Ho†n l~u n~ớc đại d~ơng

1.7.1. Các hệ thống houn lou chính

Tùy thuộc vo quy mô lấy trung bình chuyển động của n‡ớc theo không gian − thời gian m hon l‡u đại d‡ơng có thể chia ra thnh hon l‡u tổng quát (hnh tinh), hon l‡u khu vực v hon l‡u địa ph‡ơng.Houn lou đại doơng tổng quát l chuyển động của n‡ớc đại d‡ơng ở quy mô ton cầu đ‡ợc lấy trung bình trong thời kỳ dị Nó đ‡ợc gây nên bởi các nhân tố nhiệt muối (sự nóng lên, nguội lạnh, bốc hơi v giáng thủy) v cơ học (ứng suất gió tiếp tuyến, áp suất khí quyển) tác động tới mặt đại d‡ơng. Hon l‡u đại d‡ơng, đặc biệt ở lớp mặt, liên quan mật thiết với hon l‡u khí quyển v cùng với nó lm thnh một thể thống nhất.

Houn lou khu vực l chuyển động của các khối n‡ớc trong phạm vi những bộ phận riêng lẻ của đại d‡ơng (thí dụ, Bắc Đại Tây D‡ơng v Nam Đại Tây D‡ơng v.v..). Houn lou địa phoơng l chuyển động của các khối n‡ớc trong các biển riêng lẻ, các vịnh, vũng biển khác biệt với những vùng khơi đại d‡ơng về chế độ thủy văn.

Quy luật quan trọng nhất của hon l‡u đại d‡ơng tổng quát l tồn tại những vòng chu chuyển hon l‡u (xoáy thuận, xoáy nghịch) vĩ mô tựa dừng. Các yếu tố cơ bản của hon l‡u tổng quát l:

1) Các vùng phân kỳ (phân l‡u) tập trung tại những rãnh thấp của địa hình động lực ở phần trung tâm các vòng chu chuyển thuận v gần trùng hợp với những vùng rút n‡ớc v trồi n‡ớc từ d‡ới sâu lên (n‡ớc trồi) trong tr‡ờng dòng chảy trôi;

2) Các vùng hội tụ (hợp l‡u) tập trung tại những đỉnh vòm của địa hình động lực ở phần trung tâm các vòng chu chuyển nghịch, gần trùng với những vùng dâng n‡ớc v chìm n‡ớc xuống sâu (n‡ớc chìm) trong tr‡ờng dòng chảy trôi;

3) Các vùng t‡ơng phản (front) đại d‡ơng giáp ranh giữa các vòng chu chuyển lân cận nhau v biểu hiện trên các bản đồ địa hình mặt đại d‡ơng bằng sự dy sít các đ‡ờng đồng mức động lực;

4) Các vùng bên trong vòng chu chuyển n‡ớc − khoảng không gian giữa các front. Dọc theo các vùng hội tụ trong các tr‡ờng đặc tr‡ng hải d‡ơng học đồng nhất hình thnh cái gọi lnhững biển nội tại.

Hình 1.11. Phân bố các dòng chảy chính v† các hệ thống ho†n l~u vĩ mô ở Đại duơng Thế giới (theo V. N. Stepanov)

I− các hệ thống xoáy thuận nhiệt đới, II − các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới, III −các hệ thống xoáy thuận vĩ độ cao, những ký hiệu quy oớc khác xem trong bảng 1.3 các hệ thống xoáy thuận vĩ độ cao, những ký hiệu quy oớc khác xem trong bảng 1.3

Trên hình 1.11 dẫn sơ đồ tổng quát hon l‡u n‡ớc mặt, theo đó ta có thể phân biệt đ‡ợc những hệ thống hon l‡u vĩ mô chính sau đây:

I − các hệ thống xoáy thuận nhiệt đới; II− các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới; III− các hệ thống xoáy thuận vĩ độ caọ

Các front đại d‡ơng chính phân chia các hệ thống hon l‡u vĩ mô gồm: front xích đạo (ɗ); front cận xích đạo (Cɗ),

các front chí tuyến (T), các front cận cực (Cɉ) v các front cực (ɉ).

