Hải dương học đại cương chương 1

Chơng - dòng chảy v hon lu nớc đại dơng trọng lực g bề mặt Trái Đất biến thiên theo vĩ độ xích đạo, gia tốc trọng lực cực tiểu (9,780 m/s2), bán kính Trái Đất v lực ly tâm lớn nhất, cực giá trị g đạt cực đại, 9,832 m/s2 Giá trị thờng chấp nhận 1.1 Những lực tác động đại dơng g 9,81 m/s2 ứng với vĩ độ 50 Những nguyên nhân lm cho nớc đại dơng Với độ sâu, trị số g phải tăng dần, bán kính r chuyển động chia thnh nguyên nhân nội sinh, giảm Nếu ký hiệu g l gia tốc trọng lực mặt đại dơng, xuất thân đại dơng v nguyên nhân độ sâu z gia tốc trọng lực dễ dng xác định theo công ngoại sinh thức Tất lực trực tiếp lm xuất dòng chảy g = g + 2,2 10 z gọi l lực nguyên sinh Tuy nhiên, sau hạt Từ công thức ny thấy rằng, độ sâu 5000 m g nớc bắt đầu chuyển động, xuất lực gọi l thứ sinh, chúng không tham gia lm xuất dòng chảy, tăng lên khoảng 0,011 m/s2 nhng có khả lm biến dạng dòng chảy Ta xét lực nêu (1.1) Nh vậy, độ sâu đại dơng đến 10000 m, lợng biến thiên gia tốc trọng lực theo độ sâu khoảng non nửa so với biến thiên g từ xích đạo tới cực Do đó, 1.1.1 Các lực nội sinh Nếu biết phân bố trờng trọng lực, trờng áp với phần lớn bi toán hải dơng học, ngời ta chấp nhận giá trị g không đổi, 9,81 m/s2 suất, trờng khối lợng (hay mật độ), có khái niệm trạng thái biển vùng dới góc độ lực nội sinh Trờng trọng lực Trọng lực l kết lực hấp dẫn v lực ly tâm xoay Trái Đất Do đó, gia tốc 17 Hớng g điểm đại dơng trùng với hớng dây dọi Mặt phẳng vuông góc với dây dọi gọi l mặt đẳng thế, hay mặt mức Qua điểm đờng thẳng đứng có mặt đẳng qua 18 Khoảng cách mặt đẳng đợc đo đơn lực, sai số gặp phải l % vị công thực để nâng vật theo phơng thẳng đứng Lu ý rằng, sau ny ngời ta gọi địa vị với dấu chống lại trọng lực Khi nâng khối lợng kg lên tới độ cao ngợc lại độ sâu z l độ sâu động lực điểm đợc xét m thực công chấp nhận mặt đẳng z = lm mặt không mgz = kg 9,81 m/s m = 9,81 J Trờng áp suất thủy tĩnh Nhớ mặt có giá Công J l công thực nâng khối lợng kg trị áp suất gọi l mặt đẳng áp lên tới độ cao 1/9,81 = 0,102 m = 1,02 dm Bierkness gọi So với áp suất khí quyển, d lợng áp suất (tính Pascal) độ sâu z (m) khoảng cách ny l đêximét động lực Nh vậy, khoảng cách theo dây dọi 1,02 dm hình z P = g dz 10 , học tơng ứng với (chứ không bằng) đêximét động lực: đó: tính g/cm3, dz tính m, g tính 1,02 dm dm ĐL; m/s2 dm 0,98 dm ĐL Giả sử trị số trung bình mật độ khoảng Từ đây, dễ dng nhận đợc công thức để tính khoảng mặt biển v độ sâu z , ta có cách thẳng đứng mét động lực: P = g z 10 D = 0,1 gz , (1.3) Để đo áp suất, Bierkness sử dụng đơn vị lớn hay đêxiba 104 Pascal Ta thấy ba 105 Pascal D2 D1 = 0,1 (1.2) Bierkness đặt tên gọi ny áp suất tiêu chuẩn xấp xỉ Khác biệt mét hình học v mét động lực %, trị số ny (áp suất cột thủy ngân 760 mm 1,013 đó, nh xác định hiệu vị hai mặt ba, hay 1013 mb) Nếu P đo dba, ta có đẳng mét hình học mét động 19 20 P = g z / 10 (1.4) Bảng 1.1 Liên hệ độ sâu hình học v động lực với áp suất thủy tĩnh Nhng nhớ lại D = 0,1 g z , ta viết P= D áp suất (dba) Độ sâu (1.5) Từ (1.5) v nhớ thể tích riêng = / , suy D = P liên hệ P v D có dạng: P = dD 1000 2000 3000 4000 5000 Hình học 496 990 1975 2956 3933 4906 Động lực 486 970 1936 2898 3856 4810 Phải nhấn mạnh rằng, việc tìm vị trí mặt đẳng áp theo công thức (1.4), (1.5) v (1.7) thỏa mãn P v 500 (1.6) Nếu ta không sử dụng trị số trung bình v , D D = dP , (1.7) mật độ riêng in situ, thể tích riêng in situ Theo phơng trình ny, dễ dng tính đợc áp suất độ sâu động lực D biết quy luật phân bố mật độ theo độ sâu, tính đợc độ sâu động lực nơi quan trắc áp suất P biết quy luật phân bố ( P) Trong bảng 1.1 dẫn trị số áp suất, độ sâu v độ sâu động lực tơng ứng t = oC v S = 25 %o có tính đến độ nén nớc so với mặt biển Nếu tác dụng ngoại lực (áp suất khí quyển, tác động gió) m mặt biển bị nghiêng, độ nghiêng ny bổ sung vo độ nghiêng tìm đợc mặt đẳng áp dới sâu Do đó, trờng áp suất thực tổng trờng áp suất bên xác định trờng mật độ v trờng bên ngoi phụ thuộc vo ngoại lực Phải nhấn mạnh rằng, việc tìm vị trí mặt đẳng áp theo công thức (1.4), (1.5) v (1.7) thỏa mãn so với mặt biển Nếu tác dụng ngoại lực (áp suất khí quyển, tác động gió) m mặt biển bị nghiêng, độ nghiêng ny bổ sung vo độ nghiêng tìm đợc Thấy rõ từ bảng 1.1 giá trị tơng ứng áp mặt đẳng áp dới sâu Do đó, trờng áp suất thực suất, độ sâu hình học v độ sâu động lực l với tổng trờng áp suất bên xác định trờng độ xác % Điều ny thuận tiện sử dụng mật độ v trờng bên ngoi phụ thuộc vo ngoại lực tính toán sau ny Trờng khối lợng (trờng mật độ) Ngoi trờng 21 22 trọng lực v trờng áp suất, việc xác định lực nội sinh mặt biển v theo nghĩa ny phụ thuộc vo độ đòi hỏi phải biết phân bố khối lợng, tức phân bố mật độ nhám mặt biển, tức độ gợn sóng mặt biển v phân hay thể tích riêng Vì vậy, ngoi họ mặt đẳng v tầng nhiệt lớp không khí sát mặt biển đẳng áp, phải biết họ mặt đẳng khối, mặt Lực ma sát gió gây nên dòng chảy trôi phổ biến giá trị mật độ l nhau, mặt đẳng thể tích, nơi lớp mặt đại dơng Từ lâu, ngời ta biết nguyên có giá trị thể tích riêng l nhân dòng chảy lớp đại dơng l Trờng khối lợng dễ dng nhận đợc dựa số liệu truyền trực tiếp xung lợng từ gió cho nớc Tuy nhiên, trạm thủy văn Rõ rng, nh theo số liệu quan trắc chế trình ny cha phải đợc hiểu đến Vì nhận đợc độ nghiêng mặt đẳng thể tích vậy, để tính toán lực ny l kết khảo sát so với mặt đẳng thế, điều chứng tỏ có tồn thực nghiệm građien áp suất phơng ngang liên quan tới bất đồng trờng mật độ (P / x) Các quan trắc biển v phòng thí nghiệm cho thấy rằng, với tốc độ gió V (cm/s) v mật độ không khí a (g/cm3) lực ma sát tiếp tuyến tác động lên cm2 mặt 1.1.2 Các