ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÁT HIỆN THEO DÕI CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT NGUY HIỂM: TỐ, LỐC, MƯA ĐÁ, MƯA LỚN CỤC BỘ

BTNMT
TTKTTVQG

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN QUỐC GIA
Số 4 Đặng Thái Thân – Quận Hoàn Kiếm – Hà Nội

*******





BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KH&CN CẤP BỘ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÁT HIỆN THEO DÕI
CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT NGUY HIỂM:
TỐ, LỐC, MƯA ĐÁ, MƯA LỚN CỤC BỘ
BẰNG HỆ THỐNG RAĐA THỜI TIẾT TRS-2730


Chủ nhiệm đề tài: TS. TRẦN DUY SƠN













7573
25/11/2009



HÀ NỘI, 5-2009


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN QUỐC GIA

Số 4 Đặng Thái Thân - Hoàn Kiếm – Hà Nội
*******

BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÁT HIỆN THEO DÕI
CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT NGUY HIỂM: TỐ, LỐC, MƯA ĐÁ, MƯA
LỚN CỤC BỘ BẰNG HỆ THỐNG RAĐA THỜI TIẾT TRS-2730

Chỉ số đăng ký:
Chỉ số phân loại:
Chỉ số lưu trữ:
Cộng tác viên chính:
TS. Vương Quốc Cường, ThS. Nguyễn Viết Thắng,
CN. Nguyễn Tuấn Tài, KS. Lê Văn Thảo, KS. TrịnhV
ăn Lý,
KS. Nguyễn Văn Hải, KS. Nguyễn Xuấn Hiếu

Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Hà Nội, ngày tháng năm 2009
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

TS. Trần Duy Sơn
CƠ QUAN THỰC HIỆN
ĐÀI KHÍ TƯỢNG CAO KHÔNG

Q. GIÁM ĐỐC






Nguyễn Thị Tân Thanh
CƠ QUAN CHỦ TRÌ
TRUNG TÂM KTTVQG
KT. TỔNG GIÁM ĐỐC
PHÓ TỔNG GIÁM ĐỐC





Trần Văn Sáp

Hà Nội, ngày tháng năm 2009

Hà Nội, ngày tháng năm 2009
HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. Nguyễn Lê Tâm
CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI
TL. BỘ TRƯỞNG
KT. VỤ TRƯỞNG
VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
PHÓ VỤ TRƯỞNG





Nguyễn Lê Tâm


GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU VÀ DANH TỪ VIẾT TẮT


TT Giải thích Viết tắt, ký hiệu
1 Áp cao lạnh
ACL
2 Áp thấp bị nén
ATBN
3 Áp thấp nhiệt đới ATNĐ

4 Áp cao cận nhiệt đới
ACCNĐ
5
Cột phản hồi vô tuyến yếu hầu như thẳng đứng được
bao bọc bởi một phía và bên trên bằng phản hồi vô
tuyến rất mạnh
BWER
6 Hội tụ hiệt đới
HTNĐ
7 Đường tố trước bão
ĐTTB
8 Đường tố sau bão
ĐTSB
9 Hiện tượng thời tiết nguy hiểm cục bộ HTTTNHCB
10 Hội tụ kinh hướng
HTKH
11 Dạng PHVT hình móc câu HOOK
12 Dạng PHVT đường sóng gấp khúc LEWP
13 Phản hồi vô tuyến PHVT
14 Mặt cắt nghiêng (Chỉ thị màn hình tròn) PPI
15 Rãnh gió Tây
RGT
16 Mặt cắt thẳng đứng RHI
17 Thám không vô tuyến TKVT
18 Xoáy thuận nhiệt đới
XTN
19
Vùng PHVTyếu được bao bọc bởi một phía và bên trên
bằng PHVTmạnh
WER

20 Độ cao mức ngưng kết đối lưu LCL
21 Độ cao mức đẳng nhiệt 0
0
C FRZG
22 Năng lượng đối lưu tiềm năng CAPE
23 Độ xoáy tương đối Sr- rH
24 Chỉ số năng lượng xoáy EHI
25 Tốc độ thăng cực đại MVV
26 Tham số tạo xoáy VGP
27 Chỉ số hoạt tính lốc SWEAT


1


MỞ ĐẦU

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “ Nghiên cứu xây dựng Quy trình phát hiện
theo dõi hiện tượng thời tiết nguy hiểm: tố lốc, mưa đá, mưa lớn cục bộ bằng hệ thống ra
đa thời tiết TRS-2730” được thực hiện ở đài Khí tượng Cao không, Trung tâm Khí tượng
Thuỷ văn Quốc gia Bộ Tài nguyên và Môi trường do TS. Trần Duy Sơn làm chủ nhiệm.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu để xây dự
ng quy trình phát hiện, theo dõi các
hiện tượng thời tiết nguy hiểm liên quan đến mây đối lưu phát triển mạnh như tố, lốc,
mưa đá, mưa lớn cục bộ gọi tắt là hiện tượng thời tiết nguy hiểm cục bộ (HTTTNHCB)
bằng hệ thống ra đa thời tiết TRS-2730 phục vụ cho công tác dự báo cực ngắn và cảnh
báo.
Trong quá trình thực hiện đề tài đã giải quyết được các n
ội dung sau:
- Tổng quan được các HTTTNH liên quan đến mây đối lưu phát triển mạnh có thể

phát hiện và theo dõi bằng ra đa thời tiết;
- Tổng kết được một số loại hình thế Synop điển hình thuận lợi cho việc xuất hiện
dông mạnh và có khả năng gây nên tố lốc, mưa đá và mưa lớn cục bộ;
- Tổng kết được hoạt động của tố lốc, mưa
đá trên lãnh thổ miền Bắc Việt nam ( từ
Quảng Bình trở ra) như: số ngày và số lần xuất hiện theo các tháng trong năm cho cả
vùng và cho các tỉnh trong khu vực;
- Nghiên cứu và rút ra một số kết luận ban đầu về ảnh hưởng của các điều kiện bất
ổn định nhiệt động lực ảnh hướng đến việc xuất hiện các HTTTNHCB;
- Xây dựng được các đặc điểm phả
n hồi vô tuyến (PHVT) liên quan đến các
HTTTNHCB làm cơ sở cho việc phát hiện và theo dõi các hiện tượng này ở trạm ra đa
thời tiết có trang bị loại ra đ TRS-2730.
- Dự thảo được Quy trình phát hiện và theo dõi các HTTTNHCB bằng hệ thống ra
đa thời tiết TRS-2730;
- Thực hiện việc thử nghiệm quy trình ở 3 trạm ra đa thời tiết và có đánh giả kết
quả.
Trong quá trình thực hiện đề tài chủ nhiệm và các công tác viên gặp nhi
ều khó
khăn do không lường trước được những sự cố như: hệ thống các ra đa TRS-2730 hoạt
động không ổn định (vào đúng mùa khảo sát ra đa hoạt động không đảm bảo tiêu chuẩn
kỹ thuật để đo định lượng hoặc bị hỏng phải ngừng quan trắc). Số liệu về các
HTTTNHCB không có đầy đủ trong dãy số liệu lưu trữ của các trạm Khí tượng bề
mặt
trong mạng lưới quan trắc thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia, đặc biệt
là số liệu về gió tự ghi (liên tục theo thời gian). Rất nhiều số liệu thu thập được từ nguồn
tư liệu quá khứ đã không sử dụng được để phục vụ cho mục tiêu của đề tài. Hơn thế nữa
các HTTTNHCB thường xảy ra trong phạm vi thời gian và không gian nhỏ nên khó có
những ghi nhận đầy đủ để làm căn cứ sử dụng. Vấn đề phân tích thông tin thám không vô
tuyến cũng có những trở ngại do số lượng kỳ quan trắc thám không rất ít (2 kỳ trong

ngày), nên khó phát hiện tính quy luật của các chỉ số nhiệt động lực của khí quyển ảnh
hưởng quyết định đến khả năng hình thành các HTTTNHCB, chỉ phát hiện được có sự
tăng đột biến về giá trị các ch
ỉ số đó trong phần lớn các ngày có hiện tượng so với ngày
trước đó.