Nh‡ ta thấy trên hình 1.11, sự chuyển đổi đới liên tiếp của các hệ thống hon l‡u vĩ mô l quy luật chính của hon l‡u n‡ớc hnh tinh. Tuy nhiên, những khác biệt lớn về phân bố n‡ớc v đất liền ở các bán cầu dẫn tới chỗ: ở Nam bán cầu xuất hiện một vòng chu chuyển n‡ớc vòng quanh cực độc đáo, liên kết tất cả các đại d‡ơng với nhau, còn ở Bắc Băng D‡ơng hình thnh một vòng chu chuyển nghịch không có t‡ơng tự ở Nam D‡ơng. Ngoi ra, tại vùng xích đạo quan sát thấy một hệ thống xoáy nghịch thể hiện yếu hình thnh từ những vòng chu chuyển nghịch không lớn.

Giữa các hệ thống hon l‡u vĩ mô tồn tại một mối liên hệ mật thiết, bởi vì các dòng n‡ớc l phần ngoại vi của hai vòng chu chuyển n‡ớc lân cận. Nhờ đó m sự trao đổi n‡ớc v vận chuyển n‡ớc trong ton Đại d‡ơng Thế giới đ‡ợc thực hiện.

Tất cả các vòng chu chuyển n‡ớc, đặc biệt các vòng chu chuyển nghịch, đều có đặc điểm bất đối xứng đới, có nghĩa l các nhánh hon l‡u kinh h‡ớng v một phần các nhánh vĩ h‡ớng ở phần phía tây các đại d‡ơng biểu hiện thnh những tia n‡ớc mảnh chảy xiết (sự c‡ờng hóa phía tây), còn ở phần phía đông − các dòng chậm v rộng.

Một tính chất lý thú của hon l‡u đại d‡ơng tổng quát l độ ổn định không gian − thời gian caọ Nếu nh‡ trạng thái tức thời của khí quyển đ‡ợc phản ánh trên các bản đồ synop hng ngy th‡ờng ít giống với bức tranh hon l‡u khí quyển ton cầu trung bình nhiều năm, thì ở Đại d‡ơng Thế giới luôn tồn tại một v chỉ một hệ thống ton cầu các hải l‡u chính t‡ơng đối ít biến đổi về vị trí địa lý v c‡ờng độ. Vì vậy, trạng thái tức thời của đại d‡ơng về đại thể l rập khuôn theo hon l‡u trung bình khí hậu của nó. Їơng nhiên, cùng những hệ thống hon l‡u vĩ mô duy trì trong suốt năm. Biến động mùa của hon l‡u n‡ớc chỉ l sự di dịch không lớn trong mùa lạnh của tất cả các hệ thống theo h‡ớng kinh tuyến, tăng c‡ờng độ bản thân hon l‡u do hệ quả tăng t‡ơng phản nhiệt giữa các vĩ độ nhiệt đới v cực cũng nh‡ giữa các đại d‡ơng v lục địạ

Hệ thống xoáy nghịch xích đạọ ở Đại Tây D‡ơng, hệ thống ny quan sát thấy giữa 10 v 15oN từ Nam Mỹ tới châu Phị ở Thái Bình D‡ơng, hệ thống ny hình thnh từ những vòng chu chuyển nghịch không lớn, không v‡ợt ra khỏi một dải 5o kề cận xích đạọ ở ấn Độ D‡ơng, bức tranh phức tạp hơn, bởi vì có các vòng chu chuyển nghịch không lớn ở cả hai phía của xích đạọ

Đặc điểm của hệ thống xoáy nghịch xích đạo l c‡ờng

độ hon l‡u cao, tốc độ đặc tr‡ng lớn hơn 20−30 cm/s trong lớp trên dy 200 m.

ở Đại Tây D‡ơng v Thái Bình D‡ơng các nhánh của hải l‡u Tín phong nam xâm nhập lên Bắc bán cầu tạo thnh phần rìa phía nam của hệ thống xoáy nghịch xích đạọ Rìa phía bắc l hải l‡u ng‡ợc xích đạo, nó đi qua giữa 3−5 v 10−15oN. Tốc độ đặc tr‡ng l 40−50 cm/s, cực đại có thể đạt 110−130 cm/s.