lực ngoại sinh biển đợc tính công thức: Các lực ngoại sinh l lực tác dụng lên phần = k aV 10 tử nớc từ bên ngoi môi trờng nớc biển Có nhóm (N/cm2) (1.8) ngoại lực đặc biệt gồm lực nguồn gốc thiên văn, trớc Trong công thức (1.8) k hệ số tỉ lệ, gọi l hệ số trở hết l lực tạo triều gây nên dòng chảy triều Một nhóm kháng hay hệ số ma sát bề mặt Với mặt biển, k thờng l ngoại lực khác liên quan tới việc khí truyền hm tốc độ gió Mặc dù có nhiều công trình tính lợng học cho đại dơng toán hệ số ny, biết đặc điểm biến đổi đại Lực lôi kéo gió Gió tác động lên mặt đại dơng, thể k tăng tốc độ gió v bậc đại lợng Có tạo lực ma sát Lực ny phụ thuộc vo mật độ không khí quan điểm khác đặc điểm biến đổi hệ số v cờng độ gió Nó liên quan tới profile tốc độ gió bên trở kháng Thí dụ, J Wy (1969) nhận đợc kết luận rằng, 23 24 tốc độ gió từ đến 15 m/s k tăng dần theo công thức G x = k = 0,5 V / 10 với điều kiện tốc độ gió đợc đo độ cao 10 m bên mặt biển Với V > 15 m/s ông chấp nhận k = 2,6 10 l số Tuy nhiên, nhiều tác giả khác không thừa nhận đột biến giá trị k V = 15 m/s Vì vậy, S Smith v E Bunk (1975) đề xuất công thức sau để xác định k : P x Các dòng biển đợc gây nên lực ny gọi l dòng chảy građien Nếu dòng biển liên quan tới biến đổi độ nghiêng đờng đẳng áp dới tác động áp suất khí thay đổi gọi l dòng chảy građien áp suất, nớc dâng v nớc rút gần vùng bờ dòng bù trừ dòng nớc sông Lu ý rằng, trờng áp suất khí 10 k = 0,63 + 0,66 V 0,23 không đổi, địa hình mặt tự thích ứng với v Ngời ta tiếp tục tìm mối liên hệ tin bất đồng tĩnh học ổn định trờng khí áp không gây nên dòng chảy đại dơng cậy k v V Chuyển động m gió gây nên thời điểm ban đầu 1.1.3 Các lực thứ sinh lớp nớc mỏng sát mặt sau đợc truyền xuống lớp Lực gây nên xoay Trái Đất (lực sâu độ nhớt v rối Lực gây độ nghiêng mặt biển dới tác động ngoại lực Một tác động khí lm thay đổi độ nghiêng mặt đẳng áp dẫn tới xuất građien áp suất phơng ngang Sự biến đổi áp suất khí quyển, tợng nớc dâng v nớc rút gần vùng bờ, xuất độ nghiêng mặt đẳng áp tăng lợng nớc sông, giáng thủy ngợc lại bốc nhiều v.v dẫn tới građien áp suất phơng ngang nớc biển Lực građien áp suất ngang G xác định theo công thức: 25 Coriolis) Trong nớc yên tĩnh, lực Coriolis không gây nên chuyển động Nhng chất điểm bắt đầu chuyển động tác dụng lực no đó, lực Coriolis bắt đầu tác động lên v lm cho chuyển động Trái Đất lệch phía phải Bắc bán cầu v lệch phía trái Nam bán cầu Nếu trục tọa độ điểm no biển đợc bố trí nh quy định hải dơng học ( OX hớng sang đông, OY hớng lên bắc v OZ hớng thẳng đứng lên 26 trên), thnh phần lực Coriolis K điểm Ro = c / kL , k tham số Coriolis, Ro tham số đợc xác định công thức: không thứ nguyên, gọi l số Rossby Khi số Rossby nhỏ, lực K x = 2v sin 2w cos , K y = 2u sin , Coriolis l lực chủ yếu cân (1.9) lực K z = 2u cos , Lực nhớt (ma sát trong) Lực nhớt, hay lực ma sát u, v thnh phần tốc độ dòng chảy theo tồn tất chất lỏng chuyển động Nó có xu hớng vĩ tuyến v theo hớng kinh tuyến san tốc độ chuyển động tất lớp chất Thnh phần phơng ngang lực Coriolis tỷ lệ thuận lỏng với tốc độ chuyển động ngang; thnh phần tỉ lệ thuận Giữa hai lớp lân cận có tốc độ khác nhau, lực nhớt với hình chiếu tốc độ lên trục vuông góc với thnh phần hớng tới lm chậm lớp chuyển động nhanh v lm nhanh xét Các thnh phần phơng ngang lực Coriolis lớp chuyển động chậm Chính lực ny có tác dụng đạt cực đại cực v không xích đạo truyền chuyển động gió lớp mặt xuống tới lớp nằm Thnh phần thẳng đứng lực Coriolis đạt cực đại dới phải xét hai trờng hợp tùy thuộc vo tính xích đạo, không cực v tỷ lệ thuận với thnh chất chuyển động Trờng hợp chuyển động phân lớp, phần tốc độ vĩ hớng ứng suất ma sát đơn vị diện tích đợc xác định Khái niệm quy mô chuyển động có liên quan tới lực biểu thức: Coriolis Thời gian cần để phần tử chất lỏng chuyển động f = với tốc độ c di chuyển đợc khoảng cách L dc , dz (1.10) L / c Nếu khoảng thời gian ny bé nhiều so với chu kỳ hệ số nhớt động lực hay ma sát nội (phân tử) xoay Trái Đất, chất lỏng cha bị ảnh Thông thờng, ngời ta sử dụng hệ số nhớt động học, ký hởng xoay Trái Đất khoảng thời gian L / c Từ hiệu v có thứ nguyên m2/s cm2/s Công thức đây, cho xoay Trái Đất quan trọng (1.10) khẳng định rằng, chất lỏng nhớt ( lớn) điều kiện L / c > , hay nói cách tơng đơng, 27 28 có giá trị lớn građien tốc độ v xuất Với dòng chảy kênh hở ngợc lại, chất lỏng không nhớt ( ) Re = quan sát thấy građien tốc độ lớn Từ suy CL , hay Re = CH , rằng, hệ số nhớt chuyển động phân lớp l đặc L bán kính thủy lực, hay quy mô ngang chuyển trng chất lỏng v không phụ thuộc vo trạng thái động, H độ sâu chuyển động Công thức thứ hai dùng cho kênh rộng v không sâu Trong điều kiện tự nhiên, nhớt phân tử có vai trò (tơng tự biển) Nếu Re < 2000 , dòng chảy ổn định, phân không đáng kể, thực tế chuyển động phân lớp lớp Cận Re , chuyển động l chuyển quan sát thấy tự nhiên trờng hợp hãn động rối ổn định, không rõ rng Một số tác giả nhận hữu Sự chuyển tiếp từ chuyển động phân lớp sang chuyển đợc cận ny Re = 80 000 100 000 động rối, đặc trng diện nhiều cuộn xoáy chất lỏng, đợc Reynolds nghiên cứu tỉ mỉ Theo Ta lấy độ sâu đại dơng 1000 m, 0,01 v C = 0,1 m/s, Re = 0,1 10 = 10 , từ suy rằng, chuyển động có tính 10 gơng A Lacomb (1974), trình by kết nghiên cứu thực nghiệm Reynolds chuyển động ống thủy động với đờng kính D có chứa chất nhuộm mu Reynolds rằng, chừng no số Re = CD độ nhỏ Khi chất rối chí tốc độ nhỏ nh Trong chế độ chuyển động rối, phân bố thực tốc ( C tốc độ dòng, hệ số nhớt) bé trị số no độ chất lỏng có dạng phức tạp v tốc độ hạt nớc đó, dòng chảy ống l phân lớp v chất mu di lớp xem l không đổi Tuy nhiên, luôn chuyển