Giáo trình Khí tượng - Thủy văn hàng hải (Phần 2) - Nguyễn Sỹ Khiêm

Nội dung text: Giáo trình Khí tượng - Thủy văn hàng hải (Phần 2) - Nguyễn Sỹ Khiêm

1. Ch−ơng IX Dự báo thời tiết và dịch vụ Khí t−ợng Đ 9.1. Tổ chức và cơ cấu dịch vụ khí t−ợng . 9.1.1. Dịch vụ khí t−ợng toàn cầu và ý nghĩa của nó đối với giao thông đ−ờng biển. Dự báo thời tiết chỉ có khả năng khi những hiểu biết về nó đến từ những vùng rộng lớn của địa cầu. Để thu đ−ợc thông tin đó, cần sự hợp tác của nhiều quốc gia trên thế giới. Vì thế vào năm 1873 đã khai sinh ra "Tổ chức khí t−ợng Quốc tế". Đến năm 1951 tổ chức quốc tế đó, đổi thành "Tổ chức khí t−ợng toàn cầu" (WMO) là một cơ quan đặc biệt của Liên hợp quốc. Vào năm 1983 tổ chức này, có khoảng 140 n−ớc thành viên. Mục đích của (WMO) là sắp xếp quốc tế hoá các trạm quan trắc và mã hoá thông tin khí t−ợng, quốc tế hoá mọi ảnh h−ởng của thời tiết đối với các ngành vận tải biển, hàng không, nông nghiệp và mọi hoạt động khác của con ng−ời; hỗ trợ cho việc nghiên cứu và huấn luyện. Để thực hiện nhiệm vụ của mình, WMO có một tổng th− ký và một bộ chỉ huy có trụ sở ở Genevơ, d−ới sự chỉ đạo của một hội đồng hành chính gồm 24 giám đốc, th−ờng họp mặt hàng năm, Đại hội đồng của WMO họp 4 năm một lần. Để dễ dàng hoạt động WMO chia thế giới thành 6 vùng, ở mỗi vùng, hoạt động khí t−ợng đ−ợc phối hợp bởi sự hợp tác giữa các vùng. Công tác kỹ thuật đ−ợc hoạt động nhờ 8 hội đồng kỹ thuật, do các chuyên gia từ các n−ớc khác nhau của WMO. Hội đồng kỹ thuật cứ 4 năm họp một lần và họ làm việc bằng cách trao đổi tài liệu giữa các phiên họp. Hội đồng Khí t−ợng hàng hải của WMO, mà sự ảnh h−ởng của nó có từ mùa xuân năm 1853 tại hội nghị Brussels (Bỉ), quan tâm về mọi ph−ơng diện của khí t−ợng hàng hải. Một điều tự nhiên mà nhiều ng−ời phải thừa nhận là khí t−ợng thế giới đ−ợc bắt nguồn từ Khí t−ợng hàng hải, vì thời tiết ảnh h−ởng trực tiếp đến sự an toàn, thuận lợi và thàng công của ng−ời đi biển hơn hầu hết các đối t−ợng khác . Đại d−ơng không chỉ chiếm 3/4 diện tích mặt địa cầu, mà còn là nguồn gốc chính, gây ra các nhiễu loạn khí quyển và sự biến đổi mạnh của thời tiết. Vì thế, các nhà khí t−ợng rất cần các số liệu quan trắc th−ờng xuyên từ các đại d−ơng và các biển, từ những nơi có các hải đảo, còn thì chỉ có thể lấy các quan trắc từ các tàu biển. Với tầm quan trọng nh− thế mà tại hội nghị Brussels năm 1853, đã phải lựa chọn các tàu của nhiều quốc gia khác nhau, tự nguyện tiến hành quan trắc các yếu tố khí t−ợng - hải văn một cách đều đặn. Sự xuất hiện vô tuyến điện báo (1901), không những tạo ra những khả năng cho các tàu gửi số liệu quan trắc về bờ, mà còn tạo khả năng cho các nhà dự báo thời tiết phát báo các thông tin cho tàu biển về tình trạng mặt biển ở các vùng khác nhau. Ngày nay các thông báo này rất toàn diện và trong một số tr−ờng hợp nó còn bao gồm cả dữ liệu để có thể vẽ đ−ợc các bản đồ thời tiết trên tàu. ở mỗi quốc gia thành viên WMO có một tổ chức Khí t−ợng Trung −ơng: Nha Khí t−ợng, hay Tổng cục Khí t−ợng-thuỷ văn, trong đó có nhiệm vụ xây dựng các trạm khí t−ợng - thuỷ văn và tổ chức quan trắc các yếu tố khí t−ợng thuỷ văn, thành lập các cơ sở đào tạo các cán bộ chuyên ngành và nghiên cứu khoa học, làm các dự báo thời tiết Trong các cơ sở dự báo quốc gia, có thể lập các dự báo thông th−ờng và các dự báo thời tiết chuyên ngành. Các dự báo chuyên ngành nhằm phục vụ cho các ngành riêng biệt nh−: nông nghiệp, hàng hải, hàng không 9.1.2. Mạng l−ới các trạm Khí t−ợng Si-nốp. Hàng ngày trên toàn cầu có gần 100.000 l−ợt quan trắc thời tiết, trong bầu khí quyển gần mặt đất và khoảng gần 11000 l−ợt - về trạng thái thời tiết ở các lớp khí quyển trên cao. Các quan trắc đó, đ−ợc tiến hành trên gần 8000 trạm mặt đất, 3000 máy bay vận tải và chuyên ngành và 4000 tàu thuỷ chở hàng. Ngoài ra còn có thông tin từ các vệ tinh nhân tạo, từ tên lửa khí t−ợng và từ các trạm tự động khác nhau. Các Cục dự báo phải thu các thông tin thời tiết và tình trạng mặt biển, từ càng nhiều trạm càng tốt. Các số liệu quan trắc đó, đ−ợc tiến hành trên tất cả các trạm theo một thời gian thống nhất, và các trạm này đ−ợc gọi là các trạm Khí t−ợng Si-nốp mặt đất. Ngoài ra còn có các số liệu quan trắc, trên các máy thăm dò vô tuyến, trên các khinh khí cầu, đ−ợc gọi là các trạm cao không. Các trạm quan trắc cố định trên đất liền và trên hải đảo đ−ợc ghi nhận bởi năm con số quy −ớc, trong đó 2 con số đầu là biểu số vùng trên bản đồ mà trạm phân bố còn 3 số sau - biểu số trạm (đ−ợc 85
2. ghi cạnh vòng tròn nhỏ đánh dấu vị trí của trạm trên bản đồ). Các trạm quan trắc trên các tàu biển di động, thì đ−ợc đánh dấu cho mình bằng các chữ cái. Các tàu này, khi phát báo số liệu quan trắc của mình, cần cho biết toạ độ nơi tàu đứng nh−: góc phần tám của địa cầu, kinh độ và vĩ độ. 9.1.3. Mã hoá thông tin Khí t−ợng. Thông tin khí t−ợng là những kết quả quan trắc nhờ các trạm Si-nốp, những dự báo thời tiết, dự báo bão, những giải thích về tình trạng thời tiết, tình trạng mặt biển chỉ có giá trị nếu nh− chúng đ−ợc truyền đi trong một khoảng thời gian ngắn nhất. Vì thế để cho nhanh chóng và thuận tiện các thông tin khí t−ợng đ−ợc mã hoá theo quy −ớc Quốc tế và đ−ợc phát báo một cách đơn giản và thống nhất trên toàn cầu. Mã hoá thông tin khí t−ợng th−ờng đ−ợc quy định d−ới dạng các nhóm số, các ký hiệu quy −ớc, nhờ đó mà có thể xoá bỏ đ−ợc mọi hàng rào ngăn cách về ngôn ngữ, l−u thông dễ dàng, thuận tiện, dễ hiểu giữa các quốc gia với nhau. Để mã hoá số liệu quan trắc và khai mã các bản tin khí t−ợng, WMO lập ra các mã luật khí t−ợng khác nhau, đ−ợc sử dụng thống nhất, cho tất cả các n−ớc thành viên. Các mã luật th−ờng dùng để lập các mã điện Si-nốp theo các quan trắc tiến hành trên trạm bờ là FM - 12 X SYNOP, còn đối với trạm trên tàu biển là FM 13 _ x SHIP. Sau đây là sơ đồ rút gọn hai mã luật trên: a. FM - 12 X SYNOP: AAXX YYGGiw IIiii iRixhVV Nddff 1SnTTT (0) (1) (2) (3) (4) (5) 2 Sn TdTdTd 3 Po Po Po Po 5aPPP 6 RRRtr 7wwW1 W1 8 NhCLCMCH (6) (7) (8) (9) (10) (11) Ghi chú: AAXX - Cho biết bản tin Si-nốp phát từ nạn bờ. YY - ngày tháng (theo giờ quốc tế) của bản tin. GG - giờ quan trắc (theo GMT); iw - chỉ số báo ph−ơng pháp và đơn vị đo gió (bằng mã số) II - Biển số miền của trạm do WMO quy định iii - Biển số trạm do Cục Khí t−ợng quốc gia quy định ir - chỉ số số liệu giáng thuỷ có đ−ợc phát báo hay không, nếu không có thì ir = 3, còn có thì ir = 4; ix - Chỉ số thao tác (bằng tay hay bằng máy) và báo hiệu nhóm thời tiết h - Độ cao chân mây (tính bằng m) VV - Tầm nhìn ngang (theo cấp); N - L−ợng mây tổng quan (theo cấp); dd- H−ớng gió (theo mã số h−ớng gió); Su - dấu của nhiệt độ không khí và nhiệt độ của điểm s−ơng. Các con số 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 tr−ớc các nhóm (5), (6), (7), (8), (9). (10) và (11) là biểu số nhóm không đổi. TTT - Nhiệt độ không khí (chính xác đến phần m−ời độ C); TdTdTd - Nhiệt độ điểm s−ơng (đến phần m−ời độ C); Po Po Po Po - Khí áp ở mực trạm (đến phần m−ời mi-li-bar); Còn PPPP - Khí áp đ−ợc quy về mực biển (phần m−ời mb); a. Đặc điểm khuynh h−ớng khí áp trong 3 giờ qua. Nếu: a = 2 - khuynh h−ớng khí áp tăng (d−ơng); a = 7 là giảm (âm) và a = 4 là không đổi; PPP - Trị số khí áp thay đổi trong 3 giờ qua (đến phần m−ời mb) RRR - L−ợng giáng thuỷ trong 6 giờ qua (theo dấu hiệu quy −ớc); 86
3. tr - Thời gian kéo dài của giai đoạn tính l−ợng giáng thuỷ; ww - đặc điểm thời tiết hiện tại (theo mã số); W1W2 - đặc điểm thời tiết đã qua (theo mã số); Nh - L−ợng mây tầng thấp (hoặc tầng trung CM khi không có mây tầng thấp); CL, CM và CH - dạng mây tầng thấp, trung và trên t−ơng ứng ( theo mã số ) ; b. FM - 13 X SHIP BBXX YYGGiw 99La La La Qc Lo Lo Lo Lo iRiXhVV Nddff (0) (1) (2) (3) (4) (5) 1 Sn TTT 2 Sn TdTdTd 4PPPP 5 aPPP 6RRRtR 7wwWW (6) (7) (8) (9) (10) (11) OSS TW TW 1PWa PWa 2PW PW 3 dW1 dW1 dW2 8 Nh CLCMCH 222DS VS TW HWa HWa HWHW dW2 (12) (13) (14) (15) (16) (17) Ghi chú : BBXX - cho biết bản tin khí t−ợng từ tàu biển . Sau nhóm này là biểu danh của tàu biển ; Các con số 0,1,2,3 đứng tr−ớc mỗi nhóm th−ờng không đổi ; 222 - biển số không đổi DS - H−ớng đi chính của tàu trong 3 giờ vừa qua ; VS - Tốc độ trung bình của tàu trong 3 giờ qua ; SS - chỉ số về dấu và các loại dụng cụ đo nhiệt độ n−ớc biển tầng mặt (theo mã số ) TW TW TW - nhiệt độ n−ớc biển tầng mặt ( đến phần m−ời độ ) 99 - Biểu số không đổi ; QC - phần t− của trái đất, nơi tàu hoạt động La La La và Lo Lo Lo Lo : vĩ độ và kinh độ ( đến phần m−ời độ ) PWa PWa và PW PW - Chu kì sóng biển ( đo bằng máy và bằng mắt th−ờng ) đơn vị tính - giây m HWa HWa và HWHW - độ cao sóng biển ( đơn vị 0,5 ) đo bằng máy và bằng mắt th−ờng t−ơng ứng . dW1 dW1 dW2 dW2 :h−ớng sóng : đo bằng máy và mắt th−ờng : Ví dụ 1 : Mã điện thu đ−ợc từ một trạm trên bờ bởi các nhóm số : 15061 27025 42598 02008 10083 20058 30156 52145 60000 ///// 80000 Giải mã . Nhóm số 1 : YY - ngày của tháng - ngày 15 GG - thời gian quan sát - 06h 00 GMT iW - chỉ số báo đo gió bằng máy ( số 1) Nhóm 2 : II - Biếu số miền của trạm - 27 iii : biểu số trạng - 025 Nhóm 3 : iR : 4- chỉ số về l−ợng giáng thuỷ - bỏ qua . ix : 2- chỉ số báo trạm bằng tay hay tự động về dữ liệu thời tiết - bằng tay . h:5- độ cao chân mây thấp - 600 ữ 1000m . VV: 98- tầm nhìn ngang - 20 km . 87
4. Nhóm 4 : N : 0- l−ợng mây tổng quan - không mây . d d : 20- h−ớng gió - 2000 . ff : 08- tốc độ gió - 8 m/s Nhóm 5 : số 1- chỉ số không đổi . Sn : 0 - dấu của nhiệt độ - không có dấu . TTT: 083- nhiệt độ không khí - 0803C . 0 Nhóm 6 : Td TdTd : nhiệt độ điểm s−ơng là 05 8C Nhóm 7 : P0P0P0P0 : khí áp mực trạm- 1015,6 mb Nhóm 8 : a: 2- Xu thế khí áp - tăng trong 3 giờ qua . PPP .- 145: Xu thế khí áp tăng 14,5 mb Nhóm 9 : Số 6 : chỉ số không đổi 0000: L−ợng giáng thuỷ - không m−a Nhóm 10 : Số 7 : Chỉ số không đổi ww: Thời tiến hiện tại - bỏ qua (//) W1W1: thời tiết đã qua - bỏ qua (//) nhóm 11 : Số 8 : Chỉ số không đổi . 0000: Không mây Ví dụ 2 : Mã điện thu đ−ợc từ một trạm trên tàu biển , bởi các nhóm số : 19061 99527 70355 42598 82408 10081 40264 22200 20302 326 // 41208 Giải mã : Nhóm 1 : YY: Ngày 19 của tháng GG: Thời gian quan trắc 06h 00 GMT iW : Số 1- Chỉ số báo đo gió bằng máy. Nhóm 2: 99: Chỉ số phát báo từ tàu biển 0 La La La: 527 - vĩ độ 52 7 Nhóm 3: Qc : 7- góc phần t− địa cầu - NW 0 L0 L0 L0 L0 : 0355 - Kinh độ 35 5 Nhóm 4: ir : 4 - Chỉ số về giáng thuỷ - không báo cáo ix : 2 - Chỉ số báo dữ liệu thời tiết (loại trạm bằng tay hay tự động) - bằng tay. h : 5 - Độ cao chân mây thấp - 600-1000 m VV: 98 - Tầm nhìn ngang - 20 km Nhóm 5 : N : 8-L−ợng mây tổng quan - trời đầy mây d d : 24 - H−ớng gió - 2400 ff: 08 - tốc độ gió - 8 m/s Nhóm 6: Số 1- chỉ số không đổi Sn : 0 - Dấu của nhiệt độ - không có TTT: 081 - nhiệt độ không khí - 801C 88
5. Nhóm 7: Số 4 - Chỉ số không đổi PPP: 0264 - khí áp tại mực biển - 1026,4 mb Nhóm 8: 222: Chỉ số không đổi Ds: 0 - h−ớng tàu ổn định trong 3 giờ qua Vs: 0 - Tốc độ tàu ổn định trong 3 giờ qua Nhóm 9: Số 2 - Số máy chỉ báo PwPw : 03 - chu kỳ sóng biển - 3s HwHw: 02 -độ cao sóng biển - 1m 0 Nhóm 10: Số 3 - máy chỉ báo dw1 dw1: 26 - h−ớng sóng - 260 ; dw2 dw2: // - H−ớng sóng lừng thứ 2 - không quan sát Nhóm 11: Số 4 - máy chỉ báo Pw1 Pw1 : 12 - cho kỳ sóng lừng - 12 S Hw1 Hw1: 8 - Độ cao sóng lừng - 4 m c. Ngoài hai mã luật nêu trên đây, trong thông tin khí t−ợng - thuỷ văn còn đ−ợc sử dụng các mã luật quốc tế nh− : -FM -14X: bản tin quan trắc khí t−ợng bề mặt từ trạm SYNOP MOBIL di động trên đất liền . - FM-15X METAR: báo tin thời tiết sân bay th−ờng kỳ (kèm hoặc không kèm theo dự báo xu thế ) -FM 18X BUOY: báo tin quan trắc từ trạm phao Đ 9.2. Bản đồ thời tiết 9.2.1. Khái niệm về bản đồ thời tiết : Bản đồ thời tiết hay bản đồ Si-nốp là bản đồ địa lý, trên đó nhờ các chữ số và các dấu hiệu quy −ớc, ng−ời ta ghi lại các kết quả quan trắc khí t−ợng, hoặc kết quả quan trắc cao không tại một thời hạn nào đó. Các bản đồ thời tiết nh− thế, cho phép theo dõi các điều kiện thời tiết và trạng thái khí quyển trên bất kỳ một vùng lựa chọn nào. Còn khi so sánh chúng với nhau có thể đánh giá đ−ợc về các "quá trình Si-nốp" và những thay đổi thời tiết theo thời gian. Khi biết đ−ợc các quy luật thay đổi đó thì có khả năng dự báo đ−ợc thời tiết trong t−ơng lai. 9.2.2. Các loại bản đồ thời tiết . Có hai loại bản đồ thời tiết: bản đồ thời tiết mặt đất và bản đồ hình thế khí áp. a. Bản đồ thời tiết mặt đất đ−ợc thành lập theo các số liệu quan trắc khí t−ợng, ở các kỳ hạn quan trắc chính vào 0, 6, 12 và 18 giờ GMT. Các số liệu quan trắc đó, đ−ợc phát đi đều đặn bằng vô tuyến điện, từ mạng l−ới các trạm khí t−ợng cố định trên đất liền, trên các hải đảo và từ các tàu biển, mà chúng đ−ợc đánh dấu d−ới dạng các nhóm số, các kí hiệu quy −ớc, thuộc các mã luật khí t−ợng quốc tế (xem 9.1.3). Tại các trung tâm dự báo khí t−ợng, ng−ời ta thu các số liệu quan trắc đó, của tất cả các trạm trên một vùng nào đó và ghi lại chúng trên bản đồ địa lý in sẵn. b. Bản đồ hình thế khí áp đ−ợc thành lập, dựa vào số liệu quan trắc trên các độ cao khác nhau trong tầng đối l−u (gọi là số liệu cao không). Các bản đồ này, chứa đựng thông tin về thời tiết nh− : nhiệt độ, khí áp, độ ẩm, gió trên các mặt đẳng áp t−ơng ứng. Các bản đồ hình thế khí áp quan trọng nhất, đ−ợc thành lập đối với các mặt đẳng áp chính là : 850 milibar (t−ơng đ−ơng độ cao trung bình khoảng 1,5 km); 700 milibar (≈ 3 km); 500 milibar (≈ 5 km); 300 milibar (≈ 9 km). Đó là những bản đồ tuyệt đối, th−ờng đ−ợc kí hiệu AT. 9.2.3. Cách lập bản đồ thời tiết mặt đất. Sau khi nhận đ−ợc và giải mã các số liệu quan trắc của một kì hạn nào đó, ng−ời ta ghi chúng lên bản đồ (có thể bằng tay hoặc bằng máy). Cách ghi chép các số liệu và các ký hiệu quy −ớc đối với một trạm khí t−ợng đ−ợc thực hiện theo sơ đồ sau (hình. 49) 89
