Đinh Văn Ưu
Thuỷ văn v thuỷ động lực biển đông
Đại học quốc gia H Nội 2008

Mở đầu
Hải dơng học khu vực v Biển Đông cung cấp các kiến thức hải dơng học
khu vực của đại dơng thế giới với trọng tâm l Thái Bình Dơng v Biển Đông.
Hải dơng học khu vực có mục tiêu mô tả các đặc điểm chế độ của hệ thống đại
dơng thế giới. Những đặc điểm chế độ ny chủ yếu đợc xác định trên cơ sở tập
hợp, xử lý v phân tích các số liệu, dữ liệu v ti liệu hiện có về đại dơng v
biển. Những kết quả phân tích ny lm cơ sở cho việc xây dựng, thử nghiệm v
triển khai kiểm chứng các mô hình, công cụ đánh giá v dự báo hải dơng học
đáp ứng yêu cầu khai thác bền vững ti nguyên thiên nhiên v bảo vệ môi
trờng đại dơng v biển. Đối với những khu vực v những phần của đại dơng
thế giới cha có đủ số liệu điều tra khảo sát hiện trờng, các mô tả đặc điểm chế
độ hiện nay chỉ mới dừng lại ở mức giả thiết đợc hình thnh từ các kết quả
nghiên cứu lý thuyết.
Do tính chất liên ngnh v đa ngnh của hải dơng học- một trong những
bộ phận cơ bản của các khoa học trái đất, trong khuôn khổ của giáo trình ny
chúng tôi chỉ tập trung mô tả các đặc điểm chế độ hải dơng học vật lý v động
lực học biển. Những đặc điểm sâu hơn về địa lý, địa chất hải dơng, hoá học đại
dơng, ti nguyên thiên nhiên v
môi trờng đại dơng, v.v đợc xem xét riêng
trong các chuyên khảo hoặc giáo trình tơng ứng. Tuy nhiên trong khuôn khổ
giáo trình ny, chúng tôi cũng dnh một phần nội dung liên quan đến những đặc
điểm chung của điều kiện tự nhiên v các nhân tố gây ảnh hởng đến sự hình
thnh v biến động của chế độ hải dơng học vật lý v động lực học đại dơng.
Về nguyên lý, nội dung phần hải dơng học vật lý phải bao gồm tất cả các
đặc trng vật lý của nớc biển, tuy nhiên do mức độ đáp ứng số liệu v ti liệu
điều tra khảo sát, chúng ta chỉ dừng lại ở một số đặc trng thuỷ văn biển chủ

yếu nh nhiệt độ, độ muối, ô-xy. Những đặc trng ny cũng đợc phản ảnh trực
tiếp qua những đặc điểm hình thnh, lan truyền v biến động của các khối nớc
trong biển v đại dơng.
Phần động lực học đại dơng hay thuỷ động lực học biển đợc giới thiệu
thông qua các đặc trng dao động mực nớc (sóng v thuỷ triều) v hon lu
quy mô lớn trong đại dơng v biển.
Với những nội dung trên, giáo trình hải dơng học khu vực v Biển Đông
đợc chia thnh hai phần chính:
- Chế độ hải dơng học của các đại dơng thế giới với trọng tâm l Thái
Bình Dơng. Trong phần ny sẽ trình by điều kiện tự nhiên, đặc điểm phân bố
các đại dơng, các nhân tố ảnh hởng v những nét cơ bản về chế độ thuỷ văn v
động lực các đại dơng thế giới. Bên cạnh các đặc điểm quy mô ton cầu sẽ xem
2

xét kỹ hơn Thái Bình Dơng cũng nh các biển chính kề cận nằm trong giới hạn
của đại dơng lớn nhất thế giới ny. Những nội dung đa ra sẽ góp phần lm
sáng tỏ quá trình hình thnh v biến đổi đặc điểm hải dơng học Biển Đông một
trong những biển giữa lục địa lớn trong hệ thống đại dơng thế giới.
- Chế độ hải dơng học Biển Đông. Trong phần ny sẽ đi sâu giới thiệu các
đặc điểm tự nhiên bao gồm địa hình, khí tợng thuỷ văn v động lực học biển.
Để biên soạn giáo trình ny chúng tôi sử dụng một tập hợp các tập bản đồ,
các giáo trình, các chuyên khảo, những cơ sở dữ liệu v ti liệu đã đợc thu thập
tại Bộ môn Hải dơng học. Đối với phần Chế độ hải dơng học của các đại dơng
thế giới, ti liệu chủ yếu đợc tham khoả v sử dụng l bộ giáo trình Hải dơng
học (Oceanography) do giáo s M. Tomczak, Đại học Flinders, úc chủ biên đợc
tổ chức Hải dơng học liên chính phủ (IOC) thuộc UNESCO phát hnh (phiên
bản 4.4, 2002) đã đợc GS Tomczak v IOC cung cấp. Ti liệu tham khảo chính
cho phần Chế độ hải dơng học Biển Đông l bộ sách Biển Đông gồm 4 tập do
Chơng trình Khoa học công nghệ biển KHCN06 xuất bản trong các năm 2003
v 2004, giáo s Đặng Ngọc Thanh l Tổng biên tập, GS TS Lê Đức Tố, cố GS

