Nghiên cứu xây dựng bộ nhân tố nhiệt động lực cho dự báo sự hình thành của xoáy thuận nhiệt đới trên khu vực biển đông

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
TRUNG TÂM DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TRUNG ƯƠNG



BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ


NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ NHÂN TỐ NHIỆT ĐỘNG LỰC
CHO DỰ BÁO SỰ HÌNH THÀNH CỦA
XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG



8976
Hà Nội, 2011


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
TRUNG TÂM DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TRUNG ƯƠNG
Tác giả: ThS. Hoàng Phúc Lâm
Cộng tác viên:
ThS.Trần Quang Năng
CN. Trần Thị Thúy Nga
ThS. Vũ Anh Tuấn
ThS. Võ Văn Hòa

CN. Nguyễn Vinh Thư
ThS. Nguyễn Ngọc Bích Phượng
TS. Trần Quang Đức


BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ NHÂN TỐ NHIỆT ĐỘNG LỰC
CHO DỰ BÁO SỰ HÌNH THÀNH CỦA
XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG
CƠ QUAN CHỦ TRÌ



CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI


ThS. Hoàng Phúc Lâm


HÀ NỘI, 2011
1

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU 5
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU 7
MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN HÌNH
THÀNH XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI 10

1.1 Đặt vấn đề 10
1.1.1 Khái niệm về xoáy thuận nhiệt đới 10
1.1.2. Sự hình thành và phát triển của xoáy thuận nhiệt đới 11
1.1.3 Tổng quan về một số tham số tiềm năng cho sự hình thành xoáy
thuận nhiệt đới 14

1.2. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt nam 20
1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới 21
1.2.2. Những nghiên cứu trong nước 24
CHƯƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 27

2.1. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu của đề tài 27
2.2 Mục tiêu của đề tài 27
2.3. Nội dung nghiên cứu của đề tài 28
2.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của đề tài 30
2.4.1. Một số đặc trưng thống kê và quy tắc 3-sigma 32
2.4.2. Phương pháp “Dự báo hoàn hảo” 36
2.5. Số liệu 40
2.5.1. Số liệu best track 40
2.5.2. Yêu cầu về đồng bộ số liệu quỹ đạo bão 41
2.5.3. Số liệu tái phân tích 42
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. Các đặc trưng khí hậu và mối quan hệ của các nhân tố nhiệt động
lực với sự hình thành XTNĐ 44

3.1.1. Rãnh gió mùa và dải hội tụ nhiệt đới 46

3.1.2. Nhiệt độ mặt nước biển 52
2

3.1.3. Nhiệt độ thế vị tương đương 58

3.1.4. Độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa 64
3.1.5. Năng lượng đối lưu tiềm năng 68
3.1.6. Độ đứt gió theo chiều thẳng đứng của thành phần gió v 72
3.1.7. Độ đứt gió theo chiều thẳng đứng của thành phần gió u 77
3.1.8. Phân kỳ trên mực 200mb 81
3.1.9. Xoáy tương đối trên mực 850mb 87
3.2. Xác định “khu vực hình thành XTNĐ tiềm năng” 92
3.2.1. Phân tích vai trò các nhân tố và xác định “điểm hình thành XTNĐ
tiềm năng” 92

3.2.2. Xác định “khu vực hình thành XTNĐ tiềm năng” 94
3.3. Ứng dụng sản phẩm các mô hình số trị để dự báo sự hình thành
của XTNĐ 97

3.4. Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 105
CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM KẾT QUẢ 108
4.1. Áp thấp nhiệt đới tháng 8 năm 1996 108
4.2. Bão số 4 năm 1997 113
4.3. Áp thấp nhiệt đới tháng 7 năm 2002 118
4.4. Bão số 1 năm 2007 123
4.5. Bão số 7 năm 2008 128
4.6. Áp thấp nhiệt đới đầu tháng 11 năm 2011 132
4.7. Vùng áp thấp giữa tháng 11 năm 2011 139
KẾT LUẬN 147
TÀI LIỆU THAM KHẢO 149

LỜI CẢM ƠN 154
PHỤ LỤC 155

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mô tả điều kiện hình thành XTNĐ theo Gray [24, 25, 26] 12
Hình 1.2. Phân bố số lượng XTNĐ trên quy mô toàn cầu. 13
H
ình

1.3 Qu
ỹ đạo bão (với
V
max
>
17m
/
s)
t
hời kỳ 1979-1988 [49] 14
Hình 1.4: Khu vực hình thành bão và mối quan hệ với SST 16
Hình 1.5: Trường đường dòng và đẳng áp mực 850mb ngày 23/6/1997 với các
nhân tố rãnh gió mùa, dải hội tụ nhiệt đới và các XTNĐ có cường độ khác nhau [1].20

Hình 2.1. Ý nghĩa của độ lệch chuẩn (với σ
2
> σ
1

) 34
Hình 2.2: Quy tắc 3-sigma đối với phân bố chuẩn 36
Hình 3.1: Phân bố hình thế hình thành XTNĐ trên khu vực biển Đông 48
Hình 3.2: Bản đồ trung bình khí hậu đường dòng mực 850mb 49
Hình 3.3: Bản đồ trung bình khí hậu nhiệt độ mặt nước biển 54
Hình 3.4: Nhiệt độ mặt nước biển trong các lần hình thành XTNĐ 57
Hình 3.5: Quỹ đạo bão Greg và ảnh mây vệ tinh ngày 25/12/1996 57
Hình 3.6: Biểu đồ tần số nhiệt độ mặt nước biển 57
Hình 3.7: Biểu đồ xác suất tích lũy nhiệt độ mặt nước biển 58
Hình 3.8: Nhiệt độ thế vị tương đương trong các lần hình thành XTNĐ 59
Hình 3.9: Biểu đồ tần số nhiệt độ thế vị tương đương 59
Hình 3.10: Biểu đồ xác suất tích lũy của nhiệt độ thế vị tương đương 60
Hình 3.11: Bản đồ trung bình khí hậu nhiệt độ thế vị tương đương mực 850mb62
Hình 3.12: Biểu đồ tần số của độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa 65
Hình 3.13: Biểu đồ xác suất tích lũy của độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa 65
Hình 3.14: Bản đồ trung bình khí hậu độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa 66
Hình 3.15: Độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa trong các lần hình thành XTNĐ68
Hình 3.16: Biểu đồ tần số của năng lượng đối lưu tiềm năng 68
Hình 3.17: Bản đồ trung bình khí hậu năng lượng đối lưu tiềm năng 69
Hình 3.18: Biểu đồ xác suất tích lũy của năng lượng đối lưu tiềm năng 71
Hình 3.19: Năng lượng đối lưu tiềm năng trong các lần hình thành XTNĐ 71
Hình 3.20: Biểu đồ tần số của độ đứt gió v 73
Hình 3.21: Biểu đồ xác suất tích lũy của độ đứt gió v 73
Hình 3.22: Độ đứt gió v trong các lần hình thành XTNĐ 74
Hình 3.23: Bản đồ trung bình khí hậu của độ đứt gió v 75
Hình 3.24: Biểu đồ tần số của độ đứt gió u 77
Hình 3.25: Biểu đồ xác suất tích lũy của độ đứt gió u 78
Hình 3.26: Độ đứt gió u trong các lần hình thành XTNĐ 78
Hình 3.27: Bản đồ trung bình khí hậu của độ đứt gió u 79
Hình 3.28: Biểu đồ tần số của phân kỳ mực 200mb 81

Hình 3.29: Biểu đồ xác suất tích lũy của phân kỳ mực 200mb 82
Hình 3.30: Phân kỳ mực 200mb trong các lần hình thành XTNĐ 82
Hình 3.31: Bản đồ trung bình khí hậu phân kỳ mực 200mb 85
Hình 3.32: Biểu đồ tần số của xoáy tương đối mực 850mb 88
Hình 3.33: Biểu đồ xác suất tích lũy của xoáy tương đối mực 850mb 89
Hình 3.34: Xoáy tương đối mực 850mb trong các lần hình thành XTNĐ 89
Hình 3.35: Bản đồ trung bình khí hậu của xoáy tương đối mực 850mb 91
Hình 3.36: Minh họa bản đồ phân bố một số nhân tố tiềm năng với các khoảng
đặc trưng tương ứng 94

