CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÁC TRƯỜNG THỦY VĂN VÀ HOÀN LƯU KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ VÀ BIỂN ĐÔNG Biển Đông là một vùng biển nửa khép kín ở Tây Thái Bình Dương có độ sâu lớn nhất hơn 5000m, trải rộng trên diện tích khoảng 3,5 triệu km2 từ 3oS đến 25oN và từ 99oE đến 121oE, nối liền với Thái Bình Dương qua eo biển Luzon, Sulu và eo Đài Loan. Biển Đông là một khu vực chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, ảnh hưởng mạnh nhất bởi trường gió Đông Bắc hằng năm với vận tốc trung bình lên đến 9 m/s trong mùa đông, trường gió mùa Tây Nam trên phần lớn Biển Đông yếu hơn với vận tốc trung bình khoảng 6 m/s và có phần nghiêng về hướng Nam ở phía Bắc Biển Đông về mùa hè. Chính sự biến đổi hoàn lưu khí quyển theo mùa trong đó mùa hạ và mùa thu là mùa bão, mùa đông và mùa xuân là thời kỳ gió mùa Đông Bắc dẫn đến các đặc trưng vật lý, động lực Biển Đông cũng có sự biến động rất lớn theo không gian và thời gian. Tính chất phức tạp này gây nhiều khó khăn trong tính toán, dự báo hoàn lưu biển phục vụ các bài toán khí tượng hải văn, lan truyền ô nhiễm, kiểm soát môi trường, v.1 Các nghiên cứu về các trường thủy văn và hoàn lưu khu vực Biển Đông Đã có rất nhiều nghiên cứu về cấu trúc hoàn lưu của Biển Đông và các vùng biển lân cận được công bố, các nghiên cứu này chủ yếu dựa trên: - Dữ liệu chế độ thủy văn và một số quan trắc thủy văn cụ thể; - Các đo đạc, quan sát bằng vệ tinh về mực nước, sóng, dòng chảy ; - Các mô hình số.
Cùng với sự gia tăng của các hoạt động hàng hải và quân sự trên khu vực Biển Đông đặc biệt trong thời kỳ chiến tranh thế giới lần thứ II, các quan trắc hoàn lưu trên toàn khu vực đã được tiến hành tương đối rộng khắp cho 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phép mô tả một số đặc trưng cơ bản nhất của hoàn lưu liên quan tới hoạt động của gió mùa trên biển. Các sơ đồ về hoàn lưu Biển Đông đã được công bố lần đầu tiên trong Atlas của Hải quân Mỹ năm 1945 [24] cho thấy đặc điểm cơ bản nhất của dòng chảy trên mặt là hiện tượng đổi hướng rõ rệt theo sự luân phiên của gió mùa. Trên các sơ đồ dòng chảy cũng đã thấy được sự hiện diện của một số xoáy quy mô vừa và nhỏ. Trong những thập niên tiếp theo nhiều chuyến khảo sát biển tổng hợp đã được tiến hành thông qua các hợp tác quốc tế và khu vực sử dụng các tàu khảo sát khoa học của Hà Lan, Mỹ, Nhật Bản, Liên Xô, Trung Quốc, v.
Sự tham gia của các nhà khoa học Việt Nam cũng từng bước được tăng cường và chủ động hơn, đặc biệt sau khi triển khai Chương trình nghiên cứu biển quốc gia, bắt đầu từ năm 1978. Trong phần lớn các chuyến khảo sát trên biển, hoàn lưu và các yếu tố thủy động lực khác luôn được xem là một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng của hầu hết các đề tài trong những chương trình nghiên cứu biển Việt Nam. Những kết quả phân tích tổng hợp số liệu thu thập được trong và ngoài nước được công bố trong một số công trình nghiên cứu về Biển Đông trong đó chế độ thủy động lực và hoàn lưu biển ngày càng được bổ sung và thể hiện rõ hơn. Đáng chú ý nhất là: - Bản đồ về dòng chảy bề mặt được xuất bản bởi Cơ quan Thủy văn của Hải quân Hoa Kỳ (1945) [24].
