Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học): Chương 7 – Phan Văn Tân

Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học) - Chương 7: Hoàn lưu chung đại dương và khí hậu. Những nội dung chính trong chương gồm có: Vai trò của đại dương đối với khí hậu, các tính chất của nước biển, lớp xáo trộn, hoàn lưu do gió, hoàn lưu nhiệt muối nước sâu, vận chuyển năng lượng trong đại dương, cơ chế vận chuyển trong đại dương.

PHẦN 1: KHÍ HẬU HỌC Chương Hồn lưu chung đại dương khí hậu 7.1 Vai trị đại dương khí hậu |  Là nguồn cung cấp nước nhiệt cho khí |  Là “nồi hơi” điều khiển chu trình nước tồn cầu |  Tạo tính quán tính nhiệt lớn cho hệ thống khí hậu quy mơ thời gian từ hàng tuần đến hàng kỷ |  Khả tích luỹ nhiệt lớn đại dương làm giảm biên độ chu trình mùa nhiệt độ bề mặt |  Sự vận chuyển lượng từ xích đạo cực, làm giảm gradient nhiệt độ từ cực đến xích đạo |  Vận chuyển lượng theo phương ngang phương thẳng đứng điều chỉnh nhiệt độ bề mặt biển địa phương |  Tác động gián tiếp tới khí hậu thơng qua q trình hố học sinh học Địa hình độ sâu biển! Nước Trái đất |  Khí lưu 15:38:35 trữ lượng nước nhỏ |  Nguồn nước chủ yếu hệ thống khí hậu đại dương Nhiệt độ bề mặt biển (SST)! •  Nhiệt độ mặt nước biển cao vào tháng mùa hè •  Nóng vùng nhiệt đới •  “Bể nóng” Tây Thái Bình dương •  Nước biển có nhiệt dung riêng lớn •  Đại dương “kho” dự trữ nhiệt khổng lồ cho hệ thống khí hậu Thủy triều Thủy triều Các dịng chảy đại dương 7.2 Các tính chất nước biển |  Trạng thái vật lý nước biển xác định bởi: Áp |  |  |  |  |  suất, nhiệt độ, mật độ độ muối Độ muối lượng muối hoà tan kg nước biển, đơn vị đo phần nghìn (‰) Độ muối nhiệt độ trung bình đại dương giới tương ứng khoảng 34.7‰ 3.6°C Ảnh hưởng đại dương đến thành phần khí thơng qua q trình sinh học hố học tuỳ thuộc vào tính pha trộn phức tạp tính chất lý, hố, sinh VD: Hàm lượng ôxy chất dinh dưỡng biển có tầm quan trọng sống biển Một lượng nhỏ khoáng chất chủ chốt quan trọng suất sinh học Các tính chất nước biển |  Mật độ nước biển phụ thuộc vào độ muối gần tuyến tính |  Nước biển khơng nén (phụ thuộc yếu ớt vào mật độ mặt đẳng áp) |  Nhiệt độ ảnh hưởng đến mật độ độ muối |  |  |  Dị thường mật độ nước biển (ρt-1000 kg m−3) điều kiện khí áp hàm nhiệt độ (°C) độ muối (‰) |  |  Biến động mật độ mặt áp suất quan trọng để điều khiển hoàn lưu đại dương, phụ thuộc vào nhiệt độ độ muối Hàm lượng muối làm tăng mật độ nước Nhiệt độ tăng làm nước biển giãn nở giảm mật độ Độ muối nước biển dao động khoảng 25‰ đến 40‰, nhiệt độ biến thiên khoảng –2°C đến 30°C Sự thay đổi độ muối nhiệt độ có tầm quan trọng gần biến động mật độ đại dương 10 7.5 Hoàn lưu nhiệt muối nước sâu |  Xáo trộn rối sâu đại dương yếu |  |  |  |  gần đoạn nhiệt Dòng nước sâu cách gần cần phải chảy dọc theo đường đẳng mật độ (isopycnals) Mũi tên màu xanh cho thấy dòng chảy nước sâu Bắc Đại Tây Dương hình thành từ xa Bắc Đại Tây Dương chảy phía nam độ sâu trung bình Dịng chảy mạnh dịng vịng quanh Nam Cực Dòng khối lượng chảy qua Drake Passage khoảng 125 × 106 m3/s) đổ phía đơng quanh Nam Cực qua Drake Passage Nam Mỹ Nam Cực Mặt cắt kinh tuyến (a) trung bình vĩ hướng đại dương toàn cầu, (b) dọc 30°W Đại Tây dương, (c) dọc 165°W Thái Bình dương 