- Trang Chủ
- Địa Lý
- Chương 5 - NHỮNG KẾT QUẢ CHẨN ĐOÁN THỐNG KÊ CÁC QUÁ TRÌNH HẢI DƯƠNG
Xem mẫu
- tương ứng về xác suất chuyển tiếp sẽ được theo dõi trong điều kiện sử
dụng các thủ tục ước lượng Bayes (xem mục 4.2), cho chúng ta khái niệm
về sự biến thiên tính khả báo cục bộ của những cấu trúc riêng biệt của
Chương 5 - NHỮNG KẾT QUẢ CHẨN ĐOÁN
quá trình. Còn về sự biến thiên tính khả báo chung, thì những dao động
THỐNG KÊ CÁC QUÁ TRÌNH HẢI DƯƠNG HỌC
tính khả báo loại 1 có thể ước lượng qua hệ số tương quan hạng của
Spirmen.
Trong những chương trước đã xét một số vấn đề cụ thể khảo sát hải
dương học ứng dụng, giải quyết bằng cách sử dụng một phương pháp
thống kê đa biến duy nhất nào đó. Khi tiến tới những bài toán tổng quát
hơn về chẩn đoán các quá trình hải dương, như đã thấy ở chương 4, ta
phải áp dụng một số phương pháp phân tích thống kê đa biến. Dưới đây
sẽ dẫn những thí dụ minh hoạ về những khả năng hiện thực và tiềm năng
ứng dụng phương pháp luận chẩn đoán này trong ba bài toán điển hình
của hải dương học ứng dụng: 1) Mô tả biến động không gian − thời gian
của nhiệt độ mặt đại dương; 2) Mô tả cấu trúc ba chiều của nước theo một
tập hợp đặc trưng thủy vật lý; 3) Mô tả các khối nước.
Ta sẽ dần dần dẫn ra những kết quả tính toán kèm theo sự đánh giá
độ tin cậy của những đặc trưng thống kê nhận được và lý giải vật lý về
chúng, điều này cho thấy tính công hiệu của phương pháp luận chẩn đoán
thống kê. Những đối tượng địa lý được nghiên cứu là các vùng thuộc Bắc
Đại Tây Dương, biển Na Uy và biển Bellinshauzen; đối với những vùng
này việc giải quyết những bài toán vừa nêu có ý nghĩa ứng dụng độc lập.
Đặc thù điều kiện hải dương trong những vùng địa lý chọn trên đây
sẽ cho phép: trong khuôn khổ giải quyết các bài toán, còn có thể nhấn
mạnh một số vấn đề phương pháp luận, trong số đó có vấn đề: chọn và
đánh giá những biến mang thông tin, sự liên hệ qua lại giữa những mô
hình chẩn đoán tổng quát và đặc thù (cục bộ về không gian và thời gian),
xác định về mặt thống kê các vùng tích cực về năng lượng và các front.
67
- nhất, chúng cho thấy rằng trong các chuỗi nhiệt độ mặt đại dương và dị
5.1. CHẨN ĐOÁN CÁC TRƯỜNG NHIỆT Ở BẮC ĐẠI TÂY
thường nhiệt độ mặt đại dương trung bình tháng có tiềm ẩn những khác
DƯƠNG
biệt cấu trúc. Thấy rõ rằng, các hàm phân bố rất giống với luật phân bố
Bài toán chẩn đoán các trường nhiệt lớp trên đại dương là bài toán
chuẩn, nhưng tính bất đối xứng thể hiện mạnh, có những hàm "có đuôi
truyền thống để nghiên cứu các quá trình hải dương quy mô lớn. Những
dài", nhiều khi có cả những hàm đa mốt.
đặc trưng chế độ nhiệt trong khi nghiên cứu thường gồm: nhiệt độ mặt
đại dương hay entalpy (dung lượng nhiệt) của lớp nước mặt; những đại
P%
lượng này được xem là những tham số năng lượng quan trọng nhất của
30
bản thân đại dương và của cường độ tương tác nhiệt động lực giữa nó với 20
khí quyển [100, 187, 256]. Bài toán thường được giải quyết trên cơ sở 10
phân tích vật lý thống kê những mảng số liệu quan trắc lớn, sự chọn lựa
các phương pháp và thứ tự áp dụng chúng là do nội dung vật lý của kết
quả quy định. 30
20
Mục tiêu chính của việc chẩn đoán các trường nhiệt Bắc Đại Tây
10
Dương là làm sao từ kết quả xử lý toàn diện những mảng số liệu quan
Δt
trắc hiện có rút ra những đặc trưng định lượng tin cậy về những đặc điểm
Hình 5.1. Các đường cong tổ chức đồ thực nghiệm của
không gian và thời gian hình thành chế độ nhiệt thủy vực. Ở đây tách ra
các chuỗi dị thường nhiệt độ mặt đại dương trung bình
hai bài toán liên quan lẫn nhau mô tả thống kê những đặc điểm biến trình tháng ở Bắc Đại Tây Dương
mùa khí hậu và biến thiên nhiều năm của các trường nhiệt.
Với tư cách là những số liệu xuất phát, đã sử dụng vốn lưu trữ các Ở những vùng đại dương có đới front khí quyển, đặc biệt vùng cực
trường nhiệt độ mặt đại dương trung bình tháng thời kỳ 1978−1987 do và cận cực, thì tính đa mốt trên các tổ chức đồ thể hiện rõ. Điều này có
Trường Đại học Khí tượng Thủy văn Lêningrat xây dựng trên cơ sở dữ thể được giải thích là do sự biến động đặc thù của nhiệt độ mặt nước do
liệu của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Liên Xô. Vùng nước nghiên cứu các đới front dịch chuyển mạnh trong không gian gây ra, trong ô vuông
trải rộng từ xích đạo tới 70°N. Phân bố nhiệt độ được cho bằng những 5° kinh vĩ đang xét có thể xuất hiện các khối nước với nhiệt độ thấp hơn
chuỗi thời gian tại 162 điểm nút trong miền chia lưới ô vuông cạnh 5° hoặc cao hơn so với trị số trung bình.
kinh vĩ. Tại đới xích đạo Đại Tây Dương thể hiện xu hướng ngược lại, các tổ
Phép phân tích thống kê đầu tiên cho thấy những chuỗi thời gian này chức đồ có độ nhọn bé hơn và trên thực tế khó có thể chỉ ra mốt đặc trưng
có những đặc trưng biến động rất khác nhau. Tính bất đồng nhất được một cách tin cậy. Tại các dải ven bờ của đại dương, nơi thường gặp
nhận thấy theo các trị số trung bình, theo phương sai chuỗi, theo các đặc những biến thiên nhanh của lưu lượng dòng lục địa, thì các tổ chức đồ có
trưng của hàm phân bố thực nghiệm. tính bất đối xứng mạnh, ở một số vùng đường cong phân bố có đuôi dài.
Trên hình 5.1 minh hoạ những đường cong tổ chức đồ điển hình Tất cả những đặc điểm liệt kê trên đây không những chỉ ra tính phức
68
- Tây Dương nói chung trong những năm 1978−1987.
tạp của các quá trình hình thành nhiệt độ mặt đại dương, mà còn chứng tỏ
tính có quy luật xác định trong phân bố không gian của các tham số cấu Việc áp dụng phương pháp thành phần chính nhằm mô tả những dao
trúc xác suất. động đồng thời, chung nhất cho toàn thủy vực Bắc Đại Tây Dương. Theo
Giả thiết về tính chất chuẩn của các hàm phân bố thực nghiệm thoả ý tưởng của phương pháp, mỗi một thành phần chính phải bao gồm
mãn với 39% số chuỗi xuất phát với xác suất 90%. Ngoài ra có 19% số những đặc điểm tiêu biểu của các dao động không gian của nhiệt độ mặt
chuỗi thoả mãn giả thiết luật phân bố thực nghiệm tuân theo phân bố đại dương. Khi đó các vectơ riêng sẽ mô tả quy luật biến động thời gian
Weibull. Cấu trúc xác suất của các chuỗi còn lại có thể mô tả hoặc bằng của những dao động đồng thời rõ nét nhất. Khai triển thành phần chính
những luật lý thuyết đã nêu, nhưng với mức tin cậy thấp hơn, hoặc bằng được thực hiện với ma trận số liệu xuất phát gồm 162 chuỗi dị thường
cách kết hợp những phân bố khác nhau. nhiệt độ mặt đại dương trung bình tháng, mỗi chuỗi gồm 120 giá trị.
Độ hội tụ chuỗi các giá trị riêng của ma trận tương quan khá cao −
Việc ước lượng cấu trúc thống kê của các chuỗi thời gian bằng các
khoảng 40 số hạng khai triển đã đảm bảo mức 90% mô tả biến động của
phương pháp phân tích tương quan − phổ đã cho phép khái quát những
các trường nhiệt độ mặt đại dương. Đóng góp đáng kể nhất là bốn số
nét khác biệt thống kê cơ bản trong biến động nhiệt độ mặt đại dương
hạng khai triển đầu tiên, tổng cộng làm thành gần 50% phương sai. Sau
trên thủy vực Bắc Đại Tây Dương. Đã xác định được chắc chắn ba dải
đó là ba số hạng khai triển, đóng góp 4−7% phương sai. Mỗi số hạng còn
biến động với chu kỳ đặc trưng: 6−9 tháng, 13−16 tháng, 2−3 năm và
lại chỉ bổ sung dưới 1% vào nhiệt độ mặt đại dương. Nhận thấy một sự
đương nhiên có thành phần biến trình năm, chu kỳ 12 tháng. Những dải
bất đồng nhất rõ rệt về tốc độ hội tụ của các giá trị riêng; trên đồ thị thể
chu kỳ này thể hiện trong biến động điều kiện nhiệt tại mọi nơi trên toàn
hiện bằng kiểu cấu trúc bậc thang. Theo lý thuyết của phương pháp các
vùng, do đó, tính bất đồng nhất của chúng là một yếu tố quan trọng nhất
thành phần chính, dễ ràng hiểu rằng mỗi bậc thang phản ánh một quy mô
mô tả cấu trúc chế độ nhiệt trong trường hợp này. đặc trưng nào đó trong biến động nhiệt độ mặt đại dương, mà những đặc
Đáng tiếc rằng, bằng các phương pháp thống kê đã sử dụng với trưng không gian và thời gian của nó phải xét theo những đặc điểm biến
những chuỗi ngắn như vậy, không thể xác định một cách tin cậy dải biến thiên của các vectơ riêng và các thành phần chính. Các đồ thị vectơ riêng
trong trường hợp này rất dài, nên nếu phân tích bằng mắt thì ít hiệu quả.
