V, (5.17) trong đó và tuần tự là những tổng trữ lượng nước trong Đạ
5.6.4. Cân bằng nước của các đại dương
Phương trình cân bằng nước đại dương đối với một thể tích tùy ý giới hạn bên trên bở mặt phân cách với khí quyển, bên dưới - đáy đại dương, có thể biểu diễn phù hợp với (5.6) dưới dạng như sau:
0 * * * 2 * 1 B FW FW P E , (5.23) trong đó B biến thiên khối lượng nước trong thời gian; và dòng nước mang đến và dòng nước mang đi qua các mặt thẳng đứng của thể tích do các dòng chảy và trao đổi rối vĩ mô;
*1 1 W F * 2 W F * P dòng nước đến qua mặt do giáng thủy P, dòng nước lục địa và tan băng biển Q M; E*
mất nước qua mặt đại dương do bốc hơi và tạo thành băng biển . Đối với đại dương bên ngoài các vùng cực trong điều kiện lấy trung bình năm
M
0 B , 0
, 0. Khi đó nếu tính tới đẳng thức của lượng tới và lượng đi của khối lượng nước mặn ta có
M M M M Q P E F FW1 W2 , (5.24) trong đó và lượng tới và lượng đi của nước ngọt qua các biên thẳng đứng của thể tích. Về thực chất phương trình này là phương trình cân bằng nước ngọt.
1
W
F FW2
Đương nhiên, các dòng nước ngọt qui mô lớn dưới dạng thuần túy không bao giờ gặp thấy, ngoại trừ một số ít vùng (thí dụ, những khu vực gần cửa các sông lớn). Đặc điểm quan trọng của phương trình (5.24) là ở chỗ tất cả các số hạng của nó - cùng một bậc, trong khi ở biểu thức (5.23) các dòng và ít ra cũng lớn hơn một số bậc so với các số hạng còn lại. Phương trình (5.24) sẽ rất thuận tiện nếu sử dụng hoặc cho một đại dương riêng biệt, hoặc cho các bộ phận biệt lập của nó có dạng những thủy vực nửa kín (biển Địa Trung Hải, vịnh Pêchxic v.v...).
*1 1
W
F FW*2
Nếu tích phân phương trình (5.24) theo toàn bộ mặt Đại dương Thế giới, thì với những điều kiện năm khí hậu phương trình cân bằng nước ngọt sẽ có dạng biểu thức (5.22). Khi chuyển sang những thời khoảng ngắn hơn, trong phương trình (5.22) đã phải tính đến sự biến thiên của thể tích Đại dương Thế giới cũng như các hiệu ứng tan và tạo băng biển.
Ta sẽ xem xét cân bằng nước của từng đại dương dựa trên phương trình (5.23). Trong trường hợp này những đại lượng và đặc trưng cho trao đổi nước giữa các đại dương. Trong bảng 5.9 dẫn các ước lượng trao đổi nước của V.N. Stepanov và A.M. Grisenko. Khối lượng nước chủ yếu được vận chuyển ở phần gần Nam Cực - trong hệ thống dòng chảy vòng quanh cực Nam Cực.
1
W
F FW2
Bảng 5.9. Trao đổi nước giữa các đại dương (theo A.M. Grisenko, V.N. Stepanov)
Lượng đến Lượng đi Hiệu Đại dương 103 km3/năm % 103 km3/năm % 103 km3/năm % từ tổng trao đổi Đại Tây Dương 6704 34 6706 34 2 0,2 Ấn Độ Dương 7200 36 7190 36 +10 0,1 Thái Bình Dương 5775 29 5790 29 15 0,2 Bắc Băng Dương 281 1 277 1 +4 1,4 Tổng 19960 100 19963 100 3 0,01
Ở Thái Bình Dương nhận thấy cường độ vận chuyển nước nhỏ nhất, bởi vì sự trao đổi nước hạn chế bằng một eo hẹp Drake. Đại Tây Dương cũng như vậy. Lượng nước lớn nhất được trao đổi ở Ấn Độ Dương qua những khoảng không gian lớn giữa châu Phi, Úc và Nam Cực.
Tỉ lệ tương quan giữa các phần đến - của cân bằng và tổng khối lượng nước trong một đại dương có thể cho ta một khái niệm nào đó về cường độ
trao đổi nước. Theo đánh giá, trao đổi nước toàn phần ở Ấn Độ Dương sẽ diễn ra trong 40 năm, ở Bắc Băng Dương - 45 năm, ở Đại Tây Dương - 50 năm và cuối cùng ở Thái Bình Dương - 120 năm.
Để kết thúc ta xét phương trình cân bằng nước ngọt đối với một đai vĩ độ bất kì, với những điều kiện dừng phương trình này có thể biểu thị dưới dạng sau: ] , [ ] [ ] [ div FWY EP Q
trong đó dòng nước ngọt kinh hướng toàn phần. Thuật ngữ này lần đầu tiên được Stommel đưa ra năm 1980, theo ông đó là dòng những giá trị âm của độ muối được qui chuẩn theo giá trị trung bình của nó trên mặt cắt vĩ hướng.
WYF F
Đặc điểm đặc trưng của phương trình (5.25) là ở chỗ vế trái của nó không thể xác định trực tiếp theo số liệu quan trắc được. Vì vậy để ước lượng vận chuyển kinh hướng nước ngọt có thể chỉ sử dụng vế phải của phương trình này, trong đó bốc hơi hiệu dụng có ý nghĩa quan trọng nhất. Nếu biết ước lượng bốc hơi hiệu dụng và dòng nước lục địa và cho điều kiện biên, thí dụ tại Bắc Cực, , từ phương trình (5.25) có thể nhận được phân bố của các dòng nước ngọt kinh hướng trong Đại dương Thế giới (bảng 5.10).
0
WYF F
Bảng 5.10. Phân bố dòng nước ngọt toàn phần kinh hướng trong Đại dương
Thế giới, 103 km3/năm (theo V.N. Malinhin) Vĩđộ (o) Bán cầu 0 10 20 30 40 50 60 70 Bắc 7,9 6,5 4,0 22,8 23,5 17,6 11,3 7,0 Nam 7,9 13,3 0 15,2 21,8 16,5 7,1 2,0
Theo số liệu của bảng 5.10, qui luật chính là các dòng nước ngọt hầu như ở mọi nơi đều hướng từ các cực về xích đạo, hơn nữa giá trị cực đại xảy ra tại vĩ độ 40o ở cả hai bán cầu. Và chỉ ở đới xích đạo (10oN-10oS) dưới tác
động mạnh của dải hội tụ nội nhiệt đới thì qui luật này mới bị phá vỡ. Tại xích đạo dòng nước ngọt hướng về phía nam bán cầu. Rõ ràng để bảo toàn cân bằng một lượng nước đúng bằng như vậy cần phải được khí quyển mang qua xích đạo về bán cầu bắc.
Nếu so sánh dòng nước ngọt với dòng hiển nhiệt kinh hướng (xem bảng 5.2) thì dễ dàng thấy rằng trên phần lớn Đại dương Thế giới hai dòng này có hướng đối ngược nhau, hơn nữa các cực đại của chúng nhận thấy hầu như trên cùng một vĩ độ. Ngoại trừ đới xích đạo, nơi đây hoạt động của dải hội tụ nội nhiệt đới có ảnh hưởng đáng kể tới sự biến đổi đặc điểm phân bố kinh hướng của dòng nước ngọt, nhưng thực tế không ảnh hưởng tới sự phân bố của vận chuyển nhiệt kinh hướng.