NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG NƯỚC TRỒI TẠI VÙNG BIỂN NAM TRUNG BỘ THEO SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHOA HỌC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO
*****

LƯU MAI PHƯƠNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG NƯỚC TRỒI TẠI VÙNG BIỂN
NAM TRUNG BỘ THEO SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN

HÀ NỘI, 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHOA HỌC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO
*****

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG NƯỚC TRỒI TẠI VÙNG BIỂN
NAM TRUNG BỘ THEO SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN

Chuyên ngành: Khí tượng thủy văn biển
Mã ngành
:
Sinh viên thực hiện: Lưu Mai Phương
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Lân

HÀ NỘI, 2017


LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN
Dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của TS. Nguyễn Hồng Lân đồ án
“Nghiên cứu hiện tượng nước trồi tại vùng biển Nam Trung Bộ theo số liệu nhiệt độ
bề mặt biển.” đã được hoàn thành vào tháng 5 năm 2017.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới
TS. Nguyễn Hồng Lân. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn cho em trong suốt quá
trình thực hiện bài đồ án này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy, cô trong khoa Khoa học
Biển và Hải đảo đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập
và hoàn thành đồ án.
Em xin cảm ơn các thầy, cô trong hội đồng chấm đồ án đã cho em những lời
nhận xét và những ý kiến quý báu.
Trong khuôn khổ của Đồ án Tốt nghiệp, do điều kiện có hạn nên không thể
tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp
quý báu của các thầy, cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Lưu Mai Phươn


MỤC LỤC


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài

Trong các quá trình thuỷ văn, động lực ở biển và đại dương, nước trồi
(upwelling) là hiện tượng đặc biệt, do nhiều nguyên nhân, thường xuất hiện ở vùng
biển ven bờ. Trên thế giới, các vùng nước trồi được biết đến ở nhiều nơi, như: bờ tây
Hoa Kỳ, Peru, Maroc, Nam Phi, Tây Australia, ven bờ Ấn Độ, Thái Lan… Trong
vùng biển Việt Nam, một vùng nước trồi quan trọng đã được thấy ở vùng ven bờ
Nam Trung Bộ Hiện tượng nước trồi ở biển nước ta đã được phát hiện và chú ý
nghiên cứu từ lâu. Những dấu hiệu về nước trồi ở vùng biển ven bờ miền Trung đã
được các nhà khoa học Pháp (Chevey, 1933, 1934; Krempt và Chevey, 1936) ở Viện
Hải dương học Đông Dương phát hiện từ đầu những năm 30 của thế kỷ trước. Ý
tưởng này còn được củng cố qua phân tích số liệu đo đạc thu được trong Chương
trình NAGA (1959-1961) ở vùng biển phía Nam Việt Nam. Tuy nhiên, những nghiên
cứu tương đối toàn diện về nước trồi, với nội dung nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh,
chỉ được thực sự tiến hành có kết quả trong các Chương trình nghiên cứu biển cấp
Nhà nước, cụ thể là các Chương trình: 48B (1981-1990), và nhất là Chương trình
KT.03 (1991-1995) với đề tài KT.03, 05 do Viện Hải dương học tổ chức thực hiện.
Với những dữ liệu mới này, lần đầu tiên đã có hiểu biết rõ ràng về một số yếu tố cơ
bản của vùng nước trồi ven bờ Nam Trung Bộ và đã xác định được những nguyên
nhân cơ bản của sự hình thành nước trồi ở vùng biển này là tác động của gió mùa
Tây Nam, chế độ dòng chảy, địa hình bờ và đáy biển, sự phân tầng nước biển và một
yếu tố nữa đó là nhiệt độ bề mặt nước biển. Dựa vào yếu tố nhiệt độ bề mặt nước
biển người ta có thể xác định được khu vực nào có nước trồi. Qua phân tích các số
liệu về nhiệt độ bề mặt nước biển tại các vùng ven bờ Nam Trung Bộ ta có thể xác
định được một số phạm vi không gian có ảnh hưởng của nước trồi trải dài từ Ninh
Thuận tới Bình Thuận. Những kết quả nghiên cứu trên đây về nước trồi vùng biển
Nam Trung Bộ còn được mở rộng và nâng cao hơn với những kết quả nghiên cứu
gần đây của Chương trình hợp tác nghiên cứu giữa Viện Hải dương học Nha Trang
với các Viện nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học biển của CHLB Đức về vùng nước
ven bờ Nam Trung Bộ. Với các phương tiện trang thiết bị hiện đại, thời gian nghiên
1

