Dòng chảy biển

Dòng chảy biển Dòng chảy biển Bởi: PGS TS NGƯT Phạm Văn Huấn 7.1 Khái niệm chung phân loại dòng chảy Sự di chuyển ngang nước từ nơi biển hay đại dương đến nơi khác gọi dòng chảy biển hay hải lưu Dòng chảy biển có vai trò to lớn đời sống đại dương: làm tăng trao đổi nước, phân bố lại nhiệt độ, độ muối, biến đổi bờ, di chuyển băng biển, đồng thời ảnh hưởng mạnh tới hoàn lưu khí khí hậu vùng Trái Đất Ở khơi đại dương di chuyển nước dòng chảy biển diễn hàng nghìn kilômet, lôi vào chuyển động khối lượng lớn nước Ở độ sâu lớn gần đáy chuyển động nước chậm hơn, thường ngược hướng với hải lưu mặt Các dòng chảy ngang với chuyển động thẳng đứng nước tạo thành chu trình chung hay hoàn lưu nước Đại dương Thế giới Ở biển thềm lục địa quan trắc thấy dòng chảy quy mô nhỏ Năng lượng chủ yếu dòng chảy biển gió, ứng suất tiếp tuyến tạo nên trì chuyển động nước mặt đại dương Cũng gió, thông qua dòng chảy gió lớp mặt, đại dương hình thành độ nghiêng mặt tượng dâng rút, từ sinh građien ngang áp suất thủy tĩnh hình thành dòng chảy građien Tạo građien ngang dòng chảy građien nguyên nhân chênh lệch áp suất khí vùng, dòng nước sông Một loại dòng chảy građien đặc biệt, gọi dòng chảy mật độ, gây nên chênh lệch mật độ nước biển phân bố không nhiệt độ độ muôid Dòng chảy liên quan tới chuyển động thủy triều gọi dòng triều, có tính chất tuần hoàn nói tới phần chương thủy triều Dòng chảy quan trắc thấy sau lực gây nên ngững tác động gọi dòng chảy quán tính Cách phân loại dòng chảy biển theo nguyên nhân gây nên chúng cách phân loại chính, định phương pháp tính dòng chảy Khi nghiên cứu thủy văn biển, người ta phân biệt dòng chảy cố định, hướng tốc độ biến đổi, dòng chảy tuần hoàn (dòng triều) dòng chảy tạm thời gây tác động tạm thời gió Tùy theo độ sâu phân bố mà người ta phân biệt dòng chảy mặt lớp nước hàng hải, dòng chảy sâu lớp nước lớp mặt lớp sát đáy, 1/17 Dòng chảy biển dòng chảy sát đáy Nếu nhiệt độ nước dòng chảy cao nhiệt độ nước xung quanh, dòng chảy gọi dòng chảy nóng, ngược lại – dòng chảy lạnh Dựa vào tính chất chuyển động, người ta chia dòng chảy thành dòng uốn khúc, dòng chảy thẳng, dòng chảy xoáy thuận (chuyển động ngược chiều kim đồng hồ bắc bán cầu) dòng chảy xoáy nghịch (chuyển động theo chiều kim đồng hồ) 7.2 Lý thuyết dòng chảy trôi Ekman Ekman giải toán dòng chảy trôi điều kiện biển sâu vô hạn, tượng dâng rút nước, mật độ nước hệ số nhớt không đổi theo độ sâu cách giải hệ phương trình chuyển động có dạng: ∂2 u αμ αμ ∂ z2 ∂2 v ∂ z2 + 2ωsinϕv = 0, − 2ωsinϕu = 0, (90) } μ − hệ số nhớt rối; α − thể tích riêng nước biển; ω − vận tốc góc quay Trái Đất; ϕ − vĩ độ; u,v − thành phần vận tốc ngang theo trục x,y hệ tọa độ oxyz có gốc trùng với mặt biển, trục z hướng xuống Trong điều kiện trường gió không đổi mặt biển vận tốc phụ thuộc vào độ sâu, nên viết lại hệ phương trình: d2u dz2 d2v dz + 2a2v = 0, − 2a2u = 0, (91) } với a = √ ωsinϕ αμ Giả sử biển sâu vô hạn, mặt biển gió thổi hướng theo trục y, điều kiện biên mặt biển là: du dv − μ dz = 0, − μ dz = τ z = 0, (92) Nghiệm hệ phương trình chuyển động điều kiện biên có dạng: 2/17 Dòng chảy biển (az+ π4 ), π cos(az+ ) u= τ − az sin aμ√2 e v= τ − az aμ√2 e (93) } Phân tích nghiệm cho thấy mặt biển mô đun vận tốc dòng chảy bằng: U0 = τ aμ√2 , (94) hướng lệch góc 45 ° bên phải so với hướng gió Tại độ sâu z, góc θ vectơ dòng chảy hướng gió tăng dần: π θ = az+ , (95) tức vectơ dòng chảy xuống sâu quay phía bên phải so với vectơ dòng chảy mặt Mô đun vận tốc: U = U0e − az (96) αμ = D − độ sâu ma sát) giá trị giảm theo quy luật hàm số mũ Tại độ sâu z = πa ( = π√ ωsinϕ vận tốc 1/23 giá trị vận tốc mặt có hướng ngược với dòng chảy mặt Tại độ sâu z = D / vectơ dòng chảy hướng vuông góc với dòng chảy mặt độ sâu z = 2D, vectơ dòng chảy lại hướng với dòng chảy mặt giá trị 1/536 dòng chảy mặt Nếu chiếu vectơ vận tốc độ sâu khác lên mặt phẳng nằm ngang nối điểm mút lại, ta đường xoắn ốc loga gọi đường xoắn ốc Ekman (hình 30) Đường xoắn ốc Ekman 3/17 Dòng chảy biển Các thành phần dòng toàn phần theo trục x y bằng: ∞ Sx = ∫ udz = U0 a√2 , ∞ Sy = ∫ vdz = (97) } Trong trường hợp biển sâu hữu hạn phương trình chuyển động (91) giải với điều kiện biên sau: - mặt biển z = 0: du μ dz 0, dv μ dz = − τ; (98) } - đáy biển z = H, H − độ sâu biển: u = v = (99) Nghiệm là: u = Ashaζcosaζ − Bchaζsinaζ, v = Achaζsinaζ + Bshaζcosaζ, (100) } ζ = H − z, A= τD chaHcosaH−shaHsinaH μπ ch2aH+cos2aH , B= τD chaHcosaH+shaHsinaH μπ ch2aH+cos2aH Từ nghiệm thấy dòng chảy trôi biển sâu hữu hạn phụ thuộc aH Vectơ dòng chảy trôi mặt U0 tạo với hướng gió (trục y) góc lệch phía phải 4/17 Dòng chảy biển khác tùy thuộc vào tỷ số H độ sâu ma sát D Góc hướng gió hướng dòng chảy mặt xác định công thức: tgθ = aH−sin 2aH ( uv )z = = sh2 sh2 aH+sin 2aH (101) tùy thuộc vào tỷ số H / D cho bảng sau đây: H/D 0,1 0,25 0,5 0,75 1,5 θ 5° 45 ° 21,5 ° 45 ° 45,5 ° 45 ° Thấy rằng, tỷ số H / D tăng θ tăng: tăng độ sâu biển, lúc đầu θ tăng, đạt giá trị 45,5 ° , sau giảm chậm đến giá trị tới hạn 45 ° Các đường nối đầu mút vectơ dòng chảy trôi biển sâu hữu hạn Trên hình 31 biểu diễn đầu mút vectơ dòng chảy trôi tầng sâu từ mặt tới đáy biển cách 1/10 độ sâu H biển Thấy rõ độ sâu biển H lớn độ sâu ma sát D, hodograph vận tốc gần trùng với trường hợp biển sâu vô hạn Nếu độ sâu biển nhỏ độ sâu ma sát, hướng dòng chảy biến đổi chậm theo độ sâu Trường hợp H = 0,1D, tầng sâu vectơ dòng chảy gần trùng với hướng gió giảm độ lớn theo quy luật tuyến tính với độ sâu Ở vĩ độ trung bình, với tốc độ gió trung bình, độ sâu ma sát D ≈ 100m Khi ϕ giảm D tăng xích đạo D → ∞ Vì áp dụng lý thuyết Ekman biển sâu vô tận cho vĩ độ thấp Từ nghiệm tính dòng toàn phần: 5/17 Dòng chảy biển H Sx = ∫ udz = τD2 ch2 aH+cos 2aH − 2chaHcosaH ch2 aH+cos 2aH 2μπ2 H Sy = ∫ vdz = τD2 shaHsinaH 2μπ2 ch2 aH+cos 2aH (102) } Tính toán cho thấy trường hợp biển sâu hữu hạn, dòng toàn phần theo hướng trục y có giá trị hữu hạn, nhỏ so với dòng toàn phần theo hướng trục x Khi H / D > thực tế dòng toàn phần tổng cộng xấp xỉ U0 a√2 Đại lượng ứng suất tiếp tuyến gió lên mặt biển τ khó xác định, nên thực hành tính dòng chảy trôi người ta hay tìm mối liên hệ thực nghiệm vận tốc dòng chảy mặt vận tốc gió, số có dạng: 0,0127W U0 = √sinϕ , (103) W − vận tốc gió đo đơn vị đo với dòng chảy 7.3 Lý thuyết dòng chảy mật độ Trong chất lỏng phân tầng mặt đẳng áp, đẳng mật độ đẳng nằm ngang song song với chất lỏng bất động (chất lỏng áp – barotrop) Nhưng mật độ thay đổi (do nung nóng mặt biển không đều, độ bốc hơi, độ muối, giáng thủy khác nhau) xuất độ nghiêng mặt đẳng mật độ đẳng áp suất (chất lỏng nghiêng áp – barocline) hạt nước bắt đầu chuyển động Lấy hai mặt đẳng áp: mặt P0 trùng mặt biển, mặt P nằm độ sâu dòng chảy mật độ, song song với mặt đẳng tương ứng (hình 32a) Giả sử phía bên phải mật độ nước nhỏ hơn, bên trái – lớn Khi khoảng cách mặt đẳng áp P0 P bên phải lớn hơn, bên trái – nhỏ hơn, tức HM > HN Vẽ mặt đẳng D1,D2 cắt mặt đẳng áp P0 xét tác dụng lực lên phần tử nước