e. Phân loại theo cấu trúc độ mặn
6.6 Hoàn lưu biển Đông
Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu hoàn lưu và đặc điểm dòng chảy biển Đông theo hai hướng tiếp cận. Hướng thứ nhất là xử lý thống kê trường dòng chảy thực đo và tính toán theo phương pháp động lực trong số các công trình nghiên cứu thì kết quả của Wyrtki được xem là đầy đủ nhất vì nó được xây dựng trên nguồn tư liệu thực đo trên quy mô toàn biển Đông. Hướng thứ hai là tính dòng chảy bằng phương pháp mô hình số, cho đến nay kết của tính toán của Đinh Văn Ưu được xem là có độ tin cậy lớn nhất, có khả năng giải thích được cấu trúc nhiệt động học biển Đông.
Đặc điểm quan trọng nhất của các nhân tố tác động lên mặt biển Đông là sự biến động mạnh mẽ của chúng theo không gian và thời gian. Sự biến đổi theo thời gian chủ yếu là do gió mùa gây nên, còn nguyên nhân biến đổi theo không gian là do địa hình và các quá trình hòan lưu khí quyển nhiệt đới- xích đạo quy mô lớn. Cùng với các nhân tố tác động lên mặt biển, các quá trình trao đổi giữa biển Đông với thủy vực biển kề cận và đất liền cũng có sự biến động lớn theo không gian và thời gian, điều này có ảnh hưởng lớn đến chếđộ thủy văn và hoàn lưu biển.
Thực chất của hoàn lưu của biển Đông là hoàn lưu mùa, bao gồm hai bức tranh hoàn lưu cơ bản đối lập nhau tương ứng với hai mùa gió: gió mùa đông và gió mùa hè. Hình 6.9 biểu diễn dòng chảy mùa đông và dòng chảy mùa hè trên mặt biển Đông.
Hình 6.9a. Hoàn lưu tầng mặt tháng 1 Hình 6.9b. Hoàn lưu tầng mặt tháng 7 Đối với thời kỳ chuyển tiếp, phụ thuộc vào quá trình thay thế của các trường khí tượng trong từng mùa mà các đặc trưng hoàn lưu có thể xuất hiện sớm hơn hoặc lưu lại dài hơn.
Trong mùa đông, hoàn lưu nước trên tầng mặt biển Đông hình thành một xoáy thuận chính trên phần lớn khu vực biển sâu kèm theo hiện tượng cường hóa dòng chảy dọc bờ biển miền Trung, Việt Nam. Tại vùng biển ngoài khơi Nam Trung Bộ, xoáy thuận bị thu hẹp theo chiều ngang tạo thành xoáy nam biển Đông với dải hội tụ theo hướng kinh tuyến.
Trên khu vực bắc biển Đông, bên cạnh xoáy thuận chính do hệ quả tác động của hiệu ứng gió, dòng Kuroshio xâm nhập vào biển Đông đã làm xuất hiện dòng chảy ấm bắc biển Đông chảy ngược chiều gió. Như vậy mùa đông trên biển Đông tồn tại một xoáy thuận lớn bao gồm hai xoáy thuận vừa ( một ở phần bắc và một ở phần nam biển). Xoáy nghịch tại khu vực đông-bắc biển bao gồm dòng chảy Kuroshio xâm nhập vào và dòng chảy ấm biển Đông. Xoáy nghịch phía bắc Borneo được hình thành bởi dòng đi ra từ thềm lục địa và dòng chảy ven bờ (hình 6.10a)
Hình 6.10 Sơ đồ các bộ phận hoàn lưu cơ bản trên biển Đông [2] 1. Kuroshio
2. Dòng Kuroshio xâm nhập trực tiếp 3. Dòng uốn Kuroshio
4. 5,6 Dòng tây Luzon
7. Dòng chảy ấm biển Đông 8. Dòng ven Quảng Đông 9. Xoáy thuận nam biển Đông 10. Dòng thềm lục địa
Trong mùa hè, dòng chảy có xu thế theo hướng ngược hẳn với mùa đông, trên vùng biển phía nam tồn tại một xoáy nghịch dọc theo kinh tuyến 1100E. Vị trí của tâm xoáy nghịch này phụ thuộc vào cường độ và vị trí của khu vực hoàn lưu tách bờ. Đối với hoàn lưu chung, một bộ phận của dòng chảy từ phía nam vẫn tiếp tục đi lên phía bắc với tốc độ dần mạnh lên, chảy dọc theo ven bờ Trung Quốc và thoát ra biển Đông Trung Hoa qua eo Đài Loan (hình 6.10b).