Đặc điểm quan trọng của hệ thống xoáy nghịch xích đạo l ở chỗ với độ sâu c‡ờng độ hon l‡u không những không yếu đi, m mạnh lên. Điều ny biểu lộ đặc biệt rõ ở Thái Bình D‡ơng, tại đây sự chu chuyển nghịch đ‡ợc duy trì thậm chí trong lớp sát đáỵ Nh‡ vậy, hệ thống xoáy nghịch xích đạo, mặc dù với kích th‡ớc t‡ơng đối nhỏ, nh‡ng có độ ổn định cao v giữ vai trò quan trọng trong sự trao đổi n‡ớc giữa các bán cầụ

Các hệ thống xoáy thuận nhiệt đớị Chủ yếu chúng đ‡ợc tạo thnh từ các nhánh của các hải l‡u lạnh bù trừ. ở khoảng vĩ độ 20o cả hai bán cầu các hải l‡u Kanari, Bengen, California v Pêru tách khỏi bờ, h‡ớng ra vùng khơi đại d‡ơng v tại đây có thể đ‡ợc coi l các hải l‡u tín phong. Ch‡a đi tới xích đạo, ở khoảng 5−10o vĩ bắc v nam,

các dòng tín phong chia nhánh: một phần h‡ớng tới phía tây, khép kín vòng chu chuyển nghịch, còn phần khác quay sang h‡ớng đông ở các vĩ độ cận xích đạọ Khi đi tới vùng bờ đông các đại d‡ơng, chúng quay h‡ớng về vùng cận chí tuyến, khép kín các hệ thống xoáy thuận nhiệt đới từ phía đông (ở Đại Tây D‡ơng: các hải l‡u Mũi Xanh v Angon, ở Thái Bình D‡ơng: các hải l‡u Mêhico v Pêru). C‡ờng độ của các hệ thống xoáy thuận nhiệt đới khá cao, đặc biệt ở các rãnh thấp, nơi có những građien mật độ lớn. Thật vậy, tốc độ trong lớp mặt bằng khoảng 20 cm/s. Với độ sâu, tốc độ hơi giảm, song vẫn còn khoảng 5−10 cm/s. Mức độ phát triển các hệ thống xoáy thuận nhiệt đới khá khác nhau giữa các đại d‡ơng, trong đó c‡ờng độ của chúng ở Nam bán cầu mạnh hơn so với ở Bắc bán cầụ Các hệ thống xoáy thuận nhiệt đới phát triển nhất ở Thái Bình D‡ơng, còn ở ấn Độ D‡ơng không quan sát thấỵ

Các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đớị Đây l những vòng chu chuyển n‡ớc lớn nhất sau hệ thống vòng quanh cực Nam Cực. Các hải l‡u lm thnh các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới có độ ổn định cao, quy mô v c‡ờng độ lớn. Các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới đ‡ợc tạo thnh từ những hải l‡u chính sau đây:

1) các hải l‡u tín phong;

2) các hải l‡u lục địa ấm phía tây; 3) các hải l‡u chính miền ôn đới;

4) các hải l‡u nhiệt đới lạnh phía đông.

Trong Đại d‡ơng Thế giới có tới năm vòng chu chuyển nh‡ vậỵ Các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới ít phát triển nhất quan sát thấy ở ấn Độ D‡ơng, phát triển nhất −

ở Đại Tây D‡ơng v Thái Bình D‡ơng. Ngoi ra, các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới ở Bắc bán cầu có kích th‡ớc nhỏ hơn v c‡ờng độ chu chuyển n‡ớc hơi cao hơn so với ở Nam bán cầụ Đó l do građien nhiệt v tính chất lục địa của Bắc bán cầu cao hơn.