theo đờng thẳng mảnh thể tìm tốc độ trung bình C xác định thơng rõ luồng chảy chất lỏng Với giá trị Re lớn hơn, số lu lợng chất lỏng chia cho thiết diện dòng chất lỏng bắt đầu chuyển động không đặn v mang Các cuộn xoáy lm xuất tốc độ khác với tốc độ theo chất mu dới dạng đám mây run rẩy chế độ rối trung bình v trị số lấy trung bình chúng không 29 Những tốc độ nh cần phải xem nh l biến ngẫu 30 động lên hạt nớc có khác biệt mật độ theo nhiên Trên sở ny, năm 1877, Boussinesq tiến tới xem xét chuyển động theo quan điểm thống kê Ông giữ nguyên phơng thẳng đứng Trong điều kiện phân tầng ổn định, Az nhỏ nhiều công thức (1.10) chuyển động rối: f = Az Trong phơng ngang lực nh vậy, dC , dz rối ngang có vai trò lớn đáng kể động lực học nớc, građien mật độ phơng ngang Az tham số, đợc Boussinesq gọi l hệ số rối hay hệ nhỏ v hệ số Ah đạt giá trị 106108 g/(cm.s) số ma sát rối Hệ số Az phụ thuộc trớc hết vo quy mô Nếu tính tới vừa nói, lực ma sát dới dạng chuyển động, phân tầng chất lỏng v số nhân tổng quát biểu diễn biểu thức sau tố khác cha đợc tìm hiểu rõ hệ tọa độ Đêcác: Ah y F y = Ah x Do tính chất chuyển động rối, phần nớc rời bỏ Fx = lớp ny v chuyển tới lớp lân cận Chúng mang theo động lợng m chúng có v truyền l phần động lợng cho lớp Nh vậy, Az đặc trng cho vận chuyển động lợng từ lớp ny tới lớp lân cận Fz = điều kiện có građien tốc độ Sự chuyển động phải trở thnh nhanh lên lớp chậm v chậm dần lớp nhanh hơn, tức tồn đơng lợng lực lôi kéo tiếp tuyến Các giá trị Az biến thiên rộng từ đến 103 (g/(cm.s) v U + Az ; z z V V + Az ; x z z (1.11) (đối với chuyển động thẳng đứng chậm) Điều kiện cuối (1.11) thờng thỏa mãn, tốc độ thẳng đứng đại dơng nhỏ v građien thẳng đứng chúng cng nhỏ Vì thờng xem xét lớp nhớt thẳng đứng, nên phơng trình (1.11) biến đổi thnh dạng: đặc trng cho chế độ dòng v khối nớc Thật vậy, phơng thẳng đứng, lực Acsimet cản trở trao đổi, tác 31 U y 32 Fx = Az 2U ; z2 A 2V Fy = z z2 định nh sau: du u u u u = +u +v +w , dt t x y z dv v v v v = +u +v +w , dt t x y z dw w w w w +w +v +u = dt z y x t (1.12) Các lực ly tâm Lực ly tâm biểu lộ chuyển động cong v tính cho đơn vị khối lợng bằng: f lt = c / R , (1.13) R bán kính cong, c tốc độ chuyển động khối nớc (1.14) Khi chuyển động gia tốc, đạo hm ton phần tốc độ không, tức du dv dw = = = Điều ny tơng dt dt dt Vì đa số trờng hợp giá trị c tơng đối nhỏ, R lại ứng với trờng hợp dòng chảy ổn định Còn lớn, nên ngời ta không ý tới lực ly tâm Song biến thiên địa phơng thnh phần tốc độ theo thời R nhỏ (tại eo biển cong), lực ly tâm f lt l gian, tức đáng kể Thí dụ, c = m/s v R = 10 km, f lt = 0,00001 g Các lực quán tính Các lực quán tính xuất có biến thiên vận tốc chuyển động Đối với khối lợng u v w = = = , dòng chảy đợc gọi l dừng t t t 1.2 Các dòng chảy quán tính Đây l trờng hợp dòng chảy đơn giản có gia tốc đơn vị fi = Trái Đất xoay liên quan tới lực Coriolis dc , dt Ta viết phơng trình cho chuyển động phơng ngang dc / dt hệ tọa độ Đêcac viết nh sau: không ma sát dới tác động lực građien áp suất phơng ngang gây nên biến thiên trờng gió trung bình dc du dv dw = + + , dt dt dt dt (thí dụ): giá trị thnh phần gia tốc theo trục đợc xác 33 34 du P , sin v = dt x dv P + sin u = dt y tức hạt chất lỏng chuyển động với tốc độ không đổi Nếu nhân phơng trình thứ (1.16) với v , (1.15) phơng trình thứ hai với u v trừ phơng trình thứ Giả sử, nguyên nhân no (thay đổi đột ngột cho phơng trình thứ hai, ta có v điều kiện khí tợng front, xoáy thuận mạnh v.v qua), građien áp suất phơng trình (1.15) trở biến thiên hớng vectơ dòng chảy Ta biến đổi (1.17) thnh dạng (1.16) v2 Các phơng trình ny mô tả trờng hợp đơn giản u = ctg , v dòng chảy quán tính Nếu nhân phơng trình thứ (1.16) với u , (1.18) v = c sin , góc trục X v hớng dòng chảy Khi phơng trình thứ hai với v v cộng hai phơng trình lại, ta d (u / v) d (ctg ) sin = = , dt dt sin có du dv +v =0 dt dt d (u / v) = sin c dt v nhớ lại hệ tọa độ vuông góc dòng chảy có gia tốc Trái Đất xoay, đợc gọi l u (1.17) Từ phơng trình ny suy gia tốc phải xuất thnh không, tức du = sin v, dt dv = sin u dt du dv u = sin c dt dt hay d = sin dt Từ suy (1.19) Phơng trình cuối chứng tỏ rằng, vĩ độ dc d (u + v ) dv du = = u +v =0, dt dt dt dt định, tốc độ biến thiên hớng hạt chuyển động l không đổi Do đó, hạt nớc dòng chảy quán 35 36 thống ny Nh vậy, hệ thống Gơntrim gồm hải lu Lu ý xáo trộn hải lu Labrađo diễn Floriđa, Angtin, thân Gơntrim v nhánh hải trớc hết với nhánh phía bắc Gơntrim, đợc gọi l dòng lu Bắc Đại Tây Dơng nớc sờn lục địa Nó tách khỏi dòng khu vực Hải lu Floriđa hình thnh vịnh Mêhicô 6065oW v chảy song song với Gơntrim nớc dòng chảy Tín phong nam mang tới từ biển Ngoi ra, khu vực ny, có tên gọi l châu thổ Caribê Hải lu ny có đặc điểm tốc độ cao lớp mặt, đặc Gơntrim, Gơntrim tách thnh loạt nhánh, tạo biệt eo Floriđa, nơi nhiều vợt m/s, lu thnh hệ thống hải lu Bắc Đại Tây Dơng v nhiều nhánh lợng dòng chảy khoảng 30 sverđrup Sau khỏi có kích cỡ khác Nguyên nhân tạo nhánh nh l eo Floriđa, ngoặt lên phía bắc dọc theo sờn lục địa dãy núi ngầm Niuphơnlen nh l vật chắn đờng gần quần đảo Bagam, dòng chảy Floriđa v Angtin Gơntrim v phần l hải lu Labrađo nhập lu với tiếp tục nhằm hớng bắc dọc theo bờ Nhánh hải lu Bắc Đại Tây Dơng, l đoạn phía đông Cuba v có lu lợng khoảng 30 sverđrup Chính kéo di trực tiếp dòng Gơntrim, lúc đầu chảy song song vùng nhập lu dòng chảy ny l dòng Gơntrim với nhánh phía bắc, sau đó, đạt tới 50oN v 40oW Lúc đầu, Gơntrim chảy dọc theo sờn lục địa đến mũi ngoặt sang phía đông bắc phía nam Aixơlen, từ rẽ Gatteras, lu lợng 64 sverđrup Ngay sau nhánh thnh hải lu Irơmingơ Bộ phân hải lu mũi Gatteras, Gơntrim