Nghiên cứu các cấu trúc hải dương phục vụ dự báo ngư trường vùng biển khơi miền trung Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN = = = = = = == = = = = BÙI THANH HÙNG NGHIÊN CỨU CÁC CẤU TRÚC HẢI DƯƠNG PHỤC VỤ DỰ BÁO NGƯ TRƯỜNG VÙNG BIỂN KHƠI MIỀN TRUNG VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÙI THANH HÙNG NGHIÊN CỨU CÁC CẤU TRÚC HẢI DƯƠNG PHỤC VỤ DỰ BÁO NGƯ TRƯỜNG VÙNG BIỂN KHƠI MIỀN TRUNG VIỆT NAM Chuyên ngành: Hải Dương học Mã số: 60. 44. 97 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐOÀN VĂN BỘ HÀ NỘI, 2010 Lời cảm ơn Để hoàn thành khoá luận này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS.TS. Đoàn Văn Bộ - bộ môn Hải duơng học- nguời đã định huớng, trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em về nhiều mặt. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Khoa Khí tượng -Thuỷ văn và Hải dương học, các bạn cùng lớp, các đồng nghiệp và lãnh đạo Viện Nghiên cứu Hải sản đã có những chỉ dẫn và giải đáp quý báu, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khoá luận. Trong quá trình thực hiện, luận văn chắc chắn không tránh khỏi có nhiều thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn có thể hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 5 tháng 11 năm 2010 Học Viên Bùi Thanh Hùng 1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... 3 DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ 3 DANH MỤC CÁC HÌNH......................................................................................... 4 MỞ ĐẦU.................................................................................................................... 7 Chương 1. Giới thiệu vùng biển nghiên cứu và phương pháp sử dụng............... 9 1.1. Một số điều kiện tự nhiên vùng biển nghiên cứu.............................................9 1.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................. 9 1.1.2. Điều kiện khí tượng ................................................................................. 10 1.1.2.1. Nhiệt độ không khí .............................................................................10 1.1.2.2. Trường áp suất khí quyển ..................................................................11 1.1.2.3. Trường gió .........................................................................................13 1.1.3. Đặc điểm các trường hải dương học ........................................................ 16 1.1.3.1. Trường dòng chảy biển......................................................................16 1.1.3.2. Hàm lượng Ôxy hoà tan ...................................................................19 1.1.3.3. Chỉ số pH ...........................................................................................20 1.1.4. Các front ở vùng biển nghiên cứu........................................................... 21 1.2.Vai trò sinh thái của một số yếu tố môi trường biển đối với đời sống một số loài cá ngừ đại dương ............................................................................................24 1.2.1. Đối với cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) ........................................ 24 1.2.2. Đối với cá ngừ mắt to (Thunnus obesus) ................................................. 25 1.2.3. Đối với cá ngừ vằn (Katsuwonus pelamis) .............................................. 27 1.3.Tài liệu và phương pháp..................................................................................28 2 1.3.1. Cơ sở dữ liệu hải dương học .................................................................... 28 1.3.2. Cơ sở dữ liệu cá Vietfish base ................................................................. 31 1.3.2. Phương pháp ............................................................................................ 