NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ TRÊN KHU VỰC NAM BỘ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (13.8 MB, 47 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
---------------------
Bùi Minh Tuân
Bùi Minh Tuân
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC
QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC
TRÊN KHU VỰC NAM BỘ
QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ
TRÊN KHU VỰC NAM BỘ
Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 62.44.87
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Minh Trường
Hà Nội – 2012
Hà Nội – 2012
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Minh Trường, là
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ KHU VỰC CHÂU
người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn
Á .............................................................................................................................................................................1
các thầy cô và các cán bộ trong Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã cung
1.1. Ý nghĩa của nghiên cứu gió mùa mùa hè ................................................................. 1
cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về
1.2. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam ................................................. 2
cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và thực hành ở Khoa.
1.3. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè trên thế giới ................................................. 5
1.4. Các chỉ tiêu nghiệp vụ ............................................................................................ 11
Tôi cũng xin cảm ơn Phòng Sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã
tạo điêu kiện cho tôi trong thời gian hoành thành luận văn.
CHƯƠNG 2: NHIỆT ĐỘNG LỰC QUI MÔ LỚN THỜI KÌ BÙNG NỔ GIÓ MÙA
QUA SỐ LIỆU TÁI PHÂN TÍCH ....................................................................................................... 13
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè,
2.1. Lựa chọn các năm và giai đoạn nghiên cứu ........................................................... 13
những người đã luôn ở bên cạnh cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi
2.1.1. Lựa chọn các năm nghiên cứu ......................................................................... 13
trong suốt thời gian học tập tại trường.
2.1.2. Lựa chọn các giai đoạn nghiên cứu ................................................................. 14
Hà Nội ngày 11 tháng 12 năm 2012
2.2. Đặc trưng trường mưa GPCP giai đoạn bùng nổ gió mùa ..................................... 15
2.2.1. Đặc trưng về khu vực phân bố của mưa .......................................................... 15
2.2.2. Đặc trưng trường bức xạ sóng dài ................................................................... 16
Bùi Minh Tuân
2.3. Đặc trưng trường gió tái phân tích ......................................................................... 19
2.3.1. Đặc trưng trường gió ngày bùng nổ gió mùa .................................................. 19
2.3.2. Đặc trưng khí hậu của trường gió giai đoạn đầu mùa hè ................................ 22
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG MÔ HÌNH RAMS ...................................... 27
3.1. Các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và cấu hình miền tính ................................ 27
3.2. Phân bố mưa mô phỏng .......................................................................................... 28
3.2.1. Đặc trưng phân bố mưa mô phỏng về diện ..................................................... 28
3.2.2. Đặc trưng mưa mô phỏng về lượng ................................................................. 31
3.3. Đặc trưng trường hoàn lưu mô phỏng .................................................................... 39
3.3.1. Đặc trưng của hoàn lưu mực thấp ................................................................... 39
3.3.2. Đặc trưng hoàn lưu các mực trên cao .............................................................. 42
3.4. Đặc trưng của trường nhiệt mô phỏng................................................................... 47
3.4.1. Đặc trưng của trường nhiệt mực thấp .............................................................. 47
3.4.2. Đặc trưng của trường nhiệt mực cao ............................................................... 50
3.5. Vai trò của giải phóng ẩn nhiệt quy mô lớn ........................................................... 53
3.6. Thí nghiệm với mô phỏng không có địa hình ........................................................ 56
3.6.1. Trường mưa mô phỏng .................................................................................... 56
3.6.2. Trường hoàn lưu mô phỏng ............................................................................. 57
3.6.3. Quá trình vận chuyển động lượng ngang ........................................................ 59
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHỈ SỐ GIÓ MÙA VÀ TRƯỜNG HỢP DỰ BÁO CHO
NĂM 2012 ...................................................................................................................................................... 63
4.1. Xây dựng các chỉ số gió mùa.................................................................................. 63
4.1.1.Chỉ số mưa ........................................................................................................ 63
4.1.2. Chỉ số gió vĩ hướng ......................................................................................... 64
4.1.3. Chỉ số gradient nhiệt độ mực cao .................................................................... 67
4.2. Áp dụng các chỉ số để dự báo cho trường hợp năm 2012 ...................................... 70
4.2.1. Đặc trưng trường mưa quan trắc giai đoạn bùng nổ gió mùa năm 2012 ......... 70
4.2.2. Trường mưa và trường hoàn lưu dự báo ......................................................... 72
4.2.3. Chỉ số mưa dự báo ........................................................................................... 73
4.2.4. Chỉ số gió vĩ hướng dự báo ............................................................................. 75
KẾT LUẬN .................................................................................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................... 79
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Vai trò của độ ẩm ngưng kết tới hoàn lưu quy mô lớn.Nguồn: Webster
(1998). ............................................................................................................................................................... 16
Hình 1.2. Hoàn lưu khí quyển trong mùa hè và mùa đông bắc bán cầu. Nguồn:
Webster (1998). ............................................................................................................... 7
Hình 1.3. Dị thường OLR trung bình từ tháng Mười Hai tới tháng Hai (a) và hoàn lưu
được sinh ra theo lí thuyết của Gill (b). Nguồn: Gill (1980). .......................................... 9
Hình 1.4. Mô hình hoàn lưu phi tuyến đối xứng (a) và bất đổi xứng (b) của Held-Hou.