2
Trong thời gian thực hiện đề tài chủ nhiệm đã nhận được sự động viên và tạo điều
kiện thuận lợi của lãnh đạo Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc Gia, lãnh đạo đài Khí
tượng Cao không và các đài Khí tượng Thuỷ Văn Khu vực: Đông Bắc, Việt Bắc, Bắc
Trung Bộ. Xin chân thành cảm sự quan tâm và gúp đỡ quý báu đó.
Chủ nhiệm đề tài cảm ơn tập thể các cán b
ộ chuyên môn về Khí tượng ra đa của
Đài Khí tượng Cao không đã có những cộng tác tích cực trong quá trình thực hiện đề tài.
Cảm ơn tập thể ba trạm ra đa thời tiết Phù Liễn, Vịêt Trì và Vinh đã cộng tác tích cực
trong việc thu thập tư liệu khảo sát, theo dõi và kiểm chứng kết quả thử nghiệm Quy
trình. Cám ơn phòng Dự báo Hạn ngắn Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung
ương đã có những s
ự cộng tác và giúp đỡ rất hiệu quả.


CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT NGUY
HIỂM CỤC BỘVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HIỆN TƯỢNG THỜI TIẾT NGUY HIỂM CỤC BỘ VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI

Các hệ thống thời tiết có kích thước khác nhau. Có những hệ thống cỡ lớn, kéo dài
trong nhiều ngày, chi phối thời tiết trên một khu vực rộng lớn, phát hiện được thông qua
việc phân tích bản đồ Synop. Song cũng có những hệ thống cỡ nhỏ hơn chỉ hoạt động
trong khu vực nhỏ và chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn cỡ vài phút đến vài giờ. Việc
phân loại các hệ thống thời tiết theo kích thước đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
Fujita [17] đã tổng kết kích thước các hệ thống thời tiết khác nhau và phân loại chúng để
làm cơ sở cho việc nghiên c
ứu phạm vi ảnh hưởng. Orianski [25] đã phân loại các hiện
tượng thời tiết cỡ vừa (Mesoscale) thành ba nhóm α; β và γ theo kích thước ngang. Kết
quả phân loại của các tác giả đã được thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Phân loại các hệ thống thời tiết cỡ vừa [25]

Hệ thống thời tiết
Kích thước

Thời gian
hoạt động

Gió cực
đại
(m/s)
C
ỡ
Frong nóng 300 - 1000 km 1-3 ngày 15 α
Bão lớn (Hurricane) 300 -2000 km 1-7 90 α
Xoáy thuận nhiệt đới 300 -1500 km 3 -15 33 α
Áp thấp nhiệt đới 300 - 1000 km 5 - 10 17 α
Frong khô ( Dry front) 200 - 1000 km 1-3 20 α
Bão cỡ vừa 300 – 500 km 2 - 3 50 β

Áp cao cỡ vừa (Mesohigh) 10 -500 km 3 -12 25 β
Đường gió giật 10 – 300 km 0,5 – 6 giờ 35 β
Xoáy thuận nhỏ ( Mesocyclone) 10 – 100 km 0,5 - 6 60 β
Dông siêu đám ( Supercell storm) 20 -50 km 2- 6 - β
Mây vũ tích 1 -30 km
1 - 3
- β
Tố ( Microburst) 1 - 4 2 – 15 ph. 70 γ
Lốc xoáy (Tornado) 30 – 3000 m 0,5 – 90 ph. - γ

Những hệ thống mà trong đó mây đối lưu phát triển mạnh thường kèm theo các
hiện tượng thời tiết nguy hiểm như dông, tố lốc, mưa đá và mưa lớn cục bộ. Các hiện
tượng này ít khi xảy ra song gây thiệt hại rất lớn. Bởi vậy chúng được đặc biệt quan tâm.
Dông tố nói chung là những nhiễu động có tính chất địa phương gây nên bởi các quá
trình động lực trong mây đối lưu phát triể
n mạnh. Trong những năm đầu của thể kỷ trước
các hiện tượng này đã được nghiên cứu song do thiếu các phương tiện kỹ thuật hiện đại
như ra đa thời tiết, vệ tinh khí tượng nên các kết quả chưa nhiều và chưa có tính thuyết

4
phục cao. Với sự xuất hiện của ra đa thời tiết, vệ tinh khí tượng hiện tượng này được
khảo sát và nghiên cứu sâu hơn. Nhiều nước đã xây dựng được các hệ thống quan trắc và
cảnh báo rất hữu hiệu các hiện tượng này trên cơ sở sử dụng các chỉ tiêu nhận biết hiện
tượng tính toán được theo số liệu thám không và số liệu ra đa thời tiết. Hiệ
n tượng dông
tố kèm theo gió xoáy mạnh có khi có cả mưa đá liên quan đến các quá trình đối lưu
mạnh, có kích cỡ khoảng 2-50 km, kéo dài trong khoảng từ vài phút đến 6 giờ được gọi
chung là các hiện tượng thời tiết nguy hiểm cục bộ (HTTTNHCB). Theo phân loại của
bảng 1.1 các hiện tượng này thuộc hệ thống cỡ vừa (nhóm γ và cuối nhóm β). Trên màn
hình ra đa thời tiết các hiện tượng này được thể hiện bằng đ

ám hoặc tập hợp đám phản
hồi vô tuyến (PHVT) với những đặc điểm định tính và định lượng riêng đặc trưng cho
từng loại.
Ở Nga, trong những năm nửa cuối của thế kỷ trước, hiện tượng HTTTNHCB đã
được nghiên cứu kỹ. Hai cơ quan nghiên cứu nhiều về tố, lốc, mưa đá là Viện nghiên cứu
khí tượng núi cao và Đài vật lý địa c
ầu Trung ương. G.K. Sulacvelize, L.M. Phetchenko,
N.I. Gluskova [14] từ những năm bảy mươi, đã xây dựng các chỉ tiêu về nhận biết dông
mạnh có khả năng gây tố, lốc theo số liệu thám không. Quan hệ giữa điều kiện nhiệt động
lực của khí quyển, giữa độ cao đỉnh PHVT mây đối lưu và độ cao đối lưu hạn với khả
năng xảy ra lốc đã được khảo sát kỹ và đư
a ra được các chỉ tiêu để sử dụng trong nghiệp
vụ dự báo.
G.B. Brulop, S.B. Gasina, G.K. Sulacvelize [13] trên cơ sở các kết quả khảo sát
các dạng cấu trúc PHVT của mây đối lưu mạnh bằng ra đa thời tiết đã xây dựng được các
chỉ tiêu phát hiện mưa đá theo độ phản hồi cực đại, độ cao đỉnh mây và hình dạng đám
mây. Những chỉ tiêu này đã đưa vào sử dụng có kết quả trong ho
ạt động nghiệp vụ ở hơn
100 trạm ra đa thời tiết trên toàn lãnh thổ Liên Xô cũ, đặc biệt là trong công tác phá mưa
đá bảo vệ mùa màng ở vùng núi phía Tây Nam nước Nga (vùng Capcazơ). Hiện nay các
chỉ tiêu nhận biết này đã được đưa vào chương trình cảnh báo của các ra đa thế hệ mới
với phần mền MERKOM [12] sử dụng không chỉ trong lãnh thổ Nga mà còn ở Peru,
Bolivia, Phần lan
Mỹ là nơi hiện tượng l
ốc xoáy có kèm theo vòi rồng xảy ra mạnh, đặc biệt là ở các
Bang miền Trung và miền Nam nên hiện tượng này được nghiên cứu nhiều. Với điều
kiện kỹ thuật và kinh tế thuận lợi, Mỹ cũng là nơi nghiên cứu kỹ bản chất của các hiện
tượng tố, lốc, mưa đá với nhiều tác giả có tên tuổi. Theo Galway [18] việc nghiên cứu để
giảm nhẹ thiên tai do các hiện tượng này gây ra đ
ã được bắt đầu từ những năm 30 của thể