cứu dài và liên tục, phạm vi khảo sát mở rộng hơn nhiều so với trước đây cả về chiều
rộng và chiều sâu, có thể coi các kết quả đạt được của Chương trình nghiên cứu này
như một bước tiến mới trong công cuộc nghiên cứu nước trồi ở nước ta. Đây là
những cơ sở và định hướng quan trọng cho các hoạt động nghiên cứu tiếp theo trong
giai đoạn tới, nhằm từng bước hoàn thiện các nội dung nghiên cứu, để tiến tới có
được sự hiểu biết toàn diện, đầy đủ và vững chắc về nước trồi ở nước ta, ứng dụng
có hiệu quả vào hoạt động của các ngành sản xuất, quốc phòng, dịch vụ trên biển,
đóng góp tích cực vào sự phát triển kinh tế - xã hội biển nước ta.
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
1.2.1 Mục tiêu chung
Nghiên cứu đánh giá sự phân bố nhiệt độ bề mặt để phát hiện ra các vùng có khả
năng có nước trồi tại vùng biển khu vực Nam Trung Bộ.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể
Sử dụng số liệu nhiệt độ bề mặt nước biển tại vùng biển khu vực Nam Trung Bộ
nhận biết được những khu vực có nước trồi.
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Thu thập số liệu nhiệt độ bề mặt khu vực nghiên cứu.
- Đánh giá phân bố nhiệt độ bề mặt nước biển khu vực biển Nam Trung Bộ.
- Nghiên cứu sự phân bố của nhiêt độ bề mặt nước biển tới vùng nước trồi ở khu
vực nghiên cứu và trên cơ sở đó để phát hiện ra những vùng có khả năng có nước
trồi vùng biển khu vực Nam Trung Bộ.

2


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1

Tổng quan

Hiện tượng nước trồi trong vùng biển Việt Nam đã được chú ý tới từ việc phát
hiện các dấu hiệu đầu tiên, trong các công trình khảo sát về chế độ thuỷ văn động
lực ở vùng biển Việt Nam và Đông Dương vào đầu những năm 70 thế

kỷ trước.

Trong các hoạt động khảo sát về thuỷ văn và vùng biển Đông Dương vào các
năm 1932 - 1934, kết quả được công bố trong các báo cáo tường trình của Viện
Hải dương học Nha Trang (P. Chevey 1933, 1934, A. Krenpf es p. Chevey 1936),
đã có đề cập tới hệ dòng chảy nóng tầng mặt và

hệ dòng chảy lạnh tầng sâu

thường trực dọc ven bờ biển Việt Nam theo chiều bắc nam ngay cả trong mùa gió
Tây Nam tạo nên sự đối kháng giữa hai khối nước này. Lưới nước lạnh dưới
250C đã đi xa hơn xuống phía nam, trong khi khối nước nóng trên 250C lại đi xa
hơn về phía bắc. Có thể coi đây như những dữ liệu đầu trên làm liên tưởng đến
hiện tượng nước trồi trong khu vực biển ven bờ này của Việt Nam. Điều đáng chú
ý là hiện tượng này lại đi liền với sự giảm sản lượng của cá Mói dầu (Dorosoma)
và cá Nục (De capterun) ở vùng phía nam và tăng cao ở vùng phía bắc, cũng trong
thời gian đó. Đây là những loài cá nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ nước biển vì
vậy cũng đã có ý kiến về sự liên hệ nào đó giữa sự thay đổi sản lượng cá với sự
biến đổi nhiệt độ nước biển có nguyên nhân từ nước trồi. Cũng ở mức độ phát hiện
về nước trồi, còn phải kể đến các nghiên cứu trong vùng biển Nam Việt Nam
trong thời gian tiếp theo của Chương trình NAGA (1959 - 1960) của các tác giả
Wyrtki (1961), Robinson (1961), LaFond (1961). Có thể coi đây như giai đoạn đầu
của việc nghiên cứu nước trồi trong vùng biển Việt Nam.
Giai đoạn thứ hai, có thể kể các hoạt động nghiên cứu mang tính chuyên đề về

nước trồi, được thực hiện trong thời gian 1980 đến 1995, sau khi kết thúc chiến
tranh ở Việt Nam, trong khuôn khổ các chương trình điều tra nghiên cứu biển cấp
Nhà nước như Chương trình Thuận Hải - Minh Hải (1978 - 1980), Chương trình
48.06 (1981 - 1985), Chương trình 48B (1986 - 1995) và nhất là Chương trình
3


KT.03 (1991 - 1995) với đề tài KT-03.05 do Viện Hải dương học Nha Trang chủ trì
tổ chức thực hiện. Lần đầu tiên, hiện tượng nước trồi ở vùng biển Việt Nam đã được
khảo sát, nghiên cứu một cách toàn diện tập trung ở vùng biển ven bờ Nam Trung
Bộ với nội dung tương đối hoàn chỉnh, bao gồm các vấn đề thuỷ văn động lực, thuỷ
hoá, địa chất, các hệ quả sinh thái của hiện tượng nước trồi, như một hiện tượng đặc
biệt của điều kiện tự nhiên và sinh thái, môi trường biển Việt Nam. Do điều kiện
kinh phí, phương tiện kĩ thuật và trình độ còn hạn chế nên hoạt động khảo sát còn
chưa nhiều chuỗi số liệu quan trắc đủ dài, phạm vi không gian nghiên cứu cũng chỉ
tập trung ở khu vực hẹp trong vùng đầm nước trồi mạnh trên thềm lục địa từ Ninh
Thuận tới Bắc Bình Thuận. Tuy nhiên, kết quả thực hiện trong giai đoạn này có thể
coi là một bước tiến mới trong cuộc nghiên cứu hiện tượng nước trồi ở biển Việt
Nam, từ những phát hiện ban đầu đã có được những hiểu biết về hiện tượng đặc biệt
này ở biển Việt Nam. Đây là lần đầu tiên, đã tiến hành đo đạc một cách đồng bộ,
liên tục các yếu tố điều kiện tự nhiên, đánh giá tác động sinh thái và môi trường của
vùng nước trồi mạnh ở biển ven bờ và thềm lục địa Nam Trung Bộ Việt Nam.
Kết quả nghiên cứu trong giai đoạn này đã cho ta hiểu biết bước đầu về những
vấn đề cơ bản của hiện tượng nước trồi mang tính đại diện ở vùng biển Việt Nam.
Theo đó, nhưng nguyên nhân chính gây nên nước trồi là tác động của gió mùa Tây
Nam, hiện trạng địa hình đáy biển, bờ biển và sự phân tầng nước biển trong vùng
biển này. Trường gió mùa nước Tây Nam trong vùng nước trồi nghiên cứu khá phức
tạp, biến động mạnh theo không gian và thời gian. Tồn tại xoáy thuận khí quyển cục
bộ tại vùng biển Ninh Thuận đã thấy rõ những biến động gió chu kỳ ngày đêm, chu
kỳ Sinop (từ 2 - 3 đến 9 - 10 ngày đêm), chu kỳ năm và chu kỳ nhiều năm 18 năm.