6. a. Đối với trạm trên đất liền b. Đối với trạm trên tàu biển ff Tw Tw Tw CH CH ff dd TS TS TS dd TTT CM PPPP TTT CM PPPP ww ww N aPPP N aPPP VV CL W1W2 VV CL W1W2 Td Td Td h RRR PW PW HW HW DSVS dW! dW! PW1 PW1 HW1HW! H. 49 - Sơ đồ phân bố các yếu tố khí t−ợng xung quanh vòng tròn trạm Ghi chú: Các ký hiệu ghi trong 2 sơ đồ trên phần lớn đã đ−ợc chú thích ở mục 9.1.3, tuy nhiên ở đây, chúng đ−ợc điền bởi các con số hoặc là các dấu hiệu - Ví dụ: CH, , CM , CL : dấu hiệu quy −ớc các dạng mây tầng trên, trung và thấp; N - cấp mây điền ở vòng tròn trạm (d−ới dạng các ký hiệu); h−ớng gió (dd) - một mũi tên theo h−ớng gió thổi đến vòng tròn trạm, tốc độ gió (ff) - các vạch ngang ở cuối h−ớng gió, một vạch ngang dài ứng với tốc độ gió 5 m/s, vạch ngang ngắn ứng với tốc độ 2,5 m/s, tr−ờng hợp tốc độ gió lớn, các vạch ngang đ−ợc thay bằng các hình tam giác. Thêm vào đó, đối với các trạm ở bắc bán cầu các vạch ngang kéo dài từ đuôi mũi tên sang bên trái, còn nam bán cầu- sang bên phải (nếu nhìn theo h−ớng gió). ww- đặc điểm thời tiết hiện tại và W1W2 - thời tiết quá khứ đ−ợc ghi nhờ các dấu hiệu quy −ớc (xem bảng các dấu hiệu quy −ớc các hiện t−ợng khí t−ợng ở phần phụ lục ); h độ cao chân mây (m); Ds,Vs : 052 h−ớng và vận tốc tàu th−ờng đ−ợc biểu diễn nhờ mũi tên, 064 9924 h ở đầu mũi tên h−ớng tàu ghi tốc độ (theo mã số) .Ví dụ : h h xem hình 50 đối với trạm trên tàu biển, nhìn các ký hiệu 96 và các con số trên bản đồ ta hiểu: trời đầy mây (N=8); 0611 gió h−ớng bắc với tốc độ 15m/s ; nhiệt độ n−ớc biển 1208 502C, nhiệt độ không khí 604C, khí áp 992.4 mb, thời tiết hiện tại : m−a vừa, thời tiết quá khứ: m−a rào ; tầm nhìn H.50- Vớ dụ về cỏch điền số 0 xa 99 ~ 2,2 hải lý ; h−ớng tàu :đông (90 ), tốc độ Vs: 4 ~ liệu quan trắc của trạm trờn 18 nơ; chu kỳ sóng biển 6 s ; độ cao sóng 5.5m; chu kỳ tàu biển sóng lừng 12s; độ cao sóng lừng 8~4m; h−ớng truyền sóng lừng 2600; chu kỳ sóng 12s, độ cao sóng (08) là 4 m. Dựa vào các số liệu đã điền khá đầy đủ trên bản đồ, các nhà khí t−ợng tiến hành phân tích, vẽ các đ−ờng đẳng trị nh−: đ−ờng đẳng áp, đ−ờng đẳng nhiệt, các đ−ờng front, sau đó đánh dấu vị trí các trung tâm áp thấp, áp cao công việc này yêu cầu thực hiện một cách rất cẩn thận, vì chúng là những kiến thức rất cơ bản để dựa vào đó mà lập ra các dự báo thời tiết. Loại bản đồ kể trên đ−ợc gọi là : bản đồ thời tiết phân tích, th−ờng đ−ợc ký hiệu bởi chữ A - là chữa cái đầu của từ Analyses ( phân tích), xem hình 51 90
7. H.51. Bản đồ thời tiết mặt đất thuộc tây - bắc Thái bình d−ơng, lúc 00h00 ngày 25 tháng 6 năm 1968. Đ 9.3. Dự báo thời tiết 9.3.1. Dự báo thời tiết là gì ? đó là một sự −ớc đoán, một dự tính về khả năng xảy ra của thời tiết trong t−ơng lai. Nó xuất xứ từ chữ forecasts, lần đầu tiên đ−ợc dùng trong ngành khí t−ợng bởi đô đốc Fitzroy, vào khoảng năm 1860, khi ông cố gắng đoán tr−ớc thời tiết và bão biển. 9.3.2. Dạng và nội dung của dự báo thời tiết. Dạng của dự báo thời tiết đ−ợc chia theo thời gian, gồm các dạng chính sau : dự báo ngắn hạn (từ 1 đến 72 g); hạn vừa (từ 3 đến 10 ngày); hạn dài (từ 10 đến 30 ngày); hạn rất dài 1 mùa , 1 năm hoặc lâu hơn ). Dạng dự báo hạn ngắn và hạn vừa lại đ−ợc chia thành dự báo chung và dự báo chuyên ngành tức là với các nội dung riêng biệt. Dự báo thời tiết chung là để phổ biến trong nhân dân và các tổ chức kinh tế quốc dân, những đặc điểm thời tiết chung nhất nh− : tình trạng mây, giáng thuỷ, gió, nhiệt độ và các hiện t−ợng thời tiết đặc biệt : bão , lũ, n−ớc dâng Dự báo thời tiết chuyên ngành, gồm các đặc tính thời tiết mà các ngành riêng biệt yêu cầu. Ví dụ: để phục vụ nông nghiệp cần báo các yếu tố: l−ợng m−a, gió, nhiệt độ, ẩm độ; còn đối với ngành hàng hải: tầm nhìn xa, h−ớng và tốc độ gió, các yếu tố sóng biển Tất cả các dự báo đ−ợc lập cho từng địa d−, từng lãnh thổ trên đất liền , hoặc theo các khu trên mặt n−ớc, từng phần của biển và đại d−ơng, có khi còn lập cho từng hải cảng một, cho từng tuyến hành trình một . 9.3.3. Nguyên tắc chính để lập dự báo thời tiết . Sự phân tích các bản đồ Si nốp và bản đồ hình thế khí áp xác lập ra trạng thái thời tiết hiện tại, cho phép đi đến việc giải bài toán phức tạp hơn đó là dự báo thời tiết . Dự báo thời tiết đ−ợc thực hiện qua hai giai đoạn: tr−ớc hết là phải làm rõ khả năng biến đổi vị trí và c−ờng độ của các xoáy thuận, xoáy nghịch, các front, sự dịch chuyển và tiến hoá của các khí đoàn, tức là dự báo hình thế Si-nốp (dự báo hình thế Si-nốp đ−ợc toát lên từ tập hợp các quá trình khí quyển tại thời điểm đã cho, mà đ−ợc phản ánh trên các bản đồ thời tiết) ; Thứ hai - xác lập đặc tr−ng thời tiết trên cơ sở dự báo hình thế Si-nốp đồng thời còn tính đến một loạt những điều kiện ( của đặc điểm địa hình, vị trí địa lý, mùa và thời gian trong ngày) mà chúng ảnh h−ởng đến thời tiết. 91
8. Việc lập hình thế Si-nốp khi dự báo thời tiết là vô vùng quan trọng, bởi vì với sự dịch chuyển và tiến hoá của các đối t−ợng Si-nốp, làm thay đổi cả những đặc tr−ng về l−ợng của các yếu tố khí t−ợng, làm thay đổi cả chính đặc tính của thời tiết. Dự báo hình thế Si-nốp đ−ợc thiết lập cả bằng ph−ơng pháp số trị và cả bằng ph−ơng pháp Si-nốp, hơn nữa tr−ờng khí áp trên các độ cao lớn (trên các mặt đẳng áp t−ơng ứng) chỉ có thể tính toán đ−ợc nhờ ph−ơng pháp số trị, mà chúng có đủ ý nghĩa cả trong việc quy toán tr−ờng khí áp ở mực biển . Ph−ơng pháp số trị dựa vào việc giải các ph−ơng trình khí động học và nhiệt độ học với sự giúp đỡ của các máy tính điện tử. Ng−ời ta đ−a vào ph−ơng trình đó, những dữ liệu ban đầu của các điều kiện khí quyển cho một loạt các điểm trong vùng quan tâm và sau đó lấy tích phân theo thời gian. Ngày nay, tại các trung tâm khí t−ợng lớn của nhiều n−ớc tiên tiến, ng−ời ta th−ờng lập tr−ờng khí áp bằng ph−ơng pháp số trị. 9.3.4. Ph−ơng pháp dự báo Si-nốp. Đây là ph−ơng pháp chính, đ−ợc sử dụng rông rãi để dự báo thời tiết. Cơ sở của ph−ơng pháp này là cách ngoại suy những quá trình khí quyển, đã xảy ra trong khoảng thời gian kế cận và hiện tại, đồng thời phải kết hợp việc sử dụng các quan hệ nhân quả, giữa những quá trình khí quyển. Dựa trên những quy luật tự nhiên, dựa vào sự t−ơng tác và ảnh h−ởng giữa các yếu tố với nhau ng−ời ta đ−a ra những dự đoán về các đặc tr−ng của các đối t−ợng Si - nốp trong thời gian kế tiếp . Trong phép tính gần đúng của ph−ơng pháp Si-nốp , ng−ời ta cho rằng, sự biến đổi và dịch chuyển của các đối t−ợng Si-nốp (xoáy thuận, xoáy nghịch, front, khí đoàn ) trong một khoảng thời gian nào đó sắp tới, cũng sẽ giống nh− chúng đã xảy ra trong khoảng thời gian ngắn tr−ớc đó. Nh−, một xoáy thuận trong 12 giờ vừa qua dịch chuyển về đông-bắc, với vận tốc 25 km/g và không thay đổi c−ờng độ của mình, thì đến 12 giờ tiếp sau, nó cũng sẽ dịch chuyển theo h−ớng tr−ớc đây và giữ nguyên vận tốc cũ, bảo toàn c−ờng độ của nó, nếu nh− trong khí quyển không xuất hiện một sự cố gì mạnh mẽ, dẫn đến việc thay đổi các điều kiện trên . Song, trên thực tế, trong khí quyển trái đất luôn luôn xảy ra nhiều quá trình phức tạp, nên các giai đoạn tiến hoá của các đối t−ợng Si-nốp th−ờng xảy ra những biến đổi đột ngột, cho nên phép ngoại suy bề ngoài của ph−ơng pháp Si-nốp, không phải bao giờ cũng cho phép xác định đúng vị trí và diễn biến của các đối t−ợng Si-nốp trong t−ơng lai . Thông th−ờng, ng−ời ta lập dự báo Si-nốp d−ới dạng các bản đồ và đ−ợc gọi là bản đồ dự báo (đ−ợc ký hiệu bằng chữ F, chữ cái đầu tiên của từ forecasts, hiểu là dự báo ). Trên các bản đồ đó vẽ các tr−ờng khí áp sắp tới trên mực biển và vị trí các front. T− liệu chính để xây dựng bản đồ dự báo là các bản đồ thời tiết phân tích và một số bản đồ hình thế khí áp ở các kỳ hạn quan trắc mới nhất và kế cận tr−ớc đó. Sau khi làm rõ những điều kiện mới nhất của thời tiết có liên quan đến các vị trí và c−ờng độ của xoáy thuận, xoáy nghịch, front và trạng thái các khí đoàn, thì có thể lập đ−ợc dự báo các yếu tố khí t−ợng, các hiện t−ợng thời tiết, đó là giai đoạn hai của việc lập dự báo . Ng−ời ta lập dự báo đồng thời và đồng bộ của cả một loạt các yếu tố khí t−ợng, vì đại l−ợng và sự tiến hoá của yếu tố này liên quan hữu cơ với các yếu tố khác. Chẳng hạn, muốn dự đoán đúng về mây, cần thiết phải biết các giá trị của nhiệt độ và ẩm độ. Và ng−ợc lại, nếu không biết đ−ợc l−ợng mây thì khó lòng thấy tr−ớc đ−ợc biến trình ngày của nhiệt và các yếu tố khác. Thông th−ờng các bản đồ dự báo đ−ợc thành lập tr−ớc 12, 18, 24, 36, 48 và 72 giờ so với kỳ hạn quan trắc hiện tại (mới nhất). Đ 9.4. Dịch vụ dự báo b∙o. Một ý nghĩa lớn đối với an toàn hàng hải là những cảnh báo về các hiện t−ợng nguy hiểm, đ−ợc truyền đi nhờ các dịch vụ khí t−ợng quốc gia. Trong nhiều n−ớc có lãnh hải, th−ờng xuyên lập các dự báo về tình trạng mặt biển, dự báo bão trong mùa nóng. Các yếu tố khí t−ợng, hải văn và tình trạng mặt biển, mà các đội tàu của hải quân, tầu vận tải, tầu đánh cá quan tâm là gió, sóng, tầm nhìn xa, sự thay đổi mực n−ớc biển, s−ơng mù Các trung tâm quốc gia dự báo khí t−ợng - thuỷ văn của các n−ớc th−ờng phát đi những cảnh báo bão theo quy −ớc riêng của mình, tuy nhiên, nội dung chính của chúng th−ờng có những ý chính sau đây : 92
9. - Chỉ số quốc tế về dự báo bão; - Dạng dự báo : xoáy thuận nhiệt đới, xoáy thuận ngoại nhiệt đới; - Thời gian và ngày phát báo theo giờ quốc tế ; -Dạng nhiễu động khí quyển, kèm theo khí áp ở tâm (mb); - Vị trí tâm nhiễu động (kinh độ, vĩ độ ); - H−ớng và tốc độ dịch chuyển ; - Vùng nguy hiểm và kích th−ớc của nó; -Tốc độ gió và h−ớng gió ở các rẻ quạt khác nhau của vùng nguy hiểm . - Dự báo khả năng của nhiễu động trong thời gian tới . Thông báo bão truyền đi theo tiếng địa ph−ơng bằng lời văn (và có thể bằng tiếng Anh). Về dạng của thông báo bão có thể bằng các ngôn ngữ khác nhau, d−ới đây là một ví dụ : a- Về xoáy thuận nhiệt đới : bảng 13 a Bảng 13. a Gió Tiếng Việt Tiếng Anh Sức gió (cấp) Tốc độ (nơ) Tin áp thấp nhiệt đới Warning <7 < 33 Tin bão th−ờng Gale warning 8-9 34-47 48 và lớn hơn Tin bão mạnh Storm warning 10 và lớn hơn Hurricane (hoặc danh từ Tin bão cực mạnh 12 hoặc lớn hơn 64 hoặc lớn hơn riêng, ví dụ : typhoon) b. Về xoáy thuận ngoại nhiệt đới: bảng 13-b Tiếng Anh Tiếng Việt Gió(cấp) Near gale warning tin áp thấp 7 Gale warning tin bão th−ờng 8 - 9 Storm warning tin bão mạnh 10 và lớn hơn Warning of tropical cyclones tin bão rất mạnh trên cấp 12 D−ới đây dẫn ra một ví dụ toàn văn bằng tiếng Anh bản tin báo bão: Storm warning, at 0000 4 august, a deep low central pressure 980milibars, was located at 45 north 27 west, moving north - east 30 knots, affecting an area extening 400 miles the centre, with long moderate swell from in NW and SW quadrants and midium moderame swell from S to SW in SE quadraut anr confused sea in NE quadrant. Wind NW force 8 in SW quadrant, NW to force 9 in NW quadrant, SW to S force 9 in SE quadrant and SE to S force 9 inne quadrant, increasing to force 10 to 11 for a distance of 200 miles from the centre in this last quadrant. This stom centre is expected to slow down and turn northwarm with little deerease in wind during the. 93