tách khỏi sờn lục địa v ngoặt Bắc Đại Tây Dơng chảy qua ngỡng ngầm Tomson v hớng đông bắc tới đảo Niuphơnlen Lu lợng vo biển Na Uy dới tên gọi hải lu Na Uy Các nhánh cuối tăng mạnh tới 100120 sverđrup chủ yếu nớc bổ sung hệ thống Gơntrim l hải lu Nođcap, chảy qua từ phía biển Sagasô phía đông nam Niuphơnlen, phần phía nam biển Baren, v hải lu Spisbegen tạo Gơntrim gặp v xáo trộn với nớc lạnh hải lu lớp nớc Đại Tây Dơng dới sâu Bắc Băng Dơng Nhánh phía nam hải lu Bắc Đại Tây Dơng Labrađo Tại nơi gặp gỡ tạo thnh front thủy văn mạnh o Đã ghi nhận trờng hợp nhiệt độ biến đổi tới 10 C đầu chảy phía đông dọc theo vĩ tuyến 4245oN Sau khoảng cách 100 m cắt qua dãy núi đại dơng Đại Tây Dơng, lệch 101 102 phía nam thnh hải lu Bồ Đo Nha, dòng ny phần Tín phong bắc, dòng ny hớng dọc bờ đông Philipin tới đảo lại l khởi điểm hải lu Kanari Cuối cùng, nhánh Đi Loan Tại đây, dòng chảy có tên l dòng Fomos Từ đảo nam Gơntrim tạo thnh hệ tác động với dòng Loan ngoặt sang phía đông bắc tiến tới bờ Nhật Bản nớc chỗ dãy núi ngầm Đông Niuphơnlen, nhằm hớng dới tên gọi Curosyo Tại đoạn ny, lu lợng Curosyo liên nam v l ranh giới tự nhiên phía đông biển Sagasô tục tăng lên lôi kéo thêm đợc nớc lân cận tham gia vo Sự uốn khúc l nét độc đáo dòng Tại vĩ độ đảo phía nam Nhật Bản, lu Gơntrim, l trình quỹ đạo dòng chảy uốn cong có lợng Curosyo đạt khoảng 60 sverđrup, tức gần hai lần lớn dạng sóng Biên độ cực đại khúc uốn đạt tới lu lợng gần bờ Đi Loan Trên đờng tới Nhật Bản, 500 km v Đôi đoạn uốn khúc biến dạng giống nh Gơntrim, Curosyo tạo thnh số đoạn uốn thnh xoáy thuận v nghịch khúc lớn gần nh dừng với độ di 300500 km, biên độ Sự biến động mùa lu lợng nớc đoạn khác hệ thống Gơntrim không giống Cực khoảng 100150 km Tốc độ trung bình lớn 100 cm/s, tâm dòng chí tới 150 200 cm/s đại rõ lu lợng nớc hải lu Floriđa quan trắc phía đông kinh tuyến 140oE, sau gặp hải lu thấy vo tháng tháng 8, hai cực tiểu vo tháng v lạnh Kurin (còn gọi l hải lu Oiiasyo thứ tơng tự nh tháng 11 Biên độ dao động nội năm 6,3 sverđrup, hay hải lu Labrađo), Curosyo tách xa khỏi bờ Nhật Bản v 22 % lu lợng trung bình Cực đại Gơntrim túy chuyển động theo hớng đông Giữa 150 v 160oE, từ rẽ quan trắc đợc vo tháng 4, cực tiểu vo tháng nhánh ngoặt xuống phía nam, sau tới phía tây 12 Biên độ dao động nội năm mặt cắt ny l 21 nam, tức ngợc hớng với dòng Nhánh ny có tên l sverđrup, hay 27 %, mặt cắt qua eo Farerơ Setlan dòng chảy nghịch Curosyo (tơng tự nhánh nam 2,2 sverđrup, hay 55% Nh vậy, cng tiến lên phía Gơntrim) Đoạn kéo di tự nhiên Curosyo l hải lu bắc, biến động hệ thống Gơntrim cng tăng lên Bắc Thái Bình Dơng với khởi điểm đợc chấp nhận l kinh Một thứ tơng tự với Gơntrim l hải lu Curosyo Thái tuyến 160oE Đồng thời, hình thnh hải lu Bình Dơng Nó hình thnh từ nhánh phía bắc dòng Aleut, dòng ny đầu chuyển động song song với hải lu 103 104 Bắc Thái Bình Dơng Ranh giới hai dòng l front cực o phong bắc v hải lu Tín phong nam mạnh hơn, trải rộng Gần 160 W, dòng thứ ngoặt lên phía bắc, dòng thú theo phơng kinh tuyến tới phía nam từ 2oN Giữa chúng hai xuống phía nam v trở thnh hải lu California thời kỳ mùa hè nhận thấy rõ dòng ngợc Xích đạo (tơng tự hải lu Kanari) v khép kín hệ thống xoáy nghịch dải 58oN, bờ châu Phi dòng ny chuyển thnh cận nhiệt đới Bắc Thái Bình Dơng hải lu Ghinê Về tổng thể, đới xích đạo ngự trị vận chuyển mặt hớng tây Bên dới lớp vận chuyển mặt hớng tây lân cận xích đạo có dòng ngợc xích đạo hớng đông 1.8 Những đặc điểm hon lu nớc đới xích đạo Đại dơng Thế giới Nó có mặt tất đại dơng, nhng lần đợc phát Thái Bình Dơng vo năm 1951 Tháng năm Đới xích đạo l vùng độc lập tơng đối Đại 1952, khảo sát chuyên đề T Cromwell lãnh đạo dơng Thế giới với đặc điểm riêng có hon lu khẳng định tồn xích đạo luồng chảy mạnh, nớc Trớc hết, đặc điểm ny liên quan tới thnh hớng đông phía dới mặt; sau T Cromwell vo phần phơng ngang tốc độ góc xoay Trái Đất tham số năm 1958, ngời ta gọi dòng ny l hải lu Cromwell Ngay Coriolis Khi chuyển qua xích đạo, dấu lực xoay Trái sau đó, dòng chảy tơng tự Đại Tây Dơng đợc Đất thay đổi, hệ l đới xích đạo dòng vĩ hớng phát vo năm 1959 từ boong tu nghiên cứu khoa học hớng đông đợc ổn định dòng chảy lân cận xích đạo Mikhail Lomonosov v đợc gọi l hải lu Lomonosov có tốc độ cao nhờ chỗ tham số Coriolis có trị số nhỏ, Mùa đông năm 19591960, nh hải dơng học Nga lại građien kinh hớng mật độ lớn V nh theo phơng thẳng đứng v theo hớng dọc kinh tuyến dòng nớc tơng đối nhỏ bé, dòng vĩ hớng vùng xích đạo l dòng thuộc loại đồ sộ Đại dơng Thế giới Trên hình 1.14 dẫn sơ đồ dòng chảy mặt nhiệt đới Đại Tây Dơng đại dơng khác, đặc điểm hon lu mặt tơng tự Ta nhìn thấy hải lu Tín 105 phát dòng chảy ngợc dới mặt ấn Độ Dơng, tồn dòng ny nh nghiên cứu ngời Anh khẳng định vo năm 19631963 Dòng chảy ny đợc mang tên nh hải dơng học Nga B A Tareev Nh vậy, đến năm 60, chứng minh dòng chảy ngợc dới mặt, hớng đông, vùng xích đạo l 106 đặc điểm ton cầu hon lu nớc đới xích đạo đại dơng Trên hình 1.15 biểu diễn thnh phần tốc độ dòng chảy vĩ hớng v kinh hớng ba mặt cắt Bắc Đại Tây Dơng theo số liệu ba chuyến khảo sát Nga Trên hình 1.16 l sơ đồ tổng quát hon lu nớc dới mặt vùng xích đạo theo số liệu V A Bubnov (năm 1990), ngời mô tả chi tiết hon lu dới mặt vùng ny Nguồn nớc hệ thống dòng chảy ngợc dới mặt vùng xích đạo l từ vùng cận nhiệt đới độ muối cao phía bắc v phía nam đới xích đạo Từ vùng cận nhiệt đới phía nam nớc độ muối cao tới vùng xích đạo theo dòng chảy ngợc Braxin 7oS nhân dòng chảy với tốc độ 80 cm/s v độ muối gần 37%o nằm độ sâu 100200 m Tại khu vực 56oS, dòng chảy ngợc Braxin rẽ nhánh hớng đông lm khởi nguồn dòng chảy ngợc dới mặt