8. í nghĩa khoa học và thực ti ễn
3.4 Biến thiờn theo mựa của EEJ
Với chuỗi số liệu trường từ thu được trờn vệ tinh CHAMP và tại 3 đài địa từ
trong vũng 72 thỏng liờn tục trờn, ngoài việc nghiờn cứu biến đổi biờn độ của EEJ trung bỡnh trong từng năm như ở trờn, chỳng tụi cũng sử dụng chuỗi số liệu này để
nghiờn cứu biến thiờn theo mựa của nú. Cỏc mựa địa từđược quy định như sau: mựa hố gồm cỏc thỏng 5, 6, 7, 8; mựa đụng gồm: thỏng 11, 12, 1, 2 và hai phõn điểm là: xuõn phõn: thỏng 3, 4; thu phõn: thỏng 9, 10. Hỡnh 3.20a, biểu diễn j0 tớnh từ số liệu vệ tinh CHAMP tại giữa trưa địa phương cho toàn bộ 6 năm số liệu (từ 2002-2007) phụ thuộc vào kinh tuyến, hỡnh 3.20b biểu diễn giỏ trị j0 tớnh được từ số liệu đài địa từ HUA, AAE, BCL với cỏc mựa và thời gian tương ứng. Từ cỏc hỡnh này thấy rằng:
Hỡnh 3.20a: Biến thiờn theo mựa mật độ dũng của EEJ từ số liệu vệ tinh CHAMP trờn toàn kinh tuyến với 6 năm số liệu (2002-2007).
Hỡnh 3.20b: Biến thiờn theo mựa của EEJ từ số liệu 3 trạm mặt đất (2002-2007). (Đường đậm nột liền là mựa đụng, đường mảnh nột liền là mựa hố,
đường mảnh nột rời là phõn điểm thỏng 3, 4 và đường đậm nột rời là phõn điểm thỏng 9, 10).
- Giỏ trị j0 vào phõn điểm và mựa hố trờn toàn kinh tuyến đều tồn tại bốn đỉnh cực đại và bốn đỉnh cực tiểu như giỏ trị trung bỡnh năm mật độ dũng của EEJ (Hỡnh 3.14) hay cũn gọi là “số súng - 4”. Trong đú cực trị tại vựng kinh tuyến qua chõu Á (khoảng 1050E) là mạnh nhất.
- Biến thiờn của j0 vào mựa đụng thỡ lại cú xu hướng khỏc với cỏc mựa khỏc, trờn toàn kinh tuyến chỉ xuất hiện 3 cực đại tại kinh tuyến: 1350W, 100W và 1100E (tại kinh tuyến 1350W là mạnh nhất) và 3 cực tiểu tại kinh tuyến: 750W, 450E, 1600E, hay cũn gọi là “số súng - 3” trờn toàn kinh tuyến.
- Biờn độ j0 theo từng mựa tớnh từ cả hai loại số liệu trờn đều phản ỏnh qui luật: lớn nhất vào xuõn phõn và giảm dần vào thu phõn, mựa hố, yếu nhất vào mựa
đụng
Hagan và Forbes [52] đó sử dụng mụ hỡnh súng quy mụ toàn cầu (Global Scale Wave Model - GSWM) nghiờn cứu cỏc thành phần triều ngày đờm di trỳ và khụng di trỳ ở quyển giữa và phần quyển nhiệt bờn dưới truyền lờn trờn từ tầng đối lưu, ở đú cỏc hoạt động triều kớch thớch bởi cỏc quỏ trỡnh giải phúng nhiệt liờn quan với đối lưu sõu trong vựng nhiệt đới. Cỏc kết quả mụ phỏng số của Hagan et al. [53] sử dụng cỏc hiệu ứng triều cú nguồn gốc trong tầng đối lưu lờn khớ quyển tầng cao và tầng giữa đó phỏt hiện ra cỏc dấu hiệu rừ rệt của triều ngày đờm số súng 3 theo hướng vĩ tuyến (DE3), cú cực đại gần 110 km và thõm nhập vào nhiệt quyển bờn trờn. Hagan cũng chỉ ra rằng phõn ró triều khụng di trỳ chiếm ưu thế bởi hiệu ứng DE3 trong phần trờn quyển giữa và phần dưới của nhiệt quyển (MLT) làm gia tăng mạnh mẽ trường giú vĩ
hướng trung bỡnh, ảnh hưởng lờn độ cao và biờn độ của cỏc dũng điện trong vựng vĩ độ thấp kể cả EEJ. Cỏc tỏc giả cũng xỏc định được dao động dừng số súng 4 quy mụ hành tinh (sPW4) trong vựng MLT, kớch thớch bởi tương tỏc phi tuyến giữa DE3 và triều ngày đờm di trỳ (DW1), nghĩa là sPW4 điều khiển hưởng ứng DE3 trong MLT và cú thể ảnh hưởng tới dynamo vựng E cũng như cỏc dấu hiệu điện ly và nhiệt quyển ở cỏc độ cao lớn hơn. Kil [63] nghiờn cứu mật độ plasma tầng điện ly trờn toàn cầu đó khẳng định sự trụi dạt thẳng đứng (EG∧BG) đó tạo ra cỏc súng cú cấu trỳc bậc 3 hay bậc 4 dọc theo kinh tuyến và cho rằng sự dịch chuyển về phớa đụng của triều là nguồn gốc của “số súng -3” trờn tầng điện ly. Như vậy cho tới nay sự tồn tại
của cỏc cấu trỳc số súng 3 và 4 trong biến thiờn mựa của j0 đều được cho là liờn quan tới hoạt động triều khớ quyển cú nguồn gốc từ tầng đối lưu.