10. Hiểu là: Thông báo bão: hồi 9 giờ ngày 04 tháng 8, một tâm áp thấp xuống sâu tới 980 milibar, ở 45 độ vĩ bắc 27 độ kinh tây, di chuyển về phía đông - bắc với vận tốc 30 nơ, nó ảnh h−ởng đến một vùng rộng 400 hải lý. Kể từ tâm, với sóng dài từ phần t− NE đến phần t− NW và SW, sóng vừa từ phía S đến phần t− SE, biển động nhẹ phía phần t− NE. Gió h−ớng NW cấp 8 tại phần t− SW, từ h−ớng NW đến N cấp 9 tại phần t− NE, từ h−ớng SW đến S cấp 9 tại phần t− SE, từ h−óng SE đến S cấp 9 tại phần t− NE và ở phần t− này gió tăng đến cấp 10 - 11 đến tận 200 hải lý cách tâm, dự báo: trong 24 giờ tới cơn bão này di chuyển chậm lại và chuyển h−ớng sang bắc với sức gió tăng lên không lớn. Tr−ờng hợp bão có vị trí trong các hải cảng, tại các trạm quan trắc bão thì đ−ợc lập ra tín hiệu quốc tế để cảnh báo, đặc điểm và hình dạng của chúng, đ−ợc h−ớng dẫn trong các tài liệu hàng hải chỉ nam và các cẩm nang khác. Đ 9.5. Bản đồ thời tiết facsimile. 9.5.1. Bản đồ facsimile ? Đặc điểm của nó. Với mục đích nâng cao hiệu suất dịch vụ thời tiết cho hàng hải, hàng không và báo tin nhanh đến các tàu, ngày nay ng−ời ta sử dụng rộng rãi các loại bản đồ thời tiết, bản đồ tình trạng mặt biển và các bản tin khí t−ợng khác nhờ thiết bị vô tuyến fasimile. Thiết bị này là máy vô tuyến có thể truyền đi hoặc tiếp nhận các bức ảnh đen trắng, các bản đồ, đồ thị các t− liệu bằng lời văn hoặc bằng số. Tại các trung tâm dự báo thời tiết, hay ở các cơ sở dịch vụ trên bờ ng−ời ta dùng máy facsimile để phát đi những thông tin khí t−ợng cho các khu vực khác nhau trên những tần số nhất định, vào những thời điểm nào đó. Nhờ loại giấy điện hoá của máy thu facsimile mà có thể tiếp nhận đ−ợc những thông tin đã phát nh− một nguyên bản . Bản đồ thời tiết facsimile giúp thuyền tr−ởng có cái nhìn tổng quát các trạng thái thời tiết và tình trạng mặt biển, trên một khu vực rộng lớn . Bản đồ facsimile khác với các loại bản đồ thời tiết bình th−ờng ở chỗ: kích th−ớc giấy bé hơn, các số liệu ghi trên đó ít hơn, nh−ng to hơn và rõ ràng hơn. Nội dung của bản đồ thời tiết facsimile không thể nêu lên đ−ợc đầy đủ mọi yếu tố khí t−ợng, mà chỉ phản ánh một cách nổi bật, dễ nhận biết một số yếu tố mà ng−ời dẫn tàu cần đến . Phần lớn các bản đồ facsimile chứa đựng thông tin về trạng thái thời tiết hiện tại - gọi là bản đồ phân tích, đ−ợc kí hiệu bởi chữ cái A - Analys; hoặc là thời tiết t−ơng lai - bản đồ dự báo, ký hiệu F - Forecast, (xem hình 52). 94
11. H.52. Bản đồ thời tiết facsimile (phân tích) Bản đồ thời tiết mặt đất ( mặt biển) facsimile đ−ợc thể hiện tr−ờng khí áp trên mặt biển (bởi các đ−ờng đẳng áp), đánh dấu các vị trí trung tâm xoáy thuận, xoáy nghịch , các đ−ờng font, dẫn ra những hiểu biết về các bão nhiệt đới (hình 52). ở một số bản đồ thời tiết ( phân tích ) còn vạch h−ớng bằng các mũi tên, chỉ sự dịch chuyển của xoáy thuận, xoáy nghịch, đôi khi còn dẫn ra t− liệu nguồn về thời tiết trên các trạm. Trên bản đồ thời tiết (dự báo) −ớc đoán tr−ớc các hiện t−ợng thời tiết nguy hiểm cho 12, 24, 48 giờ tiếp đó. Những hiểu biết đó đ−ợc ghi d−ới dạng lời văn hoặc các dấu hiệu quy −ớc là cực kì quan trọng đối với ng−ời dẫn tàu . 9.5.2 . Cách đánh giá các trạng thái thời tiết trên bản đồ facsimile. a) H−ớng và tốc độ gió : gió có liên quan mật thiết nhất với tr−ờng khí áp, tức là với tình thế Si- nốp. Vì thế phải thật chú ý trên bản đồ (phân tích và dự báo) về tốc độ dịch chuyển của xoáy thuận, xoáy nghịch của rãnh và l−ỡi khí áp, của các front và những tiến hoá của chúng theo thời gian. Xác định h−ớng và tốc độ gió trên các bản đồ đã có số liệu về gió thì hoàn toàn không khó khăn gì. Còn trên các bản đồ, không có số liệu gió thì h−ớng và tốc độ gió đ−ợc xác định nhờ các đ−ờng đẳng áp. Ng−ời ta tìm h−ớng gió, bằng cách tính độ nghiêng của nó so với đ−ờng đẳng áp về phía áp suất giảm một góc khoảng 300 trên đất liền và khoảng 150 trên biển. Khi tốc độ gió lớn trên 20 m/s độ nghiêng của h−ớng gió so với đ−ờng đẳng áp nhỏ hơn (5-100) so với khi tốc độ gió nhỏ. Tốc độ gió có thể xác định nhờ th−ớc gradien: theo giãn cách giữa các đ−ờng đẳng áp ng−ời ta xác định tốc độ gió địa chuyển; sau đó để chuyển về tốc độ gió thực, cần hiệu đính theo sự phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ n−ớc và không khí . Nên nhớ rằng : gradien khí áp càng lớn thì tốc độ gió càng lớn, tức là giãn cách giữa các đ−ờng đẳng áp càng nhỏ, thì gió càng mạnh. Tr−ờng hợp gradien khí áp nh− nhau, tức là giãn cách các đ−ờng đẳng áp bằng nhau, thì tốc độ gió lớn hơn nằm trong vĩ độ thấp hơn (miền nhiệt đới), so với ở vùng vĩ độ cao (gần cực). Tại cùng một giá trị của gradien khí áp, thì tốc độ gió gradien trong xoáy thuận nhỏ hơn gió địa chuyển, còn trong xoáy nghịch - lớn hơn. Tốc độ gió còn chịu ảnh h−ởng của biến trình ngày nhiệt độ. Thật vậy, ban ngày khi mặt trải d−ới và lớp khí d−ới thấp bị đốt nóng dữ dội, tốc độ gió tăng lên đáng kể, trong nhiều tr−ờng hợp có thể đạt tới tốc độ gió gradien. Trong thời tiết mây thấp dày của xoáy thuận, biến trình ngày của gió rõ ràng hơn so với trên biển; vì biến trình ngày của nhiệt độ trên đất liền lớn hơn trên biển. 95
12. Đặc điểm địa hình của địa ph−ơng cũng ảnh h−ởng lớn đến sự thay đổi h−ớng và tốc độ gió. Chẳng hạn nh−: trong dòng khí đồng nhất có h−ớng từ biển vào đất liền, sau khi gặp bờ biển bị lệch h−ớng sang trái và yếu đi; còn nếu thổi từ đất liền ra biển, thì lệch sang phải và mạnh thêm. Gió thổi dọc bờ biển, trong giải đất gần bờ luôn luôn mạnh thêm, nếu nh− đất liền nằm ở bên phải của h−ớng gió, và yếu thêm, nếu bên trái. Hiệu ứng bờ làm tăng c−ờng hay yếu đi H. 53. ảnh hưởng của địa hỡnh đến gió c−ờng độ gió đặc biệt thể hiện rõ nơi mà ở đó gió thổi quanh nhánh của dãy núi hoặc chỗ đất nhô ra biển. Kết quả của sự chảy vòng quanh làm cho dòng khí bị ép lại, dẫn đến sự gia tăng sức gió ở đầu núi, mũi đất và các bán đảo, và làm giảm tại các vịnh. Tốc độ gió mạnh hơn tại các eo biển và tại các chỗ thắt, thêm và đó, h−ớng nổi trội là thổi dọc theo h−ớng của gradien khí áp (hình 53) . b. Mây và giáng thuỷ. Trạng thái hiện tại và t−ơng lai của mây, mà có thể nhận đ−ợc từ các trung tâm dự báo khí t−ợng, đối với ng−ời dẫn tàu rất cần thiết trong việc đánh giá khả năng cho m−a (tuyết) và trạng thái tầm nhìn xa. Ph−ơng h−ớng đánh giá sự hiện diện và khả năng thay đổi của l−ợng mây và đặc tính mây có thể đ−ợc thực hiện trên cơ sở của các bản đồ thời tiết mặt đất facsimile theo sự hiện diện và phân bố của xoáy thuận và xoáy nghịch (xem Đ 8.4; 8.6) theo đặc tính của front - nóng, lạnh và cố tù (xem Đ 8.3), theo sự có mặt của khí đoàn này hay khí đoàn khác (xem Đ 8.2). Phân tích và dự báo giáng thuỷ front loại th−ờng hay rào có thể nhận thấy trên cơ sở phân định các dạng mây và những thay đổi đặc tính mây, liên quan với sự dịch chuyển và tiến hoá của các front và các xoáy thuận (xem bảng 9,10 và 11 trong đó dẫn ra các tình huống Si-nốp tạo thuận lợi để rơi giáng thuỷ ). c. Tầm nhìn xa - Đánh giá tầm nhìn theo bản đồ facsimile tr−ờng khí áp (phân tích và dự báo) khi không có số liệu phân tích và dự báo về tầm nhìn hoặc về nhiệt độ không khí và nhiệt độ n−ớc, hoặc về độ ẩm thì có thể tìm thấy một cách định h−ớng theo đặc tính của các hệ thống khí áp (xoáy thuận và xoáy nghịch) và front (xem Đ 8.3; Đ 8.4; Đ 8.6 ). Khi đó cần nhớ rằng, sự thay đổi tầm nhìn phụ thuộc vào sự đi qua và trạng thái của khí đoàn . Trong khí đoàn đồng nhất sự giảm tầm nhìn có thể do độ ẩm hoặc do bụi khô - khi độ ẩm t−ơng đối 70% tầm nhìn xa đạt tới 5-10 km; 80% khoảng 3-5 km; 90% khoảng 2-3 km. Trên những vùng, nơi mà nhiệt độ n−ớc biển cao hơn nhiều so với nhiệt độ không khí - th−ờng 0 th−ờng (Tn - Tk) ≥ 10 - quan sát thấy s−ơng mù bốc hơi. d. Sóng biển. Thông tin về sóng biển th−ờng nhận đ−ợc là các bản đồ facsimile tr−ờng sóng. Tr−ờng hợp không có bản đồ đó, ng−ời ta đánh giá trạng thái sóng gió có thể theo bản đồ facsimile (phân tích và dự báo) - theo số liệu về gió hoặc là về đại l−ợng gradien khí áp. Theo nguyên tắc: vùng gió to và gió bão (gradien khí áp lớn) sẽ là nơi sóng lớn. Hơn nữa, sóng tăng c−ờng khi thời gian và quãng đ−ờng tác dụng của gió kéo dài. Vùng biển phía cuối gió, sóng lớn hơn nhiều so với vùng đầu gió. Sóng mạnh và kéo dài đ−ợc quan sát ở phần sau của xoáy thuận sâu và rộng. C−ờng độ sóng ở gần bờ, trong một mức độ đáng kể phụ thuộc vào các điều kiện địa ph−ơng. Tuy nhiên, sóng lớn hơn cả (khi gió thổi mạnh từ bờ) th−ờng quan sát thấy trên một khoảng cách khi xa cách bờ biển. Khi gió thổi từ biển vào bờ cần nhớ rằng, do giảm nhanh độ sâu của biển, tốc độ sóng tăng lên mạnh và sóng thay đổi h−ớng truyền của mình, tạo ra sóng xô bờ. e. Bản đồ facsimile tr−ờng sóng biển (hình. 54). Thực tiễn hàng hải cho biết rằng, sóng biển chứ không phải gió ảnh h−ởng mạnh nhất đến tốc độ và sự an toàn của tàu thuỷ trên biển và trên đại d−ơng. Thật vậy, đã có nhiều dạng tàu khi sóng cao 5-7 m thì tốc độ tiêu hao mất 50%. Từ đây ta thấy rằng, đối với ng−ời dẫn tàu, cần phải biết độ cao sóng nào sẽ xảy ra trên hành trình của tàu. Thông tin đó sẽ lấy đ−ợc từ bản đồ facsimile tr−ờng sóng biển (hình.54) trên đó cho biết các con số độ cao sóng (tính bằng mét hoặc ƒut), h−ớng truyền của sóng (bằng mũi tên), chu kỳ sóng là giây và các yếu tố khác, hoặc là tr−ờng sóng biển - đó là các đ−ờng đẳng độ cao sóng kèm theo ký hiệu các vùng có giá trị sóng cực đại và cực tiểu. Trên bản đồ có thể dẫn ra đồng thời những số liệu bằng số và các đ−ờng đẳng cao độ. 96
13. Ngoài bản đồ sóng hiện tại, ng−ời ta còn truyền đi bản đồ dự báo sóng cho 12, 24 và 36 giờ sắp tới. H.54. Bản đồ facsimile tr−ờng sóng biển (dự báo). Đ 9.6. Những dấu hiệu thời tiết địa ph−ơng. 9.6.1. Khái niệm chung. Dấu hiệu địa ph−ơng của thời tiết là các dấu hiệu, hiện t−ợng khác nhau, quan sát thấy trong vùng đã cho, nhờ đó, có thể nhận ra tr−ớc tình hình thời tiết trong thời gian sắp tới. Chúng bao gồm: đặc tính mây, tầm nhìn xa, hiện t−ợng quang học, biến trình khí áp và gió Việc đánh giá tình hình khí t−ợng - thuỷ văn hiện tại và t−ơng lai, cần phải dùng những t− liệu đ−ợc truyền đi từ các cơ sở dự báo thời tiết, của các quốc gia khác nhau. Đồng thời phải chú ý theo dõi đặc tính thời tiết trong vùng tàu đang hoạt động, bởi vì không phải bao giờ các bản đồ dự báo và các bản tin thời tiết, có thể tính hết đ−ợc tất cả những thay đổi xảy ra trong khí quyển. Thực tế cho thấy các dự báo thời tiết không phải bao giờ cũng đúng hoàn toàn. Chỉ một sai sót nhỏ về h−ớng đi của xoáy thuận, đã có thể đ−a lại một hậu quả tai hại cho tàu bè. Mặt khác, trên đại d−ơng và biển th−ờng đ−ợc bố trí rất th−a các trạm khí t−ợng - thuỷ văn, nên th−ờng bỏ sót các hiện t−ợng thời tiết tỷ lệ bé, nh− vòi rồng, s−ơng mù, vì thế sẽ đ−a đến những thiệt hại hoặc những khó khăn cho các tàu hoạt động trong vùng đó. Cho nên phải tiến hành quan sát trực tiếp và th−ờng xuyên trên tàu về tình trạng và sự thay đổi thời tiết sẽ giúp ích cho việc hiệu đính bản đồ thời tiết, đánh giá chính xác đặc tính sắp tới của thời tiết, từ đó lựa chọn đ−ờng đi an toàn và tốt nhất cho tàu biển. 9.6.2. Những dấu hiệu địa ph−ơng của thời tiết t−ơng lai. Tr−ớc tiên khi quan sát thời tiết, phải chú ý đến tình trạng bầu trời, tức là đánh giá đặc điểm và dạng của mây. Sau đó, so sánh các quan sát đó, với sự thay đổi của khí áp và gió, đồng thời với những yếu tố và hiện t−ợng khí t−ợng khác. Thật là hữu ích nếu nh− theo dõi cả các hiện t−ợng quang học. D−ới đây dẫn ra một số dấu hiệu địa ph−ơng, theo đó có thể −ớc đoán tr−ớc 6 đến 12 giờ những đặc tính thời tiết có thể xảy ra trong vùng tàu hoạt động. 1. Sự bảo tồn đặc tính thời tiết. a. Dấu hiệu bảo tồn thời tiết tốt. Thời tiết tốt là loại thời tiết: trời không mây bền vững trong sáng; gió yếu hoặc vừa; tầm nhìn xa trên hai hải lý. 97
14. - Không mây, hoặc khoảng 9-10 giờ xuất hiện mây tích phẳng, di chuyển chậm, đến 15-16 giờ chúng đạt sự phát triển cực đại, còn vào chiều tối - tản đi hết; hoặc vào các buổi sáng, suất hiện mây ti dạng sợi, không lan toả khắp bầu trời, sau giữa tr−a - tan biến hết (trạng thái Si-nốp: trên vùng đó, phân bố khu vực áp cao; khí đoàn đồng nhất); - Biến trình ngày của gió không rõ rệt nh−ng đều; - Khí áp gần nh− không đổi, trong suốt mấy giờ liền hoặc có biến trình ngày; - Nhiệt độ thay đổi ít trong suốt ngày, nh−ng tồn tại biến trình ngày của nó; - Ban đêm và gần sáng có s−ơng trên các thiết bị boong và trên th−ợng tầng kiến trúc của tàu thuỷ; - Mặt trời lặn, sau đ−ờng chân trời trong sạch (không mây, vùng áp cao); - Sự biến dạng của mặt trời lúc mọc và lúc lặn trên biển (hiện diện trên mặt biển lớp mù không cao lắm, chứng tỏ sự phân tầng ổn định của khí đoàn); - Sự lấp lánh của sao có màu lục (chứng tỏ có l−ợng hơi n−ớc ít trong tầng đối l−u; vùng áp suất cao). b. Dấu hiệu bảo tồn thời tiết ổn định. Thời tiết ổn định thể hiện: ít mây hoặc mây thay đổi; trong vùng đã cho (nh−ng không nhất thiết là vùng có tàu) có m−a rào vài nơi; gió từ yếu đến vừa; tầm nhìn xa trên hai hải lý. - Mây tích phát triển có vòm thành mây tích dày (khí đoàn ban ngày bị hun nóng; vùng áp suất cao - th−ờng ở phần phía tây khí áp yên ngựa); - Gió yếu hoặc vừa; có sự tăng c−ờng từng cơn ngắn; - áp suất hầu nh− không đổi trong suốt mấy giờ liền; - Đêm và sáng có s−ơng; c. Dấu hiệu bảo tồn thời tiết xấu. Đó là thời tiết u ám, nhiều mây, gió vừa và mạnh; tầm nhìn d−ới hai hải lý. - Trời nhiều mây, không thay đổi (mây vũ-tầng, mây tích dày, mây vũ- tích) - đây là vùng tâm của một xoáy thuận ít di chuyển. - Khí áp thấp hơn nền xung quanh, hoặc có sự giảm nhẹ của khí áp, không thấy biến trình ngày; - Nhiệt độ không có biến trình ngày. - Gió vừa đến mạnh; h−ớng gió thay đổi đôi chút. 2. Các dấu hiệu sự xấu dần của thời tiết. a. Thời tiết xấu dần với những hiện t−ợng mang đặc tr−ng của ftont nóng hoặc của front cố tù; giáng thuỷ vừa, gió tăng lên, tầm nhìn d−ới hai hải lý: - Xuất hiện mây ti lan toả dần khắp bầu trời và dày thêm (vùng biên của xoáy nghịch và rìa tây của l−ỡi khí áp; sự đến gần của front nóng hoặc của front cố tù, tr−ớc giải giáng thuỷ vừa 300 - 400 km); hoặc là mây ti, mây ti - tầng lan toả dần kín bầu trời và dày thêm, khả năng xuất hiện quầng (sự đến gần của phần tr−ớc xoáy thuận hoặc rãnh khí áp, cùng với front nóng tr−ớc giáng thuỷ vừa 100 ữ300 km); hoặc mây ti-tầng chuyển thành mây trung tầng hơi xám; mất quầng (sự đến gần của front nóng, sắp có giải giáng thuỷ vừa); hoặc sự chuyển đổi từ mây trung - tầng xám thành mây vũ - tầng kèm theo giáng thuỷ (sự đến gần của trung tâm xoáy thuận hoặc của trục rãnh liên quan với front nóng hoặc front cố tù, giáng thuỷ có thể kéo dài hơn 10 giờ); hoặc xuất hiện mây vũ - tầng, d−ới chúng th−ờng có mây tích mảnh của thời tiết xấu, kèm giáng thuỷ (sự đi qua của front lạnh, của phần trung tâm xoáy thuận, giáng thuỷ có thể kéo dài hơn 6 giờ). - Khí áp giảm từ từ (sự đến gần của xoáy thuận hoặc của rãnh khí áp); - Gió tăng từ từ, h−ớng lệch sang trái (ở bắc bán cầu). - Nhiệt độ không còn biến trình ngày (bầu trời phủ kín mây); 98