động với chu kỳ dài hơn. Trên các hàm phổ, dải này biểu hiện dưới dạng
Vì vậy, phải sử dụng các phương pháp phân tích chuỗi thời gian và đánh
một thành phần xu thế, làm cho phần lớn các đồ thị phổ có phần "nhiễu
giá sự biến động của các vectơ riêng dựa vào các hàm tự tương quan và
đỏ" biểu lộ rõ.
phổ.
Những kết quả phân tích phổ nói chung phù hợp với những ước
Những đặc trưng thống kê nhận được khẳng định rằng bốn vectơ
lượng định lượng của các công trình trước đây về Bắc Đại Tây Dương,
riêng đầu tiên có biến động tuần hoàn rõ nét trên nền thành phần xu thế
trong đó đã sử dụng tài liệu quan trắc các năm 1957−1974 [21, 31, 62,
chu kỳ dài. Những dao động tuần hoàn đặc trưng có các chu kỳ 2−3 và
119, 141]. Những khác biệt nào đó hoàn toàn có thể là do biến động tập
5−7 năm (không thể ước lượng chính xác hơn vì độ dài mẫu hạn chế). Ba
mẫu. Tuy nhiên, những khác biệt không vượt quá phạm vi mức ý nghĩa
vectơ tiếp theo trong khai triển có các dao động tuần hoàn với chu kỳ 6−9
10%, vậy cho phép chúng ta nói về sự bảo tồn cấu trúc thống kê của và 14−18 tháng. Trong các số hạng còn lại thì không thấy rõ thành phần
những dao động chính của nhiệt độ mặt đại dương cho toàn vùng Bắc Đại tuần hoàn như vậy.
69
- Thông thường, những vectơ với số hiệu lớn hơn thì không có những Ta có thể trả lời câu hỏi vừa đặt ra, nếu thử so sánh cấu trúc thống kê
đỉnh phổ đáng kể trong dải biến động nhiều năm. Cấu trúc thống kê của của khai triển nhiệt độ mặt nước với khai triển một đặc trưng tổng quát
hơn và tin cậy hơn của lớp trên đại dương − đó là entalpy lớp trên đại
những dao động này gần như phổ nhiễu đỏ. Đồng thời phải nhận thấy
một xu thế đáng kể có mặt trong phổ của vectơ riêng thứ nhất và nó có dương. Là một trong những tham số nhiệt động lực cơ bản phản ánh trạng
thể liên quan với biến thiên chu kỳ dài của điều kiện nhiệt nền có tính thái đại dương, entalpy liên hệ và khái quát về sự biến động của các điều
chất chung cho toàn thủy vực Bắc Đại Tây Dương. Đặc điểm này rất kiện nhiệt muối bên trong thể tích nước biển đang xét [31, 87, 187].
quan trọng đối với việc phân tích tiếp theo về khả năng mô tả hữu hiệu sự Trong trường hợp này nên sử dụng các trường giá trị trung bình tháng
biến đổi nhiệt độ mặt nước ở Đại Tây Dương như một cơ chế toàn vẹn. nhiều năm của entalpy lớp nước 100m bên trên ở Bắc Đại Tây Dương
trên vùng lưới 5° để tính toán cấu trúc thống kê.
Khai triển theo các thành phần chính cho thấy rằng những dao động đồng
thời và chung cho toàn đại dương (hình 5.2) đóng góp 20% vào tổng biến
động của nhiệt độ mặt nước.
Vậy phép khai triển như trên phản ánh một cách hiện thực đến mức
nào về những quá trình hình thành chế độ nhiệt lớp mặt Đại Tây Dương?
Những nhược điểm mà chúng ta đã biết trong việc quan trắc nhiệt độ
nước mặt đại dương và xây dựng các trường trung bình tháng nhiệt độ
mặt đại dương có ảnh hưởng nhất định đến độ tin cậy của dữ liệu xuất
phát và do đó, cũng ảnh hưởng tới độ tin cậy của các kết quả khai triển.
Hình 5.3. Các trường của ba thành
phần chính đầu tiên khai triển biến
trình năm của entalpy lớp nước 0−100
m ở Bắc Đại Tây Dương
Hình 5.2. Các trường thành phần chính thứ nhất (a) Kết quả khai triển thành phần chính biểu diễn trên hình 5.3 dưới
và thứ hai (b) nhiệt độ mặt nước ở Bắc Đại Tây Dương
dạng ba thành phần chính đầu tiên, ba trường này đóng góp 74% phương
70
- sai xuất phát [51, 52]. Phần đóng góp của thành phần chính thứ nhất bằng entalpy.
khoảng 40% tổng phương sai của biến trình năm, và như ta thấy trên các Sự tương hợp giữa hai cách ước lượng cho phép khẳng định rằng:
bản đồ, nó mô tả sự biến thiên nền của các điều kiện nhiệt trong thủy vực nhờ kết quả phân tích thành phần chính các trường nhiệt độ nước mặt đại
nghiên cứu. Thành phần này không đổi dấu trên toàn thuỷ vực Bắc Đại dương, đã phát hiện những đặc điểm quan trọng nhất trong biến động chế
Tây Dương, ngoại trừ những vùng cục bộ ở biển Labrađo và gần bờ Tây độ nhiệt lớp nước phía trên mặt ở Bắc Đại Tây Dương.
Phi. Trong trường thành phần chính thứ hai, chúng ta đã thấy có một loạt
Mục đích của những tính toán chẩn đoán tiếp theo là làm sao phân ra
ổ đối dấu nhau, phần biến động của chúng bằng 23% và chúng liên quan
một cách tin cậy về mặt thống kê những vùng đồng nhất về tính biến
trước hết tới những khác biệt về pha trong phân bố không gian của hài
động điều kiện nhiệt lớp mặt ở Bắc Đại Tây Dương. Một phương pháp xử
chu kỳ năm của entalpy.
lý số liệu sẽ được áp dụng − đó là phân loại tự động. Nhưng trong đó sẽ
Cấu trúc không gian của thành phần chính thứ hai của trường lần lượt sử dụng ba mảng số liệu xuất phát. Mỗi mảng sẽ đặc trưng chế
entalpy được đặc trưng bởi các vùng khép kín có dấu thay đổi từng cặp độ nhiệt theo kiểu của mình. Nếu đối chiếu các kết quả của ba cách phân
một. Nổi rõ nhất là các đới đổi dấu ngăn cách hai vùng tây nam và đông loại sẽ thực sự giúp phân vùng thủy vực này với độ tin cậy cao và cung
bắc ở Bắc Đại Tây Dương. Quy mô không gian của các vùng giữ nguyên cấp một lý giải trực quan về ý nghĩa của phân vùng.
dấu của thành phần chính thứ hai bằng khoảng 2000 km. Trước hết, ta thực hiện phân loại tự động đối với số liệu phương sai
nhiệt độ nước tại từng ô lưới 5°. Ma trận phân loại gồm những trị số
Thành phần chính thứ ba có cấu trúc nhân phức tạp trong không
phương sai nhiệt độ mặt nước 12 tháng của từng chuỗi thời gian. Kết quả
gian, nó mô tả khoảng 11% phương sai các dao động tổng cộng. Đồng
nhận được sự phân chia khá ổn định thành ba loại biến động nhiệt độ
thời trong phân bố của thành phần này nổi lên một đới tương phản, đới
nước mặt: loại với phương sai cực đại ( σ > 1°C), loại với phương sai cực
này đi từ phía tây nam, cắt ngang qua xích đạo lên tới phía đông bắc và
tiểu ( σ < 0,7°C) và loại trung gian (0,7−1,0°C).
bao quanh gần hết toàn bộ đới lan truyền nước của hải lưu Bắc Đại Tây
Việc chọn biên giữa các loại căn cứ vào sự phân nhóm tự nhiên
Dương từ 30° tới 60°N.
trong biến động điều kiện nhiệt thể hiện trên các tổ chức đồ. Theo phân
Vectơ thứ nhất của các trường entalpy không đổi dấu theo thời gian
vùng không gian, thủy vực Bắc Đại Tây Dương chia thành 12 vùng đồng
và mô tả nền trung bình năm. Vectơ thứ hai đổi dấu một lần với những trị
nhất, phương sai nhiệt độ mặt nước bên trong các vùng đồng nhất thống
số cực tiểu vào tháng 3 và cực đại vào tháng 8. Vectơ thứ ba mô tả sóng kê và tương ứng với những tiêu chí biên của các loại (hình 5.4).
nửa năm trong trường entalpy và đổi dấu hai lần.
Sự phân loại nhận được mang tính chất sơ bộ, nhưng đã tách ra được
Nếu so sánh kết quả khai triển theo trường entalpy lớp trên đại một loạt vùng kế tiếp nhau trong không gian thủy vực nghiên cứu, có
dương và theo trường nhiệt độ mặt nước, sẽ thấy rằng cấu trúc của phân biến động nhiệt độ nước mặt rất đáng kể. Đó là vùng biển Na Uy và phần
bố không gian và thời gian các đặc trưng này có nhiều nét chung − về tốc tây bắc của đại dương, nơi các hải lưu mạnh nhất hoạt động và thể hiện rõ
độ hội tụ khai triển, về những quy luật biến trình mùa, những đặc điểm vị các đới giao tranh giữa các khối nước.
trí không gian của các ổ đồng dao động chủ yếu của nhiệt độ nước mặt và Tiếp tục các tính toán chẩn đoán, cần tiến hành phân loại các đặc
71
- trưng điều kiện nhiệt khác, trước hết là phân loại kết quả khai triển các điểm tương quan của biến trình thời gian dị thường nhiệt độ nước mặt đại
trường nhiệt độ mặt đại dương và entalpy theo các thành phần chính. dương.