Tarpley [107] đó cho rằng chuyển động theo mựa của cỏc tõm của hệ dũng Sq cú thể giải thớch biến thiờn mựa biờn độ EEJ. Dũng hướng về phớa đụng tổng cộng (dũng Sq, EEJ) chạy giữa cỏc tõm ở nam và bắc bỏn cầu được cho là như nhau ở tất cả cỏc mựa, tuy nhiờn dũng chạy trong vựng electrojet xớch đạo tỷ lệ nghịch với khoảng cỏch giữa cỏc tõm của hệ dũng Sq. Khi khoảng cỏch giữa cỏc tõm giảm, cường độ dũng EEJ tăng và ngược lại. Như vậy, chuyển động về phớa xớch đạo của mỗi tõm ở những thỏng phõn điểm sẽ gõy nờn sự gia tăng biờn độ EEJ. Dịch chuyển về phớa cực của tõm hệ dũng Sq ở bỏn cầu bắc vào thời kỳđụng chớ (cỏc thỏng 11 và 12) và tõm ở bỏn cầu nam vào thời kỳ hạ chớ cỏc thỏng 5 và 6 gõy nờn sự suy giảm biờn độ EEJ và cỏc thời kỳ chớ điểm. Hơn nữa, một yếu tố khỏc cú thể làm gia tăng ớt nhiều mật độ dũng EEJ vào cỏc thỏng phõn điểm là mật độđiện tử khu vực xớch đạo
được tăng thờm (vỡ vậy độ dẫn điện tăng lờn) khi Mặt Trời ở đỉnh đầu ở cỏc thời kỳ
phõn điểm. Sự gia tăng về độ dẫn là nhỏ, chỉ khoảng 5-6% so với giỏ trung bỡnh năm, trong khi biến thiờn mà của cường độ EEJ là khoảng 15-30%, như vậy chuyển
động theo mựa của cỏc tõm của hệ dũng Sq được cho là nguyờn nhõn chớnh của cỏc biến thiờn về biờn độ của EEJ.
Riờng khu vực kinh tuyến từ 1100W - 1700W, EEJ tớnh từ số liệu CHAMP vào mựa đụng lại mạnh lờn đỏng kể tuy nhiờn do khụng cú số liệu của đài trạm trong khu vực này để so sỏnh, và đõy vẫn là vấn đề chưa giải thớch được.
Bảng 3.5 là kết quả tớnh j0 và ∆j0 tớnh từ hai loại số liệu thu được tại vị trớ 3 trạm HUA, AAE, BCL tớnh từ số liệu vệ tinh CHAMP và từ cỏc trạm cho cỏc mựa khỏc nhau. Ở từng trạm với cả hai loại số liệu j0 lớn nhất vào xuõn phõn và nhỏ nhất vào mựa đụng. Tương tự như giỏ trị trung bỡnh năm, giỏ trị ∆j0 tại vị trớ của trạm AAE giữa hai loại số liệu lệch nhau nhiều điều này cũng đó được đề cập trong mục 3.4.3 ở trờn.