15. - Biển có sóng lăn tăn, và truyền đi không theo h−ớng gió thực; sóng biển tăng đần (sự đến gần của xoáy thuận hoặc của rãnh); - Mặt trời lặn trong mây đậm đặc; - Sao nhấp nháy mạnh với sắc xanh (độ ẩm cao và sự phân tầng của khí đoàn không ổn định). b. Thời tiết xấu khi gió vừa, thỉnh thoảng có băng giá và s−ơng mù, có thể giữ nguyên đ−ợc mấy giờ, sau đó xấu hơn do sự đến gần của front lạnh. - Sự biến đổi mây vũ - tầng thành mây tầng có thể để lộ ra các khoảng trời sáng (rẻ quạt nóng phân bố gần điểm hợp l−u); - Khí áp bớt giảm hoặc tăng lên đôi chút (phần nam của xoáy thuận, nửa phía đông của rãnh); - Gió giảm không nhiều, h−ớng lệch dần sang phải của bắc bán cầu: - Nhiệt độ tăng; - Sóng biển không tăng nữa. c. Thời tiết nhiều mây với các hiện t−ợng có đặc tr−ng của front lạnh; giáng thuỷ rào và vừa, gió vừa đến mạnh từng cơn, tầm nhìn d−ới hai hải lý. Xuất hiện mây ti-tích, khả năng cùng với mây ti hoặc mây ti-tầng (sự đến gần của rãnh có liên quan với front lạnh); - Cùng một lúc hiện diện mấy dạng mây thuộc các họ khác nhau, phần lớn chúng chuyển động với h−ớng khác nhau trên bầu trời (sự đến gần của rãnh cùng với ftont lạnh hoặc cố tù); - Gió tăng th−ờng có từng cơn. - Xuất hiện trên biển có tiềng ồn từ phía cơn giông, hoặc có gió giật; nhiễu mạnh trong radiô. 3. Sự tốt lên của thời tiết. L−ợng mây giảm dần, giáng thuỷ ngừng, tầm nhìn xa trên hai hải lý. - Sự biến đổi của mây vũ - tầng thành mây trung - tầng hoặc trung - tích, lộ rõ nhiều khoảng trời sáng (sau front lạnh qua). - Khí áp tăng nhanh; - H−ớng gió chuyển sang phải ở bắc bán cầu; - Nhiệt độ hạ. - Nhiễu trong Radiô giảm. Đ 9.7. Dịch vụ tàu biển bởi các khuyến cáo chọn tuyến tối −u. 9.7.1. ý nghĩa của việc chọn đ−ờng đi tối −u. Ngày nay, nhờ thành tựu của các ph−ơng pháp dự báo thời tiết và tình trạng mặt biển, nhờ kết quả nghiên cứu khí hậu biển và đại d−ơng, ng−ời ta có thể lựa chọn tr−ớc đ−ợc đ−ờng đi an toàn và kinh tế nhất cho từng chuyến đi. Việc hạch toán các chuyến đi khuyến cáo, dựa trên các dự báo thời tiết và sóng biển cùng với việc tính đến những điều kiện thời tiết phức tạp hiện tại trong việc đi lại của tàu. Mục đích của các khuyến cáo - giúp đỡ thuyền tr−ởng giảm bớt gánh nặng về sự đe doạ của các điều kiện thời tiết nguy hiểm nh− : bão, băng trôi, vùng biển nhiễu động và phần nào tăng hiệu suất kinh tế của chuyến đi (khoảng 3-4%). Khác với các dịch vụ khí t−ợng - thuỷ văn thông th−ờng, khi đó ng−ời dẫn tàu thu dự báo thời tiết chung và trạng thái mặt biển trong vùng hoạt động, còn trong các khuyến cáo lựa chọn chuyến đi ng−ời ta báo toạ độ đ−ờng đi, theo đó thực hiện việc chuyển h−ớng với mục đích đi vòng khỏi vùng có điều kiện thời tiết và tình trạng mặt biển bất lợi. Hơn nữa, ng−ời ta còn cho biết các số liệu về thời tiết sắp tới trên tuyến hành trình về xoáy thuận nhiệt đới và xoáy thuận ngoại nhiệt đới, về các vùng sóng lớn, các rìa băng, vùng biển băng giá 9.7.2. Nhiệm vụ thuyền tr−ởng trên tuyến tối −u. Hạch toán tuyến đi thuận lợi nhất, chủ yếu, ng−ời ta dịch vụ các bản đồ phân bố độ cao sóng và h−ớng truyền sóng, và các đồ thị tiêu hao tốc độ của các dạng tàu khác nhau trong sự phụ thuộc vào độ cao và h−ớng truyền sóng theo sự t−ơng quan với đ−ờng tàu chạy. 99
16. Trong việc dịch vụ tàu biển, trung tâm dự báo thời tiết cần phải nhận từ truyền tr−ởng, một loạt những hiểu biết chiến l−ợc : tên gọi và dạng tàu, tốc độ của nó ở n−ớc tĩnh , giới hạn trên dự kiến của độ cao sóng, tuyến đi và thời gian hành trình , trọng tải của tàu . Đôi khi hành trình theo tuyến chọn sẵn, tàu cần phải đều đặn (2 lần trong ngày) thông báo về trung tâm dự báo, nơi đ−ợc lập các khuyến cáo, những hiểu biết về thời tiết và tình trạng đại d−ơng. Trong khi đi theo tuyến khuyến cáo, tàu có thể gặp phải các điều kiện thời tiết bất lợi, điều không dự kiến tr−ớc trong khuyến cáo. Trong tr−ờng hợp đó thuyền tr−ởng có quyền thay đổi một phần hay toàn bộ khỏi tuyến đ−ợc giới thiệu mà trung tâm dự báo lập khuyến cáo. Thực tế cho biết, việc đi lại của tàu biển theo tuyến khuyến cáo, đ−a lại những −u việt đáng kể, so với việc đi lại theo tuyến thông th−ờng. Nó không những tránh đ−ợc nguy hiểm cho tàu và thuyền viên, bảo quản đ−ợc hàng hoá, mà còn giảm thời gian đi lại, tiết kiệm nhiên liệu Câu hỏi ôn tập ch−ơng IX . 1. Cho biết đôi nét về cơ cấu và nhiệm vụ của tổ chức khí t−ợng thế giới (WMO) và ý nghĩa của nó với ngành giao thông thuỷ . 2. Mã luật khí t−ợng là gì ? Cho biết mã luật đối với trạm khí t−ợng trên bờ và trên tàu biển . 3. Bản đồ thời tiết là gì ? Có mấy loại bản đồ thời tiết. 4. Ng−ời ta lập bản đồ thời tiết mặt đất nh− thế nào? 5. Cho biết dạng và nội dung của dự báo thời tiết ? Nêu nguyên tắc lập dự báo thời tiết . 6. Nêu nội dung chính của bảng tin dự báo bão. 7. Cho biết các đặc điểm của bản đồ thời tiết facsimile. Cách đánh giá các trạng thái thời tiết trên đó. 8. Hãy kể một số dấu hiệu thời tiết địa ph−ơng báo tr−ớc tình trạng thời tiết sắp tới . 9. Nêu một số đặc điểm về đ−ờng đi tối −u theo khuyến cáo và nhiệm vụ của thuyền tr−ởng trong khi dẫn tàu trên tuyến đó. 100
17. Phần thứ hai Hải d−ơng học 101
18. Ch−ơng X. đại d−ơng thế giới và các đặc điểm cơ bản của nó Đ 10.1. Sự phân bố đất liền và n−ớc trên trái đất. Diện tích bề mặt trái đất bằng 510 triệu km2, trong đó 361 triệu km2 (70,8%) là mặt n−ớc của đại d−ơng và biển và 149 triệu km2 (29,2%) do đất liền chiếm chỗ, nghĩa là bề mặt n−ớc gần 2,5 lần nhiều hơn đất liền. Mặt n−ớc và đất liền phân bố rất không đều trên hai bán cầu và theo các vĩ độ. ở bắc bán cầu mặt n−ớc phủ 61% diện tích, còn nam bán cầu - 81%. Sự phân bố không đồng đều giữa đất liền và n−ớc theo các bán cầu là một đặc điểm điển hình của hành tinh trái đất. Một đặc điểm nữa là đất liền bao gồm những lục địa riêng biệt, không liền kề nhau, còn n−ớc đại d−ơng và biển thì l−u thông với nhau nhờ các eo biển, tạo thành một không gian n−ớc liên tục, đ−ợc gọi là Đại d−ơng thế giới. Thể tích n−ớc của Đại d−ơng thế giới bằng 1370 triệu km3 và chiếm 1: 800 thể tích trái đất. Đ 10.2. Sự phân chia đại d−ơng thế giới. Đại d−ơng thế giới đ−ợc chia ra thành các đại d−ơng, các biển, vịnh, eo biển phụ thuộc vào những đặc điểm vật lý - địa hình (tự nhiên) của các vùng n−ớc đó. 10.2.1. Các đại d−ơng. Đại d−ơng là một phần lớn hơn cả của Đại d−ơng thế giới, đ−ợc giới hạn bởi các lục địa. Theo đặc điểm tự nhiên, ng−ời ta chia Đại d−ơng thế giới làm bốn đại d−ơng: Thái bình d−ơng, Đại tây d−ơng, ấn độ d−ơng và Bắc băng d−ơng, danh giới giữa chúng là bờ của các lục địa, riêng chỉ có ở các vĩ độ cao nửa nam thì không có ranh giới đó và đ−ợc công nhận quy −ớc theo các kinh tuyến nhất định. Ranh giới của Thái bình d−ơng ở phía tây là: bờ biển châu á, quần đảo Malaixia, bờ châu úc, từ mũi đông - nam trên đảo Tasmani theo kinh tuyến 146055'E; phía nam - bờ châu Nam cực; phía đông - bờ biển bắc Mỹ và nam Mỹ, đến mũi Gorn (680 04'W ) qua eo Dreica đến châu Nam cực: phía bắc - vịnh Bering theo đ−ờng bắt đầu từ mũi Unik−n (bán đảo Trukot) đến mũi nam của vịnh Sismarev (bán đảo Xiuar). Ranh giới của Đại tây d−ơng: ở phía tây là bờ đông của bắc và nam Mỹ, sau đó theo kinh tuyến 620 04' W từ mũi Gorn, phía nam - bờ châu Nam cực, phía đông bờ biểu châu Âu ( từ bán đảo Statlan ở Nauy), bờ châu Phi và kinh tuyến 200 E từ mũi Igon, phía bắc - bán đảo Statlan, đảo Sorlan, đảo Farec, Islan, eo biển Đan Mạch (giữa Islan và Grenlan), eo Devixo, bờ Baffinor, eo Gutdonov. Ranh giới của ấn độ d−ơng: ở phía bắc là bờ châu á ; phía tây- bờ châu Phi và theo kinh tuyến 200 E từ mũi Igon; phía nam - bờ châu Nam cực; phía đông - giáp Thái bình d−ơng theo kinh tuyến 146055'E . Ranh giới của Bắc băng d−ơng: phía bắc của các đại d−ơng nh− : Đại tây d−ơng, Thái bình d−ơng, bờ biển châu âu, châu á, bắc Mỹ và Grenlan. Theo diện tích, rộng nhất là Thái bình d−ơng, chiếm 50% tổng diện tích của Đại d−ơng thế giới, còn Đại tây d−ơng - 25,8%, ấn độ d−ơng - 20.8%, và Bắc băng d−ơng - chỉ chiếm 3,6%. Trên bảng 14. dẫn ra số liệu chính (diện tích, thể tích, độ sâu) của các đại d−ơng. 10.2.2. Các biển vịnh và các eo biển. a. Biển - một phần của đại d−ơng nhiều hay ít đ−ợc giới hạn bởi các bờ của lục địa, các hải đảo và bởi những chỗ đất nhô cao của địa hình d−ới n−ớc. Biển khác với đại d−ơng bởi chế độ thuỷ văn (độ muối, nhiệt độ, các hệ thống hải l−u và các yếu tố khác). Các hồ lớn cũng đ−ợc gọi là biển nh− biển Kaspi và biển Aran, chúng là dấu tích còn lại của đại d−ơng xa x−a, đã tồn tại trên trái đất trong thời kỳ hình thành địa chất. Bảng 14. 102
19. Đại d−ơng diện tích nghìn Thể tích Độ sâu (m) km2 nghìn km3 Trung bình Cực đại Bắc băng d−ơng 13100 (1) 10970 2179 5220 5035 Đại tây d−ơng 93363 323613 3925 9219 82442 ấn độ d−ơng 74917 291030 3963 7450 73443 Thái bình d−ơng 179679 707555 4282 11034 165246 (1) T ử số là diện tớch đại dương cú cả cỏc biển, cũn mẫu số - khụng cú biển Tuỳ theo mức độ tách biệt và đặc điểm chế độ thuỷ văn của biển mà ng−ời ta chia chúng ra làm ba nhóm : biển nội lục địa, biển ven lục địa và biển giữa các đảo: - Biển nội lục địa đ−ợc bao quanh tất cả là đất liền ăn thông với đại d−ơng hay biển chỉ một hoặc một số eo biển. Chúng có đặc tr−ng bởi độ tách biệt cao của các điều kiện tự nhiên, bởi độ khép kín của hoàn l−u n−ớc tầng mặt và độ độc lập lớn trong sự phân bố độ mặn và nhiệt độ . Chẳng hạn: Địa trung hải, nối với Đại tây d−ơng bởi eo Gibranta có bề rộng 14-21 km và độ sâu tại cửa đến 366 m; Bạch hải nối với biển Barenx qua eo (đ−ợc gọi là Gorn) có bề rộng 45-55 km và độ sâu nhất 20 m. Hắc hải nối với biển Mramoc qua eo rất hẹp (từ 750 m-3,5 km) Boxfor dài 30 km và sâu 27,5-121m và xa ra hơn đến biển Egei qua eo Đardanel. Trong số các biển không ít biển nằm giữa đất liền và biển (hay đại d−ơng), nhóm này có thể kể đến : biển Bering, biển Ôkhốt, biển Nhật bản, Biển ven lục địa: nằm không xa đất liền lắm và đ−ợc tách biệt khỏi các đại d−ơng nhờ các bán đảo và hải đảo; lục địa và đại d−ơng có ảnh h−ởng nh− nhau đến sự hình thành hệ thống dòng chảy, đến sự phân bố độ muối và nhiệt độ n−ớc. Đó là các biển trên bờ bắc Âu , bắc á trừ Bạch hải - Biển giữa các đảo: đ−ợc bao bọc thành vòng cung bởi các hải đảo, nh− biển Xulu, Xelebes, Banđa, Iavan Trên toàn bộ Đại d−ơng thế giới có khoảng 50 biển các loại. b. Vịnh - một phần của đại d−ơng hay của biển, ăn sâu vào đất liền. Theo hìng dạng và kích th−ớc, vịnh có nhiều tên gọi khác nhau: vụng, vũng, fior Vụng - vịnh không lớn, bị tách khỏi biển bởi eo biển. Vũng - là phần ăn sâu hơn vào đất liền của vịnh. Fior - bờ cao, dài chui vào đất liền của vịnh, bị tách khỏi biển bởi ng−ỡng ngầm d−ới n−ớc. Có một số vịnh theo kích th−ớc lớn hơn cả biển nh−: vịnh Biskai, Gviney, Bengan, Mêhicô, Aliaska-lớn hơn Hắc hải, biển Ban tích, Bạch hải và các biển khác. c. Eo biển - Không gian n−ớc t−ơng đối hẹp, chia cắt đất liền ra từng phần và nối hai bể n−ớc lại với nhau. Câu hỏi ôn tập ch−ơng X 1. Cho biết đặc điểm phân bố đất liền và n−ớc trên trái đất. Nêu các đại d−ơng (sự phân chia, diện tích, độ sâu). 2. Cho biết đặc điểm các loại: biển, vịnh, eo biển. 103
