K.S NGUYỄN SỸ KIÊM KHÍ TƯỢNG - THUỶ VĂN HÀNG HẢI NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI - 2003 LỜI NÓI ĐẦU Cuốn Giao trình khí tượng thuỷ văn hàng hải xem xét đến trình vật lý tượng xảy khí Đại dương giới Cuốn sách trình bày nguyến tắc tổ chức phương pháp bảo đảm hàng hải khí tượng, đưa hướng dẫn quan sát thời tiết mặt biển Nội dung giáo trình chủ yếu dành cho sinh viên chuyên ngành điều khiển tàu biển, đồng thời bổ ích cho giáo viên giảng dạy môn học này, sỹ quan boong quan tâm đến hàng hải khí tượng – thuỷ văn mà công tác tàu vận tải, tàu đánh cá tàu hải quân Tác giả BÀI MỞ ĐẦU VAI TRÒ VNTRÍ CỦA NGÀNH “KHÍ TƯỢNG - THUỶ VĂN HÀNG HẢI” ĐỐI VỚI NGÀNH HÀNG HẢI Ngành giao thông vận tải đường biển Việt Nam, nhiều nước khác giới, phát triển mạnh Nhiều loịa tàu đánh cá, tàu vận tải biển hoạt động tất biển đại dương trái đất Các tàu đại trang bị phương tiện dẫn đường tối tân, cho phép biển điều kiện thời tiết Sự hoàn thiện kết cấu thân tàu, kích thước cuả tàu chứng tỏ việc biển thời gian không phụ thuộc nhiều vào ảnh hưởng môi trường Tuy vậy, người điều khiển tàu biển, hoạt động thực tiễn luôn phải ý đến điều kiện thời tiết tình trạng mặt biển (đại dương), chúng có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ an toàn hiệu kinh tế việc khai thác tàu biển Vì người điều khiển tàu biển phải biết điều kiện khí tượng - thuỷ văn nơi tàu hoạt động tới, để tránh nguy hiểm cho tàu, bảo đảm an toàn mang lại hiệu kinh tế cao ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA “KHÍ TƯỢNG - THUỶ VĂN HÀNG HẢI” Giáo trình bày khoa học sở khí tượng hải dương học Trong phần có đề cập đến ảnh hưởng yếu tố khí tượng - thuỷ văn tàu biển Khí tượng học - khoa học khí trái đất nghiên cứu trình vật lý tượng xảy Hải dương học - khoa học đại dương biển, nghiên cứu trình lý hoá tượng xảy Các trình tượng khí có ảnh hưởng mạnh chủ yếu nằm lớp khí sát đất sát mặt biển Giữa khí với bề mặt đất, mặt nước xảy trình trao đổi nhiệt Nm tương tác động lực khối khí với nước đại dương biển Trong phần thứ giáo trình (phần khí tượng học) đưa vào cách ngắn gọn kiến thức khí tượng học Si-nốp Khí tượng học Si-nốp hay khoa học dự đoán thời tiết khoa học nghiên cứu trình khí nguyên nhân thay đổi thời tiết với mục đích dự báo Phương pháp để nghiên cứu khí tượng học, hải dương học dự báo thời tiết quan sát phân tích số liệu quan trắc Để đạt mục đích người ta thành lập nhiều trạm khí tượng- thuỷ văn đất liền, hải đảo, phao tàu biển di động N goài ra, trạm khí tượng, viện nghiên cứu trung tâm dự báo thời tiết tiến hành xử lý số liệu quan trắc được, thường xuyên xem xét thay đổi thời tiết thành lập dự báo thời tiết, dự báo tình trạng mặt biển (đại dương) Yêu cầu “Khí tượng – thuỷ văn hàng hải” trang bị kiến thức cần thiết cho sỹ quan boong: N ắm trình tượng xảy khí quyển, mặt biển đại dương Đánh giá ảnh hưởng điều kiện thời tiết thuỷ văn đến loại tàu biển Tiến hành quan trắc yếu tố khí tượng – thuỷ văn tàu, mã hoá số liêuk chuyển cho trung tâm thời tiết Sử dụng thực tiễn hàng hải đồ thời tiết facsimile, dự báo bão, dự báo thời tiết, mà tàu thu từ trung tâm dự báo nhiều nước khác Thống kê dấu hiệu thời tiết địa phương (quan sát từ tàu) để làm xác thêm thông tin dự báo thời tiết thức thu Đánh giá cách thông thạo hướng dẫn việc chọn đường tối ưu phụ thuộc vào điều kiện khí tượng – thuỷ văn Trong phần thứ (phần cuối cùng) giáo trình phụ lục Ở trích dẫn phần “Bảng tra Nm độ”, ví dụ đơn giản xác định đại lượng đặc trưng cho độ Nm, ảnh mây ký hiệu quy ước mây tượng đồ thời tiết… CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI MỞ ĐẦU Cho biết vai trò vị trí môn “Khí tượng – thuỷ văn hàng hải ” ngành hàng hải? Cho biết đối tượng nghiên cứu nhiệm vụ “Khí tượng – thuỷ văn hàng hải ”? Phần thứ KHÍ TƯỢNG HỌC Chương I KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT § 1.1 THÀN H PHẦN KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT 1.1.1 Thành phần khí gần mặt đất Khí tạo thành từ hỗn hợp nhiều chất khí khác nhau, (theo thể tích) bao gồm: nitơ (chiếm 78,09%), ôxy (20,95%) ocgon (0,93%) Còn lại lượng không đáng kể (tổng cộng 0,03%) khí cac-bô-nic, nê-ôn, he-li, me-tan, hiđrô, ôzôn v.v…trong không khí có nước tạp chất lơ lửng khác Không khí không chứa nước tạp chất học gọi không khí khô Khối lượng phân tử tương