải, ứng phó với nạn tràn 
dầu, cảnh báo/dự báo thiên tai (gió, bão, sóng 
thần,), quản lý ô nhiễm vùng ven biển, phục 
vụ cho các mô hình mô phỏng 2D/3D,... Theo 
thống kê của Hugh Roarty và các cộng sự [2], 
hiện nay mạng lưới radar tần số cao của Mỹ (The 
U.S. High Frequency Radar Network - HFRNet) 
sở hữu số liệu trong 13 năm của tổng cộng 150 
hệ thống radar trải dài từ Canada đến Mexico. 
Trong khi đó, ở khu vực châu Âu hiện đang có 60 
trạm đang được triển khai và nhiều trạm đang 
trong quá trình lập kế hoạch; tại khu vực châu 
Á - Thái Bình Dương, số lượng radar đang hoạt 
động là hơn 110 trạm. Trong khu vực Đông Nam 
Á, hệ thống HFR mới bắt đầu được triển khai 
tại một số quốc gia như hệ thống 6 HFR tại Thái 
Lan phục vụ công tác quan trắc hải văn khu vực 
biển Thái Lan và một phần vịnh Thái Lan [1], hệ 
thống 8 HRF tại Philippin đặt tại eo biển San 
Bernardino nhằm giám sát thời gian thực để 
đưa những dự báo về dòng chảy mặt. Tại Việt 
Nam, công nghệ HFR còn tương đối mới mẻ và 
chưa được áp dựng phổ biển. Từ năm 2011, 
Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt 
Nam đã chủ trì thực hiện dự án xây dựng 3 hệ 
thống HFR tầm xa tại Hòn Dấu - Hải Phòng, Nghi 
Xuân - Nghệ An và Đồng Hới - Quảng Bình. Đến 
năm 2013, hệ thống đã được hoàn thành và thu 
nhận được đầy đủ số liệu của cả 3 trạm radar. 
Vào năm 2018, Trung tâm Động lực học Thủy khí 
Môi trường (CEFD) đã nhận được khoản tài trợ 
42 Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 10 - Tháng 6/2019
từ Ngân hàng Thế giới (World Bank) thông qua 
tiểu dự án: “Hiện đại hóa hệ thống quan trắc và 
mô phỏng/dự báo các điều kiện khí tượng hải 
văn - môi trường biển và đới ven bờ độ phân giải 
cao phục vụ khai thác bền vững tài nguyên biển 
và giảm thiểu rủi ro thiên tai” thuộc dự án “Đẩy 
mạnh đổi mới sáng tạo thông qua nghiên cứu, 
khoa học và công nghệ” (FIRST). Qua đó, CEFD 
đã đầu tư và triển khai hệ thống HFR di dộng và 
lựa chọn vùng biển Phú Yên điển triển khai lắp 
đặt, đo đạc các yếu tố sóng, dòng chảy ven bờ 
(Hình 1). 
Hình 1. Hệ thống HFR di động lắp đặt tại Phú Yên
2. Phương pháp và số liệu
Hệ thống WERA HFR tại Phú Yên bao gồm 2 
trạm radar V1 và V2 (Hình 2) được đặt tại bãi 
biển Long Thủy, An Phú, Thành phố Tuy Hòa, 
Phú Yên (13o10’11”N; 109o17’42”E) và bãi biển 
thuộc thị trấn Hòa Hiệp Trung, huyện Hòa Hiệp, 
Phú Yên (13o00’13”N; 103o22’33”E). Toàn bộ 
thời gian thiết lập, lắp đặt, vận hành hệ thống 
kéo dài trong 2 tháng (tháng 4, tháng 5 năm 
2019) . Hệ thống được thiết lập đo đạc ở tần số 
16MHz và 24MHz, khoảng cách đo đạc xa nhất 
của mỗi trạm là 40km với độ phân giải 1,5 km. 
Bên cạnh đó, trong quá trình quan trắc, thiết bị 
đo sóng và dòng chảy tự động (AWAC) đã được 
thiết lập để đo đạc đồng thời thời gian 07 ngày 
trong khu vực giao thoa số liệu của 02 trạm 
radar. Từ số liệu thu thập được, số liệu trong 
khoảng thời gian từ 23/4/2019-23/5/2019 sẽ 
được sử dụng để phân tích diễn biến của các 
yếu tố thủy động lực trong thời gian quan trắc. 
Hình 2. Vị trí đặt trạm của hệ thống HFR và máy AWAC tại Phú Yên 
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 10 - Tháng 6/2019
43
 3. Kết quả 
3.1. So sánh số liệu hệ thống HFR và AWAC
Đối với số liệu về độ cao sóng, chuỗi số 
liệu thực đo được sử dụng để so sánh kết 
quả đo đạc bằng HFR và AWAC là từ ngày 
16/04/2019 lúc 11h30 đến ngày 22/4/2019 lúc 
13h30 phút với bước thời gian là 30 phút/ 
1 lần đo. 
Số liệu độ cao sóng đo đạc bằng HFR 
và AWAC có sự tương đồng về xu hướng. 