Phép phân loại này cho phép nhận được số lớp hơi nhiều hơn, ở đây các a) b)
lớp đã được phân chia theo nguyên tắc mức độ hiệp đồng dao động nhiệt
độ nước mặt đại dương được phản ánh ở sự phân hoá phương sai dao
động nhiệt độ mặt nước và entalpy theo các thành phần. Phân vùng các
lớp được dẫn trên hình 5.4.
Nếu so sánh ba bức tranh phân loại, dễ dàng nhận thấy sự giống
nhau định tính giữa ba cách phân loại về sự phân hoá trong không gian,
mặc dù những tham số trung bình của các lớp rất khác nhau. Phép phân
vùng thứ nhất nhằm vào sự giống nhau của phương sai dao động nhiệt độ
mặt nước, phép phân vùng thứ hai − sự hiệp đồng dao động nhiệt độ mặt
nước về pha, cách thứ ba − sự hiệp đồng dao động các quá trình nhiệt
muối ở lớp trên của đại dương. c) d)
Cũng nhận thấy rõ những khác biệt của các cách phân loại. Chúng
tập trung ở phần trung tâm và phần phía nam của thủy vực Bắc Đại Tây
Dương; tại các đới khí hậu ôn đới và cận nhiệt này, sự tương phản không
gian của các trường nhiệt tương đối yếu. Theo dị thường phương sai nhiệt
độ nước mặt chưa tách được một vùng đặc trưng kế cận bờ tây Châu Phi.
Tính dị thường chế độ nhiệt ở đây được nhận ra trước hết theo sự dịch
pha của sóng entalpy bán niên và nhịp biến thiên 2−3 năm điển hình
trong các chuỗi dị thường nhiệt độ mặt nước.
Trường entalpy đã là trơn quá nhiều bức tranh chế độ nhiệt ở các vĩ
độ trung bình (40−55°N). Tại đây gần như biến mất ổ dao động đặc trưng
của nhiệt độ nước mặt chu kỳ 9−14 tháng. Hình 5.4. Phân vùng Bắc Đại Tây Dương
Nét chung trong ba cách phân loại thể hiện ở vị trí các đường biên a) Theo phương sai biến trình năm nhiệt độ mặt nước;
giới của các lớp ở phần bắc và tây bắc Bắc Đại Tây Dương − trước hết là b) Theo đặc điểm biến trình năm entalpy;
c) Theo tính chất đồng biến động nhiệt độ mặt nước;
ở vùng hải lưu Bắc Đại Tây Dương, ở khoảng từ bán đảo Floriđa đến mũi d) Theo phân bố các khối nước mặt.
Gatterat. Ở đây là nơi hải lưu Gơnstrim và nhánh phía nam của nó biến
Một vùng chung nữa nằm ở phía đông đảo Niuphơnlen, nơi đây
đổi mạnh và được nhận dạng cả theo phương sai, theo entalpy và theo đặc
quan trắc thấy dao động thăng giáng mạnh mẽ của các tham số chế độ
72
- nhiệt trong đới tương tác giữa các hải lưu Bắc Đại Tây Dương và Ma trận khối các dữ liệu xuất phát để ước lượng những biến chuẩn
Labrađo. Ở đây quan trắc thấy phương sai nhiệt độ nước mặt đại dương hoá gồm ba khối: đó là những chuỗi thời gian nhiệt độ nước mặt thuộc ba
tăng rất mạnh, tồn tại nhiều giá trị dị thường nhiệt độ trung bình tháng rất vùng tích cực năng lượng. Trong mỗi khối có những chuỗi tuần tự mô tả
lớn so với chuẩn nhiều năm. Những dị thường ấy lớn đến mức tính đặc biến động điều kiện nhiệt ở vùng tích cực năng lượng biển Na Uy,
thù chế độ nhiệt tại vùng này được nhận rõ trong biến trình năm của Niuphơnlen, Gơnstrim.
entalpy lớp trên đại dương. Kết quả tính toán (bảng 5.1) cho thấy rằng để đặc trưng các điều
Cuối cùng, sự hiện diện đều đặn khoảng 2−5 năm một lần của những kiện nhiệt nền trong vùng tích cực năng lượng cần sử dụng không ít hơn
dị thường nhiệt độ nước mặt đại dương là nguyên nhân tạo ra một lớp đặc hai biến chuẩn hoá với phần đóng góp rất khác nhau.
thù tại vùng này và được phát hiện bằng cách xử lý thống kê các chuỗi Bảng 5.1. Hiệu quả của phép khai triển chuẩn hoá
thời gian nhiệt độ nước mặt. các trường nhiệt độ nước mặt đại dương − phần đóng
góp (%) vào phương sai chung của biến chuẩn hoá
Vùng biển Na Uy và phần thủy vực Bắc Đại Tây Dương kế cận nó
Biến
cũng là một đới có nhiều nét chung mà phép phân loại đã phát hiện được. Vùng tích cực năng lượng
Chẳng hạn, trong cấu trúc các trường nhiệt độ nước mặt, ta thấy vùng 1 2
biển Na Uy được chia thành những miền ảnh hưởng của các đới khí hậu Na Uy 59 19
Đại Tây Dương và đới khí hậu cực: đó là các vùng đồng nhất ở phần Niuphơnlen 94 2
Gơnstrim
đông nam và phần tây bắc biển. Theo kết quả phân loại phương sai nhiệt 94 3
độ nước mặt và biến trình năm entalpy có thể xác định vị trí các biên giới
Nét đặc trưng là sự hiệp đồng dao động cao của nhiệt độ mặt đại
các đới cấu trúc khí hậu đặc trưng bởi mức biến động cao trong chế độ
dương trong các vùng tích cực năng lượng Gơnstrim và Niuphơnlen dẫn
nhiệt lớp nước mặt.
tới sự tập trung độ biến động vào ngay số hạng khai triển thứ nhất phản
Ngoài ra, ta cũng thấy rằng sắp xếp không gian của các biên giới ánh biến trình năm nền của điều kiện nhiệt. Ngược lại, trong vùng tích
các lớp làm cho vùng tích cực năng lượng đại dương biển Na Uy hình cực năng lượng biển Na Uy, thậm chí phải dùng tới hai biến chuẩn hoá
như tách riêng khỏi toàn thủy vực Bắc Đại Tây Dương. cũng mới chỉ mô tả được khoảng 78% phương sai nhiệt độ nước mặt. Về
Vậy căn cứ vào đâu mà biển Na Uy được phân thành một lớp riêng cơ chế vật lý sinh ra sự khác biệt lớn như vậy trong trường nhiệt có thể
biệt về biến động điều kiện nhiệt theo tất cả các đặc trưng xuất phát? Để suy xét theo kết quả phân tích phân bố không gian của hai vectơ đầu tiên
trả lời câu hỏi này, cần quay trở lại giai đoạn chẩn đoán trước đó và thử của ma trận tương quan khối (hình 5.5).
đánh giá định lượng chung về sự giống nhau và sự khác biệt hình thành Từ hình này thấy rằng: vectơ đầu tiên đặc trưng cho biến thiên nền
những điều kiện nhiệt nền ở biển Na Uy so với những vùng khác của Đại của nhiệt độ mặt đại dương trong tất cả các vùng tích cực năng lượng của
Tây Dương. Và chính ở đây, ta sẽ thấy phương pháp phân tích tương Bắc Đại Tây Dương. Sự bảo tồn dấu của vectơ riêng đầu tiên bên trong
quan chuẩn hoá để phát hiện những khác biệt trong chế độ nhiệt tại những các vùng tích cực năng lượng Gơnstrim và Niuphơnlen cho thấy tính
vùng tích cực năng lượng chủ yếu ở Bắc Đại Tây Dương là rất hiệu quả. đồng nhịp cao của biến trình mùa điều kiện nhiệt ở hai đới này, trong khi
73
- ở vùng tích cực năng lượng biển Na Uy thấy độ biến động không gian của lượng biển Na Uy, vì sự tương phản các đặc trưng nhiệt quyết định nhiệt
vectơ này cao gấp khoảng 10 lần so với các đới khác, điều đó chỉ ra tính động lực học của quá trình trong toàn thủy vực.
bất đồng nhịp dao động nhiệt độ mặt đại dương tại đây.
Đặc điểm này trở nên hoàn toàn rõ rệt từ cấu trúc của vectơ riêng thứ
hai. Trong tất cả các vùng tích cực năng lượng được nghiên cứu, vectơ
thứ hai đổi dấu, ngoài ra đường đẳng trị 0 nằm gần vị trí của các đới giao Hình 5.5. Các trường vectơ khai
triển chuẩn nhiệt độ mặt nước
tranh khí hậu của front Gơnstrim, front cận cực và cực. Nếu chú ý rằng
trong những vùng tích cực năng
biến chuẩn hoá thứ hai có chu kỳ dao động biểu lộ khá rõ, bằng 6 tháng lượng ở Bắc Đại Tây Dương
và 2−3 năm, thì có thể kết luận về mức ý nghĩa cao của chính những dao 1− những đường đẳng trị vectơ thứ nhất
2 − những đường đẳng trị vectơ thứ hai
động này trong sự hình thành phân bố nền của nhiệt độ mặt đại dương ở
vùng tích cực năng lượng biển Na Uy. Mức ý nghĩa cao như vậy được
quyết định không chỉ bởi biên độ tương đối cao của những dao động đó ở
vùng tích cực năng lượng biển Na Uy, mà còn bởi độ dịch pha rõ rệt khi
chuyển qua front cực trong biển Na Uy. Đặc điểm này suy ra từ sự đối lập
không gian rõ rệt trong các trị số của vectơ thứ hai ở vùng tích cực năng
Mục tiêu phân tích thống kê tiếp theo nhằm nhận được ước lượng tin
lượng biển Na Uy.
cậy hơn về biến động không gian − thời gian nhiệt độ nước ở vùng tích
Những đặc điểm biến thiên trường nhiệt độ phát hiện được trong tiến
cực năng lượng biển Na Uy và từ đó chính xác hoá những kết quả đã có.
trình phân tích thống kê đa chiều buộc ta phải đặc biệt chú ý tới tính độc
Muốn vậy, số liệu xuất phát về nhiệt độ mặt đại dương trung bình tháng
đáo trong động lực chế độ nhiệt quan sát thấy tại những ổ tập trung lớn
được biểu diễn với độ gián đoạn nhỏ hơn: mỗi trường được lấy theo quan
nhất của các thành phần chính − trong vùng tích cực năng lượng biển Na
trắc tại các nút lưới cách nhau 2,5° kinh vĩ. Quá trình giải bài toán chẩn
Uy.