đối không khí khô 20.97; gần khối lượng phân tử tương đối ni-tơ (28.02) Các nghiên cứu nhờ bóng thám không tên lửa xác định thành phần hoá học không khí đến độ cao 90 – 100km giữ ổn định Đồng thời khối lượng phân tử không khí gần không thay đổi lớp khí đó, lớp khí gọi khí đồng Sự ổn định thành phần khí lớp khí đồng giải thích nhờ trao đổi thẳng đứng nằm ngang không khí lớp Hơi nước vào khí bốc từ bề mặt nước, mật đất Nm, lớp phủ thực vật v.v… Lượng nước giảm nhanh độ cao tăng lên Sự tồn nước phần làm thay đổi thành phần (theo thể tích ) không khí Hơi nước đóng vai trò quan trọng khí Do ngưng kết đóng băng tạo dạng mây, mưa,tuyết,sương mù… làm giảm tầm nhìn xa N goài nước có tính chất hấp thụ xạ sóng dài cùa trái đất nên ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt đọ khí Khí - bô – nít vào khí từ đám cháy, từ mục nát, sinh hoá sinh vật, từ thở động vật… Lượng khí - bô – nít thay đổi phụ thuộc vào đièu kiện địa phương, thời gian ngày mùa năm Khi lượng khí - bô – nít tăng dẫn đến tăng lên nhiệt độ không khí gàn mặt đất Khí ô-zôn tạo thành từ ba nguyên tử ôxy Ở tầng thấp khí khí ô-zôn tạo từ loại chớp giông Ở tầng cao khí quyển, khí ô-zôn sinh kết tương tác tia tử ngoại mặt trời với ôxy Vai trò quan trọng khí ôzôn với sống trái đất khả hấp thụ xạ tử ngoại mặt trời Khí ôzôn hấp thụ 4% lượng tia mặt trời, làm tăng nhiệt độ không khí độ cao từ 2050 km 1.1.2 Thành phần khí cao Từ độ cao 90-100 km trở lên thành phần khí thay đổi mạnh Trên 100 km quan sát thấy có ôxy đơn nguyên tử, 300 km phần ni-tơ bị phân rã Ở độ cao 1000 km khí tạo thành chủ yếu từ khí hê-li khí hyđrô Các quan sát trạm tự động cho biết độ cao 2000 km tồn dấu hiệu khí trái đất §1.2 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN 1.2.1 Độ cao khối lượng khí Dưới tác dụng lực hút trái đất, mật độ không khí lớn lớp gần mặt đất Theo chiều tăng độ cao, mật độ giảm xuống (khoảng cách phần tử tăng lên) Dần dần mật độ không khí tiến gần đến mật độ không gian vũ trụ (ở độ cao 2000 km) N gày nay, người ta tạm thời công nhận giới hạn vật lý khí trái đất nằm độ cao 2000 km Khối lượng tổng cộng khí 5,16×10²¹ g gần 50% khối lượng bề dày cách mặt đất km, 75% nằm lớp dày đến 10 km 90% đến 16 km 1.2.2 Sự phân chia khí thành tầng Đặc điểm tầng bình lưu ổn định nhiệt độ theo độ cao phần gia tăng lên theo độ cao km thứ 25 tận giới hạn Ở giới hạn tầng bình lưu nhiệt độ tăng đến 0º, đạt cực đại đến +10º chí +30º Điều giải thích tính hấp thụ lớn ôzôn mà khối lượng lớn nằm lớp Tong tầng bình lưu nước mây Tầng trung gian: Lớp chuyển tiếp tầng bình lưu tầng trung gian gọi lớp bình lưu hạn Trong tầng trung gian nhiệt độ hạ theo độ cao Tại giới hạn tầng nhiệt độ xuống tới âm 70º, âm 80º Tầng trung gian có dặc trưng nhiễu loạn mạnh xáo trộn theo chiều thẳng đứng, mật độ không khí không đáng kể Tại giới hạn tầng áp suất không khí khoảng 200 lần, nhỏ áp suất mặt đất Tốc độ gió đạt tới vài trăm km Trên độ cao chừng 82-85 km, quan sát thấy loại mây ánh bạc tạo thành từ tinh thể băng nhỏ xíu Tầng nhiệt: Đặc trưng tầng tăng lên nhiệt độ theo độ cao, có liên quan tới hấp thụ lượng mặt trời nguyên tử ôxy Theo tính toán, giới hạn (khoảng 800 km), nhiệt độ đạt tới 750-1500º Dĩ nhiên, nhiệt độ đo Khí tầng nhiệt vô loãng Tầng khí ngoài: nhiệt độ không khí tầng đạt giá trị cao tầng nhiệt Chuyển động chất khí nhẹ hyđrô hêli với tốc độ lớn, đạt tới 11,2 km/s thắng lực hấp dẫn trái đất vào không gian hành tinh N goài cách phân chia khí thành năm tầng theo trạng thái nhiệt đây, người ta phân chia theo tính chất điện Theo cách tầng nhiệt gọi tầng điện ly Trong phần lớn độ dày tầng điện ly (từ 60-80 km đến 800-1000 km) có mật độ lớn I-ôn nguyên tử phân tử chất khí khác Tầng điện ly lại chia thành ba lớp theo mức độ ảnh hưởng chúng đến truyền sóng vô tuyến Đó lớp D (ở độ cao 60-80 km); lớp E (100-120 km) lớp F (ở độ cao 200-400 km) Trong tầng điện ly thường quan sát thấy tượng cực quang hửng sáng phông trời đêm CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG I Cho biết thành phần khí gần mặt đất? N lên tầm quan trọng nước, khí các-bô-nic ôzôn? Cho biết phân bố khí theo độ cao? N đặc điểm bật tầng khí quyển? Chương II HIỆN TƯỢNG NHIỆT TRONG KHÍ QUYỂN § 2.1 TRẠN G THÁI N HIỆT CỦA KHÍ QUYỂN Nguồn gốc nhiệt N guồn gốc lượng hầu hết tất trình tượng