TỪ TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM
5. Dòng điện xích đạo ngược tại Việt Nam
Chúng ta đều biết rằng vào thời gian ban ngày, tại vùng xích đạo từ luôn tồn tại một dòng điện hướng về phía Đông mà người ta gọi là dòng điện xích đạo, dòng điện này làm cho biến thiên của thành phần nằm ngang H tại các trạm địa từ ở vùng xích đạo từ có biên độ lớn hơn hẳn các trạm nằm ngoài vùng ảnh hưởng của xích đạo từ, đặc biệt là trong những ngày trường từ yên tĩnh. Tuy nhiên, năm 1962 khi nghiên cứu biến thiên thành phần nằm ngang H tại Đài Địa từ Addis Ababa thuộc vùng Trung Phi, Gouin [11] đã phát hiện thấy trong một số ngày biến thiên ngày đêm của thành phần nằm ngang H tại các trạm xích đạo có cực tiểu thấp hơn mức giữa đêm vào các giờ buổi sáng và buổi chiều (theo giờ địa phương). Đến năm 1967, Gouin và Mayaud [12] đã khẳng định hiện tượng này khi quan sát giản đồ từ tại Addis Ababa và gọi nó là dòng điện xích đạo ngược (counter electrojet - CEJ). Theo Gouin và Mayaud hiện tượng này được gây nên bởi một dải dòng hẹp chạy về hướng tây trong tầng điện ly và có hướng ngược với hướng của dòng điện xích đạo.
Những nghiên cứu sau đó của các nhà khoa học địa từ đã khẳng định là hiện tượng dòng điện xích đạo ngược chỉ tồn tại trong vùng xích đạo từ và đôi khi được khoanh vùng trong một dải hẹp dọc theo kinh tuyến (nhỏ hơn 2 giờ) [41, 44]. Theo Rastogi [41, 44] ngày xuất hiện dòng điện xích đạo ngược là ngày mà trong thời gian ban ngày hiệu số của ΔH tại một trạm nằm trong vùng xích đạo từ trừ đi ΔH tại một trạm khác nằm ngoài vùng xích đạo từ có giá trị âm (hai trạm này phải nằm gần như trên cùng một kinh tuyến). Như vậy, trong thời gian ban ngày hiệu ứng âm của ΔH tại một trạm nằm trong vùng xích đạo từ trừ đi ΔH tại một trạm khác nằm ngoài vùng xích đạo từ chỉ có thể được giải thích bằng sự tồn tại một dòng điện có hướng ngược lại với dòng điện xích đạo và có cường độ lớn hơn cường độ của dòng điện xích đạo.
Ở Việt Nam, dòng điện xích đạo ngược trong pha chính của bão từ đã được khảo sát bởi nhóm nghiên cứu của Viện Vật lý địa cầu Hà Nội và Viện IZMIRAN từ năm 1991 [17]. Tiếp đó, Lê Huy Minh [16] đã nghiên cứu dòng điện xích đạo ngược dựa trên số liệu của trạm Sa Pa và Bạc liêu từ 1990 đến 1995. Võ Thanh Sơn [57] đã tiến hành thống kê hiện tượng dòng điện xích đạo ngược trên cơ sở số liệu của đài địa từ Phú Thuỵ và Bạc Liêu từ năm 1989 đến 2003 (trạm địa từ Bạc Liêu chính thức hoạt động từ cuối năm 1988).
Dòng điện xích đạo ngược hướng về phía Tây, vì vậy nó ảnh hưởng trực tiếp và rõ nét nhất đến biến thiên của thành phần nằm ngang H tại các trạm địa từ nằm trong vùng xích đạo từ. Đối với mỗi một ngày, để xác định một cách đầy đủ biến thiên ngày đêm của thành phần nằm ngang H, người ta lấy giá trị trung bình giờ của H trừ đi mức trung bình giữa đêm của ngày đó. Ký hiệu biến thiên ngày đêm của thành phần H là ΔH, biến thiên ngày đêm của thành phần H tại Bạc Liêu là ΔHBL, biến thiên ngày đêm của thành phần H tại Phú Thuỵ là ΔHPT. Với mục đích xác định những ngày xuất hiện dòng điện xích đạo ngược một cách rõ nét và tránh ảnh hưởng của nhiều nguồn khác nhau, cần chọn những ngày trường từ yên tĩnh với chỉ số hoạt động từ trung bình Ap < 7 và vào thời gian ban ngày hiệu số của ΔH tại Bạc Liêu trừ đi ΔH tại Phú Thuỵ có giá trị âm, tức là (ΔHBL- ΔHPT)< 0.