20. Ch−ơng XI Đáy đại d−ơng thế giới Đ 11.1. Địa hình đáy. 11.1.1. Mặt cắt của vỏ trái đất. Giả sử, mặt cắt trung bình của vỏ trái đất ở hình. 55 cho ta thấy đ−ờng cong độ cao thạch quyển. Nó chỉ ra sự t−ơng quan diện tích giữa các độ cao trên đất liền và độ sâu d−ới đại d−ơng. Sự t−ơng quan đó là đặc tr−ng rất quan trọng của vỏ rắn trái đất - thạch quyển. Nghiên cứu đ−ờng cong thạch quyển thấy rằng: chỉ có 29% ở độ cao trên mực n−ớc đại d−ơng. Trên đất liền nổi trội độ cao d−ới 1000 m, nghĩa là chủ yếu đất hạ du, cao nguyên và vùng núi thấp. Chúng chiếm 75% bề mặt đất liền, hoặc 21,4% mặt trái đất. Trong Đại d−ơng thế giới độ sâu từ 3000 - 6000 m là chính, chiếm 75% bề mặt của chúng, hoặc là 53,7% toàn bộ diện tích của địa cầu. Trên đ−ờng cong còn thấy đ−ợc vùng núi cao hơn 2000 - 3000 m và trong đại d−ơng sâu hơn 6000 m chiếm một diện tích không lớn lắm. Độ cao trung bình trên đất liền bằng 840 m, còn độ sâu trung bình trên Đại d−ơng thế giới - 3800 m, tức là khoàng 4,5 lần lớn hơn độ cao trung bình của đất liền. Khoảng cách theo chiều thẳng đứng giữa đỉnh núi cao nhất - Everet (8882 m) và chỗ sâu nhất của đáy Đại d−ơng thế giới - Marian (11034 m) xấp xỉ 1: 320 bán kính trung bình của trái đất. So với kích th−ớc của địa cầu thì độ dày trung bình của n−ớc Đại d−ơng thế giới không lớn. Độ sâu trung bình chỉ bằng 1: 1600 bán kính hành tinh chúng ta. 11.1.2. Hình dạng cơ bản của đáy Đại d−ơng thế giới. Đáy đại d−ơng thế giới theo độ sâu, đ−ợc chia ra bốn phần chính sau: cao nguyên lục địa 0 - 200 m, s−ờn lục địa 200 - 2500 m, đáy đại d−ơng 2500 - 6000 m, và các vực sâu của đáy > 6000 m. Sự phân chia những hình dạng đó của đáy đ−ợc xác lập trên cơ sở của đ−ờng cong đồ thị thạch quyển (xem hình. 55). a. Cao nguyên lục địa (còn gọi là thềm lục địa) - Phần d−ới n−ớc ít nhất của đại d−ơng và của biển, nối liền trực tiếp với lục địa; là bình địa l−ợn sóng hoặc nhấp nhô mở rộng về phía đại d−ơng; có độ sâu trung bình từ 0 đến 200 m và dốc so với đáy < 1-20. Cả vùng cao nguyên đ−ơng đại chiếm 28 triệu km2, hoặc là 8% tổng diện tích của đáy. Cao nguyên lục địa phát triển nhất có ở Bắc băng d−ơng - 37% (4,9 triêu km2) diện tích của đại d−ơng này, ở Đại tây d−ơng - 9.9% (9,2 triệu km2); Thái bình d−ơng - 5,7% (10,2 triệu km2) và ấn độ d−ơng 4,2% (3,1 triệu km2). Bề rộng của cao nguyên lục địa rất khác nhau: từ mấy km đến mấy trăm km ; rộng nhất (1200-1300 km) ở Bắc băng d−ơng, nơi đây phân bố đầy đủ tất cả các biển ven lục địa . Các cao nguyên này đ−ợc kể đến là Bạch hải, Ban tích, Adop, vv 104
21. H.55. Đ−ờng cong thạch quyển mặt vỏ trái đất thể hiện sự phân bố bề mặt trên các độ cao khác nhau của đất liền và ở các độ sâu của đại d−ơng. Địa hình cao nguyên lục địa liên quan chặt chẽ với địa hình tiếp giáp nó . ở các bờ núi cao, cao nguyên lục địa th−ờng hẹp, càng xa ra bờ, độ sâu tăng càng nhanh, còn ở các bờ bằng phẳng và thấp thì nó trải rộng ra đại d−ơng (biển) và độ sâu tăng chậm . Đồng thời ở đây th−ờng thấy các thung lũng ngầm. Dạng của cao nguyên lục địa, ảnh h−ởng lớn đến sóng và dòng chảy biển . Trên cao nguyên lục địa gặp đ−ợc các dạng địa hình lẻ tẻ, mà chúng có thể là vùng nguy hiểm lớn về hàng hải . Doi cát- tất cả những nơi biệt lập và giới hạn về diện tích nhô rõ lên của đáy biển . Nếu độ sâu trên đó không quá 20 m , thì doi cát là nguy hiểm đối với tàu bè . Đá ngầm - nơi riêng rẻ, diện tích không lớn nhô rõ lên từ đáy là đá (cứng). Các mảnh vỡ của núi đá, hoặc là các núi ngầm không lớn mà nằm rải rác ở gần bờ đ−ợc gọi là nham thạch . b- S−ờn lục địa là phần dốc, nghiêng 7- 80 hoặc hơn với đáy đại d−ơng (hoặc biển) nằm ở độ sâu 200- 2500 m . S−ờn lục địa chiếm 11% (45 triệu km2) so với diện tích toàn đáy Đại d−ơng thế giới . Địa hình s−ờn lục địa rất phức tạp: khá nhiều bậc soắn và t−ơng đối thoải, có đỉnh cao, chỗ nhô lên, có khu sâu hẹp dài và cả chỗ trũng . c- Đáy đại d−ơng - là phần trung tâm rộng nhất của toàn diện tích d−ới n−ớc của Đại d−ơng thế giới, nằm ở độ sâu từ 2500 - 6000 m, chiếm gần 78% (285 triệu km2). Địa hình đáy rất đa dạng và phức tạp: có bình nguyên rộng lớn, có các dãy núi cao, có đỉnh rải rác, có cao nguyên, chỗ trũng, các rãnh Ngoài ra, đối với đáy đ−ợc đặc tr−ng một số dạng địa hình quy mô hành tinh. Chẳng hạn nh−, tại các phần ranh giới giữa tất cả bốn đại d−ơng, đ−ợc phân bố bởi các dãy núi đồ sộ, không so sánh đ−ợc với trên đất liền . d- Các vực sâu ở đáy - những chỗ thấp hẹp dài của đáy đại d−ơng, với chiều sâu từ 6 đến 10 -11 nghìn m . Bề rộng của chúng không quá 20-70 km, còn độ dài đạt tới hàng nghìn km. Chúng chiếm khoảng 3% (5 triệu km2) diện tích đáy của Đại d−ơng thế giới, th−ờng nằm ở gần các lục địa hoặc gần các chuỗi đảo với c−ờng độ hoạt động địa chấn cao. Các khe ngầm ở các đại d−ơng và biển thống kê chừng 30, trong đó phần lớn nằm ở Thái bình d−ơng. Khe ngầm sâu nhất của Thái bình d−ơng: Marian sâu tới 11034 m, Pueto-rico - 8385 m (Đại tây d−ơng) ; Iavan - 7455 m (ấn độ d−ơng). 105
22. 11.1.3 . Những đặc điểm chính địa hình đáy đại d−ơng thế giới . Dựa vào các số lần đo đạc độ sâu đáy xác định đ−ợc rằng, địa hình đáy Đại d−ơng thế giới cũng có cấu tạo phức tạp nh− trên đất liền.Trên đáy đại d−ơng quan sát đ−ợc các bình nguyên và các gò cao, các dãy núi lớn và các rãnh sâu. Các đặc điểm đó của địa hình đặc tr−ng cho tất cả bốn đại d−ơng. Tại tất cả các đại d−ơng tồn tại những dãy núi đại d−ơng phân bố theo h−ớng kinh tuyến, chúng chia đôi đại d−ơng thành hai phần - phần đông và tây. Chiều rộng đáy của các dãy núi đạt tới 2000 - 4000 km, còn độ cao t−ơng đối của chúng - 4000-5000 m . Các dãy núi cao tiếp giáp với các đỉnh khác. Các đỉnh của một số dãy núi ngầm đôi khi nhô cao hơn cả mực n−ớc đại d−ơng tạo lên các hải đảo với địa hình núi cao. Các đảo đó hầu hết xảy ra núi lửa, trong đó có một số nhô lên rất cao đến hàng nghìn m trên mực n−ớc đại d−ơng, ví dụ nh− đảo Mauna - Kee cao đến 4210 m thuộc quần đảo Ha-oai . Bên cạnh các dãy núi ngầm là những vùng trũng đại d−ơng rộng lớn với độ sâu đến 5000-6000 m, phân ra bởi hệ thống những chỗ cao dạng dãy núi và đỉnh và bởi hệ thống cao nguyên ngầm. Địa hình đáy đại d−ơng và biển chịu sự thay đổi th−ờng xuyên. Sóng và dòng chảy xoá mờ đi những chỗ cao và phá huỷ bờ biển, san bằng các diện mạo của chúng và chuyển đá, cát sỏi đến chỗ khác gần bờ và chỗ thấp hơn của đáy, và dần dần làm đầy chúng. Cùng với chúng d−ới ảnh h−ởng của sự phun trào núi lửa, của động đất và các quá trình kiến tạo địa chất khác ở đáy đại d−ơng và biển tạo nên những hình dạng mới của địa hình đáy nh− sự nhô cao dạng hình nón hoặc là các lõm sâu, các chỗ nứt, chỗ gẫy Đ 11.2. Chất đất đáy . 11.2.1. Sự đa dạng và đặc điểm của chất đất . Chất đất - lớp bề mặt của đáy n−ớc đại d−ơng. Chất đất đáy th−ờng là các trầm tích đ−ợc lắng cặn lâu ngày của chất xốp rời mà đ−ợc cấu thành từ những hạt rắn có thành phần và nguồn gốc khác nhau. ở một số nơi chất đất - là đá gốc (granít, bagian, ) th−ờng gặp ở các s−ờn dốc, ở những nơi có dòng chảy thiên nhiên mạnh Chất đất khác nhau theo nguồn gốc, độ lớn của hạt, theo thành phần tự nhiên, theo màuλλ sắc và theo các dấu hiệu khác. Theo nguồn gốc của hạt trầm tích đọng lại đ−ợc chia ra ba dạng chính sau : nguồn gốc lục địa, nguồn gốc sinh vật và nguồn gốc quang hoá . - Trầm tích có nguồn gốc lục địa tạo thành từ các phần tử là sản phẩm của đá trên đất liền. Chúng tạo nên trong khi sụt lở bờ biển d−ới tác động của sóng và dòng chảy, đồng thời là kết quả trôi đẩy ra các đại d−ơng và biển bởi các sông. Các trầm tích gốc lục địa đ−ợc kể đến : đá, đá cuội, sỏi, cát - Trầm tích nguồn gốc sinh vật đ−ợc tạo thành từ những mảnh x−ơng, vỏ sò sót lại của các cơ thể sống nh− sò, cá, tôm chúng hoà tan, rồi lắng đọng xuống đáy biển . Trầm tích nguồn gốc sinh vật có thể kể ra : các vùng đá vôi vỏ sò lỗ chỗ, cát bụi vỏ sò, bãi san hô, lớp bụi. Về cơ bản, trầm tích sinh vật là lớp bùn có nhiều tên gọi tuỳ thuộc vào dạng của các mảnh sinh vật sót lại mà đ−ợc lắng xuống ở chỗ đó. Nh− bùn san hô, bùn tảo cát và bùn si-lic cát . - Trầm tích nguồn gốc quang hoá tạo ra từ kết quả của các quá trình hoá học xảy ra trong n−ớc biển và trong đáy. Nh− : trầm tích muối tự lắng trong các vịnh nh− Kara - Bogad - Gol trên biển Kaspi và Xivas - trên biển Adop . 11.2.2. Sự phân bố chất đất đáy của Đại d−ơng thế giới . Sự lắng đọng của các phần tử chất đất có nguồn gốc lục địa xảy ra đ−ơng nhiên là từ phía bờ h−ớng ra đại d−ơng (biển) chúng đ−ợc chuyển đi nhờ sóng, dòng chảy, các tảng băng trôi, gió vì thế sự lắng đọng của chúng nhanh và có khối l−ợng lớn ở vùng gần bờ. Thông th−ờng ở gần bờ gồm các phiến đá rắn nặng nằm ở các rãnh, vũng, tiếp theo là sỏi, sau nữa cát to hạt và cát nhỏ lẫn với bùn; ra xa bờ là bùn lẫn với cát và cuối cùng là bùn và bùn sét . Tuỳ thuộc vào đặc điểm của chất đất đáy, vào đặc tính của sóng và dòng chảy sự sắp xếp thế nằm của trầm tích gốc lục địa có thể thay đổi lớn .Ví dụ : bùn đôi khi nằm ở khá gần bờ (trong các vũng) còn trầm tích của cát thấy ở nơi xa bờ hơn và ở độ sâu lớn hơn . Chất đất gốc lục địa có ở thềm lục địa và một phần s−ờn lục địa chiếm một diện tích 25% bề mặt của toàn bộ đáy Đại d−ơng thế giới . Th−ờng th−ờng trầm tích gốc lục địa chiếm 80-90% thành phần thiên nhiên còn 10-20% là trầm tích gốc sinh vật biển . 106
23. Trầm tích gốc sinh vật biển có trong thành phần của địa hình tại các độ sâu lớn. Chúng chiếm 60-80% thành phần chất đất, và 20-40% - từ các thành phần thiên nhiên . Tại các độ sâu 700-5400 m tích đọng bùn san hô, thấy nhiều ở Đại tây d−ơng, ở phần đông của Thái bình d−ơng (gần nam xích đạo) và phía tây của ấn độ d−ơng; bao phủ gần 36% diện tích đáy của toàn Đại d−ơng thế giới . Bùn si-lic cát gặp nhiều trên các độ sâu rất lớn - từ 4300 đến 8200 m ở vành đai nhiệt đới của Thái bình d−ơng và ấn độ d−ơng, ở Đại tây d−ơng không có; chúng chiếm gần 3% bề mặt của toàn Đại d−ơng thế giới . Tảo bùn toả rộng ở các vĩ độ trung bình và cực, phủ 7% diện tích của đáy Đại d−ơng thế giới . 11.2.3. Phân loại chất đất. Cách phân loại chất đất trong ngành hàng hải dựa trên cơ sở phân biệt theo thành phần cơ học : - Đá tảng : vỡ ra từ đá núi với kích th−ớc lớn hơn 1000 mm . - Đá cuội : những mảnh vụn của đá núi lăn vào n−ớc (cỡ từ 100-1000 mm) . - Đá sỏi : mảnh vỡ của đá núi bị n−ớc cuốn đi . - Đá dăm : mảnh vụn của đá núi , không trôi vào n−ớc ; - Sỏi : tập hợp các hạt rất nhỏ (từ 1-10 mm )bị vỡ ra từ đá sỏi . Đá tảng, đá cuội, đá sỏi, đá dăm, sỏi, có thể phủ đáy nh− một vỏ cứng, nh−ng có thể thấy ở dạng hỗn hợp với cát và với bùn, trên nền của chúng đ−ợc thể hiện rõ trên bản đồ . - Cát : chất tạo nên từ các mảnh vụn của núi đá, từ đá vôi vỏ sò, từ san hô có kích th−ớc 0,5-1,0 mm (cát to) ; 0,5-0,25 mm (cát trung bình); 0,25-0,1 mm (nhỏ) ; 0,1-0,05 mm (bụi) . - Cát bùn : chất đất có chứa 5-10% thành phần của sét với đ−ờng kính nhỏ hơn 0,01mm. Chất liên kết hơi kém , lúc khô dễ vỡ vụn thành hạt nhỏ . - Bùn : chất đất nhão, các hạt nhỏ 0.05 - 0,01mm và bé hơn. Các hạt bùn mắt th−ờng không thấy đ−ợc . - Bùn sét : gồm những hạt 0,02 mm, chất đất dính, đặc có tấm, nhớt . - Đất sét - đất núi dính đặc, th−ờng thấy ở đáy d−ới lớp phủ mỏng của cát hoặc cát bùn . Ngoài ra, th−ờng gặp chất đất đ−ợc tạo thành từ đá vôi vỏ sò, san hô Câu hỏi ôn tập ch−ơng XI 1. Cho biết hình dạng cơ bản của đáy Đại d−ơng thế giới . 2. Nêu nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của chất đất đáy Đại d−ơng thế giới. 107
24. Ch−ơng XII Tính chất lí - hoá của n−ớc biển Đ 12.1. Thành phần hoá học và độ mặn . 12.1.1. Thành phần hoá học của n−ớc biển. N−ớc biển tạo thành từ gần 96,5% n−ớc sạch, còn 3,5% là hợp chất muối, khí hoà tan, các hạt lơ lửng khác Ng−ời ta cho rằng trong n−ớc biển có đầy đủ các thành phần hoá học nh− trên đất liền nh−ng với mật độ khác nhau , mặc dầu sự có mặt của nhiều nguyên tố ở trong đó cho đến bây giờ ch−a đ−ợc phát hiện ra . Trong n−ớc biển đặc biệt nhiều muối Cloruanatri (NaCl) hoà tan, loại muối này cho vị mặn, và Cloruamagie(MgCl2) có vị chát. Trong n−ớc biển có cả bạc, vàng, koban, kền, và nhiều nguyên tố khác, nh−ng với hàm l−ợng rất ít trong một đơn vị khối l−ợng . Tuy thế, khối l−ợng tổng cộng tính đ−ợc dựa vào nồng độ vật chất sẽ lớn hơn, ví dụ nh−: vàng, trữ l−ợng của nó trong n−ớc của Đại d−ơng thế giới lên đến 10 triệu tấn. Còn l−ợng muối đạt tới 45 x1015 tấn, và nếu nh− đem phủ kín toàn bộ địa cầu một lớp thì có khối l−ợng 95 tấn/1m2, còn đối với đất liền thì đạt đ−ợc 320 tấn/m2 . Thành phần hoá học của vật chất có muối đ−ợc dẫn ra trong bảng 15 . Bảng 15. Các thành phần (muối) Khối l−ợng Tỷ lệ % của g/dm3 n−ớc mỗi thành phần/tổng số Clorua Natri Nacl 27,2 77,8 Clorua Maghe MgCL2 3,8 10,9 Hợp chất Clo Sunfat Maghe MgSO4 1,7 4,7 Sunfat' Kanxi CaSO4 1,2 3,6 Sunfat Sunfat Kanli K2 SO4 0,9 2,5 Cabonat Kanxi CaCO3 0,1 0,3 Cabonat Bromua Maghe MgBr2 Hợp chất Nitơ, Fotfor Kền và các thành phần khác 0,1 0,2 Tổng hợp 35,0 100,0 Các loại muối khác nhau hoà tan trong n−ớc d−ới dạng các i-ôn, vì thế n−ớc biển là chất i-ôn hoá hoà tan có phản ứng muối nhẹ và độ dẫn nhiệt tốt. Hàm l−ợng tổng cộng của vật chất tự nhiên hoà tan trên một đơn vị khối l−ợng n−ớc biển tuỳ thuộc vào dòng n−ớc sông đi đến, vào l−ợng giáng thuỷ, c−ờng độ bốc hơi và các nhân tố khác, có thể thay đổi trong tỷ lệ lớn (từ 20-30g/kg), nh−ng tỷ lệ phần trăm giữa chúng thực chất vẫn giữ nguyên. Đó là điểm đặc sắc (quy luật) đ−ợc gọi là định luật bảo toàn thành phần muối của n−ớc biển. 12.1.2. Độ mặn, các nhân tố ảnh h−ởng đến đại l−ợng của nó. Độ mặn (hay độ muối) kí hiệu là S - một trong những đặc tr−ng quan trọng nhất của n−ớc biển, đại l−ợng của nó thể hiện nồng độ hoà tan trong n−ớc của muối. Độ mặn của n−ớc biển là khối l−ợng tổng cộng (tính ra gam) của muối hoà tan trong 1kg n−ớc 0 0 biển, đ−ợc tính tỷ lệ phần nghìn ( /00). Ví dụ, nếu độ mặn của n−ớc đại d−ơng bằng 35 /00, có nghĩa là trong một kg (1000g) n−ớc đó chứa 35g muối . Đại l−ợng độ mặn ở vùng biển này hay vùng biển khác của Đại d−ơng thế giới phụ thuộc vào một loạt những nhân tố: dòng n−ớc các sông, l−ợng giáng thuỷ, c−ờng độ bốc hơi, sự hình thành và tan băng và các quá trình trao đổi khác của các khối n−ớc. 108