nam xích đạo, cắt qua ton Đại Tây Dơng theo hớng vĩ tuyến Ranh giới phía bắc dòng chảy ny nằm 2,53oS, ranh giới phía nam 5,56oS Nó lan Hình 1.14 Các dòng chảy mặt nhiệt đới Đại Tây Dơng tháng 24 (a) v tháng 810 (b) (theo P L Richardson v T C Mac-Ki) truyền tới độ sâu 100400 m, trục độ sâu 150200 m Tốc độ đặc trng 2535 cm/s Dòng nớc dòng chảy ngợc Braxin sau rẽ nhánh tiếp tục chuyển động phía bắc Một phận nớc dòng chảy ny, sau cắt ngang xích đạo vùng 107 108 4042oW, ngoặt sang phía đông, tạo khởi điểm cho hải lu Lomonosov Cũng phía bắc, 4550oW, phận lớn dòng chảy ngợc Braxin ngoặt sang phía đông v đông nam, tiếp nớc cho hải lu Lomonosov v hình thnh dòng chảy ngợc dới mặt bắc xích đạo Hải lu Lomonosov phát sinh 4042oW, cách xích đạo phía bắc 1,5o, lớp 50150 m, nơi độ muối 36,436,5 %o Trong tất mùa, dòng chảy hớng dọc theo xích đạo đến 56oE dới dạng tia nớc dới mặt hớng đông với nhân tốc độ v tiến tới bờ châu Phi rẽ thnh hai Tốc độ dòng chảy đạt tới 80 cm/s Về dòng chảy ngợc dới mặt bắc xích đạo có thông tin Nó nằm lớp 100800 m Các đánh giá lu lợng dòng chảy ngợc chứng tỏ dòng lớn số hải lu Lomonosov ( 36,4 10 m3/s), sau đến dòng chảy ngợc nam xích đạo ( 20,5 10 m3/s), bắc xích đạo ( 18,1 10 m3/s) Theo ớc tính, lu lợng trung bình hải lu Cromwell Thái Bình Dơng l từ 22,9 10 đến 32,5 10 m3/s, dòng ngợc dới mặt nam v bắc xích đạo yếu nhiều ( 4,3 10 9,8 10 m3/s) Với ấn Độ Hình 1.15 Các thnh phần tốc độ vĩ hớng (a) v kinh hớng (b) (cm/s) I mặt cắt dọc kinh tuyến 35oW, tháng 1011/1963; II mặt cắt dọc kinh Dơng, số liệu ớc lợng xác lu tuyến 23oW tháng 9/1974; III mặt cắt dọc kinh tuyến 6oE tháng 3/1969 lợng dòng chảy ngợc (số liệu trạm phao, theo V A Bubnov, 1990) 109 110 xuyên Bắc Băng Dơng có vòng chu chuyển xoáy nghịch lớn Trên vùng nớc biển ven bờ Sibêri v biển Baren quan sát thấy vòng chu chuyển xoáy thuận thể rõ, đặc biệt đặc trng biển Lapchev v biển Karơ thủy vực Bắc Âu, gồm biển Na Uy, Grinlen v Baren, hải lu Na Uy ngự trị, l phần kéo di (một nhánh) hải lu Bắc Đại Tây Dơng Khi tiến qua cửa vo biển Baren, hải lu Na Uy tách thnh hải lu Nođcap chảy dọc theo rìa nam biển Baren tới đảo Đất Mới v hải lu Spisbegen hớng lên phía bắc v tiếp tục chảy tới bờ tây đảo Spisbegen v eo Fram Một phận nớc Hình 1.16 Sơ đồ hon lu nớc dới mặt đới xích đạo Đại Tây Dơng (theo V A Bubnov, 1990) dòng chảy ngợc Braxin; dòng chảy ngợc dới mặt nam xích đạo; hải lu Spisbegen tới cửa vo eo Fram ngoặt sang phía tây, sau xuống phía nam v đồng hnh với dòng dòng chảy ven bờ bắc Braxin; dòng chảy Lomonosov; dòng chảy nớc mạnh mẽ hải lu Đông Grinlen phần tiếp nối Ghinê; dòng chảy ngợc AngtinGhinê; dòng chảy ngợc dới mặt hải lu xuyên Bắc Băng Dơng Sau đó, nớc ny xáo bắc xích đạo; dòng chảy ven bờ Angôla trộn với nớc hải lu Đông Grinlen tạo thnh số vòng chu chuyển xoáy thuận biển Grinlen, 1.9 Hon lu nớc Bắc Băng Dơng l nơi m loại nớc tầng sâu Đại dơng Thế giới Hon lu nớc mặt Bắc Băng Dơng đợc thể đợc hình thnh hình 1.17 Nh nói trớc đây, theo sơ đồ thấy rõ rằng, hải lu xuyên Bắc Băng Dơng chiếm lĩnh ton phần trung tâm thủy vực Bắc Băng Dơng, l dòng nớc từ eo Bêring tới eo Fram phía lục địa Bắc Mỹ, hải lu 111 112 dãy núi ngầm Lomonosov, dòng nớc Đại Tây Dơng rẽ nhánh: phận xâm nhập vo vùng nớc Bắc Mỹ, phận khác ngoặt lên phía bắc dọc theo dãy núi ngầm Lomonosov Trong thủy vực Bắc Mỹ, nớc Đại Tây Dơng chuyển động theo hớng chung ngợc chiều kim đồng hồ, tức vòng chu chuyển thuận Trong thủy vực Bắc Mỹ có nớc tới từ Thái Bình Dơng qua eo Bêring v tham gia vo chuyển động xoáy nghịch loại nớc mặt v dới mặt 1.10 Các xoáy đại dơng Năm 1970, thực quan trắc di hạn Hình 1.17 Sơ đồ hon lu nớc mặt Bắc Băng Dơng (theo E G Nhikiphorov v A O Spaikher, 1980) dòng chảy khu vực khảo sát vật lý thủy văn vòng chu chuyển xoáy thuận thủy vực Bắc Cực; hải lu xuyên Polygon70 nằm vùng nhiệt đới Đại Tây Dơng, Bắc Băng Dơng; hải lu Đông Grinlen; hải lu Tây Aixơlen v Đông Aixơlen; hải lu Na Uy; hệ thống hải lu xoáy thuận gần quần đảo Mũi Xanh, nh khoa học Nga có thủy vực Bắc Âu; hải lu Nođcap; hải lu Spisbegen phát tuyệt vời Thấy rằng, hải lu Tín phong Đặc điểm hon lu dới sâu thủy vực Bắc Cực đợc thể sơ đồ khối hình 1.18 Từ hình ny thấy rằng, nớc ấm Đại Tây Dơng hải lu Spisbegen gặp nớc hải lu xuyên Bắc Băng Dơng chìm xuống độ sâu 200300 m v sau chảy dọc theo sờn lục địa châu á, vừa chảy vừa chìm xuống sâu Khi tiếp cận 113 bắc, hải lu ny định chế độ thủy văn vùng, có chuyển động xoáy mạnh, với kích thớc không gian khoảng 100300 km v thời gian sống từ hng chục ngy tới hng chục tháng Những xoáy ny di chuyển chậm, với tốc độ 16 cm/s, theo quỹ đạo dạng thắt nút phức tạp, chủ yếu phía tây, gây nên tính chất không dừng động lực nớc khu vực Sự không dừng nh 114 hon lu nớc tổng quát đợc ngời ta gọi l biến động synop, thnh tạo xoáy đợc gọi l xoáy synop Trong Đại dơng Thế giới, ngời ta thấy xoáy đa dạng, chế phát sinh chúng khác Thờng ngời ta phân biệt: xoáy front, xoáy vùng khơi đại dơng xuất hệ bất ổn định t áp bên trong, xoáy địa hình liên quan tới chuyển động khối nớc trờn quanh vật cản dới nớc, v xoáy synop sinh trình khí (bão, xoáy thuận mạnh v.v ) Hình 1.18 Sơ đồ khối hon lu nớc sâu Bắc Băng Dơng Xét theo dấu quay vòng nớc, xoáy đợc chia thnh (theo E G Nhikiphorov v A O Spaikher, 1980) xoáy thuận v xoáy nghịch Xét theo quy mô không gian, chúng đợc chia thnh xoáy quy mô lớn (đờng kính 50250 Các xoáy front v xoáy vùng khơi đại dơng đợc km), xoáy quy mô trung gian (đờng kính 1050 km) v nghiên cứu kỹ Các xoáy front, đợc gọi l xoáy quy mô vừa (đờng kính nhỏ 10 km) vòng xoáy, xuất đới front hải lu uốn Xét theo khoảng thời gian tồn tại, xoáy đợc chia khúc nh