TSKH Phạm Văn Ninh, GS TSKH Mai Thanh Tân v GS TSKH Đặng Ngọc
Thanh l chủ biên của các tập tơng ứng. Tác giả chân thnh cảm ơn tập thể các
giáo s về những ti liệu quan trọng ny.
Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã tham khảo các thông tin cập nhật
về các lĩnh vực liên quan cũng nh các số liệu mới nhất về Biển Đông nhằm cung
cấp các kiến thức mang tính phổ quát đã đợc công nhận cũng nh một số vấn
đề cần cần đợc nghiên cứu v bn luận thêm trong tơng lai.
Với tinh thần đó, trong giáo trình chúng tôi chỉ đa ra các ti liệu tham
khảo chủ yếu dễ tiếp cận phục vụ lm ti liệu học tập cho sinh viên. Những ti
liệu tham khảo đã đợc sử dụng trong hai bộ ti liệu chính nêu trên sẽ không
đa vo danh mục các ti liệu tham khảo. Tơng tự đối với các hình vẽ v biểu
bảng, chúng tôi chỉ dẫn nguồn theo trích dẫn gốc của các ti liệu tham khảo
chính. Ngời đọc có thể xem tên các ti liệu tham khảo cụ thể thông qua danh
mục có trong các ti liệu chính ny.
Đây l kết quả của quá trình tập hợp v tổng hợp các ti liệu hải dơng học
khu vực v Biển Đông của tập thể nhiều nh giáo lm việc ở bộ môn Hải dơng
học trực tiếp giảng dạy các giáo trình Hải dơng học khu vực, Hải dơng học
Biển Đông. Tuy nhiên do yêu cầu tổng hợp nhiều kiến thức đa ngnh v chuyên
ngnh nên không thể tránh những thiếu sót nhất định, mong nhận đợc các ý
kiến đóng góp của ngời sử dụng để nâng cao chất lợng của giáo trình.
3

Chơng 1
Hệ thống đại dơng thế giới
1.1. Quả Đất v Đại dơng thế giới
1.1.1. Những phép chiếu sử dụng trong hải dơng học
Một trong những trang bị quan trọng trong hải dơng học cũng nh trong
các khoa học trái đất đó l các tập bản đồ (atlas). Mọi ngời thờng chỉ quan tâm
đến các nội dung cụ thể đa ra trong atlas m ít chú ý đến tính chính xác của
phép chiếu đợc lựa chọn để thể hiện các bản đồ.

Phép chiếu đợc sử dụng thông dụng trong hải dơng học l phơng pháp
Mercator. Phơng pháp ny đợc phát triển từ thế kỷ 16 thời kỳ nở rộ của các
cuộc chinh phục thuộc địa cũng nh thám hiểm thế giới. Vo thời kỳ ny, sau
khi Columbus tìm ra ra châu Mỹ v Magellan đi vòng quanh thế giới, các thủy
thủ vẫn điều khiển tu đi từ điểm ny đến điểm khác bằng đờng phơng vị
(đờng có góc phơng vị không đổi). Mercator đã phát minh ra phép chiếu cho
phép thể hiện mặt đất trong dạng m đờng thẳng trên mặt phẳng bản đồ cũng
l đờng phơng vị. Nh vậy thủy thủ khi biết điểm xuất phát v điểm đến chỉ
cần vẽ đờng thẳng v xác định góc phơng vị cho tu.
Với u thế n
y, phép chiếu Mercator trở thnh phép chiếu chuẩn của hng
hải. Tuy nhiên không phải lúc no yêu cầu về khoảng cách v diện tích cũng
đợc đảm bảo khi tiến hnh lập bản đồ. Trong trờng hợp ny các hình tròn nhỏ
trên mặt đất vẫn đợc thể hiện bằng hình tròn trên bản đồ nhng kích thớc lại
tăng lên khi đi về phía cực. Các địa cực v khu vực sát cực không thể thể hiện
đợc trên bản đồ phép chiếu Mercator vì khoảng cách giữa hai điểm trở nên rất
lớn v không xác định đợc. Nhìn chung các phép chiếu đều lm nẩy sinh tính dị
hớng dẫn đến mất liên tục trên mặt phẳng bản đồ. Không có loại phép chiếu
no thỏa mãn đồng thời một lúc ba yêu cầu chính sau đây:
Đồng dạng về khoảng cách- thể hiện khoảng cách tơng đối nh nhau
tơng ứng trên bản đồ v trong thực tế
Đồng dạng về dáng- đảm bảo thể hiện hình dáng
Đồng dạng về diện tích.
Ba chỉ tiêu cơ bản ny lại thờng loại trừ nhau. Phần lớn các phép chiếu
đảm bảo đồng dạng về diện tích thờng sử dụng đến lới kinh tuyến trong dạng
đờng cong v yêu cầu bản đồ cho phép xác định tọa độ địa lý của các điểm (hình
1.1). Phép chiếu Gall/Peters kết hợp đồng dạng về diện tích với lới kinh vỹ trực
giao. Đây l l phơng pháp thể hiện bản đồ chung các đại dơng (hình 1.2).
4


Mercator Gall/Peters Đồng dạng diện tích
Hình 1.1. Ví dụ về các bản đồ thế giới sử dụng những phép chiếu khác nhau (bn trờng nhiệt độ
nớc mặt biển c th hin qua các phép chiếu khác nhau).
Trên các hình 1.2 thể hiện bản đồ các đại dơng thế giới sử dụng phép
chiếu Gall/Peters.
Đại Tây Dơng
ấn Độ Dơng
Thái Bình Dơng
Hình 1. 2. Bản đồ các đại dơng sử dụng phép chiếu Gall/Peters
1.1.2. Đặc điểm chung về địa hình của đại dơng thế giới
Đại dơng thế giới bao gồm các đại dơng v biển kề cận phân bố trên mặt
Quả Đất. Nớc biển chiếm 71% tổng diện dích bề mặt Quả Đất, trong đó ở Bắc
Bán Cầu l 61% v Nam Bán Cầu l 81%. Ngời ta còn chia Quả Đất thnh hai
bán cầu theo đại dơng v lục địa: Bán Cầu Lục Địa có cực nằm tại sông Loire
(Pháp) có 51% l đại dơng v Bán Cầu Đại Dơng có cực l New Zealand với
89% l đại dơng.
Độ sâu trung bình của đại dơng thế giới l 3795 m v điểm có độ sâu lớn
nhất 11022m mang tên Vitiaz thuộc rãnh sâu Mariana, tây-bắc Thái Bình
Dơng.
Phần lớn đáy đại dơng đợc chia thnh các khu vực chân lục địa, thủy vực
sâu v núi ngầm trung tâm đại dơng.
5