m có lực trọng trường hướng thẳng đứng xuống vuông góc với mặt đẳng lực građien áp suất thủy tĩnh α δP dn hướng theo pháp tuyến với mặt đẳng áp P0 phía Các lực khác xem không tồn Trên hình vẽ ta thấy thành phần vuông góc với mặt đẳng áp P0 trọng lực gcosβ cân với lực građien áp suất thủy tĩnh, thành phần gsinβ tiếp tuyến với mặt đẳng áp làm cho phần tử nước m di chuyển theo hướng từ M đến N Ngay lúc xuất lực 6/17 Dòng chảy biển Coriolis K1 (hình 32b) làm cho m di chuyển theo hướng lực tổng hợp R1 với vận tốc VT1 Nhưng với biến đổi hướng vectơ Giải thích hình thành cân địa chuyển dòng chảy, hướng lực Coriolis biến đổi theo, gây nên quay bên phải lực tổng hợp R1 tiếp tục quay vectơ dòng chảy Rõ ràng vectơ dòng chảy VT quay bên phải vuông góc với lực gsinβ , lực Coriolis hướng theo dường thẳng với gsinβ phía ngược lại Xuất cân địa chuyển dòng chảy trở nên ổn định Do đó: gsinβ = K = 2ωsinϕ ⋅ VT Từ đó: VT = gsinβ 2ωsinϕ (104) Trên hình vẽ ta thấy rằng: sinβ = HM − HN , L nên 7/17 Dòng chảy biển VT = gHM − gHN 2ωsinϕ ⋅ L Các tích gHM gHN công để chuyển dịch đơn vị khối lượng nước biển quãng đường HM hay HN chống lại trọng lực, thường gọi khoảng cách động lực, ký hiệu DM DN Vậy: VT = DM − DN 2ωsinϕ ⋅ L (105) Khi chứng minh công thức trên, giả thiết mặt đẳng áp P dòng chảy không, mặt đẳng áp P song sóng với mặt đẳng Nếu mặt đẳng áp P nghiêng so với mặt đẳng thế, độ sâu mặt đẳng áp P dòng chảy khác không công thức (105) không cho vận tốc tuyệt đối, mà vận tốc tương đối (so với mặt đẳng áp P) Nếu ký hiệu vận tốc tuyệt đối dòng chảy mặt biển VT0, mặt đẳng áp P VT1, công thức (105) có dạng: V T = V T0 − V T1 = − DN (106) 2ωLsinϕ DM Trên hình 32b vẽ giao tuyến mặt đẳng áp mặt đẳng D1,D2, bình đồ Người ta gọi đường đường đồng mức động lực, chúng đường đẳng trị độ cao động lực mặt P0 so với mặt P, đặc trưng địa hình mặt đẳng áp P0 Rõ ràng dòng chảy hướng theo đường đồng mức động lực Nếu nhìn theo hướng dòng chảy, độ cao động lực nhỏ phía bên trái (bắc bán câu) Khi mặt đẳng áp P0 có dạng phức tạp hơn, hình 33, đường đồng mức có dạng phức tạp Thành phần gsinβ hướng dọc mặt tự vuông góc với đường đồng mức động lực điểm nghiên cứu hướng theo chiều dốc lớn mặt đẳng áp, đó, dòng chảy hướng theo tiếp tuyến đường đồng mức động lực Như đường đồng mức động lực đường dòng chuyển động ổn định, chúng quỹ đạo hạt nước 8/17 Dòng chảy biển Những đường đồng mức động lực mặt biển Để tính độ cao động lực trạm thủ văn người ta tích phân phương trình thủy tĩnh: dP = − ρgdz từ P đến P0: P0 P z ∫ αdP = − ∫ gdz = gz = D, (107) z − khoảng cách mặt đẳng áp P mặt đẳng áp P0 Trong thực hành hải dương học, người ta hay dùng thể tích riêng quy ước vt thay cho α, đó, thay tích phân tổng, ta có D = ∑P0 αΔP = ∑P0 vt10 − 3ΔP+∑P0 0,9ΔP P P P Vì tính dòng chảy, cần hiệu độ cao động lực mặt đẳng áp, nên số hạng thứ hai bỏ qua công thức tính toán có dạng: D = ∑P0 vt ⋅ 10 − 3ΔP (108) P Trong công thức này, áp suất tính đêxiba (tương đương m khoảng cách hai đường đẳng áp), D tính mét động lực Nếu bỏ 10 − vế phải, D tính biểu diễn milimet động lực Một vấn đề thực tiễn đặt tính toán dòng chảy mật độ biển việc xác định mặt không động lực, mặt đẳng áp nằm ngang dòng chảy mật độ 9/17 Dòng chảy biển triệt tiêu Tuy nhiên, vấn đề đòi hỏi nghiên cứu sâu, nên không xét tới phần Người ta biết rằng, thông thường mặt không động lực nằm độ sâu 1000-1500 m đại dương, biển vùng gần bờ, nằm độ sâu nhỏ 7.4 Lý thuyết dòng chảy građien biển đồng Chúng ta xét trường hợp