Trong vịnh Bắc Bộ và vịnhThái Lan, do độ sâu của biển không lớn nên hoàn lưu được hình thành chủ yếu do tác động của trường gió thịnh hành trên mặt biển. Tuy nhiên với mối quan hệ tương đối chặt chẽ với biển Đông, quá trình trao đổi nước qua cửa vịnh cũng tạo nên tính đa dạng trong phân bố, biến động của hoàn lưu mùa trong các vịnh. Tính đa dạng này còn bị chi phối bởi sự khác biệt của quá trình tương tác biển khí, chủ yếu là tương tác nhiệt trên các vịnh, phụ thuộc vào vị trí địa lý của chúng.
Đặc điểm quan trọng của hoàn lưu vịnh Bắc Bộ là sự tồn tại dòng chảy ven bờ tây vịnh trong cả năm. Bên cạnh hoàn lưu dạng xoáy thuận còn có sự hiện diện của một xoáy nghịch trên vùng biển phía bắc vịnh trong mùa hè. Nguyên nhân hình thành hoàn lưu trong mùa hè trên vịnh Bắc Bộ là sự phân hóa về hướng gió trên vịnh, do sự kết hợp của áp thấp bắc Đông Dương và dải hội tụ nhiệt đới. Với hướng gió thịnh hành đông – nam từ Bạch Long Vĩ đến Hải Phòng, Quảng Ninh, sự hình thành hai xoáy đối lập dấu nằm hai phía bắc và nam đã khẳng định vai trò của biển Đông trong việc là tăng cường dòng chảy đi về phía nam ven bờ tây vịnh.
Hoàn lưu trong vịnh Thái Lan cơ bản khác biệt nhau trong hai mùa, mùa đông trong dạng xoáy thuận và mùa hè trong dạng xoáy nghịch. Các kết quả khảo sát cho thấy sự tồn tại của một số xoáy quy mô vừa trong từng mùa tại các khu vực phía bắc vịnh, ven bờ biển Việt Nam và Malaysia. Sự phân hóa này có thểđược giải thích bở sự phân hóa của trường gió trên vịnh và trên biển Đông: gió tây trên vịnh và tây nam trên biển Đông trong mùa hè, đông bắc trên biển Đông và đông trên vịnh trong mùa đông. Ngoài ra, quá trình trao đổi nước giữa vịnh và biển Đông và sự biến đổi lưu lượng các sông cũng góp phần tạo ra sự chuyển động đa dạng này.
Một trong những đặc điểm của hoàn lưu liên quan đến vùng viển Việt Nam là dòng chảy đi về phía nam ven bờ tây Nam Bộ trong cả hai mùa, điều này đã được khẳng định qua nhiều kết quả khảo sát và kết quả tính toán theo phương pháp mô hình hóa.
Ngoài các dòng chảy vận động theo phương ngang, nước biển Đông, đặc biệt là ở bộ phân tây tây nam, tức là dọc bờ biển Việt Nam, từ Nam Trung Bộ, Đông Nam Bộ cho tới cửa vịnh Thái Lan còn tồn tại và phát triển các dòng chảy theo phương thẳng đứng: đó là các vùng nước trồi (upwelling) và nước chìm (sinking). Đây là hiện tượng độc đáo và rất quan trọng vì có thể làm biến đổi môi trường nước, hình thành các khối nước khác nhau và nhất là có liên quan tới độ phì của nước biển và nghề khai thác hải sản.
Các vùng có hiện tượng nước trồi là các vùng dị thường của nước mặt ở ngoài khơi. Chẳng hạn như vùng biển phía ngoài Phan Thiết về mùa hè có nhiệt độ thấp, khoảng 260C trong khi đó nhiệt độ nước xung quanh lại là 28-290C, ngược lại độ muối lại lớn khoảng 34‰, trong khi ở vùng xung quanh là 33-33,5‰.Để giải thích về nguyên nhân hình thành hiện tượng này có nhiều ý kiến khác nhau, song nhìn chung đây là ảnh hưởng tổ hợp của các yếu tố địa hình bờ, đáy biển và sự xáo trộn của các hải lưu có hướng trái ngược nhau.