Tuy chúng ta vẫn quen với khái niệm 5 châu 4 biển, nhng theo quy uớc
của Tổ chức Thủy đạc Quốc tế (IHO) hiện có 5 đại dơng chính sau đây.
a.Thái Bình Doơng
Thái Bình Dơng (hình 1.3) l đại dơng lớn nhất thế giới với diện tích
khoảng 179,7 triệu km
2
tơng đơng 1/3 diện dích bề mặt Quả Đất. Thái Bình

Dơng kéo di 15500km từ biển Bering giáp Bắc Băng Dơng đến biển Ross ở
bờ châu Nam Cực. Bề rộng của Thái Bình Dơng khoảng 19800km kéo di từ
Indonesia đến bờ biển Columbia v Peru. Giới hạn phía tây của Thái Bình
Dơng thờng đợc lấy eo biển Malacca, điểm có độ sâu lớn nhất l rãnh sâu
Mariana- 11022m. Độ sâu trung bình của Thái Bình Dơng l 4280m.
Hình 1.3. Bản đồ Thái Bình Dơng
b. Đại Tây Doơng
Đại Tây Dơng l đại dơng lớn thứ hai trong số các đại dơng thế giới với
diện tích khoảng 106,4 triệu km
2
(82,4 triệu km
2
không bao gồm các biển kề cận)
chiếm khoảng 1/5 tổng diện dích bề mặt Quả Đất.
Đại Tây Dơng (hình 1.4) có hình dáng chữ S nằm giữa châu Mỹ ở phía
tây, lục địa á-Âu v châu Phi ở phía đông v châu Nam Cực ở phía nam. Về phía
các đại dơng, Đại Tây Dơng giới hạn với Bắc Băng Dơng ở phía bắc, trớc
đây vẫn đợc xem nh một phần của Đại Tây Dơng, Thái Bình Dơng về phía
tây-nam, ấn Độ Dơng về phía đông-nam v Nam Đại Dơng về phía nam.
Đờng xích đạo chia Đại Tây Dơng ra hai phần: Bắc Đại Tây Dơng v Nam
Đại Tây Dơng.
6

Hình 1.4. Bản đồ Đại Tây Dơng
Độ sâu trung bình Đại Tây Dơng l 3338m (3926m không bao gồm các
biển) với độ sâu cực đại l 8605 m tại rãnh sâu Puerto-Rico. Bề rộng khoảng
2848km giữa Brasil v Liberia v 4830km giữa Mỹ v Bắc Phi.
c. ấn Độ Doơng
ấn Độ Dơng (hình 1.5) l đại dơng lớn thứ ba trong số các đại dơng thế
giới với diện tích khoảng 73,556 triệu km

2
(bao gồm cả Hồng Hải v vịnh Péc-
xich) tơng đơng 1/5 tổng diện tích mặt nớc trên thế giới.
Hình 1.5. Bản đồ ấn Độ Dơng
7

Giới hạn phía tây ấn Độ Dơng đợc lấy theo kinh tuyến 20E xuất phát từ
mũi Agulhas, phía đông lấy theo kinh tuyến 147E. Các phần lục địa bao quanh
gồm có châu Phi, châu á, bán đảo Trung ấn, vòng cung đảo Sunda v châu úc.
Giữa ấn Độ Dơng có nhiều quốc đảo trong đó đảo Madagascar rộng vo loại thứ
t trong số các đảo lớn nhất thế giới (sau Greenland, New Ginea v Borneo). Độ
sâu trung bình của ấn Độ Dơng l 3890m với điểm sâu nhất 8047m ở vùng
trũng Diamantina gần bờ tây úc.
d. Nam Đại Doơng
Hình 1.6. Bản đồ Nam Đại Dơng
Nam Đại Dơng (hình 1.6) còn đợc gọi l Nam Băng Dơng, Đại Dơng
Nam cực, Đại dơng Cực Nam bao gồm ton bộ phần nam của các đại dơng thế
giới nằm phía nam vỹ tuyến 60S. Theo Tổ chức Thủy đạc Quốc tế thì Nam Đại
Dơng l đại dơng bao quanh châu Nam Cực. Đây l đại dơng lớn thứ t
trong số đại dơng thế giới v cũng l đại dơng đợc đặt tên cuối cùng.
Tổng diện tích Nam Đại Dơng vo khoảng 20,327 triệu km
2
, độ sâu trung
bình vùng biển sâu vo khoảng từ 4000 đến 5000m, nơi sâu nhât 7235m thuộc
rãnh sâu Sandwich Nam.
e. Bắc Băng Doơng
Bắc Băng Dơng (hình 1.7) hay còn gọi l Đại dơng Bắc Cực bao quanh
Cực Bắc của Quả Đất l đại dơng nhỏ nhất v nông nhất trong số 5 đại dơng
thế giới. Trớc đây v cả hiện tại nhiều nh hải dơng học vẫn gọi Bắc Băng
Dơng l Biển Địa Trung Hải Bắc Cực v xem nó nh một trong những biển

giữa lục địa thuộc Đại Tây Dơng. Diện tích của Bắc Băng Dơng vo khoảng
14,056 triệu km
2
, độ sâu trung bình 1038m v điểm sâu nhất 5450m thuộc phần
bể á-Âu.
8