- Dựa trên phân tích sự trôi của tàu thuyền, Dale (1956) [19] đã đưa ra nhiều sơ đồ dòng chảy bề mặt Biển Đông. - Công trình mang tính tổng hợp của Wyrtki K (1961) [65] đã đưa ra các đặc trưng cơ bản biến động mùa của dòng chảy bề mặt trên toàn Biển Đông và các biển lân cận. Đây là công trình có tính bao quát lớn và đã được 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khoa học và ứng dụng cho kinh tế, quân sự và kiểm soát môi trường Biển Đông trong suốt hơn 50 năm qua. Cơ sở để xây dựng các bản đồ này chủ yếu là các số liệu khảo sát nhiệt độ theo độ sâu (BT, XT), nhiệt - muối - độ sâu (STD), nhiệt - độ dẫn điện - độ sâu (CTD), vị trí tàu và phao trôi trên mặt biển được thu thập và tổng hợp cho đến hết thập niên 50 của thế kỷ 20 [2].
Trong hơn 20 năm trở lại đây nhiều công trình nghiên cứu về các cấu trúc thủy văn và động lực Biển Đông đã được công bố trong đó phải nói đến trước hết là Báo cáo tổng kết đề tài 48B.01 thuộc chương trình biển 48B/86-90 do Võ Văn Lành làm chủ nhiệm (2001) [1]. Đề tài này có những kết quả nghiên cứu về cấu trúc các trường nhiệt độ, độ muối, tốc độ truyền âm, ô xi hòa tan của 4 mùa ở một số tầng sâu: tầng mặt, 10m, 50m, 100m, 200m, 500m, 1000m, 1500m. Trong đề tài này cũng đã đưa ra tập bản đồ dòng chảy trung bình mùa hè và mùa đông ở tầng mặt, 50m và 100m nhưng mới chỉ dừng lại ở độ phân giải 1 độ kinh vĩ. Luận án tiến sỹ của Đinh Văn Ưu (1983) đã mô phỏng chế độ nhiệt muối Biển Đông dựa vào hàm phân bố vạn năng.
Công trình của Đinh Văn Ưu và J. Brankart (1997) [54] mô phỏng biến đổi mùa của trường nhiệt độ, độ muối và khối nước trong Biển Đông và đề tài KHCN 06-02 (2000) [5] do Đinh Văn Ưu chủ trì nghiên cứu về cấu trúc 3 chiều thủy nhiệt động lực học Biển Đông với lưới tính 1/4 độ kinh vĩ đã chi tiết hơn nhiều. Những công trình về thủy triều có đề tài KT03.03/91-95 của Nguyễn Ngọc Thụy, trong đó có các nhóm nghiên cứu của Nguyễn Thọ Sáo, Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Lê Trọng Đào, Bùi Hồng Long, Đặng Công Minh, Trần Hồng Lam nghiên cứu về các mô hình thủy triều và năng lượng triều ở Biển Đông [2]. Hiện nay các mô hình thủy triều đã tương đối hoàn thiện.
14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phân bố dòng chảy và độ muối bề mặt Biển Đông. Mũi tên chỉ hướng dòng chảy ( a)- tháng tám, b)- tháng hai) Dựa vào kết quả của Wyrtki (1961) [65], Tomczak và Godfrey (1994) [52] tổng kết cấu trúc hoàn lưu bề mặt Biển Đông như ở hình 1. Độ cao động lực (0/1200 db, dyn·m) và trường dòng địa chuyển bề mặt ở Biển Đông.
Các xoáy Aw, Bw, Bs và Cs ( (a) mùa đông và (b) mùa hè theo Xu và nnk (1982) [68]) Xu và nnk (1982) [68] đã có những phân tích sâu hơn về hoàn lưu theo mùa ở Biển Đông dựa trên các dữ liệu quan sát lịch sử trong giai đoạn 1921- 1970. Các phân tích này chỉ ra cấu trúc hoàn lưu trung bình mùa trên toàn 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Biển Đông, còn được gọi là cấu trúc hoàn lưu tiêu biểu. Điểm mới trong nghiên cứu này là chỉ ra sự xuất hiện các xoáy trên Biển Đông (hình 1. Vào mùa đông có hai xoáy thuận gần bờ Tây của đảo Luzon (Aw) và ở Đông Nam bán đảo Đông Dương (Bw).