Nguồn: Held-Hou (1980). ............................................................................................... 9
Hình 2.1. Mưa GPCP tích lũy ngày trong ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999,
2001, 2004 và 2010. ...................................................................................................... 16
Hình 2.2. Trường OLR trung bình pentad tại các thời điểm trước bùng nổ 2 pentad
(pentad -2), trước bùng nổ 1 pentad (pentad -1) và pentad bùng nổ (pentad 0). .......... 17
Hình 2.3. Hoàn lưu mực 850 hPa NCAR/NCEP ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998,
1999, 2001 2004 và 2010. ............................................................................................. 20
Hình 2.4. Hoàn lưu mực 200 hPa NCAR/NCEP ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998,
1999, 2001 2004 và 2010. ............................................................................................. 21
Hình 2.5. Hai thành phần trực giao chiếm lượng thông tin lớn nhất của trường gió vĩ
hướng tái phân tích NCAR/NCEP trong ba tháng: tháng Tư, tháng Năm, tháng Sáu từ
năm 1980 tới 2010. ........................................................................................................ 23
Hình 2.6. Trường nhiệt mực 850 hPa số liệu tái phân tích NCAR/NCEP cho ngày bùng
nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010. ................................................. 24
Hình 2.7. Trường nhiệt trung bình từ mực 500 hPa tới 200 hPa số liệu tái phân tích
NCAR/NCEP cho ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010. 25
Hình 3.1. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998. ....................... 29
Hình 3.2. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999 ........................ 29
Hình 3.3. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001 ........................ 30
Hình 3.4. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004 ........................ 30
Hình 3.5. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010 ........................ 31
Hình 3.6. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 08/05 đến 21/05 năm 1998,
đơn vị mm.ngày-1 .......................................................................................................... 32
Hình 3.7. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 08/05 đến 21/05 năm 1998, đơn
Hình 3.30. Trường nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010.49
vị mm.ngày-1 ................................................................................................................. 32
Hình 3.31. Trường nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 1998. ........... 50
Hình 3.8. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 14/04 đến 23/04 năm 1999,
Hình 3.32. Trường nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 1999. ........... 51
đơn vị mm.ngày-1 ........................................................................................................... 33
Hình 3.33. Trường nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 2001. ........... 51
Hình 3.9. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 14/04 đến 23/04 năm 1999, đơn
Hình 3.34. Trường nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 2004. ........... 52
-1
vị mm.ngày .................................................................................................................. 33
Hình 3.35. Trường nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 2010. ........... 52
Hình 3.10. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 02/05 đến 15/05 năm 2001,
Hình 3.37. Tốc độ giải phóng ẩn nhiệt do đối lưu trung bình năm ngày trước thời điểm
-1
đơn vị mm.ngày ........................................................................................................... 34
bùng nổ gió mùa trung bình từ 80oE – 100oE, đơn vị K.s-1 . ......................................... 55
Hình 3.11. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 02/05 đến 15/05 năm 2001,
Hình 3.38. Mưa mô phỏng trong các trường hợp không có địa hình bởi mô hình
đơn vị mm.ngày-1 ........................................................................................................... 34
RAMS, đơn vị mm.ngày-1. ............................................................................................ 57
Hình 3.12. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 14/05 đến 17/05 năm 2004,
Hình 3.39. Trường gió mô phỏng trong các trường hợp không có địa hình bởi mô hình
đơn vị mm.ngày-1 ........................................................................................................... 35
RAMS, đơn vị mm.ngày-1. ............................................................................................ 58
Hình 3.13. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 04/05 đến 17/05 năm 2004,
Hình 3.40. Vận chuyển momen động lượng tương đối của khí quyển mô phỏng có địa
đơn vị mm.ngày-1 ........................................................................................................... 35
hình năm ngày trước bùng nổ gió mùa, trung bình từ 50oE – 140oE, đơn vị 1022 g.m.s-1.
