II: ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ ĐỘ MUỐI TRONG BỐN MÙA II.1 Đặc điểm phân bốđộ muối trong mùa hè, mùa đơng
CHƯƠNG V: KHẢ NĂNG TỒN TẠI KÊNH ÂM TẠI LỚP ĐỘT BIẾN MẬT ĐỘ
ĐÁY BIỂNBờ Ngoài khơ
CHƯƠNG V: KHẢ NĂNG TỒN TẠI KÊNH ÂM TẠI LỚP ĐỘT BIẾN MẬT ĐỘ
MẬT ĐỘ
Kênh âm được định nghĩa như là lớp nước mà các tia âm khi truyền trong đĩ bị
phản xạ nội nhiều lần. Năng lượng tập trung dọc kênh âm tạo điều kiện truyền âm cực xa, mở ra triển vọng lớn cho các ngành liên lạc dưới nước và thơng tin hàng hải. Kênh âm xuất hiện trong điều kiện khi gradien của tốc độ âm cĩ giá trị âm ở các lớp nước trên chuyển sang gradien tốc độ âm cĩ giá trị dương của các lớp nước dưới. Tức là tại độ sâu nào đĩ đã xuất hiện sự cực tiểu của tốc độ âm, độ sâu ranh giới trên và ranh giới dưới của kênh âm được lấy tại các độ sâu cĩ giá trị tốc độ âm như
nhau.
Để xác định được kênh âm trước tiên người ta phải xác định được sự phân bố
của vận tốc âm cần phải cĩ cực tiểu ởđộ sâu nào đĩ. Kênh âm thường được hình thành ngay lớp đột biến về nhiệt, độ muối, mật độ, nhưng ba yếu tố này trong biển lại cĩ mối liên quan chặt chẽ với nhau nhiệt độ càng lớn mật độ càng giảm. Do vậy mà mật độ nước biển tăng dần theo độ sâu và cĩ xu hướng ngược với nhiệt độ, như
vậy lớp đột biến mật độở tại độ sâu nào đĩ thì đĩ cũng chính là lớp đột biến nhiệt xem hình bên ( H-5a-5e phụ lục ).
Ví dụ ta xét một trạm 190 (80.75N; 1090.25E) trong hai mùa, mùa đơng và mùa hè. Ta thấy về mùa hè sự biến đổi về nhiệt và mật độ tương đối rõ rệt và cĩ xu hướng ngược nhau, ở tầng mặt khi mà nhiệt độ tăng thì mật độ lại giảm khi càng suống sâu nhiệt độ càng giảm thì mật độ càng tăng xem hình ( H-5c, 5b phụ lục ). Ở mùa đơng thì cĩ xu thế gần giống với mùa hè nhưng mức độ yếu hơn bởi vì trong vùng biển nghiên cứu của chúng ta là vùng biển nơng mặt khác trong mùa này bịảnh hưởng của giĩ mùa đơng bắc chếđộđộng lực tác động rất mạnh nên hầu như
các lớp nước phân tầng khơng rõ rệt xem ( H-5a, 5d phụ lục ).
Trong đại dương cĩ thể phân ra 2 dạng kênh âm: kênh âm tầng mặt và kênh âm tầng sâu. Cần phân biệt kênh âm tầng sâu với kênh âm gần bề mặt. Bản chất vật lý hình thành hai loại kênh âm này hồn tồn khác nhau. Kênh âm tầng mặt thường cĩ trục kênh âm nằm ởđộ sâu 40- 120 m. Kênh âm này là kênh âm mùa, nĩ thường
xuất hiện vào mùa xuân và bị mất vào mùa thu. Nĩ thường phụ thuộc vào sự hình thành của lớp đột biến nhiệt độ. Kênh âm sâu thường tồn tại quanh năm tại độ sâu: 1000-1200m ở biển nơng đến đáy, Đại Tây Dương và 500-700 m ở Thái Bình Dương, kênh âm tầng sâu xuất hiện dưới ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ và áp suất theo độ sâu, đến một độ sâu nào đĩ khi mà vận tốc âm đạt đến mức cực tiểu do nhiệt độ nước giảm, và từđộ sâu này trở xuống sự biến đổi nhiệt độ hầu như bằng 0, sự biến đổi của độ muối cũng rất nhỏ và vận tốc âm bắt đầu tăng trở lại do sự
tăng của áp suất theo độ sâu. Vùng biển Nam Bộ Việt Nam là vùng biển cĩ độ sâu khơng lớn và chế độ động lực khá mạnh, nằm trong khu vực nhiệt đới giĩ mùa, nhiệt độ thường giảm tương đối đều ở lớp nước tầng mặt, làm cho vận tốc âm ít xảy ra phân bố bất thường ở lớp nước bề mặt mơi trường nước biển gần giống với mơi trường nước đại dương.