Gơntrim, Curosyo, v.v thnh xoáy tựa vĩnh cửu, xoáy tồn lâu v xoáy thời gian Chúng ta xem xét trình hình thnh xoáy ngắn Về phần mình, xoáy tồn lâu phân chia gồm số giai đoạn qua thí dụ Gơntrim giai đoạn thứ thnh xoáy trẻ (dới năm), xoáy gi (hơn năm), xoáy tái (hình 1.19), hình thnh khúc uốn quy mô lớn, sinh khúc uốn có độ cong xoáy thuận lan lấn tới vùng nớc biển Sagasô, khúc uốn có độ cong xoáy nghịch 115 116 lan lấn tới vùng nớc sờn lục địa giai đoạn thứ hnh tinh Rossby, không lôi kéo theo khối nớc hai, khúc uốn từ hình thức dạng sóng biến đổi thnh dạng Vì sóng Rossby có tính chất nh vậy, nên thnh phần thắt nút cửa hẹp, qua cửa ny khối nớc sờn lục địa xâm tốc độ pha vĩ hớng chúng hớng từ phía đông nhập vo bên khúc uốn thuận, khối nớc biển sang phía tây, xoáy tự di chuyển chủ yếu theo Sagasô xâm nhập vo bên khúc uốn nghịch Khi hớng tây Hơn nữa, chúng hay biểu dới dạng tập khúc uốn chuyển động xuôi theo dòng chảy v đạt tới hợp số xoáy nối tiếp nhau, tức dới dạng chuỗi gắn kích thớc tới hạn, khúc uốn bị tách v bắt đầu bó giai đoạn thứ ba giai đoạn ny, nớc bên nút thắt hon ton biệt lập với nớc hải lu Gơntrim Quỹ đạo trục dòng chảy đợc nắn thẳng khu vực cửa khúc uốn giai đoạn thứ t, xoáy thuận (xoáy nghịch) tách hẳn khỏi dòng Gơntrim: từ mạn bắc luồng chảy hình thnh xoáy nghịch, từ mạn nam xoáy thuận Nhiệt độ v độ muối bên xoáy nghịch cao hơn, bên xoáy thuận thấp so với nớc xung quanh Chênh lệch nhiệt độ đáng kể, đạt tới 10oC Tốc độ chuyển động xoay theo quỹ đạo vòng xoáy 23 m/s, thời gian sống tới số năm Trong hệ thống Gơntrim đồng thời quan sát đợc 1012 Hình 1.19 Sơ đồ biến tính khúc uốn Gơntrim thnh xoáy thuận (a) v xoáy nghịch (b) (theo E I Baranov) vòng xoáy khác dấu, chúng di chuyển chủ yếu theo hớng I IV giai đoạn trình, nớc Gơntrim, nớc sờn lục địa, nớc biển Sagasô tây hay tây nam Khác với xoáy front, xoáy vùng khơi đại dơng Nghiên cứu vai trò lợng xoáy synop l l xoáy tự do, chúng di chuyển nh sóng 117 118 lĩnh vực đặc biệt lý thú Theo số ớc lợng, động Pheđorov phát cách không lâu, đầu năm chúng vợt trội 1020 lần động hải lu 80, v ông phát chúng đờng không hon quy mô lớn Hiển nhiên xoáy synop có ảnh hớng lớn tới ton bình thờng sở phân tích ảnh vệ tinh hon lu v trình động lực đại dơng Chẳng đại dơng Dòng chảy dạng nấm l dạng chuyển động hạn, nhờ chúng m trình trao đổi nhiệt, muối v phát triển lớp sát mặt đại dơng v gồm tia mảnh tính chất khác nớc mặt v nớc dới sâu đợc chảy xiết kết hợp với cặp xoáy ngợc dấu, gọi l tăng cờng nhiều lỡng cực, đầu mút Do đó, cấu trúc xoáy tổng thể Thứ tơng tự xoáy đại dơng l xoáy synop giống nh hình nấm mặt cắt (hình 1.20) khí (các xoáy thuận v xoáy nghịch), chúng định điều kiện thời tiết Trái Đất Các xoáy thuận liên quan tới khu vực áp suất thấp, xoáy nghịch khu vực áp suất cao Khác với xoáy đại dơng, xoáy thuận v xoáy nghịch khí có quy mô không gian (từ vi trăm đến vi nghìn kilômét) nh tốc độ di chuyển (tới vi chục km/giờ) lớn nhiều Tuy nhiên, thời gian sống chúng (một số ngy) lại nhiều so với thời gian Hình 1.20 Sơ đồ dòng chảy sống xoáy đại dơng Những khác biệt trớc hết dạng nấm đại dơng (theo E I Baranov) l khác biệt lớn quy mô không gian khí v Đại dơng Thế giới v cấu trúc thẳng đứng chúng Khác với xoáy synop, dòng chảy dạng nấm đặc Các dòng chảy m ngời ta gọi l dòng chảy dạng nấm trng kích thớc không gian thời gian nhỏ nhiều thuộc loại thnh tạo xoáy; chúng đợc K N (đờng kính xoáy lỡng cực 60100 km, thời 119 120 gian sống chúng thờng không số ngy) Ngời lực bắt buộc (nhiễu động xung địa phơng) kết hợp với ta phân biệt hai pha phát triển dòng chảy dạng điều kiện vật lý (sự phân tầng nớc, lân cận đờng bờ) nấm Pha thứ ngắn: thời gian kéo di từ số Tính chất không dừng biểu rõ dòng đến ngy Trong khoảng thời gian ny dòng chảy chảy dạng nấm lm cho ngời ta thực tế nghiên xiết phát triển, xoáy lỡng cực nhỏ v cứu chúng m dựa vo đo đạc dụng cụ đại dơng biểu dới dạng đầu mút dòng chảy tòe ra, đờng kính Vì vậy, phải nhờ vo quan trắc viễn thám từ không 2035 km vệ tinh v mô hình hóa thủy động phòng thí nghiệm Pha tiến triển thứ hai dòng chảy dạng nấm để xem xét chúng phơng diện động học v động lực học chậm v kéo di từ hai ngy đến tuần Trong thời Những nghiên cứu số năm gần cho biết kỳ ny, xoáy lỡng cực đầu mút lớn lên tới 60100 rằng, đại dơng phổ biến kiểu thnh tạo km; tốc độ tia chảy xiết chậm dần Các dòng chảy dạng xoáy quy mô vừa gọi l xoáy nhiệt muối nội Khác nấm l dạng chuyển động quy mô vừa điển hình với cấu trúc dạng nấm, xoáy ny l thnh đại dơng Nó đặc trng cho trạng thái không dừng lớp tạo địa phơng có thời gian sống lâu (tới 35 năm), chủ yếu sát mặt v xuất có biến đổi đột ngột xung lực quan sát đợc nêm nhiệt hay nêm mật độ Xoáy nhiệt địa phơng muối nội l thnh tạo nớc (một thể tích nớc giới hạn Nguồn gốc v chế nhiễu động xung địa với bề dy vi trăm mét v đờng kính số chục kilômét) phơng đại dơng đa dạng Chúng l tác có dạng thấu kính, chuyển động xoay Trong cực đại vận động dòng không khí chảy xiết lên bề mặt đại tốc quỹ đạo (25 50 cm/s) đợc quan sát thấy mực nhân, dơng, chênh lệch mực nớc gây dòng nớc sông, nơi ny có đặc trng nhiệt muối dị thờng biểu trao đổi nớc qua eo biển, bất ổn định địa phơng rõ Điều lý thú l chỗ với thời gian tính chất động xoáy synop, tan băng v.v Dữ liệu quan trắc vệ lực v nhiệt muối dị thờng ny nhân xoáy thấu kính tinh cho thấy rằng, cấu trúc dạng nấm dòng chảy biến đổi, thực tế giữ nguyên không đổi, thân đại dơng phát triển trờng hợp có nguồn xoáy nhiệt muối nội di chuyển không gian 121 122 khoảng cách lớn front, mặt front v front túy Về phơng diện ny ngời ta thấy xoáy nhiệt muối Theo định nghĩa K N Pheđorov, đới front l