đoán thực tế không khác so với thuật toán chẩn đoán đối với Đại Tây
Để khái quát chính xác hơn về những đặc điểm hình thành chế độ Dương đã xét ở trên. Vì vậy, sau khi xem xét những kết luận của phép
nhiệt vùng này, cần phải thay đổi các biên giới miền phân tích thống kê. phân tích bước đầu, ta chuyển sang thảo luận những kết quả phân loại dữ
Giảm diện tích vùng nghiên cứu sẽ giúp ta tập trung chủ yếu vào những liệu xuất phát trong không gian dấu hiệu các nhân tố chung.
đặc điểm địa phương hình thành nhiệt độ mặt đại dương.
Thấy rằng có 5 lớp được phân chia, mỗi lớp liên quan tới ảnh hưởng
Vùng biển Na Uy nằm trong vùng tích cực năng lượng biển Na Uy cực đại của một trong những nhân tố chung độc lập. Việc phân vùng theo
có nét đáng quan tâm là ở đây, trên một diện tích không lớn lắm diễn ra kết quả phân loại thực tế ít thay đổi số vùng đồng nhất − tất cả có 7 vùng.
sự tương tác mạnh mẽ giữa nước nguồn gốc vùng cực và nguồn gốc Đại Phân bố các vùng được chỉ ra trên hình 5.6.
Tây Dương. Nhiệt độ nước là chỉ tiêu tương tác quan trọng nhất giữa các
Lớp 5 là một đặc trưng quan trọng về cấu trúc không gian của chế độ
khối nước nguồn gốc khác nhau trong lớp trên của vùng tích cực năng
nhiệt vùng tích cực năng lượng biển Na Uy, lớp này dường như phân chia
74
- đối với mỗi năm. Các ma trận xuất phát có kích thước 162 × 12 .
thủy vực biển thành hai phần. Sự phân chia như vậy là do dải phân cách
front cực đã khoanh vùng ảnh hưởng của các đới khí hậu cận Bắc Băng Trong phân bố phương sai của quá trình nghiên cứu theo các thành
Dương và ôn đới. Phải nhận thấy tính tự nhiên của sự phân loại như vậy, phần khai triển có những nét đặc thù rõ rệt. Ba thành phần đầu tiên, đặc
vì trong vùng này những tổ chức đồ của các chuỗi dị thường nhiệt độ mặt trưng cho những dao động quy mô lớn nhất, mô tả từ 40 đến 60% phương
đại dương (xem hình 5.1) có biểu hiện đa mốt rất đặc thù. sai tổng cộng. Những thành phần tiếp sau không làm tăng phương sai một
cách đáng kể, mỗi thành phần thực tế chỉ góp thêm không quá 8%. Mức
mô tả chính xác 90% chỉ đạt được cho đến khi tính tới 9−10 thành phần
khai triển, điều này chắc chắn là do vai trò của những quá trình địa
Hình 5.6. Phân vùng vùng tích
cực năng lượng biển Na Uy theo
phương hình thành điều kiện nhiệt đã tăng lên.
kết quả phân loại trường dị
thường nhiệt độ mặt biển trung Những đặc điểm khai triển được quy định bởi mức độ tương quan
bình tháng
giữa các tháng của những trường dị thường nhiệt độ mặt đại dương đối
Biên giới các vùng vẽ bằng đường
với một năm cụ thể. Trong tập được khảo sát thể hiện rõ hai kiểu khai
gạch nối, tại mỗi vùng dẫn hàm phổ
tiêu biểu của chuỗi nhiệt độ nước mặt
triển; chúng được biểu diễn trên hình 5.7 bằng các bản đồ những thành
biển
phần chính của các trường nhiệt độ mặt đại dương năm 1980 và 1985.
Cấu trúc các trường thành phần chính tương tự như trường nhận
được theo số liệu năm 1985, rất hay gặp trong tập nghiên cứu. Nó đặc
trưng bởi tính địa đới của các đường đẳng trị phân bố không gian của
thành phần thứ nhất với cấu trúc các ổ giá trị cực trị thể hiện rõ trong biển
Phân tích cấu trúc những dao động tuần hoàn nhiệt độ mặt đại dương
Na Uy, tại các vùng tích cực năng lượng Gơnstrim, phía bắc đảo
cho thấy ở đây các biên độ dao động với chu kỳ 2−3 năm, 9−11 tháng và
Niuphơnlen, gần vùng bờ Tây Xahara. Trong biến trình thời gian của
13−14 tháng tăng lên. Ngoài ra, chính tại dải hẹp này diễn ra sự chậm pha
vectơ riêng tương ứng với thành phần chính này không hề thấy thể hiện
đột biến của dao động bán niên trong biến trình nhiệt độ mặt biển. Như
một biến động có quy luật nào trong toàn năm.
vậy, những kết luận sơ bộ về chế độ nhiệt biển Na Uy, nhận được từ kết
Thành phần thứ hai mô tả biến động nhiệt độ mặt đại dương chủ yếu
quả phân tích những điều kiện nhiệt nền trên toàn bộ thủy vực Bắc Đại
trong vùng hải lưu Bắc Đại Tây Dương, ở đoạn từ eo Floriđa đến mũi
Tây Dương nói chung, đã được khẳng định.
Gatterat, tại đây xuất hiện những ổ giá trị với dấu khác nhau.
Bài toán tiếp theo được giải quyết trên cơ sở ứng dụng các phương
Ngoài ra, trong trường thành phần này có vùng dị thường đặc trưng
pháp phân tích thống kê đa chiều là mô tả những hiện tượng biến thiên từ
ở gần bờ Tây Phi. Trong biến trình thời gian của vectơ riêng tương ứng
năm này sang năm khác của biến trình mùa nhiệt độ nước. Ước lượng
có mặt dao động nửa năm đặc trưng.
thống kê về độ biến động giữa các năm của các tham số biến trình mùa
Trong phân bố không gian của những thành phần bậc cao hơn thể
được thực hiện bằng cách so sánh khai triển những tập quan trắc ngắn
hiện rõ cấu trúc ổ và biến thiên dấu nhiều lần. Nói chung, những ổ phân
gồm 12 trị số về các dị thường trung bình tháng nhiệt độ mặt đại dương
75
- bố chính của các thành phần thứ ba và thứ tư trùng hợp với những đặc đây là sự định hướng chung dọc kinh tuyến của những thành phần chính
điểm đã mô tả ở trên. Tuy nhiên, cần đặc biệt lưu ý rằng cả bốn thành đầu tiên, ngoài ra giữ nguyên dấu của các thành phần thứ nhất và thứ hai
phần chính đều khoanh định rõ vùng biển Na Uy bằng một số đường đẳng trong vùng biển Na Uy và trung phần Bắc Đại Tây Dương.
trị khép kín với dấu thường là không trùng với dấu của trường ở phần Những trị số âm của thành phần thứ nhất tập trung ở trung tâm Đại
trung tâm Đại Tây Dương. Tây Dương, trong vùng tích cực năng lượng Gơnstrim và phần trung tâm
biển Na Uy, cũng như ở bờ Tây Phi. Kích thước các ổ khép kín bảo tồn
dấu của các thành phần chính lớn hơn rõ rệt so với trường hợp năm 1985
(xét theo cả thành phần thứ nhất lẫn thành phần thứ hai) và cho thấy sự
phổ cập các dao động nền của điều kiện nhiệt trên thủy vực Bắc Đại Tây
Dương nói chung.
Vì quá trình chẩn đoán là một quá trình lâu dài, nhiều bước và liên
tục đòi hỏi xây dựng những mô hình địa phương, nên ngay bên trong
những thủ tục phân tích các tác giả đã cố gắng tổng hợp những kết quả
trong các mô hình địa phương. Hiện nay đã có thể lý giải khái quát tất cả
những kết quả nhận được và xây dựng một mô hình vật lý thống kê thống
nhất về sự hình thành những điều kiện nhiệt ở Bắc Đại Tây Dương.
Mô hình vật lý thống kê về cấu trúc chế độ nhiệt lớp nước phía trên
ở Bắc Đại Tây Dương có thể hình thành trên cơ sở tính tới những dao
động không gian − thời gian đồng bộ của nhiệt độ mặt nước, vì kết quả
phân tích đã chứng tỏ những kết quả chẩn đoán nhiệt độ nước mặt và
entalpy lớp trên 100m khá phù hợp nhau. Những dao động đồng bộ điều
kiện nhiệt tập trung trong một số vùng khép kín của thủy vực và phân bố
nền của nhiệt độ mặt nước có thể được khôi phục bằng cách cộng tuyến
tính đơn giản các dao động điển hình đã phát hiện được bên trong các
vùng đồng nhất. Việc lý giải nội hàm những yếu tố mô hình có thể thực
hiện theo hai quan điểm: quan điểm các khối nước và các vùng giao
tranh, hoặc quan điểm các vùng tích cực năng lượng của đại dương.