kỷ trước và vẫn tiếp tục đến bây giờ.
Trong việc khảo sát và nghiên cứu tố lốc người ta thường sử dụng thang độ để ước
lượng sức gió gián tiếp. Fujita [20] đã đưa ra hệ thống thang độ ước lượng tốc độ gió
trong cơn lốc theo mức độ tàn phá của nó gồm :
F0 (ít nguy hiểm): 18-32 m/s
F1(nguy hiểm): 33 -49 m/s
F2 (khá nguy hiểm) : 50-69 m/s
F3 (rất nguy hiểm) : 70-92 m/s
F4 (tàn phá): 93-116 m/s
F5 ( tàn phá khủngkhiếp): 117-142 m/s

5
Theo Grazulic, những nỗ lực trong việc nghiên cứu và tìm tòi các phương pháp
cảnh báo để giảm bớt các tai hoạ do các HTTTNHCB đã mang lại hiệu quả đáng kể ở
Mỹ. Những năm đầu của thể kỷ trước hàng năm có khoảng 200 người chết do các hiện
tượng này gây nên nhưng đến 1974 con số này đã giảm nhiều mặc dù số lượng hiện
tượng được thông báo là nhiều hơn và mật độ dân s
ố cũng tăng cao hơn.
Doswel, C.A.[21] đã nghiên cứu lũ quét do mưa lớn cục bộ gây nên. Báo cáo về
nghiên cứu này được trình bày tại hội thảo của Mỹ và Tây Ban Nha ở Barcelona năm
1994. Trong một công trình khác công bố năm 1999 ông đã coi sự xuất hiện mây đối lưu
đám siêu lớn (Super cell) là nguyên nhân của mưa lớn cục bộ gây lũ quét.
Phil Alford trong công trình công bố năm 1995 đã tổng hợp các công trình nghiên
cứu về các hiện tượng thời ti
ết nguy hiểm liên quan đến mây đối lưu phát triển mạnh của
các tác giả trước đó. Trong công trình này tác giả đã mô tả rất kỹ các phương pháp nhận
biết tình thế có khả năng xảy ra các hiện tượng nguy hiểm cỡ Mezo - scale trên cơ sở các
số liệu thám không nhiệt gió, số liệu ra đa kể cả ra đa Doppler. Đây là công trình có giá
trị sử dụng lớn vì ngoài việc mô tả và phân tích về lý thuyết tác giả còn đư
a ra phương

pháp tính toán để dự báo khả năng xuất hiện.
Dessens, C.A và J.T. Snow đã mô tả lốc ở Pháp và lốc ở Mỹ, đưa ra được một số
đặc điểm địa phương rất bổ ích cho việc nghiên cứu tính địa phương của hiện tượng này.
Stumpf, Mitchell và các cộng sự đã đưa ra tập hình ảnh mẫu về PHVT của lốc
xoáy (Tornado) để sử dụng trong công tác nghiệp vụ phát hiện và theo dõi hi
ện tượng này
bằng ra đa thời tiết ở phòng thí nghiệm quốc gia về HTTTNHCB (NSSL Tornado
detection). Các HTTTNHCB có thể xảy ra trong một đám riêng biệt (single cell) mà cũng
có thể xảy ra trong tập hợp nhiều đám (muticellular).

1.1.1. Mây đối lưu mạnh.
Mây đối lưu mạnh thường xuất hiện ở vào các tháng mùa hè và mùa chuyển tiếp
khi điều kiện nhiệt động lực khí quyển thuận lợi cho đối lưu khí quy
ển phát triển. Kích cỡ
đám mây có thể khác nhau. Chúng có thể xuất hiện độc lập cũng có thể xuất hiện dưới
dạng quần thể nhiều đám phụ thuộc vào điều kiện hoàn lưu. Trường hợp đám mây phát
triển đạt đến kích thước rất lớn (đám siêu lớn - Supercell) sẽ gây ra nhiều hiện tượng thời
tiết rất nguy hiểm như gió mạnh, sấm chớp, m
ưa đá
Hình 1.1. mô tả sự phát triển của một đám mây đối lưu: Hình phía trên mô phỏng
các giai đoạn phát triển của đám đối lưu không mạnh trong điều kiện độ chuyển dịch
thẳng đứng của gió nhỏ. Độ PHVT lớn và dòng giáng với mưa đổ xuống nhanh trong môi
trường có dòng thăng đang tồn tại. Hình phía dưới mô phỏng sự phát triển của PHVT của
một đám mây
đối lưu độc lập mạnh. Lưu ý rằng trong trường hợp này PHVT mây xuất
hiện cao hơn so với đám đối lưu không mạnh (hình phía trên). PHVT có cường độ mạnh
từ trên cao phát triển nhanh xuống phía dưới làm cho hiện tượng nguy hiểm xuất hiện
đột ngột, có thể là mưa mạnh, mưa đá nhưng thường xảy ra nhất là dòng giáng mạnh.

6


Hình 1.1. Các giai đoạn phát triển của đám mây đối lưu

Hình 1.2 là ảnh mây đám siêu lớn. Các đám siêu lớn có khi tồn tại đến vài giờ và
trên một vùng lớn đến hàng chục cây số. Độ cao đám siêu lớn ở vùng nhiệt đới có thể đạt
đến độ cao đối lưu hạn hoặc lớn hơn. Một số trường hợp đỉnh mây có thể “xuyên thủng”
đối lưu hạn gây nên những hiện tượng thời tiết rất nguy hiểm.
Trong mây đối lư
u dạng đám siêu lớn, nguy hiểm nhất là dòng giáng (Microburst)
mạnh. Khi chạm đất dòng này tỏa ra và tạo nên tố. Hiện tượng này thường gây nguy hiểm
cho hoạt động của hàng không. Hình 1.3a, 1.3b và 1.3c mô tả Microburst trong một đám
mây Cb. Các dòng ra (Out flow) xuất phát từ tâm và tỏa ra ở phía dưới mây.




Hình 1.2. Đám mây đối lưu siêu lớn
(


7


Hình 1.3a. Cơ chế gây Microburst trong
mây đối lưu mạnh

Hình 1.3b. Hiện tượng Microburst trong
mây Cb, rất nguy hiểm cho hoạt động của

máy bay



Hình1.3c. Hình ảnh Microburst trong mây đối lưu phát triển mạnh

Ra đa Doppler có thể nhận biết hiện tượng Microburst theo trường gió. Hướng
gió ở các phía khác nhau của tâm đám mây thể hiện trên hình 1.4. Gió từ tâm tỏa ra mọi
hướng. Trường gió này thể hiện trên mặt cắt xiên gió (PPI V) với hai đới gió Doppler
khác biệt nhau về hướng: vùng xa ra đa gió sẽ có hướng thổi ra còn vùng gần ra đa hơn
thì ngược lại (vị trí của ra đa ở phía dưới). Đường tốc độ gío bằng 0 (Zeroline) ở giữ
a
phân biệt hai miền gió đối hướng.
Sự di chuyển của các đám mây đối lưu được mô tả theo nhiều hệ thức toán học
khác nhau nhưng nói chung hướng di chuyển của chúng có xu thế theo véc tơ gió trung
bình của lớp gió từ mức gió địa chuyển đến mức 6 km. Quan hệ được mô tả bằng công
thức sau [17].
2
020,065,09,1
CCw
UUU ++= (1.1)

Trong đó U
w
– Véc tơ gió trung bình từ mức gió địa chuyển đến 6 km.
U
C
– Tốc độ di chuyển của đám mây.