Bảng 4.1. Kết quả thống kê dòng điện xích đạo ngược thời kỳ 1989-2003 [57]
Buổi sáng Buổi chiều Cả
Năm Tổng
số ngày
Tổng số DĐX
ĐN
Đông Hè Phân điểm
Tổng số
Đông Hè Phân điểm
Tổng số
ngày 1989
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
18 19 15 13 39 17 42 34 32 36 32 29 31 24 23
18 19 17 13 45 19 46 37 36 39 34 30 31 26 25
9 6 4 1 2
4 3 5 11 12 18 19 16 10
2
5
1 2 1 4
1 4
4 2 3 2 6 4 3 1 1 6 6 8 4 3 6
15 8 7 3 13
4 7 5 8 18 22 26 24 23 16
1 1 1 1 2
10 11 8 13
3 4 4 2 4
1 7 3 6 20
4 19 14 16 6 5 3 1
1 3 6 3 12 11 10 7 4 2 4
1 4
3 11 10 10 32 15 39 32 28 21 12 4 7 3 9
2
6 2 4 3 4 3 2 1
2 2
Hiệu số (ΔHBL - ΔHHN) được tính trên cơ sở giá trị trung bình giờ đã quy toán tại hai trạm địa từ Bạc Liêu và Phú Thuỵ. Trên cơ sở số liệu về hoạt động từ của Trung tâm số liệu Quốc tế công bố, có thể chọn tất cả các ngày biến thiên từ yên tĩnh có giá trị trung bình của chỉ số hoạt động từ Ap < 7. Từ hai dữ liệu trên đã xác định được những ngày xuất hiện dòng điện xích đạo ngược.
Trong các năm từ 1989 đến 2003, đã xác định được tổng số 435 dòng điện xích đạo ngược trên lãnh thổ Việt Nam, trong đó vào buổi sáng là 199 và vào buổi chiều là 236 (xem Bảng 4.1). Dòng điện xích đạo ngược xuất hiện chủ yếu vào thời điểm 6h-7h sáng và 15h-17h chiều (thời gian địa phương). Dòng điện xích đạo ngược xuất hiện vào buổi chiều kéo dài hơn so với buổi sáng và ảnh hưởng của nó đối với biến thiên ngày đêm thành phần H cũng lớn hơn thông qua hiệu số (ΔHBL- ΔHHN). Phần lớn dòng điện xích đạo
nT 17 - 5 - 1992
19 - 9 - 1993
29 - 4 - 1994
H
H
H
0 4 8 12 16 20 24 LT
0 4 8 12 16 20 24 LT 0 4 8 12 16 20 24 LT 100
50 0
150 100 50 0
150 100 50 0
nT nT
Hình 4.10.
Sự xuất hiện dòng điện ngược xích đạo quan sát được trên thành phần nằm ngang H tại Bạc Liêu các ngày 17 - 5-1992, 19 - 9- 1993 và 29 - 4- 1994 [57].
ngược xuất hiện vào buổi sáng hoặc vào buổi chiều của từng ngày riêng rẽ, tuy nhiên cũng có một số ngày dòng điện xích đạo ngược xuất hiện đồng thời cả vào buổi sáng và buổi chiều (có 31 ngày xuất hiện đồng thời CEJ vào cả buổi sáng và buổi chiều trong khoảng thời gian khảo sát). Những ngày xuất hiện dòng điện xích đạo ngược vào cả buổi sáng và buổi chiều dường như không tuân theo một quy luật nào cả.
Khi so sánh kết quả khảo sát ở Việt Nam [16, 57] với những nghiên cứu của các nhà khoa học khác trên thế giới [11,12,41,44], có thể nhận thấy một số đặc điểm có tính quy luật sau đây của của dòng điện xích đạo ngược:
Dòng điện xích đạo ngược xuất hiện chủ yếu vào những năm hoạt động Mặt trời yếu (H.4.11 và Bảng 4.1) và vào buổi chiều.
Biên độ của dòng điện xích đạo ngược đo được trên thành phần nằm ngang H tại Việt Nam chủ yếu là dưới 10 nT, rất ít khi đạt tới một vài chục nT.
1988 1992 1996 2000 2004 Số lần xuất hiện CEJ theo năm
Số vết đen mặt trời trung b×nh n¨m 20 Chỉ số Ap trung bình năm
1988 1992 1996 2000 2004 10
40
0
0 100
1988 1992 1996 2000 2004
Hình 4.11. Sự xuất hiện dòng điện xích đạo ngược, chỉ số hoạt động từ Ap trung bình năm và số vết đen Mặt trời theo năm [57].