Hình 5.7. Các trường vectơ riêng khai triển dị thường nhiệt độ mặt nước Bắc
Đại Tây Dương trong các năm 1985 (a) và 1980 (b)
Theo quan điểm các vùng tích cực năng lượng, động lực biến động
các ổ xuất hiện dị thường nhiệt độ mặt đại dương có thể được mô tả bằng
Một cấu trúc khác, khá điển hình đối với tập mẫu khai triển trực giao
diễn biến của nhiệt độ mặt đại dương bên trong ba đới cơ bản: Na Uy,
được quan sát thấy vào năm 1980 (xem hình 5.7). Nét quan trọng nhất ở
76
- nước hiện có chưa định danh đủ chính xác về những quá trình đó. Còn
Niuphơnlen và Gơnstrim, đồng thời tính tới nền nhiệt ở gần bờ Tây Phi.
chưa có một hệ phương pháp vạn năng để phân tách và mô tả các đới
Những đặc điểm biến động thời gian nội tại các ổ đã nêu khá liên hợp với
front và các khối nước như là những yếu tố liên hệ tương hỗ của cấu trúc
nhau và được mô tả bằng những thành phần đầu tiên khai triển trực giao
nước. Hiện tại việc mô tả được tiến hành riêng lẻ trên cơ sở vận dụng các
các trường nhiệt độ mặt đại dương. Độ chính xác mô tả nằm trong
phương pháp khác nhau về nguyên tắc. Vì vậy, mục tiêu ứng dụng chẩn
khoảng 60−70%. Có thể tăng tính hiệu quả của mô hình bằng cách mô tả
đoán thống kê là làm sao trong khuôn khổ một quan điểm phương pháp
tốt hơn chế độ nhiệt của vùng tích cực năng lượng biển Na Uy; kết quả
luận thống nhất: a) Có được sự mô tả định lượng các đới front khí hậu và
phân tích đã cho thấy đới này có đặc thù: tính bất đồng nhất không gian
các khối nước như là những yếu tố liên quan tương hỗ của cấu trúc nước
cao dị thường do tăng cường vai trò của các dao động nửa năm và dao
quy mô lớn, b) Gắn kết sự biến động không gian với những quá trình tái
động tựa tuần hoàn 2−3 năm trong đới front thuỷ văn cực ở biển Na Uy. phân bố vật chất và năng lượng trong vùng tích cực năng lượng biển Na
Việc tính tới những đặc điểm đã liệt kê cho phép cải thiện mô hình Uy.
biến động nhiệt chu trình năm của vùng tích cực năng lượng biển Na Uy Với tư cách là số liệu xuất phát để chẩn đoán thống kê, đã sử dụng
không ít hơn 20% và tăng mức chất lượng chung của mô hình cho toàn các trường trung bình năm khí hậu về nhiệt độ, độ muối, mật độ, hàm
thuỷ vực lên 5−7%. Việc tiếp tục tăng chất lượng mô tả thống kê về phân lượng ôxy tại các tầng sâu chuẩn và tại các nút lưới với độ gián đoạn 1°
bố nền nhiệt độ nước Bắc Đại Tây Dương có thể có khả năng thực hiện kinh vĩ. Trên các bản đồ phân bố những tham số này thể hiện tính biến
với điều kiện khôi phục được các dao động chế độ nhiệt tại những ổ nằm động ngang hướng đáng kể và hiện diện một số đới dày xít các đường
ở phía tây đảo Airơlen, phía bắc đảo Mađei, gần quần đảo Ăngtin, dọc bờ đẳng trị với vị trí thường biến đổi.
đông Grinlan.
Giai đoạn thứ nhất phân tích thống kê đa chiều là tính và phân tích
những hàm xác suất hai chiều của các trường nhiệt độ và độ muối. Trên
5.2. CHẨN ĐOÁN CẤU TRÚC NƯỚC BIỂN NA UY đồ thị trắc diện hàm P (T , S ) đối với lớp 0−200 m (hình 5.8) khá nổi trội
Nghiên cứu các quá trình nhiệt muối và động lực hình thành chế độ những cực đại (đỉnh) ứng với những khối nước cơ bản của lớp hoạt động
nước lớp trên gần mặt vẫn là một trong những vấn đề cơ bản trong đề tài trong vùng tích cực năng lượng biển Na Uy. Tuy nhiên, việc phân tách
các khối nước trên trắc diện P (T , S ) nhằm mục đích ước lượng thể tích
của các công trình thực nghiệm và lý thuyết về vùng tích cực năng lượng
biển Na Uy [5, 7, 32, 41, 88, 159, 170, 267]. Các khối nước và các front của chúng và tính các chỉ số T , S sẽ khó vì các vùng thấp P (T , S ) được
(các đới front) được thừa nhận là những yếu tố cơ bản của cấu trúc nưóc xem như biên giới của các khối nước [55] thường là mờ nhạt. Khi ta thay
quy mô lớn; các dao động liên hiệp của chúng được xem như những chỉ đổi khoảng gián đoạn của số liệu xuất phát thì các vùng thấp P (T , S )
thị tổng quát về những biến đổi điều kiện hải dương nói chung ở thủy vực cũng vẫn mờ nhạt. Vì vậy có thể cho rằng đặc điểm này là nét đặc thù của
nghiên cứu. Có lẽ vẫn còn sớm để khẳng định rằng chúng ta đã có một các đặc trưng hải dương ở vùng tích cực năng lượng biển Na Uy. Việc
bức tranh hoàn chỉnh và được khẳng định định lượng về sự hình thành phân tích các hàm xác suất dựng theo số liệu mật độ P( S , ρ) , P(T , ρ) và
cấu trúc nước trong vùng tích cực năng lượng biển Na Uy thậm chí ở quy ôxy P (T , O 2 ) cũng dẫn tới những kết quả tương tự.
mô trung bình khí hậu. Nguyên nhân có những khác biệt trong việc mô tả
Như vậy, việc phân tích T , S không gian cho phép kết luận rằng do
và lý giải những cơ chế hình thành cấu trúc là do tính phức tạp thực sự
sự phát triển mạnh các đới front trong vùng tích cực năng lượng biển Na
của các quá trình đang diễn ra, những hệ phương pháp phân tích cấu trúc
77
- nhiên, được khẳng định bằng quan trắc và lý thuyết [88, 100], thì
Uy, nên cần thiết phải phân định chúng dưới dạng những yếu tố không
sự trùng hợp biến động của các građien tỏ ra ít hiển nhiên hơn, vì
gian riêng biệt của cấu trúc nước vùng này, muốn vậy tập các dấu hiệu
sự bất hoà hợp của các trường nhiệt độ và độ muối ban đầu dường
xuất phát phải được bổ sung bằng những tham số mang thông tin đặc
như phải tương ứng với sự không trùng nhau trong không gian của
trưng cho mức độ biến tính nước.
các đới biến tính mạnh của các trường này.
Theo đánh giá của K. N. Feđorov, đối với những đới front thì những
Bảng 5.2. Tương quan của các nhân tố chung và các dấu
tham số đó trước hết phải là môđun của các građien những đặc trưng hải hiệu ban đầu (tỉ trọng nhân tố) trong lớp hoạt động vùng
dương cơ bản [189]. Vì vậy, ma trận số liệu xuất phát để phân tích thống kê tích cực năng lượng biển Na Uy theo số liệu trung bình năm
đa chiều được hình thành như sau. Mỗi ô vuông cạnh một độ cụ thể được Nhân tố
Dấu hiệu
xem là một đối tượng khảo sát. Mỗi đối tượng có một vectơ quan trắc, gồm 1 2 3
các trị số của tám dấu hiệu: nhiệt độ, độ muối, mật độ, nồng độ ôxy và các
T −0,2
0,9 0,0
môđun građien ngang của những tham số này.
S 0,3 0,7 0,0
Nhờ phân tích nhân tố đối với những trường trung bình năm, sự biến σ −0,7 −0,1
0,6
động không gian của tám tham số ban đầu đã được khách quan nhóm O2 −0,8 0,0 0,2
thành ba nhân tố chung với mức ý nghĩa 10%. Cấu trúc các mối liên hệ
ΓT 0,0 0,3 0,9
tương hỗ của các nhân tố chung và các biến khảo sát có một loạt những
ΓS −0,2 0,1 0,6
đặc điểm nhận biết (bảng 5.2).
Γσ −0,1 0,2 0,9
Nhân tố chung thứ nhất liên hệ mạnh nhất với sự biến động quy mô
lớn của trường nhiệt độ (hệ số tương quan r = 0,9 ) và liên hệ ở mức thấp ΓO2 −0,1 0,2 0,7
hơn với sự biến động của nồng độ ôxy hoà tan ( r = −0,8 ) và mật độ Tỉ trọng các nhân tố, % 43 29 17
( r = −0,7 ). Nhân tố chung thứ hai có đặc điểm tương quan cao với biến
Phần đóng góp tương đối của các tham số ban đầu vào tổng phương
động độ muối ( r = 0,7 ) và mật độ ( r = 0,6 ). Nhân tố chung thứ ba hình
sai sẽ giải thích đặc điểm này: sự biến động nhiệt độ và liên quan với nó
thành bởi biến động của các trường građien và trước hết là các građien
là sự biến động ôxy và mật độ là một nguồn phương sai lớn nhất trong
của nhiệt độ và mật độ nước ( r = 0,9 ), và ở mức độ thấp hơn là các
vùng nghiên cứu − phần của chúng bằng 43%, tức lớn hơn nhiều so với
građien của độ muối và nồng độ ôxy.
phần của độ muối − 29%. Vì vậy, sẽ là có cơ sở nếu giả thiết về sự tồn tại
Cấu trúc nhân tố thể hiện sự bất hoà hợp đáng kể trong phân bố
tỉ lệ tương tự trong nhân tố thứ ba, nhân tố liên quan chặt chẽ nhất với sự
không gian của các trường thuỷ vật lý cơ bản trong lớp hoạt động
biến tính của trường nhiệt độ và mật độ. Từ đây rút ra kết luận về sự ưu
của vùng tích cực năng lượng biển Na Uy, điều này rút ra từ sự
phân tán các tham số nhiệt độ và độ muối theo những nhân tố độc việt của việc nghiên cứu trạng thái lớp bên trên của vùng tích cực năng
lập thống kê khác nhau. Trong khi đó phân bố nhiệt độ và nồng độ lượng biển Na Uy nói chung theo trường nhiệt độ so với biến động của
ôxy, hoặc tất cả các trường građien liên hệ chặt chẽ lẫn nhau. Nếu các tham số khác.
như sự liên hệ giữa nhiệt độ và nồng độ ôxy là một thực tế khá hiển
78
- a) Nếu để ý rằng mỗi nhân tố khái quát sự biến động cùng nhau của
một số biến, ta sẽ muốn xem xét sự phân bố không gian của các nhân tố
(hình 5.9). Dễ dàng thấy rằng biến động nhiệt độ do nhân tố thứ nhất mô
tả, thực sự áp đảo trên thủy vực vùng tích cực năng lượng biển Na Uy và
đặc biệt tại phần trung tâm của nó. Vai trò áp đảo của biến động độ muối
được nhận thấy tại dải gần bờ Scanđinavi và ở phía tây bắc − trong các
vùng nước cực do hải lưu Đông Grinlan mang xuống từ thủy vực Bắc
Băng Dương − nhân tố thứ hai. Phân bố không gian của nhân tố số 3 có
đặc điểm tính bất đồng nhất lớn, các cực trị có tính địa phương và tập
b)
trung chủ yếu vào vùng trải dài dọc theo kinh tuyến số không và phía bắc
eo Fare − Aixơlen.