Giỏ trị j0 tớnh từ số liệu đài địa từ tại đài HUA lại lớn hơn tại đài BCL (bảng 3.5) trong thời kỳ phõn điểm và cú biờn độ bằng nhau trong mựa hố. Nhưng j0 tớnh từ số liệu vệ tinh tại HUA lại nhỏ hơn tại BCL trong cỏc mựa.
Bảng 3.5: Giỏ trị j0 tại vị trớ cỏc đài địa từ vào cỏc mựa khỏc nhau
j0 tại HUA (A/km)
tớnh từ số liệu j0 ttớnh tại AAE (A/km) ừ số liệu j0 ttớnh tại BCL (A/km) ừ số liệu Mựa đài địa từ CHAM P ∆j0 đài địa từ CHAM P ∆j0 đài địa từ CHAM P ∆j0 Xuõn phõn 144 124 20 130 69 61 128 139 -11 Thu phõn 124 115 9 100 62 38 119 135 -16 Mựa hố 110 105 5 91 54 37 110 118 -8 Mựa đụng 104 60 44 84 45 39 106 104 2 3.5 Biến thiờn theo hoạt động Mặt Trời của EEJ
Hỡnh 3.21a biểu diễn giỏ trị trung bỡnh thỏng số vết đen Mặt Trời thu được trong khoảng thời từ năm 2002 đến hết năm 2007 với đường liền nột là giỏ trị trung bỡnh (tớnh với cửa sổ trượt 12 thỏng cho toàn bộ số liệu), số vết đen Mặt Trời cú xu hướng giảm dần trong khoảng thời gian nghiờn cứu. Hỡnh 3.21b biểu diễn giỏ trị
trung bỡnh năm mật độ dũng EEJ tớnh từ số liệu của 3 đài địa từ (HUA, AAE, BCL) cho từng đài và hỡnh 3.21c biểu diễn giỏ trị trung bỡnh năm mật độ dũng của EEJ phụ thuộc vào kinh tuyến trong cỏc năm 2002, 2004, 2007 thu được trờn vệ tinh CHAMP với khoảng thời gian tương tự như hỡnh 3.21a. Từ cỏc hỡnh 3.21a, 3.21b, 3.21c chỳng ta thấy rằng j0 tớnh từ số liệu mặt đất và số liệu vệ tinh CHAMP tại vị trớ của cả 3 đài địa từđều giảm theo hoạt tớnh mặt trời từ 2002 đến 2007. Ngoài ra, trờn hỡnh 3.21c cũn cho thấy j0 tớnh từ số liệu vệ tinh CHAMP biến đổi phức tạp theo kinh tuyến, biến đổi của mật độ dũng EEJ và hoạt tớnh mặt trời khụng đồng nhất ở
cỏc vựng kinh tuyến khỏc nhau. Tại cỏc khu vực cú kinh tuyến trong khoảng từ
400E đến 1800E, từ 700W đến 1000W, từ 1600W đến 1800W giỏ trị mật độ dũng giảm dần theo số vết đen Mặt Trời, ở cỏc khu vực kinh tuyến cũn lại giỏ trị mật độ
dũng biến đổi khụng theo quy luật trờn.
Như vậy, sự biến đổi mật độ dũng EEJ tớnh từ số liệu vệ tinh CHAMP với sự
hoạt động của Mặt Trời thể hiện tớnh bất đồng nhất theo kinh tuyến của EEJ, điều này phản ỏnh rằng biến đổi của mật độ dũng j0 chịu ảnh hưởng từ nhiều nguồn phức tạp: hoạt tớnh mặt trời, cỏc quỏ trỡnh điện động lực trong tầng điện ly, triều khớ quyển cú nguồn gốc từ tầng đối lưu… nhưđó phõn tớch.
2002 2004 2006 2008 Năm 0 50 100 150 200 S ố v ết đe n m ặt t rời
Hỡnh 3.21a: Giỏ trị trung bỡnh thỏng(chấm trũn) số vết đen Mặt Trời từ năm 2002- 2007, đường nột liền là giỏ trị trung bỡnh trượt 12 thỏng.
2002 2003 2004 2005 2006 2007 Năm 70 80 90 100 110 120 130 140 150 M ậ t độ dò ng ( A /k m ) BCL HUA AAE
Hỡnh 3.21c: Giỏ trị j0 tớnh từ số liệu vệ tinh CHAMP năm 2002,2004, 2007 và vị trớ
để xỏc định j0 tại vị trớ cỏc đài địa từ HUA, AAE, BCL.