Các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới có quan hệ trực tiếp với hệ thống xích đạo v các hệ thống xoáy thuận nhiệt đớị Trong số những hải l‡u tạo thnh các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới, tr‡ớc hết phải phân định các hải l‡u lục địa nhiệt đới ấm − những dòng n‡ớc ổn định v nhanh nhất của Đại d‡ơng Thế giớị Đó l các hải l‡u: Guan, Angtin, Gơntrim v Braxin (ở Đại Tây D‡ơng), Mađagaska v Sômali (ở ấn Độ D‡ơng), Miđanao, Curosyo v Đông úc (ở Thái Bình D‡ơng). Về trung bình, tốc độ của chúng bằng 25−50 cm/s, một số tr‡ờng hợp tới 100 cm/s.

dần về phần trung tâm của các vòng chu chuyển, còn bằng 3−5 cm/s. Cng cách xa mặt đại d‡ơng các hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới cng mờ dần v tan vỡ thnh các xoáy riêng lẻ. Đồng thời chúng di dịch về phía các vĩ độ cao v về rìa tây đại d‡ơng. ổn định nhất l các vòng chu chuyển Bắc Đại Tây D‡ơng v Bắc Thái Bình D‡ơng, những vòng ny khi di dịch về phía tây bắc phát triển tới tận lớp sát đáỵ

Các hệ thống xoáy thuận vĩ độ caọ Các hệ thống ny khác biệt nhiều về kích th‡ớc v c‡ờng độ giữa Bắc bán cầu v Nam bán cầu, đó l do sự phân bố n‡ớc v lục địa ở các vĩ độ caọ Các hệ thống xoáy thuận vĩ độ cao Bắc bán cầu đ‡ợc hình thnh ở vùng các áp thấp Aixơlen v Aleut. Vai trò chủ đạo tạo thnh chúng thuộc về các hải l‡u Bắc Đại Tây D‡ơng v Bắc Thái Bình D‡ơng, các hải l‡u ny có dạng những dòng n‡ớc mạnh tiến lên phía bắc dọc theo vùng ven bờ đông của các đại d‡ơng. Khi đạt tới các eo nối Bắc Băng D‡ơng với các đại d‡ơng khác, chúng tách thnh hai bộ phận. Một h‡ớng vo Bắc Băng D‡ơng, bộ phận khác tiếp tục tiến dọc theo các bờ bắc, sau đó l các bờ tây, trở thnh khởi nguồn của các hải l‡u lạnh bù trừ cận cực (Labrađo, Kamchatski v Oiyasio). Tuy nhiên, nếu ở Thái Bình D‡ơng hải l‡u cận cực đ‡ợc hình thnh hon ton từ n‡ớc lạnh của hải l‡u Bắc Thái Bình D‡ơng, thì ở Đại Tây

D‡ơng hải l‡u cận cực còn đ‡ợc bổ sung một l‡ợng n‡ớc cực khá lớn từ Bắc Băng D‡ơng mang tớị

Trong phạm vi hệ thống xoáy thuận vĩ độ cao Bắc Đại Tây D‡ơng còn có thể nhận ra một loạt các vòng chu chuyển xoáy thuận địa ph‡ơng. Đặc biệt phức tạp l hon l‡u ở thủy vực Bắc Âu, nơi đây hình thnh một số vòng chu chuyển do hệ quả t‡ơng tác giữa hệ thống dòng chảy mặt phức tạp v địa hình đáỵ Chúng nằm ở các lòng chảo biển Grinlen, Lafonten v Na Uy cũng nh‡ ở phần lân cận với Đại Tây D‡ơng của thủy vực Bắc Băng D‡ơng.

Ngoi ra, các vòng chu chuyển thuận đ‡ợc hình thnh ở phía nam Grinlen bởi các dòng chảy Irơmingơ v Labrađo, v trong biển Baffin, nơi n‡ớc ấm của hải l‡u Tây Grinlen t‡ơng tác với n‡ớc lạnh mang đến từ các eo biển quần đảo Bắc Cực − Canađạ

Một hệ thống xoáy thuận lớn v mạnh hơn nhiều hình thnh ở rìa nam của hải l‡u vòng quanh cực Nam Cực v hải l‡u sát bờ Nam Cực. T‡ơng ứng với các đặc điểm tr‡ờng áp suất v địa hình đáy, hệ thống ny có thể chia thnh ba vòng chu chuyển độc lập: Weđen, úc − Nam Cực v Rossạ Lớn nhất trong số đó l vòng chu chuyển Weđen, nó trải rộng hơn 6000 km theo h‡ớng vĩ tuyến v 1000 km theo kinh tuyến, thể tích n‡ớc nó vận chuyển bằng 60 sverđrup.

Các vòng chu chuyển khác (Rossa v úc − Nam Cực) vận chuyển 10 v 40 sverđrup.

