Bài giảng Khí hậu học: Chương 7 – ĐH KHTN Hà Nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.7 MB, 59 trang )
KHÍ HẬU HỌC
Chương 7. Hồn lưu chung đại
dương và khí hậu
7.1 Vai trị của đại dương đối với khí hậu
Là nguồn chính cung cấp hơi nước và nhiệt cho khí
quyển
Là cái “nồi hơi” điều khiển chu trình nước tồn cầu
Tạo ra tính quán tính nhiệt lớn cho hệ thống khí hậu trên
quy mơ thời gian từ hàng tuần đến hàng thế kỷ
Khả năng tích luỹ nhiệt lớn của đại dương làm giảm biên
độ chu trình mùa của nhiệt độ bề mặt
Sự vận chuyển năng lượng từ xích đạo về cực, làm giảm
gradient nhiệt độ từ cực đến xích đạo
Vận chuyển năng lượng theo phương ngang và phương
thẳng đứng có thể điều chỉnh nhiệt độ bề mặt biển địa
phương
Tác động gián tiếp tới khí hậu thơng qua những q trình
hố học và sinh học
Địa hình và độ sâu biển
Nước trên Trái đất
Nước trên Trái đất
Khí quyển chỉ lưu trữ một lượng nước rất nhỏ
Nguồn nước chủ yếu của hệ thống khí hậu là đại
dương
Nhiệt độ bề mặt biển (SST)
Đại dương là “kho” dự trữ nhiệt khổng lồ cho hệ thống khí hậu
SST May-Dec
Thủy triều
Các dịng chảy biển
Các dịng chảy trong đại dương góp phần làm “san bằng” hiệu ứng gradient nhiệt độ
Các dòng chảy biển
Dịng chảy biển và khí hậu
7.2 Các tính chất của nước biển
Trạng thái vật lý của
nước biển được xác
định bởi:
Áp suất,
Nhiệt độ (trung bình
tồn cầu ~ 3,6C)
Độ muối (khối lượng
các muối hoà tan trong
1 kg nước biển, ‰,
trung bình tồn cầu ~
34,7‰)
Chỉ khoảng một km
Trung bình vĩ hướng của nhiệt độ thế vị
trung bình năm đại dương tồn cầu (C)
trên cùng của biển từ
50oN đến 50oS là ấm
hơn 5oC
Phần lớn nước biển có
nhiệt độ trong khoảng
từ 2oC đến 5oC
Lớp dưới sâu, nhiệt độ giảm chậm hơn
theo độ sâu, đạt nhiệt độ khoảng 2oC ở
lớplớp
sâu xáo
nhấttrộn
trongbềđại
dương,
nhiệt độ,
mặt,
~20200m,
độ muối
và có
mậtnhiệt
độ hầu
thường
độnhư
hầuđồng
như nhất
đồng
nhất
nêm nhiệt cố định, nhiệt độ giảm tương
đối nhanh theo độ sâu cho đến khoảng
1000m, được duy trì bởi sự đốt nóng từ
phía trên cộng với sự chuyển động đi
lên chậm chạp của nước lạnh hơn từ
phía dưới
Profile nhiệt độ đại dương trung bình năm đối với các vĩ độ khác
nhau
Sự phụ thuộc của mật độ vào nhiệt độ và độ muối
Mật độ nước biển
phụ thuộc vào độ
muối gần như
tuyến tính
Nước biển hầu như
khơng nén (phụ
thuộc yếu ớt vào
mật độ trên các
mặt đẳng áp)
Nhiệt độ ảnh
hưởng đến mật độ
ít hơn độ muối
Mật độ (kg/m3 trừ 1000)
Trung bình vĩ hướng của trung bình năm của nhiệt th (~T)
Hu ht i
Biển sâu
Lớp nêm nhiệt
dng l lạnh
và tối đen
Đốt nóng bề
mặt ở nhiệt đới
tạo ra một lớp
mỏng ổn định
Đáy biển “lộ
thiên” ở các vĩ
độ cao (đáy
biển nâng lên
cao hơn – biển
nơng hơn)
Địa hình đáy biển
Trung bình vĩ hướng của trung bình năm của
độ muối
BiĨn
s©u
Líp nªm
nhiƯt
Gần như khơng
đổi theo độ sâu
Biến động
nhiều ở lớp bề
mặt (do giáng
thủy, bốc hơi)
Đạt cực đại ở
cận nhiệt đới
Các tâm cực
tiểu là do ảnh
hưởng của mật
độ