khí nhiệt mặt trời tới khí bề mặt đất dạng lượng tia N ăng lượng mặt trời làm chuyển động khối khí dòng chảy biển, bảo đảm tuần hoàn nước tự nhiên, hun nóng bề mặt đất N hiệt từ mặt đất truyền xuống sâu tạo nhiệt lượng dự trữ đó, chúng cần cho thể sống Ánh sáng nhìn thấy lượng mặt trời cho ta độ sáng ban ngày nguồn gốc tượng quang học khác khí Bức xạ mặt trời N ăng lượng tia mặt trời mặt trời toả gọi xạ mặt trời N ó truyền dạng sóng điện từ với tốc độ 300.000 km/s Trong khí trái đất chuyển sang dạng nhiệt lượng Khí trái đất nhận nhiệt lượng tổng cộng từ mặt trời suốt năm 1,3×10 24 ca lo… N hiệt lượng làm tan lớp băng dày 36 m phủ kín toàn địa cầu nhiệt độ 0ºC Tổ hợp toàn dải sóng mà xạ mặt trời phát gọi phổ xạ mặt trời Phổ mặt trời chia làm ba dạng tia: xạ tử ngoại - xạ sóng ngắn với độ dài bước sóng từ 0,10 – 0,40µm; xạ nhìn thấy hay xạ ánh sáng với độ dài bước sóng từ 0,40 – 0,76 µm; xạ hồng ngoại - xạ sóng dài với độ dài bước sóng từ 0.76 – 4,0 µm Bức xạ trực tiếp xạ khuyếch tán Bức xạ mặt trời đến mặt đất dạng tia trực tiếp (đi thẳng) tia khuyếch tán (do tính tán xạ thành phần khí quyển) Bức xạ đến cách trực tiếp từ mặt trời dạng chùm tia song song gặp bề mặt đất lớp khác khí gọi xạ trực tiếp Cường độ xạ trực tiếp phụ thuộc vào độ cao mặt trời thời gian ban ngày Cường độ xạ trực tiếp đạt tới cực đại vào lúc trưa địa phương Bức xạ mặt trời bị tán xạ nhiều lần khí gọi xạ khuyếch tán Bức xạ khuyếch tán đến bề mặt đất từ tất hướng phông trời Cường độ xạ khuyếch tán phụ thuộc cào độ cao mặt trời, độ suốt khí quyển, diện mây, đặc điểm phản xạ mặt đệm, độ cao địa điểm so với mặt biển Bức xạ khuyếch tán tạo màu xanh da trời, đưa rọi sáng vào vùng nhá nhem (đang thời kỳ hoàng hôn bình minh) lúc trời quang mây độ rọi sáng ban ngày lúc trời mây dày đặc Bức xạ tồng cộng tổng hợp xạ trực tiếp xạ khuyếch tán đến mặt đất điều kiện Bức xạ phản hồi: xạ tổng cộng vào bề mặt đó, phần bề mặt hấp thụ, phần khác phản hồi trở lại Mức độ hấp thụ phản hồi xạ phụ thuộc vào hoạt tính mặt đệm § 2.2 TÁC DỤN G N HIỆT CỦA MẶT ĐỆM ĐỐI VỚI KHÍ QUYỂN DƯỚI THẤP 2.2.1 Mặt đệm: Là bề mặt đất, mặt nước, lớp phủ thực vật, lớp phủ băng tuyết… nằm đáy đại dươnng khí Do đặc điểm khác màu sắc độ Nm loại mặt đệm mà hấp thụ phản hồi xạ mặt trời khác Đối với mặt đất Nm màu đen, màu xám mức độ hấp thụ xạ lớn nhất, cát khô, màu sáng hấp thụ phản hồi nhiều Thêm vào bề mặt nước đại dương, miền xích đạo, hấp thụ xạ mặt trời lớn 2.2.2 Sự nóng lên lạnh loại mặt đệm: Sự nóng lên lạnh mặt đệm phụ thuộc vào cân nhiệt nó, tức phụ thuộc vào mối quan hệgiữa lượng nhiệt hấp thụ nhiệt toả 2.2.3 Biến trình ngày năm nhiệt đại dương Độ dẫn nhiệt lớn nước truyền nhiệt nhanh xuống sâu làm chậm dần nóng lên lạnh nước tầng mặt Đối với bể nước lớn (trên đại dương) nóng lên lạnh thực hiên cách chậm chạp Điều dẫn đến biến độ hàng ngày cảu nhiệt đại dương nhỏ (cỡ 0,1-0,2°); biển (đại dương) miền nhiệt đới gần 0,5° Giá trị lớn nhiệt đại dương quan sát thấy vào lúc 15-16h, nhỏ khoảng 2-3h sau mặt trời mọc Dao động hàng năm nhiệt độ lớp nước tầng mặt lớn nhiều so với dao động nhiệt hàng ngày Ở miền nhiệt đới dao động khoảng 2-3°, vĩ độ trung bình 40°N gần 10° 40°S 5° N hiệt độ lớn hàng năm lớp nước tầng mặt bắc bán cầu vào tháng nhỏ vào tháng Cụ thể mặt đất, vào mùa hạ vào trưa dòng nhiệt đến vượt dòng nhiệt toả ra, mặt đất nóng lên Vào ban đêm đặc biệt mùa đông, lượng nhiệt toả (bức xạ sóng dài từ mặt đất) lớn nhiều nhiệt lượng mặt đất hập thụ được, lạnh Sự nóng lên (ban ngày) lạnh (ban đêm) bề mặt nước xảy tương tự chậm nhiều Bởi nước lan truyền nhiệt xảy nhanh đất, 10 Việc tính trước yếu tố thuỷ triều có ý nghĩa quan trọng việc bảo đảm an toàn hàng hải cảng biển Vì độ cao mực nước thời điểm h1 xác định theo công thức: h1 = ΣR cos(qt − ξ ) Trong thiên nhiên, dĩ nhiên sóng thành phần Trên thực tế tồn sóng triều mà quan sát Do vậy, toàn phương pháp coi hoàn toàn thuyết minh nhân tạo tượng sóng, tiếp nhận tất tượng xảy hữư sóng riêng biệt Khi tính đến ảnh hưởng điều kiện địa phương đến biên độ công thức ban đầu sóng triều dạng hình sin viết sau: z = fH cos[qt + (V0 + U ) − g ] Trong đó: f - hệ số giảm thiểu tính theo định luật chuyển động thiên thể H - biên độ trung bình thuỷ triều, phụ thuộc vào điều kiện địa lý V0 + U - đối số thiên văn, coi góc thiên