Hệ thống vòng quanh cực Nam Cực. Hệ thống ny thực chất gồm một hải l‡u − hải l‡u vòng quanh Nam Cực, nó di chuyển khối l‡ợng n‡ớc khổng lồ từ tây sang đông vòng quanh Nam Cực. Nó đ‡ợc bổ sung thêm bởi n‡ớc của các dòng chảy ở Nam D‡ơng vùng vĩ độ trung bình v của hải l‡u sát bờ Nam Cực, rồi chia sẻ bớt n‡ớc khi nó sát nhập với các vòng chu chuyển cận nhiệt đới v tách nhánh khi gặp cận nam châu Phi, úc v Nam Mỹ, tạo khởi nguồn cho các hải l‡u Bengen, Tây úc v Pêrụ

Hải l‡u vòng quanh cực Nam Cực l hải l‡u lớn nhất trong Đại d‡ơng Thế giới, độ rộng của nó tại một số vùng lớn hơn 2000 km, tốc độ tại mặt đại d‡ơng trung bình bằng 20−30 cm/s, còn l‡u l‡ợng biến thiên trong phạm vi 125−200 sverđrup. Chi tiết hơn về cấu trúc của hải l‡u vòng quanh cực Nam Cực sẽ xét ở mục 1.7.3.

Hệ thống xoáy nghịch Bắc Cực. Hệ thống ny l mắt xích tiếp theo trong sự trao đổi v phân bố các khối n‡ớc quy mô hnh tinh. Mối liên hệ nh‡ vậy đ‡ợc thực hiện do hệ quả nhập n‡ớc Thái Bình D‡ơng qua eo Bering vo Bắc Băng D‡ơng v mang n‡ớc Bắc Cực xuống Đại Tây

D‡ơng qua eo Fram v các eo biển quần đảo Bắc Cực −

Canađạ Hải l‡u xuyên Bắc Băng D‡ơng xuất hiện d‡ới ảnh h‡ởng của cao áp cực, nó thực hiện di chuyển n‡ớc v băng từ phía đông sang phía tây qua ton bộ thủy vực Bắc Băng D‡ơng. Hải l‡u ny khởi nguồn từ khu vực đảo Elsmir, chảy qua phía bắc Aliaska v quần đảo Bắc Cực −

Canađa, sau đó dọc theo rìa phía bắc các biển Âu − á tới eo Fram giữa Grinlen v Spisbegen.

ở đây phần lớn n‡ớc của nó thoát qua eo Fram, phần còn lại bị lôi kéo nhập vo dòng h‡ớng tây tổng quát. Nh‡ vậy l khép kín hệ thống xoáy nghịch Bắc Cực. Rõ rng trong sự hình thnh hệ thống xoáy nghịch Bắc Cực, dãy núi Lomonosov nhô gần lên tới mặt đại d‡ơng có vai trò to lớn.

1.7.2. Các đặc điểm biến tính houn lou noớc theo độ sâu

Do không tiếp xúc trực tiếp với khí quyển, do sự suy yếu v san bằng các t‡ơng phản nhiệt, muốị.. theo độ sâu m sự biến tính (tái tổ chức) hon l‡u n‡ớc với độ sâu diễn ra nhanh. Không chỉ c‡ờng độ hon l‡u yếu đi, m tính chất của nó cũng thay đổị Nếu nh‡ đối với lớp mặt đại d‡ơng tỉ phần của thnh phần gió trong hình thnh hon l‡u bằng khoảng 80% v chỉ có 20% thuộc về các nhân tố nhiệt muối (mật độ), thì ngay ở độ sâu 200 m tỉ phần của

thnh phần mật độ theo một số‡ớc l‡ợng đã lớn hơn 70%.

Hình 1.12. Ho†n l~u kinh h~ớng của các khối n~ớc Tây Đại Tây D~ơng (theo Wust)

AIW− noớc trung gian Bắc Cực; AAIW − noớc trung gian Nam Cực; UDW − noớc tầng sâu lớp trên; MDW − noớc tầng sâu lớp giữa; LDW − noớc tầng sâu lớp doới; DW − noớc tầng sâu; ABW − noớc tầng đáy Bắc Cực; AABW− noớc tầng đáy Nam Cực