3.6 Mụ hỡnh húa EEJ từ số liệu vệ tinh CHAMP
Từ giỏ trị mật độ dũng j0tớnh từ 6 năm số liệu CHAMP (Hỡnh 3.22), và ỏp dụng phương trỡnh tổng quỏt 2.34 đó nờu trong chương 2 (với j12(λ) chớnh là giỏ trị j0
tại kinh tuyến bất kỳ). Sau đú, ỏp dụng cụng thức 2.40 và 2.41 dễ dàng tớnh được cỏc thành phần của trường từ do EEJ gõy ra.
3.6.1 Mụ hỡnh húa cỏc thành phần trường từ do EEJ gõy ra
Hỡnh 3.23a,c,e,g,m,p và hỡnh 3.23b,d,f,h,q lần lượt là giỏ trị của cỏc thành phần ∆H (Delta H) và ∆Z (Delta Z) trung bỡnh 6 năm số liệu trờn toàn cầu tớnh tại độ
cao h=400km so với mặt đất; một nửa bề rộng a=330km; tm=4 giờ; T=12 giờ; tương
ứng tại 0giờ, 4giờ, 8giờ, 12giờ, 16giờ và 20giờ (giờ quốc tế). Giỏ trị đạt cực đại của
∆H khoảng 60nT (lấy trị tuyệt đối), biờn độ cực đại của ∆Z vào khoảng 40nT, khoảng cỏch đường đồng mức cho cỏc hỡnh vẽ là 10nT. Từ cỏc hỡnh vẽ này cú thể
nhận thấy rằng hiệu ứng của EEJ nằm tại từng thời điểm đều tồn tại trong khoảng nửa ngày (dải kinh tuyến khoảng 180o), và theo thời gian hiệu ứng EEJ di chuyển từ
đụng sang tõy do hiệu ứng quay của Trỏi Đất.
Hỡnh 3.24 biểu diễn giỏ trị 2 thành phần ∆H và ∆Z tại giữa trưa địa phương trờn toàn kinh tuyến. Nú cho phộp chỳng ta cú cỏi nhỡn tổng thể về phõn bố của từng thành phần trường do EEJ gõy ra trờn toàn cầu tại cựng một thời điểm. Trờn hỡnh vẽ
này, chỳng ta nhận thấy rằng cả ∆H và ∆Z đều thể hiện được cỏc khu vực cú đỉnh cực trị như trờn hỡnh 3.22 ở trờn và chỳng ta cũng cú thể thấy hiệu ứng của EEJ cực
đại ở khu vực cú kinh tuyến 105o nhưđó kết luận ở chương trước. Như vậy, mụ hỡnh 3EM là mụ hỡnh thực nghiệm đó cho phộp mụ tả khỏ tốt dũng điện xớch đạo phụ
thuộc vào kinh độ, vĩ độ và thời gian địa phương, cho chỳng ta một bức tranh khỏ hoàn chỉnh về biờn độ, qui luật phõn bố, thời gian xuất hiện, hướng dịch chuyển của hệ dũng điện này trờn toàn cầu mà khi chỉ dựa vào cỏc quan sỏt rời rạc đó khụng phản ỏnh được. Dựa vào mụ hỡnh này chỳng ta cú thể tớnh được giỏ trị mật độ dũng
điện của một điểm quan sỏt bất kỳ hay dự bỏo được biờn độ của nú trong tương lai mà cỏc giỏ trị này khỏ tin cậy. Tiếp theo, chỳng tụi sẽđỏnh giỏ độ lệch bỡnh phương trung bỡnh giữa giỏ trị thực tế và mụ hỡnh.
Hỡnh 3.22: Giỏ trị j0 trung bỡnh từ 6 năm số liệu vệ tinh CHAMP (2002-2007) tại cỏc kinh tuyến khỏc nhau.
Hỡnh 3.23a,b: Thành phần nằm ngang (∆H) và thành phần thẳng đứng (∆Z) tại 0 giờ.
Hỡnh 3.23ef: Thành phần nằm ngang (∆H) và thành phần thẳng đứng (∆Z) tại 8 giờ.
Hỡnh 3.23m,n:Thành phần nằm ngang (∆H) và thành phần thẳng đứng (∆Z) tại 16giờ.
Hỡnh 3.24a,b: Giỏ trị∆H (hỡnh trờn)và ∆Z (hỡnh dưới) tại giữa trưa địa phương trờn toàn cầu.