Hình 1.7. Bản đồ Bắc Băng Dơng
Đây l đại dơng có diện tích bề mặt bị băng phủ lớn nhất, độ muối trung
bình vo loại thấp nhất so với 5 đại dơng còn lại.
1.2. Những nguyên lý cơ bản mô tả đặc điểm khí tợng hải văn của
đại dơng thế giới
Hải dơng học l khoa học nghiên cứu các quá trình tự nhiên xẩy ra trong
môi trờng biển phục vụ mục tiêu mô tả, phân tích v dự báo chúng một cách
định lợng. Để thể hiện định lợng các quá trình cần thiết phải sử dụng nguyên
lý của các chu trình cũng nh các cán cân của những đặc trng năng lợng,
nhiệt, chất tơng ứng.
Nguyên lý của các chu trình đợc thể hiện qua tơng quan cân bằng định
lợng, còn nguyên lý các cán cân thể hiện suất biến biến đổi giữa các trạng thái
của chu trình.
Chu trình noớc liên kết các quá trình xẩy ra trong thế giới tự nhiên gắn
liền với nớc bao gồm: ma v bốc hơi liên kết đại dơng với khí quyển; bốc hơi
từ mặt đất v đi qua thảm thực vật liên kết khí quyển với sinh quyển.
Chu trình nớc từ đại dơng vo khí quyển thể hiện qua bốc hơi, nớc đợc
gió trong khí quyển vận chuyển trong dạng mây v quay trở lại mặt đất trong
dạng ma. Sinh quyển đóng một vai trò hết sức quan trọng trong chu trình
nớc: lợng hơi nớc thoát ra từ cây cối l hợp phần quan trọng của chu trình
nớc từ đất vo khí quyển; bốc hơi từ mặt biển cũng đóng một vai trò hết sức
quan trọng. Mối liên kết giữa lục địa v đại d
ơng thông qua lu lợng nớc

sông đổ vo biển đã khép kín chu trình ny.
Các cán cân trong chu trình nớc đợc thể hiện định lợng thông qua các
cán cân động v cán cân tĩnh, trong đó các cán cân động cho ta suất biến đổi
9

giữa các hợp phần của chu trình.
Trong bảng sau cho ta phân bố của nớc trên Quả Đất (cán cân tĩnh) tơng
ứng lợng nớc chứa trong từng hợp phần cụ thể.
Hợp phần Thể tích (10
3
km
3
) % tổng lợng
Đại dơng 1,350,000 94.12
Nớc ngầm 60,000 4.18
Băng 24,000 1.67
Hồ 230 0.016
ẩm trong đất 82 0.006
Khí quyển 14 0.001
Sông 1
-
Theo M. J. Lvovich: World water balance; trng: Symposium on world water balance, UNESCO/IASH
publication 93, Paris 1971.
Các cán cân nớc tĩnh cho thấy vai trò quan trọng của lớp băng đối với chu
trình nớc ton cầu. Khí quyển hầu nh không có vai trò đáng kể trong cán cân
nớc tĩnh nhng lai quan trọng khi xét đến cán cân động.
Trong bảng kèm theo cho ta khối lợng nớc tham gia vo từng quá trình
trong chu trình nớc (cán cân động).
Quá trình
Khối lợng

(m
3
/năm)
Ma trên đại dơng 3.24
.
10
14
Bốc hơi từ đại dơng -3.60
.
10
14
Ma trên lục địa 0.98
.
10
14
Bốc hơi từ mặt lục địa -0.62
.
10
14
Cân bằng nớc lục địa = lu lợng sông 0.36
.
10
14
Có thể nhận thấy khí quyển đóng một vai trò hết sức quan trọng trong chu
trình nớc, mặc dầu lợng nớc chứa trong khí quyển không lớn.
Chu trình muối liên kết chủ yếu đại dơng với địa quyển v một phần nhỏ
của khí quyển. Các khoáng chất tách ra từ đá theo nớc ngầm v ăn mòn bề mặt
đổ vo sông đi vo đại dơng lm cho biển mặn. Khoáng chất lại đi từ nớc biển
vo trầm tích thong qua các phản ứng hóa học tạo ra các loại đá mới v hon trả
khoáng chất về với địa quyển. Một phần muối đi vo khí quyển theo tia nớc bắn

vo không khí khi có sóng v hình thnh nên dòng vận chuyển muối từ biển vo
lục địa theo chu trình muối. Do chu trình muối thờng kéo di trên quy mô thời
gian lớn, nên trong hải dơng học chỉ chú trọng đánh giá các cán cân muối tĩnh
10

nh đợc thể hiện trong bảng sau:
Yếu tố Hm lợng (%) Thời gian tồn tại (năm)
Một số thnh phn chính của muối biển:
Natri (Na) 2.4 60,000,000
Chlo (Cl) 0.013 80,000,000
Magie (Mg) 2.3 10,000,000
Một số chất vệt trong muối biển:
Chì (Pb) 0.001 400
Sắt (Fe) 2.4 100
Nhôm (Al) 6.0 100
Dinh dỡng l những chất cần thiết cho đời sống sinh vật, chu trình dinh
doỡng đợc phân biệt riêng cho lục địa v đại dơng.
Trong đại dơng các chất dinh dỡng đợc thực vật hấp thụ trên lớp nớc
mặt có năng lợng mặt trời thông qua quá trình quang hợp. Phần lớn chất dinh
dỡng đợc tải ra vùng biển sâu từ dải ven bờ. Tại các lớp nớc sâu lại xẩy ra
quá trình tái sinh khoáng chất: các chất dinh dỡng quay trở lại trong dạng hòa
tan. Nh vậy đại dơng sẽ không thể duy trì độ phì nhiêu của mình nếu nh
không có nguồn dinh dỡng bổ sung trở lại đặc biệt xẩy ra ở các vùng hoạt động
nớc trồi.
Chu trình các- bon diễn ra khác nhau phụ thuộc vo quy mô thời gian.
Trong quy mô địa chất các bon đợc đa vo khí quyển v đại dơng thông qua
quá trình phong hóa đá cacbonat. Lợng các-bon ny đợc trả về trong dạng đá
hình thnh do quá trình trầm tích.
Trong quy mô khí hậu, các bon đợc trao đổi giữa khí quyển, đại dơng,
sinh vật sống v xác sinh vật. Trong hải dơng học ngời ta quan tâm nhiều