Hình thái địa hình biến đổi khá phức tạp. Hướng tổng thể của đường bờ nổi, cũng
như đường bờ ngầm làm với hướng gió một góc thuận lợi cho sự phát sinh hiện
tượng nước trồi mạnh. Nước biển phân tầng khá mạnh theo phương ngang cũng như
phương thẳng đứng, tạo thành các đới front thuỷ văn đi qua khu vực nghiên cứu và
lớp nhảy vọt khá mạnh ngay trên thềm lục địa. Bằng số liệu đo đạc dài ngày dòng
chảy đã xây dựng được bản đồ dòng chảy trung bình phản ánh khá tốt hoàn lưu xoáy
thuận cục bộ trong khu vực. Bằng phương pháp mô hình hoá toán học đã có được
4


bức tranh phân bố dòng chảy ngang và dòng trồi phù hợp với số liệu đo đạc
Qua phân tích các yếu tố thuỷ văn đã xác định được nhiều đặc trưng quan trọng
của hiện tượng nước trồi trong khu vực. Nước trồi có thể tồn tại trên dải ven bờ và
thềm lục địa từ Bình Thuận đến Bắc Bình Thuận. Nước trồi xuất phát từ tầng sâu
100-125m và đó chỉ gây tác động mạnh trong lớp nước từ mặt biển đến các tầng
này. Nước trồi tồn tại từ tháng 5 đến tháng 9, mạnh nhất vào tháng 7, 8. Tại tâm
nước trồi mạnh, tốc độ trôi dạt có giá trị lớn nhất ở các tầng 100- 125m, càng lên
trên càng bé và bằng 0 tại mặt biển. Trong dao động chu kỳ Sinop, tốc độ trôi có thể
đạt từ 10-1 - 10-2cm/s.
Mặc dầu tâm nước trồi mạnh tồn tại ở vùng biển Ninh Thuận, Bắc Ninh Thuận,
nhưng vùng có hiệu quả sinh thái cao nhất lại nằm ở tam giác Cà Ná - Phú Quý Phan Thiết, nằm ở rìa phía Tây Nam của tâm nước trồi mạnh. Trong phạm vi vùng
tam giác này, tồn tại các điều kiện sinh thái môi trường cực kỳ thuận lợi cho sự phát
triển đời sống sinh vật như: địa hình đáy với độ gồ ghề lớn, các front thuỷ văn cường
độ mạnh, hàm lượng các chất dinh dưỡng thích hợp, năng suất sinh học sơ cấp cao,
sinh vật nổi phù dù, sinh vật đáy, phát triển số lượng trứng cá, cá con nhiều, vì vậy
một số hải sản như cá, sò lông, điệp quạt có sản lượng cao.
Với các kết quả, dữ liệu thu được, Viện Hải dương học Nha Trang đã xây dựng và
công bố (1990) một tập Bản đồ về phân bố các điều kiện tự nhiên, sinh thái môi
trường, nguồn lợi hải sản của vùng nước trồi Ninh Thuận - Bình Thuận, tỷ lệ 1:
5.000.000, cùng với một Tuyển tập các công trình nghiên cứu về nước trồi ở vùng

biển Nam Trung Bộ.
Giai đoạn tiếp theo của công cuộc nghiên cứu nước trồi ở biển Việt Nam được
bắt đầu bằng chương trình hợp tác nghiên cứu Biển tập trung vào vùng nước trồi
ở vùng biển Nam Trung Bộ, giữa Viện Hải dương học Nha Trang, và các Viện
Nghiên cứu của biển Bantic (Warnemuende) Viện Sinh Địa hoá và Hoá học
(Hamburg) của CH Liên Bang Đức được thực hiện từ 2003 - 2006. Chương trình
đã thực hiện các chuyến khảo sát có quy mô không gian lớn hơn gấp 3 - 4 lần