Profile độ muối trung bình năm đối với trung bình toàn cầu
và các vĩ độ khác nhau
Mật độ thế (~ r)
•
Phản ánh những tác động kết hợp của T và S
Tăng nhanh nhất
theo độ sâu ở lớp
vài trăm mét trên
cùng ở nhiệt đới
và vĩ độ trung bình
• Phân tầng mật độ
mạnh bị giảm đi ở
các vĩ độ cao
• Phân bố của mật
độ thế vị gợi lên
rằng nước khu trú
ở dưới sâu đại
dương được mang
đến từ các vùng
cực
7.3 Lớp xáo trộn
• Phân tầng
do đốt
nóng
• Làm lạnh
gây nên
đối lưu
• Xáo trộn
rối chống
lại lực nổi
Các q trình quan trọng trong lớp xáo trộn
Trong điều kiện trung bình thơng lượng mặt trời và tốc độ đốt nóng
ở độ sâu khoảng 1 m bị giảm đi còn khoảng một nửa giá trị bề mặt
của chúng, nhưng sự đốt nóng đáng kể có thể vẫn cịn xảy ra ở độ
sâu sâu hơn 100m
Vì nhiệt mặt trời chỉ tích tụ ở vài chục mét trên cùng, và sự làm lạnh
do bốc hơi và hiển nhiệt xảy ra tại bề mặt, nên cần phải có dịng
năng lượng đi lên để duy trì cân bằng năng lượng
Khuyếch tán phân tử là cơ chế truyền nhiệt quan trọng chỉ trong lớp
một cm trên cùng. Tại một số nơi, dòng nhiệt được mang đến hoặc
mang đi nhờ xáo trộn rối, thăng giáng đối lưu, và chuyển động thẳng
đứng trung bình (nước trồi (upwelling) và nước chìm
(downwelling))
Xáo trộn rối lớp bề mặt được tăng cường đáng kể bởi nguồn cơ năng
do gió và sự tương tác giữa gió với sóng trên bề mặt nước.
Trong lớp xáo trộn, sự vận chuyển nhiệt bởi đối lưu và xáo trộn rối
mạnh đến mức nhiệt độ, độ muối và các tính chất khác của nước
biển hầu như không phụ thuộc vào độ sâu
Lớp xáo trộn chỉ
khoảng 50m trên
cùng
Vùng gạch chéo
biểu thị sự biến đổi
từ ngày 19/5/1970
và chỉ sự ấm dần và
mỏng dần của lớp
xáo trộn trong mùa
xuân
Profile thẳng đứng của nhiệt độ(T, 0C), độ muối (S, ‰) và
mật độ thế (trừ đi 1000, kg/m3) tại Trạm Đại dương P,
50N-145W, ngày 23/6/1970
Tính biến đổi mùa của lớp xáo trộn
Tháng 3, nhiệt độ không đổi theo độ sâu cho
đến 100m (độ sâu xáo trộn)
Lớp xáo trộn ấm nhất và mỏng nhất vào cuối
mùa hè (gần kết thúc thời kỳ độ chiếu nắng
mạnh nhất và cường độ xáo động do gió nhỏ
nhất)
Sau tháng 8, bề mặt bắt đầu bị lạnh đi, sự xáo
động tăng lên, và lớp xáo trộn bắt đầu sâu
xuống và lạnh dần
Lớp xáo trộn tiếp tục sâu xuống và lạnh đi
trong suốt mùa đơng, và cuối mùa đơng có
thể lan rộng tới độ sâu vài trăm mét
Vào mùa xuân và mùa hè lớp xáo trộn trở nên
mỏng hơn và ấm hơn
Biến động mùa của nhiệt độ ở lớp trên đại dương
tại 50N-145W, Đơng Bắc Thái Bình Dương. (a)
Profile thẳng đứng của nhiệt độ theo các tháng, (b)
các đường đẳng trị nhiệt độ, (c) nhiệt độ tại các độ
sâu khác nhau theo thời gian trong năm
7.4. Hồn lưu do gió
Tác động của gió tạo ra
ứng suất trên bề mặt đại
dương
ứng suất này tỷ lệ với bình
phương tốc độ gió
ứng suất này sinh ra sóng
biển và các dịng chảy
biển
Gió làm cho lớp bề mặt
của đại dương chuyển
động
Phân bố các dòng chảy đại dương
Các dòng bờ tây
Các dịng bờ đơng
Các dịng dọc xích đạo
Phân bố các dòng chảy đại dương