8

Hình 1.4 a. Mặt cắt ngang hướng gió trong
Microburst ( RĐ là vị trí ra đa)

Hình 1.4b. Gió Doppler trong Microburst
( RĐ là vị trí ra đa)

1.1.2. Dông
Dông (Thunderstorm) cũng là một hiện tượng thời tiết nguy hiểm thường xuyên
xảy ra trong mây đối lưu phát triển mạnh. Dông là nhiễu động có tính chất địa phương
gây nên bởi mây vũ tích (Cb) và thường kèm theo các hiện tượng phóng điện điện tạo nên
sấm, chớp. Có khi có gió giật, mưa rào cường độ lớn. Trong nhiều trường hợp có cả tố,
lốc và mưa đá.
Hình 1.5 là ảnh chụp hiện t
ượng phóng điện trong mây dông. Quan hệ giữa PHVT
mây với khả năng có dông trong mây đối lưu đã được nghiên cứu nhiều. Các tác giả
thường sử dụng độ cao đỉnh PHVT mây, độ PHVT hoặc tổ hợp hai đại lượng đó để làm
chỉ tiêu nhận biết [11]. Một số nghiên cứu đã sử dụng kết hợp cả thông tin ra đa và thông
tin thám không vô tuyến như độ cao tầng nhiệt độ
0
0
C, độ cao tầng nhiệt độ-22
0
C để
thiết lập chỉ tiêu tổng hợp nhận biết dông.


Hình 1.5. Hiện tượng phóng điện trong mây dông

9

1.1.3. Mưa lớn cục bộ
Mưa lớn cục bộ (Rainstorm) là hiện tượng mưa rào với cường độ mạnh xảy ra từ
các đám mây dông. Khái niệm này dùng để phân biệt với mưa đá và mưa của hệ thống
mây đối lưu cỡ lớn như xoáy thuận nhiệt đới, hội tụ gió trong hoàn lưu cỡ Synop (
thường kéo dài nhiều ngày và xảy ra trên diện rộng).
Mưa l
ớn cục bộ có thể gây ra lũ quét (trong những điều kiện địa hình và chế độ
thuỷ văn thuận lợi), sạt lở đất ở miền núi và cũng được coi là hiện tượng nguy hiểm
phải cảnh báo. Ở các thành phố lớn nơi số lượng người tham gia giao thông rất nhiều, các
trận mưa lớn cũng cần được cảnh báo trước để có thể điều thêm ph
ương tiện giải tỏa
đường phố trước khi mưa xảy ra đề phòng hiện tượng bất ngờ phải vội vã tránh mưa, dễ
gây tai nạn hoặc ùn tắc giao thông.
Mưa lớn xảy ra trong thời gian ngắn là đặc điểm của mưa từ mây đối lưu. Cường
độ mưa tính theo độ phản hồi vô tuyến (PHVT) nhưng với hệ số A và b khác nhau. Theo
Batan [17], Doviak Zrníe [22] thì khi
ước lượng cường độ mưa rào theo độ PHVT từ mây
đối lưu nên sử dụng công thức:

4,1
300RZ =
(1.2)

Trong vùng nhiệt đới Rosenfeld [19] khuyến cáo sử dụng công thức:
2,1
250RZ = (1.3)

Nói chung quan hệ giữa độ PHVT và cường độ mưa là mối quan hệ phức tạp, phụ
thuộc vào nhiều yếu tố. Để có thể ước lượng sơ bộ cường độ mưa theo độ PHVT người ta
thường sử dụng mối quan hệ định lượng theo bảng 1.2.

Bảng 1.2 Quan hệ giữa cường độ mưa và độ PHVT Z (dBZ)

Loại mưa Cường độ Độ PHVT (dBZ)
Mưa phùn 0
Mưa bụi tuyết Rải rác hoặc tuyết bông 10
Mưa nhẹ hoặc tuyết Mưa phùn mùa xuân: 1-2 mm/h 25
Mưa bình thường Mưa phùn đậm hạt: 5 mm/h 35
Mưa mạnh Mưa rào mùa hè: 20 mm/h 45
Mưa rất mạnh Mưa trong mây dông: 100 mm/h 55

1.1.4. Tố
Tố (Squall) là hiện tượng gió mạnh xuất hiện đột ngột, kéo dài trong khoảng thời
gian vài phút (phân biệt với gió giật có thời gian tồn tại ít hơn) [30]. Hướng gió trong tố
thay đổi liên tục. Trường hợp có nhiều vùng tố sắp xếp theo một trật tự nhất định có
chiều dài lớn hơn chiều rộng và di chuyển theo một hướng nhất định thì gọi là đường tố
(Squall line).
Đường tố là một đường ổn định gồm các đám mây đối lưu mạnh, còn được
gọi là đường nhiều đám (multi- cell line). Đường tố đôi khi liên quan với hoạt động của

10
bão (Pre-cyclone Squall lines), Front hoặc các xoáy khác nhưng cũng có khi tồn tại độc
lập. Thông thường đường tố độc lập xuất hiện dọc theo đường Front và có thể chứa mưa
mạnh, mưa đá, gây sấm chớp, gió mạnh đổi hướng liên tục (

Hình 1.6 mô tả cấu trúc gió trong đám mây đối lưu có tố dòng thăng ở bên phải và
dòng giáng (có mưa) ở bên trái gây nên một đường phân cách gọi là đới gió giật (Gust

Front) hay đường tố.
Đườ
ng tố thường được kiến tạo trong môi trường khí quyển không ổn định mà
trong đó không khí ở tầng thấp có thể bay lên mà không cần “trợ giúp” sau đã được kích
hoạt đẩy lên (nhờ Frong) cho đến độ cao mà ở đó có thể xảy ra hiện tượng ngưng kết.
Nhiệt lượng được giải phóng trong quá trình ngưng kết làm cho phần tử không khí bay
lên nhẹ hơn không khí xung quanh ở cùng một độ cao, dẫn đến tốc độ ph
ần tử khí bay lên
tăng lên rất nhanh, có khi đạt đến 30 m/phút. Đường tố có thể kéo dài hàng chục km hoặc
dài hơn, gây thời tiết xấu trên một khu vực rộng trong cùng một lúc.



Hình 1.6. Cấu trúc gió trong trong tố
Tốc độ di chuyển của đường tố có thể đạt đến 60 m/phút. Theo một kết quả nghiên
cứu của Mỹ (South Dakota School of Mines and technology) thì ở vùng đồng bằng phía
Bắc nước Mỹ vùng tố có gió mạnh thường xuất hiện trong môi trường khí quyển có độ
đứt thẳng đứng của gió (Vertical Wind Shear) trong tầng thấp (0-3 km) ít nhất là cỡ
trung bình và mức độ bất ổn định khá cao (CAPE lớn hơn 2000 J/kg). Đám mây siêu lớn
được sinh ra nơi có độ
dịch chuyển thẳng đứng của gió lớn ở trong một lớp dày 0-6 km
hay 0-8 km với CAPE (3200 J/kg). Các đám mây đối lưu mạnh có PHVT hình cánh cung
(Bow choes) xuất hiện trong điều kiện độ đứt thẳng đứng của gió trong lớp 0-3 km lớn
với CAPE cỡ trung bình (2600 J/kg). Đường tố không mạnh lắm xuất hiện ở mức độ dịch
chuyển thẳng đứng trung bình và với giá trị năng lượng bất ổn đị
nh (CAPE) thấp hơn. Ở
Mỹ tố chỉ được thông báo khi tốc độ gió vượt quá 19 knots ( 8,2 m/s).