34 Hồn lưu nhiệt muối nước sâu 35 Tóm tắt |  Dịng khối lượng hồn lưu nhiệt muối sâu định tốc độ nước sâu tạo thành vĩ độ cao |  Ở bắc bán cầu, nước sâu hình thành Đại Tây dương vĩ độ cao, tốc độ hình thành chậm, phải vài kỷ để thay nước sâu Đại Tây dương |  Tốc độ trung bình hình thành nước sâu bắc Đại Tây dương 1.5-2×1010 kg/s biển Nam Cực khoảng 1×1010 kg/s |  Hoàn lưu nhiệt muối sâu quan trọng khí hậu bắc Đại Tây dương tích lũy nhiệt nước sâu, nhân tố đóng góp quan trọng vào dòng lượng qua vĩ độ 20°N 36 7.6 Vận chuyển lượng đại dương |  Hoàn lưu chung đại dương tạo nên vận chuyển lượng theo phương ngang từ nhiệt đới vùng cực có vai trị quan trọng khí hậu |  Tuy nhiên, không dễ để đo đạc cách trực tiếp vận chuyển nhiệt {  Rất khó khăn đắt đỏ để nhận đồng thời quan trắc nhiệt độ dòng chảy từ bề mặt đến đáy đại dương {  Việc đo đạc địi hỏi phải có tàu phao lớn cáp với nhiệt kế máy đo dòng chảy kéo dài từ bề mặt đến đáy đại dương mà độ dài trung bình khoảng km |  Thay cho việc đo đạc trực tiếp nhiệt độ dòng chảy nhận gián tiếp vận chuyển nhiệt đại dương từ phương trình cân lượng Trái đất đại dương 37 s estimate indicates that the maximum meridiona 7.6oceans Vận chuyển lượng đại dương the in the Northern hemisphere is much sma eric transport, andbằng occurs a lower |  energy Nhớ lại phương trình cân năngat lượng bề mặtlatitude, al rather than the middle latitudes A clear asymmetr n the Northern and Southern Hemispheres, which e shape of the oceans and land areas in the two hemi !!" d heat transport by the ocean in the Northern Hemis ∇ • FO hat in the Southern Hemisphere !!"the energy ic energy ∂flux can also be estimated from Es =Following G = Rs − LE − SH ΔF ∇ •eoFO balance at e of the ocean (4.1) the −energy ∂t written as (7.17) Làm lạnh bề mặt Đốt nóng bề mặt ∂Es ∇ i Fo = Rs − LE − SH − ∂t 38 written as (7.17) Vận chuyển lượng đại dương ∂Es ∇ i Fo = Rs − LE − SH − ∂t Phân kỳ vận chuyển Bức xạ đại dương bề mặt rgence of energy transport Dòng hiển in the ocean nhiệt từ bề mặt can be estim nhiệt phần ifDòng theẩn surface net Thành radiative he từ bề mặt tích luỹ urface energy balance cooling, the sensible cooling, and the energy s |  Phân kỳ vận chuyển lượng đại dương có an bethể estimated All of terms discussed ước lượng từ these cân are lượng bề mặt đại in C of the inferred divergence appear in dương cácoceanic thành phầnflux sau ước lượng: f meridional energy in the ocean obtai {  Đốt nóng xạ thuầntransport bề mặt general agreement with estimates shown in Fig 2.1 {  Làm lạnh bốc {  Làm lạnh hiển nhiệt maximum transport by the oceans at about 20oN Th {  Tích luỹcan also lượng provide đại dương nce method estimates for individu 39 Vận chuyển lượng đại dương Các thành phần lượng bề mặt sử dụng để ước lượng dòng vận chuyển lượng đại dương 40 Vận chuyển lượng đại dương •  Dịng lượng hướng phía bắc tổng cộng vào khoảng 5×1015 W, hay petawatts (PW), bao gồm đóng góp từ khí đại dương •  Vận chuyển đại dương chiếm ưu vùng cận nhiệt đới •  Tại vĩ độ 30o đóng góp từ dịng hướng cực khí đại dương tương khoảng 2.5 PW 41 7.7 Cơ chế vận chuyển đại dương |  Có ba dạng hoàn lưu chung tham gia vào vận chuyển lượng đại dương là: {  dịng chảy gió, {  hoàn lưu