thể 0h ngày quan sát dự tính thuỷ triều; G - góc vị trí sóng quýêt định đến chậm thời điểm đạt nước lớn sóng thành phần, so với thời điểm qua kinh tuyến thiên thể, mà gây sóng triều cho, hay nói cách khác, lệch đặc trưng sóng tự nhiên so với pha triều tĩnh phụ thuộc vào điều kiện địa phương Biên độ triều H góc vị trí sóng g đựơc xác định theo số liệu quan sát, vị trí đại dương bất biến chúng gọi số điều hoà Bài toán phân tích điều hoà bao gồm: Xác định số điều hoà Dự tính độ cao chung thủy triều điểm cụ thể thời điểm xác định Hạch toán yếu tố thuỷ triều điểm cụ thể cho trước Công thức đầy đủ với hạch toán độ cao triều chứa 93 thành phần Tuy nhiên, thực tiễn biển sâu, cần tính thành phần sóng, với vùng nước nông - 11 187 Trên sở phân tích điều hoà, người ta thành lập bảng thuỷ triều (lịch thuỷ triều), nhờ tính trước yếu tố triều cảng khác - độ cao nước lớn, nước ròng, thời điểm chúng đạt đặc trưng khác thuỷ triều thời điểm cho trước Đối với việc tính toán tượng thuỷ triều sử dụng rộng rãi phân tích điều hoà Thực chất phân tích điều hoà xem đường cong phức tạp thay đổi mực nước biển tác dụng thuỷ triều dạng tổng cộng đường cong thành phần đặn, đường cong có đặc điểm dao động điều hoà đơn giản Z dạng sóng hình sin: Z = R cos(qt − ξ ) Trong đó: R - biên độ sóng thành phần điều kiện thực tế q - tốc độ góc trung bình, không đổi sóng thành phần không phụ thuộc vào điều kiện địa lý t - mặt trời trung bình ξ - pha sóng Các sóng thuỷ triều thành phần đó, xem cách thuận lợi đơn giản kết tác dụng số thiên thể, quay xung quanh trái đất theo quỹ đạo tròn bán kính khác với tốc độ góc quay khác Bằng cách tương tự, có khối lượng thiên thể, bán kính quỹ đạo tốc độ góc, thu kết tổng hợp sóng triều thực Các bảng thuỷ triều, hay lịch thuỷ triều cách thức dùng để tính trước yếu tố triều tàu biển Chúng xuất đặn hàng năm nước tiên tiến, lịch thuỷ triều gồm có nhiều tập, tính trước yếu tố triều cho tất cảng biển Đại dương giới Hầu hết lịch thường có hai phần chính: I - Các bảng tính trước độ cao nước lớn, nước ròng cho cảng II - Bảng hiệu chính, để tính thuỷ triều cho cảng phụ loạt bảng phụ trợ khác N hờ lịch thuỷ triều, giải toán sau đây: 188 - Tính trước độ cao thời điểm nước lớn, nước ròng cảng ngày cho trước - Tính độ cao mực nước biển cảng thời điểm cho trước khoảng nước lớn nước ròng - Xác định thời điểm thuỷ triều đạt giá trị cực đại cho - Tính thuỷ triều bảng phụ, trước tiên cần làm quen với đề mục, để có khái quát rõ ràng nội dung nó, đồng thời ý đọc qua giải thích hướng dẫn cách sử dụng Câu hỏi ôn tập chương XV Cho biết thuật ngữ mực nước biển? Các nguyên nhân làm dao động mực nước biển? N định nghĩa thuật ngữ quan trọng thuỷ triều? Hãy giải thích tượng thuỷ triều? Giải thích chênh lệch triều hàng ngày, nửa tháng, tháng chu kỳ dài? Đặc tính biên độ triều đại dương, biển? 189 Chương XVI Hải lưu §16.1 Định nghĩa phân loại hải lưu 16.1.1 Định nghĩa Hải lưu (hay dòng chảy biển) chuyển động tịnh tiến khối nước biển đại dương, đặc trưng hướng tốc độ Các khối nước bỉên đại dương, tham gia vào chuyển động ngang (chuyển động tịnh tiến) mà tham gia chuỷên động thẳng đứng (hay thành phần thẳng đứng) không xét chuyển động thẳng đứng khối nước 16.1.2 Các lực tạo nên hải lưu bán cầu chiều kim đồng hồ N am bán cầu, dòng chảy xoáy nghịch, có hướng chuyển động ngược lại… e Theo tính chất lý - hoá người ta chia thành: dòng chảy nóng lạnh, mặn nhạt Tính chất dòng chảy xác định qua tương quan nhiệt độ hay độ muối khối nước tham gia chuyển động nước xung quanh N ếu nhiệt độ nước dòng chảy cao nhiệt độ nước xung quanh, dòng chảy gọi dòng chảy nóng, thấp hơn, gọi dòng chảy lạnh Các dòng chảy mặn nhạt xác định cách tương tự §16.2 Phương pháp dụng cụ xác định hải lưu 16.2.1 Các phương pháp quan trắc dòng chảy Để nghiên cứu hải lưu Đại dương giới người ta, sử dụng nhiều phương pháp quan trắc khác đến tốc độ hướng chảy dòng nước lớp nước tầng mặt độ sâu khác Bao gồm phương pháp chính: phương pháp hàng hải, phương pháp theo độ nghiêng dây đo sâu, phương pháp vật nổi, phương pháp quay… a Phương pháp hàng hải - phương pháp sử dụng rộng rãi hàng hải N hờ nó, thu số liệu dòng chảy lớp nước hàng hải Thực chất phương pháp là: mộ lúc người ta so sánh vị trí dự tính vị trí quan trắc tàu 190 N ếu sau thời gian hai lần quan trắc mà