trường dòng chảy građien gây độ nghiêng mặt nươvs dâng rút, biến đổi áp suất khí biển hay dòng bờ mật độ đồng theo phương ngang, bỏ qua lực nội ma sát, ma sát đáy đáng kể lớp sát đáy dòng chảy ổn định Khi góc nghiêng γ mặt đẳng áp mặt thoáng biển độ sâu (hình 34a) Giải thích hình thành dòng chảy građien αμ Nếu độ sâu biển lớn độ sâu ma sát ( D' = π√ ωsinϕ , μ − hệ số ma sát rối lớp), mặt biển thành phần gsinγ cân lực Coriolis, giống trường hợp dòng chảy mật độ xét (hình 34b): VT = gsinγ 2ωsinϕ (109) Dòng chảy tồn từ mặt tới độ sâu D' Góc γ xác định dòng chảy mật độ, mà phải xác định từ quan trắc mực nước Như dòng chảy có tốc độ không đổi từ mặt tới D' hướng vuông góc với độ dốc lớn mực nước phía bên phải Ở vĩ độ trung bình D' có giá trị khoảng 100 m 10/17 Dòng chảy biển Ở lớp ma sát đáy, gsinγ cân với R (tổng hợp lực lực Coriolis K vuông góc với dòng chảy lực ma sát T hướng ngược dòng chảy) (hình 34c) Xét sơ đồ cân lực, chiếu lực lên hướng dòng chảy hướng vuông góc với nó, ta có gsinγcosβ = T, gsinγsinβ = K suy ra: tgβ = K T VT = = 2ωsinϕ μ (110) gsinγ √ μ2 + (2ωsinϕ)2 (111) Ta thấy gần đáy, hệ số μ tăng, góc lệc β độ lớn VT giảm Rõ ràng, lớp ma sát đáy, từ biên D' tới đáy, vectơ dòng chảy quay bên trái tiến đến trùng với hướng độ dốc lớn mực nước, trị số giảm dần tiến tới không đáy Bài toán dòng chảy građien biển đồng giải cách xác sử dụng hệ phương trình chuyển động chất lỏng nhớt Navier-Stocks Kết cho thấy biến đổi vectơ dòng chảy građien theo độ sâu phụ thuộc vào tỷ số độ sâu biển H độ sâu ma sát D' Trên hình 35 biểu diễn đường cong nối điểm mút vectơ dòng chảy độ sâu cách 0,1H cho ba trường hợp tỷ số độ sâu biển độ sâu ma sát khác Điểm cuối đường cong ứng với mặt biển, điểm gốc ứng với đáy biển Các đường nối đầu mút vectơ dòng chảy građien biển đồng 11/17 Dòng chảy biển Thấy rằng, biển nông ( H = 0,25 {D'), dòng chảy độ sâu lệch so với hướng độ dốc lớn mực nước giá trị vận tốc giảm tuyến tính theo độ sâu Biển sâu ( H = 0,5D') dòng chảy mặt biển lệch nhiều bên phải so với hướng độ dốc lớn mực nước xuống sâu, quay dần sáng phía trái, tốc độ giảm không theo quy luật tuyến tính Đối với biển sâu ( H = 1,25 {D'), toàn bề dày nước biển chia làm hai lớp: lớp nằm độ sâu D', dòng chảy građien không đổi theo độ sâu, lệch bên phải góc vuông so với hướng độ dốc lớn mực nước giá trị vận tốc tính theo công thức (109); lớp sát đáy, với độ dày D', dòng chảy biến đổi hướng lẫn độ lớn, biên lớp, dòng chảy lớp trên, biên trên, quay trái giảm giá trị đến không đáy 7.5 Hoàn lưu ven bờ Ở bờ sâu ( H > D) gió thổi song song với bờ phía bên trái đường bờ gây nên tượng nước dâng bờ dòng toàn phần hướng bên phải hướng gió Nếu gió thổi vuông góc với bờ, dòng toàn phần chuyển động dọc bờ Thành phần dòng toàn phần pháp tuyến bờ tạo nên độ nghiêng mực làm xuất dòng chảy građien Khi độ nghiêng mặt nhỏ, dòng chảy građien yếu so với dòng chảy trôi Dần dần với tăng độ nghiêng mực, dòng chảy trôi dòng chảy građien tiến tới trạng thái cân bằng, hoàn lưu trở nên ổn định, vùng ven bờ biển hình thành dòng chảy trôi – građien tổng cộng Nếu H > (D + D'), bề dày nước chia làm ba lớp: - Lớp sát đáy – từ đáy đến D', ngự trị dòng chảy građien với vận tốc tăng dần từ không đáy tới cực đại độ sâu D', hướng quay dần từ hướng xấp xỉ với hướng độ nghiêng cực đại mực nước (ở tầng sát đáy) đến vuông góc với độ nghiêng cực đại (ở độ sâu D'); - Lớp sâu nằm độ sâu D' D, nơi quan trắc thấy dòng chảy građien sâu, không bị ảnh hưởng ma sát, không bị