34 Chương 2. Một số cấu trúc hải dương đặc trưng tại vùng biển nghiên cứu..35 2.1. Phân bố và biến động trường nhiệt độ nước biển tầng mặt............................35 2.2. Dị thường nhiệt độ tầng mặt...........................................................................38 2.3. Cấu trúc nhiệt độ thẳng đứng .........................................................................40 2.4. Độ dày lớp đồng nhất nhiệt độ bề mặt ...........................................................45 2.5. Phân bố và biến động độ sâu mặt đẳng nhiệt 240C ........................................48 2.6. Phân bố và biến động độ sâu mặt đẳng nhiệt 200C ........................................51 2.7. Phân bố và biến động độ sâu biên dưới tầng đột biến nhiệt độ......................54 2.8. Phân bố và biến động của các front ...............................................................55 Chương 3. Quan hệ giữa năng suất đánh bắt với một số cấu trúc hải dương đặc trưng58 3.1. Mối liên quan định tính giữa ngư trường và một số cấu trúc hải dương........58 3.2. Mối liên quan định lượng năng suất đánh bắt và các yếu tố môi trường.....61 KẾT LUẬN.............................................................................................................. 64 KIẾN NGHỊ............................................................................................................. 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 66 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CSDL Cơ sở dữ liệu ĐNTM Đồng nhất tầng mặt HTNĐ Hội tụ nhiệt đới XBMT&GBĐ Xa bờ miền trung và giữa Biển Đông DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Giá trị trung bình một số yếu tố hóa học-môi trường .................................20 Bảng 2. Đặc trưng nhiệt muối các khối nước mùa đông (Đề tài KT03-10) .............23 Bảng 3. Đặc trưng nhiệt muối các khối nước mùa hè (Đề tài KT03-10) .................23 Bảng 4. Nguồn số liệu nghề câu vàng ......................................................................31 Bảng 5. Nguồn số liệu nghề lưới rê ..........................................................................32 Bảng 6. Nguồn số liệu nghề lưới vây ........................................................................32 Bảng 7. Số bản ghi theo thành phần loài và theo trạm trong CSDL nghề cá .........33 Bảng 8. Thống kê số lượng trạm và tỷ lệ số lượng trạm theo nghề trong CSDL nghề cá vùng biển XBMT&GBĐ ......................................................................33 Bảng 9. Biến thiên độ dày lớp đồng nhất nhiệt độ(m) trong mùa đông giữa các năm tại điểm 112 độ kinh đông, 12 độ vĩ bắc...........................................................46 Bảng 10. Các giá trị trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất độ dày lớp ĐNTM (m) toàn vùng biển nghiên cứu theo tháng ......................................................................47 Bảng 11. Danh mục các cấu trúc nhiệt biển được chọn làm biến độc lập ...............61 Bảng 12. Tổng hợp một số thông tin cơ bản của phương trình tương quan đối với nghề câu ............................................................................................................62 Bảng 13. Tổng hợp một số thông tin cơ bản của phương trình tương quan đối với nghề Rê .............................................................................................................63 Bảng 14. Tổng hợp một số thông tin cơ bản của phương trình tương quan đối với nghề Vây ...........................................................................................................63 4 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Vùng biển nghiên cứu ....................................................................................9 Hình 2. Biến trình năm nhiệt độ không khí tại một số khu vực trong vùng biển nghiên cứu.10 Hình 3. Bản đồ trường áp trung bình tháng 1(trái) và tháng 7(phải) trên Biển Đông...........11 Hình 4. Bản đồ trường ứng suất gió trung binh tháng 1 (trái) và tháng 7 (phải) trên mặt Biển Đông ..................................................................................................14 