4

Hình 3.37: Sản phẩm thể hiện “Khu vực hình thành tiềm năng” 97
Hình 3.38: Bản đồ dự báo 24 giờ tổ hợp xác suất hình thành XTNĐ của mô
hình GSM và GFS 100

Hình 3.39: Dự báo 24 giờ mô hình GSM cho các nhân tố tiềm năng 101
Hình 3.40: Dự báo 24 giờ mô hình GFS cho các nhân tố tiềm năng 103
Hình 4.1: Quỹ đạo của áp thấp nhiệt đới tháng 8/1996 108
Hình 4.2: Bản đồ đường dòng 850mb và độ ẩm tầng đối lưu giữa ngày
12/8/1996 108

Hình 4.3: Tổng hợp các nhân tố nhiệt động lực lúc 12z ngày 12/8/1996 110
Hình 4.4: Quỹ đạo của bão số 4 năm 1997 113
Hình 4.5: Ảnh mây vệ tinh bão số 4 (Fritz), tháng 9/1997 113
Hình 4.6: Tổng hợp các nhân tố nhiệt động lực lúc 12z ngày 21/9/1997 115
Hình 4.7: Quỹ đạo của áp thấp nhiệt đới trong tháng 7 năm 2002 118
Hình 4.8: Bản đồ đường dòng và xoáy tương đối mực 850mb ngày 00z
17/7/2002 118


Hình 4.9: Tổng hợp các nhân tố nhiệt động lực lúc 00z ngày 18/7/2002 120
Hình 4.10: Quỹ đạo của bão số 1 năm 2007 123
Hình 4.11: Ảnh mây vệ tinh bão số 1 trước khi đổ bộ vào Việt Nam, 5/7/2007123
Hình 4.12: Tổng hợp các nhân tố nhiệt động lực lúc 12z ngày 02/7/2007 125
Hình 4.13: Quỹ đạo của bão Mekkhala, tháng 9/2008 128
Hình 4.14: Ảnh mây vệ tinh bão Mekkhala khi đổ bộ vào đất liền, 30/9/2008129
Hình 4.15: Trường nhiệt độ thế vị tương đương 06Z ngày 27/9/2008 129
Hình 4.16: Tổng hợp các nhân tố lúc 12z ngày 27/9/2008 130
Hình 4.17: Bản đồ synop và bản tin phân tích của RSMC Nhật Bản 132
Hình 4.18: Ảnh mây vệ tinh và cảnh báo của RSMC Nhật Bản thời điểm hình
thành áp thấp nhiệt đới, 12Z ngày 07/11/2011 137

Hình 4.19: Dự báo 24 giờ của hai mô hình GSM và GFS thời điểm 00Z ngày
06/11/2011 khá thống nhất 137

Hình 4.20: Dự báo 48 giờ của hai mô hình GSM và GFS thời điểm 00Z ngày
05/11/2011 có sự khác biệt 138

Hình 4.21: Bản đồ phân tích của RSMC Nhật Bản, ảnh mây vệ tinh 12Z ngày
13/11/2011 139

Hình 4.22: Bản đồ xác suất tổ hợp 2 mô hình GSM và GFS lúc12Z ngày
13/11/2011 140

Hình 4.23: Dự báo 24, 48 giờ của mô hình GSM từ thời điểm 12Z ngày
13/11/2011 140

Hình 4.24: Dự báo 24, 48 giờ của mô hình GFS từ thời điểm 12Z ngày
13/11/2011 141


Hình 4.25: Phân tích của mô hình GSM (hàng trên) và GFS (hàng dưới) 00Z
và 12Z ngày 17/11/2011 141

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bão và áp thấp nhiệt đới trong thời kỳ 1928 – 1944, 1947 – 1980 [3].14
Bảng 1.2: Các đặc trưng của 6 nhân tố môi trường tại khu vực hình thành bão
[33] 16

Bảng 2.1. Quy tắc Tchebychev cho phân bố chuẩn 36
Bảng 3.1: Phân bố hình thành các cơn bão theo thời gian trên khu vực biển
Đông có mở rộng đến kinh tuyến 140
0
E giai đoạn 1980 - 2009 45
Bảng 3.2: Thống kê mối quan hệ giữa rãnh áp thấp và sự hình thành XTNĐ .47
Bảng 3.3: Các đặc trưng thống kê của nhiệt độ mặt nước biển 56
Bảng 3.4: Các đặc trưng thống kê của nhiệt độ thế vị tương đương 60
Bảng 3.5: Các đặc trưng thống kê của độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa 65
Bảng 3.6: Các đặc trưng thống kê của năng lượng đối lưu tiềm năng 71
Bảng 3.7: Các đặc trưng thống kê của độ đứt gió v 73
Bảng 3.8: Các đặc trưng thống kê của độ đứt gió u 77
Bảng 3.9: Các đặc trưng thống kê của phân kỳ mực 200mb 81
Bảng 3.10: Các đặc trưng thống kê của xoáy tương đối mực 850mb 88
Bảng 3.11a: Các đặc trưng thống kê của các nhân tố tiềm năng (a – các nhân
tố động lực) 92

Bảng 3.11b: Các đặc trưng thống kê của các nhân tố tiềm năng (b – các nhân
tố nhiệt ẩm) 92


Bảng 3.12: Xác suất phát hiện sự hình thành của XTNĐ của các nhân tố nhiệt
động lực 95

Bảng 3.13: Chỉ số POD của xác suất tổ hợp 97
Bảng 3.14: Quy trình thử nghiệm dự báo sự hình thành của XTNĐ trên khu
vực biển Đông 107

Bảng 4.1: Tóm tắt điều kiện nhiệt động lực từ ngày 12 đến 13/8/1996 111
Bảng 4.2: Tổng hợp các điều kiện môi trường theo quy trình từ 00z ngày 12
đến 00z ngày 13/8/1996 112

Bảng 4.3: Tóm tắt điều kiện nhiệt động lực từ ngày 21 đến 22/9/1997 114
Bảng 4.4: Tổng hợp các điều kiện môi trường theo quy trình từ 00z ngày 21
đến 00z ngày 22/9/1997 117

Bảng 4.5: Tóm tắt điều kiện nhiệt động lực từ ngày 17 đến 18/7/2002 119
Bảng 4.6: Tổng hợp các điều kiện môi trường theo quy trình từ 12z ngày 17
đến 12z ngày 18/7/2002 122

Bảng 4.7: Tóm tắt điều kiện nhiệt động lực từ ngày 02 đến 03/7/2007 124
Bảng 4.8: Tổng hợp các điều kiện môi trường theo quy trình từ 00z ngày 02
đến 00z ngày 03/7/2007 127

Bảng 4.9: Tổng hợp điều kiện nhiệt động lực từ ngày 27 đến 28/9/2008 129
Bảng 4.10: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 05 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GSM 133

Bảng 4.11. Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 06 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GSM 134


Bảng 4.12: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 05 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 135

Bảng 4.13: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 06 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 136

6

Bảng 4.14: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 13 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GSM 143

Bảng 4.15: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 17 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GSM 144

Bảng 4.16: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 13 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 145

Bảng 4.17: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 17 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 146

7

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
BBC: Bắc bán cầu
CAPE: Năng lượng đối lưu tiềm năng
(Convective Available Potential Energy)
ePT: Nhiệt độ thế vị tương đương
(Equivalent Potential Temperature)
FAR: Tỷ lệ cảnh báo khống (False Alarm Ratio)

GFS: Hệ thống dự báo toàn cầu của NCEP
(Global Forecast System)
GSM: Mô hình phổ toàn cầu của Cơ quan khí tượng Nhật Bản (JMA)
(Global Spectral Model)
OISST: Nhiệt độ mặt nước biển nội suy tối ưu
(Optimum Interpolated Sea Surface Temperature)
ITCZ: Dải hội tụ nhiệt đới (Inter-Tropical Convection Zone)
JTWC: Trung tâm cả
nh báo bão (đặt tại Honolulu, Hoa Kỳ)
(Joint Typhoon Warning Center)
MOS: Thống kê đầu ra mô hình (Model Output Statistic)
MST: Rãnh gió mùa (Monsoon Trough)
NBC: Nam bán cầu
NCEP: Trung tâm dự báo môi trường Hoa Kỳ
(National Center for Environmental Prediction)
NCAR: Trung tâm nghiên cứu khí quyển quốc gia Hoa Kỳ
(National Center for Atmospheric Reseach)
POD: Xác suất phát hiện (Probability of Detection)
PP: Dự báo hoàn hảo (Perfect Prognostic)
RSMC: Trung tâm khí tượng chuyên ngành khu vực (đặt tại Nhật Bản)
(Regional Specialized Meteorological Center)
SST: Nhiệt độ mặt nước biển (Sea Surface Temperature)
XTNĐ: Xoáy thuận nhiệt đới
WMO: Tổ chức khí tượng thế giới (World Meteorology Organization)