5


các khu vực khảo sát trước đây, độ sâu ra tới 1500m với các phương tiện thiết bị
hiện đại. Thời gian khảo sát cũng đủ hai mùa gió chính và hai mùa chuyển tiếp,
có những chuỗi đo kéo dài trong 1 năm ở độ

sâu 600-1200m. Nội dung nghiên

cứu của Chương trình này bao gồm:
- Các đặc trưng vật lý của hiện tượng nước trồi, sự hình thành, biến đổi theo
chu kì ngắn (Sinop) và chu kỳ dài (gió mùa, Elnino, Lanina).
- Hiện tượng dòng chảy và cấu trúc của nó trong khu vực.
- Tác động của nước trồi lên các điều kiện thuỷ văn, thuỷ hoá, sinh thái học
trong khu vực.
- Tác động của lưỡi nước lạnh đi về phía nam và nước ấm đi về phía bắc.
- Xác định khu vực phân bố và các biên của vùng nước trồi (sử dụng kỹ thuật
viễn thám).
- Mô phỏng hệ dòng chảy kích thước nhỏ cho vùng nước trồi và thềm lục địa
Việt Nam. Mô hình HAMSON và 3D tuyến tính, phi tuyến.
Với một khối lượng đồ sộ dữ liệu thu được bằng các phương tiện kỹ thuật
hiện đại đảm bảo tin cậy, Chương trình hợp tác nghiên cứu về nước trồi có thể

coi là một bước nâng cao tầm hiểu biết và chất lượng các kết quả nghiên cứu về
nước trồi ở Việt Nam hiện nay.
1.2 Cơ sở lí luận
1.1.1 Hiện tượng nước trồi
Nước trồi là một quá trình động lực nổi bật trong đại dương nói chung và trong
Biển Đông nói riêng [The Encyclopedia of Oceanography, 1966]. Xét theo vị trí địa
lí trong đại dương, nước trồi được chia thành hai loại: nước trồi ngoài khơi và nước
trồi ven bờ, hay nước trồi vùng bờ (coastal upwelling). Nước trồi ven bờ luôn đi
kèm với nhiều hệ quả nhất định, mà trước hết phải kể đến hệ quả sinh thái và vùng
rìa của các tâm nước trồi thường là vùng cho sản lượng đánh bắt hải sản cao. Ví dụ
đặc sắc nhất là vùng nước trồi Peru (Bảng 1.1). Đây là vùng có sản lượng hải sản
đánh bắt cao nhất thế giới. So với các vùng biển có chế độ gió mùa Tây Nam ở Bắc
6


Bán cầu, vùng nước trồi vùng bờ ở biển Nam Việt Nam cũng gây sự chú ý đáng
kể [Wyrtki K. 1961; LaFond E.C. 1963; The Encyclopedia of Oceanography,
1966].
Nước trồi và nước chìm là các hiện tượng thủy động lực học xảy ra rất phổ biến
trong biển và đại dương. Trong biển và đại dương, hiện tượng nước trồi và nước
chìm có thể được hình thành do sự phân kỳ và hội tụ của các hệ dòng chảy có quy
mô lớn và trung bình. Ngoài ra, ở các vùng thềm lục địa, do sự kết hợp của các
trường gió mùa với đặc điểm của địa hình đáy và đường bờ cũng thường hình thành
các vùng phân kỳ và hội tụ của dòng chảy. Từ đó xuất hiện hiện tượng nước trồi
trên vùng thềm lục địa. Ở biển và đại dương, hiện tượng nước trồi và nước chìm
chủ yếu được hình thành trong các vùng xoáy thuận và xoáy nghịch. Ở Bắc Bán
cầu, trong các xoáy thuận, dưới sự tác động của lực quay Trái đất, các chuyển động
của nước biển có xu thế chảy từ tâm ra ngoài, tạo ra một sự thiếu nước ở tâm và hậu
quả để thay thế lượng nước đã mất đi, nước lạnh và mặn từ các tầng sâu trồi lên
các tầng mặt theo định luật bảo toàn khối lượng (hình 1.1a). Đối với xoáy nghịch,

quá trình xảy ra ngược lại với xoáy thuận, tức là do ảnh hưởng của lực quay Trái
đất, nước biển từ các vùng rìa chảy vào tâm, tạo ra một sự dư thừa nước và hậu
quả dẫn đến nước ở tâm với nhiệt độ cao và độ mặn thấp sẽ chìm xuống các tầng
sâu (hình 1.1b). Ở Nam Bán cầu, quy luật hình thành các vùng nước trồi và vùng
nước chìm trong các xoáy thuận và xoáy nghịch xảy ra hoàn toàn ngược lại so với
Bắc Bán cầu.

7


(a )

(b)

Tâm
xoáy
nghịch

Tâm
xoáy
thuận

Hình 1: Mô phỏng quá trình vận chuyển nước trong xoáy
thuận (a) và xoáy nghịch (b) ở Bắc Bán cầu

Hiện tượng nước trồi cũng được hình thành ở vùng tạo trong trường hợp dòng
chảy bị phân kỳ do gặp phải sự biến đổi đột ngột hướng của đường bờ và địa hình
đáy có độ dốc thích hợp (hình 1.2) hoặc trong trường hợp khi dòng chảy phải chảy
qua đỉnh của các đồi ngầm nằm chặn trên đường di chuyển của các khối nước.
Ở ngoài các đại dương, các xoáy thuận và xoáy nghịch thường được hình thành ở

2 bên rìa của các hệ dòng chảy nóng và lạnh có quy mô lớn. Theo nhiều công trình
nghiên cứu ngoài nước [11, 12], các xoáy thuận và xoáy nghịch đã được hình thành
ở 2 bên rìa của hệ dòng chảy Kurosio ở bắc Thái Bình Dương và hệ dòng chảy ấm ở
bắc Đại Tây Dương - dòng chảy Gulstream (hình 1.2).