ảnh hưởng gió, hướng dòng chảy song song bờ (vuông góc với hướng độ nghiêng cực đại mực), vận tốc không đổi; - Lớp mặt (lớp ma sát) – từ mặt tới độ sâu ma sát D– nơi quan trắc thấy dòng chảy mặt tổng cộng dòng chảy sâu không đổi dòng chảy trôi biến đổi theo độ sâu tốc độ hướng 12/17 Dòng chảy biển Nếu độ sâu biển H = D + D', lớp sâu với dòng chảy sâu Nếu độ sâu biển giảm nữa, vùng bờ biển có chế độ dòng chảy trôi građien chịu tác động ma sát đáy Ở vùng bờ nước nông thoải, độ sâu H < D, dâng rút nước gió thổi vuông góc bờ gây nên, dòng chảy građien hướng theo độ dốc mực Thành thử, lớp mặt quan trắc thấy dòng chảy gió vuông góc bờ, lớp sát đáy dòng chảy građien hướng ngược lại với dòng chảy mặt Rõ ràng sơ đồ hoàn lưu ven bờ nêu luôn dẫn đến tồn dòng nước trồi nước chìm mà người ta thường quan sát thấy số vùng bờ Trên hình 36 thể sơ đồ hoàn lưu ven bờ vùng bờ tây bắc châu Phi tiếng vùng khai thác cá lớn giới Sơ đồ hoàn lưu ven bờ vùng bờ tây bắc châu Phi: a) hướng tín phong; b) hodograph vận tốc dòng chảy gió dòng chảy građien; c) hướng dòng chảy trồi nước bờ 7.6 Dòng triều Ở chương nói thủy triều, chúng tqa xét đến số đặc điểm loại dòng chảy có tính chất tuần hoàn đại dương Dòng triều đặc trưng quy luật riêng có dao động triều mực nước Chúng ta đãxét điều kiện hình thành chế độ dòng triều thuận nghịc hay dòng triều xoay Trong tự nhiên, dòng triều thuận nghịch quan sát thấy dải ven bờ, vùng cửa sông, eo biển Nếu sóng thủy triều lan truyền dạng sóng tiến, vận tốc dòng triều đạt cực đại vào lúc nước lớn, nước ròng đổi dòng, tức không, vào thời điểm mực nước qua vị trí trung bình Nếu sóng thủy triều sóng đứng, 13/17 Dòng chảy biển chẳng hạn trường hợp phản xạ sóng triều đỉnh vịnh, dòng triều đạt cực đại mực nước trung bình không nước lớn nước ròng Dòng triều xoay quan trắc vùng khơi xa bờ Hodograph dòng triều xoay thực tế có dạng ellip với bán trục lớn hướng theo hướng truyền sóng, vectơ dòng triều thông thường quay theo chiều kim đồng hồ bắc bán cầu Như biết chương thủy triều, lý thuyết dòng triều chưa sử dụng vào việc dự tính tương lai Trên thực tế, người ta phải sử dụng quan trắc trực tiếp để thu đặc trưng dòng triều Dòng chảy mà quan trắc dụng cụ đo trực tiếp dòng tổng cộng dòng chảy gió, građien dòng triều Khi nghiên cứu dòng chảy không tuần hoàn, dễ dàng loại trừ dòng triều tuần hoàn từ chuỗi quan trắc dòng chảy thực phép lấy trung bình khác Với chuỗi quan trắc dòng chảy ngày, cách đơn giản loại trừ dòng triều cách cộng tất hình chiếu tốc độ ngày để nhận dòng dư (dòng chảy gió dòng chảy građien); muốn nhận giá trị tốc độ dòng triều giờ, cần lấy dòng tổng cộng trừ dòng dư Với chuỗi quan trắc dài ngày, áp dụng phương pháp phân tích điều hòa để xử lý nhận số điều hòa dòng triều tương tự số điều hòa mực nước dùng để dự báo dòng triều 7.7 Sơ đồ hoàn lưu ngang tổng quát nước Đại dương Thế giới Hệ thống dòng chảy mặt Đại dương Thế giới hình thành tác động khí quyển, xạ Mặt Trời, lực tạo triều lực Coriolis Trên đồ địa lý thường cung cấp sơ đồ tổng quát dòng chảy građien dòng chảy gió tổng cộng Bức tranh dòng chảy nhìn chung phản ánh trường gió tổng quát lớp không khí sát mặt nước Ở biểu lộ tác động áp thấp xích đạo, xoáy nghịch cận nhiệt đới, dòng tín phong; phần bắc Ấn Độ Dương chịu ảnh hưởng gió mùa Về tổng thể, hoàn lưu nước mặt Đại dương Thế giới thể hệ thống xoáy thuận xoáy nghịch khổng lồ Ở phần tây đới cận nhiệt đới bắc nam bán cầu có hệ thống xoáy nghịch tương ứng với xoáy nghịch cận nhiệt đới khí