8


MỞ ĐẦU
Nghiên cứu về sự hình thành của xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) đã được bắt

đầu từ những năm giữa của thế kỷ 20 và là một chủ đề thu hút được nhiều sự đầu tư
nghiên cứu của các nhà khoa học khí tượng trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Nhưng cho đến nay vẫn còn nhiều quan điểm khác nhau về cơ chế hình thành và
phát triển XTNĐ, thậ
m trí ngay trên một khu vực nghiên cứu, cũng như một nhân tố
tác động cũng có những nhận định rất khác nhau. Biển Đông nước ta nằm trong khu
vực có nhiều XTNĐ hoạt động. Để nâng cao chất lượng dự báo XTNĐ trên Biển
Đông và vùng lân cận, cần tiếp tục nghiên cứu bài toán sự hình thành của XTNĐ để
đánh giá đầy đủ các đặc trưng, từ đó tìm ra những nhân tố chính tham gia quá trình
hình thành và phát triển củ
a XTNĐ ở khu vực này. Trên cơ sở đó, xây dựng bộ
nhân tố đặc trưng cho bài toán dự báo sự hình thành của XTNĐ và đưa ra quy trình
tạm thời khai thác và sử dụng bộ nhân tố đặc trưng, kết hợp với những số liệu, công
cụ, sản phẩm hiện có tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, để dự
báo sự hình thành của XTNĐ trên khu vực biển Đông m
ở rộng đến kinh tuyến
140
0
E. (Sau đây gọi tắt là khu vực Biển Đông mở rộng ).
Đáp ứng yêu cầu cấp thiết của công tác dự báo bão và áp thấp nhiệt đới
(ATNĐ), ngày 11 tháng 5 năm 2010, Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường đã
ký Quyết định số 857 /QĐ-TNMT phê duyệt Chủ nhiệm, Cơ quan chủ trì và dự toán
kinh phí các đề tài khoa học công nghệ cấp bộ mở mới năm 2010 thuộc chương
trình “Nghiên cứu khoa học và công nghệ nh
ằm nâng cao năng lực dự báo, cảnh
báo các hiện tượng khí tượng thuỷ văn nguy hiểm và phục vụ khí tượng thuỷ văn ở
các địa phương giai đoạn 2010-2015” mã số TNMT.05/10-15 của Bộ Tài nguyên và
Môi trường, trong đó có đề tài “Nghiên cứu xây dựng bộ nhân tố nhiệt động lực cho
dự báo sự hình thành của xoáy thuận nhiệt đới trên khu vực biển Đông”.
Theo quy định của Quy chế báo bão, ATNĐ và lũ, khi t

ốc độ gió mạnh nhất
của XTNĐ đạt cấp 6 thì XTNĐ được gọi là ATNĐ. ATNĐ với tốc độ gió mạnh
nhất đạt cấp 6, cấp 7 có thể gây thiệt hại cho tàu, thuyền và tính mạng ngư dân trên
biển cũng như vùng ven bờ, đồng thời có thể gây ra mưa lớn diện rộng, dẫn tới lũ,
lụt, nhất là khi kết hợp với các hình thế khác như không khí lạ
nh từ phía bắc tràn
xuống. Do đó, việc phát hiện sớm thời điểm hình thành và khả năng phát triển của
ATNĐ là rất quan trọng đối với công tác phòng, tránh thiên tai bão, lũ ở Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu quan trọng nhất của đề tài là xây dựng được một
phương pháp dự báo sự hình thành ATNĐ trên khu vực biển Đông mở rộng dựa
trên bộ số liệu tái phân tích và các sản phẩm số trị
, góp phần nâng cao chất lượng
dự báo bão và áp thấp nhiệt đới trên biển Đông, phục vụ phòng tránh thiên tai
9

Đề tài thực hiện trong thời gian 2 năm, bắt đầu từ tháng 5 năm 2010 do
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung ương chủ trì thực hiện, Thạc sỹ
Hoàng Phúc Lâm làm chủ nhiệm đề tài. Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn
Trung ương, Viện khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường, Trường Đại học
Khoa học tự nhiên đã cử các chuyên gia giỏi về lĩnh vực này tham gia thực hiện đề
tài.
Sau gần hai năm, Chủ nhiệm đề tài cùng các cộng tác viên đã thực hiện hoàn
thành các nội dung nghiên cứu đề ra, xin trình báo cáo khoa học để Hội đồng khoa
học các cấp thẩm duyệt. Nội dung của báo cáo được bố cục như sau:
Mở đầu
Chương 1. Xoáy thuận nhiệt đới và các điều kiện hình thành xoáy thuận
nhiệt đới
Chương 2. Phạm vi, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kế
t quả và thảo luận

Chương 4. Thử nghiệm kết quả
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Lời cảm ơn
10


CHƯƠNG 1: XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN HÌNH
THÀNH XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI
1.1 Đặt vấn đề
1.1.1 Khái niệm về xoáy thuận nhiệt đới
Xoáy thuận chia làm hai loại về vị trí địa lý cũng như cấu trúc front, khối
khí, đó là xoáy thuận ngoại nhiệt đới (hay còn gọi là xoáy thuận front) và xoáy
thuận nhiệt đới. Xoáy thuận nhiệt đới là một trong những hệ thống áp thấp quy mô
dưới synop, không kèm theo front, phát sinh trên vùng biển nhiệt đới.
Theo tốc độ gió mạnh nhất ở vùng gần trung tâm xoáy thuận nhiệ
t đới,
WMO quy định phân loại xoáy thuận nhiệt đới thành:
Áp thấp nhiệt đới: Là xoáy thuận nhiệt đới với hoàn lưu mặt đất giới hạn bởi
một hay một số đường đẳng áp khép kín và tốc độ gió lớn nhất ở gần vùng trung
tâm từ 10,8 - 17,2m/s (cấp 6 - cấp 7).
Bão nhiệt đới: Là xoáy thuận nhiệt đới với các đường đẳng áp khép kín và
tốc độ gió lớn nhất ở vùng gần trung tâm t
ừ 17,2 đến 24,4m/s (cấp 8 - cấp 9).
Bão mạnh: Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ
24,5 - 32,6m/s (cấp 10 - cấp 11).
Bão rất mạnh: Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần
trung tâm từ 32,7m/s trở lên (trên cấp 11). [3]
Theo định nghĩa về xoáy thuận nhiệt đới trong “Quy chế báo Áp thấp nhiệt

đới, bão, lũ” của Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam thì “xoáy thuận nhiệt
đới
là vùng gió xoáy, đường kính có thể tới hàng trăm km, hình thành trên biển nhiệt
đới, gió thổi xoáy vào trung tâm theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, áp suất khí
quyển (khí áp) trong xoáy thuận nhiệt đới thấp hơn xung quanh, có mưa, đôi khi
kèm theo dông, tố, lốc”. Và: “Áp thấp nhiệt đới là một xoáy thuận nhiệt đới có sức
gió mạnh nhất từ cấp 6 đến cấp 7 và có thể có gió giật.”
“Bão là một xoáy thuận nhiệt đới có sức gió mạnh nhất t
ừ cấp 8 trở lên và có
thể có gió giật. Bão từ cấp 10 đến cấp 11 được gọi là bão mạnh; từ cấp 12 trở lên
được gọi là bão rất mạnh.”
Tốc độ gió mạnh nhất ổn định trong bão thường lấy trung bình trong 2-10
phút tuỳ quốc gia. Rõ ràng là thời đoạn lấy gió cực đại càng ngắn khả năng đạt tốc
độ gió với giá trị cao càng lớn. Chính vì thế thông tin bão truyền từ các trung tâm
dự báo Bão về
thời điểm chuyển từ áp thấp nhiệt đới sang bão, tốc độ gió lớn nhất
11