Vào mùa hè có hai xoáy nghịch xuất hiện ở Đông Nam bán đảo Đông Dương (Bs) và giữa quần đảo Hoàng Sa và bãi Macclesfield. Trong khi đó có một xoáy thuận xuất hiện ở phía Đông Việt Nam (Cs) làm cho hoàn lưu chính trở nên uốn khúc hơn. Xu và nnk (1982) [68] kết luận rằng hoàn lưu bề mặt trên Biển Đông nói chung là xoáy thuận trong mùa đông và xoáy nghịch vào mùa hè. Yu và Liu (1993) [73], sau đó Rong (1994) [44] cũng chỉ ra cấu trúc hoàn lưu tương tự, đặc biệt họ đã xác nhận sự xuất hiện của xoáy thông qua các nghiên cứu trường dòng địa chuyển bề mặt.
Zhou và nnk (1995) [81] cũng khẳng định những cấu trúc hoàn lưu này và các xoáy chính. Cũng có các nghiên cứu chỉ tập trung vào phía Bắc hoặc Nam Biển Đông. Chẳng hạn như đầu thập niên 70, Williamson (1970) [61], Chan (1970) [13], Watts (1971, 1973) [59, 60], và Uda và Nakao (1974) [53] cho rằng hoàn lưu bề mặt Bắc Biển Đông chủ yếu là dòng gây bởi gió và dòng hướng Đông Bắc là chủ yếu trong giai đoạn gió mùa Tây Nam, trong khi dòng Tây Nam lại nổi trội trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc. Xu và nnk (1982) [68] đã thực hiện thêm các nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc hoàn lưu Bắc Biển Đông.
Cấu trúc hoàn lưu nam biển Đông ít được nghiên cứu hơn. Sau đó Fang thống kê có bốn dòng chính ở tầng trên (0-400m) ở Nam Biển Đông: dòng bờ Tây Trường Sa, dòng bờ Đông Trường Sa, dòng Bắc Trường Sa và dòng ngược gió Trường Sa. 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngoài ra cũng có các công trình tập trung nghiên cứu dòng chảy vùng ven bờ Bắc và Nam Trung Bộ Việt Nam như các công trình của Lê Đình Mầu (2017) [4], Đinh Văn Ưu (2015) [7]. Cùng với sự phát triển của khoa học hiện đại thì các quan sát từ vệ tinh cho phép thực hiện các nghiên cứu về cấu trúc nhiệt độ và hoàn lưu cụ thể chi tiết hơn.
Chen (1983) [15] sử dụng một số ảnh vệ tinh nhiệt độ bề mặt biển không bị mây che phủ để nghiên cứu phân bố nhiệt độ bề mặt và dòng ngoài khơi ở bắc Biển Đông. Các công trình của Yanagi và nnk (1997) [70], Li và nnk (1999) [28] dùng các dữ liệu từ vệ tinh để loại bỏ các sai số từ các đo đạc. Soong và nnk (1995) [48] đã phát hiện một xoáy lớn có lõi lạnh ở Bắc Biển Đông vào tháng 1 năm 1994 thông qua dữ liệu từ vệ tinh TOPEX/ POSEIDON (T/P). Xoáy hoàn lưu này cũng giống như xoáy Aw được Xu và nnk (1982) [68] chỉ ra trước đây.
Sự hiện diện của nó sau này được khẳng định thêm bởi các quan sát thủy văn và mô phỏng số (Shaw và nnk , 1996) [46]. Mao và nnk (1999) [38] đã phân tích dòng địa chuyển ở Biển Đông từ các quan trắc của vệ tinh Geosat. Shaw và nnk (1999) [47] cũng nghiên cứu độ cao của mặt mực biển bề mặt ở Biển Đông bằng các dữ liệu của vệ tinh T/P từ 1992 đến 1995 và kết luận rằng xoáy ứng suất gió là động lực chính của hoàn lưu trong khu vực sâu của Biển Đông trừ vùng gần eo biển Luzon. Wu và nnk (1999) [63], Wang.