25. N−ớc sông, giáng thuỷ hoà vào n−ớc biển sẽ làm giảm đại l−ợng muối. Do trong sự bốc hơi n−ớc, muối còn lại trong hợp chất, nên độ mặn n−ớc biển tăng lên. Khi tan băng biển độ mặn giảm, vì băng có độ muối ít hơn so với n−ớc xung quanh. Khi tạo thành băng dẫn đến sự tăng lên của độ mặn, vì trong băng chỉ hình thành một phần nhỏ của độ mặn. Sự xáo trộn n−ớc của tầng mặt với n−ớc ở các độ sâu do tác dụng của sóng, nhiệt độ, dòng chảy đ−a đến sự tăng c−ờng hoặc giảm đi của độ mặn n−ớc biển tầng mặt . 12.1.3. Các ph−ơng pháp xác định độ mặn n−ớc biển. Có một số ph−ơng pháp xác định đại l−ợng độ mặn. Trên thực tiễn phổ biến nhất trong đó là ph−ơng pháp hoá học, theo mật độ và độ dẫn điện . a. Ph−ơng pháp hoá học gồm việc xác định hàm l−ợng clo trong n−ớc biển. Trên cơ sở định luật bảo toàn độ mặn bằng ph−ơng pháp thực nghiệm xác lập đ−ợc công thức thể hiện sự phụ thuộc giữa độ mặn và hàm l−ợng clo. Khi biết đ−ợc hàm l−ợng clo tính ra gam trong một kg của mẫu n−ớc biển đã cho có thể dựa vào công thức, hoặc là nhờ bảng tính chuyên dụng để xác định l−ợng muối tổng cộng chứa trong n−ớc đó . b. Ph−ơng pháp theo mật độ dựa vào sự phục thuộc giữa độ mặn và mật độ n−ớc. Nó gồm việc xác định mật độ mẫu n−ớc biển nhờ phù kế (dụng cụ đo độ mặn ). Phù kế (hình 56) là một ống hình trụ bằng thuỷ tinh (3) nối với một ống thuỷ tinh hẹp - cổ phù kế (2), ở đó có thang chia độ bằng giấy (1). Để cho phù kế lúc nhận xuống n−ớc ở ph−ơng thẳng đứng, phần d−ới của nó có một bầu hình giọt n−ớc, hoặc là hình cầu (4), trong bầu này đổ đầy chì hạt hoặc thuỷ ngân . H. 56. Phù kế. a) hình dáng phù kế; b) thang độ phù kế Theo độ ngập n−ớc của phù kế ng−ời ta đọc đ−ợc trên băng giấy (1) và xác định mật độ của dung dịch. Chiều tăng của số đọc trong băng giấy: từ trên xuống d−ới, bởi vì mật độ của dung dịch càng nhỏ thì phù kế càng chìm sâu hơn. Khi biết đ−ợc mật độ n−ớc biển (dung dịch) đ−a về nhiệt độ 1705 theo bảng tính hải d−ơng có thể tìm đ−ợc độ mặn của mẫu n−ớc đã cho của n−ớc biển . c. Xác định độ mặn bằng cách đo độ dẫn điện nhờ dụng cụ điện hoá muối . 12.1.4. Sự phân bố độ mặn của n−ớc tầng mặt và ở các độ sâu của Đại d−ơng thế giới. Độ 0 mặn trung bình của n−ớc đại d−ơng bằng 35 /00. Tuỳ thuộc vào các nhân tố làm tăng lên hay hạ xuống của độ mặn, nên giao động của nó có thể cao hơn hay thấp hơn giá trị trung bình. 109
26. 0 0 Ngoài khơi xa đại d−ơng, độ mặn thay đổi ít (32-37,9 /00) trong các biển giao động lớn từ 2 /00 (ở 0 0 biển Ban - tích) đến 42 /00 (ở Hồng hải ); ở biển Chết và ở vịnh Kara - Bogad - Gôn - 400 /00. Quy luật chung của sự thay đổi độ mặn theo vĩ độ có đặc tính gần giống nhau đối với tất cả các đại d−ơng: độ mặn tăng từ hai cực đến các chí tuyến, đạt cực đại ở vành đai 20-250 bắc và nam và lại giảm về xích đạo.Quy luật đó liên quan với chế độ giáng thuỷ và sự bốc hơi. ở vành đai xích đạo từ 0 - 100 bắc và nam nơi gió rất yếu, mặc dù nhiệt độ không khí cao, độ bốc 0 hơi lại không lớn; do l−ợng m−a rất lớn, nên độ mặn phần nào giảm, dao động từ 34 - 36 /00 Trong vành đai gió mùa (khoảng từ 35 đến 100 bắc và nam) −u thế thời tiết trong sáng, ít mây gió mạnh ổn định, trong khi nhiệt độ giữ ở mức cao, gây nên sự bốc hơi mạnh. Kết quả là độ mặn ở đó tăng 0 lên từ 36 -37 /00 0 Trên các vĩ độ trung bình giáng thủy chiếm −u thế hơn sự bốc hơi và độ mặn giữ mức 35 /00 0 ở vùng hai cực độ mặn thay đổi do sự tan băng và quá trình hình thành băng và ở mức 34-35,5 /00 . Quy luật thay đổi độ mặn ở các lớp tầng mặt bị phá vỡ do tồn tại các dòng chảy đại d−ơng và gần bờ, đồng thời do các dòng sông lớn đổ n−ớc ngọt ra biển. Vùng độ mặn cao nhất của Đại d−ơng thế giới 0 (S = 37,9 /00) nằm ở phần tây của các đảo Adop, không kể một số biển. 0 Theo độ sâu, độ mặn chỉ thay đổi đến 1500 m, thấp hơn mức đó - không đổi và bằng 35 /00. ở vùng gần cực khi tan băng độ mặn tăng theo độ sâu, khi tạo băng thì ng−ợc lại. ở vùng vĩ độ trung bình độ mặn ít thay đổi theo độ sâu, trong vùng phó nhiệt đới nó giảm nhanh đến độ sâu 1000 -1500 m, ở nhiệt đới tăng đến độ sâu 100 m, sau đó giảm đến độ sâu 500 m, từ 500 - 1500 m tăng chút ít và d−ới nữa giữ không đổi. Đ 12.2. Mật độ, mật độ t−ơng đối của n−ớc biển. 12.2.1. Mật độ. Trong hải d−ơng học để tính toán thuận lợi và so sánh dễ dàng ng−ời ta dùng hai cách thức xác định mật độ n−ớc biển: a. Cách thứ nhất - Tỷ số giữa khối l−ợng một đơn vị thể tích n−ớc biển ở1705C, với khối l−ợng 17,5 một đơn vị thể tích n−ớc cất ở cùng nhiệt độ ấy. Trị số này đ−ợc kí hiệu bằng : S 17,5 b. Cách thứ 2 - tỷ số giữa khối l−ợng một đơn vị thể tích n−ớc biển ở O0C với khối l−ợng một đơn vị thể tích n−ớc cất ở 40C. Trong hải d−ơng học trị số này gọi là mật độ n−ớc biển hay trọng l−ợng riêng của 0 n−ớc biển ở 00C và kí hiệu S . 4 12.2.2. Mật độ t−ơng đối - tỷ số khối l−ợng một đơn vị thể tích n−ớc ở nhiệt độ t tại thời điểm quan t sát nó với khối l−ợng một đơn vị thể tích n−ớc cất ở 40 C, và đ−ợc ký hiệu bằng S . 4 Giá trị mật độ và mật độ t−ơng đối của n−ớc biển th−ờng lớn hơn đơn vị (hơn 1), vì thế để đơn giản việc ghi chép và tính toán, ng−ời ta th−ờng bỏ bớt con số đơn vị và dịch dấu phẩy về phía phải, sau số thứ ba của dãy số thập phân. Viết theo cách đó gọi là mật độ quy −ớc và kí hiệu S17,5 và S0, còn mật độ t−ơng đối S1. 17,5 Ví dụ: khi S = 1,02691 S17,5 = 26,91 17,5 0 Khi S = 1,02701 S = 27,01 4 0 t Khi S = 1,02571 S = 25,71 4 1 12.2.3. Sự phụ thuộc của mật độ và mật độ t−ơng đối với nhiệt độ và độ mặn. 110
27. Độ mặn càng lớn thì mật độ càng lớn. Ví dụ: nếu mật độ n−ớc sạch bằng 1,0000, thì mật độ có muối 350/00 ở t = 1705C bằng 1,0267. Mật độ t−ơng đối n−ớc biển ở n−ớc tầng mặt phụ thuộc cả vào độ mặn và cả vào nhiệt độ, còn ở d−ới sâu thì vào áp suất. Khi nhiệt độ n−ớc ở 00, mật độ của nó có giá trị bằng mật độ t−ơng đối. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ và độ mặn của khối l−ợng một đơn vị thể tích n−ớc biển khác xa của một khối l−ợng cùng một thể tích n−ớc sạch - ví dụ: khi mật độ t−ơng đối của n−ớc biển 0 0 3 với độ mặn 35 /00 và ở nhiệt độ 0 bằng 1,028126, thì điều đó có nghĩa là 1m n−ớc biển nặng hơn một m3 n−ớc sạch là 28 kg 126 g. Nếu mật độ và mật độ t−ơng đối n−ớc biển luôn luôn tăng lên cùng với sự tăng của độ mặn, thì sự phụ thuộc của mật độ t−ơng đối với nhiệt độ phức tạp hơn nhiều. Mật độ t−ơng đối của n−ớc sạch, nh− đã biết, có giá trị lớn nhất (bằng 1) ở 40 C - Với sự tăng của nhiệt độ nó giảm xuống, đồng thời nó cũng giảm xuống khi nhiệt độ giảm từ 40C đến nhiệt độ đóng băng, tức là đến 00C. Mật độ t−ơng đối của n−ớc 0 0 biển có độ mặn nhỏ hơn 24,7 /00 (chính xác 24,695 /00), cũng phụ thuộc vào nhiệt độ nh− mật độ t−ơng đối n−ớc sạch: giảm xuống theo độ tăng của nhiệt từ trị số nhiệt độ của mật độ t−ơng đối lớn nhất, và cũng nh− thế khi hạ nhiệt độ từ nhiệt độ của mật độ t−ơng đối lớn nhất đến nhiệt độ đóng băng. Thực tế 0 cho biết, n−ớc biển với độ mặn 24,7 /00 nhiệt độ của mật độ t−ơng đối lớn nhất, bằng nhiệt độ đóng băng 0 0 (- 1 33C). Mật độ t−ơng đối n−ớc biển có độ mặn lớn hơn 24,7 /00 sẽ giảm xuống theo sự tăng của nhiệt từ điểm đóng băng và có mật độ cực đại khi nhiệt thấp hơn điểm đóng băng. Đ 12.3. Màu sắc, độ trong suốt và sáng biển. 12.3.1. Màu sắc của n−ớc biển và của biển. ánh sáng mặt trời đi đến mặt biển d−ới dạng tia trực tiếp và tia khuyếch tán từ phông trời, trong đó một phần quang thông bị phản hồi từ bề mặt n−ớc, một phần bị khúc xạ và đi vào môi tr−ờng n−ớc. Sự phân chia năng l−ợng giữa hai phần kể trên của quang thông tuỳ thuộc chủ yếu vào độ cao mặt trời. Lúc mặt trời ở thiên đỉnh, mặt n−ớc phản hồi chỉ 2% tổng l−ợng quang thông đi tới, còn 98% thẩm thấu vào n−ớc. Theo sự hạ thấp của độ cao mặt trời, thì tỷ số quang thông phản hồi tăng lên, đến gần 100%, lúc mặt trời ở gần đ−ờng chân trời. Quang thông đi vào n−ớc, trong sự truyền dẫn xuống độ sâu đồng thời bị hấp thụ và tán xạ làm cho nó yếu đi. Đại l−ợng yếu dần tia sáng trong n−ớc biển đ−ợc quyết định bởi tính chọn lọc của sự hấp thụ và tán xạ của các phân tử n−ớc, các hạt rắn lơ lửng trong đó, chúng có kích th−ớc rất nhỏ không thể đo đ−ợc, hoặc là lớn hơn độ dài b−ớc sóng ánh sáng. Nên tia sáng có độ dài b−ớc sóng khác nhau bị hấp thụ và tán xạ không giống nhau: những tia sóng dài - đỏ và vàng - bị hấp thụ mạnh hơn tia sóng ngắn - xanh và tím - phần lớn bị tán xạ. Khi trong n−ớc các hạt lơ lửng có kích th−ớc lớn hơn b−ớc sóng thì sự tán xạ giảm đi. Khi đó sự hấp thụ tăng lên và sự thuyên giảm tổng cộng của bức xạ ánh sáng, nhỏ nhất ở b−ớc sóng dài hơn. Mức độ phụ thuộc của sự tán xạ, hấp thụ và sự yếu dần của tia sáng vào độ lớn của các hạt trong n−ớc, về cơ bản, quyết định về màu sắc và độ trong suốt của n−ớc biển. ở đây cần phân biệt màu sắc của bản thân n−ớc biển và màu sắc của biển. Màu sắc n−ớc biển đ−ợc quyết định bởi tính chọn lọc của sự hấp thụ và tán xạ ánh sáng do n−ớc, màu sắc bị thay đổi theo độ dày của lớp n−ớc đang xem xét. Màu sắc của biển không chỉ phụ thuộc tính chất quang học của n−ớc, mà còn vào một loạt các nhân tố bên ngoài - các điều kiện rọi sáng, góc nhìn, sự hiện diện sóng biển, tình trạng mây Nếu nhìn mặt biển không theo h−ớng thẳng đứng mà d−ới một góc nào đó, thì màu của biển đ−ợc xác định bởi tỷ số giữa tia sáng trắng phân hồi với tia sáng tán xạ đi lên d−ới các độ sâu. Nhìn mặt biển càng về phía xa của chân trời thì càng nhiều ánh sáng tán xạ trắng đập vào mắt ng−ời quan sát và màu biển trở nên càng ít màu sắc hơn (hơi trắng bạc). Khi có sóng tạo thuận lợi cho các tia tán xạ từ trên mặt biển đến mắt ng−ời quan sát nhiều hơn lúc biển lặng, vì góc nhìn tăng lên làm cho màu biển tối hơn và giữ nguyên hoạt sắc đó đến tận đ−ờng chân trời. Lúc trời đầy mây màu biển trở lên tối hơn. Biển càng trong suốt, tức là càng ít các hạt lơ lửng thì nó càng chuyển sắc mạnh về phía màu xanh. ở vùng n−ớc nông gần bờ, nơi mà trong n−ớc có nhiều hạt lơ lửng màu n−ớc: lục. N−ớc chứa nhiều tạp chất của đất, màu vàng và thậm chí còn nâu, nhất là sau cơn bão. 12.3.2. Độ trong suốt n−ớc biển, tức là khả năng xuyên sâu của tia nắng, phụ thuộc vào kích th−ớc và l−ợng của các phần tử lơ lửng trong n−ớc có từ các nguồn khác nhau, chúng làm thay đổi mạnh sự xuyên sâu của các tia nắng. Ng−ời ta chia ra hai loại độ trong suốt: tuyệt đối và trong suốt t−ơng đối. 111
28. Độ trong suốt tuyệt đối là độ sâu mà ở đó một tia sáng nào đó của phổ mặt trời có thể xuyên tới. Trong biển n−ớc sạch, độ sâu đó có thể gần 1000 - 1200 m hoặc lớn hơn. Cùng với sự tăng lên của độ sâu, độ rọi sáng giảm rõ rệt tuỳ thuộc vào độ trong suốt của n−ớc. Tại độ sâu 25 m, độ rọi sáng không giảm so với trên mặt biểm, tại độ sâu 50 m còn lại không tới một phần trăm và một phần nghìn. Những dấu vết cuối cùng của ánh sáng đối với mắt ng−ời, mất đi ở độ sâu 580 600m, sâu hơn nữa là bóng tối vĩnh viễn. Thêm vào đó bóng đêm ở đây d−ờng nh− tối hơn so với khả năng nhận biết. Trên thực tiễn th−ờng sử dụng độ trong suốt t−ơng đối, nó đ−ợc hiểu là độ sâu (tính ra m), mà ở đó không còn nhận biết đ−ợc nữa, một đĩa màu trắng đ−ờng kính 30 cm. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa ph−ơng, đại l−ợng độ trong suốt t−ơng đối dao động với biên độ lớn: từ mấy chục mét ngoài khơi đại d−ơng (50-60 m và lớn hơn) đến 1-2 m và nhỏ hơn trong vùng bờ biển và trong các hải cảng. 12.3.3. Sáng biển. Trên biển và đại d−ơng đôi khi quan sát đ−ợc một trong những hiện t−ợng đẹp và thú vị nhất của thiên nhiên - sáng biển, nó thấy rõ khi có sóng hoặc lúc tàu đi qua Hiện t−ợng này gây nên do sự tồn tại trong n−ớc các sinh vật biển, chúng có khả năng phát sáng. Những sinh vật phát sáng này là một số tế bào động vật và thực vật sống ở lớp n−ớc tầng mặt chừng từ mấy chục cm tới vài mét. Sự phân bố các thành phần lơ lửng ảnh h−ởng tới độ trong suốt và sự khuyếch tán ánh sáng do các sinh vật phát ra. Sự phát sáng trên biển về đêm thay đổi rất nhiều và phụ thuộc vào các điều kiện khí t−ợng (l−ợng mây, mù, m−a) và các nguyên nhân thiên văn (tuần trăng, độ cao của trăng thời gian kể từ khi mặt trời lặn). Có ba kiểu phát sáng biển: a. Kiểu "sáng tia": Càng hiện rõ hơn khi có tác động cơ học, khi có sóng, tàu bè qua lại, cá vẫy vùng nếu mặt biển lặng sóng, có thể lấy sào hoặc mái chèo khuấy n−ớc sẽ thấy hiện t−ợng sáng biển rất rõ. b. Kiểu "sáng sữa": ánh sáng nh− màu sữa chiếm một khoảng lớn của mặt biển, đôi khi đạt độ sáng lớn nh−ng th−ờng không kéo dài. Phát sáng loại này không tăng c−ờng độ sáng d−ới tác động cơ học lên mặt biển. c. Kiểu"sáng đám sinh vật lớn": Phát sáng từ cơ thể của từng sinh vật lớn nh− bạch tuộc, sứa, cá và động vật khác. Câu hỏi ôn tập ch−ơng XII 1. Cho biết thành phần hoá học và độ mặn của n−ớc biển (đại d−ơng), các nhân tố ảnh h−ởng đến độ mặn . 2. Mật độ, mật độ t−ơng đối của n−ớc biển là gì ? Sự phụ thuộc của chúng đến nhiệt độ và độ mặn của n−ớc biển. 3. Nêu các nguyên nhân gây nên các màu sắc, độ trong suốt và sáng biển. 112