6. Khảo sát biến thiên từ theo đề án quốc tế “Năm quốc tế về dòng điện xích đạo”
Năm 1987 tại Hội nghị khoa học của IAGA ở Vancouver, Canađa, các nhà khoa học đã quyết định triển khai đề án “Năm quốc
tế về dòng điện xích đạo” nhằm tăng cường những hiểu biết của chúng ta về dòng điện xích đạo. Có hàng loạt nhóm các nhà nghiên cứu quyết định tham gia vào đề án này bằng cách tổ chức các chuyến thực địa hoặc phát triển các mô hình lý thuyết về dòng điện xích đạo và các quá trình có liên quan. Năm quốc tế về dòng điện xích đạo đã được tiến hành ở trên toàn cầu. GS. M.A.Abdu (Braxin) là điều phối viên chính của đề án này [1]. Đề án được chia thành 3 nhóm nghiên cứu dọc theo cụm kinh độ, đó là:
Châu Á: <60oE – 190oE>
Châu Mỹ: <190oE – 330oE>
Châu Phi: <330oE – 60oE>
Tại khu vực châu Á, dòng điện xích đạo đã là một đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học tại Ấn Độ, Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản và Liên bang Nga từ nhiều năm. Mục tiêu của đề án “Năm quốc tế về dòng điện xích đạo” là tăng cường nghiên cứu theo một chương trình chung, chú trọng vào việc thu thập các tư liệu quan trắc đồng thời để có thể hiểu biết đầy đủ hơn về cấu trúc và cơ chế hình thành dòng điện xích đạo. GS. B.R.Arora (Ấn Độ) là điều phối viên của đề án ở khu vực châu Á [2].
Theo đề án “Năm quốc tế về dòng điện xích đạo”, đã tiến hành quan trắc đồng thời việc ghi biến thiên các yếu tố của trường địa từ trong các tháng 1 và tháng 2 năm 1992 trên mạng lưới các đài trạm địa từ khu vực châu Á dọc theo lãnh thổ Ấn Độ, Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản tại vùng vĩ độ thấp và trung bình. Hệ thống này sẽ cho phép chúng ta kiểm tra cấu trúc vĩ độ của dòng điện xích đạo cũng như mối tương quan của nó với hệ dòng Sq. Hệ thống mạng lưới đài, trạm quan trắc trong chương trình này được biểu diễn trên H. 4.12.
Mạng lưới 4 đài, trạm quan trắc địa từ của Việt Nam đã bảo đảm ghi biến thiên từ liên tục trong các tháng 1 và 2 năm 1992. Các số liệu quan trắc đã được phân tích cùng các số liệu của các đài địa từ khác trong mạng lưới (H.4.12).
Đặc trưng bình thường của dòng điện xích đạo được xác định bằng việc phân tích số liệu theo 5 ngày từ trường yên tĩnh Sq (5,6,11,15 và 16 tháng 2 năm 1992) dọc theo 3 tuyến quan trắc, có sự khác nhau về kinh độ, đó là: tuyến Ấn Độ (75-80oE), tuyến Trung Quốc-Việt Nam (105-115oE) và tuyến Nhật Bản (130- 140oE).
nvs kgd
ktk aa
mmb bji
gul ujj
wuh
kak kny cpa gua
abg
nag
hyb han qio
kod ann tor ett
dal bac
Electrojet Belt
Dip equator 60
50n
40
30n
20 10n
0 60 e 80 100 120 140 e
o
o
o
o
o
o
o
o o o o
o
50no
40o
30no
20o
10no
0o 60eo 80o 100o 120o 140eo 60o
Hình 4.12. Vị trí các đài, trạm quan trắc địa từ khu vực châu Á dọc theo lãnh thổ Ấn Độ, Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản [2].
Trên H. 4.13, 4.14 và 4.15 là các đường biến thiên Sq trung bình ngày cho 3 thành phần trường địa từ vào tháng 2 năm 1992 dọc theo 3 tuyến trạm nói trên. Theo trục hoành là thời gian tính theo giờ địa phương dọc từng tuyến quan trắc, còn theo trục tung là vị trí của các đài quan trắc ứng với vĩ độ từ của từng đài (chú ý phân biệt vĩ độ từ và vĩ độ địa lý). Chúng ta thấy dọc theo tuyến Ấn Độ, tuyến Trung Quốc- Việt Nam thì cấu trúc của trường biến thiên Sq theo các giờ trong ngày và theo vĩ độ đối với cả 3 thành phần của trường địa từ là tương đồng với nhau và tương đồng với các biến thiên Sq ghi được tại hệ thống đài địa từ nằm ở Bắc bán cầu, có tiêu điểm gần với vị trí của đài địa từ GUL dọc theo tuyến Ấn Độ, và đài địa từ WUH dọc theo tuyến Trung Quốc- Việt Nam.