Tuy nhiên, giá trị độ cao sóng đo đạc bằng 
AWAC có sự thiên lớn so với giá trị độ cao 
sóng đo đạc được bằng HFR (Hình 3). Trong 
khoảng thời gian đo đạc (từ ngày 16/4/2019-
22/4/2019), cho thấy độ cao sóng dao động từ 
0,25-0,84m, độ cao sóng trung bình khoảng 
0,45m. Trong khi đó, số liệu thu thập từ 
AWAC cho thấy độ cao sóng dao động trong 
khoảng 0,29-1,23m, độ cao sóng trung bình 
đạt 0,68m. Sự chênh lệch nhỏ nhất là 0,003m 
được đánh giá là rất nhỏ. Sự chệnh lệch lớn 
nhất giữa hai giá trị tại cùng một thời điểm là 
0,79m; giá trị chênh lệch này tương đối lớn. 
Tuy nhiên, trong chuỗi số liệu được sử dụng 
để so sánh chỉ có 2 giá trị chênh lệch lớn hơn 
0,5m (chiếm 0,7% số lượng mẫu so sánh). Độ 
chênh lệch trung bình giữa hai giá trị thực đo 
tại cùng một thời điểm là 0,17m. 
Như vậy, sự chênh lệch về giá trị thực đo 
Hình 3. Biểu đồ độ cao sóng đo đạc bằng HFR và AWAC
tại cùng một thời điểm khi đo đạc bằng hai 
thiết bị đo khác nhau (HFR và AWAC) cho kết 
quả tương đối tương đồng cả về xu hướng và 
độ lớn của độ cao sóng. Sự chênh lệch không 
quá lớn và có thể chấp nhận được. 
Đối với số liệu dòng chảy, số liệu đo đạc 
dòng chảy bằng hai thiết bị đo AWAC và HFR 
có sự tương đồng khá rõ về hướng dòng chảy. 
Hướng dòng chảy trong thời đoạn so sánh 
chủ yếu là hướng Bắc (Hình 4). Về giá trị vận 
tốc dòng chảy, khoảng dao động của giá trị 
vận tốc dòng chảy khi đo đạc bằng HFR là từ 
0,04-0,50m/s; giá trị vận tốc dòng chảy trung 
bình khoảng 0,24m/s. Trong khi đó, khoảng 
dao động này là 0,02 đến 0,36m/s với số liệu 
trích xuất từ AWAC; giá trị vận tốc dòng chảy 
trung bình đạt 0,18m/s. Có thể nhận thấy, 
mặc dù chuỗi số liệu thực đo từ HFR có giá 
trị thiên lớn so với chuỗi số liệu thực đo từ 
AWAC, nhưng sự khác biệt về giá trị thực đo 
tương đối nhỏ. 
44 Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 10 - Tháng 6/2019
3.2. So sánh số liệu hệ thống HFR và WAVEWATCH
Kết quả đo đạc yếu tố sóng cho thấy, trong 
01 tháng đo đạc, độ cao sóng trung bình là từ 
0,2 đến 0,8m (Hình 5). So sánh số liệu sóng mà 
HFR đo được với số liệu sóng toàn cầu WAVE-
WATCH cho thấy sự tương đồng giữa 2 nguồn 
số liệu. Trong thời gian đo đạc từ 23/4/2019-
23/5/2019, hướng sóng trong khu vực 
nghiên cứu chủ yếu là hướng Đông, Đông Bắc ở 
khu vực ven bờ và Đông Nam ở khu vực ngoài 
khơi. Độ cao sóng trung bình khoảng 0,2 đến 
0,8m. Số liệu dòng chảy cho thấy trong giai 
đoạn này, hướng dòng chảy chủ yếu đi từ phía 
Nam lên phía Bắc. Nguồn số liệu toàn cầu trong 
khoảng thời gian này cũng cho thấy hướng 
sóng chủ yếu là hướng Nam và độ cao sóng 
khoảng 0,7 đến 0,8m. Điều này phù hợp với xu 
Hình 4. Hoa dòng chảy đo đạc bằng AWAC (bên trái) và HFR (bên phải)
 Hình 5. Độ cao sóng trung bình tháng đo đạc bằng HFR (bên trái) và WAVEWATCH (bên phải)
thế thời tiết tại khu vực khi gió mùa Tây Nam 
bắt đầu hoạt động. 
4. Thảo luận
Trong quá trình đo đạc, hệ thống HFR di 
động đã bị nhiễu tín hiệu ở tần số 50MHz. Với 
thiết lập của hệ thống, số liệu trong khu vực khu 
vực cách bờ khoảng 40km ± 3km sẽ bị nhiễu tín 
hiệu. Hiện tượng xảy ra ở cả 2 trạm V1 và V2 
(Hình 6). Nguyên nhân của hiện tượng nhiễu 
này được nhận định là do nguồn điện lưới dân 
dụng sử dụng để vận hành hệ thống. Để khắc 
phục hiện tượng này, cần nghiên cứu phương 
án khử nhiễu bằng phần mềm hoặc sử dụng 
thiết bị đưa tần số gây nhiễu của nguồn điện ra 
khỏi vùng đo đạc của hệ thống. 
