Thủy văn và thủy động lực trên biển đông

§inh V¨n ¦u Thuû v¨n vˆ thuû ®éng lùc biÓn ®«ng §¹i häc quèc gia Hˆ Néi 2008 Më ®Çu H¶i d‡¬ng häc khu vùc v BiÓn §«ng cung cÊp c¸c kiÕn thøc h¶i d‡¬ng häc khu vùc cña ®¹i d‡¬ng thÕ giíi víi träng t©m l Th¸i B×nh D‡¬ng v BiÓn §«ng. H¶i d‡¬ng häc khu vùc cã môc tiªu m« t¶ c¸c ®Æc ®iÓm chÕ ®é cña hÖ thèng ®¹i d‡¬ng thÕ giíi. Nh÷ng ®Æc ®iÓm chÕ ®é ny chñ yÕu ®‡îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së tËp hîp, xö lý v ph©n tÝch c¸c sè liÖu, d÷ liÖu v ti liÖu hiÖn cã vÒ ®¹i d‡¬ng v biÓn. Nh÷ng kÕt qu¶ ph©n tÝch ny lm c¬ së cho viÖc x©y dùng, thö nghiÖm v triÓn khai kiÓm chøng c¸c m« h×nh, c«ng cô ®¸nh gi¸ v dù b¸o h¶i d‡¬ng häc ®¸p øng yªu cÇu khai th¸c bÒn v÷ng ti nguyªn thiªn nhiªn v b¶o vÖ m«i tr‡êng ®¹i d‡¬ng v biÓn. §èi víi nh÷ng khu vùc v nh÷ng phÇn cña ®¹i d‡¬ng thÕ giíi ch‡a cã ®ñ sè liÖu ®iÒu tra kh¶o s¸t hiÖn tr‡êng, c¸c m« t¶ ®Æc ®iÓm chÕ ®é hiÖn nay chØ míi dõng l¹i ë møc gi¶ thiÕt ®‡îc h×nh thnh tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt. Do tÝnh chÊt liªn ngnh v ®a ngnh cña h¶i d‡¬ng häc- mét trong nh÷ng bé phËn c¬ b¶n cña c¸c khoa häc tr¸i ®Êt, trong khu«n khæ cña gi¸o tr×nh ny chóng t«i chØ tËp trung m« t¶ c¸c ®Æc ®iÓm chÕ ®é h¶i d‡¬ng häc vËt lý v ®éng lùc häc biÓn. Nh÷ng ®Æc ®iÓm s©u h¬n vÒ ®Þa lý, ®Þa chÊt h¶i d‡¬ng, ho¸ häc ®¹i d‡¬ng, ti nguyªn thiªn nhiªn v m«i tr‡êng ®¹i d‡¬ng, v.v... ®‡îc xem xÐt riªng trong c¸c chuyªn kh¶o hoÆc gi¸o tr×nh t‡¬ng øng. Tuy nhiªn trong khu«n khæ gi¸o tr×nh ny, chóng t«i còng dnh mét phÇn néi dung liªn quan ®Õn nh÷ng ®Æc ®iÓm chung cña ®iÒu kiÖn tù nhiªn v c¸c nh©n tè g©y ¶nh h‡ëng ®Õn sù h×nh thnh v biÕn ®éng cña chÕ ®é h¶i d‡¬ng häc vËt lý v ®éng lùc häc ®¹i d‡¬ng. VÒ nguyªn lý, néi dung phÇn h¶i d‡¬ng häc vËt lý ph¶i bao gåm tÊt c¶ c¸c ®Æc tr‡ng vËt lý cña n‡íc biÓn, tuy nhiªn do møc ®é ®¸p øng sè liÖu v ti liÖu ®iÒu tra kh¶o s¸t, chóng ta chØ dõng l¹i ë mét sè ®Æc tr‡ng thuû v¨n biÓn chñ yÕu nh‡ nhiÖt ®é, ®é muèi, «-xy. Nh÷ng ®Æc tr‡ng ny còng ®‡îc ph¶n ¶nh trùc tiÕp qua nh÷ng ®Æc ®iÓm h×nh thnh, lan truyÒn v biÕn ®éng cña c¸c khèi n‡íc trong biÓn v ®¹i d‡¬ng. PhÇn ®éng lùc häc ®¹i d‡¬ng hay thuû ®éng lùc häc biÓn ®‡îc giíi thiÖu th«ng qua c¸c ®Æc tr‡ng dao ®éng mùc n‡íc (sãng v thuû triÒu) v hon l‡u quy m« lín trong ®¹i d‡¬ng v biÓn. Víi nh÷ng néi dung trªn, gi¸o tr×nh h¶i d‡¬ng häc khu vùc v BiÓn §«ng ®‡îc chia thnh hai phÇn chÝnh: - ChÕ ®é h¶i d‡¬ng häc cña c¸c ®¹i d‡¬ng thÕ giíi víi träng t©m l Th¸i B×nh D‡¬ng. Trong phÇn ny sÏ tr×nh by ®iÒu kiÖn tù nhiªn, ®Æc ®iÓm ph©n bè c¸c ®¹i d‡¬ng, c¸c nh©n tè ¶nh h‡ëng v nh÷ng nÐt c¬ b¶n vÒ chÕ ®é thuû v¨n v ®éng lùc c¸c ®¹i d‡¬ng thÕ giíi. Bªn c¹nh c¸c ®Æc ®iÓm quy m« ton cÇu sÏ xem 2 xÐt kü h¬n Th¸i B×nh D‡¬ng còng nh‡ c¸c biÓn chÝnh kÒ cËn n»m trong giíi h¹n cña ®¹i d‡¬ng lín nhÊt thÕ giíi ny. Nh÷ng néi dung ®‡a ra sÏ gãp phÇn lm s¸ng tá qu¸ tr×nh h×nh thnh v biÕn ®æi ®Æc ®iÓm h¶i d‡¬ng häc BiÓn §«ng mét trong nh÷ng biÓn gi÷a lôc ®Þa lín trong hÖ thèng ®¹i d‡¬ng thÕ giíi. - ChÕ ®é h¶i d‡¬ng häc BiÓn §«ng. Trong phÇn ny sÏ ®i s©u giíi thiÖu c¸c ®Æc ®iÓm tù nhiªn bao gåm ®Þa h×nh, khÝ t‡îng thuû v¨n v ®éng lùc häc biÓn. §Ó biªn so¹n gi¸o tr×nh ny chóng t«i sö dông mét tËp hîp c¸c tËp b¶n ®å, c¸c gi¸o tr×nh, c¸c chuyªn kh¶o, nh÷ng c¬ së d÷ liÖu v ti liÖu ®· ®‡îc thu thËp t¹i Bé m«n H¶i d‡¬ng häc. §èi víi phÇn ChÕ ®é h¶i d‡¬ng häc cña c¸c ®¹i d‡¬ng thÕ giíi, ti liÖu chñ yÕu ®‡îc tham kho¶ v sö dông l bé gi¸o tr×nh H¶i d‡¬ng häc (Oceanography) do gi¸o s‡ M. Tomczak, §¹i häc Flinders, óc chñ biªn ®‡îc tæ chøc H¶i d‡¬ng häc liªn chÝnh phñ (IOC) thuéc UNESCO ph¸t hnh (phiªn b¶n 4.4, 2002) ®· ®‡îc GS Tomczak v IOC cung cÊp. Ti liÖu tham kh¶o chÝnh cho phÇn ChÕ ®é h¶i d‡¬ng häc BiÓn §«ng l bé s¸ch BiÓn §«ng gåm 4 tËp do Ch‡¬ng tr×nh Khoa häc c«ng nghÖ biÓn KHCN06 xuÊt b¶n trong c¸c n¨m 2003 v 2004, gi¸o s‡ §Æng Ngäc Thanh l Tæng biªn tËp, GS TS Lª §øc Tè, cè GS TSKH Ph¹m V¨n Ninh, GS TSKH Mai Thanh T©n v GS TSKH §Æng Ngäc Thanh l chñ biªn cña c¸c tËp t‡¬ng øng. T¸c gi¶ ch©n thnh c¶m ¬n tËp thÓ c¸c gi¸o s‡ vÒ nh÷ng ti liÖu quan träng ny. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, chóng t«i ®· tham kh¶o c¸c th«ng tin cËp nhËt vÒ c¸c lÜnh vùc liªn quan còng nh‡ c¸c sè liÖu míi nhÊt vÒ BiÓn §«ng nh»m cung cÊp c¸c kiÕn thøc mang tÝnh phæ qu¸t ®· ®‡îc c«ng nhËn còng nh‡ mét sè vÊn ®Ò cÇn cÇn ®‡îc nghiªn cøu v bn luËn thªm trong t‡¬ng lai. Víi tinh thÇn ®ã, trong gi¸o tr×nh chóng t«i chØ ®‡a ra c¸c ti liÖu tham kh¶o chñ yÕu dÔ tiÕp cËn phôc vô lm ti liÖu häc tËp cho sinh viªn. Nh÷ng ti liÖu tham kh¶o ®· ®‡îc sö dông trong hai bé ti liÖu chÝnh nªu trªn sÏ kh«ng ®‡a vo danh môc c¸c ti liÖu tham kh¶o. T‡¬ng tù ®èi víi c¸c h×nh vÏ v biÓu b¶ng, chóng t«i chØ dÉn nguån theo trÝch dÉn gèc cña c¸c ti liÖu tham kh¶o chÝnh. Ng‡êi ®äc cã thÓ xem tªn c¸c ti liÖu tham kh¶o cô thÓ th«ng qua danh môc cã trong c¸c ti liÖu chÝnh ny. §©y l kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh tËp hîp v tæng hîp c¸c ti liÖu h¶i d‡¬ng häc khu vùc v BiÓn §«ng cña tËp thÓ nhiÒu nh gi¸o lm viÖc ë bé m«n H¶i d‡¬ng häc trùc tiÕp gi¶ng d¹y c¸c gi¸o tr×nh H¶i d‡¬ng häc khu vùc, H¶i d‡¬ng häc BiÓn §«ng. Tuy nhiªn do yªu cÇu tæng hîp nhiÒu kiÕn thøc ®a ngnh v chuyªn ngnh nªn kh«ng thÓ tr¸nh nh÷ng thiÕu sãt nhÊt ®Þnh, mong nhËn ®‡îc c¸c ý kiÕn ®ãng gãp cña ng‡êi sö dông ®Ó n©ng cao chÊt l‡îng cña gi¸o tr×nh. 3 Ch€¬ng 1 HÖ thèng ®¹i d€¬ng thÕ giíi 1.1. Qu¶ §Êt vˆ §¹i d€¬ng thÕ giíi 1.1.1. Nh÷ng phÐp chiÕu sö dông trong h¶i d€¬ng häc Mét trong nh÷ng trang bÞ quan träng trong h¶i d‡¬ng häc còng nh‡ trong c¸c khoa häc tr¸i ®Êt ®ã l c¸c tËp b¶n ®å (atlas). Mäi ng‡êi th‡êng chØ quan t©m ®Õn c¸c néi dung cô thÓ ®‡a ra trong atlas m Ýt chó ý ®Õn tÝnh chÝnh x¸c cña phÐp chiÕu ®‡îc lùa chän ®Ó thÓ hiÖn c¸c b¶n ®å. PhÐp chiÕu ®‡îc sö dông th«ng dông trong h¶i d‡¬ng häc l ph‡¬ng ph¸p Mercator. Ph‡¬ng ph¸p ny ®‡îc ph¸t triÓn tõ thÕ kû 16 thêi kú në ré cña c¸c cuéc chinh phôc thuéc ®Þa còng nh‡ th¸m hiÓm thÕ giíi. Vo thêi kú ny, sau khi Columbus t×m ra ra ch©u Mü v Magellan ®i vßng quanh thÕ giíi, c¸c thñy thñ vÉn ®iÒu khiÓn tu ®i tõ ®iÓm ny ®Õn ®iÓm kh¸c b»ng ®‡êng ph‡¬ng vÞ (®‡êng cã gãc ph‡¬ng