11

Bảng 1.3. Độ đứt thẳng đứng của gió và các chỉ số nhiệt động lực của khí quyển
trong vùng gió mạnh ở đồng bằng Bắc Mỹ

Độ đứt thẳng đứng của gió và các chỉ số nhiệt động lực của khí quyển

Tham số
Gió không
mạnh
(Non-Severe
Line)
Đường tố
(Squall line)
PHVT hình
cánh cung
(Bow choes)
Siêu đám
(Suppercell)
CAPE 1250 2050 2600 3100
Điểm sương ( F
0
) 16 12 12
Độ đứt gió 0-3 km
( m/s)
15,7 17 22 19
Độ đứt gió 0-6 km
( m/s)
23,7 28 32 37

Cơ chế gây nên sự thay đổi liên tục của hướng gió trong đường tố là do có sự
tương tác giữa các đám mây đối lưu. Trong đường tố các đám mây đối lưu thường thay
đổi: đám cũ mất đi, đám mới xuất hiện. Tại cùng một thời điểm các đám mây đối lưu có
thể ở trong các giai đoạn khác nhau: phát triển, trưởng thành và tan rã. Có trường hợp
một đám trong s
ố các đám gặp được điều kiện thuận lợi bộ phát thành đám rất lớn tạo nên
vùng gió xoáy cục bộ. Các đám luôn trong tình trạng di chuyển theo một hướng liên quan
chặt chẽ đến hướng di chuyển của đường Frong. Gió trong đường tố không ổn định về
hướng và tốc độ theo không gian và thời gian. Hiện tượng có những vùng gió xoáy cục
bộ rất mạnh trong đường tố là có thể lý giải đượ
c.
Hình 1.7 là PHVT đường tố liên quan đến một nhiễu động mạnh quan trắc được ở
Mỹ, tại Pennsylvania tháng 6 năm 2003. Đây là một đường tố mỏng bị uốn cong có dạng
hình cánh cung.



Hình1.7.PHVT đường tố trong một nhiễu động mạnh ở Pennsylvaniatháng6

12
năm2003(WWWEos.ubc.ca/courses/atsc201/A201reasouces/radátormintarptutorria1/Rad )
1.1.5. Lốc
Lốc (ở Mỹ gọi là tornado) là vùng gió xoáy có kích thước nhỏ [30]. Vùng gió xoáy
này được thể hiện bằng một cột không khí chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ.
Tốc độ gió trong lốc rất lớn, từ 18 đến 135 m/s, không thể đo đạc trực tiếp được bằng các
dụng cụ thông thường mà phải dùng thang độ F để xác định theo mức độ tàn phá. Rất
nhiều tr
ường hợp có lốc kèm theo vòi rồng (Water spouts).
Khi lốc đã xảy ra, dù không có vòi rồng, các mảnh vỡ của nhà cửa, của các công
trình xây dựng bị đổ nát, cây cối bị đổ gãy là những dấu hiệu cho thấy sự tồn tại của

một xoáy rất mạnh đã tiếp xúc với mặt đất. Ở phạm vi địa phương lốc là loại xoáy mạnh
nhất trong các xoáy của khí quyển. Kích thước lốc có thể là vài tră
m mét đến hàng
kilomét. Nói chung lốc xảy ra ở khắp mọi nơi trên thế giới nhưng nhiều nhất vẫn là ở Mỹ
với con số 1000 cơn lốc mỗi năm, tập trung phần lớn ở các bang miền Trung và miền
Nam và xảy vào tất cả các tháng trong năm.
Theo G.C. Asnani [29] lốc là một hiện tượng thời tiết cực kỳ nguy hiểm. Khi có
vòi rồng (một cái phễu mây thò xuống phía dưới) thì mứ
c độ nguy hiểm của cơn lốc lại
càng lớn hơn. Trước khi vòi rồng chạm đất có thể nhìn thấy những mảnh vỡ của các vật ở
mặt đất bay lên cao theo chuyển động xoáy. Phễu mây chạm đến đất với một tiếng động
mạnh. Trong khoảng một vài giây các mảnh vỡ bay lên. Mái nhà và các vật nặng khác kể
cả người và động vật, ô tô, xe tải bắt đầu bay khỏi m
ặt đất. Bò kéo và ngựa tuột khỏi xe
và bị thổi bay xa. Có trường hợp ô tô bị bốc khỏi đường và rơi xuống trên lùm cây. Xe
lửa bị trượt khỏi đường ray. Cầu bị nhấc khỏi bờ sông, bị vặn cong hoặc xô gập lại
Quan trắc thực tế và lý thuyết cho thấy rằng lốc có thể xảy ra trong những điều
kiện sau [30]:
a. Lốc lớn có thể xảy ra từ
đám mây đối lưu siêu lớn (Supercell cloud) hoặc từ
nhiều đám với điều kiện khí tượng thuận lợi cho đối lưu mạnh:
- Có nguồn ẩm dồi dào trong tầng thấp.
- Khí quyển có khả năng bất ổn định lớn.
- Cơ chế chuyển động thăng tạo nên hội tụ tầng dưới và phân kỳ ở tầng trên
để khởi đầu và gia tăng sự gi
ải phóng năng lượng bất ổn định.
- Độ đứt thẳng đứng của gió lớn.
b. Trước khi lốc được tạo thành thường có một xoáy thuận nhỏ trong đám mây
siêu lớn. Một số tác giả cho rằng đó là hoàn lưu của không khí môi trường xung quanh
đám mây. Có thể cả đám lớn đều quay chậm quanh trục thẳng đứng. Song một số tác giả

lại cho rằng xoáy thuận nhỏ trong đám mây đượ
c tạo thành do quá trình nghiêng của trục
xoáy luôn tồn tại trong đám mây đối lưu siêu lớn do có sự dịch chuyển ngang của gió
giữa dòng thăng ấm phía dưới và dòng giáng lạnh ở phía trên.
Đường kính của cơn lốc mạnh vào khoảng 200 m, ít khi vượt quá 1000 m. Độ dày
của mây trong cơn lốc ở vùng ôn đới khoảng 7 km, không hiếm trường hợp đến 10 km.
Các cơn lốc có thời gian tồn tại khoảng 3 phút với tốc độ cực đạ
i 50 m/giây song cũng có
các cơn lốc tồn tại đến 3 giờ với tốc độ gió cực đại đạt đến 100 m/giây (F4) hoặc lớn hơn.
Tần suất xuất hiện các cơn lốc lớn rất nhỏ song thiệt hại do lốc loại này gây ra thì rất lớn

13
do mức độ tàn phá khủng khiếp. ở Mỹ chỉ có 5% cơn lốc thuộc loại này nhưng thiệt hại
do chúng gây ra chiếm đến 70% tổng số thiệt hại do lốc gây nên. Có cơn lốc ở bang
Iiinois kéo dài đến 7 giờ (ngày 26

tháng 5 năm 1917). Hình 1.8 mô tả một giản đồ của khí
áp ký khi có lốc đi qua ( Ward ,1972).




Hình 1. 8. Giản đồ của khí áp ký khi có cơn lốc đi qua
Khi lốc đi qua khí áp giảm rất mạnh song không phải giảm đều theo thời gian mà
lúc đầu có tăng khoảng 1 mb sau đó thì giảm từ ngoài vào trong tâm lốc, tạo thành một
cái phễu giảm áp trên giản đồ khí áp của khí áp ký. Hiện tượng này làm cho các vật thuộc
loại hộp đóng kín (rương, hòm, nhà đóng kín cửa ) bị nổ tung khi lốc đi qua.

Hình 1.9. Ảnh chụp một cơn lốc

14

Gió trong cơn lốc rất mạnh. Hình 1.10 a và 1.10 b mô tả tốc độ gió trong cơn lốc
theo số liệu đo được bằng phương pháp chụp ảnh. Chính vì gió mạnh nên lốc được coi là
hiện tượng thời tiết nguy hiểm nhất với sức tàn phá rất lớn.