gió, gió yếu, chuyển đổi chỗ gây dòng chảy Trong trường hợp hướng tốc độ dòng chảy người ta trực tiếp thu từ xác định yếu tố chuỷên chỗ N ếu có gió lớn cần phải đưa hiệu trôi gió taù vào thành phần chuỷên chỗ N hững sai sót việc xác định vị trí dự toán vị trí quan trắc, ảnh hưởng đến độ xác phương pháp hàng hải, tức ảnh hưởng đến việc xác định hướng tốc độ dòng chảy Hướng dòng chảy tính hướng mà dòng chảy tới, tức dòng chảy từ la bàn, xác định độ, từ 00 đến 3600, hướng Tốc độ dòng chảy tính m/s, nơ (hải ký/giờ) hải lý/ngày đêm b Xác định dòng chảy theo dây đo sâu, thể vùng biển có độ sâu không 300m Thực chất phương pháp là: từ tời đặt boong tàu, người ta thả dây cáp qua pu-li đếm, đầu dây buộc dụng cụ đo sâu hay vật nặng, trọng lượng nặng hay nhẹ phụ thuộc vào độ sâu tốc độ trôi Khi vật nặng chạm đáy, xác định độ sâu biển nhờ số đếm, đồng thời bật đồng hồ bấm giây từ bỏ dây cho không chùng căng Sau thời gian đó, tuỳ theo tốc độ trôi tàu, ngừng thả dây cáp, ngắt đồng hồ bấm giây, lấy số lần hai đếm đo góc nghiêng dây so với phương thẳng đứng Việc tính tốc độ trôi (dòng chảy) Vch thực theo bảng chuyên dụng, theo giản đồ, biết độ sâu biển h, độ dài dây cáp nghiên l sau khoảng thời gian t (kể từ lúc mở đồng hồ bấm giây đến dừng nó) dùng công thức sau để tính: Vch = l − h2 t Hướng dòng chảy (trôi) người ta xác định theo hướng dây nghiêng la bàn c Phương pháp phao vô tuyến định vị Phương pháp phao việc xác định vị trí phao thời điểm định, cách dùng dụng cụ theo dõi phao trôi dòng chảy Bằng cách vẽ đồ vết dịch chuỷên phao, người ta xác định hướng tốc độ dòng chảy Để dễ nhìn, người ta thường sơn phao màu trắng, màu dễ phản xạ so với màu nước biển N gười ta quan sát dịch chuyển phao trôi theo dòng chảy nhờ vô tuyến định vị tàu, lúc neo đậu Trên đồ, đánh dấu vị trí liên tục 191 phao qua khoảng thời gian định, xác định hướng tốc độ dòng chảy 16.2.2 Dụng cụ đo dòng chảy a Lưu tốc kế: Để đo trực tiếp dòng chảy khu vực gần bờ khơi, người ta dùng lưu tốc kế Lưu tốc kế bao gồm: phận cảm ứng chong chóng nước làm từ bốn chân vịt nhẹ, theo số vòng quay sau khoảng thời gian chịu tác động dòng nước, người ta tính tốc độ dòng chảy Lưu tốc kế xác định hướng dòng chảy biển b Lưu tốc kỳ: Dụng cụ tự ghi tốc độ hướng dòng chảy Chúng thường có hai loại: loại tự động ghi đặt phao chuyên dụng loại thứ hai dùng tàu biển §16.3 Sơ đồ dòng chảy đại dương giới 16.3.1 Sơ đồ chung dòng chảy tầng mặt Đại dương giới Là hướng dịch chuyển khối nước, lấy trung bình từ số liệu quan trắc sau chu kỳ nhiều năm (hình 64) Các lực (các nguyên nhân) tạo nên dòng chảy chia theo: nguyên nhân bên trong, nguyên nhân bên Các nguyên nhân bên lực tạo phân bố không mật độ nước theo chiều ngang, lực bên ngoài: gió, khí áp, lực sóng triều N goài nội lực ngoại lực làm xuất dòng chảy biển, ngày lập tức, sau bắt đầu chuyển động khối nước, có loại lực thứ hai: cô-ri-ô-lit (hay lực làm lệch quay trái đất), lực ma sát Trên hướng dòng chảy có ảnh hưởng hình dạng bờ biển địa hình đáy biển 16.1.3 Phân loại hải lưu N gười ta phân loại hải lưu theo dấu hiệu sau đây: a Theo lực, hay yếu tố tạo nên dòng chảy Phân loại theo dấu hiệu Theo cách gồm có: dòng chảy gió, gradient (kể dòng chảy mật độ), dòng chảy thuỷ triều (hay triều lưu) Dòng chảy gió hay dòng chảy trôi tạo tác dụng lực ma sát gió với mặt nước Dòng chảy gradient gây nên gradient áp suất thuỷ tĩnh, mà xuất có độ nghiêng mặt nước biển so với mực nước trung bình, độ nghiêng mặt nước xảy đà gió, biến thiên khí áp, lưu lượng sóng, số phân bố không 192 mật độ nước biển triều ngang Triều lưu tạo sóng thuỷ triều tác động lực triều (xem Đ15) lên khối nước b Theo mức độ ổn định người ta chia thành: dòng chảy cố định, dòng chảy tuần hoàn dòng chảy thời - Dòng chảy cố định loại thay đổi hướng tốc độ thời gian dài (trong mùa, năm) N hư dòng chảy gió mùa Đại Tây Dương, Thái Bình Dương ấn độ dương, gây nên tác dụng gió mùa ổn định Đương nhiên, thực tế, theo nghĩa đen đong chảy ổn định Tất dòng chảy, mức độ hay mức độ khác chịu nhiều thay đổi Vì từ "dòng chảy cố định" thường hiểu dòng chảy quan sát thấy vùng đại dương biển Chúng phụ thuộc vào đặc điểm phân bố mật độ trước, vào hướng gió thịnh hành vùng cho - Dòng chảy tuần hoàn dòng chảy mà hướng tốc độ thay đổi theo chu kỳ định (lặp lặp lại qua khoảng thời gian