8


Xoáy nghịch (nước chìm)
A

C

Xoáy thuận (nước trồi)

Dòng chảy Gulstream (ở bắc Đại Tây Dương)

Hình 2: Mô phỏng sự hình thành các xoáy thuận và xoáy nghịch
ở hai bên rìa dòng chảy Gulstream do sự uốn cong của

1.2.2. Cơ chế hoạt động của nước trồi:

Hình 3:Hiện tượng nước trồi sửa đổi bởi D. Reed từ hình ảnh của J. Wallace và S.
Vogel, El Niño và Dự báo khí hậu. Hình ảnh được cung cấp bởi Sanctuary Quest 2002,
NOAA / OER

Khi có gió thổi song song với mặt biển, do sự ảnh hưởng của lực Coriolis và vận
tải Ekman làm cho nước bề mặt dịch chuyển ở khoảng 90 o về phía phải của hướng
gió ở Bắc bán cầu và phía bên trái của hướng gió trong Nam bán cầu và ma sát giữa
lớp đó và lớp bên dưới làm cho các lớp tiếp theo di chuyển theo cùng một

9


hướng. Điều này dẫn đến sự xoáy của dòng nước xuống cột nước. Khi đó lớp nước
tần sâu sẽ di chuyển lên thay thế lớp nước ở bề mặt.
1.2.3 Các yếu tố hình thành hiện tượng nước trồi
Có ba yếu tố chính gây ra hiện tượng nước trồi:
- Gió: Trong quy trình tổng thể của hiện tượng nước trồi, gió thổi qua bề mặt
biển theo một hướng đặc biệt, gây ra sự tương tác giữa gió và nước. Nước biển được
vận chuyển một góc 900 từ hướng gió do lực Coriolis và vận tải Ekman.
- Vận tải Ekman: làm cho lớp nước bề mặt di chuyển khoảng 45 0 so với hướng
gió, và ma sát giữa lớp nước bề mặt với lớp nước bên dưới lam cho các lớp tiếp theo
di chuyển theo cùng một hướng. Điều này dẫn đến sự xoáy của dòng nước xuống cột
nước.
- Lực Coriolis: Ở Bắc Bán Cầu, nước được vận chuyển về phía phải của hướng
gió. Ở Nam Bán Cầu, nước được vận chuyển về phía bên trái của hướng gió.
Nếu chuyển động ròng này của nước biển xảy ra khác nhau, thì sự trồi lên của
nước ở tầng sâu sẽ xảy ra để thay thế cho lớp nước đã dịch chuyển.
1.2.4 Sơ đồ động lực vùng nước trồi
Tổng hợp các kết quả khảo sát đo đạc và nghiên cứu chuyên về nước trồi vùng
bờ biển, đại dương thế giới nói chung và Nam Việt Nam nói riêng, có thể đề xuất
một sơ đồ động lực cho vùng biển nước trồi Nam Việt Nam. Ở đây cũng cần phải
điểm lại một số quá trình động lực và điều kiện địa lí có vai trò quan trọng trong quá
trình hình thành và phát triển nước trồi Nam Việt Nam. Trước hết phải nêu là đặc
điểm đường bờ biển Nam Việt Nam, nó có thể chia thành hai đoạn: đoạn 1 từ khoảng
Vũng Tàu đến mũi Đá Vách, đoạn 2 từ mũi Đá Vách trở lên phía bắc (Hình 2, 3).
Đoạn 1 có hướng gần nam bắc và đoạn 2 có hướng gần nam bắc. Một trong những
lực thành tạo nước trồi quan trọng nhất là gió. Trong vùng biển nước trồi Nam Việt
Nam ngự trị gió mùa và đặc điểm biến đổi nổi bật nhất (Nguyễn Kim Vinh, 1997) đó
là trong mùa gió tây nam (mùa tạo nước trồi) gió có hướng chính là tây nam hoặc

10


nam và các hướng gió chính này biến đổi với chu kỳ khoảng 8 – 10 năm. Vì vậy, ở
đây đưa ra hai sơ đồ ứng với hai trường hợp gió chính nêu trên.
+ Trường hợp gió chính là Tây Nam
Trong trường hợp này, do gió chính có hướng Tây nam (véctơ 1) gần như dọc
đoạn bờ 1 nên dòng tầng mặt (véctơ 2) ở vùng biển đoạn bờ 1 có hướng gần như tây
nam, ở vùng đoạn bờ 2 hướng dòng có thể lệch so với hướng tây nam (Hình 4).
Dòng tầng mặt tạo vận chuyển Ekman từ bờ ra và gây nên nước trồi (véctơ 3) vùng
bờ (Wyrtki, 1961). Dòng dưới tầng mặt hướng bắc nam (véctơ 4) khi gặp thềm lục
địa Nam Việt Nam, một phần đi lên (véctơ 5) và tham gia vào quá trình tạo nước trồi
(Hình 4).