29. Ch−ơng XIII. Nhiệt độ n−ớc biển và đại d−ơng Đ13.1. Nguồn gốc của nhiệt. Dụng cụ và ph−ơng pháp đo nhiệt độ n−ớc biển. 13.1.1. Nguồn gốc của nhiệt. Đặc tr−ng quan trọng nhất của n−ớc biển là nhiệt độ. Nguồn chính của nhiệt n−ớc Đại d−ơng thế giới, cũng nh− của khí quyển là bức xạ mặt trời. Một nguồn nữa của nhiệt có ý nghĩa không đáng kể so với năng l−ợng mặt trời, là năng l−ợng thuỷ triều, nhiệt l−ợng nội tại của đất và nhiệt độ tạo ra trong quá trình ô-xy hoá các chất vô cơ và các phản ứng hoá học khác trong lòng n−ớc đại d−ơng và biển . 13.1.2. Sự nóng lên và lạnh đi của n−ớc biển. Sự nóng lên của lớp n−ớc tầng mặt của đại d−ơng và biển xảy ra chủ yếu bởi bức xạ mặt trời trực tiếp và khuyếch tán, đồng thời do sự truyền nhiệt khi tiếp xúc của không khí nóng hơn với mặt n−ớc lạnh hơn, sự rơi của m−a, tuyết ấm hơn Sự tăng lên của nhiệt độ n−ớc ở một vùng biển cũng có thể dẫn đến quá trình xáo trộn và truyền nhiệt của n−ớc ở vùng khác nhờ hải l−u. Sự lạnh đi của n−ớc xảy ra khi bốc hơi, là ph−ơng thức chính truyền nhiệt vào không khí bởi trao đổi nhiệt bằng đối l−u giữa biển và khí quyển, sự rơi của m−a, tuyết lạnh hơn xuống n−ớc biển. Sự lạnh đi của lớp n−ớc tầng mặt cũng có thể xảy ra trong quá trình xáo trộn của nó với n−ớc lạnh hơn ở d−ới sâu và của sự tác động hải l−u lạnh; nhiệt độ n−ớc có thể hạ xuống trong kết quả mất nhiệt của mặt n−ớc ấm, d−ới tác dụng của gió. 13.1.3. Dụng cụ đo nhiệt độ n−ớc biển. Có mấy dạng dụng cụ đo nhiệt độ n−ớc biển: nhiệt kế thông th−ờng, dùng để đo nhiệt độ n−ớc tầng mặt; nhiệt kế chuyên dụng để đo nhiệt độ n−ớc ở các độ sâu; nhiệt kế tự ghi để ghi lại liên tục nhiệt độ n−ớc trong một chu kỳ nào đó. 13.1.4. Xác định nhiệt độ n−ớc biển. Nhiệt độ n−ớc tầng mặt đ−ợc đo nhờ nhiệt kế thuỷ ngân (xem hình 57) đ−ợc đặt trong vỏ kim loại. Nhiệt kế có thang chia, mỗi một vạch chia bằng 002. Vỏ kim loại có tác dụng bảo vệ nhiệt kế và chứa một l−ợng n−ớc cần thiết cho việc xác định nhiệt độ. Có hai cách đo nhiệt độ n−ớc tầng mặt : a. Nhúng nhiệt kế trực tiếp vào n−ớc: dùng dây thả nhiệt kế vào n−ớc sao cho đầu H.57. Nhiệt kế đặt trong vỏ kim loại, dựng để xỏc định nhiệt độ trên của vỏ nhiệt kế ngập d−ới mặt n−ớc nước tầng mặt của biển. khoảng 5-10 cm, sau 3 phút kéo nhiệt kế lên thật nhanh, nên đứng che nhiệt kế khỏi nắng mặt trời và tiến hành đọc chỉ số trên nhiệt kế. Nên đ−a nhiệt kế lên ngang tầm mắt, đọc phần 10 độ tr−ớc, số nguyên đọc sau. Số đọc nhiệt độ, số hiệu đính và trị số nhiệt độ sau khi đã hiệu đính đ−ợc ghi vào sổ quan trắc. Thời gian từ khi kéo nhiệt kế lên đến khi đọc xong không đ−ợc quá 30 giây. b. Đựng n−ớc biển vào xô, rồi nhúng nhiệt kế vào đó để đo (chú ý: lấy n−ớc biển không sâu quá nửa m). Đặt xô n−ớc nơi dâm mát, không nên để n−ớc trong xô quá lâu vì có thể n−ớc ở đó nóng lên hay lạnh đi d−ới tác dụng của nhiệt độ không khí. Vì thế phải tiến hành đo khẩn tr−ơng và chính xác. Không nhấc nhiệt kế ra khỏi xô n−ớc, nghiêng nó nằm vuông góc với tia nhìn của mắt quan trắc viên. Đọc số chỉ trên nhiệt kế ít nhất 2 lần, thấy giá trị của 2 lần đọc kế tiếp giống nhau thì ghi vào sổ quan trắc 113
30. Đ13.2. Sự phân bô nhiệt độ n−ớc . Dựa vào những số liệu quan trắc trong nhiều năm của nhiệt độ n−ớc biển và đại d−ơng tiến hành trên các trạm khí t−ợng - hải văn gần bờ và trên các tàu biển di động, rút ra đ−ợc nhiệt độ trung bình (tháng và năm) của một số l−ợng lớn các điểm và xác lập đ−ợc đặc điểm phân bố của chúng trên mặt và ở các độ sâu, cả nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trên từng vùng của Đại d−ơng thế giới. 13.2.1. Phân bố nhiệt độ bề mặt. Nhiệt độ cao nhất của n−ớc tầng mặt quan sát thấy ở xích đạo và giảm dần về hai cực (hình 58). Nhiệt độ trung bình (1704C) cao hơn nhiệt độ trung bình của không khí gần mặt đất là 30C, do đó đại d−ơng d−ờng nh− có ảnh h−ởng rất lớn đến các quá trình trao đổi nhiệt trong khí quyển. Đại d−ơng nóng nhất - Thái bình d−ơng, ở đó nhiệt độ trung bình n−ớc tầng mặt bằng 1901C. Trên ấn độ d−ơng nó bằng 1706C còn Đại tây d−ơng là 1609C. Nhiệt độ cao nhất của n−ớc tầng mặt Đại d−ơng thế giới (+360C) quan sát thấy ở vịnh Pecxit, còn thấp nhất (khoảng -20C) - ở các vùng n−ớc ở bắc và nam cực. Trên bản đồ đẳng nhiệt (hình 58) cho ta nhãn quan về sự phân bố nhiệt độ n−ớc tầng mặt của Đại d−ơng thế giới. H.58. Sự phân bố nhiệt độ trung bình năm của mặt n−ớc Đại d−ơng thế giới. Nhiệt độ trung bình cực đại trên vành đai xích đạo : ở Thái bình d−ơng và ấn độ d−ơng đạt 280C ở Đại tây d−ơng là 270C. Trên các vĩ độ trung bình chúng không v−ợt quá 200C, còn ở vùng cực là 30C. Các đ−ờng đẳng nhiệt ở nam bán cầu nằm gần nh− song song với nhau. Bởi vì ở đó mặt n−ớc v−ợt trội hơn đất liền rất nhiều so với ở bắc bán cầu, và trải dài trên một không gian rộng lớn dọc theo h−ớng vĩ tuyến . Hải l−u ảnh h−ởng lớn đến biến trình của đẳng nhiệt. Ví dụ: ở phần tây- bắc của Đại tây d−ơng và Thái bình d−ơng, d−ới tác dụng của hải l−u nóng mạnh - Gonfstrim và Kuroxio - các đ−ờng đẳng nhiệt lệch một góc 450 so với kinh tuyến, đôi chỗ theo h−ớng kinh tuyến . Tại những vùng, mà trên đó các hải l−u nóng và lạnh gặp nhau, các đ−ờng đẳng nhiệt tiến sát lại nhau hơn. ở đây có thể quan sát đ−ợc sự thay đổi nhiệt độ lớn trên những đoạn ngắn, tức là tồn tại gradien nhiệt độ ngang lớn. Chẳng hạn nh− ở vùng đảo Niufaundlan, nơi có tác động t−ơng hỗ của hải l−u lạnh Labrađop với hải l−u nóng Gonfstrim. Nhiệt độ n−ớc bề mặt phụ thuộc vào điều kiện địa lý, ở những nơi nh− thế, dao động nhiệt có biên độ lớn . 13.2.2. Biến thiên nhiệt độ n−ớc Đại d−ơng thế giới theo thời gian. Sự thay đổi nhiệt độ n−ớc theo thời gian, về cơ bản phụ thuộc vào sự thay đổi l−ợng bức xạ mặt trời. Ta hãy xem xét sự biến đổi hàng ngày và hàng năm (biến trình ngày và năm) của nhiệt độ n−ớc. Ngoài ra, các điều kiện thời tiết và khí t−ợng cũng ảnh h−ởng đến chúng, nh− quá trình bức xạ nhiệt, sự bốc hơi, sự trao đổi n−ớc Trên mặt n−ớc ở ngoài khơi đại d−ơng và biển, biến trình ngày của nhiệt nhỏ nhất, quan sát thấy sau khi mặt trời mọc, khoảng 4-8 giờ, còn lớn nhất- khoảng 14-15 giờ (miền nhiệt đới là 13 giờ). Dao động nhiệt hàng ngày của n−ớc ngoài khơi đại d−ơng và biển không quá 10; ở nhiệt đới trung bình đại l−ợng đó là 005C và đối với vĩ độ trung bình 001C. 114
31. ở gần bờ nhiệt độ n−ớc trong ngày, đôi khi có thể thay đổi vài ba độ và lớn hơn, do gió cuốn nhiệt l−ợng tầng mặt của n−ớc và sự truyền lên từ d−ới sâu của các lớp n−ớc lạnh hơn. Dao động hàng ngày của nhiệt giảm nhanh theo độ sâu, và tắt dần ở mực ngang 30-50 m. Thay đổi hàng năm của nhiệt khác xa với hàng ngày bởi biên độ lớn và thẩm thấu sâu của nhiệt. ở miền nhiệt đới biên độ hàng năm của nhiệt độ n−ớc bề mặt không quá 30. Trong khi đó ở hai cực thì không lớn nh− vậy. Sự biến thiên hàng năm của nhiệt độ n−ớc ở miền ôn đới (bắc bán cầu) lên tới 120C, còn ở nam bán cầu là 70C. Sự khác nhau của biên độ nhiệt hàng năm giữa bắc và nam bán cầu do sự phân bố rất khác nhau của n−ớc và đất liền. Độ sâu của sự thẩm thấu dao động nhiệt hàng năm phụ thuộc vào điều kiện địa ph−ơng và có thể đến độ sâu 300-500 m. Câu hỏi ôn tập ch−ơng XIII 1. Nguyên nhân làm nóng lên và lạnh đi của n−ớc tầng mặt. Cách đo nhiệt độ n−ớc tầng mặt. 2. Nhận xét về sự phân bố nhiệt độ trung bình ngày và năm của n−ớc tầng mặt trên các đại d−ơng và biển. 115
32. Ch−ơng XIV Sóng biển Đ 14.1. Khái niệm chung. 14.1.1. Định nghĩa sóng biển. Kết quả tác động của nhiều lực tự nhiên khác nhau lên n−ớc đại d−ơng và biển, xuất hiện những dao động và chuyển động tiến của các phần tử trong n−ớc biển, cũng nh− trong bất cứ môi tr−ờng nào (rắn, lỏng và hơi), đ−ợc gọi là chuyển động sóng, hoặc nói chung là sóng. Khi có sóng biển đ−ợc hiểu là một dạng của chuyển động có chu kỳ không ngừng thay đổi, trong đó các phần tử n−ớc thực hiện dao động xung quanh vị trí cân bằng của mình. Khi có sóng, tức là khi các phần tử n−ớc bị tác động của một lực nào đó, mặt đại d−ơng (biển) không thể yên tĩnh. Bằng trực quan, có thể nói rằng, sóng biển là sự nhấp nhô của mặt n−ớc biển (đại d−ơng). Sự nhấp nhô đó của sóng làm thay đổi không đáng kể mực n−ớc biển (đại d−ơng). 14.1.2 Phân loại sóng biển. Sóng biển đ−ợc phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau. a. Theo các loại lực gây nên sóng, tức là theo nguồn gốc, trên đại d−ơng và biển đ−ợc chia ra các dạng sóng sau đây: - Sóng gió, tạo thành d−ới tác dụng của gió; - Sóng triều, xuất hiện d−ới tác dụng của lực hấp dẫn có chu kỳ của mặt trăng và mặt trời; - Sóng trọng lực, tạo ra khi có sự nghiêng mực mặt biển khỏi vị trí cân bằng, gây nên d−ới tác dụng của gió và sự thay đổi khí áp. - Sóng động đất, tạo ra trong kết quả của các quá trình động lực học, xảy ra trong vỏ trái đất, mà tr−ớc tiên là động đất d−ới lòng n−ớc, đồng thời sự phun trào ngầm và núi lửa gần biển. - Sóng tàu biển, sinh ra khi tàu đang chạy. Trên mặt đại d−ơng (biển) quan sát thấy nhiều nhất (th−ờng xuyên) loại sóng gió và thuỷ triều. b. Theo lực lôi kéo hạt n−ớc trở lại vị trí cân bằng, ng−ời ta chia thành sóng mao dẫn và sóng trọng lực. Tr−ờng hợp thứ nhất lực phục hồi là sức căng mặt ngoài, còn tr−ờng hợp thứ hai là trọng lực. Sóng mao dẫn có kích th−ớc bé và đ−ợc gây nên ngay khi gió mới bắt đầu tác dụng trên mặt n−ớc (sóng lăn tăn), hoặc trên mặt sóng trọng lực cơ bản. Trên biển, sóng trọng lực đóng vai trò chính. c. Theo tác dụng của lực sau khi đã tạo sóng, ng−ời ta phân thành sóng tự do, nếu lực đã ngừng tác dụng, và sóng c−ỡng bức, nếu lực vẫn tiếp tục tác dụng lên sóng. d. Theo độ biến thiên các yếu tố sóng, ng−ời ta chia ra: sóng ổn định - là sóng mà các yếu tố không thay đổi theo thời gian và sóng không ổn định - là sóng đang phát triển hoặc tắt dần mà các yếu tố thay đổi theo thời gian. e. Theo vị trí, ng−ời ta chia thành sóng mặt và sóng nội 14.1.3. Sự hình thành, phát triển và tắt dần của sóng gió. Những nghiên cứu cho biết rằng, sóng gió đ−ợc hình thành d−ới tác dụng của gió, thế năng và động năng của nó đ−ợc truyền cho các phần tử n−ớc bằng áp lực không đều. Tính không đồng đều (xung) của áp lực do các chuyển động xoáy mang lại của dòng khí tức là của gió . Đầu tiên hình thành sóng rất nhỏ - sóng mao dẫn, hay sóng lăn tăn, với độ cao mấy mm, tạo ra khi gió yếu, về sau cùng với sự tăng c−ờng tốc độ gió, phát triển nên sóng trọng lực, dạng sóng này đóng vai trò chủ đạo trên toàn bộ sóng. Độ cao và độ dốc của sóng tăng lên nhanh chóng. Đến một thời điểm xác định chúng phát triển đến mức, ngọn sóng bị nghiêng về phía tr−ớc và làm tung bọt trắng toả thành giải dài. Gió tiếp tục mạnh thêm, đến gió bão, quan sát thấy các sóng có độ dài và độ cao lớn di chuyển nhanh, làm các ngọn đổ xuống chân sóng. Chuyển động sóng càng nhanh, các yếu tố sóng càng lớn chúng đuổi kịp và vòng lên cả các sóng ngắn. Các loại sóng này có rất nhiều h−ớng truyền khác nhau, và mặt biển động trở lên chuyển động không có trật tự. Quá trình vật lý này, tốt nhất có thể biểu diễn d−ới dạng các phổ sóng (hình sin) đơn giản, với độ cao, độ dài và tần số khác nhau. Vậy, d−ới tác dụng của gió, mặt biển sinh ra một hệ thống phức tạp các sóng có đặc tr−ng khác nhau. Điều đó 116