có trình tự ổn định) Đặc trưng cho loại triều lưu - Dòng chảy thời loại dòng chảy mà biến đổi chúng có đặc điểm không tuần hoàn Chúng gây nên tác dụng ngoại lực trước hết gió thổi thời c Độ sâu phân bố người ta chia ra: - Dòng chảy bề mặt, quan sát thấy lớp nước bên trên, đựơc gọi lớp nước hàng hải, tức lớp nước tương ứng với phần chìm tàu (0 - 15m) - Dòng chảy tầng sâu, dòng chảy quan trắc độ sâu dòng chảy mặt dòng chảy sát đáy - Dòng chảy sát đáy, dòng chảy quan trắc lớp nước sát đáy Ma sát đáy ảnh hưởng đến dòng chảy d Theo đặc điểm chuyển động, người ta chia thành: dòng chảy uốn khúc, dòng chảy thẳng dòng chảy cong Các dòng chảy cong phân chia thành dòng xoáy thuận, chuyển động ngược chiều kim đồng hồ Bắc 193 Hình 64: Sơ đồ chung dòng chảy tầng mặt Đại dương giới N guyên nhân gây nên dòng chảy tầng mặt khơi đại dương - tác động gió Vì tồn mối liên hệ hướng tốc độ dòng chảy với gió thịnh hành N hư vậy, xem xét đồ dòng chảy tầng mặt đại dương biển theo tranh sau đây: a vành đai nhiệt đới Đại dương giới, nơi quan sát thấy gió mùa đông bắc Bắc bán cầu Đông - N am - N am bán cầu, xuất hai bên xích đạo dòng chảy mùa mạnh với hướng Tây Trên đường đi, gặp bờ đông lục địa, dòng chảy tạo nên độ dốc mực nước lệch hướng sang phải Bắc bán cầu, sang trái N am bán cầu Trên vĩ độ gần 40o gió tây chiếm ưu tác động mạnh vào khối nước Do đó, hướng dòng chảy lệch đông đông - bắc, sau đường mình, gặp phải bờ tây lục địa - lệch N am Bắc bán cầu Bắc N am bán càu, tạo vòng khép kín dòng chảy xích đạo vĩ độ 40 - 45o Trên Bắc bán cầu, phần dòng chảy đông lệch sang bắc gặp phải nhánh xoáy vĩ độ trung bình N ằm dòng chảy mùa Bắc N am bán cầu, giải xích đạo xuất dòng chảy ngược chiều hướng đông Khác với tranh chung đây, quan sát thấy dòng chảy có miền nhiệt đới nửa bắc ấn độ dương Tại đây, bán đảo ấn độ lục địa rộng lớn châu nhô sâu phía nam, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển gió mùa Theo 194 nguyên nhân đó, dòng chảy nửa bắc ấn độ dương có tiến trình mùa tương ứng với tiến trình hoàn lưu gió mùa b Trên vĩ độ trung bình 450 - 650 phần bắc Đại tây dương Thái bình dương dòng chảy tạo nên xoáy ngược chiều kim đồng hồ Tuy nhiên, tính không ổn định hoàn lưu khí vĩ độ đó, dòng chảy đặc trưng tính ổn định yếu, ngoại trừ nhánh, mà chúng nuôi dưỡng độ dốc thường xuyên mực nước đại dương từ xích đạo hai cực, ví dụ dòng chảy nóng bắc Đại tây dương bắc Thái bình dương c Trên vĩ độ cực, theo quan sát dòng băng trôi cho biết, Bắc băng dương dòng chảy tầng mặt có hướng từ bờ biển châu qua bắc cực tiến vờ đông năm Grenlan Đặc điểm dòng chảy, mặt, gây lên gió đông thịnh hành đây, mặt khác - đền bù dòng nước từ cực bắc Khu gần bờ châu N am cực, dòng chảy có ưu hướng Tây tạo nên giải hẹp hoàn lưu dọc bờ châu N am cực với hướng đông sang tây Còn vùng biển xa bờ hơn, dòng chảy có hướng đông, (ở vĩ độ trung bình) gió hướng tây thống trị 16.3.2 Đặc trưng dòng chảy đại dương a Đại tây dương: Dòng chảy bắc xích đạo đại dương mũi Xanh, có hướng chung tây Tốc độ dòng chảy thay đổi khoảng 0,5 - nơ phần nam 0,3 - 0,5 nơ phần bắc Đến đảo Antin nhỏ dòng chảy bị phân nhánh: phần dọc theo bờ bắc đảo tạo dòng chảy Antin, phần kết hợp với dòng Gvian chạy dọc theo bờ nam Mỹ tạo dòng chảy Caribê Dòng nước nóng tiến vào eo Mê-hi-cô đến cửa Đại Tây Dương thông qua vịnh Florida Tại tên gọi dòng chảy Florida bắt đầu hệ dòng chảy mạnh nóng Đại dương giới - Golfstrim Chính vịnh, dòng chảy Florida có tốc độ 4-5nơ lớn hơn, gần bờ Florida - nơ Theo cửa đại dương dòng Golrsđrim kết hợp với dòng Antin thành dòng chảy chung có hướng đông - bắc dọc theo bờ sông lục địa châu Mỹ Từ phía bắc, gần bờ châu Mỹ, tồn dòng ngược lại có hướng nam, mang theo nước lạnh lên dòng Labrador Đến phía đông kinh tuyến 46 Goltstrim rõ dòng chảy, yếu bị chia nhỏ phần đông vùng N iu faundlan Các nhánh phát sinh 195 phía đông bắc đông xuyên vào đại dương đến đảo Brittan vùng gần bờ châu Âu gọi dòng bắc Đại tây dương Trong dải xích đạo, nằm hai dòng chảy bắc nam xích đạo Đại tây dương tạo dòng xích đạo ngược hướng, lan toả phía đông với tốc độ từ 0,5-1 nơ Phần đông có tên gọi Gvian, tốc độ đạt tới nơ lớn Phía nam dòng chảy gió tây đại dương gặp với số dòng lạnh Vòng qua mũi Gorn từ phía nam dòng lạnh mang theo nhiều tảng băng cực Bên phải dòng nước lạnh, tách