nội nguồn gốc Địa Trung Hải l đặc biệt lý thú Xét theo đới m građien không gian đặc mật độ, xoáy ny tồn lớp trung gian 8001600 m trng nhiệt động lực v hóa học lớn đáng kể so với v mang nớc từ eo Ghibranta đến biển Sagasô, tức phân bố trung bình đặn chúng Về phần mình, mặt khoảng cách 50008000 km kể từ ổ hình thnh front l mặt bên đới front trùng với mặt có Theo liệu chuyến khảo sát thứ bảy tu khảo sát građien lớn hay số đặc trng (nhiệt độ, Giáo s Sergey Đoropheev Ucraina, năm 1987, độ muối, mật độ, tốc độ v.v ) Khi front l vết giao tâm xoáy nh dị thờng nhiệt độ v độ muối mặt front với mặt tùy chọn, thí dụ với mặt tự o 2,5 C v 0,8 %o đại dơng Các xoáy nhiệt muối nội cha đợc nghiên cứu nhiều Đặc biệt l chế phát sinh chúng, Khi phân tách đới front quy mô lớn theo nhiệt độ nớc sử dụng tiêu chí số dới nguyên nhân chúng sống lâu đến ngạc nhiên nh v.v G fr > 10 G c , G fr građien phơng ngang nhiệt độ đới front; G c građien nhiệt độ trung bình khí hậu khu vực 1.11 Các front đại dơng xét Các đới front v front thuộc số tợng vật lý Tất đới front đại dơng chia phức tạp đại dơng Có lẽ m đến thnh đới front khí hậu v đới front synop Các đới front cha hết tranh luận không chất v cấu khí hậu tựa dừng liên quan tới phân bố ton cầu xạ trúc front, m thuật ngữ v tiêu chí Mặt Trời, bay v giáng thủy nh tới trờng phân biệt chúng Trong trờng hợp tổng quát, tất biến dạng hon lu tổng quát đại dơng v khí tợng front nên chia thnh ba loại (kiểu) độc lập: đới gây nên Các đới front synop l trình quy mô 123 124 synop diễn đại dơng v khí Khác với 1.4) Các đới front synop đợc phân chia thnh hai phụ đới front khí hậu, đới ny có đặc điểm l kiểu: kiểu vùng khơi đại dơng v kiểu địa phơng Trên tơng phản đặc trng nhiệt động lực diễn ngắn hình 1.21 dẫn đới front khí hậu hạn (vi chục ngy vi tháng) Bảng 1.4 Phân loại đới front Đại dơng Thế giới (theo K N Pheđorov) Kiểu Hình 1.21 Các đới front khí hậu tựa dừng Đại dơng Thế giới Khí hậu Liên quan tới phân bố ton cầu xạ Mặt Trời, bay hơi, giáng thủy v trờng biến dạng hon lu tổng quát đại dơng v khí v nhân tố tác động liên tục khác 1.1 Quy mô hnh tinh 1.1 L yếu tố vĩ mô hon lu nớc đại dơng tổng quát 1.2 Tơng tác địa phơng 1.2 L đới tơng tác nhánh cấp hai hon lu tổng quát đại dơng hay thủy vực, vùng nớc khác v đới khí hậu 1.3 Địa hình 1.3 L kết tơng tác yếu tố hon lu tổng quát đại dơng v biển với thnh tạo địa hình đáy v đờng bờ vĩ mô 1.4 Sát đáy 1.4 L trờng hợp riêng biểu lộ đồng thời 1.2 v 1.3 lớp ma sát sát đáy khu vực trao đổi nớc mạnh thủy vực v vùng nớc khác Synop Liên quan tới trình quy mô synop đại dơng v khí 2.1 Vùng khơi đại dơng 2.1 Đợc hình thnh trờng biến dạng xoáy quy mô synop xuất nh l hệ tơng tác địa phơng mạnh mẽ đại dơng v khí 2.2 Địa phơng 2.2 Đợc hình thnh khu vực xuất tình synop thuận lợi chế độ tơng tác đại dơng v khí (theo V N Stepanov) đới xích đạo, đới cận xích đạo, đới nhiệt đới bắc, đới nhiệt đới nam, đới cận cực bắc, đới cận cực nam, đới cực bắc, đới cực nam Về phần mình, đới front khí hậu xét theo quy mô không gian đợc chia thnh bốn phụ kiểu: kiểu hnh tinh, kiểu địa phơng, kiểu địa hình v kiểu kiểu sát đáy (bảng 125 Đặc trng tóm tắt 126 Các trình động lực diễn đặc biệt mạnh mẽ không gian l tính chất phân biệt quan trọng đới front cận cực v cực, nơi có loại nớc khác đới front Về tính cấu trúc phức tạp nhận xét tính chất lý hóa Các đới front xích đạo v nhiệt đới theo đới front Gơntrim: đới ny bao gồm nhiều mặt biến động hơn, khu vực chúng hình thnh front riêng lẻ phân bố khoảng cách từ 500 đến 100 km khác biệt tính chất nhiệt động nớc đại dơng v ngắn biểu yếu so với vĩ độ cao Dữ liệu quan trắc cho thấy, quy mô không gian thời gian mặt front khác nhau, nhng Bảng 1.5 Những đặc trng quy mô điển hình front đặc trng chúng tập hợp trị số điển hình Đại dơng Thế giới (theo K N Pheđorov) tham số nh: mức chênh lệch nhiệt độ, độ muối, mật độ v.v (bảng 1.5) Đặc trng Građien phơng ngang cực đại tính chất độ rộng đới Trị số điển hình Còn đới front, chúng có bề rộng lớn nhiều (100 km v hơn), nhng građien phơng ngang trung bình đặc trng nhỏ đáng kể 10 m 100 km chênh lệch nhiệt độ 16 C chênh lệch độ muối 0,2 10 %o chênh lệch mật độ 10 o 10 kg/m3 ( 10 Vậy phong phú, đa dạng v nhiều quy mô chúng, phải coi mặt front l tham số quan trọng 10 đơn vị t ) cấu trúc ba chiều phức tạp nớc đại dơng liên Građien phơng ngang (trên km) nhiệt độ 0,1 10 oC quan tới tính khép kín địa phơng yếu tố hon lu độ muối 0,1 10 %o 10 tổng quát, chuyển động xoáy v trình xáo trộn mật độ Độ nghiêng mặt front 10 kg/m3 nớc Các front v xoáy liên hệ mật thiết với 0,001 3,00 quy mô không gian, xoáy với loạt Không phụ thuộc vo quy mô, cấu trúc phức tạp, hoạt tính động lực cao, độ biến động không gian thời gian đáng nhân tố khác hình thnh nên cấu trúc phức tạp nhiều front đới front đại dơng Cng ngy ngời ta cng nhận thấy rõ ảnh kể v di chuyển khó lờng thân đới 127 128 hởng biến động không gian thời gian đới lực phục hồi khác đại dơng, v vậy, hải front vĩ mô tới hình thnh v dao động thời tiết v dơng học ngời ta thờng bỏ qua không xem xét chúng khí hậu Trái Đất, song đồng thời biến động có Các sóng trọng lực xuất nhờ tác động phục hồi thể dùng lm thị biến đổi khí hậu ton cầu trọng lực lên phần tử nớc bị di dời khỏi mực cân Cuối cùng, đới front l vùng sản lợng sinh học Các mực cân l mặt tự mặt cao, quan trọng phơng diện nghề cá v l bên chất lỏng phân tầng Loại sóng ny ranh giới tự nhiên hệ sinh thái khác đại dơng l đối tợng nghiên cứu Ngoi trọng lực, mặt tiếp xúc hai chất lỏng với mật độ khác nhau, chẳng hạn nớc v không khí, Chơng - Sóng đại dơng lực phục hồi l lực căng bề mặt sinh sóng mao dẫn ngắn tần số cao