Hình 5. Trường roto ứng suất gió (dyn/cm3)trên mặt biển trung bình tháng 1(trái) và tháng 7(phải) tính theo trường ứng suất gió của Halleman and Rosenstein (1983)...........15 Hình 6. Hệ thống dòng chảy tầng mặt trên Biển Đông (Atlat quốc gia)..................16 Hình 7. Phân bố nồng độ DO(ml/l) trung bình tầng mặt trong mùa đông (trái) và mùa hè (phải) ....................................................................................................19 Hình 8. Sơ đồ phân bố front trong biển Đông (theo Belkin I.M)[6] ........................21 Hình 9. Các front SST chu kỳ dài Biển Đông tháng hai giai đoạn 1985- 1996[5] ..21 Hình 10. Bản đồ phân bố các khối nước và front trên mặt biển theo hai mùa gió ..22 Hình 11. Phân bô số lượng trạm lịch sử có thu thập nhiệt độ nước biển ................30 Hình 12. Mật độ các trạm nghề câu trong CSDL nghề cá xa bờ .............................33 Hình 13. Mật độ các trạm nghề rê trong CSDL nghề cá xa bờ................................33 Hình 14. Mật độ các trạm nghề vây trong CSDL nghề cá xa bờ .............................33 Hình 15. Phân bố trung bình nhiều năm nhiệt độ nước biển tầng mặt (0C) tháng 1(bên trái) và tháng 4 (bên phải)......................................................................35 Hình 16. Phân bố trung bình nhiều năm nhiệt độ nước biển tầng mặt (0C) tháng 7(bên trái) và tháng 10 (bên phải)....................................................................36 Hình 17. Biến trình trung bình nhiệt độ nước tầng mặt toàn vùng biển nghiên cứu36 Hình 18. Biến trình năm nhiệt độ nước bỉên ở các tầng tại điểm (109,25 và 10,25)37 Hình 19. Biến trình năm nhiệt độ nước biển ở các tầng tại điểm (110,75 và 15,75)37 Hình 20. Biến trình năm nhiệt độ nước biển ở các tầng tại điểm (113,25 và 13,25)38 5 Hình 21. Phân bố trung bình nhiều năm dị thường nhiệt độ tầng mặt(0C) tháng 1 (bên trái) và tháng 4 (bên phải)........................................................................39 Hình 22. Phân bố trung bình nhiều năm dị thường nhiệt độ tầng mặt (0C) tháng 7 (bên trái) và tháng 10 (bên phải)......................................................................39 Hình 23. Phân bố thẳng đứng nhiệt độ nước tại điểm 112oE , 12 oN.......................41 Hình 24. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt vĩ tuyến 16,25oN tháng 1 (trái), tháng 4 (phải) ..42 Hình 25.Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt vĩ tuyến 16,25oN tháng 7 (trái ), tháng 10(phải)..42 Hình 26 .Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt vĩ tuyến 11,75oN tháng 1 (trái) tháng 4 (phải)...43 Hình 27. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt vĩ tuyến 11,75oN tháng 7 (trái ) tháng10 (phải) .43 Hình 28 . Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt kinh tuyến 110,25oE trong tháng 1 ..........43 Hình 29. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt kinh tuyến 110,25oE trong tháng 7 ...........44 Hình 30. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt kinh tuyến 113,75oE trong tháng 1 ...........44 Hình 31. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt kinh tuyến 113,75oE trong tháng 7 ..........44 Hình 32. Biến trình năm độ dày lớp đồng nhất nhiệt độ tại các điểm nút (từ vĩ độ 11,25 o N đến 15,75oN) trên kinh tuyến 110,75oE ..............................................45 Hình 33. Biến trình năm độ dày lớp đồng nhất nhiệt độ tại các điểm nút (từ vĩ độ 8,25 o N đến 10,75oN) trên kinh tuyến 110,75oE ................................................45 Hình 34. Biến trình năm độ dày lớp đồng nhất nhiệt độ tại các điểm nút (từ vĩ độ 12,25 o N đến 16,75oN) trên kinh tuyến 114,75oE ..............................................46 Hình 35.Phân bố trungbình nhiều năm độ dày lớp đồng nhất nhiệt độ bề mặt (m) tháng 1 (bên trái) và tháng 4 (bên phải)...........................................................47 Hình 36. Phân bố