Hình 3.14. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 14/05 đến 27/05 năm 2010,
....................................................................................................................................... 60
-1
đơn vị mm.ngày ........................................................................................................... 36
Hình 3.41. Vận chuyển momen động lượng tương đối của khí quyển mô phỏng không
Hình 3.15. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 14/05 đến 27/05 năm 2010,
địa hình năm ngày trước bùng nổ gió mùa, trung bình từ 50oE – 140oE, đơn vị 1022
đơn vị mm.ngày-1 ........................................................................................................... 36
g.m.s-1 ............................................................................................................................ 61
Hình 3.16. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998. ..... 40
Hình 4.2. Trung bình gió vĩ hướng mực 850 hPa khu vực (10oN-15oN, 100oE-110oE)
Hình 3.17. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999 ...... 40
mô phỏng bởi RAMS. ................................................................................................... 65
Hình 3.18. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001. ..... 41
Hình 4.3. Trung bình gió vĩ hướng mực 850 hPa khu vực (10oN-15oN, 100oE-110oE)
Hình 3.19. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004. ..... 41
số liệu tái phân tích NCAR/NCEP . .............................................................................. 66
Hình 3.20. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010. ..... 42
Hình 4.4. Đồ thị của nhiệt độ trung bình từ 500 tới 200 hPa, đường đứt là miền
Hình 3.21. Hoàn lưu mô phỏng mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998. ..... 44
(100oE-110oE; 5oS-5oN) và đường liền là (100oE-110oE;15oN-25oN) mô phỏng bởi
Hình 3.22. Hoàn lưu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999........................ 44
RAMS. ........................................................................................................................... 68
Hình 3.23. Hoàn lưu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001........................ 45
Hình 4.5. Đồ thị của nhiệt độ trung bình từ 500 tới 200 hPa, đường đứt là miền
Hình 3.24. Hoàn lưu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004........................ 45
(100oE-110oE; 5oS-5oN) và đường liền là (100oE-110oE;15oN-25oN) số liệu tái phân
Hình 3.25. Hoàn lưu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010........................ 46
tích NCAR/NCEP . ........................................................................................................ 69
Hình 3.26. Trường nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998.47
Hình 4.6. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 01/05 đến 15/05 năm 2012,
Hình 3.27. Trường nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999.48
đơn vị mm.ngày-1 ........................................................................................................... 71
Hình 3.28. Trường nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001.48
Hình 3.29. Trường nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004.49
Hình 4.7. Lượng mưa tích lũy ngày trung bình từ (5oN – 15oN, 100oE – 110oE ), đơn vị
mm.ngày-1.
Nguồn:
CPC
(Gauge
–
Based)
Unified
Precipitation.
.......... 71
Hình 4.8. Trường mưa dự báo thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ 2012.
....................................................................................................................................... 72
Hình 4.9. Trường hoàn lưu mực 850 hPa dự báo cho thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè
khu vực Nam Bộ 2012. .................................................................................................. 73
Hình 4.10. Trung bình gió vĩ hướng mực 850 hPa khu vực (10oN – 15oN, 100oE –
110oE) số liệu dự báo (trái) và số liệu tái phân tích NCAR/NCEP (phải). ................... 75
Hình 4.11. Trung bình gió vĩ hướng mực 850 hPa khu vực (10o N – 15o N, 100o E –
110o E) số liệu dự báo (trái) và số liệu tái phân tích NCAR/NCEP (phải).................... 76
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Dị thường nhiệt độ mặt nước biển trung bình trượt ba tháng tại vùng Niño
3.4
(5oN–5oS,
120oW–170oW).
Nguồn
R/NCEP
.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml. .................................... 14
Bảng 2.2. Thời gian mô phỏng giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè của các năm 1998,
1999, 2001, 2004 và 2010. ............................................................................................ 15
Bảng 4.1. Ngày bùng nổ gió mùa được xác định bởi chỉ số mưa quan trắc và mưa mô
phỏng ............................................................................................................................. 64
Bàng 4.2. Ngày bùng nổ gió mùa dựa vào chỉ số gió vĩ hướng mô phỏng và tái phân
tích NCAR/NCEP. ......................................................................................................... 67
Bảng 4.3. Ngày bùng nổ gió mùa dựa vào chỉ số gradient nhiệt độ mô phỏng và
gradient nhiệt độ tái phân tích NCAR/NCEP ................................................................ 70
Bảng 4.6. Lượng mưa dự báo tại các trạm Nam Bộ từ 04/05 đến 09/05 năm 2012, đơn
vị mm.ngày-1. Các số bôi đậm chỉ giá trị mưa trên 5 mm.ngày-1 .................................. 74
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
BAO: Bảo Lộc
MỞ ĐẦU
Gió mùa châu Á là hệ thống gió mùa lớn nhất, đặc trưng nhất trong hệ thống
BMT: Buôn Ma Thuột
khí hậu toàn cầu. Sự hoạt động của nó có vai trò cực kì quan trọng tới sự phát triển
CAM: Cà Mau
kinh tế, xã hội của các quốc gia nơi đây, đặc biệt với một quốc gia nông nghiệp như
CAN: Cần Thơ
Việt Nam.
