Các dòng chảy trên mặt đại dương hình thành do những quá trình tương tác phức tạp giữa đại dương và khí quyển cũng như do tác động của những lực tạo triều.
Như chúng ta đã biết, mặt trời mang năng lượng nhiệt tới bề mặt trái đất là nguồn năng lượng chính của đại dương và khí quyển. Lớp nước mặt và lớp không khí phía dưới bị đốt nóng không đều ở các vĩ độ: vùng xích đạo nhận nhiệt nhiều nhất còn ở vùng cực thì ít nhất. Vì vậy, nhiệt độ nước và không khí ở xích đạo cao hơn nhiệt độ ở vùng cực. Điều đó dẫn đến sự khác biệt về mật độ và làm xuất hiện dòng chảy mật độ trong đại dương và khí quyển. Khi không khí chuyển động trên mặt đại dương xuất hiện ma sát giữa không khí và nước làm phát sinh dòng chảy gió. Nếu như không có lực quay trái đất và lực nội ma sát tác dụng lên dòng chảy và đại dương bao phủ toàn bộ trái đất, thì có thể dễ dàng xác định được hướng và vận tốc dòng chảy theo phân bố của mật độ và gió. Tuy nhiên, do sự tồn tại của các lục địa cũng như các yếu tố ảnh hưởng bởi sự quay
của trái đất và ma sát đã làm phức tạp đến bức tranh dòng chảy toàn cầu. Vì vậy cần phải phân tích tỉ mỉ mới có thể xác lập được các ảnh hưởng của các yếu tố trên tới dòng chảy. Tuy nhiên việc phân tích đó vô cùng phức tạp và trong nhiều trường hợp chưa thể thực hiện được.
Nguồn năng lượng thứ hai gây nên chuyển động của các khối nước là lực hút vũ trụ của mặt trăng và mặt trời tạo nên dòng triều khác với dòng chảy mật độ và dòng chảy gió, dòng triều là tuần hoàn và như đã nêu ở trên có thể tính được nếu như có số liệu quan trắc với một thời hạn nhất định. Mặt khác, bản thân dòng triều cũng chịu tác dụng của lực quay trái đất, ma sát và các điều kiện địa lý tự nhiên.
Tóm lại, dòng chảy đại dương rất đa dạng và phức tạp, cần phải được tiếp tục nghiên cứu để mô tả chính xác. Dưới đây chỉ mô tả một số dòng chảy chiếm ưu thế trên đại dương, chúng là tổng của dòng chảy mật độ và dòng chảy gió (dòng trôi và dòng gradien).
Dòng chảy mật độ ở chừng mực nào đó có thể được coi là cố định. Chúng chỉ biến đổi chủ yếu theo biến trình mùa của bức xạ mặt trời.
Dòng chảy gió có đặc tính biến đổi mạnh, cũng như hoàn lưu khí quyển - là yếu tố gây nên dòng chảy. Các dòng chảy tương đối ổn định thường thấy ở các vĩ độ nhiệt đới thuộc khu vực tín phong ổn định (gió mùa). Ở các vĩ độ trung bình và cao, hoàn lưu khí quyển không ổn định nên dòng chảy cũng kém ổn định.
Độ ổn định hay độ bất biến của dòng chảy về hướng được xác định bằng tỉ số giữa vận tốc trung bình hình học và vận tốc trung bình số học của dòng chảy quan trắc được ở điểm đã cho tính bằng tỉ lệ phần trăm. Bởi vậy, các bản đồ dòng chảy tầng mặt của đại dương và biển được xem như những sơ đồ phản ảnh những nét tổng quát hay có tính ưu thế của các dòng chảy.
Dòng chảy thực tế ở mỗi thời điểm cụ thể có thể khác xa so với dòng chảy biểu diễn trên bản đồ và sự khác biệt này càng lớn nếu độ ổn định của dòng chảy càng nhỏ. Để phản ánh tốt hơn bức tranh dòng chảy thực cần phải xây dựng bản đồ dòng chảy từng tháng và tốt nhất nên xây dựng bản đồ dòng chảy theo hoàn lưu khí quyển. Sơ đồ dòng chảy toàn cầu được mô tả ở hình (5.14).
Trên cơ sở sơ đồ dòng chảy tầng mặt nói trên và phân bố vận tốc theo phương thẳng đứng có thể qui ước chia đại dương thế giới thành các vùng như sau:
* Vùng dòng chảy mạnh cố định, nơi đó có vận tốc dòng chảy lớn hơn hoặc bằng 2 hải lý/giờ.
* Vùng dòng chảy yếu cố định, có vận tốc dòng chảy không quá 0,5 ÷ 0,8 hải lý/giờ.
nhưng trong điều kiện thời tiết đặc biệt có thể đạt tới 2 hải lý/giờ.
* Vùng dòng chảy xích đạo, đặc trưng bởi các dòng chảy nghịch tầng sâu. * Vùng dòng triều chiếm ưu thế, trong đó dòng triều chiếm hơn 50% dòng chảy quan trắc được.
Hình 5.14. Sơđồ dòng chảy đại dương thế giới
Có thể nêu một số dẫn chứng về dòng chảy đại dương như sau:
- Vùng thứ nhất bao gồm các dòng: Gulf Stream, dòng Kuroshio, dòng Brazin, dòng Caribe.
Đặc điểm của các dòng Gulf Stream, dòng Kuroshio là trên bề mặt vận tốc có thể đạt được 4 ÷ 5 hải lý/giờ, giảm theo độ sâu đến 200mét với vận tốc 2,5 ÷ 3 hải lý/giờ và ở tầng 500 mét, vận tốc 1,5 ÷ 2 hải lý/giờ.
Thông thường, ở độ sâu 800 ÷ 1200 mét, dòng chảy có hướng ngược lại, ví dụ: dòng Gulf Stream ở độ sâu khoảng 1000 m có dòng chảy ngược gọi là dòng “đối Gulf Stream” có vận tốc từ 0,3 ÷ 0,5 hải lý/giờ.
- Vùng thứ hai - vùng dòng chảy yếu cố định, khác với vùng thứ nhất ở chỗ chúng chịu ảnh hưởng rõ rệt của hoàn lưu khí quyển nhưng vẫn giữ được hướng chung của dòng. Ở vùng này, vận tốc dòng chảy trung bình từ 0,5 ÷ 0,8 hải lý/giờ, cá biệt ở trong lớp nước mặt 100m trở lên có thể đạt 2 ÷ 2,5 hải lý/giờ. Thí dụ: dòng Labrador, Canada, Camtratca, California, đặc điểm của các dòng chảy cục bộ là tính phi trật tự trong phân bố dòng chảy theo phương thẳng đứng. Trong một số trường hợp, vận tốc cực đại quan trắc thấy không chỉ ở tầng mặt mà ở các tầng sâu 100 ÷ 300, 500 ÷ 700 và thậm chí 1000 ÷ 1500 mét vận tốc lớn nhất thường thấy ở độ sâu không quá 500 mét.
Những khu vực có dòng triều chiếm ưu thế là những vùng thềm lục địa các đại dương và các biển ven, ở đây, vận tốc dòng chảy đạt 0,5 ÷ 0,8 hải lý/ giờ. Trong các eo biển, vận tốc có thể đạt tới 1,2 hải lý/giờ, còn ở ngoài đại dương, tốc độ dòng triều thường không vượt quá 0,2 ÷ 0,3 hải lý/giờ.