trungbình nhiều năm độ dày lớp đồng nhất nhiệt độ bề mặt (m) tháng 7 (bên trái) và tháng 10 (bên phải).........................................................47 Hình 37. Biến trình năm độ sâu tầng đẳng nhiệt 240C trong toàn vùng biển nghiên cứu .49 Hình 38. Phân bố trung bình nhiều năm độ sâu(m) mặt đẳng nhiệt 240C tháng 1 (bên trái) và tháng 4 (bên phải)........................................................................50 Hình 39. Phân bố trung bình nhiều năm độ sâu(m) mặt đẳng nhiệt 240C tháng 7 (bên trái) và tháng 10 (bên phải)......................................................................50 6 Hình 40. Biến đổi trung bình khoảng cách hai mặt đẳng nhiệt độ 200C và mặt 240C theo phương kinh tuyến trên vùng biển nghiên cứu.........................................52 Hình 41. Biến đổi trung bình khoảng cách hai mặt đẳng nhiệt độ 200C và mặt 240C theo phương kinh tuyến trên vùng biển nghiên cứu.........................................52 Hình 42. Phân bố trung bình nhiều năm độ sâu(m) tầng đẳng nhiệt 200C tháng 1 (bên trái) và tháng 4 (bên phải)........................................................................53 Hình 43. Phân bố trung bình nhiều năm độ sâu (m )tầng đẳng nhiệt 200C tháng 7 (bên trái) và tháng 10 (bên phải)......................................................................53 Hình 44. Phân bố trung bính nhiều năm độ sâu(m) biên dưới của tầng đột biến nhiệt độ tháng 1 (bên trái) và tháng 4 (bên phải) ............................................55 Hình 45. Phân bố trung bình nhiều năm độ sâu (m)biên dưới của tầng đột biến nhiệt độ tháng 7 (bên trái) và tháng 10 (bên phải) ..........................................55 Hình 46. Các khu vực có gradienT ≥ 0,20C/10km....................................................57 Hình 47. Các khu vực có gradienT ≥ 0,20C/10km....................................................57 Hình 48. Biến động trung bình năng suất đánh bắt nghề câu vàng theo phương kinh tuyến trên vùng biển nghiên cứu.......................................................................58 Hình 49. Biến động nhiệt độ nước biển trung bình nhiều năm các tháng theo phương kinh tuyến trên vùng biển nghiên cứu .................................................59 Hình 50. Biến động trung bình năng suất đánh bắt nghề câu vàng theo phương vĩ tuyến trên vùng biển nghiên cứu.......................................................................60 Hình 51. Các khu vực có gradienT ≥ 0,20C/10km tháng 7.......................................60 7 MỞ ĐẦU Như đã biết, những điều kiện luôn thay đổi của môi trường bên ngoài đóng vai trò quyết định đối với sự di cư theo mùa, di cư không theo chu kỳ và sự phân bố của cá. Ngoài ra các điều kiện của môi trường và những thay đổi của chúng có ảnh hưởng tới khả năng bổ sung, sự sinh tồn và sinh trưởng của cá. Môi trường bên ngoài còn tác động cả đến những quá trình sinh học như đẻ trứng và sinh trưởng. Mặc dù có những đặc điểm phức tạp trong phân bố và biến động các đàn cá biển nhiệt đới Việt Nam so với các khu vực khác trên thế giới, nhưng các quy luật rút ra được trong thực tế nghiên cứu đã cho thấy có sự tồn tại mối tương quan giữa phân bố và biến động các đàn cá (mùa vụ, độ sâu tập trung, các bãi cá v.v..) với các đặc trưng thuỷ động lực và môi trường biển. Các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng các đàn cá kinh tế chủ yếu (ví dụ cá ngừ đại dương) thường tập trung tại các khu vực có liên quan tới các cấu trúc hải dương đặc thù như các dải front, lớp đồng nhất trên, tầng đột biến nhiệt-muối... Các cấu trúc hải dương đặc trưng quy mô lớn (vùng hoạt động nước trồi, các front, lớp đột biến nhiệt-muối ...) trong biển luôn biến động dưới ảnh hưởng của các quá trình hải dương quy mô vừa và nhỏ (cấu trúc nhỏ theo độ sâu của nhiệt độ, độ muối, sóng nội, các tác động thời tiết). Các kết quả nghiên cứu những quá trình này ở nhiều vùng đại dương thế giới đã được ứng dụng có hiệu quả trong