vÞ kh«ng ®æi). Mercator ®· ph¸t minh ra phÐp chiÕu cho phÐp thÓ hiÖn mÆt ®Êt trong d¹ng m ®‡êng th¼ng trªn mÆt ph¼ng b¶n ®å còng l ®‡êng ph‡¬ng vÞ. Nh‡ vËy thñy thñ khi biÕt ®iÓm xuÊt ph¸t v ®iÓm ®Õn chØ cÇn vÏ ®‡êng th¼ng v x¸c ®Þnh gãc ph‡¬ng vÞ cho tu. Víi ‡u thÕ ny, phÐp chiÕu Mercator trë thnh phÐp chiÕu chuÈn cña hng h¶i. Tuy nhiªn kh«ng ph¶i lóc no yªu cÇu vÒ kho¶ng c¸ch v diÖn tÝch còng ®‡îc ®¶m b¶o khi tiÕn hnh lËp b¶n ®å. Trong tr‡êng hîp ny c¸c h×nh trßn nhá trªn mÆt ®Êt vÉn ®‡îc thÓ hiÖn b»ng h×nh trßn trªn b¶n ®å nh‡ng kÝch th‡íc l¹i t¨ng lªn khi ®i vÒ phÝa cùc. C¸c ®Þa cùc v khu vùc s¸t cùc kh«ng thÓ thÓ hiÖn ®‡îc trªn b¶n ®å phÐp chiÕu Mercator v× kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm trë nªn rÊt lín v kh«ng x¸c ®Þnh ®‡îc. Nh×n chung c¸c phÐp chiÕu ®Òu lm nÈy sinh tÝnh dÞ h‡íng dÉn ®Õn mÊt liªn tôc trªn mÆt ph¼ng b¶n ®å. Kh«ng cã lo¹i phÐp chiÕu no tháa m·n ®ång thêi mét lóc ba yªu cÇu chÝnh sau ®©y: §ång d¹ng vÒ kho¶ng c¸ch- thÓ hiÖn kho¶ng c¸ch t‡¬ng ®èi nh‡ nhau t‡¬ng øng trªn b¶n ®å v trong thùc tÕ §ång d¹ng vÒ d¸ng- ®¶m b¶o thÓ hiÖn h×nh d¸ng §ång d¹ng vÒ diÖn tÝch. Ba chØ tiªu c¬ b¶n ny l¹i th‡êng lo¹i trõ nhau. PhÇn lín c¸c phÐp chiÕu ®¶m b¶o ®ång d¹ng vÒ diÖn tÝch th‡êng sö dông ®Õn l‡íi kinh tuyÕn trong d¹ng ®‡êng cong v yªu cÇu b¶n ®å cho phÐp x¸c ®Þnh täa ®é ®Þa lý cña c¸c ®iÓm (h×nh 1.1). PhÐp chiÕu Gall/Peters kÕt hîp ®ång d¹ng vÒ diÖn tÝch víi l‡íi kinh vü trùc giao. §©y l l ph‡¬ng ph¸p thÓ hiÖn b¶n ®å chung c¸c ®¹i d‡¬ng (h×nh 1.2). 4 Mercator Gall/Peters §ång d¹ng diÖn tÝch H×nh 1.1. VÝ dô vÒ c¸c b¶n ®å thÕ giíi sö dông nh÷ng phÐp chiÕu kh¸c nhau (b̻n ÿͫ tr‡êng nhiÖt ®é n‡íc mÆt biÓn ÿ́ͻc th͛ hi͟n qua c¸c phÐp chiÕu kh¸c nhau). Trªn c¸c h×nh 1.2 thÓ hiÖn b¶n ®å c¸c ®¹i d‡¬ng thÕ giíi sö dông phÐp chiÕu Gall/Peters. §¹i T©y D‡¬ng Ên §é D‡¬ng Th¸i B×nh D‡¬ng H×nh 1. 2. B¶n ®å c¸c ®¹i d‡¬ng sö dông phÐp chiÕu Gall/Peters 1.1.2. §Æc ®iÓm chung vÒ ®Þa h×nh cña ®¹i d€¬ng thÕ giíi §¹i d‡¬ng thÕ giíi bao gåm c¸c ®¹i d‡¬ng v biÓn kÒ cËn ph©n bè trªn mÆt Qu¶ §Êt. N‡íc biÓn chiÕm 71% tæng diÖn dÝch bÒ mÆt Qu¶ §Êt, trong ®ã ë B¾c B¸n CÇu l 61% v Nam B¸n CÇu l 81%. Ng‡êi ta cßn chia Qu¶ §Êt thnh hai b¸n cÇu theo ®¹i d‡¬ng v lôc ®Þa: B¸n CÇu Lôc §Þa cã cùc n»m t¹i s«ng Loire (Ph¸p) cã 51% l ®¹i d‡¬ng v B¸n CÇu §¹i D‡¬ng cã cùc l New Zealand víi 89% l ®¹i d‡¬ng. §é s©u trung b×nh cña ®¹i d‡¬ng thÕ giíi l 3795 m v ®iÓm cã ®é s©u lín nhÊt 11022m mang tªn Vitiaz thuéc r·nh s©u Mariana, t©y-b¾c Th¸i B×nh D‡¬ng. PhÇn lín ®¸y ®¹i d‡¬ng ®‡îc chia thnh c¸c khu vùc ch©n lôc ®Þa, thñy vùc s©u v nói ngÇm trung t©m ®¹i d‡¬ng. 5 Tuy chóng ta vÉn quen víi kh¸i niÖm 5 ch©u 4 biÓn, nh‡ng theo quy uíc cña Tæ chøc Thñy ®¹c Quèc tÕ (IHO) hiÖn cã 5 ®¹i d‡¬ng chÝnh sau ®©y. a.Th¸i B×nh Do¬ng Th¸i B×nh D‡¬ng (h×nh 1.3) l ®¹i d‡¬ng lín nhÊt thÕ giíi víi diÖn tÝch kho¶ng 179,7 triÖu km2 t‡¬ng ®‡¬ng 1/3 diÖn dÝch bÒ mÆt Qu¶ §Êt. Th¸i B×nh D‡¬ng kÐo di 15500km tõ biÓn Bering gi¸p B¾c B¨ng D‡¬ng ®Õn biÓn Ross ë bê ch©u Nam Cùc. BÒ réng cña Th¸i B×nh D‡¬ng kho¶ng 19800km kÐo di tõ Indonesia ®Õn bê biÓn