dòng Folklen (tốc độ cỡ 0,5nơ) chảy phía bắc dọc bờ nam châu Mỹ Một dòng nước mũi Gorn đổ vào dòng chảy chung gió hướng tây b Thái bình dương Dòng chảy bắc xích đạo bờ trung châu Mỹ N ó cắt đại dương vĩ tuyến 10-200 bắc, có tốc độ suốt chặng không nơ Khi đến bờ quần đảo Philipin, dòng chảy bắc xích đạo bị chia thành nhánh: Một nhánh theo hướng Tây - N am dọc theo bờ đảo Dond, nhánh khác lệch nam, sau đông, nhập với nhánh bắc dòng chảy nam xích đạo hướng ngược lại Dòng chảy lan truyền từ tây sang đông vĩ tuyến 100 bắc với tốc độ 0,5 nơ (mùa đông) đến nơ (mùa hạ) Khi tiến tới bờ trung châu Mỹ dòng chảy phân nhánh bắc nhánh nam, chúng nối với dòng chảy mùa tương ứng Một nhánh dòng bắc xích đạo dọc bờ đông quần đảo Philippin, đảo Đài loan lệch đông - bắc tên gọi dòng Kurosio dòng chảy mạnh thứ cấp Đại dương giới Tốc độ từ 1-2nơ, có lúc đến nơ chỗ chuyển tiếp gần phần cuối phía nam đảo Kiusiu, dòng chảy chia làm hai nhánh: hướng vịnh Triều Tiên dạng dòng Xusim, nhánh khác nhánh truyền lên đông - bắc Về sau, mở rộng chuyển thành dòng chảy bắc Thaí Bình Dương, vào đại dương theo hướng đông Gần đến bờ châu Mỹ, dòng chảy phân thành hai nhánh: quay nam, nhánh khác lên Đông - Bắc, sau sang bắc đến eo biển Alaska tạo nên dòng chảy Alaska dạng xoáy kín Tốc độ 0,5-1 nơ Dòng Kurosio chạy dọc dãy đảo Kurin trở thành dòng chảy Kurin lạnh ổn định, cung cấp nguồn nước Beringov (dòng Kamtra'tca) biển Ôkhốt Tốc độ dòng chảy khoảng 0,5 nơ Dòng chảy nam xích đạo, nam từ quần đảo Galapas, tốc độ nơ, truyền dẫn tây, yếu phần tây đại dương dòng chảy phân chia thành hai nhánh: bắc gặp đảo N iu Gvian bắt đầu chuyển tây - bắc, 196 sau lệch dần sang đông; nhánh nam taị bờ Australia lệch sang nam tạo nên dòng chảy đông - Australia có độ Nm ổn định không lớn tốc độ chậm Dòng chảy gió tây gặp bờ nam châu Mỹ bị chia làm hai nhánh: nhánh ban đầu nam, sau sang đông nối với phần đầu dòng mũi Gorn, nhánh thứ hai lệch sang bắc với tên gọi dòng chảy Peru (dòng lạnh), tốc độ không nơ Đi dọc theo bờ chilê Peru, dòng chảy vào vùng quần đảo Galapas nối với dòng chảy nam xích đạo c ấn độ dương dòng chảy phần bắc đại tây dương định đặc tính gió mùa, hệ thống dòng chảy phần nam giống hệ thống dòng chảy Đại Tây dương, Dòng chảy nam xích đạo truyền từ Australia đến Mađagaska, dịch nam, ranh giới bắc khoảng kinh độ 10 nam, ranh giới nam, thể không rõ Tốc độ dòng chảy gần 1,5 nơ, cực đại đến nơ Taị Mađagaska, dòng chảy bị phân nhánh Phần dòng chảy theo hướng bắc dọc bờ châu Phi, mùa đông Bắc bán cầu, đến xích đạo, gặp dòng chảy gió mùa chuyển vào dòng chảy xích đạo Phần thứ hai nhánh bắc quay sang nam sinh dòng chảy nóng Modambíc, tốc độ trung bình khoảng nơ, tốc độ cực đại - đến nơ Tại đầu cuối phía nam châu Phi, dòng chảy Modambic vào điểm khởi đầu dòng chảy nóng, mạnh ổn định - dòng mũi Iron, tốc độ trung bình nơ, cực đại cỡ nơ Trên kinh tuyến mũi Iron ban đầu lệch sang nam, sau sang đông, trộn lẫn với dòng nước lạnh gió tây, có tốc độ khoảng 0,5 nơ N hánh nam dòng chảy gió mùa nam xích đạo vòng bờ đông đảo Mađagaska, sinh dòng Mađagaska yếu với tốc độ 0,5 - nơ, truyền nên bắc pha lẫn với dòng chảy lạnh gió tây Đi gần đến bờ Australia dòng chảy gió tây phần lệch đông, phần quay lên bắc tên gọi dòng tây - Australia phần bắc ấn độ dương mùa đông bắc bán cầu dòng chảy gió mùa, nói chung hướng Tây Trong đà gió mùa mùa đông (tháng giêng) vịnh Bengan rõ dòng chảy ổn định hướng tây - nam, tốc độ đạt tới nơ Trong biển Arập dòng chảy hướng tây tây - nam, gần đến bờ Xômali tốc độ tăng lên đến - nơ, gọi dòng chảy Xomali Khi tiến đến xích đạo, dòng chảy gặp với nhánh dòng gió mùa nam, tiến từ phía nam lên, quay sang đông, sinh dòng chảy xích đạo ngược chiều Dòng cắt Đại dương từ tây sang đông xích đạo vĩ độ 100 nam, với tốc độ - 2,5 nơ Gần bờ Xumatra quay chủ yếu sang nam kết hợp với dòng chảy gió mùa nam xích đạo 197 Mùa hạ, đà gió mùa tây - nam, nhánh bắc dòng chảy nam xích đạo quay sang bờ châu Phi phía bắc dọc bờ biển Xomali đến xích đạo có tốc độ lớn ổn định ảnh hưởng gió mùa tây - nam; tốc độ trung bình dòng chảy gần nơ, cực đại - nơ Giữa châu Phi Xây lan có dòng chảy truyền sang đông với tốc độ - nơ Tây Xâylan đến bờ Xumatra, tốc độ dòng chảy lệch nam nối với dòng chảy gió mùa nam xích đạo Trên phần nam Đại tây dương dòng chảy tạo thành