Tốc độ của dòng nước trồi rất nhỏ và cũng có sự phân hóa khác nhau tùy thuộc vào các điều kiện địa phương cụ thể. Theo nghiên cứu bước đầu của Trương Đình Hiển (1981), tốc độ nước trồi trung bình là khoảng 0,5-4.10-3cm/s, trong đó vùng Ninh Thuận và Bình Thuận ở Nam Trung Bộ nước ta là 0,7.10-3cm/s và vùng đông nam Côn Đảo là 4.10-3cm/s. Đồng thời, theo kết quả tính toán sơ bộ của Nguyễn Kim Vinh (1981), tốc độ cực đại của nước trồi có thể tới 4.10-2cm/s và giá trị tuyệt đối của dòng nước chìm nhỏ hơn chỉ vào khoảng 0,9.10-2cm/s.
Câu hỏi ôn tập:
1. Trình bày tóm tắt lý thuyết hải lưu trôi của Ekman?
2. Các loại dòng chảy ở vùng cửa sông ven biển và trên đại dương? 3. Đặc trưng cơ bản của các hoàn lưu trên Biển Đông?
Tài liệu tham khảo
1. Nguyen Ngoc Thuy (1986). Tides in the coastal zones of Viet Nam. Hanoi. 2. Roos A. (1997). Tides and tidal currents. IHE-Delft.
3. Van Heijst (1996). Geophysical fluid dynamics.- Eindhoven, October.
4. Marco Bijvelds (2001). Numerical modelling of estuarine flow over steep topography-Doctoral thesis- Eindhoven.
5. Nielson, B.J., A. Kuo & J. Brubaker (eds.) 1989. Estuarine circulation. Humana Press, Clifton, NJ pp400. 6. Kramer Kees J.M., Brockmann Uwe H. Warwick. (1994). Tidal estuaries: Manual of Sampling and
Analytical Procedures.
7. Doodson A.T., Warburg H.D.; (1941) Adminiralty manual of tides,-Her majecsty’s stationary office , Publications of the Hydrographic Department, London, Reprinted 1980, 270p.
8. Bearman, J. Brown, (1989). Water, tides and shallow-water processes. Pergamon Press, 186p.
9. Stelling G.S., Booij N. (1999). Computational modelling flow and transport. Delft University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geosciences. 157p.
10. G.Abraham (1982-1983). International course in hydraulic engineering- Reference notes on density currents and transport processes. Delft.
11. David T.Pugh (1987). Tides, surges and mean sea level.
12. Harold V. Thurman (1983). Essentials of oceanography.United States of America.
13. C.B. Vreugdenhil (1998), Numerical methods for shallow water flow, Kluwer academic publishers.
14. Steven A. Hughes (1993), “Physical models and laboratory techniques in coastal engineering” in Advanced series on Coastal engineering – volume 7. World scientific – Singapore.
15. Yalin, M.S.1971. Theory of Hydraulic models, MacMilan Press, London, England. 16. Leo C. van Rijn, 1998, Principles of coastal morphology, Aqua publication. 17. A.G. van Os (1998). Density currents and salt intrusion. IHE-Delft.
18. Nguyễn Văn Âu, Địa lý tự nhiên biển Đông, Nhà xuất bản đại học Quốc gia Hà nội ,2002. 19. Vũ Uyển Dĩnh, Môi trường biển tác động lên công trình, Nhà xuất bản xây dựng,2002. 20. Lương Phương Hậu, Động lực học và công trình cửa sông, Nhà xuất bản xây dựng, 2005. 21. Phạm Văn Vỵ, Bài giảng Động lực học biển, Trường ĐH Quốc gia Hà nội, 2000. 22. Nguyễn Văn Lai, giáo trình Hải dương học, nhà xuất bản xây dựng, hà nội 2006.
23.