Hình 4. Sơ đồ hoàn lưu vùng biển nước trồi Nam Việt Nam mùa gió mùa tây nam trong trường
hợp hướng gió chính là tây nam

+ Trường hợp gió chính là gió Tây
Gió chính có hướng tây (véctơ 1) nên dòng tầng mặt (véctơ 2) ở vùng biển đoạn
bờ 1 có hướng tây là chủ yếu, ở vùng đoạn bờ 2 hướng dòng có thể là hướng tây
hoặc lệch so với hướng tây (Hình 5). Hình thành một dòng chảy mạnh hướng đông
từ bờ biển Nam Việt Nam ra, ở khoảng vĩ độ 11-120 N (Dippner và cs., 2007). Dòng
tầng mặt vẫn có khả năng tạo vận chuyển Ekman và gây nên nước trồi (véctơ 3)
vùng bờ. Dòng dưới tầng mặt hướng bắc nam (véctơ 4) khi gặp thềm lục địa Nam
Việt Nam, một phần đi lên (véctơ 5) và tham gia vào quá trình tạo nước trồi. Ở phía

11


bắc ngoài khơi biển Việt Nam thường hiện diện xoáy nghịch và ở ngoài khơi thềm

lục địa Nam Việt Nam thường hiện diện xoáy thuận (Wu và cs., 1998). Trong trường
hợp hướng gió mùa tây nam là hướng tây, xoáy nghịch phía bắc (đường 7) có thể
phát triển mạnh xuống phía nam, xoáy thuận phía nam (đường 6) có thể mạnh lên và
hai xoáy này có thể tham gia vào quá trình tạo nước trồi ở khu vực biển Nam Việt
Nam (Hình 5).

Hình 5. Sơ đồ hoàn lưu vùng biển nước trồi Nam Việt Nam mùa gió mùa tây nam trong
trường hợp hướng gió chính là tây

1.2.5 Các công thức tính gián tiếp nước trồi
Các phương pháp đánh giá nước trồi được chia làm hai loại chính (Bryden,
1978; Arkhipkin, 1996), đó là: Phương pháp trực tiếp và phương pháp gián tiếp.
Các phương pháp trực tiếp đó là phương pháp tính thành phần thẳng đứng của
dòng chảy dựa trên các tính toán số trị từ các phương trình thủy nhiệt
- động lực học biển, mà xuất phát là hệ phương trình Navier-Stockes. Các

phương pháp gián tiếp đó là phương pháp tính dựa trên một số biểu thức liên hệ
giữa thành phần tốc độ thẳng đứng và các đại lượng vật lí khác, sử dụng các đặc
trưng đo được như dòng chảy, nhiệt độ và độ mặn nước biển. Trong thực tế người
ta thường dùng ba phương pháp cụ thể sau đây để tính toán gián tiếp nước trồi:
- Dựa trên độ nâng lên của mặt đẳng mật độ từ thời điểm nào đó đến một thời

điểm khác trong quá trình xảy ra hiện tượng nước trồi.
12


- Dựa theo nguyên tắc bảo toàn khối lượng và nhiệt (muối).
- Dựa trên cơ sở của hiện tượng phân kì dòng nằm ngang trong một số quá

trình hình thành nước trồi.

a. Tốc độ dòng thẳng đứng tại biên dưới của lớp Ekman tầng mặt
Tổng lượng nước vận chuyển từ bờ ra (M) theo mô hình Ekman và tính đến điều
kiện:
(1)

được tính theo công thức:
M=

(2)

Trong đó:
: Mật độ nước biển
: Ứng suất gió bề mặt
: Thông số Coriolis
Đối với nước trồi vùng bờ có thể áp dụng công thức (Brink và cs., 1980):
M=

(3)

Ở đây, :Thành phần tốc độ gió trực giao bờ.
Đối với thành phần vận chuyển nước trực giao bờ có thể áp dụng công thức
(Arkhipkin, 1996):
(4)

Trong đó:
: Thành phần ứng suất gió bề mặt theo phương trực giao bờ
: Tốc độ dòng thẳng đứng tại biên dưới của lớp Ekman bề mặt
: Bán kính đàn hồi tà áp Rossbi
13

,

(5)

: Vectơ gió
: Môdun tốc độ gió
(6)
N : Tần số Vaïsala-Brent
H

: Độ sâu biển

Từ đó có:
(7)
Hoặc:
(8)
b. Đánh giá tốc độ dòng thẳng đứng qua một số quá trình
Từ lí thuyết vật lí hải dương học, phương trình bảo toàn khuếch tán mật độ có
dạng như sau:
(9)
Trong đó:

: nhiệt độ thế
Hệ số khuếch tán rối ngang
Đối với nước trồi sinop (Hiện tượng nước trồi vùng bờ tạo bởi biến động sinop
của trường gió (Arkhipkin, 1996) vế phải của biểu thức (9) có thể bỏ qua. Vì trong
khoảng thời gian 5 ÷ 10 ngày thì vai trò của quá trình bình lưu vượt trội hơn hẳn vai
trò của quá trình khuyếch tán. Từ đó ta có:

14


(10)

Mặt khác (Arkhipkin, 1996),
(11)

Trong đó:
Mật độ tầng nước mặt
g : Gia tốc trọng trường
Suy ra:

(12)

Thường thì với các số liệu dòng chảy (u, v), nhiệt độ (T) và độ mặn (S) nước
biển đo tại nhiều tầng (Z) ở trạm liên tục ta có thể áp dụng phương pháp này để xác
dịnh nước trồi.
c. Đánh giá tốc độ dòng thẳng đứng tại bề mặt biển
Với xấp xỉ Boussinesque phương trình liên tục sẽ có dạng:
(13)

Kết quả của phép tích phân theo chiều thẳng đứng cho:
(14)

Trong đó,

và

là tốc độ thẳng đứng tại mặt biển (z2)và trên một tầng trung

gian (z1)
(15)

15


(16)

1.1.6 Vai trò
+ Nước tầng sâu di chuyển lên trên bề mặt, trong suốt thời kỳ nước trồi lên rất
giàu chất dinh dưỡng. Những chất dinh dưỡng "phân bón" bề mặt nước, kích thích sự
tăng trưởng của rong biển và phytoplankton. Những loài thực vật phù du này là cơ sở
năng lượng cuối cùng cho các quần thể động vật lớn trong chuỗi thức ăn, cung cấp
thức ăn cho cá, động vật có vú biển, chim biển và các sinh vật khác.
Do đó, các hệ sinh thái ven biển dọc theo bờ biển phía tây của Hoa Kỳ là một trong
những hệ sinh thái có năng suất cao nhất trên thế giới và hỗ trợ nhiều ngành thủy sản
quan trọng nhất trên thế giới. Mặc dù các khu vực bồi dồn ven biển chỉ chiếm một
phần trăm bề mặt đại dương, nhưng chúng đóng góp khoảng 50% lượng tàu đánh cá
trên thế giới.
+ Nước trồi cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong sự di chuyển của động
vật biển. Hầu hết các loài cá biển và động vật không xương sống đều sản xuất ấu
trùng, vi trùng, tùy theo loài, có thể trôi dạt trong nước trong vài tuần hoặc vài tháng
khi chúng phát triển. Đối với sinh vật biển trưởng thành sống ở vùng nước cạn gần
bờ, tầng nước thượng lưu di chuyển ra ngoài biển có khả năng di chuyển ấu trùng
trôi dạt cách xa môi trường sống tự nhiên của chúng, do đó giảm cơ hội sống sót.
+ Trong một số trường hợp, nước trồi có thể mang lại một hỗn hợp dinh dưỡng
cao cho các hệ sinh thái ven biển. Nó có thể bơm nước vào các vùng biển ven bờ với
các chất dinh dưỡng quan trọng có năng suất cao, nhưng nó cũng có thể cướp các hệ
sinh thái ven biển của con cái để bổ sung cho các quần thể ven biển.

+ Nước lạnh di chuyển lên bề mặt làm mát không khí trong khu vực. Điều này
thúc đẩy sự phát triển của sương mù biển.

16


+ Nước trồi đem lại nguồn thủy hải sản rất phong phú cho vùng biển đó mang lại
nguồn kinh tế cao cho nghề cá và đánh bắt thủy hải sản.
+ Khi hiện tượng nước trồi xuất hiện, sẽ đem đến rất nhiều những sinh vật khác
nhau làm cho vùng biển đó trở nên phong phú và đa dạng về loài.
2.7. Các mối đe dọa
+ Một mối đe dọa lớn đối với toàn bộ hệ sinh thái dinh dưỡng nước trồi là vấn
đề đánh bắt cá thương mại . Do các khu vực có nước trồi là các vùng có năng suất
thủy hải sản cao nhất và giàu có nhất trên thế giới, điều đó thu hút một số lượng lớn
ngư dân thương mại và nghề cá. Nó tạo ra một nguồn thực phẩm hữu hình và thu
nhập cho rất nhiều người và các quốc gia ngoài các động vật biển. Tuy nhiên, giống
như trong bất kỳ hệ sinh thái nào, hậu quả của việc đánh bắt quá mức từ một quần
thể có thể gây bất lợi cho số lượng loài và hệ sinh thái nói chung. Trong các hệ sinh
thái, mọi loài hiện diện đều đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ sinh
thái đó. Nếu một loài bị suy giảm đáng kể, sẽ có ảnh hưởng trong suốt phần còn lại
của mức dinh dưỡng. Có thể hệ sinh thái được khôi phục theo thời gian, nhưng
không phải tất cả các loài đều có thể phục hồi như vậy. Ngay cả khi những loài này
có thể thích nghi, thì có thể có sự chậm trễ trong việc tái thiết cộng đồng sống dậy.
Khả năng sụp đổ hệ sinh thái như vậy là rất nguy hiểm của nghề cá ở các khu vực
đang phát triển. Nghề cá có thể nhắm tới nhiều loài khác nhau, và do đó chúng là
mối đe dọa trực tiếp đối với nhiều loài trong hệ sinh thái, tuy nhiên chúng là mối đe
dọa cao nhất đối với cá biển trung gian.
+ Ngoài việc trực tiếp gây ra sự sụp đổ của hệ sinh thái do suy giảm về số lượng
cũng như chất lượng của các loài sinh vật, điều này có thể gây ra những vấn đề trong
hệ sinh thái thông qua nhiều phương pháp khác nhau. Động vật ở mức dinh dưỡng