đến quy mô khí hậu của chu trình các bon.
1.3. Các nhân tố hình thnh v biến động chế độ khí tợng hải
văn
Để nắm bắt đợc các đặc điểm khí t
ợng thuỷ văn biển v đại dơng thế
giới không thể không nói đến những kiến thức cơ bản về địa lý thế giới. Những
kiến thức về khí tợng thủy văn luôn đi kèm với kiến thức địa lý về các trờng
tác động hình thnh v biến đổi các đặc trng đó.
Nh chúng ta đều biết các lực tạo triều không gây nên những biến động
chu kỳ di đối với các tính chất khí tợng hải văn, ba ngoại lực chính tạo ra
những biến động đối với chế độ hải văn đại dơng bao gồm: ứng suất gió, thông
lợng nhiệt v thông lợng nớc trao đổi qua mặt phân cách nớc-không khí.
Tất cả ba tác động ny đều có một nguồn gốc chung l bức xạ mặt trời. Những
11

kiến thức về khí quyển sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn cơ chế biến đổi của các tác
động ny cũng nh quá trình chuyển hóa của bức xạ mặt trời vo các dạng năng
lợng cụ thể trong đại dơng thế giới.
Lợng bức xạ đi vo biên ngoi của khí quyển có sự biến đổi đáng kể từ
xích đạo đến các vùng cực. Tuy những biến đổi cũng có sự khác biệt giữa các
mùa, nhng khu vực xích đạo vẫn nhận đợc nhiều năng lợng hơn so với các
vùng cực. Không khí lạnh ở các vùng cực có mật độ lớn hơn so với không khí ấm
tại xích đạo dẫn đến hình thnh sự khác biệt về áp suất khí quyển tại hai miền
ny của Quả Đất. Từ quy luật khí áp, áp suất khí quyển ở mực nớc biển tại các
miền cực có giá trị lớn hơn so với miền xích đạo v tạo ra gradient áp suất theo
hớng từ cực về xích đạo. Trong khi đó tại tầng cao khí quyển thì gradient áp
suất lại có hớng ngợc lại.
Trong cơ học chất lỏng, gradient áp suất l tác nhân gây ra dòng vận
chuyển từ miền áp cao về miền áp thấp. Trong trờng hợp Quả Đất không quay
thì không khí trong khí quyển sẽ chuyển động theo hai vòng hon lu đơn giản

trên hai bán cầu (hình 1.8a). Trên mặt biển không khí chuyển động từ cực về
xích đạo; không khí sẽ nâng lên tại xích đạo v quay trở lại các miền cực trên
tầng cao.
(a) (b)
Hình 1.8a. Sơ đồ phân bố áp suất không khí trên mặt cắt kinh tuyến v chuyển động của khí quyển
tơng ứng 2 trờng hợp: (a) quả đất không quay, (b) quả đất quay (không tách lục địa-đại dơng)
12

Hình 1.8b. Sơ đồ phân bố gió trên Quả Đất.
Đối với Quả Đất quay, hiện tợng chuyển động của không khí có sự biến
đổi một cách cơ bản theo hai cách. Trớc hết, khi không khí chuyển động về phía
xích đạo, hiệu ứng Quả Đất quay lm cho đại dơng v mặt đất nằm phía dới
đó chuyển dịch tơng đối về phía đông.
Ngời quan trắc ở trên mặt đất sẽ nhận thấy chuyển động của không khí
tơng tự dòng gió đông: gió thổi từ hớng đông kèm theo thnh phần hớng xích
đạo. Tại khu vực nhiệt đới v cận nhiệt đới loại gió ny đợc gọi l tín phong hay
gió mậu dịch, tại các khu vực vĩ độ cực đó l gió đông cực đới. Nh vậy gió sẽ
không còn thổi từ các miền áp suất cao về các miền áp suất thấp nữa m hầu
nh chuyển dịch theo các đờng có giá trị áp suất không đổi (các đờng đẳng
áp). Cũng xuất phát từ đây m ý nghĩa của các đờng đẳng áp đợc khẳng định
vị trí trên các bản đồ thời tiết hng ngy trên phơng tiện thông tin đại chúng.
Do Quả Đất quay các dòng khí có hớng theo vỹ tuyến hơn l theo hớng
kinh tuyến, vai trò của chuyển động theo phơng thẳng đứng bị suy giảm: không
khí có thể đi theo các hon lu ngang trên mặt đất một cách nhanh chóng m
không cần đến các chuyển động thăng hoặc giáng.
Chính sự điều chỉnh ny dẫn đến hớng biến đổi thứ hai của chuyển động
không khí lm cho hon lu đơn trên từng bán cầu bị phân hóa. Do các dòng
không khí thổi theo địa đới có vận tốc lớn có tính bất ổn định cao đã hình thnh
nên các xoáy dẫn đến sự điều chỉnh phân bố khí áp. Điều ny dẫn đến sự xuất
hiện của một cực đại áp suất chuyển tiếp nằm ở vùng vĩ độ trung bình (hình