PHỤ LỤC
Bảng 3.3 Node factor f for the middle of each year for the period 1970 to 1999 (P. Schureman: Manual of harmonic analysis and prediction of tides. U.S. Department of Commerce, Coast and Geodetic Survey, 1941)
Constituent 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 J1 1.155 1.132 1.097 1.051 0.995 0.936 0.881 0.842 0.827 0.839 K1 1.105 1.088 1.063 1.029 0.991 0.951 0.916 0.891 0.882 0.890 K3 1.289 1.232 1.150 1.055 0.957 0.871 0.804 0.763 0.748 0.760 L3 0.882 0.668 1.118 1.270 1.014 0.808 0.988 1.179 1.169 0.994 M1 1.967 2.176 1.503 1.012 1.535 1.777 1.428 0.870 0.874 1.361 M1, N3, 2N, λ3, 0.966 0.973 0.983 0.995 1.008 1.020 1.029 1.035 1.038 1.039 M3 0.950 0.960 0.975 0.993 1.012 1.029 1.044 1.054 1.057 1.054 M4, MN 0.934 0.948 0.967 0.991 1.016 1.039 1.059 1.072 1.077 1.073 M4 0.903 0.922 0.951 0.966 1.024 1.060 1.090 1.110 1.118 1.112 M3 0.873 0.896 0.935 0.981 1.032 1.081 1.122 1.149 1.160 1.151 O1, Q1, 2Q, ρ1 1.170 1.143 1.101 1.047 0.984 0.920 0.863 0.822 0.806 0.819 O O 1.716 1.575 1.380 1.159 0.940 0.750 0.607 0.517 0.485 0.512 MK 1.068 1.059 1.045 1.024 0.998 0.970 0.943 0.923 0.915 0.922 2MK 1.032 1.031 1.028 1.020 1.006 0.989 0.970 0.956 0.950 0.955 Mf 1.417 1.341 1.233 1.102 0.962 0.831 0.723 0.652 0.625 0.647 Mm 0.882 0.906 0.940 0.982 1.025 1.067 1.100 1.123 1.131 1.124 Constituent 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 J1 0.877 0.930 0.989 1.045 1.093 1.130 1.153 1.164 1.163 1.148 K1 0.913 0.948 0.987 1.026 1.060 1.086 1.104 1.112 1.111 1.100 K2 0.799 0.864 0.949 1.045 1.142 1.226 1.285 1.315 1.310 1.270 L2 0.848 1.001 1.238 1.157 0.745 0.811 1.263 1.244 0.749 0.746 M1 1.656 1.468 0.974 1.323 2.050 2.032 1.292 1.367 2.142 2.122 M1, N3, 2N, λ3, 1.030 1.021 1.009 0.997 0.984 0.974 0.967 0.964 0.964 0.969 M3 1.045 1.031 1.013 0.994 0.977 0.962 0.951 0.946 0.947 0.954 M4, MN 1.061 1.042 1.018 0.993 0.969 0.949 0.935 0.928 0.930 0.939 M4 1.092 1.063 1.027 0.989 0.954 0.924 0.904 0.894 0.896 0.910 M3 1.125 1.085 1.036 0.986 0.939 0.901 0.874 0.862 0.864 0.881 O1, Q1, 2Q, ρ1 0.858 0.915 0.979 1.041 1.096 1.140 1.168 1.182 1.180 1.161 O O 0.596 0.735 0.921 1.137 1.361 1.560 1.706 1.778 1.766 1.668 MK 0.941 0.967 0.996 1.022 1.043 1.058 1.068 1.072 1.071 1.065 2MK 0.969 0.987 1.005 1.019 1.027 1.031 1.032 1.032 1.032 1.032 Mf 0.715 0.820 0.949 1.088 1.221 1.333 1.412 1.450 1.443 1.392 Mm 1.103 1.070 1.029 0.986 0.944 0.909 0.884 0.872 0.874 0.891 Constituent 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 J1 1.120 1.080 1.030 0.972 0.914 0.864 0.833 0.829 0.852 0.896 K1 1.079 1.051 1.015 0.976 0.937 0.905 0.886 0.883 0.897 0.926 K2 1.203 1.115 1.016 0.922 0.842 0.785 0.754 0.750 0.772 0.821 L2 1.216 1.248 0.898 0.801 1.077 1.208 1.107 0.921 0.893 1.096 M1 1.334 1.156 1.778 1.829 1.282 0.800 1.083 1.487 1.560 1.214 M1, N3, 2N, λ3, 0.977 0.968 1.000 1.013 1.024 1.032 1.037 1.038 1.034 1.027 M3 0.966 0.982 1.000 1.019 1.036 1.048 1.056 1.057 1.051 1.040 M4, MN 0.955 0.976 1.000 1.025 1.048 1.065 1.075 1.076 1.069 1.054 M4 0.932 0.964 1.000 1.038 1.072 1.099 1.115 1.117 1.105 1.082 M3 0.911 0.952 1.000 1.051 1.098 1.134 1.156 1.159 1.143 1.111 O1, Q1, 2Q, ρ1 1.128 1.081 1.024 0.960 0.897 0.844 0.812 0.808 0.832 0.879 O O 1.505 1.296 1.072 0.863 0.688 0.565 0.498 0.489 0.538 0.643 MK 1.054 1.038 1.015 0.988 0.959 0.934 0.918 0.916 0.928 0.950 2MK 1.030 1.025 1.015 1.000 0.982 0.964 0.952 0.951 0.959 0.976 Mf 1.303 1.184 1.048 0.910 0.786 0.691 0.636 0.629 0.669 0.752 Mm 0.918 0.956 0.998 1.042 1.081 1.110 1.128 1.130 1.117 1.091