Trên các H. 4.13, 4.14, 4.15 ta thấy Sq(D) có giá trị rất nhỏ ở gần xích đạo từ và tăng dần khi vĩ độ tăng, trong khi đó Sq(H) có xu hướng ngược lại: tăng dần từ tiêu điểm tại Đài địa từ GUL (tại đó đường biến thiên Sq(H) xấp xỉ nằm ngang) và đạt tới giá trị biến thiên cực đại ngay tại xích đạo từ. Sự tăng của biến thiên Sq(H) do
PHU
ảnh hưởng của dòng điện xích đạo khác với biến thiên của Sq(H) bình thường được thể hiện rõ tại các đài quan trắc nằm trong vùng giữa xích đạo từ cho tới khoảng 4-5o vĩ độ từ. Tại Việt Nam, Sq(H) đạt cực đại tại gần đài địa từ Bạc Liêu, còn ở Ấn Độ, Sq(H) đạt giá trị cực đại giữa TRD và KAN, hầu như trùng hoàn toàn với xích đạo từ.
Biến thiên Sq(Z) có xu hướng đạt tới 0 ở tại xích đạo từ. Tuy nhiên, sự tăng rõ rệt của biến thiên của thành phần Z tại đài ANN và KAR (H. 4.13) và DAL (H.4.14) tương đương với hiệu ứng vùng rìa của dòng điện xích đạo. Sự tăng này tương ứng với hiệu ứng của đường trung tâm dòng điện xích đạo đã đề cập tới ở mục 4.
gul ujj nag abg ant ban annl kar
vir trd kanl
Vĩ độ từ
32.1 18.4 15.7 13.0 7.8 5.8 3.7 3.3 1.6 0.3 -0.2
0 12 24
75 E Timeo 75 E Timeo 75 E Timeo
H =40 nT Z =20 nT D =20 nT
0 12 24 0 12 24
Hình 4.13. Các đường biến thiên trung bình của 5 ngày từ trường yên
tĩnh tháng 2 năm 1992 theo số liệu các đài trạm quan trắc địa từ dọc theo tuyến Ấn Độ (cột đứng phía bên trái: tên viết tắt của các đài trạm địa từ; cột đứng bên phải: vĩ độ từ của đài, trạm quan trắc; giờ quan trắc tính theo giờ địa phương 75oE ) [2].
Dọc theo tuyến Ấn Độ, do mạng trạm dầy hơn trong khu vực xích đạo từ, cho nên đường biến thiên của yếu tố Z gần bằng 0 đã cho phép xác định được hình chiếu của đường trung tâm của dòng điện xích đạo trên mặt đất. Ta thấy rõ ràng là hình chiếu của đường trung tâm đã bị dịch chuyển khỏi xích đạo từ. Ngoài ra biến thiên Sq(Z) tại hai đài TRD và KAN (H.4.13) của Ấn Độ cũng cho giá trị dị thường đối với vị trí của hai đài này ở gần xích đạo.
bji wuh gua
cpa han qio dal bac
Vĩ độ từ
38.4
26.9 17.7 16.7 15.2 12.8 4.4 1.0
105 E o 0 12 24
d 50nT h 100nT Z 50nT
0 12 24 0 12 24
105 E o 105 E o
Hình 4.14. Các đường biến thiên trung bình của 5 ngày từ trường yên tĩnh tháng 2 năm 1992 theo số liệu các đài trạm quan trắc địa từ dọc theo tuyến Trung Quốc- Việt Nam (cột đứng phía bên trái: tên viết tắt của các đài trạm địa từ; cột đứng bên phải: vĩ độ từ của đài, trạm quan trắc; giờ quan trắc tính theo giờ địa phương) 105oE [2].
Việc không trùng hợp về vị trí của xích đạo từ với hình chiếu trên mặt đất của đường trung tâm dòng điện xích đạo đã được J.