trong bão cũng khác nhau. Điều đó dẫn đến kết quả xác định tần số bão cũng khác
nhau.
Trong điều kiện thực tế của Việt Nam, ATNĐ (với tốc độ gió cực đại đạt cấp
6, cấp 7) có thể gây ra những hệ quả thời tiết nguy hiểm như mưa lớn diện rộng khi
kết hợp với các hình thế khác như không khí lạnh, hoặc do s
ự di chuyển chậm của
áp thấp nhiệt đới trên khu vực ven biển Việt Nam; ngoài ra, áp thấp nhiệt đới với
gió mạnh cấp 6, cấp 7 gây thiệt hại về tàu, thuyền và tính mạng ngư dân trên biển
cũng như vùng ven bờ. Do đó, thời điểm cũng như khả năng một vùng áp thấp
mạnh lên thành ATNĐ là rất quan trọng đối với công tác dự báo nghiệp vụ của
Trung tâm Dự báo Khí t
ượng thủy văn Trung ương nhằm phục vụ tốt công tác

phòng, tránh và giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây nên.
1.1.2. Sự hình thành và phát triển của xoáy thuận nhiệt đới
Bão chỉ hình thành khi có sự phối hợp của các nhân tố nhiệt động lực và
trong hình thế synốp nhất định. Theo Palmén [18], có 3 điều kiện cơ bản cho sự
hình thành bão:
• Khu vực đại dương với nhiệt độ mặt biển cao (từ 26 - 27
o
C) bảo đảm nước
bốc hơi mạnh cung cấp năng lượng ngưng kết lớn cho hệ thống bão.
• Thông số Coriolis có giá trị đủ lớn tạo xoáy. Bão thường hình thành trong
đới giới hạn bởi vĩ độ 5 - 20
o
hai bên xích đạo.
• Dòng môi trường có độ đứt thẳng đứng của gió yếu, bảo đảm sự tập trung
của dòng ẩm vào khu vực bão trong thời gian đầu của sự hình thành bão.
Bên cạnh đó cũng có những điều kiện môi trường khác có đóng góp vào quá
trình hình thành của bão như:
• Ở trên cao, trường khí áp phải phân kỳ để bảo đảm sự giải tỏa khối lượng
không khí hội tụ ở mặ
t đất và duy trì bão như ta đã nói trong phần về trường
các yếu tố khí tượng. Điều đó thường được thoả mãn ở miền nhiệt đới, vì từ
mực500 mb trở lên, nhất là tại mực 200, 300mb thường xuyên tồn tại áp cao
cận nhiệt đới.
• Ở mặt đất phải có nhiễu động áp thấp ban đầu. Những kết quả thống kê cho
thấy 80% các cơn bão có liên quan với dải h
ội tụ nhiệt đới. Năm dải hội tụ
nhiệt đới ít hoạt động thì cũng ít bão.
Cũng có những nghiên cứu khác về điều kiện hình thành của bão như Gray
[24, 25, 26]. Nhìn chung để bão có thể hình thành và phát triển thì môi trường cần
đạt được các điều kiện như: nền nhiệt độ nước đại dương ≥ 26,5°C từ bề mặt nước

tới độ sâu ≥ 50m; khoả
ng cách tối thiểu từ xích đạo tới tâm của XTNĐ khoảng 500
km là điều kiện để lực Coriolis có thể có hiệu lực, có một hệ thống ở gần bề mặt với
12

độ xoáy và độ hội tụ cần thiết để có thể phát triển thành XTNĐ, độ đứt gió thẳng
đứng giữa các mực 850 mb và 200 mb phải nhỏ (< 10m/s).

Hình 1.1 Mô tả điều kiện hình thành XTNĐ theo Gray [24, 25, 26].
Từ khi hình thành đến khi tan rã, thời gian tồn tại trung bình của bão khoảng
7 - 8 ngày đêm. Tuy nhiên, có một số cơn bão chỉ tồn tại vài giờ, và cũng có những
cơn bão tồn tại trên 15 ngày hoặc lâu hơn nữa. Có thể chia quá trình hình thành và
phát triển của bão thành bốn giai đoạn là: Giai đoạn hình thành, Giai đoạn trẻ, Giai
đoạn chín muồi và Giai đoạn tan rã.
Bão xuất hiện trực tiếp từ mặt biển với sự hình thành c
ủa những cụm mây
tích lớn. Tuy nhiên phần lớn bão hình thành từ một nhiễu động là áp thấp có
trước trong trường áp nhiệt đới, phần lớn (khoảng 80% trường hợp) sự hình
thành bão có liên quan với dải hội tụ nhiệt đới. Trong giai đoạn hình thành, giai
đoạn áp thấp nhiệt đới, gió có cường độ bão chỉ thấy ở mực thấp. Và khi tốc độ gió
cực đại tại vùng gần trung tâm vượ
t quá 17,2 m/s, áp thấp nhiệt đới trở thành bão.
Một số khác di chuyển trên một khoảng cách lớn như là một áp thấp nhiệt đới. Ở
giai đoạn trẻ, nếu có sự tăng cường cường độ thì khí áp thấp nhất giảm nhanh xuống
dưới 1000 mb. Gió có cường độ bão hình thành một dải bao quanh trung tâm xoáy.
Ở phía dưới thấp, dòng hội tụ vào tâm có thể chưa bao quát phạm vi lớn nhưng trên
cao có thể có dòng phân kỳ từ tâm xoáy. Đến giai
đoạn chín muồi, khí áp ở tâm bão
không tiếp tục giảm và tốc độ gió cực đại cũng ngừng tăng lên. Phạm vi hoàn lưu
bão với tốc độ gió cường độ bão mở rộng. Nếu như trong giai đoạn trẻ, phạm vi gió

cường độ bão chỉ giới hạn trong phạm vi bán kính 30 – 50 km thì trong giai đoạn
chín muồi này, phạm vi của chúng có thể mở rộng tới trên 300 km. Bão trong giai
đoạn chín muồi cũng tr
ải qua các thời kỳ tăng cường và suy yếu không đều, kéo dài
trong vài ngày, thường đó là trường hợp bão tương tác với hoàn lưu ôn đới. Khi bão
di chuyển vào đất liền do điều kiện địa hình, lực ma sát tăng lên và nhất là khả năng
cung cấp ẩm cho bão bị mất đi nên cường độ của bão giảm rất nhanh. Sau một thời
gian ngắn (khoảng từ 1 - 2 ngày) thì bão tan rã hoàn toàn, đôi khi có thể tồn tại dưới
dạng m
ột áp thấp nhiệt đới và cho mưa lớn trên một phạm vi rộng. Trên biển, bão
cũng có thể bị tan rã khi gặp vùng nước lạnh như ở Tây Bắc Thái Bình Dương.
13

Xét về tần suất và khu vực hình thành bão, tính trung bình cho toàn cầu hàng
năm có 80 cơn bão. Khoảng 51% số cơn bão toàn cầu xuất hiện ở Bắc Thái Bình
Dương (trong đó 33% ở Tây Bắc Thái Bình Dương và 18% ở Đông Bắc Thái Bình
Dương). Số bão ở Bắc Bán Cầu chiếm 69% số bão toàn cầu, phần còn lại của số
lượng bão toàn cầu xuất hiện ở Nam Bán Cầu. Ở Nam Bán Cầu cực đại bão vào
tháng 1, ở B
ắc Bán Cầu vào tháng 8 và tháng 10 [49].