DAL: Đà Lạt
DAR: DarkNong
ENSO: Dao động nam (El Niño–Southern Oscillation)
GPCP: Mưa phân tích toàn cầu của NOAA (Global Precipitation Climatology Project)
NOAA: Cơ Quan Khí Quyển và Đại Dương Quốc Gia Hoa Kì (National Oceanic and
Atmospheric Administration)
PCR: Hồi quy thành phần chính (Principle Component Regression)
PHU: Phú Quốc
PLE: Pleiku
RAC: Rạch Giá
RAMS: Mô hình khí quyển khu vực (the Regional Atmospheric Model System)
SOI: Chỉ số dao động nam (Southern Oscillation Index)
VUN: Vũng Tàu
Trong luận văn này, mô hình RAMS được sử dụng để mô phỏng sự phát triển của
hoàn lưu khí quyển quy mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ
trong các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010 nhằm xác định những đặc trưng cơ bản
và cơ chế nhiệt động lực của quá trình bùng nổ gió mùa, trong đó đặc biệt nhấn mạnh
vai trò của lục địa – địa hình trong sự tương phản với các đại dương xung quanh. Kết
quả nghiên cứu cho thấy, giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ gắn liền với sự
hình thành của một trung tâm nhiệt lớn phía trên khu vực Nam Á. Trung tâm nhiệt này
gây nên sự đảo ngược của gradient nhiệt độ kinh hướng tại các mực trên cao với bán
cầu mùa hè trở thành bán cầu có nhiệt độ cao hơn. Trung tâm nhiệt này cũng đồng thời
tạo nên một xoáy nghịch mực cao rất lớn với hoàn lưu mở rộng từ vùng biển Ả rập tới
Việt Nam. Ở các mực dưới thấp, một dòng xiết gió tây kéo dài từ vùng biển Đông Phi
tới phía nam vịnh Bengal, đồng thời xoáy kép Sri Lanka xuất hiện và tăng cường rất
mạnh trường gió tây nhiệt đới xích đạo này. Cùng thời điểm đó, áp cao cận nhiệt Tây
Thái Bình Dương đột ngột thay đổi cấu trúc và rút lui rất nhanh sang phía đông, chỉ ra
sự chuyển mùa đang diễn ra ở khu vực này. Sự di chuyển này đồng thời tạo điều kiện
cho dải mưa nhiệt đới di chuyển dần lên phía bắc và trường gió tây nam phát triển tới
bán đảo Đông Dương. Luận văn được bố cục thành bốn chương, ngoài phần mở đầu,
kết luận và tài liệu tham khảo như sau:
Chương 1: Tổng quan về bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Châu Á.
Chương 2: Nhiệt động lực qui mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa qua số liệu tái phân tích
Chương 3: Kết quả mô bằng mô hình RAMS.
Chương 4: Xây dựng chỉ số gió mùa và trường hợp dự báo cho năm 2012.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ
KHU VỰC CHÂU Á
Về mặt khoa học, nghiên cứu gió mùa là nghiên cứu hệ thống hoàn lưu quy mô
lớn, chứa đựng trong đó các hệ thống thời tiết quy mô nhỏ hơn. Nghiên cứu gió mùa
giúp hiểu rõ hơn những cơ chế hình thành và vận động của khí quyển, giải quyết được
bài toán này sẽ cải thiện rất lớn khả năng dự báo thời tiết trong tương lai. Đặc biệt,
1.1. Ý nghĩa của nghiên cứu gió mùa mùa hè
Gió mùa mùa hè Châu Á là hệ thống gió mùa lớn nhất và đặc trưng nhất trong hệ
thống khí hậu toàn cầu. Giai đoạn bùng nổ của hệ thống này được đánh dấu bởi sự đảo
ngược của hoàn lưu quy mô lớn và thay thế đột ngột mùa khô bởi mùa mưa trong chu
kì hàng năm. Một mặt, gió mùa xuất hiện cung cấp một lượng nước lớn rất cần thiết
trong hoàn cảnh khí hậu đang bị biến đổi do sự nóng lên toàn cầu, việc hiểu rõ được cơ
chế vận động của khí quyển là cực kì quan trọng. Mặt khác, các mô hình dự báo khí
hậu hiện nay vẫn chưa thực sự nắm bắt được những quá trình động lực có thể dẫn đến
sự thay đổi hoàn toàn của hệ thống khí hậu (ví dụ như các quá trình hồi tiếp trong khí
quyển), do đó dẫn đến những dự báo chưa chính xác.