33. đ−ợc giải thích rằng, gió, nh− đã biết, không đồng nhất về cấu trúc của mình và thay đổi mạnh theo không gian và thời gian cả về tốc độ cả về h−ớng. Nói cách khác, tốc độ và h−ớng gió ở các điểm khác nhau trên mặt biển, tại cùng một thời điểm, không giống nhau và không giữ nguyên đ−ợc tính bất biến theo thời gian . Thế năng và động năng của gió truyền cho sóng bị hao tổn chủ yếu để v−ợt qua lực ma sát (liên kết) bên trong của n−ớc. Sự hao tổn của năng l−ợng gió gia tăng khi độ cao sóng tăng lên, nên tốc độ đang tăng của sóng cũng dần dần giảm xuống. Qua một thời gian, sự tác động của gió đã làm sóng phát triển đạt đến một giới hạn nhất định, sau đó nó ngừng lại, nh− là không còn có gió thổi nữa . Tốc độ lan truyền sóng càng gần với tốc độ gió, thì áplực của gió càng yếu, dẫn đến năng l−ợng gió đ−ợc truyền cũng ít đi. T−ơng quan giữa tốc độ sóng và tốc độ gió, đ−ợc gọi là sự tr−ởng thành của sóng. Cho đến khi t−ơng quan đó ch−a đến 0.5, thì độ cao sóng còn tăng mạnh. Về sau sự tăng tr−ởng chậm đi; đến đại l−ợng 0.9, độ cao và độ dốc sóng bị giảm, còn độ dài chu kỳ và tốc độ vẫn phát triển. Lúc tác dụng của gió chấm dứt , sóng truyền đi tự do d−ới dạng sóng gợn ( sóng chết). Đ−ơng nhiên sự tăng tr−ởng của sóng không thể vô cùng. Khi sức gió đạt đến một giá trị nhất định, nó sẽ suy giảm và rời xa các ngọn sóng, không còn ảnh h−ởng đến sự phát triển tiếp theo của sóng. Điều đó giải thích, tại sao trong thời gian bão lớn, các sóng cao nhất và nguy hiểm nhất đối với tàu thuỷ quan sát đ−ợc không phải khi gió thổi dữ dội nhất, mà sau đó 4-6 giờ kể từ khi nó bắt đầu rít lên. Sự khác nhau của các tốc độ truyền sóng dẫn đến việc hội tụ của chúng (giao thao giữa sóng này với sóng khác ). Nên lúc bão to có thể vô tình gặp phải một núi n−ớc lớn chuyển động gây nguy hiểm đặc biệt cho tàu. Một vài con sóng có kích th−ớc gần giống nhau đến l−ợt mình, sinh ra một sóng có kích th−ớc lớn hơn trong kết quả của sự giao thoa. Từ đây nảy sinh truyền thuyết về "vùng sóng to", rằng thời gian bão lớn, ở vùng gió to th−ờng có sóng mạnh hơn nơi khác. Thực tế sóng gió không ổn định , sự phân bố các yếu tố của nó mang đặc điểm ngẫu nhiên . Cùng với sự ngừng tác dụng của gió, sóng chấm dứt việc tiếp nhận năng l−ợng và bắt đầu quá trình tắt dần. Đầu tiên các sóng nhỏ bị dập tắt, sau đó đến sóng lớn hơn, sóng lớn nhất bị dập tắt muộn hơn và chúng có thể tồn tại sau khi ngừng gió khoảng mấy giờ (đến mấy ngày) . 14.1.4. Các kiểu và dạng sóng biển a. Sóng gió : truyền vào lúc quan sát đang chịu tác dụng trực tiếp của gió đã gây ra nó. Gió này đang làm thay đổi dạng và kích th−ớc của sóng. Sóng gió truyền trên mặt biển có dạng nhấp nhô nh− những trái núi truyền liên tiếp hết đợt này đến đợt khác. Sóng gió phần lớn có dạng ngắn, cao, dốc. Sóng này có thể coi là giai đoạn phát triển, có một số hay tất cả các yếu tố sóng đang lớn lên. b. Sóng lừng : do gió sinh ra, nh−ng vào lúc quan trắc không còn bị gió tác động nữa. Dao động sóng trong tr−ờng hợp này chỉ diễn ra d−ới tác dụng của trọng lực và đang tắt dần . Nhìn bề ngoài sóng lừng truyền từng đợt liên tiếp nhau, có dạng hình luống, đầu sóng tròn, s−ờn sóng thoải . Sóng lừng truyền qua khi lặng gió, gọi là sóng lừng chết (sóng lừng thuần) c. Sóng n−ớc nông là những sóng khi truyền vào vùng biển nông có độ sâu bằng hoặc nhỏ hơn nửa độ dài sóng. Những sóng này sẽ giữ nguyên kiểu cũ, nh−ng th−ờng dốc hơn, độ dài cũng kém hơn. Độ sâu bằng nửa độ dài sóng, có thể coi gần đúng, là giới hạn chuyển tiếp từ sóng gió và sóng lừng vùng n−ớc sâu sang thành sóng n−ớc nông . d. Sóng lăn tăn là dạng sóng lúc mới hình thành của sóng gió. Các đầu sóng hơi nhấp nhô nh− những vảy cá. Sóng này có độ dài, độ cao rất nhỏ, chạy thành những hàng song song cách nhau vài cm, dao động của sóng lăn tăn không xâm nhập vào lớp d−ới mặt biển và sẽ tắt ngay sau khi gió ngừng thổi . e. Sóng xô bờ : Là loại sóng có l−ỡi dài phủ bọt, tạo thành khi sóng truyền vào bờ thoải. Do ma sát đáy, mà phần d−ới của sóng bị giữ lại, phần trên v−ơn về phía tr−ớc và có tốc độ lớn nên tạo thành những l−ỡi sóng dài, đập mạnh vào bờ, có khi kèm theo tiếng động, và khi sóng mạnh có thể nghe đ−ợc tiếng gầm vang . Đ14.2. Các yếu tố sóng biển 14.2.1. Các yếu tố sóng Mỗi một sóng đ−ợc đặc tr−ng bởi các yếu tố xác định sau : 117
34. a. Độ cao sóng (h) : là khoảng cách đo bằng mét theo chiều thẳng đứng từ đỉnh sóng đến chân sóng (xem hình 59). λ Đỉnh súng Đỉnh súng Ngọn súng Mực nước cõn bằng Bụng súng Chõn súng H.59. Các yếu tố sóng biển . b. Độ dài sóng (λ) là khoảng cách (tính m) đo theo chiều ngang giữa hai đầu sóng, hoặc hai chân sóng kế tiếp. c. Đỉnh sóng (hay đầu sóng) là điểm cao nhất của ngọn sóng, chân sóng là điểm thấp nhất của bụng sóng . d. Ngọn sóng là phần sóng nằm trên mực n−ớc cân bẳng. Bụng sóng là phần sóng nằm d−ới mực n−ớc cân bằng . h e. Độ dốc sóng (k = ) - tỷ số giữa độ cao và độ dài sóng. λ f. Tốc độ sóng (c) là một khoảng cách mà một đầu sóng dịch chuyển trong một giây theo h−ớng truyền sóng. g. Chu kỳ sóng τ là khoảng thời gian (tính bằng s) giữa hai đầu sóng liên tiếp cùng qua một điểm nhất định nào đó trên mặt biển. h. H−ớng truyền sóng : là góc đ−ợc tính từ điểm bắc (N) về phía đông, đến h−ớng mà từ đó sóng đi tới ( hoặc là một trong 8 h−ớng thật của ph−ơng trời, mà từ đó sóng đi tới ). 14.2.2. Sự phụ thuộc của các yếu tố sóng với các nhân tố tạo sóng khác nhau. Dựa vào các nghiên cứu và kinh nghiệm đ−ợc biết, các yếu tố sóng biển, hình thành d−ới tác dụng của gió trên đại d−ơng và biển, không chỉ phụ thuộc vào sức gió, mà còn vào độ dài thời gian tác động, quãng đ−ờng đã trải qua, địa hình đáy và các nhân tố khác. Nếu một c−ờng độ gió nhất định, trong những điều kiện cụ thể khác nhau có thể gây nên những kích th−ớc khác nhau của các yếu tố sóng. Cùng với sự tăng c−ờng sức gió và thời gian tác động của nó cùng một tốc độ và h−ớng đã cho, quan sát thấy sự tăng tr−ởng độ cao, độ dài và các yếu tố khác của sóng. Sự tăng tr−ởng đó không phải vô cùng, thậm chí khi gió giữ dội, sóng đạt giá trị cực đại trên các đại d−ơng và các biển sâu, chừng sau 1- 2 ngày kể từ khi sự tăng tr−ởng của sóng chấm dứt. Nhìn chung khi gió mạnh dần đến bão và mạnh hơn, độ cao sóng tăng nhanh. Không hiếm khi sau 5-6 giờ nó lên cao tới 5-8m. Trong đó chừng 40% của tất cả các sóng có độ cao bằng hoặc lớn hơn đại l−ợng trung bình, chỉ 2-5% - đạt cực đại, tức hơn đại l−ợng trung bình khoảng 2 lần hoặc hơn thế. Sóng cực đại đối với một sức gió đã cho sẽ thấy đ−ợc chỉ khi nào độ dài quãng đ−ờng đi qua (tức là khoảng cách mà trên đó gió vẫn tác động và sóng truyền đi theo một h−ớng xác định) và độ dài thời gian tác động của gió đủ lớn và không hạn chế sự tác động của sóng . Độ sâu biển cũng ảnh h−ởng lớn đến sự phát triển kích th−ớc của các yếu tố sóng. Khi độ sâu nhỏ hơn độ dài sóng, do ma sát đáy, các yếu tố sóng không thể đạt kích th−ớc lớn nh− ở vùng n−ớc sâu . Từ những gì kể trên, ta thấy, sóng lớn có thể xuất hiện khi sức gió không quá lớn của một h−ớng truyền ổn định, nếu thời gian gió thổi liên tục (hàng ngày và hơn), trong bể n−ớc có kích th−ớc và độ sâu rất lớn . 118
35. ở gần bờ nơi độ sâu có ảnh h−ởng lớn đến sự phát triển sóng, cần l−u ý đến đặc tính hình dạng bờ, cũng nh− h−ớng gió so với đ−ờng bờ (gió thổi từ bờ hay từ biển) . Tất cả đặc điểm đó của sóng gió cần phải tính kỹ trong hàng hải . Đ 14.3. Quan sát sóng biển. Quan sát sóng biển tiến hành từ các trạm bờ cũng nh− ở ngoài khơi - trên tàu biển. Trong hàng hải để tính đúng ảnh h−ởng của sóng đến tàu thuỷ, cần xác định nhanh các yếu tố và đặc tr−ng khác của sóng, biết sự phụ thuộc của chúng với gió, khái l−ợc đ−ợc tr−ớc trạng thái sóng gió trên tuyến hành trình của tàu và cả các vùng lân cận của tàu. Điều đó cho phép ng−ời dẫn tàu chọn đ−ợc h−ớng đi và tốc độ tối −u; giảm tiêu hao tốc độ, giảm té n−ớc lên boong, bớt tròng trành (lắc đảo), không nguy hiểm cho tàu và cho hàng hoá, khỏi những t−ơng tác lên tàu của sóng. Ng−ời ta quan trắc sóng biển bằng mắt th−ờng và bằng dụng cụ . 14.3.1. Quan trắc sóng bằng mắt th−ờng. Để đánh giá các thông số sóng biển bằng mắt th−ờng, ng−ời ta dùng thang cấp sóng quy −ớc (từ 0 đến cấp 9) - xem bảng 16 và để xác định mức độ sóng, kiểu và dạng sóng có thể sử dụng bảng 17 - tình trạng mặt biển. Bảng 16. Phân cấp sóng biển theo độ cao. Cấp sóng Độ cao sóng (m) Tóm tắt các đặc điểm quy −ớc của sóng 0 - Lặng sóng I Từ 0 đến 0,25 Sóng yếu II 0,25 - 0,75 Sóng vừa III 0,75 - 1,25 Sóng lớn IV 1,25 - 2,00 Sóng lớn V 2,00 - 3,50 Sóng mạnh VI 3,50 - 6,00 Sóng mạnh VII 6,00 - 8,00 Sóng rất mạnh VIII 8,00 - 11,00 Sóng rất mạnh IX Từ 11,00 trở lên Sóng mạnh khác th−ờng Ghi chú: cấp sóng đ−ợc biểu thị bằng chữ số La mã. Giới hạn "từ" và "đến" đ−ợc hiểu nh− sau: "Từ" có nghĩa là kể cả số đó, còn "đến" thì không kể. Ví dụ: từ 3,5 đến 6,0 m nghĩa là 3,5 m ≤ h < 6,0 m . Bảng 17. Dấu hiệu xác định cấp trạng thái mặt biển. Cấp trạng Cấp gió theo thái mặt Dấu hiệu để xác định cấp trạng thái mặt biển thangBeuafo biển rt 0 - Mặt n−ớc phẳng lặng nh− g−ơng 0 1 - Mặt n−ớc gợn sóng lăn tăn, có những ngọn sóng nhỏ. 1 2 - Những ngọn sóng nhỏ bắt đầu đổ xuống; có bọt trong (nh− 2 thuỷ tinh) chứ không trắng. 3 - Thấy rõ những sóng nhỏ, một số sóng có bọt đổ xuống tạo 3 thành bọt trắng một đôi chỗ (sóng bạc đầu) - Hình dạng sóng biển hiện rõ rệt, chỗ nào cũng thấy bạc đầu. 4 4 - Xuất hiện những ngọn sóng cao, các đỉnh sóng bọt trắng 5 5 choán những khoảng rộng gió bắt đầu thổi tung bọt từ các 6 ngọn sóng. 6 - Ngọn sóng vạch thành những l−ỡi sóng dài, dạng sóng gió, gió thổi vào ngọn sóng làm tung bọt, toả thành dải tr−ờn theo 7 7 s−ờn sóng. 119
36. - Những dải bọt dài bị gió thổi tung bao phủ s−ờn sóng và một 8 8 số nơi hoà lẫn với nhau dồn xuống chân sóng. - Bọt phủ các s−ờn sóng đổ xuống thành những dải rộng, làm cho mặt biển trở lên trắng xoá, chỉ một số nơi (vùng chân 9 9 sóng) là có thể nhìn thấy những khoảng không phủ bọt. - Toàn bộ mặt biển bị phủ kín bởi một lớp bọt dày. Không khí đầy bụi n−ớc, giọt n−ớc và bọt n−ớc, tầm nhìn xa bị giảm nhiều Ghi chú: trạng thái mặt biển đ−ợc biểu thị bằng cấp từ 0 đến 9 và ký hiệu bằng chữ số ả-rập (nh− cấp gió Buafort). Tiêu chuẩn để xác định cấp trạng thái mặt biển là hình dạng mặt biển d−ới tác dụng của gió lên mặt n−ớc biển và tiêu chuẩn để xác định cấp sóng là độ cao của những sóng lớn, dễ thấy của sóng gió, sóng lừng và sóng vùng n−ớc nông. Cấp trạng thái mặt biển phụ thuộc vào c−ờng độ gió, còn với cấp sóng thì ngoài c−ờng độ đó ra còn phụ thuộc vào kích th−ớc diện mặt n−ớc, độ gió, thời gian gió thổi và độ sâu của biển . Cấp sóng và cấp trạng thái mặt biển không ăn khớp với nhau. Cấp sóng có thể nhỏ hơn, bằng hay đôi khi lớn hơn cấp trạng thái mặt biển. Ví dụ: trong lức có sóng lừng lớn, vẫn thấy có gió thổi, mặc dầu c−ờng độ yếu, khi đó cấp sóng VI, lại t−ơng ứng với trạng thái mặt biển cấp 2. Trên tàu biển quan trắc bằng mắt th−ờng các yếu tố sóng có một số đặc điểm chuyên ngành riêng nh− sau: a. Quan trắc h−ớng truyền sóng: Trong thực tiễn h−ớng truyền sóng đ−ợc quy về 1 trong 8 h−ớng chính: N, NE, E, SE, S, SW, W, NW. Nếu thấy sóng có hai kiểu, thì h−ớng sóng xác định đối với mỗi kiểu cần ghi d−ới dạng phân số. Thực hành quan trắc h−ớng sóng nh− sau: đặt sợi dây của biểu xích la bàn trùng với h−ớng của mặt các sóng đang chuyển động, tức là đặt mặt phẳng th−ớc ngắm dọc theo các ngọn sóng, sau đó quay biển xích sang 900 gặp h−ớng chuyển động của sóng, và đọc trên vành chia độ h−ớng sóng. Số đọc cần phải hiệu đính theo phiếu kiểm định của la bàn. Cuối cùng chuyển nó về một h−ớng mà giá trị của nó gần với số đọc nhất so với các h−ớng còn lại. b. Quan trắc độ cao sóng: cần xác định các sóng có độ cao lớn nhất . Nếu độ cao sóng nhỏ hơn độ cao phần trên mặt n−ớc của tàu, lúc đó, nó có thể xác định bằng cách so sánh với th−ớc tỉ lệ của mạn. Khi đó, độ cao sóng, ng−ời ta xác định vết liên tiếp của đỉnh sóng và chân sóng trên mạn tàu, hoặc là theo hình chiếu −ớc l−ợng của đỉnh sóng lên th−ợng tầng hoặc lên cột buồm. Để quan sát ng−ời ta chọn 3-5 sóng cao nhất và lấy một độ cao lớn nhất ở trong đó. Tr−ờng hợp độ cao sóng lớn hơn độ cao phần trên mặt n−ớc của tàu, ng−ời ta quan sát cần đứng trên độ cao nào đó (cầu tàu, buồng lái ), sao cho có thể thấy đ−ợc tuyến chạy của đỉnh sóng gần nhất trong tầm ngang, tại thời điểm tàu nằm ở chân sóng. Khi đó độ cao mắt trên ghi tàu bằng độ cao sóng. c. Quan trắc độ dài sóng. Ng−ời ta đo độ dài sóng dọc theo mạn, giữa hai đỉnh sóng liên tiếp. Nếu độ dài sóng lớn hơn chiều dài thân tàu, thì từ đuôi tàu, ng−ời ta thả phao sao cho nó đứng trên đầu sóng, khi đầu sóng thứ hai đi ngang qua ng−ời quan sát. Độ dài dây phao giữa 2 đầu sóng kế tiếp chính là độ dài b−ớc sóng. Độ dài sóng đo đ−ợc (bằng λ), nếu tàu đi (hoặc neo đậu) ng−ợc hoặc xuôi h−ớng sóng, nghĩa là góc giữa h−ớng đi của tàu và h−ớng truyền sóng bằng 0 hay 1800. Nếu h−ớng sóng tạo một góc q với mặt phẳng trục dọc tàu, thì đối với tr−ờng hợp này, độ dài dây phao l đo đ−ợc nhân với cosq. Ví dụ, nếu sóng đi theo h−ớng tạo với trục dọc q = 300, còn độ dài dây phao đo dọc theo mạn giữa 2 đầu sóng là l = 50 m, thì độ dài sóng: λ = l cosq = 50 x 0,86 = 43,0 m. d. Quan trắc chu kỳ sóng ng−ời ta thực hiện bằng hai cách: 120