Lm sao có thể duy trì nêm nhiệt cố định v bảo vệ nó khỏi quá trình xáo trộn từ cả hai phía trên v dới? Các nhân tố cơ bản ở đây bao gồm tổ hợp giữa bơm Ekman v hình thnh các khối nớc. Trên hình 1.25 cho thấy có một khu vực lớn với giá trị âm của xoáy ứng suất gió, đồng nghĩa với việc nớc bị đẩy xuống sâu. Do mật độ của nớc không lớn hơn mật độ lớp dới, khối nớc ny đi vo các tầng sâu trung gian lan theo các mặt đẳng thể tích tơng ứng. Hiện tợng ny đợc gọi l nớc chìm đợc mô tả trên hình 1.32, đó l nguyên nhân cơ bản hình thnh nên khối nớc của nêm nhiệt cố định. Cờng độ của quá trình ny biến đổi theo mùa v phụ thuộc một phần vo biến đổi cờng độ bơm Ekman nhng một phần cơ bản lại l sự phát triển của nêm nhiệt mùa. Với sự biến động mùa độ dy lớp nêm nhiệt mùa khối nớc trong nêm nhiệt cố định chủ yếu đợc hình thnh trong giai đoạn thu đông khi nêm nhiệt mùa có độ dy nhỏ nhất.
Điều ny có thể kiểm chứng thông qua so sánh các đặc trng của lớp xáo trộn trên mặt tại khu vực hội tụ cận nhiệt đới với các đặc trng của nêm nhiệt cố định ở khu vực nhiệt đới. Điều ny có thể tiến hnh khi so sánh các giản đồ T-S dọc theo đờng ABCD v A’B’C’D’ trên hình 1.32. Ví dụ so sánh ny đợc thể hiện trên hình 1.33: trong khoảng biến đổi của nhiệt độ v độ muối của nêm nhiệt cố định có hai đờng T-S hầu nh trùng nhau vo cuối mùa đông (tháng 8- 10) nhng lại khác so với các mùa khác.
Hình 1.32. Sơ đồ hình thnh các khối nớc do hặên tợng nớc chìm tại khu vực hội tụ cận nhiệt đới. Giản đồ T-S cho ta sự biến đổi trên mặt cắt giữa hai trạm A v D.
Các khối nớc chìm sâu xuống dới nêm nhiệt đợc gọi l khối nớc trung tâm.
Hình 1.33. So sánh các giản đồ T-S qua vùng hội tụ cận nhiệt đới dọc kinh tuyến 102.5°E giữa 30°S v
45°S, qua nêm nhiệt cố định trênvĩ tuyến 20°S. Các giản đồ T-S qua vùng hội tụ cận nhiệt đới cho các tháng VIII-X (ASO),XI-I (NDJ),II-IV (FMA),V-VII(MJJ). Giản đò còn lại đI qua 20°S. Theo Sprintall v
Các nghiên cứu về giản đồ T-S cũng nh đặc điểm phân bố trên các mặt đẳng thể tích riêng có thể đa ra kết luận về khả năng xáo trộn qua các mặt đẳng thể tích riêng yếu hơn xáo trộn trên các mặt đó. Tuy nhiên tại một số khu vực đặc biệt nh dòng chảy biên phía tây, dòng chảy ngợc dới xích đạo v các đới front, tại đây hiện tợng xáo trộn qua các mặt đẳng thể tích riêng đóng một vai trò đáng kể trong các quá trình trao đổi. Tuy nhiên nhìn chung với sai số bậc nhất có thể bỏ qua hiện tợng xáo trộn qua các mặt đẳng thể tích khi đánh giá hon lu đại dơng.
Trên hình 1.34 đa ra sơ đồ tổng lợc về nêm nhiệt v hiện tợng nớc chìm trong đại dơng thế giới. Khối nớc trung gian nằm ngay dới nêm nhiệt cố định cũng đợc xem l có nguồn gốc nớc chìm. Tuy nhiên nguồn gốc tạo nớc chìm ở đây không phải l bơm Ekman m do xáo trộn v đối lu xẩy ra tại khu vực giáp ranh của các dòng chảy mạnh.
1.6.4. Lớp barie
Thông thờng chúng ta chỉ sử dụng phân bố nhiệt độ để xác định biến động của lớp xáo trộn hay lớp chịu tác động của các quá trình xáo trộn trên mặt biển. Với nguồn số liệu khảo sát ngy cng đầy đủ hơn, chúng ta có khả năng xem xét những đặc trng khác để có thể lm rõ hơn cơ chế hình thnh các khối nớc trong đại dơng.
Hình 1.34. Mặt cắt đại dơng dọc kinh tuyến với phân bố của các khối nớc v quá trình hình thnh v
Hình 1.35a. Bản đồ độ sâu lớp đồng nhất mật độ trên mặt đại dơng (m). Các tháng VIII-X. Các đờng đồng mức 10 m , 25 m, 50 m, 75 m, 100 m, 250 m, 500 m. Theo Sprintall v Tomczak (1990).