cho nông nghiệp, sản xuất, nhưng mặt khác mưa lớn và dồn dập trong nhiều ngày lại là
Từ những thực tiễn trên, nghiên cứu gió mùa ở Việt Nam đặt ra là một nhu cầu
nguyên nhân của các thảm họa nghiêm trọng như lũ quét, xói lở đất, phá hủy mùa
cấp thiết, có vai trò quan trọng nhiều mặt. Vì vậy tôi đề xuất đề tài:“ Nghiên cứu một
màng, làm ngập khu dân cư, khu công nghiệp và các vùng nuôi trồng thủy hải sản...
số đặc trưng nhiệt động lực quy mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam
Bên cạnh đó, sự xuất hiện của gió mùa thường kèm theo những hiện tượng thời tiết
Bộ” nhằm hướng đến vấn đề quan trọng này.
nguy hiểm như giông, tố, lốc xoáy... do đó thường xuyên gây ra những thiệt hại lớn tới
hoạt động kinh tế, xã hội và thậm chí đe dọa tính mạng con người.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa châu Á nên khí hậu của Việt
Nam chịu chi phối hoàn toàn bởi hệ thống này. Với hơn 70% dân số làm nghề nông
cùng với hệ thống nhà máy thủy điện dày đặc, nhu cầu sử dụng nước của Việt Nam là
rất lớn. Tuy nhiên, lượng nước sản sinh từ ngoài lãnh thổ Việt Nam chiếm tới xấp xỉ
hai phần ba tổng lượng nước có được nên rất khó chủ động trong việc khai thác và sử
dụng. Hơn nữa, ở thời điểm hiện tại việc tranh chấp sử dụng nước giữa các quốc gia đã
và đang phát sinh những mâu thuẫn gay gắt, ảnh hưởng lớn tới việc sử dụng nguồn tài
nguyên này trong tương lai. Vì vậy, những dự báo chính xác về hoạt động của gió mùa
cả ở hạn ngắn và hạn dài đều có vai trò rất quan trọng giúp đưa ra những định hướng.
Ngày nay, các nước Châu Á có tốc độ phát triển công nghiệp rất nhanh, điều này
đồng nghĩa một lượng khí ô nhiễm lớn đã và đang được thải vào bầu khí quyển.
Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng gió mùa Châu Á là nguyên nhân phát tán các
chất ô nhiễm mạnh nhất, lên cả tầng cao khí quyển. Khi lên được các tầng trên cao, khí
ô nhiễm sẽ lan tỏa rất nhanh ra toàn cầu. Do đó nghiên cứu gió mùa có vai trò quan
trọng trong việc nghiên cứu ô nhiễm môi trường.
1
1.2. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam
Nam Bộ nằm trong khu vực giao tranh của hai hệ thống gió mùa lớn là hệ gió mùa
mùa hè Nam Á và gió mùa mùa hè Đông Á, do đó mưa gió mùa ở Nam Bộ có diễn
biến phức tạp do chịu tác động của cả hai hệ thống này. Theo trung bình khí hậu, mùa
mưa tại Nam Bộ bắt đầu vào cuối tháng Tư tới đầu tháng Năm, được đánh dấu bởi sự
hình thành của gió tây nam nhiệt đới thổi từ vịnh Bengal sang. Theo rất nhiều nghiên
cứu trên thế giới, giai đoạn này trùng với thời điểm xuất hiện mưa tại vịnh Bengal và
nam Biển Đông, và là những khu vực xuất hiện mưa mùa hè sớm nhất của gió mùa
mùa hè châu Á. Gió mùa mùa hè Ấn Độ thường xuất hiện muộn hơn sau đó khoảng
hai tuần. Tuy nhiên, ngày bắt đầu mùa mưa tại Nam Bộ có sự dao động lớn giữa các
năm và phân bố mưa giữa các khu vực cũng không hoàn toàn giống nhau.