Để phân vùng khách quan thủy vực vùng tích cực năng lượng biển
Na Uy, đã tiến hành phân loại tự động, sử dụng các nhân tố phân tích
được làm các dấu hiệu. Đã phân chia một cách tối ưu thủy vực thành sáu
vùng đồng nhất với các tham số thống kê dẫn trong bảng 5.3, còn vị trí
không gian − trên hình 5.10. Phân tích các ước lượng định lượng nhận
được cho phép phân định các vùng như sau: 1 − vùng do nước cực ngự
c) trị; 2 − vùng nước Đại Tây Dương ngự trị; 3 − nước Đại Tây Dương
biến tính (nước trong hải lưu Na Uy); 5 − vùng nước Đại Tây Dương và
nước cực xáo trộn. Các vùng 4 và 6 đặc trưng bởi građien nhiệt độ, độ
muối, mật độ lớn; căn cứ vào vị trí địa lý các vùng này giống như chuỗi
xích phân bố ở các biên giới của các lớp lớn, ta có thể lý giải các vùng 4
và 6 như là một hệ thống các dải front của vùng tích cực năng lượng biển
Na Uy.
Cấu trúc của các vùng đã phân chia dẫn trên hình 5.10b giữ nguyên
những nét chung trong lớp 0−200 m, nhưng ở sâu hơn thì các trường thủy
vật lý đã có hình dáng khác nhiều.
Hình 5.8. Các tổ chức đồ hai chiều nhiệt độ − độ muối
trong lớp 0−200 m vùng tích cực năng lượng biển Na
Uy theo số liệu trung bình năm (a), trung bình mùa
đông (b) và trung bình mùa thu (c)
79
- Trong lớp 300−1000 m tính chất bất đồng nhất không gian thay đổi
đáng kể: số vùng đồng nhất giảm, còn quy mô ngang hướng của chúng
tăng gần hai lần. Mức liên hệ qua lại giữa các tham số thuỷ vật lý thay
đổi: phân bố không gian của nhiệt độ, độ muối, mật độ, ôxy tỏ ra hoà hợp
với nhau và liên kết vào nhân tố chung thứ nhất, còn các tham số građien
− vào nhân tố thứ hai.
Bảng 5.3. Những đặc trưng thống kê của các vùng đồng nhất phân chia bằng phương pháp
phân tích các trường trung bình năm trong lớp hoạt động biển Na Uy
Tham số
Lớp
Hình 5.9. Phân bố không
ΓS % / 100km
ΓT C / 100km
S %
T C
gian của ba nhân tố chung
−1 −4
1,8 ⋅ 10 1,1 ⋅ 10
−0,7
1 34,2
của tập hợp các trường
−1 −4
4,5 ⋅ 10 1,6 ⋅ 10
thủy vật lý lớp mặt vùng 2 2,1 34,9
tích cực năng lượng biển −1 −4
4,1 ⋅ 10 2,0 ⋅ 10
3 8,6 35,2
Na Uy
−3
0
3,6 ⋅ 10 2,1 ⋅ 10
4 5,2 35,1
−1 −5
5,2 ⋅ 10 6,4 ⋅ 10
5 3,9 35,1
−3
0
2,4 ⋅ 10 6,7 ⋅ 10
6 5,3 34,2
Theo kết quả xử lý thống kê số liệu xuất phát, toàn bộ thủy vực vùng
Theo kết quả phân vùng, ở đây tách ra được các loại nước nguồn gốc
tích cực năng lượng biển Na Uy được phân chia thành một số vùng với
Đại Tây Dương, nguồn gốc cực và dải front cực (xem hình 5.10d). Nước
quy mô ngang L = 1000 km, phản ánh sự đa dạng khách quan trong các
cực và nước Đại Tây Dương phân bố trong thủy vực vùng tích cực năng
cơ chế địa phương hình thành cấu trúc nước. Rõ ràng, kết quả này là hệ
lượng biển Na Uy thành hai vùng đồng nhất phân cách bởi dải front cực
quả hiện diện của những yếu tố cấu trúc lớp hoạt động ở vùng nghiên
nằm trên sườn lục địa Scanđinavi. Tính chất liên hệ đơn giản hơn giữa
cứu, ổn định trong thời gian và trong không gian, tương tự như những
các trường thủy vật lý có thể được giải thích trước hết do sự thống nhất
xoáy nước thuận và nghịch quy mô vừa đã được ghi nhận trong thời kỳ
của các quá trình hình thành cấu trúc nhiệt muối trong lớp sâu của vùng
tiến hành khảo sát thực địa của chương trình "Khảo sát Cực Bắc" [160].
tích cực năng lượng biển Na Uy, gây bởi những hải lưu quy mô lớn.
Giả thiết này được khẳng định bằng những kết quả tính toán entalpy của
lớp hoạt động theo những dữ liệu khí hậu (xem hình 5.11b), ở đó nhận
thấy rõ những ổ nhiệt và ổ lạnh khép kín, giống nhau về quy mô. Cường
độ vận chyển nước cao bên trong các xoáy nước được phản ánh trong
trường thế năng riêng của lớp 0−200 m (xem hình 5.11a).
80
- Hình 5.11. Các trường thế năng riêng (a) và entalpy (b) lớp 0−200 m
Bảng 5.4. Tương quan giữa các nhân tố chung và các biến xuất phát
trong lớp 0−200 m bên trong các vùng đồng nhất
Những nhân tố chung
1 2 3 1 2 3
Dấu hiệu
Nước Đại Tây Dương Nước cực
0,8 0,1 0,3 0,4 0,8 0,2
T
−0,2
0,3 0,9 0,8 0,1 0,5
S
Hình 5.10. Phân vùng vùng tích cực năng lượng biển Na Uy theo kết quả
phân loại các trường thủy vật lý trung bình năm lớp 0−200 m (a), 0−800 m −0,7 0,6 0,2 0,6 0,6 0,3
σ
(b) và các trường mật độ riêng quy ước tương ứng (c) và (d)
−0,7 −0,1
0,9 0,2 0,1 0,3
O2
Sự khác biệt cấu trúc các trường thủy vật lý bên trong những khối
ΓT 0,3 0,5 0,8 0,2 0,6 0,4
nước khác nhau là điều lý thú. Trong bảng 5.4 dẫn các kết quả phân tích
ΓS 0,2 0,1 0,4 0,5 0,2 0,8
nhân tố đối với các loại nước Đại Tây Dương và nước cực. Trong khối
Γσ
nước Đại Tây Dương, những bất đồng nhất nhiệt có vai trò áp đảo, hình 0,3 0,4 0,7 0,4 0,4 0,5
thành phần phương sai chính − 49%, trong khi ở khối nước cực sự biến ΓO 2 −0,2 −0,9 −0,7
0,0 0,2 0,3
động trước hết là biến động độ muối và liên quan với nó là bất đồng nhất
Phần đóng góp, % 49 32 12 37 34 26
của trường mật độ và các građien ngang hướng.
Kết quả này phản ánh một xu thế chính trong quá trình biến tính các
khối nước: nước Đại Tây Dương trong biển Na Uy trước hết chịu sự biến
tính nhiệt và biến tính độ mặn ở mức độ nhỏ hơn, còn với nước cực −
81
- T − S của các vùng đồng nhất
Bảng 5.5. Các đặc trưng
ngược lại.
Mùa đông Mùa xuân Mùa hè Mùa thu
Lớp
S S S S
T T T T
Nước Đại Tây Dương 6,9 35,2 7,2 35,2 8,2 35,2 8,6 35,2
−0,3 −0,1
Nước cực 34,8 34,8 0,3 34,8 0,4 34,8
Nước xáo trộn 2,8 34,9 2,9 34,9 3,2 34,9 3,1 34,9
Đới front vùng cực 3,2 35,0 6,0 34,9 4,3 34,9 3,7 34,9
Front Fare − Aixơlen − − 5,9 34,6 5,7 34,2 4,2 33,8
Front ven bờ 4,7 35,1 5,0 35,0 5,7 35,0 5,6 35,0
Hình 5.12. Phân vùng vùng tích cực năng lượng biển Na Uy
theo kết quả phân loại các đặc trưng thuỷ lý lớp trên
a) mùa đông, b) mùa xuân, c) mùa hè, d) mùa thu
Do việc chẩn đoán thống kê về cấu trúc trung bình năm cho kết quả
khích lệ như vậy, chúng tôi tiếp tục vận dụng cách tiếp cận này đối với
các trường thủy vật lý trung bình mùa trong lớp mặt 200 m. Việc xử lý
thống kê đối với cùng khối dữ liệu, nhưng lấy trung bình theo mùa, hoàn
toàn tương tự như xử lý các trường trung bình năm.Vì vậy, không nhắc
lại những chi tiết phân tích thống kê, chúng ta sẽ chuyển ngay sang pha
chẩn đoán cuối cùng và sẽ xét những kết quả chính về xây dựng mô hình
vật lý thống kê hình thành biến trình mùa của các trường thủy văn ở vùng
Hình 5.13. Vận chuyển nhiệt kinh hướng bởi dòng địa chuyển
tích cực năng lượng biển Na Uy.
trong lớp 0−200 m ở vùng tích cực năng lượng biển Na Uy
a) mùa đông, b) mùa xuân, c) mùa hè, d) mùa thu
82
- Cơ sở để giải thích những cơ chế hình thành các trường vật lý thủy Những kết quả phân vùng đối với các mùa chuyển tiếp có những nét
văn trước hết là những kết quả phân loại và phân vùng lớp mặt vùng tích đặc biệt lý thú. Với mùa xuân, hình dạng của các dải front ở phía nam
cực năng lượng biển Na Uy trong mỗi mùa. Vị trí không gian của các vùng tích cực năng lượng biển Na Uy thay đổi rõ rệt. Từ hình 5.12 thấy
rằng: nhánh Fare − Aixơlen của dải front cực thực tế không thay đổi vị trí
vùng đồng nhất đã phân chia thể hiện trên hình 5.12, còn những đặc trưng
định lượng của các lớp dẫn trong bảng 5.5. của mình ở phần phía tây biển, ở phần phía đông đã dịch chuyển 300 km
về phía bờ Scanđinavi. Một hiệu ứng tương tự cũng quan sát thấy vào
Những građien ngang có trị số trung bình nhỏ nhất trong các khối
mùa thu, khi đó dải front các dòng nước sông nhạt tiếp giáp với nhánh
nước mùa đông. Mùa này có đặc điểm tăng cường các dòng nước từ Đại
phía đông của dải front cực ở vĩ độ 66°.