dòng kín có hướng ngược chiều kim đồng hồ Dòng chảy xích đạo nam Đại tây dương đòng chảy nhiệt đới mạnh ổn định N ó bờ biển châu Phi eo Gvian, tiến phía tây đến vĩ độ 100N Khi đến gần bờ nam châu Mỹ, dòng chảy có tốc độ 2-2,5 nơ chia làm hai nhánh Một nhánh tên gọi dòng chảy Gvian dọc hướng tây - bắc bờ nam châu Mỹ chảy vào biển Kar, nhánh thứ hai quay nam tạo nên dòng chảy nóng Braxin có tốc độ khoảng nơ Gần đến vĩ độ 450 nam dòng chảy tách dần khỏi bờ lệch đông hoà vào với dòng chảy gío hướng tây Vùng mũi Hy Vọng có nhanh nhỏ tách khỏi dòng nước thành dòng nước lạnh Bengan dọc bờ châu Phi, gặp với vòng quay nước phần nam Đại tây dương d Bắc băng dương Một khối lượng lớn nước tầng mặt, khoảng đảo N ovaxibia, chuyển động theo chiều kim đồng hồ từ đông sang tây Tại phần tây đại dương dòng nước điểm khởi đầu dòng nước lạnh đông - Grenlan dòng Labrađop đổ bắc đại tây dương Từ Đại tây dương, nước ấm dòng chung bắc Đại tây dương nhánh tiến đến bể nước Bắc cực Các dòng chảy mạnh đóng vai trò quan trọng hải dương học, khí hậu học sinh học bể nước lớn đại dương Một khối lượng lớn nước Đại tây dương chuyển động đông - bắc dọc bờ biển Skanđinavơ Trên vĩ tuyến mũi N orđkap, dòng chảy bắc Đại tây dương bị phân nhánh Một nhánh chảy vòng qua mũi N ordkam có tên dòng chảy N orđkap vào tận ranh giới biển Barenxơ N hánh khác, mạnh tiếp tục đường lên phía bắc đến tận quần đảo Spixbergen chếch tây so với quần đảo mang tên gọi dòng chảy tây - Spixbergen Tại phần đông Bắc cực, hữu hệ thống dòng chảy vòng tròn gây nên gió thịnh hành đông bắc Câu hỏi ôn tập chương XVI N định nghĩa cách phân loại hải lưu? N phương pháp xác định hướng tốc độ dòng chảy? 198 Hãy so sánh hệ thống dòng chảy Đại dương giới với hướng gió thịnh hành trái đất? 199 Phần thứ Các phụ lục ********************************************* Phụ lục Cách sử dụng "bảng tra ẩm độ" Cuốn "Bảng tra Nm độ" dùng để xác định đặc trưng Nm độ không theo trị số nhiệt độ không khí t (nhiệt kế khô) nhiệt độ nhiệt kế "ướt" t tính C Bảng naỳ cho phép xác định đặc trưng sau Nm độ không khí: sức trương nước e (mb); điểm sương τ (0C); Nm độ tương đối f (%) độ hụt bão hoà sức trương nước d (mb) N goài ra, biết nhiệt độ không khí đặc trưng Nm độ, ta xác định đặc trưng lại Trong bảng đặc trưng Nm độ tính toán cặp giá trị nhiệt độ t t cách 001C theo số nhiệt kế khoảng từ - 1000 đến 509C băng từ - 1000 đến 4500 nước Vì nhiệt kế ướt có băng nhiệt độ không khí dương, nên phần đầu bảng (băng) kéo dài đến 509C N hiệt độ điểm sương τ đặc trưng Nm độ, theo lý thuyết, sức trương nước (e) nhỏ, biến đổi nhanh: có nghĩa thay đổi nhỏ sức trương nước dẫn đến thay đổi lớn điểm sương Vì nhiệt độ không khí âm dương nhỏ việc quy tròn sức trương nước phần mười milibar dẫn đến sai số lớn xác định điểm sương Do vậy, nhiệt độ không khí < 70C, sức trương nước đựơc tính xác đến phần trăm milibar, t ≥ 70C sức trương nước Giải: Tìm trang 34, cột lớn t = 707C cột nhỏ t' ta tìm thấy dòng 203C, từ (theo hàng ngang), xác định τ = -908C; e=2,9mb; f=28% d=7,6mb Ví dụ 2: t=709 C; f = 70% Tìm t', τ , e d tính xác đến phần mười milibar Các đặc trưng Nm độ ghi bảng tính khí áp 100mb Khi khí áp khác 1000mb, đặc trưng Nm độ phải đựơc hiệu đính Hiệu đính sức trương nước xác định theo bảng 2a, 2b Theo trị số sức trương nước hiệu đính nhiệt độ không khí, dùng bảng ta xác định tất đặc trưng lại Khi xác định đặc trưng Nm độ theo số đo Nm độ tương đối hay điểm sương không cần làm hiệu đính khí áp 200 Sau dẫn phần bảng số ví dụ đơn giản: Ví dụ 1: t = 707C; t' = 203C; P = mb tìm τ , e, f d Giải: Tìm trang 34, có cột lớn t = 709 cột nhỏ thứ tư ta thấy f=70%, từ (theo hàng ngang) tìm đựơc t'=507C; τ =207C, e=7,4mb d=3,2mb 201 ... 2.3.1 Các thang đo nhiệt độ không khí N hiệt độ không khí - yếu tố khí tượng quan trọng Để đo nó, người ta dùng số thang đo sau đây: Thang độ Celcius (°C) gọi thang độ bách phân Đây thang độ thực... quan trắc nhiệt độ không khí đất liền tàu biển Thang độ Kelvin, gọi thang độ tuyệt đối (°K) Trong tính toán lý thuy t nhiệt động học, người ta dùng thang độ Kelvin N hiệt độ tính từ 0° tuyệt đối,... tử ngừng lại Độ không tuyệt đối nằm -273,16°C Mật độ chia thang độ Kelvin độ chia thang độ bách phân Cách chuyển đổi từ thang độ sang thang độ khác: t°C = (t°F - 32) t°C = T°K – 273 15 Trên trạm