Columbia v Peru. Giíi h¹n phÝa t©y cña Th¸i B×nh D‡¬ng th‡êng ®‡îc lÊy eo biÓn Malacca, ®iÓm cã ®é s©u lín nhÊt l r·nh s©u Mariana- 11022m. §é s©u trung b×nh cña Th¸i B×nh D‡¬ng l 4280m. H×nh 1.3. B¶n ®å Th¸i B×nh D‡¬ng b. §¹i T©y Do¬ng §¹i T©y D‡¬ng l ®¹i d‡¬ng lín thø hai trong sè c¸c ®¹i d‡¬ng thÕ giíi víi diÖn tÝch kho¶ng 106,4 triÖu km2 (82,4 triÖu km2 kh«ng bao gåm c¸c biÓn kÒ cËn) chiÕm kho¶ng 1/5 tæng diÖn dÝch bÒ mÆt Qu¶ §Êt. §¹i T©y D‡¬ng (h×nh 1.4) cã h×nh d¸ng ch÷ S n»m gi÷a ch©u Mü ë phÝa t©y, lôc ®Þa ¸-¢u v ch©u Phi ë phÝa ®«ng v ch©u Nam Cùc ë phÝa nam. VÒ phÝa c¸c ®¹i d‡¬ng, §¹i T©y D‡¬ng giíi h¹n víi B¾c B¨ng D‡¬ng ë phÝa b¾c, tr‡íc ®©y vÉn ®‡îc xem nh‡ mét phÇn cña §¹i T©y D‡¬ng, Th¸i B×nh D‡¬ng vÒ phÝa t©y-nam, Ên §é D‡¬ng vÒ phÝa ®«ng-nam v Nam §¹i D‡¬ng vÒ phÝa nam. §‡êng xÝch ®¹o chia §¹i T©y D‡¬ng ra hai phÇn: B¾c §¹i T©y D‡¬ng v Nam §¹i T©y D‡¬ng. 6 H×nh 1.4. B¶n ®å §¹i T©y D‡¬ng §é s©u trung b×nh §¹i T©y D‡¬ng l 3338m (3926m kh«ng bao gåm c¸c biÓn) víi ®é s©u cùc ®¹i l 8605 m t¹i r·nh s©u Puerto-Rico. BÒ réng kho¶ng 2848km gi÷a Brasil v Liberia v 4830km gi÷a Mü v B¾c Phi. c. Ên §é Do¬ng Ên §é D‡¬ng (h×nh 1.5) l ®¹i d‡¬ng lín thø ba trong sè c¸c ®¹i d‡¬ng thÕ giíi víi diÖn tÝch kho¶ng 73,556 triÖu km2 (bao gåm c¶ Hång H¶i v vÞnh PÐc- xich) t‡¬ng ®‡¬ng 1/5 tæng diÖn tÝch mÆt n‡íc trªn thÕ giíi. H×nh 1.5. B¶n ®å Ên §é D‡¬ng 7 Giíi h¹n phÝa t©y Ên §é D‡¬ng ®‡îc lÊy theo kinh tuyÕn 20˚E xuÊt ph¸t tõ mòi Agulhas, phÝa ®«ng lÊy theo kinh tuyÕn 147˚E. C¸c phÇn lôc ®Þa bao quanh gåm cã ch©u Phi, ch©u ¸, b¸n ®¶o Trung Ên, vßng cung ®¶o Sunda v ch©u óc. Gi÷a Ên §é D‡¬ng cã nhiÒu quèc ®¶o trong ®ã ®¶o Madagascar réng vo lo¹i thø t‡ trong sè c¸c ®¶o lín nhÊt thÕ giíi (sau Greenland, New Ginea v Borneo). §é s©u trung b×nh cña Ên §é D‡¬ng l 3890m víi ®iÓm s©u nhÊt 8047m ë vïng tròng Diamantina gÇn bê t©y óc. d. Nam §¹i Do¬ng H×nh 1.6. B¶n ®å Nam §¹i D‡¬ng Nam §¹i D‡¬ng (h×nh 1.6) cßn ®‡îc gäi l Nam B¨ng D‡¬ng, §¹i D‡¬ng Nam cùc, §¹i d‡¬ng Cùc Nam bao gåm ton bé phÇn nam cña c¸c ®¹i d‡¬ng thÕ giíi n»m phÝa nam vü tuyÕn 60˚S. Theo Tæ chøc Thñy ®¹c Quèc tÕ th× Nam §¹i D‡¬ng l ®¹i d‡¬ng bao quanh ch©u Nam Cùc. §©y l ®¹i d‡¬ng lín thø t‡ trong sè ®¹i d‡¬ng thÕ giíi v còng l ®¹i d‡¬ng ®‡îc ®Æt tªn cuèi cïng. Tæng diÖn tÝch Nam §¹i D‡¬ng vo kho¶ng 20,327 triÖu km2, ®é s©u trung b×nh vïng biÓn s©u vo kho¶ng tõ 4000 ®Õn 5000m, n¬i s©u nh©t 7235m thuéc r·nh s©u Sandwich Nam. e. B¾c B¨ng Do¬ng B¾c B¨ng D‡¬ng (h×nh 1.7) hay cßn gäi l §¹i d‡¬ng B¾c Cùc bao quanh Cùc B¾c cña Qu¶ §Êt l ®¹i d‡¬ng nhá nhÊt v n«ng nhÊt trong sè 5 ®¹i d‡¬ng thÕ giíi. Tr‡íc ®©y v c¶ hiÖn t¹i nhiÒu nh h¶i d‡¬ng häc vÉn gäi B¾c B¨ng D‡¬ng l BiÓn §Þa Trung H¶i B¾c Cùc v xem nã nh‡ mét trong nh÷ng biÓn gi÷a lôc ®Þa thuéc §¹i T©y D‡¬ng. DiÖn tÝch cña B¾c B¨ng D‡¬ng vo kho¶ng 14,056 triÖu km2, ®é s©u trung b×nh 1038m v ®iÓm s©u nhÊt 5450m thuéc phÇn bÓ ¸-¢u. 8 H×nh 1.7. B¶n ®å B¾c B¨ng D‡¬ng §©y l ®¹i d‡¬ng cã diÖn tÝch bÒ mÆt bÞ b¨ng phñ lín nhÊt, ®é muèi trung b×nh vo lo¹i thÊp nhÊt so víi 5 ®¹i d‡¬ng cßn l¹i. 1.2. Nh÷ng nguyªn lý c¬ b¶n m« t¶ ®Æc ®iÓm khÝ t€îng h¶i v¨n cña ®¹i d€¬ng thÕ giíi H¶i d‡¬ng häc l khoa häc nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh tù nhiªn xÈy ra trong m«i tr‡êng biÓn phôc vô môc tiªu m« t¶, ph©n tÝch v dù b¸o chóng mét c¸ch ®Þnh l‡îng. §Ó thÓ hiÖn ®Þnh l‡îng c¸c qu¸ tr×nh cÇn thiÕt ph¶i sö dông nguyªn lý cña c¸c chu tr×nh còng nh‡ c¸c c¸n c©n cña nh÷ng ®Æc tr‡ng n¨ng l‡îng, nhiÖt, chÊt t‡¬ng øng. Nguyªn lý cña c¸c chu tr×nh ®‡îc thÓ hiÖn qua t‡¬ng quan c©n b»ng ®Þnh l‡îng, cßn nguyªn lý c¸c c¸n c©n thÓ hiÖn suÊt biÕn biÕn ®æi gi÷a c¸c tr¹ng th¸i cña chu tr×nh. Chu tr×nh noíc liªn kÕt c¸c qu¸ tr×nh xÈy ra trong thÕ giíi tù nhiªn g¾n liÒn víi n‡íc bao gåm: m‡a v bèc h¬i liªn kÕt ®¹i d‡¬ng víi khÝ quyÓn; bèc h¬i tõ mÆt ®Êt v ®i qua th¶m thùc vËt liªn kÕt khÝ quyÓn víi sinh quyÓn. Chu tr×nh n‡íc tõ ®¹i d‡¬ng vo khÝ quyÓn thÓ hiÖn qua bèc h¬i, n‡íc ®‡îc giã trong khÝ quyÓn vËn chuyÓn trong d¹ng m©y v quay trë l¹i mÆt ®Êt trong d¹ng m‡a. Sinh quyÓn ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng trong chu tr×nh n‡íc: l‡îng h¬i n‡íc tho¸t ra tõ c©y cèi l hîp phÇn quan träng cña chu tr×nh n‡íc tõ ®Êt vo khÝ quyÓn; bèc h¬i tõ mÆt biÓn còng ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng. Mèi liªn kÕt gi÷a lôc ®Þa v ®¹i d‡¬ng th«ng qua l‡u l‡îng n‡íc s«ng ®æ vo biÓn ®· khÐp kÝn chu tr×nh ny. C¸c c¸n c©n trong chu tr×nh n‡íc ®‡îc thÓ hiÖn ®Þnh l‡îng th«ng qua c¸c c¸n c©n ®éng v c¸n c©n tÜnh, trong ®ã c¸c c¸n c©n ®éng cho ta suÊt biÕn ®æi 9 gi÷a c¸c hîp phÇn cña chu tr×nh. Trong b¶ng sau cho ta ph©n bè cña n‡íc trªn Qu¶ §Êt (c¸n c©n tÜnh) t‡¬ng øng l‡îng n‡íc chøa trong tõng hîp phÇn cô thÓ. Hîp phÇn ThÓ tÝch (103 km3) % tæng l‡îng §¹i d‡¬ng 1,350,000 94.12 N‡íc ngÇm 60,000 4.18 B¨ng 24,000 1.67 Hå 230 0.016 Èm trong ®Êt 82 0.006 KhÝ quyÓn 14 0.001 S«ng 1 - Theo M. J. Lvovich: World water balance; trng: Symposium on world water balance, UNESCO/IASH publication 93, Paris 1971. C¸c c¸n c©n n‡íc tÜnh cho thÊy vai trß quan träng cña líp b¨ng ®èi víi chu tr×nh n‡íc ton cÇu. KhÝ quyÓn hÇu nh‡ kh«ng cã vai trß ®¸ng kÓ trong c¸n c©n n‡íc tÜnh nh‡ng lai quan träng khi xÐt ®Õn c¸n c©n ®éng. Trong b¶ng kÌm theo cho ta khèi l‡îng n‡íc tham gia vo tõng qu¸ tr×nh trong chu tr×nh n‡íc (c¸n c©n ®éng). Qu¸ tr×nh Khèi l‡îng (m3 /n¨m) M‡a trªn ®¹i d‡¬ng 3.24 . 1014 Bèc h¬i tõ ®¹i d‡¬ng -3.60 . 1014 M‡a trªn lôc ®Þa 0.98 . 1014 Bèc h¬i tõ mÆt lôc ®Þa -0.62 . 1014 C©n b»ng n‡íc lôc ®Þa = l‡u l‡îng s«ng 0.36 . 1014 Cã thÓ nhËn thÊy khÝ quyÓn ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng trong chu tr×nh n‡íc, mÆc dÇu l‡îng n‡íc chøa trong khÝ quyÓn kh«ng lín. Chu tr×nh muèi liªn kÕt chñ yÕu ®¹i d‡¬ng víi ®Þa quyÓn v mét phÇn nhá cña khÝ quyÓn. C¸c kho¸ng chÊt t¸ch ra tõ ®¸ theo n‡íc ngÇm v ¨n mßn bÒ mÆt ®æ vo s«ng ®i vo ®¹i d‡¬ng lm cho biÓn mÆn. Kho¸ng chÊt l¹i ®i tõ n‡íc biÓn vo trÇm tÝch thong qua c¸c ph¶n øng hãa häc t¹o ra c¸c lo¹i ®¸ míi v hon tr¶ kho¸ng chÊt vÒ víi ®Þa quyÓn. Mét phÇn muèi ®i vo khÝ quyÓn theo tia n‡íc b¾n vo kh«ng khÝ khi cã sãng v h×nh thnh nªn dßng vËn chuyÓn muèi tõ biÓn vo lôc ®Þa theo