Gió mùa mùa hè Ấn Độ và gió mùa mùa hè Đông Á là những hệ thống gió mùa
điển hình, đã được nghiên cứu khá nhiều trên thế giới, tuy nhiên Việt Nam (bán đảo
Đông Dương) là khu vực chuyển tiếp, giao tranh của các đới gió mùa lại chưa được
nghiên cứu nhiều. Bên cạnh sự hạn chế về số lượng các trạm quan trắc, hoàn lưu gió
mùa khu vực này có sự biến đổi phức tạp, chịu tác động của nhiều yếu tố, do đó rất
khó khăn trong phân tích cũng như xây dựng những chỉ tiêu xác định ngày bùng nổ gió
2
mùa một cách chính xác. Hiện nay, nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam chủ yếu
này số liệu mưa CMAP (Climate Prediction Center – Merged Analysis of
sử dụng phương pháp thống kê. Các nghiên cứu có thể chia ra thành hai hướng chính
Precipitation) đã được sử dụng để so sánh với trường gió trên khu vực nghiên cứu. Kết
bao gồm:
quả cũng cho thấy có thể sử dụng gió vĩ hướng mực 850 hPa để xây dựng chỉ số hoàn
Trước đây các nghiên cứu về bùng nổ gió mùa mùa hè ở Việt Nam chủ yếu được
thực hiện bằng phương pháp phân tích các hình thế synốp. Ví dụ, trong đề tài cấp
Tổng cục (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) năm 1999, các tác giả Phạm Thị
Thanh Hương và Trần Trung Trực [4] đã sử dụng số liệu mưa quan trắc lấy trung bình
lưu vì đây là nhân tố có mối quan hệ chặt với số liệu mưa CMAP trên khu vực Nam
Bộ. Cuối cùng là chỉ số hoàn lưu được xác định là hiệu gió vĩ hướng mực 850 hPa
giữa hai khu vực (2,5o N – 12,5o N; 95o E – 110o E) và (20o N – 27,5o N; 105o E – 120o
E) rồi lấy trung bình cho tất cả các tháng mùa hè
trượt năm ngày và gió vĩ hướng 850 hPa để xác định thời điểm bùng nổ gió mùa mùa
Nghiên cứu sự tương quan giữa giao động nam ENSO và các chỉ số gió mùa với
hè trên khu vực Nam Bộ. Cụ thể, khi lượng mưa vượt 25 mm/ngày hoặc gió vĩ hướng
các nghiên của Trần Quang Đức (2010) [5] và Nguyễn Thị Hiền Thuận (2008) [3].
850 hPa chuyển từ thành phần hướng đông sang hướng tây thì có thể xem là xảy ra
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng gió mùa mùa hè Nam Bộ có sự biến đổi phức tạp và
bùng nổ gió mùa. Điều đáng nói là hai chỉ tiêu này nhiều khi không đồng thời thỏa
tương quan yếu với ENSO, vì vậy ENSO không phải là một chỉ số dự báo tốt cho sự
mãn. Ngoài ra kết quả nghiên cứu của đề tài cũng cho thấy thời điểm bùng nổ gió mùa
phát triển của gió mùa mùa hè ở khu vực này.
trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ thường gắn với thời kỳ có xoáy thuận hoạt động
trên khu vực vịnh Bengal. Tương tự như vậy là các bộ chỉ số gió mùa với các nghiên
cứu của Trần Việt Liễn (2007) [5]. Các chỉ số được xây dựng chủ yếu dựa trên trường
gió tái phân tích mực 850 hPa nhằm xác định thời điểm bùng nổ và kết thúc của gió
mùa. Đồng thời tìm hiểu mối liên hệ giữa trường mưa và trường gió của gió mùa mùa
hè trên khu vực Nam Bộ.
Như vậy, mặc dù đã xác định một chỉ tiêu định lượng có khả năng mô tả mức độ
biến động của gió mùa mùa hè giữa các năm ở Nam Bộ nhưng kết quả nghiên cứu của
Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Thị Hiền Thuận (2006) [1] chỉ phục vụ cho mục đích
nghiên cứu vì chỉ số hoàn lưu phải được tính trung bình cho toàn bộ các tháng hoạt
động của gió mùa tây nam và không nói đến ngày bùng nổ gió mùa mùa hè trên khu
vực Nam Bộ. Ngoài ra các nghiên cứu ở Việt Nam thường chỉ sử dụng số liệu gió vĩ
Nguyễn Thị Hiền Thuận (2001) [2] đã sử dụng số liệu BMRC của Cơ quan Khí
hướng tái phân tích mực 850 hPa để nghiên cứu gió mùa, và như vậy rất có thể sẽ
tượng Úc với độ phân giải 2,5 x 2,5o để nghiên cứu thời kỳ bùng nổ gió mùa mùa hè
không đầy đủ vì cơ chế vật lý của gió mùa mùa hè, nhất là bùng nổ gió mùa, là rất
trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ, sử dụng công cụ hỗ trợ là chương trình hệ thống
phức tạp. Hơn nữa, các chỉ số xây dựng được chỉ phục vụ mục đích nghiên cứu và
dự báo và đồng hóa toàn cầu GASP (Global Assimilation and Prediction System). Qua
cảnh báo, chưa có khả năng dự báo ngày bùng nổ gió mùa.
đó đã rút ra nhận xét là có thể dùng số liệu gió vĩ hướng mực 850 hPa để nghiên cứu
bùng nổ gió mùa. Ngoài ra tác giả cũng cho thấy mối liên hệ giữa bùng nổ gió mùa
khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ Việt Nam với vùng nổ gió mùa trên vịnh Bengal.