Hình 1.10a. Tốc độ của các mảnh vỡ
trong cơn lốc ngày 3-4 tháng 4 năm 1974
ở Xenia, Ohio quan trắc được bằng
phương pháp chụp ảnh (Fujita và các cộng
sự 1974)

Hình 1.10b. Tốc độ gió trong cơn lốc ở
Sayler Park khi nó đi qua Ohio quan trắc
được bằng phương pháp chụp ảnh
(Kesler,1981)

Khi có vòi rồng (Waterspout) cơn lốc thể hiện thành một phễu mây và có một “
vòi” thò xuống phía dưới giống như vòi voi hút nước (hình 1.11.a, 1.11.b). Hiện tượng
vòi rồng có thể nhìn thấy được bằng mắt nhưng rất hiếm.




Hình 1.11a. Hình ảnh cơn lốc có vòi rồng

(www. Spc.noaa.gov)

Hình 1.11b. Hình ảnh cơn lốc có vòi rồng
(
mtr/svr/modl/line/torn.rxml)


15
Cũng có nhiều trường hợp lốc có vòi rồng xảy ra không phải trong đám siêu lớn
mà trong hệ thống nhiều đám mây đối lưu (hình 1.12). Hiện tượng này rất hiếm thấy
nhưng cũng đã ghi nhận được. Điều này chứng tỏ cơ chế tạo nên lốc rất phức tạp





Hình 1.12. Lốcvới vòi rồng trong hệ thống nhiều đám mây đối lưu (Nonsupercell tornado-
(http://ww
2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/svr/modi/line/torn.rxml)

Phản hồi vô tuyến của cơn lốc. Ra đa thời tiết khó phát hiện được vòi rồng song
đám mây đối lưu siêu lớn gây nên lốc mạnh có vòi rồng thì có thể phát hiện được. Đám
siêu lớn này cũng phải ở trong một khoảng cách thích hợp thì ra đa mới có khả năng nhận
ra các dấu hiệu của cơn lốc. Nếu lốc xảy ra ngay tại trạm ra đa thì hoàn lư
u xoáy sẽ xuất
hiện trong vùng mù nên ra đa sẽ không phát hiện được. Song nếu lốc xảy ra quá xa thì độ
cao cánh sóng sẽ vượt quá hoàn lưu. Khoảng cách tối ưu là khi mà ra đa có thể bắt trúng
hoàn lưu xoáy ở một vài góc cao. Khi xuất hiện các đám mây đối lưu siêu lớn độc lập
phải đề phòng khả năng xảy ra vòi rồng, nhất là ở những vùng có địa hình bằng phẳng
như bình nguyên, đồng cỏ hay vùng biển

Vì c
ơn lốc thường xảy ra trong phạm vi không gian hẹp và trong thời gian ngắn
nên các phương tiện quan trắc thời tiết truyền thống rất khó phát hiện và theo dõi. Với
việc sử dụng ra đa thời tiết việc quan trắc và phát hiện lốc đã có những tiến bộ hơn. Một
số dấu hiệu PHVT liên quan đến sự tồn tại của cơn lốc cũng đã được xác lập và đã
được
đưa vào sử dụng trong nghiệp vụ của hệ thống ra đa thời tiết của nhiều nước. Theo Stout
và Huff (1953) thì phản hồi vô tuyến mây đối lưu có dạng hình móc câu ( Hook echo) rất
có khả năng gây ra lốc. Kết luận này về sau được bổ sung và khẳng định thêm.

1.1.6. Mưa đá
Cơn mưa đá (Hail Storm) là cơn mưa có các hạt giáng thuỷ dạng rắn (băng).
Những c
ơn mưa thuộc loại này thường xuất hiện từ các đám mây đối lưu phát triển mạnh,
độ cao đỉnh mây rất cao. Rất nhiều trường hợp mưa đá xảy ra cùng với lốc hoặc tố. Mưa
đá thường xuất hiện ở miền núi nơi điều kiện nhiệt động lực thuận lợi để mây đối lưu
phát triển đến độ cao lớn. H
ơn thế nữa khoảng cách giữa mức tan băng (Melting level) và

16
mặt đất nhỏ hơn các vùng khác ở cùng một điều kiện nên ở miền núi hiện tượng mưa đá
được ghi nhận nhiều hơn ở vùng khác.
Hình dạng hạt mưa đá có thể rất khác nhau song thường gặp nhất là dạng hình cầu
(Hình 1.13). Cấu trúc hạt băng cũng rất khác nhau (có thể đặc và trong suốt nhưng cũng
có xốp và đục hoặc gồm nhiều lớp) phụ thuộ
c vào điều kiện môi trường nơi hạt mưa hình
thành và phát triển.

Hình 1.13. Hình dạng hạt mưa đá
(nguồn: />

Mưa đá thường xuất hiện trong mây đối lưu phát triển mạnh vì vậy trong cơn mưa
này thường có cả những hiện tượng nguy hiểm khác như lốc, tố, dông mạnh. Mưa đá
thường xảy ra trong ba dạng mây đối lưu như sau:
- Dạng một đám (Uni- cellular storm)
Trong những điều kiện nhiệt động lực và ẩm thuận lợi đám mây đối lưu có thể
phát triển thành siêu đám (supercell) với dòng thăng rất mạnh, đạt đến độ cao lớn, tạo
điều kiện cho hạt nước hóa băng để gây nên mưa đá và có thể có cả lốc mạnh.
- Dạng nhiều đám (Multi - cellular storm)
Cơn mưa đá thuộc dạng này thường gồm nhiều đám mây. Các đám khác nhau có
thể chuyển động không phụ thuộc vào nhau: đám mới hình thành thường vượt lên trước,
đám cũ
thường phải lùi lại sau.
- Dạng đường tố (squall- line storm).
Đường tố có thể gồm các đám nhỏ hoặc chỉ gồm các siêu đám mà cũng có thể có
sự lẫn lộn giữa các loại.
Mưa đá xảy ra trong mây đối lưu phát triển mạnh song không phải tất cả các đám
mây đối lưu thuộc loại này đều gây mưa đá. Vì vậy việc xác định khả năng gây mưa đá
của đám mây đối lưu phải được dựa trên các tham số vật lý như độ PHVT ( tỷ lệ thuận
với kích thước và mật độ hạt), độ cao đỉnh phản hồi vô tuyến mây. Hình dạng phản hồi
vô tuyến cũng được coi là một đặc điểm rất quan trọng để nhận biết khả năng gây mưa đá
trong đám mây.
Nhiều tác giả đã xây dự
ng các phương pháp dự báo mưa đá theo số liệu quan trắc
ra đa và số liệu quan trắc thám không của trạm gần nhất (Sulacdvelize, Kachurin, Sh.

17
Biaistavili, V.F Lapchepva ). Ivan Holleman (1999) đã đề xuất phương pháp sử dụng

hiệu độ cao lớn nhất của vùng có độ phản hồi vô tuyến bằng 45 dBZ và độ cao của tầng
đẳng nhiệt 0
0
C làm các nhân tố dự báo ).
o
HHH
−
=
∆
45
(1.4)
Trong đó :
H
45
- độ cao lớn nhất của vùng có ĐPHVT bằng 45 dBZ
H
0
- độ cao mức đóng băng (Frezing level) hay đẳng nhiệt 0
0
C
Phương pháp này được gọi là phương pháp Waldvogel
(



Hình 1.14. Giải thích cách chọn độ cao làm nhân tố dự báo
(H
frz
- Độ cao 0
0

C, H
45
- Độ cao cực đại vùng Z=45dBZ)

Đồ thị xác định khả năng có mưa đá theo phương pháp Waldvogel được thể hiện
trên hình 1.15.