Trong kênh âm người ta nhận thấy âm truyền đi rất xa, phạm vi hoạt động của các hệ thống thủy âm sẽ lớn nhất khi nguồn phát và nguồn thu đặt trên trục kênh, nguồn phát và nguồn thu càng lệch xa trục kênh thì phạm vi hoạt động của các hệ thống thủy âm càng giảm, vì cường độ âm yếu hơn khi khoảng cách xuất hiện các vật cản khúc xạ.
Nếu nguồn phát đặt trên trục kênh, thì tia âm đi ra từ nguồn phát về phía mặt biển sẽ vạch nên đường cong prabol với phần lồi quay về phía mặt biển ( khúc xạ
trừ ), khi phản xạ nội tồn phần, tia sẽđạt tới trục kênh mà dưới đĩ vận tốc âm sẽ
biến đổi theo quy luật ngựơc lại (V tăng theo độ sâu- khúc xạ cộng ), quỹđạo tia âm sẽ quay phần lồi về phía đáy và một lần nữa sau khi bị phản xạ nội tồn phần tia sẽ đạt tới trục kênh.
Như vậy kênh âm cĩ thểđược gọi là một lớp nước của biển hay đại dương mà trong đĩ các tia âm khi phát từ nguồn âm bị khúc xạ tồn phần lặp lại nhiều lần từ
các ranh giới của chúng. Kênh âm xuất hiện trong điều kiện khi gradient của tốc độ
âm cĩ giá trị âm trên chuyển sang gradient của tốc độ âm cĩ giá trị dương của các lớp nước dưới, tức là tại một độ sâu nào đĩ đã xuất hiện sự cực tiểu của tốc độ âm.
trị âm như nhau. Trục kênh âm được gọi là độ sâu mà ởđĩ tốc độ âm cực tiểu, độ
dày kênh âm được xác định bằng hiệu giữa độ sâu của ranh giới trên và độ sâu của ranh giới dưới. Các tia mà khơng phản xạ từ đáy và bề mặt mang trong mình một phần năng lượng lớn sau đĩ các tia chạm từđáy, bề mặt các tia phản xạ tới chúng, vì mỗi khi phản xạ một phần năng lượng bị hấp thu và bị khuyếch tán .
Khả năng nhận được tầm hoạt động lớn của sĩng âm là nhờ các tia đi qua những khoảng cách lớn mà khơng bị phản xạ từđáy và từ bề mặt đĩ là tính chất cơ
bản của kênh âm. Những tia khơng phản xạ tồn phần từ các ranh giới phía trên và phía dưới của kênh âm gọi là các tia giới hạn, các tia đi ra từ nguồn âm từ những gĩc nhỏ hơn gĩc giới hạn và truyền cho kênh âm gọi là tia kênh truyền. Tia đi ra từ
nguồn dưới một gĩc bằng khơng và lan truyền dọc theo trục kênh âm. Các tia đi ra từ nguồn với những gĩc lớn hơn gĩc giới hạn và bị phản xạ từđáy và từ bề mặt biển gọi là tia phản xạ …
Nếu địa điểm đặt máy thu âm khá xa và nguồn âm phát đi những xung ngắn, thì cĩ thể thiết lập một vài quy luật lan truyền của âm, những tia đầu tiên đến máy thu là các tia giới hạn, các tia này tuy đã đi qua những quãng đường dài và lan truyền trong các lớp nước cĩ tốc độ âm lớn. Tia cuối cùng đến máy thu là các tia lan truyền dọc theo trục kênh âm. Trong thời điểm đến máy thu của tia trục kênh âm thì cường độ âm được tăng lên giá trị cực đại.