Tây Dương và cực mang tới. Xáo trộn đối lưu thẳng đứng phát triển
mạnh hơn, ở phía bắc nó có thể xâm nhập tới những độ sâu khá lớn [41, Khái quát hoá những kết quả phân tích những trường trung bình mùa
124]. đã nhận được, có thể khẳng định rằng tại thủy vực này hai lần trong một
năm diễn ra sự tái sắp xếp toàn bộ hệ thống các dải front và các khối
Thực tế toàn bộ sự biến tính nước tập trung vào các đới front, trong
nước. Tuy nhiên, những hiệu ứng này biểu lộ rõ nhất ở vùng phía nam vĩ
khi các khối nước rất đồng nhất. Quá trình biến tính nước diễn ra mạnh
độ 65°N, tức liên quan tới biến động các biên giới phân bố nước nguồn
nhất trong nhánh Fare − Aixơlen của dải front cực (ẽễ3), nhánh này dịch
gốc Đại Tây Dương. Đặc điểm này có thể giải thích như là kết quả của sự
chuyển sang phía tây khoảng 200m so với vị trí trung bình năm của mình.
điều biến tuần hoàn của nhập lưu nước Đại Tây Dương vào biển Na Uy.
Còn nhánh phía đông phân cách các loại nước của hải lưu Bắc Đại Tây
Động thái này của các dải front trong vùng tích cực năng lượng biển Na
Dương và hải lưu Na Uy, cũng dịch chuyển lên phía bắc tới vĩ tuyến 67°N.
Uy hoàn toàn ăn nhập với thành phần dao động nửa năm trong lưu lượng
Với mùa hè, đặc trưng là quá trình giảm bình lưu kết hợp với nung
hải lưu Bắc Đại Tây Dương đã được nghiên cứu nhiều lần [187, 202], các
nóng bức xạ. Phân tích thống kê cho thấy khối lượng nước cực và nước
cực trị của thành phần này xảy ra chính là vào các mùa xuân và thu.
Đại Tây Dương trong lớp mặt 200 m giảm và những chỉ số T , S biến đổi
Phân tích thống kê cho thấy biến trình mùa của cấu trúc không gian
tương ứng.
các trường trong vùng tích cực năng lượng biển Na Uy bị quy định bởi sự
Trên hình 5.12 thấy rõ rằng bình lưu nước Đại Tây Dương duy trì
biến đổi các mối liên hệ giữa tất cả những tham số thủy vật lý. Điều này
mạnh chủ yếu ở nhánh phía đông của hải lưu Na Uy. Trong đó biên giới
được theo dõi theo kết quả phân tích nhân tố tám biến − nhiệt độ, độ
phân cách nước của các hải lưu Bắc Đại Tây Dương và Na Uy dịch
muối, mật độ, hàm lượng ôxy và các građien của những đặc trưng đó
chuyển xuống phía nam tới vĩ tuyến 65°N. Ở phía bắc vùng tích cực năng
(bảng 5.6).
lượng biển Na Uy tại các vĩ độ 72−74° dải front cực quay ngoặt về phía
Thấy rằng cấu trúc mô hình thống kê tổng quát thay đổi từ mùa này
nam khoảng 300 km, điều này có lẽ là do sự tăng cường hoàn lưu xoáy
sang mùa khác: mô hình đơn giản nhất, gồm hai nhân tố chung, quan sát
thuận trong biển Grinlan và một phần dòng nước lạnh từ phía cực chảy
thấy vào mùa đông, mô hình phức tạp nhất (gồm bốn nhân tố chung) −
qua dãy núi ngầm Môna trong biển Na Uy [5, 267].
mùa hè; độ chính xác của mô hình thống kê cũng thay đổi tương ứng.
83
- Bảng 5.6. Tương quan giữa các nhân tố chung và các tham số xuất phát còn các trường nhiệt muối − vào một nhân tố chung khác, ngoài ra tại mặt
phương sai tương đối của nhân tố građien lớn hơn so với nhân tố nhiệt
Tham Mùa đông Mùa xuân Mùa hè Mùa thu
muối.
số
1 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4
Cấu trúc tương tự của nghiệm nhân tố được duy trì ở tầng 200 m
Tầng mặt
trong suốt năm không có biến đổi gì đáng kể từ mùa này sang mùa kia. Ở
−0,5 0,8 0,2 −0,6 0,7 −0,1 −0,3 0,8 −0,1 −0,2 −0,8 −0,1
T
đây chỉ có tỉ trọng tương đối của nhân tố là biến đổi − do giảm chênh lệch
0,1 −0,9 0,9 0,1 −0,1 0,9 0,0 0,1 0,6 −0,1 0,1 0,8
S
các đặc trưng nhiệt muối tại các front mà nhân tố građien đóng vai trò thứ
0,1 −0,5 0,8 0,1 −0,6 0,7 0,2 −0,5 0,5
σ 0,2 0,4 0,7
yếu so với nhiệt muối.
0,0 −0,9 0,0 −0,9 0,2 −0,9
0,2 0,1 0,1 0,2 0,9 0,1
O2
Mô hình thống kê phức tạp nhất được thấy vào mùa thu, khi đó với 4
ΓT 0,9 −0,2
0,9 0,2 0,0 0,9 0,0 0,1 0,1 0,9 0,2 0,1
nhân tố chung mô tả được 87% phương sai của các trường xuất phát.
ΓS −0,1 0,2 −0,9 −0,1 0,9 −0,1 0,0 −0,1 −0,3
0,2 0,1 0,9
Trong mùa này, phân bố không gian của các trường nhiệt độ và độ muối
Γσ 0,2 −0,9 0,3 −0,9 0,9 −0,1 −0,2 −0,2
0,9 0,1 0,0 0,3
rất bất hoà với nhau do những nguyên nhân hình thành dị thường của
ΓO 2 0,9 −0,3
0,9 0,1 0,1 0,9 0,1 0,0 0,1 0,9 0,4 0,1
chúng khác nhau. Phân bố độ muối tỏ ra rất không đồng nhất và thực
Tầng 200 m
chất, nó quyết định những dị thường phân bố không gian của trường mật
0,9 −0,1 0,9 0,9 −0,1
0,1 0,9 0,1
T
độ. Biến động các thành phần độ muối trong phương sai các biến xuất
0,7 −0,3 0,7 0,8 −0,1
0,2 0,6 0,2
S
phát được nhóm vào nhân tố chung thứ nhất, nhân tố này có vai trò lớn
−0,9 0,1 −0,9 −0,9 0,0 −0,9
0,1 0,2
σ
nhất trong thời kỳ này. Các trị số của các nhân tố độ muối 1, 4 đạt cực đại
−1,0 0,0 −1,0 −0,9 −1,0
0,0 0,0 0,0
O2
ở phần phía đông của vùng tích cực năng lượng biển Na Uy, tại vùng tiếp
ΓT −0,5 0,8 −1,0 −0,2
0,0 0,9 0,1 0,9
giáp với bờ Scanđinavi và, rõ rằng, chúng liên quan với hiện tượng lan
ΓS 0,1 −0,9
0,3 0,6 0,3 0,5 0,1 0,8
truyền nước lục địa nhạt trong lớp mặt độ dày dưới 150 m. Tại tầng sâu
Γσ −0,1 0,9 0,1 0,9 0,1 0,9 0,1 0,9
200 m cấu trúc nhân tố các trường thuỷ vật lý mùa thu thực tế không khác
ΓO 2 −0,6 0,8 −0,2 −0,3
0,9 0,9 0,1 0,9
các mùa khác.
Kết quả này có thể giải thích do mức độ cùng phản ứng của các đặc Trong các mùa xuân và hạ, mức phức tạp liên hệ của các trường
trưng thủy vật lý đối với tác động tổng cộng từ bên ngoài biểu hiện khác trong lớp 200 m ở biển Na Uy mang tính chất trung gian từ mùa đông
nhau. Thực vậy, vào mùa đông, khi lớp hoạt động của vùng tích cực năng sang mùa thu và được mô tả bằng ba nhân tố chung. Theo mô hình thống
lượng biển Na Uy bị nguội lạnh mạnh mẽ, thì quá trình xáo trộn đối lưu kê, biến động không gian của trường nhiệt độ và những thành phần tham
phát triển là nguyên nhân liên hệ tương quan cao giữa nhiệt độ, độ muối, số khác liên quan với nó đóng vai trò chính hình thành bất đồng nhất −
mật độ và ôxy. phần đóng góp của nhân tố nhiệt độ bằng gần 40% trong thời kỳ
Trong dải front cực duy trì các građien lớn kết hợp với những xuân−hè. Khác với mùa đông, bây giờ đã có sự bất hoà đáng kể giữa
chuyển động giáng mạnh mẽ [5, 51, 124, 139]. Những nguyên nhân này phân bố nhiệt độ và độ muối, điều này rút ra từ chỗ thành phần nhiệt và
tạo ra sự liên kết phần lớn những chỉ tiêu građien vào một nhân tố chung, thành phần muối đã tách riêng ra, gia nhập vào các nhân tố chung khác
84
- nhau. Trên hình 5.13 biểu diễn dòng vận chuyển nhiệt kinh hướng theo các
mùa trong lớp 0−200 m: sự hiện diện của các ổ tích tụ nhiệt quy mô vừa
Như vậy, mô hình nhân tố phát hiện và mô tả định lượng sự bất đồng
chính là đặc trưng cho mùa hè và mùa thu. Ngoài ra, trên hình này cũng
nhất cấu trúc không gian của tập hợp các tham số thuỷ vật lý lớp hoạt
khá rõ vai trò của các đới phân cách front trong sự vận chuyển nhiệt.