Hình 1.15. Đồ thị xác định khả năng có mưa đá theo phương pháp Waldvogel

18

Nếu biết được độ cao mức đẳng nhiệt 0
0
C theo số liệu thám không thì các trạm ra
đa có thể sử dụng đồ thị này để tính khả năng có mưa đá trong các đám mây đối lưu ra đa
quan trắc được.
Ở một số nước, điển hình nhất là Nga, kỹ thuật sóng kép được sử dụng trong chế
tạo ra đa thời tiết để định vị vùng mưa đá. Ra đa thời tiết sóng kép (Dual-wavelength
radar) thực hiện thu tín hiệu phả
n hồi từ mục tiêu khí tượng bằng cả hai dải sóng: dải X
và dải S. Sự khác nhau về giá trị độ phản hồi của cùng một mục tiêu thu được từ hai dải
sóng cho phép tách được vùng mưa đá.
Gần đây nhất kỹ thuật phân cực tín hiệu phản hồi đã được áp dụng để tách vùng
mưa đá trong mây đối lưu. Sự khác biệt về giá trị của thành phần phân cực ngang so v
ới
thành phần phân cực thẳng đứng của tín hiệu phản hồi sẽ là dấu hiệu tốt để xác định sự
hiện diện của mưa đá.

1.2.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN TƯƠNG THỜI TIẾT NGUY HIỂM
CỤC BỘ Ở VIỆT NAM
1.2.1. Giai đoạn trước năm 2000.
Các HTTTNHCB cũng đã được nghiên cứu từ 10 -20 năm trước đây ở Việt nam.
Năm 1999 TS.
Đinh Văn Loan đã nghiên cứu vấn đề này, đưa ra được 8 loại hình thời tiết
thuận lợi cho mây đối lưu phát triển có thể gây nên tố, lốc, mưa đá [3]. Theo ông Loan,
trên lãnh thổ Việt Nam trong giai đoạn 1993-1998 đã xảy ra 233 cơn tố, lốc và mưa đá,
trong số đó 124 cơn (53%) xảy ra ở miền núi, đồng bằng và trung du Bắc bộ (Bảng 1.4).
Trong khuôn khổ hợp tác Việt - Xô về nghiên cứu khí tượ
ng nhiệt đới và bão TS. Trần
Duy Bình và các cộng sự đã mô tả một số cơn lốc, xoáy quan trắc được từ trạm ra đa thời
tiết MRL-5 Phù Liễn. Một số các mô phỏng dạng mây gây lốc mạnh cũng đã được trình
bày trong báo cáo tổng kết [1].


Bảng 1.4. Phân bố tố, lốc, mưa đá các tháng trong năm
tại các khu vực, tỉnh thành trong cả nước [3]

Tháng Khu
vực
Tỉnh
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Tổng
số
Lai Châu 1 1 2
Sơn La 1 12 4 4 21
Lao Cai 1 2 2 5
Yên Bái 2 2 2 6
Tuyên Quang 1 1 2 3 1 1 1 10

Hà Giang 1 2 7 1 1 1 14
Cao Bằng 5 5
Bắc Kạn 2 2
Lạng Sơn 2 3 6
Vùng
Núi
Bắc
bộ
Tổng 1 4 20 23 17 1 0 2 1 0 0 0 71
Thái Nguyên 1 1 3 5
Đồng
Quảng Ninh 1 1

19
Bắc Giang 1 1
Vĩnh Phú (cũ) 3 7 6 4 1 1 1 23
Hà Tây (cũ) 4 4
Hoà Bình 7 2 9
Hà Nội 2 1 3
Hải Phòng 1 1
Thái Bình 1 1 2
Hà Nam 2 2
Hưng Yên 1 1
Ninh Bình 1 1
bằng
Trung
du Bắc
bộ
Tổng 0 1 4 19 18 5 2 3 0 0 0 1 53
Đà Nẵng 1 1

Q. Nam 2 1 1 4
Q. Ngãi 2 1 3
Ninh Thuận 1 1 2
Bình Thuận 1 5 1 1 8
Trung
bộ
Tổng 0 0 0 1 11 1 2 2 1 0 0 0 18
Kon Tum 5 2 7
Đắc Lắc 1 3 1 1 6
Lâm Đồng 5 1 2 8
Gia Lai 1 1
Tây
Nguyên
Tổng 0 1 0 13 5 2 0 0 1 0 0 0 22
Đồng Nai 1 1 1 3 6
Minh Hải 1 1
Sông Bé 1 3 3 2 9
Đồng Tháp 2 2
An Giang 1 1 2
K. Giang 1 1 1 1 4
TP.HCM 1 1 2
T. Giang 1 1
Bến Tre 2 1 3
Nam
bộ
Vĩnh Long 1 1 1 2 2 2 9
Cần Thơ 4 3 11 1 2 21
Trà Vinh 1 1 2
Sóc Trăng 1 3 1 1 6
Cà Mau 2 2

Tổng 0 0 2 10 12 8 17 11 6 4 0 1 70
TỔNG SỐ
1 6 26 66 63 17 21 18 9 4 0 1 233

Trong giai đoạn 1993 – 1998 vào các tháng 3, 4 và 5 ở vùng núi phía Bắc, Đồng bằng và Trung du Bắc
bộ có 101 cơn tố lốc, mưa đá, chiếm 81% cả năm của khu vực.


1.2.2. Giai đoạn sau năm 2000
Sau khi các rađa thời tiết triển khai hoạt động các nghiên cứu về dông cũng đã
được thực hiện. Công trình [2] đã trình bày các chỉ tiêu nhận biết dông trong mây đối lưu
theo giá trị Y tính bằng công thức (1.5)

20
MaxxMax
ZHY ×=
(1.5)
Trong đó: H
Max
- độ cao đỉnh PHVT (km)
Z
Max
- độ PHVT (dBZ) cực đại ở mức cao hơn mức nhiệt độ 0
0
C từ 2
đến 2,5
Giá trị chỉ tiêu được trình bày trong Bảng 1.5
Bảng 1.5. Chỉ tiêu nhận biết Dông
TT Giá trị Y Xác suất có Dông (P%)

1 300 ≤Y< 400 60-70
2 400 ≤Y< 600 70-90
3 600 ≤Y <650 90-100

Chỉ tiêu nhận biết Dông cho các ra đa TRS-2730 khu vực miền Bắc sử dụng độ
PHVT cực đại trên PPI Z góc cao 0,4
0
-0,6
0
cũng đã được xây dựng để phục vụ cho công
tác nghiệp vụ. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc giữa xác suất có Dông vào độ PHVT thể hiện
trong hình 1.16.



Hình 1.16. Xác suất xuất hiện dông phụ thuộc vào Z
Max

trên PPI Z với góc nâng 0,4
0
-0,6
0
[24]


Gần đây đã có một số nghiên cứu về PHVT mây của các HTTTNHCB [9], [11]
sử dụng thông tin của ra đa thời tiết TRS-2730. Song chỉ mới là những nhận xét định tính
của từng trường hợp cụ thể, chưa phân tích và lý giải bản chất vật lý của của mối quan hệ
giữa hiện tượng và PHVT mây quan trắc được.