Tuy nhiên, nghiên cứu này còn mang tính định tính rất nhiều của phương pháp phân
tích synốp.
Cho tới thời điểm hiện tại, các nghiên cứu về thời kì bùng nổ gió mùa ở Việt Nam
còn rất ít. Hơn nữa, những nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức đánh giá định tính những xu
thế biến đổi của gió mùa, chưa đưa ra được một cơ chế phản ánh đầy đủ bản chất của
gió mùa. Những chỉ số gió mùa và các yếu tố tác động được đưa ra thường bỏ qua các
đặc trưng quy mô lớn và chưa loại đi được tác động gây nhiễu của các yếu tố địa
Tiếp theo, trong nghiên cứu của Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Thị Hiền Thuận
(2006) [1] , các tác giả đã có bước tiến mới trong việc đề xuất một chỉ số hoàn lưu gió
phương. Do đó, kết quả đạt được của nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam là chưa
cao và chưa phù hợp với nhu cầu đặt ra.
mùa để nghiên cứu tính biến động của gió mùa mùa hè ở Nam Bộ. Trong nghiên cứu
3
4
1.3. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè trên thế giới
Đặc trưng bùng nổ và cơ chế nhiệt động lực của gió mùa luôn là vấn đề chính của
các nghiên cứu về gió mùa mùa hè Châu Á, đặc biệt là những nghiên cứu về khu vực
xuất hiện đầu tiên của gió mùa như nghiên cứu của Wang và Lin (2002) [29], Ding
(2004) [9], Wang (2004) [30]. Tuy nhiên, do vẫn còn nhiều vấn đề gây tranh cãi nên
chưa có một kết luận chung chính thức được đưa ra. Cho tới thời điểm hiện tại, có bốn
quan điểm chính về khu vực bùng nổ đầu tiên của gió mùa như sau:
-
Gió mùa bùng nổ đầu tiên tại Biển Đông sau đó mở rộng lên phía bắc và phía tây
nguyên nhân chính của gió mùa, tuy nhiên cách nhìn nhận này không giải thích thỏa
đáng cho sự bùng nổ đột ngột của gió mùa cũng như các chu kì hoạt động – gián đoạn
của hệ thống này. Webster và đồng tác giả (1998) [34] đã chỉ ra rằng bên cạnh đốt
nóng bề mặt, có rất nhiều yếu tố tác động dẫn đến sự phức tạp của gió mùa. Các yếu tố
có thể liệt kê bao gồm:
Vai trò của tương phản đất – biển: Đất và biển có sự khác nhau về nhiệt dung,
nước có khả năng tích trữ lượng nhiệt lớn vì chất lỏng có thể đưa nhiệt xuống phía
dưới nhờ quá trình xáo trộn rối, sau đó lượng nhiệt sẽ được giải phóng trở lại khí
quyển trong quá trình bốc hơi. Mặt khác, trong mùa hè, lục địa nóng lên nhanh hơn so
(Tao và Chen, 1987) [25]
-
Gió mùa bùng nổ đầu tiên tại vịnh Bengal (Wu và Zhang, 1998) [36]
-
Gió mùa bùng nổ đầu tiên tại bán đảo Đông Dương và khu vực phía nam xung
quanh (Li và Qu, 1999 [16]; Zhang, 2004 [38]; Lau và Yang, 1997 [15];
Matsumoto, 1997 [18]; Webster, 1998 [34]; Wang và Fan, 1999 [31]; Lu và đồng
với đại dương, gây nên sự phân bố nhiệt không đồng đều và do đó, hoàn lưu gió mùa
hình thành, đóng vai trò như cỗ máy nhiệt khổng lồ để cân bằng với sự chênh lệch
nhiệt lực này.
Vai trò của hơi nước trong không khí:
tác giả, 2006...) [17]
-
Gió mùa bùng nổ cùng lúc ở vịnh Bengal, Biển Đông và bán đảo Đông Dương (He
và đồng tác giả, 2004 [13]; Wang và đồng tác giả, 2003[26]...)
Gió mùa mùa hè (mùa đông) Châu Á và gió mùa mùa đông (mùa hè) Châu Úc có
mối liên hệ chặt chẽ với nhau, thậm chí có thể gộp chung thành hệ thống gió mùa Á –
Úc. Do đó, sự dịch chuyển theo mùa của gió mùa Châu Á, sự tương tác giữa khí quyển
ở bán cầu bắc và bán cầu nam và sự dịch chuyển của đối lưu vùng nhiệt đới giữa hai
châu lục là không thể tách rời. Zeng và Li (2002) [37] cho rằng sự di chuyển của vùng
đối lưu nhiệt quy mô hành tinh trùng pha với các sóng tựa tĩnh hành tinh (tác động
chính) và tương phản đất biển, độ cao địa hình (tác động phụ) là nguyên nhân của
Hình 1.1. Vai trò của độ ẩm ngưng kết tới hoàn lưu quy mô lớn.