3.6.2 So sỏnh kết quả tớnh mụ hỡnh và số liệu thu được từ CHAMP
Hỡnh 3.11 biểu diễn việc so sỏnh giữa EEJ thu được từ mụ hỡnh và EEJ tớnh từ
số liệu vệ tinh CHAMP cho năm 2003 tại cỏc vựng cú kinh tuyến khỏc nhau: hỡnh 3.11a là một vài lỏt cắt số liệu cho khu vực cú kinh tuyến từ 0-1800E, hỡnh 3.11b cho khu vực kinh tuyến 0=1800W. Trờn mỗi hỡnh vẽ đường nột đứt màu đỏ là giỏ trị ∆F (hay DeltaF) do EEJ gõy ra tớnh được từ mụ hỡnh, đường nột liền màu xanh là giỏ trị ∆F từ số liệu CHAMP cho mỗi lỏt cắt số liệu. Trờn mỗi hỡnh cũn được biểu diễn cỏc tham số khỏc như: h là giỏ trịđộ cao của vệ tinh, Long là kinh tuyến vệ tinh bay qua. Chỳng ta nhận thấy rằng cỏc đường ∆F tớnh từ mụ hỡnh và từ số liệu quan sỏt là khỏ trựng nhau. Chỳng tụi đó tiến hành tớnh độ lệch bỡnh phương trung bỡnh (RMS) cho toàn bộ toàn bộ số liệu của 6 năm (2002-2006) là 5.4nT, giỏ trị độ lệch này là rất nhỏ
so với trường từ do EEJ gõy ra (khoảng vài chục nT) và mụ hỡnh mật độ EEJ xõy dựng nhưđó trỡnh bày hoàn toàn cú thể chấp nhận được.
Hỡnh 3.25a: ∆F thu được từ mụ hỡnh (đường màu đỏ) và từ CHAMP (đường màu xanh) của một vài lỏt cắt trong vựng kinh tuyến từ 00 - 1800E.
Hỡnh 3.25b: ∆F thu được từ mụ hỡnh (đường màu đỏ) và từ CHAMP (đường màu
Kết luận chương 3
Từ việc sử dụng số liệu trường từ thu được trờn vệ tinh CHAMP với hơn 9600 lỏt cắt số liệu trong vũng 6 năm và số liệu trường từ thu được tại 3 cặp đài địa từđại diện cho 3 chõu lục khỏc nhau, chỳng tụi đó tớnh được phần trường từ và giỏ trị mật
độ dũng điện của EEJ trờn toàn cầu cũng như tại vị trớ của cỏc đài địa từ. Tiếp theo, sử dụng kiểu mụ hỡnh thực nghiệm kiểu 3EM của Doumouya và chuỗi số liệu là giỏ trị mật độ dũng điện của EEJ tớnh từ số liệu CHAMP trong vũng 6 năm để mụ hỡnh hệ dũng này. Sau đõy là một số kết luận quan trọng:
- Việc sử dụng cỏc đa thức cú bậc khỏc nhau cho cỏc lỏt cắt số liệu CHAMP khỏc nhau để xấp xỉ phần trường khụng phải do EEJ gõy ra đó cho phộp tỏch hết
được phần trường từ do EEJ gõy ra.
- Biờn độ của trường từ do EEJ gõy ra tớnh từ số liệu vệ tinh CHAMP nằm trong khoảng từ 20nT đến 67nT (tớnh tại độ cao quỹ đạo vệ tinh), tựy từng kinh tuyến và tại cỏc thời gian khỏc nhau giỏ trị này cũng khỏc nhau. Tại vựng cú kinh tuyến khoảng 1050E (qua Việt Nam) trường từ do EEJ gõy ra đạt giỏ trị lớn nhất.
- Giỏ trị trung bỡnh năm của mật độ dũng điện tớnh tại tõm của EEJ tớnh từ số
liệu vệ tinh CHAMP biến đổi trong khoảng từ 40 A/km đến 140 A/km và mật độ
dũng EEJ tại vựng cú kinh tuyến khoảng 1050E cũng lớn nhất. Trờn toàn kinh tuyến, thường cú 4 cực đại và 4 cực tiểu hay cũn gọi là số súng bậc 4 trờn toàn cầu.
- Vị trớ trung tõm của dải dũng EEJ xỏc định từ số liệu CHAMP hầu như nằm xung quanh xớch đạo từ trong khoảng ±10.
- Mật độ dũng của EEJ cũng biến đổi theo mựa rừ rệt, EEJ lớn nhất vào xuõn