Hình 1.2. Phân bố số lượng XTNĐ trên quy mô toàn cầu.
Trên miền Bắc Thái Bình Dương, có thể thấy hai trung tâm hoạt động của
bão: một ở phía tây và một ở phía đông Thái Bình Dương. Trung tâm bão phía đông
có tần số cực đại tới 303 cơn bão trong vòng 100 năm trong dải từ 5 - 20
o
N và tập
trung vào khu vực sát bờ tây Trung Mỹ. Trung tâm hoạt động bão phía tây có tần
suất cực đại nhỏ hơn so với trung tâm hoạt động bão phía đông (230 cơn) nhưng mở
rất rộng theo hướng kinh tuyến. Nhiều cơn bão di chuyển từ vĩ độ 10 - 15

o
N tới vĩ
độ 50
o
N và tại đó không khí lạnh tràn vào xoáy thuận trước kia là bão, hệ thống
front hình thành, bão trở thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới.
Khu vực hình thành phân bố theo mùa và chịu ảnh hưởng bởi hai nhân tố
chính. Thứ nhất là mối quan hệ giữa quá trình hình thành XTNĐ và nhiệt độ bề mặt
biển, với nhiệt độ bề mặt biển cao nhất xảy ra trong cuối mùa hè. Đặc biệt vùng
nước ấm cũng được mở rộng ra xa hơ
n từ xích đạo tại Bắc bán cầu khi có sự kết
hợp của dòng Gulf stream (ở khu vực Đại Tây Dương) và dòng Kuroshio (ở khu
vực Thái Bình Dương). Một số tài liệu đã tập trung vào mối quan hệ giữa nhiệt độ
mặt nước biển và hoạt động của bão. Emanuel [22] đã chứng minh mối liên hệ này
sử dụng cường độ và thời gian tồn tại của các cơn bão từng mùa bão, chỉ ra sự
tương quan cao theo quy mô thập kỷ trên vùng biển Đại Tây Dương và Tây Bắc
Thái Bình Dương; một mối liên hệ tương tự cũng được Webster và cs [59] chỉ ra.
Nhân tố thứ hai là những biến đổi theo mùa trong khu vực rãnh gió mùa. Theo Gray
[24], ITCZ gần như liên tục bao quanh trái đất, nó là khu vực hội tụ giữa hai đới gió
14

tín phong BBC và NBC sau khi vượt xích đạo đổi hướng. Khu vực hình thành xoáy
thuận duy nhất không có sự kết hợp với rãnh gió mùa là Bắc Đại Tây Dương.
Khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương đặc biệt có hoạt động của XTNĐ trong
hầu suốt cả năm. Do đó, không có định nghĩa chuẩn cho mùa bão ở khu vực này. Số
bão hình thành ở Biển Đông được đưa vào thống kê tổng số bão của miền Tây Bắc
Thái Bình Dương. Trong tầ
n suất hình thành bão có sự tăng đột biến vào tháng 5, có
liên quan tới sự di chuyển của rãnh xích đạo lên Bắc bán cầu, sau đó tiếp tục tăng
dần cho tới tháng 9 trước khi giảm dần ở những tháng cuối năm. Thời kỳ thuận lợi

hình thành bão là từ giữa tháng 7 đến giữa tháng 12 và cực đại vào tháng 9.
Bảng 1.1 Bão và áp thấp nhiệt đới trong thời kỳ 1928 – 1944, 1947 – 1980 [3]

Về đường đi, bão hình thành trên biển nhiệt đới và thường di chuyển theo
hướng Tây và hướng cực, mặc dù đường đi của những cơn bão riêng lẻ có thể là
thất thường. Mức độ dầy đặc của quỹ đạo các cơn bão trên hình 1.3 ở Đông Bán
Cầu cũng cho ta thấy hình ảnh phân bố tần số bão ở đây thời kỳ 1979-1988. Mặt
khác, ta thấy trên 50% số bão có quỹ đạo hình parabol nằ
m ngang hướng đỉnh về
phía tây, ở Bắc Bán Cầu theo chiều kim đồng hồ còn ở Nam Bán Cầu ngược chiều
kim đồng hồ. Một nửa còn lại có chuyển động hướng cực và các chuyển động dạng
bất thường, có khi thắt nút nhiều lần.

H
ình

1.3 Qu
ỹ đạo bão (với
V
max
>
17m
/
s)
t
hời kỳ 1979-1988 [49]

1.1.3 Tổng quan về một số tham số tiềm năng cho sự hình thành xoáy thuận
nhiệt đới
1.1.3.1 Nhiệt độ mặt nước biển

15

Đã từ lâu, người ta đã phát hiện ra rằng bão chỉ xảy ra ở những đại dương
có nhiệt độ bề mặt đủ ấm. Từ quan điểm vật lý trên, có thể định nghĩa một đại
dương đủ ấm là đại dương có các lớp xáo trộn nhiệt đủ để cung cấp năng lượng
nhiệt cần thiết tạo thành các luồng nhiệt bề mặt giúp phát tri
ển đối lưu [24, 19].
Những đo đạc nhiệt độ mặt nước biển bằng phương pháp viễn thám có thể
được sử dụng để phát hiện các dấu hiệu nhiệt độ bề mặt biển của khu vực hoạt động
của các cơn bão. Nhìn chung, nhiệt độ mặt nước biển thấp được quan sát thấy sau
khi một cơn bão đi qua chủ yếu là do việc làm tăng lớp xáo tr
ộn trong đại dương và
tổn thất nhiệt bề mặt. Trong một số trường hợp, dòng nước trồi kết hợp với hiệu ứng
về độ sâu cũng có thể xem như là một nguồn làm mát. Bão chỉ có thể hình thành ở
khu vực biển rộng lớn với nhiệt độ bề mặt lớn hơn 26,5
0
C. Điều này là do nước biển
ấm cung cấp nhiệt lượng và hơi nước là nhiên liệu đối lưu cực mạnh của một cơn
bão, và hỗ trợ việc chuyển đổi của một lõi nhiệt ðới lạnh thành một cõn bão có lõi
ấm do quá trình giải phóng ẩn nhiệt khi ngưng kết.
Một trong những mối quan hệ đáng chú ý của đặc trưng khí hậu bão nhiệt
đới là sự tồn tại c
ủa một ngưỡng nhiệt độ bề mặt biển đối với sự hình thành bão.
Các khu vực thuận lợi nhất theo các tiêu chí về nhiệt độ mặt nước biển bao gồm:
phía tây bắc Đại Tây Dương (bao gồm cả vịnh Mexico) và Thái Bình Dương về
phía tây bắc. Nhiệt độ thấp ở khu vực phía Tây Nam và Đông Bắc Đại Tây Dương
có thể giải thích cho việc tại sao không có bão nhiệt đới hình thành ở đó. Không
đáng ngạc nhiên khi mà các đại dương có nhiệt độ từ 30
0
C sẽ có nhiều bão hoạt

động hơn so với khu vực 28
0
C.

16

Hình 1.4: Khu vực hình thành bão và mối quan hệ với SST
(theo trang web:
Hurr_Structure_Energetics/SST/SST.html)
Tác giả Lê Đình Quang khi nghiên cứu về vai trò của bão trong sự tương tác
nhiệt động lực của khí quyển và đại dương trên phạm vi Biển Đông đã đưa ra kết
luận: “XTNĐ khi di chuyển trên mặt biển có nhiệt độ bề mặt > 28
0
C thì phát triển,
trên vùng nhiệt độ bề mặt dưới 26
0
C sẽ đầy lên nhanh chóng” [6]
1.1.3.2 Độ đứt gió theo chiều thẳng đứng giữa hai mực 850 – 200 mb
Sự hình thành xoáy thuận nhiệt đới thường xảy ra ở môi trường có độ đứt gió
thẳng đứng yếu bởi vì độ đứt gió thẳng đứng mà lớn sẽ ngăn chặn sự phát triển đối
lưu, do đó hạn chế khả năng tạo thành một trung tâm với một nhân ấm và xoáy lớn
ở mực trên cao [17]. Không giống như nhiệ
t độ mặt nước biển, sự thay đổi độ đứt
thẳng đứng chỉ xảy ra trong quy mô thời gian rất ngắn (quy mô ngày hay nhỏ hơn).
Thêm nữa, vị trí hình thành xoáy thuận nhiệt đới thường có tương quan khá tốt với
các khu vực có độ đứt vĩ hướng thấp. Trong công trình của mình, Kevin Cheung đã
chỉ ra rằng: “Đối với cả hai tham số độ đứt, phân bố các giá trị chuẩn tại vị trí hình
thành XTNĐ
tương tự như đã tính toán các giá trị trung bình trong khu vực, ngoại
trừ những dao động lớn hơn tồn tại trong thời gian trước. Độ đứt trung bình theo

phương đông tây (bắc nam) trong khu vực trung bình có liên quan tới các cơn
XTNĐ lần lượt là -3.2 (-2.3) m/s, với độ lệch chuẩn là 7.5 (5.3) m/s (bảng 3.1). Giá
trị âm của độ đứt kinh – vĩ hướng này có thể là do trên thực tế rất nhiều XTNĐ
được hình thành ở khu vực vĩ
độ thấp liên quan tới gió tây nam mạnh thổi qua xích
đạo. Gió tây nam mạnh ở tầng thấp có thể mạnh hơn cả gió trên mực 200 mb và gây
ra giá trị âm cho độ đứt thẳng đứng trung bình.” [33]
Bảng 1.2: Các đặc trưng của 6 nhân tố môi trường tại khu vực hình thành bão [33]
Đặc trưng SST (
0
C) Ushear
(m/s)
Vshear
(m/s)
RH (%) CAPE
(J/kg)
Div
(10
-6
s
-1
)
Trung bình
28,9 -3,2 -2,3 61,8 1184,1 5,2
Độ lệch chuẩn
0,8 7,5 5,3 11,3 206,4 3,8
1.1.3.3. Độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa
Giá trị độ ẩm tương đối cao ở tầng dưới đối lưu là một điều kiện thuận lợi
cho sự hình thành của xoáy thuận nhiệt đới. Một quá trình đối lưu được hình thành
ban đầu trong một hệ thống đối lưu quy mô vừa, giáng thủy sẽ gây ra những dòng