nhiệt muối nước sâu, {  xốy đại dương 42 7.7.1 Các dịng chảy gió |  Các dịng chảy ấm bờ tây Gulf Stream Kuroshio dịng chảy trơi đại dương liên quan với chúng đóng vai trị quan trọng vận chuyển lượng kinh hướng đại 230 dương THE OCEAN GENERAL CIRCULATION AND CLIMATE |  Các dịng chảy bờ đơng mang nước lạnh hướng phía xích đạo đóng gópboundary vào dịngcurrents lượng cực poleward-flowing andhướng the equatorward-flowing wate at|  theƯớc same latitude dolượng not know this Gulf temperature lượng dòngWe khối dòng Stream: difference precise ly, and it is very Mật dependent whether the equatorward flow is abov độ × độon rộng × độ sâu × tốc độ = or below the thermocline It is interesting to consider how big this tem 10 kg/s 103kg/m3×60km×500m×1m/s=3×10 perature difference must be in order for the western boundary currents t |  Nếu giả thiết dịng Kuroshio có dịng khối lượng tương tự, produce a meridional heat transport of about half the maximum oceani dòng khối lượng hướng cực tổng cộng dòng chảy bờ tây flux displayed in Fig 2.15 To obtain an oceanic flux of 1.6 PW requires bắc bán cầu 6×1010 kg/s temperature difference between the poleward-flowing and equatorward |  Nếuwater chênhoflệch nhiệt độ dòng hướng cực dịng hướng flowing about 6°C xích đạo khoảng 6oC lượng vận chuyển hướng cực là: cw ρ w vw area w ∆T = 4218 J K −1 kg −1 × × 1010 kg s −1 × 6.3 K (7.18 = 1.6 PW 43 Vận chuyển lượng dịng chảy gió •  Dịng chảy bờ tây •  Dịng chảy bờ đơng •  Dịng chảy nóng •  Dòng chảy lạnh |  Dòng Kuroshio, dòng Gulf Stream, dòng Brazil, dòng Agulhas |  Mang nước ấm từ nhiệt đới vĩ độ trung bình 44 7.7.2 Hồn lưu nhiệt muối nước sâu 45 Hoàn lưu nhiệt muối nước sâu |  Dịng khối lượng hồn lưu nhiệt muối nước sâu chi phối tốc độ nước sâu hình thành vĩ độ cao |  Ở Bắc bán cầu, nước sâu hình thành vĩ độ cao Đại Tây dương với tốc độ hình thành chậm, phải hàng kỷ để thay nước sâu Đại Tây dương |  Ước tính tốc độ trung bình hình thành nước sâu Bắc Đại Tây dương 1.5–2.0 × 1010 kg/s, đại dương Nam cực khoảng 1.0 × 1010 kg/s |  Vì dịng khối lượng hồn lưu nước sâu nhỏ khoảng 10 lần so với dịng chảy bờ tây nên giả thiết rằng, so với dịng chảy gió, có ảnh hưởng nhỏ nhiều đến dòng nhiệt hướng bắc tổng cộng đại dương 46 7.7.3 Các xoáy đại dương |  Các dịng chảy xốy Gulf Stream Kuroshio tạo xốy nước vĩnh cửu nhờ tính bất ổn định tà áp áp |  Những xốy tương tự xốy khí vĩ độ trung bình |  Vai trị xốy vận chuyển nhiệt đại dương nhỏ nhiều so với khí quyển, quy mơ không gian chúng nhỏ so với quy mô đại dương |  Các hồn lưu gió hồn lưu nhiệt muối có đóng góp quan trọng vào dòng nhiệt kinh hướng vùng cận nhiệt đới 47 Videos 48 ... động gián tiếp tới khí hậu thơng qua q trình hố học sinh học Địa hình độ sâu biển! Nước Trái đất |  Khí lưu 15:38:35 trữ lượng nước nhỏ |  Nguồn nước chủ yếu hệ thống khí hậu đại dương Nhiệt.. .7. 1 Vai trị đại dương khí hậu |  Là nguồn cung cấp nước nhiệt cho khí |  Là “nồi hơi” điều khiển chu trình nước tồn cầu |  Tạo tính qn tính nhiệt lớn cho hệ thống khí hậu quy mô... độ trung bình đại dương giới tương ứng khoảng 34 .7? ?? 3.6°C Ảnh hưởng đại dương đến thành phần khí thơng qua q trình sinh học hố học tuỳ thuộc vào tính pha trộn phức tạp tính chất lý, hố, sinh