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 10 - Tháng 6/2019
45
Kết quả thu được cho thấy vùng có số liệu giao 
thoa của 02 trạm V1, V2 khoảng 35x35km (Hình 
7). Bên cạnh đó, kết quả phân tích số liệu cũng thể 
hiện thời gian hệ thống có khả năng cung cấp số 
liệu ít bị nhiễu là vào lúc 03h00 và thời gian số liệu 
xuất hiện nhiều nhiễu nhất là vào lúc 17h00 (Hình 
8). Nguyên nhân có thể là do hoạt động của con 
người tại khu vực đo đạc như radio hay máy phát 
điện đã ảnh hưởng đến tín hiệu của hệ thống HFR. 
5. Kết luận và kiến nghị
Kết quả đo đạc được từ hệ thống HFR di động 
có sự tương đồng với số liệu đo đạc từ AWAC và số 
liệu tái phân tích toàn cầu WAVEWATCH. Với các 
ưu thế về sự tự động hóa, hệ thống HFR có thể đáp 
Hình 6. Số liệu sóng từ trạm V1 (bên trái) và V2 (bên phải). Vùng xanh lá là vùng số liệu bị nhiễu
Hình 7. Vùng giao thoa số liệu. Màu xanh đậm thể hiện vùng số liệu tốt, vùng xanh dương 
thể hiện vùng số liệu khá có thể dùng được, vùng xanh lá là vùng số liệu nhiễu
ứng được nhiều nhu cầu liên quan đến công tác đo 
đạc và số liệu phục vụ nghiên cứu các yếu tố thủy 
động lực biển trong khoảng thời gian dài. Đây là hệ 
thống đo đạc HFR di động đầu tiên được lắp đặt 
và chạy thử nghiệm tại Việt Nam. Nghiên cứu cho 
thấy, việc ứng dụng kết quả đo đạc từ hệ thống đo 
đạc HFR là khả thi và có tiềm năng lớn trong việc 
nghiên cứu sóng và dòng chảy mặt khu vực ven bờ 
Việt Nam. 
Trong tương lai, hệ thống cần được nghiên cứu 
khắc phục và khử nhiễu đến từ tần số 50Mhz cũng 
như các nguồn gây nhiễu khác. Từ đó, kết quả quan 
trắc có thể gia tăng chất lượng và diện tích số liệu 
đo đạc.
46 Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 10 - Tháng 6/2019
Hình 8. Kết quả quét tín hiệu (frequency scan) từ trạm V1 vào ngày 05/5/2019 
vào lúc 03h00 (bên phải) và 17h00 (bên trái). Công suất tính theo dB cho thấy tiếng ồn 
từ môi trường vào ban ngày cao hơn nhiều so với ban đêm
Lời cảm ơn: Tập thể tác giả xin cảm ơn sự hỗ trợ của Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường và 
Tiểu dự án: “Hiện đại hóa hệ thống quan trắc và mô phỏng/dự báo các điều kiện khí tượng hải văn - môi 
trường biển và đới ven bờ độ phân giải cao phục vụ khai thác bền vững tài nguyên biển và giảm thiểu 
rủi ro thiên tai”, trong khuôn khổ Dự án FIRST góp phần xây dựng nghiên cứu được hoàn chỉnh hơn. 
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tiếng Việt
1. Trần Mạnh Cường và Nguyễn Kim Cương (2016), "Chế độ dòng chảy tầng mặt khu vực Vịnh Bắc Bộ dựa 
trên số liệu thu thập bằng radar biển", Tạp chí Khoa học - Các Khoa học Trái đất và Môi trường, 32(3S).
Tài liệu tiếng Anh
2. Roarty, Hugh và các cộng sự (2019), The Global High Frequency Radar Network, Frontiers in Marine 
Science.
3. Wyatt, Lucy R., Green, J. Jim và Middleditch, A (2011), "HF radar data quality requirements for 
wave measurement", Coastal Engineering, 58(4), tr. 327-336.
ASSESSING THE APPLICABILITY OF THE HF MOBILE RADAR SYSTEM 
IN MONITORING WAVES AND SURFACE FLOWS
Pham Duy Huy Binh, Hoang Thu Thao
University of Science, Viet Nam National University
Received: 7/5/2019; Accepted: 5/6/2019
Abstract: The study presents the analyzed results of surface waves and surface flows data in coastal area 
of Phu Yen province based on measurement of mobile High Frequecy radar (HFR) system for 01 month from 
23rd April 2019 until 23rd May 23 2019. Data collected from mobile HFR systems are further collected and 
compared with data from AWAC and global re-analysis data. The results show that data measured by mobile 
HFR system observed the same trend with other data sources and the weather phenomenons in the study 
area. This study also points out some cases that could create system’s data noise and its causes.
Keywords: Radar, HFR, Phu Yen, AWAC, Surface wave and current.