động ở biển vùng tích cực năng lượng biển Na Uy như một hệ thống nhất.
Trong các mùa chuyển tiếp ta thấy dòng nhiệt do hải lưu Bắc Đại Tây
Tính chung nhất cao của các tham số, quan sát thấy vào mùa đông, dần
Dương mang theo nước vào biển Na Uy giảm rõ rệt. Sự dịch chuyển theo
dần bị phá huỷ dưới tác động của các lực; vào mùa xuân biến động nhiệt
đới của nhánh Fare − Aixơlen của dải front cực từ mùa này sang mùa kia
độ và độ muối đã bị cưỡng bức tham số hoá một cách tách biệt nhau. Cực
hình thành và cường hoá dòng nhiệt kinh hướng ở phần phía nam và phần
đại bất hoà các tham số xảy ra vào mùa thu, khi này các trường građien
trung tâm biển Na Uy.
nhiệt độ và độ muối được tham số hoá riêng biệt.
Đối với mùa xuân, quá trình vận chuyển nhiệt có tính địa phương:
Muốn đánh giá mức mang tin của các biến được đưa vào nghiên cứu,
sự vận chuyển nhiệt nhiệt xảy ra trong một luồng hẹp của nhánh phía
phải nhận thấy ý nghĩa nổi trội của nhiệt độ như là một dấu hiệu mô tả tin
đông của hải lưu Na Uy nằm dọc theo bờ Scanđinavi. Đến mùa thu dòng
cậy nhất những bất đồng nhất không gian của các tham số nghiên cứu
nhiệt này quay hướng sang phía tây ở vĩ độ 66° do ảnh hưởng đới phân
trong các mùa đông, xuân và hè. Ngoại trừ mùa thu, khi này mức mang
cách front nước lục địa từ bán đảo Scanđinavi. Nói cách khác, vào mùa
tin của trường nhiệt độ và trường độ muối nói chung như nhau (vai trò
thu những đặc điểm địa phương trong phân bố thế năng đã dẫn tới biến
của tham số sau có phần trội hơn một ít).
đổi cấu trúc các trường thủy vật lý nói chung.
Những kết quả phân tích thống kê đa chiều trên đây có thể có được
Cuối cùng, khi chuyển từ mùa thu sang mùa đông, trong một thời
lý giải một cách có cơ sở về phương diện năng lượng. Khi xét biến trình
khoảng ngắn đã diễn ra sự tái sắp xếp các mối liên hệ của tất cả các
mùa của cấu trúc các trường thủy vật lý lớp mặt vùng tích cực năng lượng
trường thủy vật lý, giảm nội năng và tăng sự đồng thuận giữa phân bố
biển Na Uy về phương diện này, phải chú ý tới đặc điểm không đồng đều
không gian của nội năng và thế năng.
không gian của quá trình tích tụ và tiêu hao năng lượng trong chu kỳ
năm. Phân bố không gian của nội năng và thế năng trong mùa đông được Theo hình thái không gian của các lớp đã phân tích được, có thể thấy
là trơn hơn cả và đồng thuận với nhau. Từ lúc bắt đầu nửa ấm trong năm, sự hiện diện trong tất cả các mùa của một hệ thống rẽ nhánh những đới
nội năng dần dần tăng lên và thế năng giảm chậm và quá trình bất hoà lẫn front, nằm ở các biên giới giữa các khối nước nguồn gốc khác nhau. Độ
nhau tăng dần. dài tổng cộng của các dải front ở lớp hoạt động vùng tích cực năng lượng
biển Na Uy bằng khoảng 7 ⋅ 10 3 km, tổng thể tích nước − gần 5 ⋅ 10 3 km3.
Đến mùa thu thì sự khác biệt phân bố không gian của các loại năng
lượng trở nên cực đại, đồng thời số lượng các dị thường năng lượng cục bộ Có thể quy ước chia các đới front thành hai kiểu: kiểu dải và kiểu
so với nền chung của biển cũng cực đại. Chính là vào mùa hè và mùa thu bắt vết. Các front kiểu dải phổ biến nhất trong vùng đang xét dưới dạng
đầu hình thành dáng dấp của những ổ cấu trúc nhiệt động lực trong vùng tích những đới biến tính trải dài như dải front cực và những nhánh của nó:
cực năng lượng biển Na Uy, mà ta phát hiện được theo dữ liệu trung bình nhánh Fare − Setlen và nhánh Fare − Ianmaien. Chiều rộng của các dải
năm. front này thường không quá 200 km, tại một số đoạn chúng có thể suy
85
- thoái thành những đường. Đặc điểm này là điển hình của dải front nhánh đảo của nhân tố nhiệt (nhân tố 1) trong đới front cực. Ở đây để so sánh có
Fare − Ianmaien, tổng độ dài các đoạn suy thoái tới 400 km. dẫn cả kết quả phân tích đối với đới front Scanđinavi, trong đó cấu trúc
liên hệ hoàn toàn khác: tương quan nhiệt độ và độ muối thực tế không tồn
Những front có dạng những vết với građien lớn thường quan sát thấy
tại ( r = 0,1 ... 0,2 ), trường mật độ bị quy định bởi biến động độ muối
ở hai vùng của vùng tích cực năng lượng biển Na Uy: trên thềm lục địa
( r = 0,68 ). Trong mô hình nhân tố nhân tố độ muối có vị trí đầu tiên về
Scanđinavi và trên vùng tây bắc trong đới hải lưu Đông Grinlan. Kích
mức ý nghĩa.
thước dọc và ngang của những đới front này thực tế gần như nhau và
bằng khoảng 500 km. Biến động mạnh nhất của các đặc trưng đới front từ mùa sang mùa
diễn ra trong lớp mặt dày 100 m. Điều này trước hết liên quan tới sự xuất
Nét điển hình là những front dạng vết tập trung trong lớp 100 m gần
hiện, di chuyển, cường hoá và suy yếu của các vết front ở phía tây bắc và
mặt và ở sâu hơn không phát hiện thấy. Trong khi đó những front dạng
phía đông nam vùng nghiên cứu nơi diễn ra sự tương tác của các khối nước
dải quan sát thấy rõ nét trong lớp 200 m và thậm chí tại các độ sâu đến
có độ muối khác nhau. Biến động của front thềm lục địa Scanđinavi rõ ràng
600 m. Rõ ràng đặc điểm này là hệ quả của những cơ chế khác nhau hình
được gây bởi ba nhóm nhân tố cơ bản: cường độ dòng nước ngọt lục địa;
thành các đới front ở vùng tích cực năng lượng biển Na Uy.
cường độ bình lưu nước độ muối cao từ hải lưu Na Uy và nước lợ từ hải
Như đã biết, trong các đới front diễn ra sự biến tính của phần lớn các
lưu Baltic; những quá trình động lực địa phương, tính chất thủy triều quyết
tham số thủy vật lý: trong công trình [189] của K. N. Feđorov đã đề xuất
định tốc độ xáo trộn nước bên trong vết front.
xem xét trước hết biến động nhiệt độ, độ muối và mật độ như là những
chỉ tiêu giàu thông tin nhất về bản chất vật lý của các front. Để nghiên Bảng 5.7. Liên hệ giữa các tham số thủy vật lý và các nhân tố chung
bên trong các đới front trong lớp 0−200 m, mùa thu
cứu liên hệ thống kê giữa các tham số bên trong những đới front, chúng
tôi sử dụng hệ phương pháp phân tích nhân tố. Nhân tố
Xây dựng những mô hình nhân tố cục bộ như vậy cho các đới front Tham số 1 2 3 4 1 2 3 4
cho phép phát hiện và mô tả định lượng về mối liên hệ tương hỗ của các Đới front cực Đới front Scanđinavi
trường nhiệt độ, độ muối, mật độ. Khi phân tích sẽ thấy được tính bất
0,8 0,1 0,3 0,2 0,2 0,7 0,1 0,1
T
đồng nhất của các mối liên hệ và sự phụ thuộc của chúng vào hình thái S 0,2 0,9 0,0 0,4 0,9 0,1 0,4 0,0
không gian đới front. 0,7 0,4 0,1 0,1 0,8 0,4 0,3 0,1
σ
−0,7 −0,2 −0,9
0,2 0,0 0,1 0,0 0,1
O2
Với đoạn front cực nằm dọc kinh tuyến số 0 và dọc eo Fare −
ΓT 0,4 0,0 0,8 0,3 0,0 0,4 0,1 0,9
Aixơlen nhận thấy nét đồng thuận rõ rệt giữa biến động nhiệt và biến
ΓS 0,1 0,3 0,4 0,7 0,5 0,0 0,8 0,1
động muối và sự trùng dấu biến động: hệ số tương quan cặp nhiệt độ và
độ muối bên trong dải front cực r = 0,6 . Liên hệ giữa nhiệt độ và mật độ Γσ 0,0 0,2 0,7 0,6 0,7 0,1 0,7 0,2
cao hơn liên hệ giữa độ muối và mật độ, điều này tạo cho biến động nhiệt ΓO 2 −0,3 −0,1 −0,2
0,9 0,2 0,2 0,0 0,8
độ có vị trí đầu tiên, quan trọng nhất trong mô hình nhân tố. Từ bảng các −4 −4
αT 2,8 ⋅ 10 0,7 ⋅ 10
kết quả phân tích nhân tố đối với mùa thu (bảng 5.7) thấy rõ vai trò áp −4
11,4 ⋅ 10 −4
βT 1,2 ⋅ 10
86
nguon tai.lieu . vn