các mô hình tính toán và dự báo các cấu trúc nhiệt muối, hoàn lưu và môi trường, góp phần nâng cao hiệu quả công tác dự báo và đánh giá dự báo cá biển khơi. Đối với Biển Đông và vùng biển Việt Nam, do hạn chế về độ chính xác trong xác định ngư trường cũng như các cấu trúc hải dương có liên quan nên chúng ta chưa thiết lập được mối quan hệ giữa các cấu trúc khí tượng-hải văn đặc trưng (như các đới front, vùng hoạt động nước trồi, vùng hội tụ và phân kỳ dòng chảy, lớp đột biến nhiệt muối…) với khả năng tập trung, phân tán, di cư, bắt mồi… của các đối tượng cá nổi lớn đại dương. Mặt khác, trong thực tế, phạm vi hoạt động khai thác của các tàu thuyền cũng như khu vực tập trung cá và phạm vi thể hiện các cấu trúc 8 hải văn lại thường giới hạn trong quy mô vừa và nhỏ (từ 1-2 km đến 20-30 km). Hiện tại, những thông tin này còn chưa được quan tâm đầy đủ nên chưa thể có được các dự báo ngư trường quy mô vừa và nhỏ phục vụ điều hành sản xuất Việc nghiên cứu các yếu tố môi trường và mối quan hệ cá-môi trường thường gặp rất nhiều khó khăn vì tính chất phức tạp trong quá trình hình thành, phân bố và biến động của các yếu tố ngoại cảnh cũng như các tác động lẫn nhau giữa chúng và ảnh hưởng về mặt sinh học, sinh thái học do chúng gây ra. Chính vì vậy các nhà hải dương học nghề cá thường phải nghiên cứu tác động của các yếu tố môi trường ở mức độ nhất định, trong đó có thể tách riêng khảo sát sự tác động của một hoặc một số yếu tố chứ không thể khảo sát tổ hợp toàn bộ chúng. Ở đây chúng tôi lựa chọn nghiên cứu cấu trúc nhiệt ở vùng biển xa bờ miền trung, bởi nhiệt độ nước biển là một trong những nhân tố quan trọng nhất của môi trường bên ngoài có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến tập tính của cá. Trong môi trường biển, những thay đổi của nhiệt độ thường kèm theo những thay đổi của các yếu tố khác mà tác động trực tiếp của chúng có thể là rất lớn, thí dụ như sự thay đổi của hải lưu. Trong đa số các trường hợp, nhiệt độ được xem là chỉ tiêu quan trọng nhất của các điều kiện sinh thái trội và luôn thay đổi. Mục tiêu của luận văn là xác định được các cấu trúc hải dương đặc trưng (nhiệt độ) và mối quan hệ giữa các cấu trúc này với sự tập trung của các loài hải sản (dựa vào năng suất đánh bắt và thành phần loài) ở vùng biển xa bờ miền Trung, làm cơ sở cho dự báo ngư trường. Nội dung chính của luận văn được trình bày thành 03 chương: Chương 1: Giới thiệu vùng biển nghiên cứu và phương pháp sử dụng Chương 2: Một số cấu trúc hải dương đặc trưng trong vùng biển nghiên cứu Chương 3: Quan hệ giữa năng suất đánh bắt, thành phần loài với một số cấu trúc hải dương đặc trưng 9 Chương 1. Giới thiệu vùng biển nghiên cứu và phương pháp sử dụng 1.1. Một số điều kiện tự nhiên vùng biển nghiên cứu 1.1.1. Vị trí địa lý Vùng biển nghiên cứu giới hạn trong khoảng 6,0oN-17,0oN, 107,0oE- 117,0oE, với hai quần đảo Hoàng Sa và Trường Sa thuộc chủ quyền Việt Nam, là vùng biển có vị trí chiến lược quan trọng và rất giàu tiềm năng cho sự phát triển kinh tế biển cũng như an ninh quốc phòng (hình 1). Hình 1. Vùng biển nghiên cứu 10 1.1.2. Điều kiện khí tượng 1.1.2.1. Nhiệt độ không khí Nhiệt độ không khí trung bình năm ở khu vực này có giá trị dao động từ 26,5oC - 27,5 oC, tương đương như khu vực ngoài khơi Thái Bình Dương trên cùng vĩ tuyến. Trong mùa đông, nhiệt độ không khí trung bình thấp nhất vào tháng 1 tại khu vực quần đảo Hoàng Sa (vùng 77) là 23,3oC, tại khu vực phía đông (vùng 70) là 24,7oC, đi dần về phía nam vĩ tuyến 15oN giá trị này tăng lên đến trên 25oC (vùng 102). Nhiệt độ không khí trung bình thấp nhất đo được ở Hoàng Sa là 12oC. Hình 2. Biến trình năm nhiệt độ không khí tại một số khu vực trong vùng biển nghiên cứu Trong mùa hè, các tháng 5, 6 và 7 là nóng nhất, ở Hoàng Sa tháng 5 có nhiệt độ không khí trung bình là 29,0oC, nhiệt độ cao nhất là 38oC. Biên độ năm của nhiệt độ không khí trung bình tháng tại khu vực này dao động trong khoảng từ 5oC đến 7oC, trong đó t