Trong giới hạn của kênh âm, âm cĩ thể truyền đi rất xa. trong các thí nghiệm ở
biển Ban Tích, những tiếng nổ bom cĩ trọng lượng 1,8 – 2,7 kg cĩ thể truyền xa trên một khoảng cách 4250 – 5750 km và theo tính tốn khoảng cách giới hạn của tiếng nổ bom 1,8 kg cĩ thểđạt tới 18000 km .
V1: Xác định kênh âm tại lớp đột biến mật độ
Để xác định khả năng tồn tại kênh âm trong vùng biển nghiên cứu tại lớp đột biến mật độ trước ta xét mối tương quan giữa nhiệt độ và mật độ từ phần phụ lục(H- 5a, 5b, 5c, 5d), ta thấy giữa nhiệt độ và mật độ cĩ mối liên hệ chặt chẽ với nhau nhưng cĩ xu hướng ngược nhau khi nhiệt độ cao thì mật độ càng thấp và ngược lại. Như vậy, nhiệt độ giảm dần theo độ sâu thì mật độ lại tăng theo độ sâu, từ hình ta
cũng thấy để xác định lớp đột biến mật độ là rất khĩ bởi vì sự biến đổi của nĩ là khơng mạnh mẽ như nhiệt độ, để thuận tiện cho việc xác định kênh âm tại lớp đột biến mật độ thay vì ta xét lớp đột biến nhiệt độ, mặt khác như trên lý thuyết ta xây dựng và phương pháp nghiên cứu ta thấy vận tốc âm phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt
độ và độ muối.
Theo các kết qủa nghiên cứu đối vùng biển Nam Bộ Việt Nam, ta thấy: Xu thế phân bố Vmin trong cả bốn mùa là giảm dần từ bờ ra khơi, các khu vực gần
cửa sơng Vmin đạt giá trị thấp nhất xem các bản đồ mặt rộng (11a-11d; 12a-12d, 13a-13d, 14a-14d, 15a-15d trong các trang từ 55 đến trang 64). Vận tốc âm đạt cực
đại ở tầng mặt và giảm dần theo độ sâu tùy theo mùa sự biến đổi này cĩ độ phức tạp khác nhau, sự biến đổi chủ yếu là giảm (tăng) thể hiện rõ nhất là ở hai mùa là mùa
đơng và mùa hè xem bản cấu trúc thẳng đứng (H- 4a-4f; 2a-2f, phần phụ lục). Từ các bản đồ cấu trúc thẳng đứng của một số trạm trong vùng nghiên cứu theo các mùa ta thấy.