Trên hình 1.35 dẫn ra bản đồ phân bố độ dy của lớp đẳng thể tích riêng l lớp trong đó mật độ của nớc không thay đổi. Bản đồ ny thu đợc bằng cách xác định độ sâu m tại đó mật độ nớc biến đổi trong giới hạn tơng ứng với nhiệt độ biến đổi bằng 0,5˚C nh đã sử dụng để lập bản đồ 1.31. Độ dy của lớp ny phụ thuộc khá chặt chẽ vo độ muối. Để đảm bảo rằng các bản đồ 1.31 v 1.35 có thể so sánh đợc khoảng cách giữa các đờng đẳng mật độ đợc thay đổi phù hợp với đặc điểm phân bố của nhiệt độ v độ muối trên mặt biển. Hình 1.36 cho ta kết quả hiệu số giữa các độ sâu các lớp đẳng nhiệt độ v đẳng thể tích riêng.
Hình 1.35b. Bản đồ độ sâu lớp đồng nhất mật độ trên mặt đại dơng (m). Các tháng II-IV. Các đờng đồng mức 10 m , 25 m, 50 m, 75 m, 100 m, 250 m, 500 m. Theo Sprintall v Tomczak (1990).
Hình 1.36a. Chênh lệch độ sâu trung bình (m) giữa các lớp đồng nhất nhiệt v mật độ trong các tháng VIII-X. Các đờng .... thể hiện giá trị âm, Theo Sprintall v Tomczak (1990).
Hình 1.36b. Chênh lệch độ sâu trung bình (m) giữa các lớp đồng nhất nhiệt v mật độ trong các tháng II-IV. Các đờng .... thể hiện giá trị âm, Theo Sprintall v Tomczak (1990).
Nếu nh các giả thiết kinh điển l đúng đắn thì hiệu số dẫn ra trên bản đồ 1.36 phải bị triệt tiêu. Đối với phần lớn diện tích đại dơng thế giới hiệu số ny thờng có giá trị rất nhỏ. Tuy nhiên cũng thấy xuất hiện một số khu vực có hiệu số hon ton khác 0.
mật độ thờng có giá trị dơng, cho thấy mật độ trong lớp đẳng nhiệt còn biến đổi theo độ sâu. Sự biến đổi mật độ ny cơ bản do phân tầng độ muối. Tại các vùng biển ny, lớp đẳng độ muối mới chính l chỉ số đặc trng cho lớp xáo trộn. Nớc biển nhiệt đới thờng có độ muối thấp v nhiệt độ cao nêm mật độ cũng rất nhỏ, loại nớc ny thờng phân bố trong dạng một lớp mỏng trên mặt trên của cả cột nớc. Trong khi đó, nớc vùng biển cận nhiệt đới lại có độ muối cao, khi chìm xuống không thể xâm nhập vo các lớp thật sâu trớc khi lan truyền ngang theo mặt rộng hình thnh nên lớp nớc cực đại độ muối ngay dới lớp nớc mặt. Nếu nh gradient nhiệt độ không đáng kể sẽ hình thnh nên lớp nêm muối trong lớp đẳng nhiệt.
Lớp nớc nằm giữa lớp nêm muối v nêm nhiệt vẫn đợc biết dới tên lớp barie (chắn) do tác động của nó lên cán cân nhiệt của lớp xáo trộn. Lớp xáo trộn nhận đợc một lợng nhiệt lớn từ bức xạ mặt trời v trong điều kiện dừng lợng nhiệt ny sẽ cân bằng với các thông lợng nhiệt thoát ra. Khi không có lớp barie nhiệt độ nớc trong lớp xáo trộn sẽ nh nhau v bằng nhiệt độ lớp nớc mặt, các thông lợng thoát ra đảm bảo cho nhiệt độ không bị tăng lên. Điều kiện động lực học cho thấy có ba khu vực hiện diện của lớp barie suốt năm đó l Tây Thái Bình Dơng, xích đạo Đại Tây Dơng v vịnh Belgan ở ấn Độ Dơng.
Khu vực khác có hiệu số dơng giữa lớp đẳng nhiệt v đẳng độ muối nằm ở vĩ độ cực đới nơi nêm nhiệt hầu nh không tồn tại: nớc tầng mặt thờng xuyên bị lm lạnh do khí quyển nên có mật độ cao v chìm xuống sâu tạo nên các khối nớc tầng đáy. Do tác động của cán cân nớc ngọt tại các vùng biển ny có sự biến động mùa của nêm muối.
Khu vực thứ ba có hiệu số khác 0 giữa độ sâu lớp đẳng nhiệt v đẳng mật độ thể hiện trên hình 1.36 l vùng biển cận nhiệt đới. Giá trị của hiệu số ny có dấu âm cho thấy lớp đồng nhất mật độ sâu hơn lớp đẳng nhiệt. Điều ny chỉ xẩy ra khi mật độ biến đổi do biến đổi nhiệt độ trong nêm nhiệt đợc cân bằng với biến đổi mật độ do độ muối. Để giải thích điều ny có thể quay trở lại hình 1.15., trên khu vực cận nhiệt đới nớc trong nêm nhiệt cố định có nguồn gốc nớc chìm, nhiệt độ v độ muối trên mặt lại giảm nhanh theo hớng về phía cực. Giản đồ T-S mô tả biến đổi nhiệt độ v độ muối trên mặt cắt kinh tuyến qua khu vực nớc chìm sẽ có dạng tơng tự đờng đẳng mật độ (so sánh hình 1.32). Hậu quả của đặc điểm ny dẫn đến độ dy lớp đẳng nhiệt, ví dụ z1 tại trạm C, xác định theo chỉ số nhiệt độ 0,5˚C không vợt qua đợc lớp đồng nhất mật độ z2 do tác động cân bằng của độ muối.