Ở vĩ độ trung bình (bắc bán cầu) vĩ độ cao hoàn lưu xoáy nghịch nước thay hoàn lưu xoáy thuận sau đó, Bắc Băng Dương, lại thay hoàn lưu xoáy nghịch Những kích thước ngang hệ thống hoàn lưu đo hàng nghìn kilômet 14/17 Dòng chảy biển Ở đới xích đạo tương quan hoàn lưu đại dương khí bị phá vỡ, nơi hình thành vòng tuần hoàn nước xoáy nghịch cỡ trung bình, phần đông vĩ độ nhiệt đới thay hệ thống hoàn lưu vĩ mô xoáy thuận Chuyển động quay vòng nước đối ngược với di chuyển khối không khí người ta giải thích bất đồng vận tốc dòng tín phong Những hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới khâu phát triển mạnh hoàn lưu nước đại dương Chúng hình thành sau: dòng tín phong cố định tạo nên bắc nam bán cầu dòng chảy mậu dịch cố định bền vững, chảy qua đại dương từ đông sang tây tạo nên phần ngoại vi phía nam vòng quay xoáy nghịch bắc bán cầu phần ngoại vi phía bắc vòng quay xoáy nghịch nam bán cầu Ở bờ Đại Tây Dương, ảnh hưởng lục địa bất đồng tín phong, dòng chảy mậu dịch chia nhánh Một phận nước không lớn ngoặt xích đạo, bị lôi vào chuyển động xoáy nghịch tham gia hình thành dòng chảy nghịch xích đạo, nhánh chính, dạng hải lưu nhiệt đới mạnh mẽ, chuyển động phía vĩ độ cao làm nên phần ngoại vi phía tây hoàn lưu xoáy nghịch Động lực chuyển động dâng nước hải lưu mậu dịch mang đến bờ đông lục địa hoàn lưu khí xoáy nghịch cận nhiệt đới Ở vĩ độ trung bình, đới tác động dòng gió tây cố định, dòng chảy quay ngoặt lại cắt qua đại dương từ tây sang đông dạng hải lưu cận nhiệt đới ấm mang nước nóng mặn vĩ độ thấp, làm thành phần ngoại vi phía bắc (ở bắc bán cầu) phía nam (ở nam bán cầu) hệ thống xoáy nghịch đại dương Ở phần phía đông đại dương, ảnh hưởng lục địa, hải lưu bắc đại dương nam đại dương lại chia nhánh Một nhánh, tác động xoáy nghịch cận nhiệt đới khí quyển, ngoặt xích đạo để hoàn lại lượng nước rút dòng tín phong khép kín hệ thống hoàn lưu xoáy nghịch đại dương Đó hải lưu bù trừ nhiệt đới lạnh Khi chuyển động đến xích đạo, chúng nung nóng dần dòng tín phong thu hút, lệch phía tây khỏi bờ hòa nhập vào hải lưu mậu dịch Một phận nước khác chệch phía vĩ độ cao, bị thu hút vào hệ thống xoáy thuận vĩ mô vĩ độ cao bắc bán cầu vào chuyển động xoay tròn quanh nam cực nam bán cầu Các hệ thống xoáy thuận vĩ độ cao (các hệ thống xoáy thuận cận cực bắc cận cực nam) bắc bán cầu nam bán cầu khác biệt cách đáng kể Hệ thống xoáy thuận cận cực bắc hình thành vùng áp thấp Iceland Aleut trình chuyển động tiến lên phía bắc dòng chảy bắc đại dương Khi tiến đến biên Bắc Băng Dương hải lưu phân nhánh: nhánh hướng vào Bắc Băng Dương (như 15/17 Dòng chảy biển dòng chảy ấm mặn), nhánh khác bám dọc biên phía tây đến tới lục địa, hòa nhập với nước cực lạnh mang tới từ Bắc Băng Dương, tạo nên đoạn khởi đầu dòng chảy cận cực bù trừ lạnh (ảnh hưởng nước cực lạnh đặc biệt mạnh Đại Tây Dương) Khi gặp hải lưu nhiệt đới nóng, nước hải lưu bù trừ lạnh quay sang phía đông, khép kín hệ thống xoáy thuận bắc bán cầu Hệ thống xoáy nghịch cận nam cực kích thước phát triển xa hệ thống cận bắc cực Nó hình thành hải lưu vòng quanh Nam Cực (hải lưu gió tây) hải lưu sát bờ Nam Cực gió đông nam cao áp lục địa Nam Cực Hệ thống xoáy thuận ảnh hưởng hình dạng đường bờ, địa hình đáy, baqát đồng trường gió số nguyên nhân khác bị phân dã thành số vòng chuyển động xoáy thuận với quy mô trung bình Trong vòng quay xoáy nghịch diễn dồn nước phía tâm kèm theo dâng nước phần ngoại vi chìm nước vùng trung tâm Trong xoáy thuận, trình dâng nước xảy trung