chu tr×nh muèi. Do chu tr×nh muèi th‡êng kÐo di trªn quy m« thêi gian lín, nªn trong h¶i d‡¬ng häc chØ chó träng ®¸nh gi¸ c¸c c¸n c©n muèi tÜnh 10 nh‡ ®‡îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau: YÕu tè Hm l‡îng (%) Thêi gian tån t¹i (n¨m) Mét sè thnh phҫn chÝnh cña muèi biÓn: Natri (Na) 2.4 60,000,000 Chlo (Cl) 0.013 80,000,000 Magie (Mg) 2.3 10,000,000 Mét sè chÊt vÖt trong muèi biÓn: Ch× (Pb) 0.001 400 S¾t (Fe) 2.4 100 Nh«m (Al) 6.0 100 Dinh d‡ìng l nh÷ng chÊt cÇn thiÕt cho ®êi sèng sinh vËt, chu tr×nh dinh doìng ®‡îc ph©n biÖt riªng cho lôc ®Þa v ®¹i d‡¬ng. Trong ®¹i d‡¬ng c¸c chÊt dinh d‡ìng ®‡îc thùc vËt hÊp thô trªn líp n‡íc mÆt cã n¨ng l‡îng mÆt trêi th«ng qua qu¸ tr×nh quang hîp. PhÇn lín chÊt dinh d‡ìng ®‡îc t¶i ra vïng biÓn s©u tõ d¶i ven bê. T¹i c¸c líp n‡íc s©u l¹i xÈy ra qu¸ tr×nh t¸i sinh kho¸ng chÊt: c¸c chÊt dinh d‡ìng quay trë l¹i trong d¹ng hßa tan. Nh‡ vËy ®¹i d‡¬ng sÏ kh«ng thÓ duy tr× ®é ph× nhiªu cña m×nh nÕu nh‡ kh«ng cã nguån dinh d‡ìng bæ sung trë l¹i ®Æc biÖt xÈy ra ë c¸c vïng ho¹t ®éng n‡íc tråi. Chu tr×nh c¸c- bon diÔn ra kh¸c nhau phô thuéc vo quy m« thêi gian. Trong quy m« ®Þa chÊt c¸c bon ®‡îc ®‡a vo khÝ quyÓn v ®¹i d‡¬ng th«ng qua qu¸ tr×nh phong hãa ®¸ cacbonat. L‡îng c¸c-bon ny ®‡îc tr¶ vÒ trong d¹ng ®¸ h×nh thnh do qu¸ tr×nh trÇm tÝch. Trong quy m« khÝ hËu, c¸c bon ®‡îc trao ®æi gi÷a khÝ quyÓn, ®¹i d‡¬ng, sinh vËt sèng v x¸c sinh vËt. Trong h¶i d‡¬ng häc ng‡êi ta quan t©m nhiÒu ®Õn quy m« khÝ hËu cña chu tr×nh c¸c bon. 1.3. C¸c nh©n tè h×nh thˆnh vˆ biÕn ®éng chÕ ®é khÝ t€îng h¶i v¨n §Ó n¾m b¾t ®‡îc c¸c ®Æc ®iÓm khÝ t‡îng thuû v¨n biÓn v ®¹i d‡¬ng thÕ giíi kh«ng thÓ kh«ng nãi ®Õn nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ ®Þa lý thÕ giíi. Nh÷ng kiÕn thøc vÒ khÝ t‡îng thñy v¨n lu«n ®i kÌm víi kiÕn thøc ®Þa lý vÒ c¸c tr‡êng t¸c ®éng h×nh thnh v biÕn ®æi c¸c ®Æc tr‡ng ®ã. Nh‡ chóng ta ®Òu biÕt c¸c lùc t¹o triÒu kh«ng g©y nªn nh÷ng biÕn ®éng chu kú di ®èi víi c¸c tÝnh chÊt khÝ t‡îng h¶i v¨n, ba ngo¹i lùc chÝnh t¹o ra nh÷ng biÕn ®éng ®èi víi chÕ ®é h¶i v¨n ®¹i d‡¬ng bao gåm: øng suÊt giã, th«ng l‡îng nhiÖt v th«ng l‡îng n‡íc trao ®æi qua mÆt ph©n c¸ch n‡íc-kh«ng khÝ. TÊt c¶ ba t¸c ®éng ny ®Òu cã mét nguån gèc chung l bøc x¹ mÆt trêi. Nh÷ng 11 kiÕn thøc vÒ khÝ quyÓn sÏ gióp chóng ta hiÓu râ h¬n c¬ chÕ biÕn ®æi cña c¸c t¸c ®éng ny còng nh‡ qu¸ tr×nh chuyÓn hãa cña bøc x¹ mÆt trêi vo c¸c d¹ng n¨ng l‡îng cô thÓ trong ®¹i d‡¬ng thÕ giíi. L‡îng bøc x¹ ®i vo biªn ngoi cña khÝ quyÓn cã sù biÕn ®æi ®¸ng kÓ tõ xÝch ®¹o ®Õn c¸c vïng cùc. Tuy nh÷ng biÕn ®æi còng cã sù kh¸c biÖt gi÷a c¸c mïa, nh‡ng khu vùc xÝch ®¹o vÉn nhËn ®‡îc nhiÒu n¨ng l‡îng h¬n so víi c¸c vïng cùc. Kh«ng khÝ l¹nh ë c¸c vïng cùc cã mËt ®é lín h¬n so víi kh«ng khÝ Êm t¹i xÝch ®¹o dÉn ®Õn h×nh thnh sù kh¸c biÖt vÒ ¸p suÊt khÝ quyÓn t¹i hai miÒn ny cña Qu¶ §Êt. Tõ quy luËt khÝ ¸p, ¸p suÊt khÝ quyÓn ë mùc n‡íc biÓn t¹i c¸c miÒn cùc cã gi¸ trÞ lín h¬n so víi miÒn xÝch ®¹o v t¹o ra gradient ¸p suÊt theo h‡íng tõ cùc vÒ xÝch ®¹o. Trong khi ®ã t¹i tÇng cao khÝ quyÓn th× gradient ¸p suÊt l¹i cã h‡íng ng‡îc