1.8b). Điều ny tạo ra gradient áp suất theo chiều ngợc lại v gây nên một dải
gió tây trên bề mặt Quả Đất (hình 1.8 v 1.9).
Những ngời đi biển lâu năm trên các đại dơng đều hiểu rõ thuật ngữ
13

vùng vĩ tuyến 40, do gió tại khu vực từ vĩ tuyến 40 đến 50 độ luôn có giá trị
lớn, sự biến động mạnh v độ giật lớn hết sức nguy hiểm.
Hình 1.9 cho ta bức tranh về trờng gió ở mực nớc biển trên phạm vi ton
cầu. Những đặc trng phân bố thể hiện rõ những quy luật rút ra từ các sơ đồ
trên hình 1.8, tuy nhiên sự hiện diện của các lục địa đã lm cho hon lu khí
quyển bị phân hóa đáng kể.
Hinh 1.9a. Trờng gió trung bình trên mặt đại dơng thế giới vo tháng 7. Theo số liệu lấy từ
sử dụng số liệu từ Cơ sở dữ liệu Đại dơng/Khí quyển
(Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set -COADS)
Do không khí trên đất liền bị đốt nóng nhanh hơn so với trên đại dơng
trong mùa hè v bị lm lạnh nhanh hơn trong mùa đông nên các khối khí trên
cùng một vĩ tuyến ở lục địa có áp suất thấp hơn trong mùa hè v áp suất cao hơn
trong mùa đông so với các khối không khí trên đại dơng. Kết quả của quá trình
ny dẫn tới sự chuyển hớng gió trung bình so với hớng đông hoặc tây cơ bản
đối với từng đới cụ thể của đại dơng thế giới. Tại một số vùng đại dơng hớng
gió có sự biến đổi đáng kể theo mùa, trong đó có trờng hợp gió đổi hớng theo
chiều đối lập. Với trờng hợp ny chúng ta có đợc các khu vực hoạt động của gió
mùa. ở đây cũng cần nhắc lại quy ớc khác nhau về hớng gió v dòng chảy:
hớng gió đợc gọi theo điểm xuất phát của véc tơ (từ đâu tới) còn hớng dòng
chảy biển lại theo hớng véc tơ (đi tới đâu).
Trong thực tế hải dơng học ngời ta thờng quan tâm tới trờng gió trên
biển m ít khi chú ý đến trờng áp suất khí quyển. Điều ny đợc lý giải bởi tác
14

động gián tiếp của áp suất thông qua gió lên các đặc trng hải văn. Tuy nhiên về

phơng diện đặc trng chế độ, chúng ta cũng cần nắm đợc những quy luật phổ
quát của phân bố áp suất trên bề mặt đại dơng thế giới.
.
Hinh 1.9b. Trờng gió trung bình trên mặt đại dơng thế giới vo tháng 1. Theo số liệu lấy từ
sử dụng số liệu từ Cơ sở dữ liệu Đại dơng/Khí quyển
(Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set - COADS).
Có thể nhận thấy quy luật phân bố áp suất cao thấp theo đới đợc thể hiện
rõ nét hơn tại Nam Bán cầu do tỷ lệ tơng đối giữa lục địa v đại dơng không
lớn. ở Bắc Bán cầu phân bố áp suất theo đới bị thay đổi đáng kể do lục địa Châu
á bởi tâm áp thấp mùa hè trên khu vực bắc Pakistan v áp cao mùa đông trên
khu vực Mông Cổ. Những trung tâm khí áp ny l nguyên nhân chính của hệ
thống gió mùa ấn Độ Dơng v Đông-Nam á.
Sự phân hóa của các trờng áp dẫn đến hình thnh các trờng gió đã đợc
mô tả ở phần trên. Tính địa đới của phân bố áp suất trên khu vực Nam Bán cầu
dẫn đến hình thnh đới gió tây mạnh từ 40 đến 60S. Trong khi đó có sự hiện
diện của các hon lu khép kín xung quanh các trung tâm khí áp cao cận nhiệt
đới bắc Thái Bình Dơng v Nam Thái Bình Dơng.
Thông lợng động lợng trao đổi qua bề mặt phân cách biển-khí quyển
đợc đặc trng bởi ứng suất gió trên mặt biển (hình 1.11). Trờng phân bố của
đại lợng ny chủ yếu đợc xây dựng từ trờng gió trên mặt biển.
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. Trờng ứng suất gió trung bình trên mặt đại dơng thế giới vo tháng 6-8. Theo số liệu lấy
từ
sử dụng số liệu từ Cơ sở dữ liệu Đại dơng/Khí quyển
(Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set -COADS).
Hinh 1.11b. Trờng ứng suất gió trung bình trên mặt đại dơng thế giới vo tháng 12-2. Theo số liệu
lấy từ
sử dụng số liệu từ Cơ sở dữ liệu Đại dơng/Khí quyển
(Comprehensive Atmosphere/Ocean Data Set -COADS).
17

Công thức thông dụng đối với ứng suất gió trên mặt biển l:
2
UC
ad
UW
(1.1)
trong đó
a
l mật độ không khí, U l vận tốc gió v C
d
l hệ số ma sát mặt
biển đợc xác định dựa vo độ cao lấy vận tốc gió (thông thờng lấy độ cao 10
m).
Đối với thông lợng nhiệt, chúng ta lần lợt xem xét tổng lợng bức xạ mặt
trời đạt tới mặt biển (hình 1.12), có thể nhận thấy rằng lợng bức xạ mặt trời
đến mặt biển lớn nhất tại các khu vực nhiệt đới v các vùng quang mây. Cũng có
thể nhận thấy rõ quy luật phân bố theo địa đới của nguồn năng lợng quan
trọng ny, trong đó có tới 93% đợc các đại dơng hấp thụ.