Những sóng ny vai trò đáng kể đại dơng, ngoại trừ vo thời điểm bắt đầu 2.1 Phân loại sóng v yếu tố sóng phát triển sóng gió trọng lực m sau ny nói Nh biết, sóng l chuyển động dao động tới phần tử nớc Sóng xuất dới tác động lực Liên quan với xoay Trái Đất l diện khác Vì vậy, đơng nhiên ngời ta phân loại sóng lực Coriolis, tác động vuông góc với vectơ vận tốc Sự tồn đại dơng trớc hết theo lực gây nên sóng dẫn tới sóng quán tính Sự tồn sóng âm đợc xét phần sách Cuối cùng, biến thiên độ xoáy vị cân giáo khoa ny liên quan tới tính nén đợc nớc Độ dẫn liên quan tới biến đổi độ sâu vĩ độ địa lý sinh điện nớc v diện từ trờng dẫn tới khả dao động vĩ mô chậm, đợc gọi l dao động hnh xuất sóng Alwen Tuy nhiên, từ trờng tinh, hay sóng Rossby Trái Đất yếu, nên lực phục hồi điện từ trờng liên Năm loại sóng đại dơng ny (âm, mao dẫn, quan với nhỏ so với lực phục hồi đần hồi v trọng lực, quán tính v hnh tinh) thờng quan sát thấy 129 130 [...]... hình 1. 2b biểu diễn độ nghiêng của các đờng đẳng thể tích so với các mặt đẳng áp Vì áp suất ở các điểm a 2 v b2 bằng nhau, nên g 1 (b1b2 ) = g 2 (a1 a 2 ) (1. 25) Ngoi ra, vì b1b2 = b1 n + b2 n, Hình 1. 2 Độ nghiêng của các mặt đẳng áp (a) v đẳng thể tích (b) trong mặt phẳng thẳng đứng 1. 3.2 Độ nghiêng của các mặt đẳng thể tích trong dòng chảy b1 n = tg 1 , a1 n b2 n = tg , a1 n 1 (a1 n tg 1 + a1 n tg... 24,0 13 7 13 ,7 1, 4 50 17 ,5 90 9 0,9 70 12 ,8 73 7,3 0,7 90 12 ,0 69 6,9 0,7 Vậy chu kỳ quán tính l hm số của vĩ độ địa lý Vì 2 = 24 giờ, nên Ti = 12 sin Bảng 1. 2 dẫn các giá trị ri v Ti đối với ba giá trị tốc độ c tại các vĩ độ Hình 1. 1 Dòng chảy quán tính ở biển Baltic tháng 8 /19 33 Mảng phụ trong Các dòng chảy quán tính mới chỉ đợc phát hiện lần hình l biểu đồ vectơ dòng chảy đầu tiên vo năm 19 31 ở Đại. .. tg ) = 2 (a1 n tg + a1 n tg 2 ) (1. 26) Bây giờ giản ớc số hạng a1 n v thế vo (1. 26) những xu thế hon lu hớng ngang, hệ quả l nớc nhẹ hơn của 41 a2 m = tg 2 , b2 m ta biến đổi biểu thức (1. 25), giản ớc g : Tác động của lực Coriolis trong các dòng thực tạo nên các lớp trên di chuyển về phía phải so với hớng dòng chảy, a1 a 2 = a1 m + a 2 m , giá trị 42 tg 1 = 2 c1 sin g v tg 2 = 1 2 sin 1 v= 2 sin... Nếu hớng của n l hớng độ nghiêng lớn nhất của 1. 3.3 Phơng pháp động lực tính dòng chảy địa chuyển mặt đẳng áp, thì ta có tốc độ Từ các phơng trình (1. 21) , tìm các biểu thức cho u v c= v: 43 44 1 D , 2 sin n (1. 30) ở đây D độ nghiêng thực của mặt đẳng áp so với mặt n đẳng thế C1 C 2 = ( D B1 D B2 ) ( D A1 D A2 ) 2 sin = D B D A , 2 sin (1. 31) ở đây D các hiệu số độ cao động lực giữa các... sin Az (1. 41) Từ (1. 41) có thể rút ra kết luận rằng với cùng những điều kiện, tốc độ dòng chảy trôi giảm dần khi vĩ độ tăng Cùng với (1. 41) các phơng trình (1. 38) có thể viết lại 57 58 chậm hơn so với v Kết quả l cùng với giảm tốc độ theo độ thnh: u = U 0 e a z cos (45 a z ), v = U 0 e a z sin (45 a z ) sâu, dòng chảy quay hớng về bên phải so với hớng của nó (1. 42) ở mặt biển Trên hình 1. 5 biểu... chuẩn, khi thực hiện các mặt cắt chuẩn luôn phải so sánh các kết quả nhận đợc với số liệu ớc lợng trong các năm trớc Chúng tôi cũng lu ý rằng các bản đồ hon lu tổng quát đại dơng xây dựng dựa trên phơng pháp động lực (Shott, 19 33, Sverdrup, 19 41, Ditrich, 19 61, v.v ) nói chung khá phù hợp với những số liệu quan trắc v kết quả mô hình hóa toán học hon lu tổng quát đại dơng Với t cách tổng quát hóa phơng... nhau, ta có P = 2 c sin , n 2 2 1/ 2 ở đây c = (u + v ) 2 2 P P P , = + n x y (1. 22) 1/ 2 (1. 23) Nếu trục Oz hớng xuống dới, thì góc tính theo chiều kim đồng hồ Từ các công thức (1. 22) v (1. 23) dễ dng nhận đợc giá trị tg : tg = Từ phơng trình (1. 22) thấy rằng, yêu cầu cân bằng các lực dẫn tới chổ lực Coriolis phải bằng v ngợc chiều với lực 2 c sin g (1. 24) građien áp suất phơng ngang... động viết dới dạng: giản hóa quá trình: 1) biển không bờ v đồng nhất về mật độ; 67 (1. 50) 68 Az d 2 u + 2 v sin = 0, dz 2 v= (1. 51) Az d 2 v 2 u sin + g sin = 0 dz 2 2 Sau khi biến đổi (1. 51) v ký hiệu a = sin Az g sin sh a( H + z ) sin a ( H z ) + sh a ( H z ) sin( H + z ) (1. 53) 2 sin ch 2aH + cos 2aH Trên cơ sở các phơng trình (1. 53) (hình 1. 8a) đã xây dựng những đờng cong đầu tốc... lu do hệ quả tăng tơng phản nhiệt giữa các vĩ độ nhiệt đới v cực ở Đại Tây Dơng v Thái Bình Dơng các nhánh của hải lu Tín phong nam xâm nhập lên Bắc bán cầu tạo thnh phần rìa phía nam của hệ thống xoáy nghịch xích đạo Rìa phía bắc l hải lu ngợc xích đạo, nó đi qua giữa 35 v 10 15oN Tốc độ đặc trng l 4050 cm/s, cực đại có thể đạt 11 013 0 cm/s Đặc điểm quan trọng của hệ thống xoáy nghịch xích đạo l ở chỗ... ), v = c1e sin (a z + 1 ) c 2 e sin (a z + 2 ), du = c 2 ae az cos(az + 2 ) c 2 ae az sin( az + 2 ) = dz = c 2 ae az [sin( az + 2 ) + cos(az + 2 )] = Ta phát biểu điều kiện biên thứ nhất: tốc độ dòng chảy = c 2 ae az [sin( az + 2 ) + sin(90 + az + 2 )] = khi tăng độ sâu cần phải có giới hạn, tức khi (1. 36) Lấy đạo hm phơng trình thứ nhất của (1. 35) theo z : (1. 34) ở đây c1 , c 2 , 1 , 2 ... 1. 3 Các hải lu Đại dơng Thế giới (theo V N Stepanov) Số hiệu Tên hải lu Số hiệu Nam Dơng Ven bờ châu Nam Cực Vòng quanh cực Nam Cực Đại Tây Dơng Folklen Nam Đại Tây Dơng Igon 10 11 12 13 14 15 ... Thái Bình Dơng Pêru Tín phong nam Tên hải lu Thái Bình Dơng 10 11 12 Pêru Chilê Ngợc xích đạo Minđanao Tín phong bắc 13 14 Mehicô California 15 16 17 18 19 20 Curosyo Bắc Thái Bình Dơng Oiyasyo... phẳng thẳng đứng 1. 3.2 Độ nghiêng mặt đẳng thể tích dòng chảy b1 n = tg , a1 n b2 n = tg , a1 n (a1 n tg + a1 n tg ) = (a1 n tg + a1 n tg ) (1. 26) Bây giản ớc số hạng a1 n v vo (1. 26) xu hon lu