l¹i. Trong c¬ häc chÊt láng, gradient ¸p suÊt l t¸c nh©n g©y ra dßng vËn chuyÓn tõ miÒn ¸p cao vÒ miÒn ¸p thÊp. Trong tr‡êng hîp Qu¶ §Êt kh«ng quay th× kh«ng khÝ trong khÝ quyÓn sÏ chuyÓn ®éng theo hai vßng hon l‡u ®¬n gi¶n trªn hai b¸n cÇu (h×nh 1.8a). Trªn mÆt biÓn kh«ng khÝ chuyÓn ®éng tõ cùc vÒ xÝch ®¹o; kh«ng khÝ sÏ n©ng lªn t¹i xÝch ®¹o v quay trë l¹i c¸c miÒn cùc trªn tÇng cao. (a) (b) H×nh 1.8a. S¬ ®å ph©n bè ¸p suÊt kh«ng khÝ trªn mÆt c¾t kinh tuyÕn v chuyÓn ®éng cña khÝ quyÓn t‡¬ng øng 2 tr‡êng hîp: (a) qu¶ ®Êt kh«ng quay, (b) qu¶ ®Êt quay (kh«ng t¸ch lôc ®Þa-®¹i d‡¬ng) 12 H×nh 1.8b. S¬ ®å ph©n bè giã trªn Qu¶ §Êt. §èi víi Qu¶ §Êt quay, hiÖn t‡îng chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ cã sù biÕn ®æi mét c¸ch c¬ b¶n theo hai c¸ch. Tr‡íc hÕt, khi kh«ng khÝ chuyÓn ®éng vÒ phÝa xÝch ®¹o, hiÖu øng Qu¶ §Êt quay lm cho ®¹i d‡¬ng v mÆt ®Êt n»m phÝa d‡íi ®ã chuyÓn dÞch t‡¬ng ®èi vÒ phÝa ®«ng. Ng‡êi quan tr¾c ë trªn mÆt ®Êt sÏ nhËn thÊy chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ t‡¬ng tù dßng giã ®«ng: giã thæi tõ h‡íng ®«ng kÌm theo thnh phÇn h‡íng xÝch ®¹o. T¹i khu vùc nhiÖt ®íi v cËn nhiÖt ®íi lo¹i giã ny ®‡îc gäi l tÝn phong hay giã mËu dÞch, t¹i c¸c khu vùc vÜ ®é cùc ®ã l giã ®«ng cùc ®íi. Nh‡ vËy giã sÏ kh«ng cßn thæi tõ c¸c miÒn ¸p suÊt cao vÒ c¸c miÒn ¸p suÊt thÊp n÷a m hÇu nh‡ chuyÓn dÞch theo c¸c ®‡êng cã gi¸ trÞ ¸p suÊt kh«ng ®æi (c¸c ®‡êng ®¼ng ¸p). Còng xuÊt ph¸t tõ ®©y m ý nghÜa cña c¸c ®‡êng ®¼ng ¸p ®‡îc kh¼ng ®Þnh vÞ trÝ trªn c¸c b¶n ®å thêi tiÕt hng ngy trªn ph‡¬ng tiÖn th«ng tin ®¹i chóng. Do Qu¶ §Êt quay c¸c dßng khÝ cã h‡íng theo vü tuyÕn h¬n l theo h‡íng kinh tuyÕn, vai trß cña chuyÓn ®éng theo ph‡¬ng th¼ng ®øng bÞ suy gi¶m: kh«ng khÝ cã thÓ ®i theo c¸c hon l‡u ngang trªn mÆt ®Êt mét c¸ch nhanh chãng m kh«ng cÇn ®Õn c¸c chuyÓn ®éng th¨ng hoÆc gi¸ng. ChÝnh sù ®iÒu chØnh ny dÉn ®Õn h‡íng biÕn ®æi thø hai cña chuyÓn ®éng kh«ng khÝ lm cho hon l‡u ®¬n trªn tõng b¸n cÇu bÞ ph©n hãa. Do c¸c dßng kh«ng khÝ thæi theo ®Þa ®íi cã vËn tèc lín cã tÝnh bÊt æn ®Þnh cao ®· h×nh thnh nªn c¸c xo¸y dÉn ®Õn sù ®iÒu chØnh ph©n bè khÝ ¸p. §iÒu ny dÉn ®Õn sù xuÊt hiÖn cña mét cùc ®¹i ¸p suÊt chuyÓn tiÕp n»m ë vïng vÜ ®é trung b×nh (h×nh 1.8b). §iÒu ny t¹o ra gradient ¸p suÊt theo chiÒu ng‡îc l¹i v g©y nªn mét d¶i giã t©y trªn bÒ mÆt Qu¶ §Êt (h×nh 1.8 v 1.9). Nh÷ng ng‡êi ®i biÓn l©u n¨m trªn c¸c ®¹i d‡¬ng ®Òu hiÓu râ thuËt ng÷ 13 “vïng vÜ tuyÕn 40”, do giã t¹i khu vùc tõ vÜ tuyÕn 40 ®Õn 50 ®é lu«n cã gi¸ trÞ lín, sù biÕn ®éng m¹nh v ®é giËt lín hÕt søc nguy hiÓm. H×nh 1.9 cho ta bøc tranh vÒ tr‡êng giã ë mùc n‡íc biÓn trªn ph¹m vi ton cÇu. Nh÷ng ®Æc tr‡ng ph©n bè thÓ hiÖn râ nh÷ng quy luËt rót ra tõ c¸c s¬ ®å trªn h×nh 1.8, tuy nhiªn sù hiÖn diÖn cña c¸c lôc ®Þa ®· lm cho hon l‡u khÝ quyÓn bÞ ph©n hãa ®¸ng kÓ. Hinh 1.9a. Tr‡êng giã trung b×nh trªn mÆt ®¹i d‡¬ng thÕ giíi vo th¸ng 7. Theo sè liÖu lÊy tõ sö dông sè liÖu tõ C¬ së d÷ liÖu §¹i d‡¬ng/KhÝ quyÓn (Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set -COADS) Do kh«ng khÝ trªn ®Êt liÒn bÞ ®èt nãng nhanh h¬n so víi trªn ®¹i