Cain [6] phát hiện năm 1969. Hiện tượng này liên quan với sự dịch chuyển của dòng điện xích đạo theo vĩ độ đối với xích đạo từ. Sự
PHU
105oE 105oE
105oE
không trùng hợp về vị trí đường biến thiên của Sq(Z) gần bằng 0 với xích đạo từ và trục biến thiên cực đại của Sq(H) được cho rằng nó phản ánh cấu trúc không gian phức tạp của dòng điện xích đạo, cụ thể là nó phản ánh sự biến thiên Z liên quan với sự phân bố của dòng điện cảm ứng dọc theo tuyến kênh và vùng riftơ của bán đảo Ấn Độ [2]. Do đài, trạm địa từ dọc tuyến Nhật Bản còn nằm xa xích đạo, nên chỉ quan trắc được các quy luật biến thiên Sq đặc trưng đối với hệ thống đài địa từ nằm ở Bắc bán cầu (H.4.15).
Hình 4.15. Các đường biến thiên trung bình của 5 ngày từ trường yên tĩnh tháng 2 năm 1992 theo số liệu các đài trạm quan trắc địa từ dọc theo tuyến Nhật Bản (cột đứng phía bên trái: tên viết tắt của các đài địa từ; cột đứng bên phải: vĩ độ từ của đài quan trắc; giờ quan trắc tính theo giờ địa phương 135oE) [2].
Trên H.4.16 là chuỗi biến thiên ngày đêm của các yếu tố D, H, và Z (các đường đậm và liên tục) dọc theo tuyến Ấn Độ trong các ngày từ 21 đến 25 tháng 1 năm 1992. Các đường đứt quãng trên hình vẽ là biến thiên trung bình của 5 ngày yên tĩnh trong tháng 1 năm 1992. Chúng ta thấy rằng biến thiên ngày đêm của yếu tố H tại
135oE 135oE 135oE
các trạm nằm trong khu vực xích đạo từ có giá trị nhỏ hơn giá trị của mức giữa đêm của các ngày yên tĩnh vào các giờ buổi chiều (từ 14 đến 15 giờ địa phương các ngày 21, 22 và 23 tháng 1 năm 1992), trong khi đó biến thiên ngày đêm của yếu tố H vào ngày 25 tháng 1 năm 1992 lại có giá trị thấp như vậy vào các giờ buổi sáng, lúc 8-9 giờ địa phương. Biến thiên từ vào ngày 24 tháng 1 năm 1992 cho thấy dòng điện xích đạo khá mạnh và phù hợp với biến thiên Sq(H) tại tất cả các vĩ độ.
d 50 nT H
gul ujj nag abg ant
Hình 4.16. Biến thiên từ liên tục của thành phần nằm ngang trường địa từ theo tuyến đài, trạm Ấn Độ trong các ngày 21-25 tháng 1 năm 1992. Các đường đứt quãng biểu diễn đường biến thiên Sq tính theo 5 ngày yên tĩnh trong tháng. Các đường đậm liền nét là đường biến thiên thực trên băng ghi. [2].
Việc dòng điện ngược xích đạo tương tự cũng quan trắc được trên tuyến Trung Quốc-Việt Nam (H. 4.17) cho thấy dòng điện xích đạo ngược bao trùm kinh độ từ 75o E tới 105o E . Sự giảm cường độ của biến thiên từ thành phần H vào các buổi chiều ngày 21, 22 và 23 tháng 1 năm 1992 so với biến thiên Sq cho thấy bề rộng của dòng điện ngược xích đạo không vượt quá bề rộng bình thường của dòng điện xích đạo.
D I = 50 nT H I = 100 nT Z I = 50 nT
17.7 26.9 38.4
h 100 nT
bei
wuh
gua
cpa
han
qio
dal
bac
0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0
1.0 4.4 12.8 15.2 16.7
21 22 23 24 25
Hình 4.17. Biến thiên từ liên tục của thành phần nằm ngang trường địa từ theo tuyến đài, trạm Trung Quốc- Việt Nam trong các ngày 21-25 tháng 1năm 1992. Các đường đứt quãng biểu diễn đường biến thiên Sq tính theo 5 ngày yên tĩnh trong tháng. Các đường đậm liền nét là đường biến thiên thực trên băng ghi [2].
7. Nhiễu loạn từ hình vịnh tại Việt Nam
Trong số các biến thiên từ có chu kỳ từ vài chục phút đến vài giờ thì nhiễu loạn từ hình vịnh được thể hiện rõ nét nhất. Loại nhiễu loạn này có dạng như đường bao quanh của vịnh biển nên được gọi là “nhiễu loạn từ hình vịnh”. Nhiễu loạn từ hình vịnh xuất hiện đồng thời ở tất cả các trạm quan sát địa từ trên thế giới, có cường độ cực đại ở vùng cực quang và giảm dần theo vĩ độ. Nguồn gốc của loại
Tháng 1 - 1992
PHU