Có thể nhận thấy sự hiện diện của dải áp thấp xích đạo-nhiệt đới kéo theo
hội tụ gió: dải Hội tụ nhiệt đới, với đặc điểm tích tụ lớn mây v ma nhiều đã
hình thnh nên dải cực tiểu của bức xạ mặt trời.
Thông lợng nhiệt tổng cộng đi qua mặt biển đợc xác định bởi 4 cán cân
nhiệt chủ yếu: bức xạ mặt trời tới, bức xạ từ mặt biển, mất nhiệt do bốc hơi v
nhiệt hiện trao đổi qua mặt phân cách. Kết quả tính toán có thể dẫn đến các giá
trị ngợc chiều nhau đối với các vùng khác nhau của đại dơng thế giới.
Trên hình 1.13 dẫn ra ví dụ về kết quả tính thông lợng nhiệt tổng cộng
trao đổi qua mặt đại dơng do Oberhuber công bố
.
Hình 1.12. Lợng bức xạ mặt trời trung bình năm (W m
-2
) nhậnđợc tại mặt biển. Theo Oberhuber
(1988). Lơng bức xạ 200 W m
-2
sẽ lm lớp nớc 50 m nóng lên khoảng 2.5C/tháng khi không có các
nguồn nhiệt khác.Các khu vực không có đủ số liệu đợc tô mu xám.
18

H×nh 1.13. Lîng nhiÖt tæng céng n¨m (W m
-2
) ®i vo ®¹i d¬ng. Theo Oberhuber (1988). C¸c khu vùc
kh«ng cã ®ñ sè liÖu ®îc t« mu x¸m.
H×nh 1.14. HiÖu gi¸ trÞ trung b×nh n¨m ma-bèc h¬i (P - E , cm/n¨m). Theo sè liÖu Oberhuber (1988).
19

Có thể nhận thấy rõ các vùng đại dơng bị mất nhiệt nhiều nhất tập trung
trên các dòng chảy nóng chủ yếu đó l Gulf Srteam v Kuroshio. Đại dơng
nhận đợc nhiệt nhiều nhất trên dải xích đạo nhiệt đới với giá trị trên 50 Wm
-2

.
Nhìn chung, đại dơng thu đợc nhiệt trên dải nhiệt đới (giữa 20S v
20N) v mất nhiệt tại các dải ôn đới v cực đới. Trên cơ sở ny có thể một phần
lý giải hon lu nớc trong đại dơng.
Nớc lạnh phải vận chuyển về các khu vực biển nhận đợc nhiệt v nớc
ấm phải đi khỏi những nơi ny; tuy nhiên hiện tợng bình lu nh trên không
nh nhau trên các dải kinh tuyến m dòng chảy thờng đợc tăng cờng tại một
số vùng nh các dòng chảy dọc bờ Peru hay Somalia.
Tơng tự, một lợng nhiệt đáng kể bị mất tại khu vực Kuroshio v Gulf
Stream dọc bờ đông của Nhật Bản v Hoa Kỳ lại phát sinh từ dòng nớc ấm
hớng về phía cực.
Thông lợng nớc ngọt, hay lợng nớc trao đổi giữa đại dơng v khí
quyển đợc tính toán thông qua hiệu số giữa hai phần, đó l tổng ma v lu
lợng sông đổ ra biển v lợng nớc bốc hơi từ mặt biển. Trên hình 1.14 cho ta
ớc lợng mới nhất về phân bố giá trị năm của hiệu số ma-bốc hơi (P-E). Giá trị
cực đại P-E đợc tìm thấy trên dải hội tụ nhiệt đới, nơi khối không khí ẩm đi lên
các tầng cao v tạo nên mây v ma; giá trị lớn hơn 5000 mm/năm có thể quan
trắc thấy tại phía đông Indonesia.
Giá trị độ muối trung bình trên mặt biển, thể hiện trên hình 1.15b, phản
ảnh một cách trung thực thông lợng nớc ngọt ny thông qua xu thế địa đới
của các đờng đẳng độ muối: độ muối thấp nhất trên các khu vực cực đại P-
E,mặc dù mối tơng quan chi tiết cũng không thể xem l đơn giản. Những biến
đổi của các trờng ny bị chi phối bởi thực trạng phân bố đất liền, biển cũng nh
do gió v dòng chảy biển. Một ví dụ rõ nét của ảnh hởng ny có thể đợc minh
họa qua giá trị độ muối cao ở Hồng Hải do hạn chế trao đổi nớc giữa biển với
ấn Độ Dơng.
1.4.Các trờng nhiệt độ, độ muối, mật độ v áp suất trong đại
dơng
Do tỷ số giữa các th
nh phần chính cấu tạo nên độ muối nớc biển luôn

không đổi, nên việc đo đợc độ muối tổng cộng đã trở nên đơn giản. Hiện nay
ngời ta có thể sử dụng một thiết bị chung dạng CTD hoặc STD để quan trắc
đồng thời ba đặc trng quan trọng của nớc biển đó l nhiệt độ, độ muối v áp
suất. Những đặc trng ny tạo nên cơ sở quan trọng phục vụ mô tả theo tính
chất khu vực của đại dơng.
1.4.1. Nhiệt độ nớc trong đại dơng
Trong thực tế hải dơng học, nhiệt độ T v nhiệt độ thế vị đợc thể hin
qua độ Celsius (C); áp suất p bằng kilopascal (kPa, 1kPa=1db; 0,1kPa=1mb; do
áp suất tỷ lệ thuận với độ sâu nên thông thờng 1m tơng ứng áp suất 10kPa).
20

§é muèi ®îc thÓ hiÖn qua ®¬n vÞ tû lÖ kh«ng thø nguyªn l %o.
H×nh 1.15.a. Ph©n bè nhiÖt ®é thÕ vÞ ®¹i d¬ng thÕ giíi t¹i z = 0 m. Theo Levitus (1982).
H×nh 1.15.b. Ph©n bè ®é muèi ®¹i d¬ng thÕ giíi t¹i z = 0 m. Theo Levitus (1982).
21

H×nh 1.15.c. Ph©n bè nhiÖt ®é thÕ vÞ ®¹i d¬ng thÕ giíi t¹i z = 500 m. Theo Levitus (1982).
H×nh 1.15.d. Ph©n bè ®é muèi ®¹i d¬ng thÕ giíi t¹i z = 500 m. Theo Levitus (1982)
22