tâm, chìm nước xảy phần ngoại vi Hệ thống xoáy nghịch Bắc Băng Dương mắt xích hoàn lưu nước Bắc Băng Dương Nó chịu ảnh hưởng cao áp cực phần sát Thái Bình Dương thủy vực Bắc Băng Dương hệ thống hoàn lưu xoáy thuận vĩ độ cao Hệ thống xích đạo nằm phía bắc xích đạo đến khoảng 10-12 oV.B, đạt phát triển mạnh vào mùa hè bắc bán cầu, mà hải lưu mậu dịch nambán cầu tăng cường, hải lưu mậu dịch bắc bán cầu yếu đi, Phần ngoại vi phía bắc xoáy nghịch hệ thống xích đạo hình thành dòng chảy nghịch xích đạo bù trừ vùng cực tiểu vận tốc gió, độ ổn định cường độ tăng dần phía đông Các hệ thống xoáy thuận nhiệt đới có lẽ liên quan tới hình thành xoáy bất đồng trường gió lan rộng sang phía tây Chúng hình thành phần phía đông nhiệt đới đại dương khoảng bờ tây lục địa phần ngoại vi đông nam đông bắc hệ thống cận nhiệt đới xích đạo (tuần tự bắc nam bán cầu) Những hệ thống xoáy thuận nhiệt đới có lẽ cấu tạo từ xoáy thuận quy mô trung bình, phần lớn lớp nước mặt lộ lên mặt Sơ đồ hải lưu nêu có tính chất phổ biến cho Đại Tây Dương, Thái Bình Dương phần nam Ấn Độ Dương Phần bắc Ấn Độ Dương nằm đới gió mùa, hải lưu có tính mùa đặc điểm gió mùa Những mắt xích hoàn lưu nước phát vào thời kỳ mùa đông, hướng gió mùa trùng với hướng gió tín phong đông bắc 16/17 Dòng chảy biển Như trao đổi nước ngang nước đại dương thực chủ yếu dọc theo vĩ tuyến Sự trao đổi vĩ độ diễn cách mang nước từ hệ thống hoàn lưu vĩ mô sang hệ thống khác phần ngoại vi phía đông phía tây chúng Còn liên quan bán cầu bắc bán cầu nam thực thông qua xoáy quy mô trung bình hệ thống hoàn lưu xích đạo Trong hoàn lưu liên tục nước đại dương, hay người ta nói, trường vận tốc liên tục này, với mức độ quy ước định, người ta tách dòng chảy riêng biệt cho chúng tên gọi ghi đồ dòng chảy đại dương Câu hỏi để tự kiểm tra 1) Phân biệt nguyên nhân dòng chảy trôi, dòng chảy mật độ dòng chảy građien 2) Biến đổi vectơ vận tốc theo độ sâu loại dòng chảy 3) Độ sâu ma sát trên, độ sâu ma sát gì? 4) Cân địa chuyển gì? 5) Vẽ sơ đồ biến đổi vectơ vận tốc dòng chảy theo độ sâu điểm gần bờ sâu dốc đứng trường hợp, chẳng hạn, a) gió thổi song song với bờ phía bên trái bờ; b) gió thổi từ bờ tạo với bờ góc 45o 6) Những nhân tố định hoàn lưu mặt đại dương? Nêu hệ thống hoàn lưu vĩ mô mặt đại dương 17/17 [...]... những đặc trưng cơ bản của dòng triều Dòng chảy mà chúng ta quan trắc được bằng những dụng cụ đo trực tiếp là dòng tổng cộng của các dòng chảy gió, građien và dòng triều Khi nghiên cứu những dòng chảy không tuần hoàn, chúng ta có thể dễ dàng loại trừ được dòng triều tuần hoàn từ chuỗi quan trắc dòng chảy thực bằng những phép lấy trung bình khác nhau Với những chuỗi quan trắc dòng chảy ngày, cách đơn giản... thấy dòng chảy građien sâu, không bị ảnh hưởng của ma sát, không bị ảnh hưởng của gió, hướng dòng chảy song song bờ (vuông góc với hướng độ nghiêng cực đại của mực), còn vận tốc thì không đổi; - Lớp mặt (lớp ma sát) – từ mặt tới độ sâu ma sát trên D– nơi đây quan trắc thấy dòng chảy mặt tổng cộng của dòng chảy sâu không đổi và dòng chảy trôi biến đổi theo độ sâu cả về tốc độ và hướng 12/17 Dòng chảy biển. .. tượng nước dâng ở bờ do dòng toàn phần hướng về bên phải hướng gió Nếu gió thổi vuông góc với bờ, dòng toàn phần sẽ chuyển động dọc bờ Thành phần dòng toàn phần pháp tuyến đối với bờ sẽ tạo nên độ nghiêng mực làm xuất hiện dòng chảy građien Khi độ nghiêng mặt còn nhỏ, dòng chảy građien cũng yếu so với dòng chảy trôi Dần dần với sự tăng của độ nghiêng mực, dòng chảy trôi