Ở trong mùa đơng trạm 160 (8025N; 108075E) phần phụ lục vận tốc âm giảm theo độ sâu và đến độ sâu khoảng 90 vận tốc âm đạt cực tiểu v=1525m/s tại nơi đây hình thành kênh âm độ dày của lớp này khoảng 15m sau đĩ vận tốc âm lại tăng, tương tự ở trạm 157 (10025N; 108075E) phần phụ lục, kênh âm tồn tại ở độ sâu khoảng 75m thì vận tốc Vmin=1530m/s. Như vậy ở tầng mặt của các trạm nơng ít tồn tại kênh âm và sự tồn tại của nĩ là yếu. Tức là độ dày của nĩ rất nhỏ so với đại dương, cịn ở các trạm sâu thì luơn luơn tồn tại kênh âm ngầm trạm 342(8075N; 111075E), trạm 399(10025N; 111075E) trạm 337(11075; 111075E) ở phần phụ lục là nơi đạt Vmin cực tiểu, độ sâu đạt Vmin (Nơi tồn tại trục kênh âm) thường ở độ sâu 1000-1200m. Xu thế phân bốđộ sâu tồn tại trục kênh âm giảm dần từ bờ ra khơi, từ
xích đạo về phía cực, chỉ tồn tại một số điểm bất thường của độ sâu cĩ Vmin . Trong mùa hè ta thấy giá trị vận tốc V biến đổi giảm dần theo độ sâu xem hình (H-4h, 4f, 4g, 4a, 4c phần phụ lục) sự biến đổi giảm (tăng), ở một số trạm nơng sự
biến đổi vận tốc khá đều giảm dần theo độ sâu vận tốc âm đạt cực tiểu thường ởđộ
khơng lớn chỉ khoảng 10-15m xem (H- 4a, 4h, 4f, phụ lục). Ở một số một trạm cĩ
độ sâu lớn tồn tại trục kênh âm ngầm ởđộ sâu khoảng 1000-1200m và vận tốc âm
đạt cực tiểu là Vmin = 1490-1500m/s (ở các trạm 337,311, 308 xem phần phụ lục). Trong mùa khơ đây là mùa chuyển tiếp giữa đơng sang hè nên cấu trúc thẳng đứng của vận tốc âm cĩ xu hướng phân bố gần giống với mùa hè xem (H-1c, 1a, 1b, 1e phụ lục), vận tốc âm ở kênh âm tằng mặt của một số trạm nơng Vmin= 1520-1525m/s (H-1c, 1e, phụ lục) ở một số trạm sâu giá trị Vmin thường cĩ gia trị
khoảng 1490-1500 m/s ởđộ sâu khoảng 900-1200m xem (ở các trạm 337, 311, 308 phụ lục).
Trong mùa mưa từ các bản đồ cấu trúc thẳng đứng (H- 3a, 3b, 3c, 3d-3f, phụ
lục ) ta thấy xu hướng vận tốc giảm dần theo độ sâu, trong mùa này sự tồn tại kênh âm tầng mặt là yếu hơn so với các mùa khác. Bởi vì đây là mùa chuyển tiếp hè sang
đơng nên nhiệt độ nước tầng mặt so với lớp nước sâu là khơng lớn đặc biệt đối với các trạm nơng, đối với các trạm sâu luơn luơn tồn tại kênh âm ngầm giống như các mùa khác trong năm xem các hình phụ lục.
Từ kết quả nghiên cứu của một số trạm trong vùng biển theo mùa chúng ta thấy khả năng tồn tại kênh âm tầng mặt của mỗi mùa là khác nhau, kênh âm tầng sâu( kênh âm ngầm ) trong cả bốn mùa đều ổn định. Đối với mùa mưa như chúng ta thấy (H-3a-3f phụ lục), kênh âm tầng mặt hầu như khơng cĩ ở các trạm nơng và chỉ
cĩ kênh âm tầng sâu, trong mùa khơ kênh âm tầng mặt đã suất hiện nhưng yếu (H- 1c-1f phụ lục). Kênh âm tầng mặt được thể hiện rõ nhất là trong mùa hè và mùa
đơng, bởi vì trong mùa hè lớp nước tầng mặt bịđốt nĩng và các khối nước nĩng từ
xích đạo đi lên mặt khác lớp nước dưới là nước lạnh từ phía bắc chảy suống làm cho vùng biển này hình thành hai khối nước, dẫn đến tạo lớp đột biến nhiệt và hình thành kênh âm tại lớp đột biến này. Trong mùa đơng xu hướng ngược với mùa hè ở
tầng mặt thì dịng nước lạnh từ phía bắc chảy suống, ở tầng đáy thì tồn tại nước ấm từ xích đạo đi lên. Như vậy từ các bản đồ cấu trúc thẳng đứng trong bốn mùa nĩi trung và hai mùa hè và mùa đơng chúng ta cĩ thể rút ra đặc trưng bức tranh khúc xạ
theo độ sâu, và đối với mùa đơng khi quá trình làm lạnh tạo nên sựđồng nhất nhiệt trong lớp nước phía trên hoặc sự gia tăng của nhiệt độ theo độ sâu, hình 23 biểu khúc xạ tia âm cho mùa hè và mùa đơng.
Hình - 23