Hình 1.15.e. Phân bố nhiệt độ thế vị đại dơng thế giới tại z = 2000 m. Theo Levitus (1982).
Hình 1.15.f. Phân bố độ muối đại dơng thế giới tại z =2000 m. Theo Levitus (1982).
Trên các hình 1.15 thể hiện kết quả phân tích các số liệu quan trắc nhiệt độ
v độ muối hiện có nhằm mô tả phân bố mặt rộng của các đặc trng ny cũng
nh cấu trúc ba chiều của chúng cho Đại dơng Thế giới. Có thể nhận thấy sự
23

hiện diện của một vùng rộng lớn cha nớc rất ấm trên mặt đại dơng trên khu
vực xích đạo tây Thái Bình Dơng v đông ấn Độ Dơng.
1.4.2. Độ muối nớc đại dơng

Chúng ta cũng thấy rõ các cấu trúc điển hình nh dòng nớc có độ muối
cao đi ra từ Địa Trung Hải dới độ sâu 1000m vo Đại Tây Dơng, sự hình
thnh khối nớc lạnh trên đáy các biển Weddell v Roos gần bờ châu Nam Cực,
dòng nớc độ muối thấp từ vùng biển Indonesia đi vo ấn Độ Dơng. Cần phải
khẳng định rằng hiện nay số liệu quan trắc nhiệt muối vẫn còn rất hạn chế đặc
biệt trong mùa đông hay tại các tầng nớc sâu của đại dơng.
Tuy số liệu cũng nh kết quả phân tích còn cha đáp ứng các yêu cầu thực
tế của khoa học công nghệ biển, nhng một số kết quả nghiên cứu thu đợc từ
chúng cũng đã hết sức quan trọng, trong đó có việc mô tả một cách tơng đối
chính xác bức tranh hon lu đại dơng dựa trên trờng áp suất trong biển hiện
có. Nh chúng ta đều biết áp suất tại mỗi điểm đợc xác định bởi trọng lợng
của cột nớc nằm trên đó, m trọng lợng lại phụ thuộc vo độ sâu v mật độ
của nớc. Về phần mình mật độ của nớc l
một hm của nhiệt độ, độ muối v
áp suất. Nh vậy có thể thể hiện một cách đơn giản trờng áp suất thông qua số
liệu nhiệt độ v độ muối v từ đó đa ra đợc trờng dòng chảy.
Bớc đầu tiên tiến tới tính toán trờng áp suất trong biển l tính mật độ
từ phơng trình trạng thái của nớc biển:
),,( pST
U
U

(1.2)
Với các công thức hiện hnh (Unesco, 1981; Millero and Poisson, 1981) thì
độ chính xác của mật độ vo khoảng 0.03 kg m
-3
.
Phơng trình 1.2 cho phép mô tả khá chính xác hiện tợng giảm nhiệt độ
xuất hiện khi phần tử nớc đa từ độ sâu lên mặt biển trong quá trình đọan
nhiệt. Đây l hiện tợng lm lạnh do giải nén đợc thể hiện qua gradient đoạn

nhiệt theo độ sâu: phụ thuộc vo giới hạn áp suất có giá trị từ 0,03C/1km đến
0,12C/1km. Nhiệt độ m phần tử nớc có đợc trong quá trình dịch chuyển
đoạn nhiệt từ độ sâu lên mặt biển đợc gọi l nhiệt độ thế vị. Trên hình 1.16 đa
ra đồ thị nhiệt độ v nhiệt độ thế vị cho thấy nhiệt độ thế vị gần nh không đổi
tại lớp nớc sâu. Tơng tự nhiệt độ thế vị, mật độ thế vị cũng không đổi trong
tầng nớc sâu.
Biết đợc phân bố của trờng mật độ, chúng ta có thể chuyển sang bớc
thứ hai tính trờng áp suất p(z) dựa vo phơng trình thủy tĩnh:
U
g
z
p

w
w
(1.3)
Trong đó g l gia tốc trọng trờng v z l độ sâu tăng lên khi đi xuống sâu.
Tuy hệ thức ny không phải thờng xuyên thỏa mãn, nhng trong đại bộ phận
bi toán hải dơng học thì chúng ta có thể chấp nhận nó.
24

Hình 1.16. Nhiệt độ T v nhiệt độ thế vị tại rãnh sâu Philipin.
Trong hình nhỏ có dẫn ra phân bố độ muối S v ô- xy O
2
. Theo Bruun et al. (1956)
1.4.3. áp suất trong đại dơng
Việc đánh giá trờng áp suất có thể thực hiện thông qua tích phân mật độ
theo phơng thẳng đứng. Ưu thế của phơng pháp ny nằm ở khả năng giảm
thiểu sai số liên quan đến độ sâu, nhng cũng có vấn đề liên quan đến giá trị áp
suất quy chiếu. Trong trờng hợp khó xác định tích phân nó cũng cho ta chênh

lệch áp suất giữa hai độ sâu khác nhau. Một khả năng lựa chọn khác đợc sử
dụng rộng rãi trong hải dơng học đó l việc xác định khoảng cách, hay chênh
lệch độ sâu, giữa hai mặt đẳng áp. Nhằm mục đích ny, ngời ta đã đa ra một
khái niệm đợc gọi độ cao áp lực h đợc xác định nh sau:


2
1
021
),,(),(
z
z
dzpSTzzh
UG
(1.4)
trong đó
o
l mật độ quy chiếu v
11
),35,0(),,(),,(

ppSTpST
UUG
(1.5)
l dị thờng thể tích riêng, đợc xác định nh hiệu của thể tích của một
đơn vị khối lợng nớc ở nhiệt độ T v độ muối S so với một đơn vị khối lợng
nớc khác ở độ muối chuẩn S=35,0%o v nhiệt độ T=0,0C. Độ cao áp lực h có
thứ nguyên độ cao v thể hiện qua đơn vị m. Với xấp xỉ:
25