21

CHƯƠNG 2. CÁC HÌNH THẾ THỜI TIẾT GÂY DÔNG MẠNH VÀ
HIỆN TƯƠNG THỜI TIẾT NGUY HIỂM CỤC BỘ Ở CÁC TỈNH MIỀN BẮC
VIỆT NAM
Lãnh thổ Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa. Miền Bắc Việt Nam
là nơi giao tranh của nhiều hệ thống Synop mang bản chất khác nhau như hệ thống
thời tiết vùng ngoại nhiệt đới (cực đới biến tính hay ôn đới) với h
ệ thống thời tiết cận
nhiệt đới hay nhiệt đới; giữa khối không khí lục địa khô với khối không khí biển ẩm.
Hoạt động của các hệ thống thời tiết thường tuân thủ theo quy luật và quyết định các
hiện tượng thời tiết kèm theo. Tuy nhiên, khi ở Bắc Bộ chịu sự chi phối của cùng một
hệ thống thời tiết tương đối đồng nhấ
t theo hướng từ Tây bắc sang Đông nam thì ở
các tỉnh Bắc Trung Bộ do địa hình hẹp và kéo dài theo hướng Bắc Nam, thời tiết
thường không đồng nhất từ Bắc xuống Nam. Vì vậy ngoài việc hiểu rõ cơ sở lý
thuyết chung thì nghiên cứu những ảnh hưởng của điều kiện địa hình đến các hệ
thống Synop ở địa phương là rất cần thiết khi phân tích đánh giá hoạt động dông nói
chung và dông mạ
nh có tố lốc và mưa đá nói riêng.

2. 1. CÁC HÌNH THẾ THỜI TIẾT GÂY DÔNG MẠNH Ở CÁC TỈNH
MIỀN BẮC

2.1.1. Nguồn số liệu
Như đã nói ở trên dông nói chung và dông mạnh có kèm theo tố lốc và mưa
đá thường hình thành trong điều kiện khí quyển bất ổn định. Vì vậy muốn xác định
được hình thế Synóp thuận lợi cho việc xuất hiện các hiện tượng này trước hết phải
th

ống kê và phân tích hình thế gây thời tiết có dông mạnh, loại hình thế đặc trưng dễ
xảy ra tố lốc. Để làm việc này phải tiến hành thống kê số liệu trong 10 năm gần đây
(1998-2007). Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xây dựng quy trình phát hiện và theo
dõi các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như tố lốc, mưa đá và mưa lớn cục bộ nên
trước hết phải biết được lo
ại hình thế Synop đặc trưng gây mưa rào và dông mạnh
đối với các tỉnh miền Bắc. Trên cơ sở đó sẽ phối hợp với trạm ra đa thời tiết quan
trắc và theo dõi sự xuất hiện của các hiện tượng đó. Số liệu sử dụng để phân tích xác
định hình thế này là số liệu về hiện tượng thời tiết thu thập từ các trạm quan trắc khí
tượng bề
mặt trong khu vực hoạt động của các ra đa TRS-2730 và các bản đồ thời
tiết (surface maos) và bản đồ cao không (aero maps) ở các lớp khí quyển khác nhau
tương đương với độ cao khoảng 1500m, 3000m, 5000m, 9000m và 12000m được
thể hiện trên các bản đồ AT 850, AT 700, AT 500, AT 300 và AT 200.

2.1.2. Cơ sở phân loại hình thế Synop
Phân tích hệ thống thời tiết là dựa trên kết quả phân tích hình thế Synop được
đặc trưng bởi trường khí áp tầng thấp và trường thế v
ị trên cao. Lãnh thổ miền Bắc
nước ta có diện tích không lớn nên việc xác định chính xác hình thế Synop khống chế
là rất khó khăn. Vì vậy muốn xác định hình thế Synop phải dựa trên kết quả phân tích
mối tương tác của các khối không khí và điều kiện hoàn lưu quy mô Synop, quy mô
vừa và quy mô nhỏ. Trong các loại hình thế Synop giống nhau có thể có nhiều loại
thời tiết khác nhau. Vì vậy khi phân tích hình thế Synop đặc trưng gây dông nhất
thiết phải phân tích
đánh giá mối tương tác của nhiều trường khí tượng khác nhau,

22
phân tích hình thế Synop tầng thấp kết hợp chặt chẽ với việc phân tích hoàn lưu cũng
như các tác động của trường nhiệt ẩm, điều kiện động nhiệt lực ở các lớp khí quyển

trên cao và đặc biệt là phải phân tích ảnh hưởng của điều kiện địa hình khu vực.
Các hệ thống Synop chủ yếu chi phối miền Bắc nước ta là áp cao lạnh phía
Bắc, áp cao cận nhi
ệt đới, áp thấp nóng Ấn-Miến và xoáy thuận nhiệt đới. Tuy nhiên
tuỳ thuộc vào vị trí, cường độ, xu thế thay đổi các trường khí tượng, mối tương tác
giữa chúng mà các thuộc tính kèm theo sẽ rất khác nhau và kết quả là thời tiết xảy
ra cũng rất khác nhau. Ngoài ra do sự tranh chấp của nhiều hệ thống thời tiết nên kết
quả xác định hệ thống Synop sẽ có thể là hệ thống thời tiế
t độc lập chi phối chú yếu,
có thể là nhiều hệ thống thời tiết cùng tương tác, thậm chí có khi không thể xác định
được hình thế Synop. Khi xác định hệ thống Synop gây hiện tượng thời tiết nói
chung và hệ thống gây dông mạnh có kèm theo tố lốc nói riêng cần thiết phải xác
định được hệ thống chính (hệ thống chủ đạo), các hệ thống thời tiết tương tác cũng
như điều kiệ
n hoàn lưu, điều kiện nhiệt động lực (các tác nhân gây thời tiết) và mối
quan hệ giữa chúng. Những hình thế thời tiết điển hình được xác định thông qua
những tiêu chí đặc trưng cho từng loại đã được đúc kết.
Một loại hình thế Synop có thể bao gồm một hay nhiều hệ thống Synop
tương tác lẫn nhau và được phân chia thành hệ thống chính và hệ thống phụ. Hệ
th
ống chính là hệ thống chủ đạo khống chế khu vực. Hệ thống phụ là những hệ
thống có tác động đến hệ thống chính làm gia tăng hoặc suy yếu quá trình thời tiết
đặc trưng của hệ thống chính. Các hình thế Synop đặc trưng gây mưa và dông có thể
quyết định bởi một loại hình thế độc lập và cũng có thể kết hợp nhiều loại hình thế
khác nhau.
Đặc trưng chính để phân loại hình thế là dựa trên khối khí với các đặc
trưng vật lý của nó nói chung và trường áp nói riêng. Có 5 loại hình thế chính gây
mưa rào và dông là: áp cao lạnh, áp thấp nóng Ấn Miến, áp cao cận nhiệt đới, xoáy
thuận nhiệt đới và dải hội tụ nhiệt đới. Ngoài ra trong quá trình tranh chấp của các
khối khí nói trên có thể tạo nên một loại hình thế Synop không rõ ràng hoặc một loại

hình thời tiết chịu tác động b
ởi nhiều loại hình thế mà vai trò của chúng tương đương
nhau. Cũng có trường hợp hệ thống chính chi phối nhưng lại nhưng chịu tác động
của địa hình. Những hình thế phức tạp này được xếp vào các loại hình thế khác. Tuy
nhiên khi xem xét một loại hình thế đặc trưng gây dông cần phải phân tích đánh giá
cơ chế hoàn lưu và các điều kiện động nhiệt lực khác kèm theo. Các loại hình thế
synop đặc tr
ưng gây mưa và dông ở miền bắc có thể được mô tả cụ thể như sau.

2.1.3. Các hình thế Synop gây dông mạnh ở miền Bắc Việt nam
2.1.3.1. Hình thế áp cao lạnh
Hình thế Áp cao lạnh là hình thế cơ bản gây mưa rào và dông ở miền Bắc Việt
Nam. Hình thế này được phân chia thành các loại sau.
a. Hình thế Rìa phía Nam hoặc Tây Nam của áp cao lạnh (Hình 2.1)
Áp cao lạnh khống chế thời tiết miền Bắc nước ta chủ
yếu là do vùng áp cao
hoặc lưỡi áp cao ở vùng Đông Nam Trung Hoa có nguồn gốc là áp cao cực đới biến
tính trong quá trình di chuyển xuống phía Nam.