17

giáng bên trong hệ thống. Nếu ở tầng thấp đối lưu quá khô, sự bốc hơi sẽ làm tăng
cường lạnh và sau đó sẽ làm tăng cường dòng giáng, do đó ngăn chặn sự phát triển
và duy trì đối lưu. Một cơ chế khác đó là ở tầng thấp đối lưu quá khô sẽ ngăn chặn
hoàn toàn đối lưu do các phần tử đi lên sẽ làm tăng cường không khí khô.
Cũng theo nghiên c
ứu của Kevin Cheung cho thấy trong hầu hết các trường
hợp có các giá trị độ ẩm tương đối trung bình lớn hơn 50% tại thời điểm hình thành
và “giá trị độ ẩm tương đối trung bình trong tất cả các trường hợp nghiên cứu là
61,8% và sự phân bố này có độ lệch chuẩn là 11,3%.”[33]
1.1.3.4. Xoáy tương đối trên mực 850mb
Bão là vùng áp thấp có hoàn lưu xoáy thuận mạnh, nên sự phát sinh của bão
tất nhiên có liên quan với sự nảy sinh của độ
xoáy dương. Nếu xem gần đúng điều
kiện khí quyển nhiệt đới là chính áp và bỏ qua gradien nằm ngang của chuyển động
thẳng đứng thì phương trình độ xoáy viết dưới dạng sau:
d ζ/d t = - ( Ω +2ωsinφ).∆
H
V
Từ phương trình này ta thấy rằng, bão phát sinh ở nơi cách xích đạo một
khoảng cách nhất định. Ở xa xích đạo (Bắc Bán Cầu) sinφ > 0, nếu có hội tụ (∆
H
V
<0) thì d ζ/d t >0, có điều kiện sinh xoáy thuận. Trong trường hợp không có hội tụ
ngang của dòng khí, thì độ xoáy tương đối ζ >0 cũng có thể nảy sinh trong dòng khí
có thành phần chuyển động hướng Nam d ζ/d t=-β√. Nhưng nói chung sự phát triển
của độ xoáy dương trong trường hợp này chậm và không thể hình thành bão. Như
vậy vùng hội tụ của gió tín phong ở hai bán cầu có tầm quan trọng lớn đến sự hình
thành bão.

Theo Gray (1968), những xoáy thuậ
n nhiệt đới đòi hỏi sự gia tăng liên tục
của khối lượng, động lượng và hơi nước từ phần dưới của tầng đối lưu. Giá trị của
các đại lượng này được đưa vào khí quyển từ lớp biên khí quyển – đại dương đến
mực khoảng 1km. Xét trên quy mô lớn, chúng phụ thuộc vào độ lớn của góc quay
do ma sát của tốc độ gió trong lớp biên trên vùng đại dương nhi
ệt đới. Góc quay
này trung bình là 10 – 15 độ. Ông cũng nêu ra rằng với tất cả các điều kiện thuận lợi
và thường xuyên tác động khác, sự nảy sinh của xoáy thuận nhiệt đới phụ thuộc
trực tiếp vào độ lớn của xoáy tương đối ở mực thấp của tầng đối lưu. [24]
Các nghiên cứu ở Việt Nam cũng đã có những kết luận về nhân tố độ
xoáy
như: “Giữa giá trị độ xoáy và cường độ XTNĐ có một tương quan dương rất rõ. Để
18

phát triển thành bão, giá trị độ xoáy thường phải liên tục tăng” và tại thời điểm hình
thành bão, giá trị độ xoáy lớn gấp 3 – 4 lần các giá trị tương ứng nhận được của 3
ngày trước; và rằng khi giá trị độ xoáy đạt ≥ 25x10
-6
s
-1
sẽ là điều kiện thuận lợi để
bão hình thành. [5]
1.1.3.5. Phân kỳ trên mực 200 mb
Hội tụ là quá trình mà các dòng khí gặp nhau tại một khu vực trung tâm nhỏ
hơn, hoặc do các chuyển động ngược chiều hoặc của một số phần tử chuyển động
nhanh hơn bắt kịp những phần tử đi trước. Phân kỳ là trường hợp ngược lại với sự
hội tụ, s
ự di chuyển phân tán ra xung quanh của các yếu tố từ một khu vực chung.
Đây là một yếu tố quan trọng nữa ảnh hưởng tới sự phát triển của XTNĐ.

Phân kỳ mạnh tại tầng đối lưu trên ở gần khu vực có sự tăng cường nhiễu
động tầng thấp làm tăng cường khả năng phát triển thành đối lưu sâu, rồi sau đó sẽ
là quá trình tạo xoáy ở mự
c giữa. Những nghiên cứu trước đây của Challa và Pfeffer
[13] chỉ ra tầm quan trọng của rãnh thấp ở bên trên tầng đối lưu trên cao trên khu
vực nhiệt đới (TUTT) trong sự hình thành XTNĐ. Theo đó, các tác giả đưa ra giả
thuyết rằng những nhiễu động dạng sóng trong khí quyển tầng cao có thể thúc đẩy
sự hình thành XTNĐ, còn theo kết luận của Kevin Cheung [33] thì “hầu hết các
trường hợp đều có giá trị phân kỳ mực 200 mb vào khoả
ng 3–4x10
-6
s
-1
”
1.1.3.6. Năng lượng đối lưu tiềm năng
Như đã biết, CAPE cho chúng ta biết rằng đó là năng lượng tiềm ẩn trong khí
quyển mà nếu một phần tử thăng lên được phía trên mực đối lưu tự do có thể nhận
được. CAPE có liên quan trực tiếp tới tốc độ thẳng đứng tiềm năng bên trong một
dòng thăng; nghĩa là giá trị CAPE lớn đồng nghĩa với việc các hi
ện tượng thời tiết
nguy hiểm như dông, bão có nhiều khả năng xảy ra hơn. Thông thường trong một
cơn dông giá trị CAPE ở vào khoảng trên 1000J/kg, và trong những dòng thăng
phát triển mạnh mẽ như bão có thể tính được giá trị CAPE trên 5000J/kg. Tuy nhiên
sẽ không có một giá trị CAPE cụ thể nào có thể cho ta biết được rằng liệu có hiện
tượng thời tiết nào xảy ra không.
CAPE cũng được xem là một trong những nhân tố đóng góp cho quá trình
hình thành c
ủa XTNĐ. Một mô hình kinh nghiệm về sự tăng cường của một khối
mây đối lưu có tổ chức và xoáy bão thông qua sự bất ổn của khí quyển do đốt nóng
và cưỡng bức từ bề mặt được nhiều người thừa nhận [14, 50]. Trong cơ chế này,

đối lưu được xem là sự giải phóng có chọn lọc của năng lượng đối lưu tiềm năng ở
các khu vực có hoàn l
ưu quy mô lớn có xu hướng được thay thế bằng nguồn hội tụ
19