Bảng 3.4 Equilibrium argument (Vo+u) for meridian of Greenwich at the start of each calendar year (P. Schureman: Manual of harmonic analysis and prediction of tides. U.S. Department of Commerce, Coast and Geodetic Survey, 1941)
Constituent 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 J1 270.0 1.8 93.1 197.4 286.6 14.3 100.2 198.6 281.8 4.9 89.1 188.9 276.5 5.6 95.8 201.0 K1 13.4 15.5 17.1 19.0 19.2 18.2 16.2 14.1 10.5 6.8 3.7 2.5 1.5 1.5 2.4 4.9 K2 207.2 211.5 214.8 218.4 218.2 215.8 211.5 207.6 200.9 194.2 188.2 185.6 183.1 182.6 184.2 189.3 L1 262.8 60.3 245.2 81.8 282.4 99.0 276.4 99.7 297.9 130.9 310.2 116.6 313.4 159.2 350.3 135.8 M1 156.2 48.6 307.8 234.9 158.7 51.8 302.5 198.6 135.7 41.8 291.5 170.8 87.9 30.0 291.6 171.7 M3 165.4 266.8 8.0 84.5 185.3 285.8 26.0 101.8 201.8 301.9 42.0 117.9 218.4 319.1 60.0 136.8 M2 68.1 40.2 11.9 306.8 277.9 248.6 219.0 152.7 122.7 92.8 63.0 356.8 327.6 298.6 270.0 205.2 M1 330.9 173.6 15.9 169.1 10.5 211.5 52.1 203.6 43.7 243.8 84.0 235.8 76.7 278.1 120.0 273.6 M4 136.3 80.4 23.9 253.6 195.8 137.2 78.1 305.3 245.5 185.7 126.0 353.7 295.1 237.2 180.0 50.3 M3 301.7 347.1 31.8 338.2 21.0 63.0 104.1 47.1 87.3 127.5 168.0 111.6 153.4 196.2 240.0 187.1 N1 270.1 282.7 295.2 270.0 282.0 293.8 305.3 279.3 290.6 301.9 313.3 287.4 299.2 311.2 323.4 298.4 2N 14.8 298.7 222.4 95.4 18.7 301.8 224.6 96.8 19.4 302.0 224.7 97.0 20.0 303.2 226.7 100.0 O1 150.7 249.0 347.8 61.7 162.0 263.5 6.5 85.7 191.3 296.9 41.6 119.4 221.1 321.4 60.8 134.2 OO 58.7 326.4 232.6 163.9 64.6 321.1 212.6 126.5 9.8 253.0 139.2 57.5 313.6 213.9 117.6 51.0 P1 349.8 350.0 350.2 349.5 349.7 350.0 350.2 349.5 349.7 349.9 350.2 349.4 349.7 349.9 350.2 349.4 Q1 255.4 265.0 275.0 247.2 258.7 271.5 285.8 263.2 280.1 297.0 312.9 289.0 301.9 313.5 324.2 295.8 2Q 0.1 281.0 202.2 72.6 355.4 279.5 205.1 80.7 8.8 297.0 224.3 98.5 22.7 305.6 227.5 97.4 R1 177.8 177.6 177.3 178.0 177.8 177.5 177.3 178.0 177.7 177.5 177.2 178.0 177.7 177.4 177.2 177.9 S1 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 180.0 S2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 T1 2.2 2.4 2.7 2.0 2.2 2.5 2.7 2.0 2.3 2.5 2.8 2.0 2.3 2.6 2.8 2.1 λ2 285.6 197.4 109.1 7.6 278.8 189.8 100.6 358.2 268.8 179.4 90.0 347.8 258.8 170.0 81.4 240.0 μ2 330.0 172.1 14.0 167.0 8.4 209.7 50.7 202.8 43.6 244.4 85.3 237.6 78.8 280.2 121.9 275.1 γ2 225.3 136.1 86.8 341.5 271.7 201.7 131.4 25.3 314.9 244.4 174.0 68 358 298.2 218.6 113.5 ρ1 210.6 138.4 66.6 318.7 248.4 179.4 111.9 9.2 304.3 239.4 173.6 69.6 0.7 290.5 219.4 110.9 MK 178.9 282.3 25.1 103.6 204.4 304 42.2 115.9 212.3 308.7 45.7 120.4 219.8 320.5 62.4 141.7 2MK 317.4 158.1 358.8 150 351.4 193.3 35.9 189.4 33.2 237 80.4 233.3 75.3 276.6 117.6 268.6