d‡¬ng trong mïa hÌ v bÞ lm l¹nh nhanh h¬n trong mïa ®«ng nªn c¸c khèi khÝ trªn cïng mét vÜ tuyÕn ë lôc ®Þa cã ¸p suÊt thÊp h¬n trong mïa hÌ v ¸p suÊt cao h¬n trong mïa ®«ng so víi c¸c khèi kh«ng khÝ trªn ®¹i d‡¬ng. KÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh ny dÉn tíi sù chuyÓn h‡íng giã trung b×nh so víi h‡íng ®«ng hoÆc t©y c¬ b¶n ®èi víi tõng ®íi cô thÓ cña ®¹i d‡¬ng thÕ giíi. T¹i mét sè vïng ®¹i d‡¬ng h‡íng giã cã sù biÕn ®æi ®¸ng kÓ theo mïa, trong ®ã cã tr‡êng hîp giã ®æi h‡íng theo chiÒu ®èi lËp. Víi tr‡êng hîp ny chóng ta cã ®‡îc c¸c khu vùc ho¹t ®éng cña giã mïa. ë ®©y còng cÇn nh¾c l¹i quy ‡íc kh¸c nhau vÒ h‡íng giã v dßng ch¶y: h‡íng giã ®‡îc gäi theo ®iÓm xuÊt ph¸t cña vÐc t¬ (tõ ®©u tíi) cßn h‡íng dßng ch¶y biÓn l¹i theo h‡íng vÐc t¬ (®i tíi ®©u). Trong thùc tÕ h¶i d‡¬ng häc ng‡êi ta th‡êng quan t©m tíi tr‡êng giã trªn biÓn m Ýt khi chó ý ®Õn tr‡êng ¸p suÊt khÝ quyÓn. §iÒu ny ®‡îc lý gi¶i bëi t¸c 14 ®éng gi¸n tiÕp cña ¸p suÊt th«ng qua giã lªn c¸c ®Æc tr‡ng h¶i v¨n. Tuy nhiªn vÒ ph‡¬ng diÖn ®Æc tr‡ng chÕ ®é, chóng ta còng cÇn n¾m ®‡îc nh÷ng quy luËt phæ qu¸t cña ph©n bè ¸p suÊt trªn bÒ mÆt ®¹i d‡¬ng thÕ giíi. . Hinh 1.9b. Tr‡êng giã trung b×nh trªn mÆt ®¹i d‡¬ng thÕ giíi vo th¸ng 1. Theo sè liÖu lÊy tõ sö dông sè liÖu tõ C¬ së d÷ liÖu §¹i d‡¬ng/KhÝ quyÓn (Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set - COADS). Cã thÓ nhËn thÊy quy luËt ph©n bè ¸p suÊt cao thÊp theo ®íi ®‡îc thÓ hiÖn râ nÐt h¬n t¹i Nam B¸n cÇu do tû lÖ t‡¬ng ®èi gi÷a lôc ®Þa v ®¹i d‡¬ng kh«ng lín. ë B¾c B¸n cÇu ph©n bè ¸p suÊt theo ®íi bÞ thay ®æi ®¸ng kÓ do lôc ®Þa Ch©u ¸ bëi t©m ¸p thÊp mïa hÌ trªn khu vùc b¾c Pakistan v ¸p cao mïa ®«ng trªn khu vùc M«ng Cæ. Nh÷ng trung t©m khÝ ¸p ny l nguyªn nh©n chÝnh cña hÖ thèng giã mïa Ên §é D‡¬ng v §«ng-Nam ¸. Sù ph©n hãa cña c¸c tr‡êng ¸p dÉn ®Õn h×nh thnh c¸c tr‡êng giã ®· ®‡îc m« t¶ ë phÇn trªn. TÝnh ®Þa ®íi cña ph©n bè ¸p suÊt trªn khu vùc Nam B¸n cÇu dÉn ®Õn h×nh thnh ®íi giã t©y m¹nh tõ 40˚ ®Õn 60˚S. Trong khi ®ã cã sù hiÖn diÖn cña c¸c hon l‡u khÐp kÝn xung quanh c¸c trung t©m khÝ ¸p cao cËn nhiÖt ®íi b¾c Th¸i B×nh D‡¬ng v Nam Th¸i B×nh D‡¬ng. Th«ng l‡îng ®éng l‡îng trao ®æi qua bÒ mÆt ph©n c¸ch biÓn-khÝ quyÓn ®‡îc ®Æc tr‡ng bëi øng suÊt giã trªn mÆt biÓn (h×nh 1.11). Tr‡êng ph©n bè cña ®¹i l‡îng ny chñ yÕu ®‡îc x©y dùng tõ tr‡êng giã trªn mÆt biÓn. 15 Hinh 1.10a. Tr‡êng ¸p suÊt khÝ quyÓn (hPa) trung b×nh trªn mÆt ®¹i d‡¬ng thÕ giíi vo th¸ng 7. Theo sè liÖu lÊy tõ sö dông sè liÖu tõ C¬ së d÷ liÖu §¹i d‡¬ng/KhÝ quyÓn (Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set -COADS). Hinh 1.10b. Tr‡êng ¸p suÊt khÝ quyÓn (hPa) trung b×nh trªn mÆt ®¹i d‡¬ng thÕ giíi vo th¸ng 1. Theo sè liÖu lÊy tõ sö dông sè liÖu tõ C¬ së d÷ liÖu §¹i d‡¬ng/KhÝ quyÓn (Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set -COADS). 16 Hinh 1.11a. Tr‡êng øng suÊt giã trung b×nh trªn mÆt ®¹i d‡¬ng thÕ giíi vo th¸ng 6-8. Theo sè liÖu lÊy tõ sö dông sè liÖu tõ C¬ së d÷ liÖu §¹i d‡¬ng/KhÝ quyÓn (Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set -COADS). Hinh 1.11b. Tr‡êng øng suÊt