ở đâu đó. Mô hình này giải thích khá tốt cho sự phát triển của xoáy do sự đốt nóng
đối lưu và thông lượng khối lượng tuy nhiên sự chi phối đối lưu của các dòng môi
trường quy mô xoáy hay tham số hóa đối lưu chưa được hiểu rõ.
1.1.3.7. Nhiệt độ thế vị tương đương
Để so sánh trạng thái nhiệt động của hai khối không khí cần phải tính đến cả
hai yếu tố là khí áp và nhiệt độ. Đi
ều đó gây không ít khó khăn. Vì vậy, người ta
đưa ra một định nghĩa về một đại lượng đặc trưng, mà sử dụng đại lượng này có thể
so sánh được trạng thái nhiệt động của hai khối không khí. Đại lượng đặc trưng đó
chính là nhiệt độ thế vị. Theo đó, Nhiệt độ thế vị là nhiệt độ mà khối không khí có
được, nếu nó di chuyển đoạn nhiệt khô t
ừ mực khởi điểm đến mực tại đó áp suất
bằng 1000mb.
Nhiệt độ thế vị tương đương được định nghĩa là nhiệt độ mà không khí sẽ thu
được nếu toàn bộ hơi nước ngưng kết và được giải phóng trong quá trình phần tử đi
lên, và sau đó không khí ẩm đã trở thành khô sẽ được đưa đoạn nhiệt khô về mực áp
suất 1000mb. Nh
ư ta đã biết, trong các quá trình đoạn nhiệt, thì đối với không khí
khô hoặc không khí ẩm chưa bão hòa, nhiệt độ thế vị của nó không biến đổi. Ngược
lại đối với không khí ẩm chứa hơi nước ở trạng thái bão hòa và các sản phẩm ngưng
kết, thì sự biến đổi nhiệt độ của nó xảy ra theo các đường đoạn nhiệt ẩm với
gradient của đoạn nhiệ
t ẩm thường nhỏ hơn gradient của đoạn nhiệt khô, cho nên,
nhiệt độ thế vị tăng theo độ cao, tức là nhiệt độ thế vị không còn là hằng số nữa. Để
thay thế cho nhiệt độ thế vị trong trường hợp này, người ta đưa vào khái niệm nhiệt

độ thế vị tương đương. Nhiệt độ thế vị tương đương giữ không đổi trong quá trình
biến đổ
i đoạn nhiệt ẩm, nó là một tham số thuận lợi đặc trưng cho biến đổi trạng
thái của không khí ẩm bão hòa. [16]
Trong quá trình hình thành của XTNĐ, nhiệt và ẩm ở tầng đối lưu được xem
là những nhân tố có tác động quan trọng, quyết định việc có hay không hình thành
đối lưu ẩm trong khí quyển. Khi tồn tại đối lưu thì tại các lớp khí quyển khác nhau
sẽ có sự xâm nhập của không khí ở môi trường xung quanh vào không khí
đối lưu.
Nếu không khí ở môi trường xung quanh nóng và ẩm, sự ngưng kết và giải phóng
ẩn nhiệt sẽ bổ sung năng lượng cho khối khí đối lưu và dòng thăng được tăng
cường. Do đó, không khí nóng và ẩm ở tầng khí quyển thấp được xem là một nhân
tố thuận lợi cho quá trình hình thành của XTNĐ.
1.1.3.8. Rãnh gió mùa và dải hội tụ nhiệt đới
Atkinson [28] đã cho rằng các hình thế synop liên quan đến sự hình thành
của bão ở
khu vực bắc Đại tây dương là rất đa dạng. Còn ở khu vực tây bắc Thái
bình dương thì rãnh gió mùa tầng thấp là hình thế synop chủ yếu của sự hình thành
bão. 85 - 90% các cơn bão được hình thành trong rãnh này, còn rãnh ở trên tầng đối
20

lưu cao chỉ có vai trò phụ (đối với 10 - 15% các cơn bão). Trong tất cả các khu vực
phát triển của bão, hầu hết các cơn bão là kết quả của sự mạnh lên của các nhiễu
động xoáy được hình thành trong rãnh gió mùa tầng thấp.
Dải hội tụ nhiệt đới là dải hội tụ khối lượng của hai đới gió mùa mùa hè
trong khu vực nội chí tuyến: Phía bắc dải là tín phong BBC, phía nam dải là tín
phong NBC vượt xích đạo đi lên.
Rãnh gió mùa ở trên Biển đông và lân cận, Rãnh
gió mùa cũng là một dải hội tụ khối lượng của hai đới gió (có thể ở trong hoặc ở
ngoài khu vực nội chí tuyến): Phía bắc dải là đới gió đông bắc đến đông của khối

không khí biến tính có nguồn gốc lục địa, phía nam là đới gió tây nam đến nam có
nguồn gốc là tín phong NBC vượt xích đạo đi lên, cũng có khi là chính tín phong
BBC đi lên và hội tụ vào rãnh (xem hình 1.5). Có nhiều trường hợ
p 2 dải hội tụ liên
thông với nhau hoặc chuyển hoá qua nhau, khi đới gió phía bắc của dải thay đổi
nguồn gốc.

Hình 1.5: Trường đường dòng và đẳng áp mực 850mb ngày 23/6/1997 với các nhân tố rãnh
gió mùa, dải hội tụ nhiệt đới và các XTNĐ có cường độ khác nhau [1]
Qua khảo sát thực tế, có thể thấy rằng, phần lớn các cơn bão (hoặc áp thấp
nhiệt đới) xuất hiện được là do sự mạnh lên của các nhiễu động xoáy đã hình thành
và tồn tại trên các dải hội tụ gió: MST hoặc ITCZ. Hình 1.5 cho thấy các XTNĐ với
các cường độ khác nhau cùng tồn tại trên một dải ITCZ. Cũng có không ít những
nhiễu động xoáy đã hình thành trên các dải hội tụ gió nhưng không mạnh lên được
thành bão hay áp thấp nhiệt đới, mà sau một thời gian tồn tại rồi lại suy yếu và tan
đi.
1.2. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt nam
21

1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới
Một trong những nghiên cứu đầu tiên của khí hậu toàn cầu về sự hình thành
XTNĐ là công trình của Gray năm 1968, tác giả đã đưa ra một số điều kiện môi
trường thuận lợi cho sự hình thành của XTNĐ, đó là: một lớp đại dương ấm đủ dầy,
một lớp bất ổn định có điều kiện trong khí quyển, độ
ẩm tương đối tầng đối lưu giữa
lớn hơn trung bình, xoáy tầng thấp lớn hơn trung bình, độ đứt thẳng đứng của gió
nhỏ trên khu vực trung tâm XTNĐ, và cuối cùng là vị trí khu vực hình thành phải
cách xa tương đối xích đạo (nơi có giá trị đáng kể của tham số Coriolis)
Ba nhân tố đầu tiên có thể xem là các biến nhiệt động lực, trong khi ba nhân
tố sau là các nhân tố động lực. Trong khi các điều kiện v

ề lực Coriolis và nhiệt động
lực đã tồn tại trên một khu vực biển nhất định, trong một thời gian dài, thì các tham
số xoáy tầng thấp và độ đứt thẳng đứng có thể thay đổi đáng kể theo những quy mô
không gian và thời gian nhỏ hơn rất nhiều [25, 42]. Do đó, năm 1975, Gray đã giả
thiết rằng sự hình thành XTNĐ sẽ xuất hiện khi xoáy tầng thấp trên trung bình và
độ đứt gió thẳng đứ
ng quy mô địa phương yếu [25].
Một vài nghiên cứu gần đây về lĩnh vực này cho thấy sự hình thành XTNĐ
có xu hướng xuất hiện cùng với giai đoạn tăng cường của dòng thăng quy mô lớn
đồng thời với đối lưu sâu [60]. Trong giai đoạn hình thành, qua quan sát cho thấy sự
hình thành của xoáy xuất hiện cùng với sự hình thành của hệ thống đối lưu quy mô
vừa trong khu vực có tồn tại nhiễ
u động nhiệt đới [60, 52]. Xoáy ban đầu được tạo
thành từ hệ thống đối lưu quy mô vừa [15, 20]. Để một khu vực đối lưu rộng
khoảng vài trăm km như hệ thống đối lưu quy mô vừa phát triển và tồn tại, phải có
hội tụ tầng thấp và đối lưu sâu trên quy mô synôp hoặc lớn hơn, thường là nhờ vào
các tác nhân từ bên ngoài [27]
Hầu hết các nghiên cứu về sự hình thành củ
a XTNĐ đều đưa ra những nhận
định, đề xuất khác nhau về các cơ chế khí quyển có thể cung cấp ngoại lực (tương
tự như lực nâng quy mô lớn) cho quá trình tạo thành hệ thống đối lưu quy mô vừa,
và do đó là xoáy đối lưu quy mô vừa. Một số nhà khoa học cho rằng nhân tố môi
trường xuất hiện ở tầng thấp như hai công trình của Lee [38] và Zehr [60] đã lập
luận rằng các khu v
ực hội tụ của các dòng khí tầng thấp được tăng cường, thường
được xem như là những nhiễu động sóng tầng thấp, là nguyên nhân thúc đẩy quá
trình hình thành của XTNĐ. Zehr, trong nghiên cứu năm 1992, đã nhận xét: “hầu
hết các nhiễu động sóng có liên quan đến các trường hợp tạo thành của XTNĐ ở
khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương đều có thành phần gió Tây” [60]. Do đó, ông
nhận định rằng nhiều nhiễu động nhiệt đớ

i hình thành do có sự tăng cường của dòng
gió Tây khi chúng tiếp cận rãnh gió mùa trong quá trình chuyển động về phía Tây
của chúng, và do đó xuất hiện quá trình hình thành XTNĐ.
22