cao hơn có thể không chết đói và chết đi, nhưng việc giảm nguồn cung cấp lương
thực vẫn có thể làm tổn thương đến các quần thể. Nếu động vật không có đủ thức ăn,
nó sẽ làm giảm khả năng sinh sản của chúng có nghĩa là chúng sẽ không giống như
thường hay thành công như thường lệ. Điều này có thể dẫn đến sự suy giảm về số
17


lượng, đặc biệt là ở những loài không thường xuyên gây giống trong điều kiện bình
thường hoặc trở nên trưởng thành về mặt sinh sản muộn trong vòng đời. Một vấn đề
nữa là sự suy giảm dân số của một loài do nghề cá có thể làm giảm sự đa dạng di
truyền, Dẫn đến giảm sự đa dạng sinh học của một loài. Nếu sự đa dạng loài đang
giảm đáng kể, điều này có thể gây ra vấn đề cho các loài trong một môi trường thay
đổi và nhanh chóng; chúng có thể không có khả năng thích nghi.
1.2 Cơ sở thực tiễn
1.2.1 Trên thế giới
1.2.2 Tại Việt Nam
Theo khảo sát và nghiên cứu của Hội nghị Khoa học và Công nghệ biển toàn
quốc lần thứ V. Trong khuôn khổ nghiên cứu này đã áp dụng cộng nghệ GIS và
phương pháp thống kê nhằm xác định thời điểm xuất hiện, quy mô phân bố, tâm
vùng nước trồi, với mục đích tìm ra các quy luật phân bố hiện tượng nước trồi ven
bờ biển Việt Nam.
Bảng 1. Diện tích vùng nước trồi của Biển Đông (1993-2009)
Stt

Năm

Tháng

Diện tích
(km2)

STT

Năm

Tháng

Diện tích
(km2)

1

1993

8

111864

31

2003

8

1596

2

1994

7

117456

32

2003

9

6084

3

1994

8

215371

33

2004

6

22209

4

1994

9

113049

34

2004

7

39779

5

1995

6

3607

35

2004

8

178113

6

1995

7

2093

36

2004

9

2240

7

1996

7

7824

37

2005

6

10581

8

1996

8

193369

38

2005

7

5508

9

1997

6

23993

39

2005

8

21536

10

1997

7

58855

40

2005

8

77747

11

1997

8

177271

41

2005

9

1440

12

1999

7

64033

42

2005

9

9598

13

1999

8

33106

43

2006

6

6880

14

1999

8

206894

44

2006

7

61697

15

1999

9

6899

45

2006

8

45457

16

1999

9

2291

46

2006

8

117642

18


17

2000

6

18563

47

2007

6

5311

18

2000

6

3344

48

2007

7

9196

19

2000

7

227973

49

2007

8

52165

20

2000

8

98662

50

2007

8

5104

21

2000

9

374681

51

2007

9

4100

22

2001

7

71565

52

2008

5

15827

23

2001

8

17488

53

2008

6

31741

24

2001

8

2183

54

2008

7

57765

25

2001

9

6547

55

2008

8

7799

26

2002

7

23245

56

2009

6

14257

27

2002

8

12913

57

2009

6

1784

28

2002

9

17144

58

2009

7

11869

29

2002

9

35426

59

2009

7

13904

30

2003

6

6332

60

2009

8

7479

Dựa trên số liệu thống kê bảng 1 (chuỗi số liệu nhiệt độ mực nước biển tầng mặt
khu vực ven biển Việt Nam từ năm 1993 - 2009), ta có thể nhận ra hiện tượng nước
trồi thường bắt đầu xuất hiện vào khoảng tháng 5 và kết thúc vào tháng 9 hàng
năm. Tuy nhiên cũng có một số năm hiện tượng nước trồi xuất hiện sớm hơn và kết
thúc muộn hơn. Dựa trên chuỗi số liệu trên cho thấy hầu hết các năm tồn tại hiện
tượng nước trồi vào khoảng tháng 7 và tháng 8 hàng năm. Đặc trưng cụ thể về biến
động về mặt phạm vi, cũng như vị trí tâm các vùng nước trồi như sau:
Căn cứ vào bảng số liệu thống kê trên ta thấy hầu hết các năm có tồn tại hiện
tượng nước trồi vào tháng 7. Trên hình 4 thể hiện sự biến động diện tích vùng nước
trồi vào tháng 7 hàng năm, thông qua biểu đồ cho thấy sự biến động về diện tích
vùng nước trồi khá là phức tạp, biến động từ vài chục nghìn km 2 cho đến vài trăm
nghìn km2, cụ thể giá trị diện tích nước trồi đạt cực tiểu vào khoảng 2093 km 2
(7/1995); đạt cực đại vào khoảng 374681 km2 (9/2000).

19