và dòng chảy građien tiến tới... những dòng chảy riêng biệt và cho chúng những tên gọi như đã ghi trên những bản đồ dòng chảy các đại dương Câu hỏi để tự kiểm tra 1) Phân biệt nguyên nhân của dòng chảy trôi, dòng chảy mật độ và dòng chảy građien 2) Biến đổi của vectơ vận tốc theo độ sâu trong các loại dòng chảy trên 3) Độ sâu ma sát trên, độ sâu ma sát dưới là gì? 4) Cân bằng địa chuyển là gì? 5) Vẽ sơ đồ biến đổi của vectơ vận tốc dòng. .. giữa độ sâu biển H và độ sâu ma sát dưới D' Trên hình 35 biểu diễn các đường cong nối các điểm mút của các vectơ dòng chảy ở các độ sâu cách nhau 0,1H cho ba trường hợp tỷ số giữa độ sâu của biển và độ sâu ma sát dưới khác nhau Điểm cuối cùng của các đường cong ứng với mặt biển, điểm gốc ứng với đáy biển Các đường nối đầu mút các vectơ dòng chảy građien trong biển đồng nhất 11/17 Dòng chảy biển Thấy... các dòng chảy gió và dòng chảy građien; c) hướng dòng chảy và sự trồi nước ở bờ 7.6 Dòng triều Ở chương nói về thủy triều, chúng tqa đã xét đến một số đặc điểm của loại dòng chảy có tính chất tuần hoàn này của đại dương Dòng triều được đặc trưng bởi chính những quy luật riêng có của dao động triều của mực nước Chúng ta cũng đãxét những điều kiện trong đó hình thành chế độ dòng triều thuận nghịc hay dòng. .. chảy biển Nếu độ sâu biển H = D + D', thì lớp sâu với dòng chảy sâu sẽ mất đi Nếu độ sâu biển giảm hơn nữa, thì vùng bờ biển sẽ có chế độ dòng chảy trôi và građien cùng chịu tác động của ma sát đáy Ở vùng bờ nước nông thoải, độ sâu H < D, sự dâng và rút nước sẽ do gió thổi vuông góc bờ gây nên, còn dòng chảy građien thì hướng theo độ dốc mực Thành thử, ở lớp mặt sẽ quan trắc thấy dòng chảy gió vuông góc... nhất là loại trừ các dòng triều bằng cách cộng tất cả những hình chiếu tốc độ trong ngày để nhận được dòng dư (dòng chảy gió hoặc dòng chảy građien); muốn nhận được giá trị tốc độ dòng triều từng giờ, chỉ cần lấy dòng tổng cộng từng giờ trừ đi dòng dư Với những chuỗi quan trắc dài ngày, có thể áp dụng các phương pháp phân tích điều hòa để xử lý và cũng nhận được những hằng số điều hòa dòng triều tương... dùng để dự báo các dòng triều 7.7 Sơ đồ hoàn lưu ngang tổng quát của nước Đại dương Thế giới Hệ thống các dòng chảy trên mặt Đại dương Thế giới được hình thành dưới sự tác động của khí quyển, bức xạ Mặt Trời, các lực tạo triều và lực Coriolis Trên các bản đồ địa lý thường chỉ cung cấp những sơ đồ tổng quát của các dòng chảy građien và các dòng chảy gió tổng cộng Bức tranh các dòng chảy nhìn chung phản... trong quá trình chuyển động tiến lên phía bắc của dòng chảy bắc đại dương Khi tiến đến biên Bắc Băng Dương hải lưu phân nhánh: một nhánh hướng vào Bắc Băng Dương (như một 15/17 Dòng chảy biển dòng chảy ấm và mặn), nhánh khác bám dọc biên đi về phía tây đến tới lục địa, hòa nhập với nước cực lạnh được mang tới từ Bắc Băng Dương, tạo nên đoạn khởi đầu của dòng chảy cận cực bù trừ lạnh (ảnh hưởng của nước .. .Dòng chảy biển dòng chảy sát đáy Nếu nhiệt độ nước dòng chảy cao nhiệt độ nước xung quanh, dòng chảy gọi dòng chảy nóng, ngược lại – dòng chảy lạnh Dựa vào tính chất... thấy dòng chảy mặt tổng cộng dòng chảy sâu không đổi dòng chảy trôi biến đổi theo độ sâu tốc độ hướng 12/17 Dòng chảy biển Nếu độ sâu biển H = D + D', lớp sâu với dòng chảy sâu Nếu độ sâu biển. .. hướng ngược với dòng chảy mặt Tại độ sâu z = D / vectơ dòng chảy hướng vuông góc với dòng chảy mặt độ sâu z = 2D, vectơ dòng chảy lại hướng với dòng chảy mặt giá trị 1/536 dòng chảy mặt Nếu chiếu