Các hoàn lưu trên cao cũng được cho rằng có khả năng ảnh hưởng tới sự
hình thành của XTNĐ. Như trong công trình của McBride và Keenan đã viết: “42%
số trường hợp hình thành XTNĐ trên khu vực Australia xuất hiện khi các rãnh tầng
đối lưu trên tồn tại trong khoảng 5
0
và 80% trong khoảng 15
0
kinh vĩ về phía cực và
phía tây của khu vực nhiễu động” [45]. Sadler [54] cũng đã xác nhận điều kiện trên
giúp quá trình hình thành của XTNĐ ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương xuất
hiện dễ dàng hơn.
Các khối xoáy thuận tăng cường di chuyển về phía Tây trong rãnh tầng đối
lưu trên được cho rằng đã thúc đẩy sự hình thành của XTNĐ bằng cách cung cấp
dòng phân kỳ cần thiết cho sự hình thành cũng như s
ự tăng cường của XTNĐ [54].
Challa và Pfeffer [13] giả thiết rằng những nhiễu động sóng trong khí quyển tầng
cao có thể thúc đẩy sự hình thành XTNĐ thông qua sự hội tụ thông lượng rối của
momen góc. Montgomery và Farrell [48] đề xuất cơ chế cho sự hình thành của
XTNĐ có liên quan đến sự tương tác giữa các nhiễu động xoáy thế trên các tầng cao
và các nhiễu động nhiệt đới tầng thấp. Những rãnh tầng cao này có thể thúc đẩy
dòng thăng trên một lớp dầy, và do đó tăng cường đối lưu, do sự bất cân bằng của
dòng khí phía trên.
Những nhiễu động sóng lan truyền hướng Tây cũng được một số nhà nghiên
cứu mô tả như là nguyên nhân thúc đẩy sự hình thành của XTNĐ thông qua sự tăng
cường của hội tụ tầng thấp và/ hoặc xoáy tương đối [55, 61]. Landsea (1993) đã

viết: “57% bão, 58% những cơn bão trung bình, 83% những cơn bão mạnh ở
khu
vực Đại Tây Dương từ năm 1967 đến 1991 hình thành trong sóng Đông” [37].
Trong khi đó, ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, Ritchie E. A đã chỉ ra rằng chỉ
có “khoảng 10 – 15% số trường hợp hình thành XTNĐ trong các năm 1990 – 1992
là do sóng Đông” [52]. Đến năm 1999, trong công trình của mình, Richie và
Holland đã xác định được 5 đặc tính đó là các thành phần hoàn lưu mực thấp ở Tây
bắc Thái Bình Dương: đường đứt gió mùa, khu vực hội tụ gió mùa, khu vực đối lưu
gió mùa, sóng đ
ông và sự phân tán năng lượng của sóng Rossby dựa trên bộ số liệu
8 năm. Hai thành phần đầu tiên kể trên liên quan đến 71% sự phát triển của tất cả
các XTNĐ (42% tương ứng với đường đứt gió mùa và 29% tương ứng với khu vực
hội tụ gió mùa). Hơn nữa, khu vực gió mùa và các thành phần làm suy giảm năng
lượng được phát hiện tương ứng đối với các trường hợp đặc biệt trong khu vực h
ội
tụ gió mùa và thành phần này chiếm tới 82% tổng số XTNĐ hình thành. Các hệ
thống đối lưu quy mô vừa cũng được cho rằng có liên quan khá mật thiết đối với sự
phát triển trong đường đứt gió mùa và các thành phần hội tụ, và ở khu vực hội tụ thì
các hệ thống đối lưu quy mô vừa đó sẽ phát triển nhanh hơn. Một cách tương đối,
sự hình thành XTNĐ trong sóng đông (chiếm 18% trường h
ợp trong tổng số) không
23

tương ứng với rãnh trên cao với các hệ thống đối lưu quy mô vừa ít phát triển hơn.
Cơ chế hình thành chủ yếu trong thành phần này là độ bất ổn định chính áp. [53]
Năm 1997, Briegel và Frank đã kiểm tra những quá trình hội tụ quy mô lớn
đối với sự hình thành các XTNĐ trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, tiến hành
xác định tổng hợp các dòng hoàn lưu mực 200 – 850mb trong các năm từ 1988 đến
1989 và phát hiện ra một rãnh tầng cao tồn t
ại trên khu vực tây bắc và sự tăng

cường của dòng mực thấp ở khu vực tây nam của vùng nhiễu động là những điều
kiện thuận lợi cho sự hình thành xoáy thuận nhiệt đới [12]. Một hoàn lưu XTNĐ đã
tồn tại từ trước ở vào khoảng 2000km về phía tây vị trí hình thành cũng là điều kiện
thuận lợi, điều này có lẽ liên quan tới cơ chế phân tán nă
ng lượng sóng Rossby đã
được Ritchie và Holland phát hiện ra năm 1999 [53].
Mặt khác, cũng có một số nghiên cứu lại tập trung vào khả năng thay đổi của
XTNĐ hoạt động theo những thời điểm khác nhau. Ví dụ, Yumoto và Matsura năm
2001 đã kết luận rằng: có một sự thay đổi giữa các thập kỷ trong số lượng các cơn
xoáy thuận nhiệt đới hình thành ở Tây Bắc Thái Bình Dương trong 50 năm, từ 1951
đến 2000, theo đó, t
ần số bão trong những năm 60 là cao, giảm dần trong những
năm 70 và tăng đều trong những năm 80; trong những năm 90, dù thời gian đầu, từ
1990 – 1994 có tần số bão cao, nhưng thời gian từ 1995 – 1996 và 1998 – 2000 thì
chỉ xấp xỉ tần số trung bình [62]. Lander [36], Wang và Chang [58] cũng đã lần lượt
nghiên cứu tác động của El Nino và La Nina đối với hoạt động của XTNĐ trên Tây
bắc Thái Bình Dương. Liebmann và cs [39], Maloney và Hartmann [41] cũng tập
trung vào sự thay đổ
i của số lượng XTNĐ trên Tây bắc Thái Bình Dương và khu
vực đông bắc Đại Tây Dương bằng việc nghiên cứu dao động Madden-Julian; nội
dung chính của những nghiên cứu này đó là việc so sánh dị thường trong sự biến
động vật lý của các tham số (nhiệt độ mặt nước biển, gió, bức xạ sóng dài…), xem
xét sự ảnh hưởng bằng việc quan sát các trường hợp không gây ảnh hưởng hoặc
trong các giai đoạn khác.
Gần đây, năm 2003, Kevin Cheung và cs đã tiến hành kiểm tra 6 nhân tố môi
trường quy mô lớn liên quan đến sự hình thành của XTNĐ trên khu vực Tây Bắc
Thái Bình Dương trong 11 năm (1990 – 2001). Trong nghiên cứu của mình, Kevin
cũng sử dụng bộ số liệu tái phân tích 2,5x2,5 độ của NCEP/NCAR. 6 nhân tố mà
Kevin đã kiểm tra đó là: nhiệt độ mặt nước biển, độ đứt gió giữa hai mực 200mb và
850mb của hai thành phần gió kinh hướng và vĩ hướng, độ ẩm tươ

ng đối giữa 500
và 700mb, năng lượng đối lưu tiềm năng và phân kỳ mực 200mb.
Thời điểm và vị trí hình thành của mỗi XTNĐ được xác định một cách khách
quan dựa trên bộ số liệu best track với điều kiện là khi tốc độ gió cực đại đạt 25kts
(khoảng 13m/s). Nếu một XTNĐ mạnh lên và tốc độ gió cực đại đạt ngay 30kts thì