Nguồn: Webster và đồng tác giả (1998) [34].
vùng mưa gió mùa Châu Á – Úc. Khu vực Maritime Continent bao gồm cả Sumatra và
Kalimanta... là khu vực đối lưu phát triển lớn nhất trên thế giới, và sự di chuyển của
Hơi nước bốc hơi từ đại dương, ngưng kết và gây mưa sẽ giải phóng lượng ẩn
đối lưu Sumatra rất “gần” với sự bùng nổ gió mùa tại bán đảo Đông Dương. Nếu gọi
nhiệt. Ẩn nhiệt làm thay đổi gradient nhiệt độ theo phương thẳng đứng nên dẫn đến sự
vùng Maritime Continent là “cây cầu” nối giữa hai lục địa Châu Á và Châu Úc (He,
gia tăng chênh lệch gradient khí áp theo chiều ngang. Gradient khí áp tăng đồng nghĩa
2004 [13]; Chang, 2004 [8]; Wang , 2004 [30]) thì cơ chế dịch chuyển theo mùa của
với tăng gió mực thấp, do đó tăng lượng ẩm cung cấp cho đối lưu – một lần nữa tăng
đối lưu khu vực này chính là cơ chế gây bùng nổ gió mùa mùa hè Châu Á.
lượng ẩn nhiệt giải phóng. Đây là quá trình hồi tiếp cực kì quan trọng của cơ chế nhiệt
Quan điểm cổ điển nhìn nhận tương phản đốt nóng giữa lục địa – đại dương là
5
động lực học gió mùa.
6
Hình 1.1 mô tả quá trì hồi tiếp này với bên trái là mô hình khí quyển với không khí
Dương khiến cho bắc bán cầu lạnh đi nhanh chóng, gradient qua xích đạo của nhiệt độ
khô còn bên phải là không khí ẩm. Do quá trình giải phóng ẩn nhiệt đối lưu, đường
khí quyển giảm, đồng nghĩa với sự yếu đi của gió mùa. Điều ngược lại xảy ra trong
đoạn nhiệt ẩm (W2) trong Hình 1.1b lớn hơn đường đoạn nhiệt khô trong Hình 1.1a, do
những năm gió mùa yếu. Vì vậy sau một năm gió mùa mạnh sẽ là một năm gió mùa
đó chênh lệch gradient khí áp mực trên cao theo phương ngang sẽ lớn hơn, đồng nghĩa
yếu hơn và ngược lại.
với cường độ gió mạnh hơn.
Vai trò của lục địa - địa hình: Lục địa – địa hình không chỉ có vai trò như một bức
Tác động của ENSO: ENSO vẫn được coi là nguyên nhân chính gây ra sự thay đổi
tường lớn chặn các dòng mực thấp để gây mưa cưỡng bức, nó còn làm biến đổi biên
từ hàng năm của gió mùa Á – Úc. Lượng mưa tại Ấn Độ có xu hướng giảm đi trong
độ và các quá trình vận chuyển năng lượng của các sóng trong khí quyển. Ở các mực
suốt giai đoạn phát triển của El Niño, đặc biệt trong ba tháng: Tháng Tám, Tháng
trên cao, dòng xiết gió tây hình thành lên những rãnh tĩnh ở sườn khuất gió của các
Chín, Tháng Mười, mặc dù mối quan hệ này thay đổi và yếu trong hai thập kỉ gần đây.
dãy núi, ví dụ như dãy Rocky và cao nguyên Tibet. Phía đông của các rãnh này, gió
Mặt khác, sự biến đổi chính tại khu vực gió mùa mùa hè Đông Á lại được nhận thấy
tây với vận tốc được tăng cường chiếm ưu thế. Các nghiên cứu với mô hình toàn cầu
trong những năm sau El Niño, tuy cũng có một số ít năm là trong suốt cả giai đoạn
của Syukuro và Theodore (1973) [23] cũng chỉ ra rằng, địa hình cao làm tăng cường
phát triển của El Niño. Trong những năm sau El Niño, lượng mưa mùa hè tại Tây Bắc
động năng của các nhiễu động tĩnh bằng cách làm tăng sự chuyển hóa xoáy thế năng
Thái Bình Dương giảm trong khi giáng thủy front cận nhiệt Đông Á lại tăng cường.
và làm giảm động năng của các nhiễu động tức thời. Nhìn chung, so với trường hợp có
Các nhà khí hậu cũng nhận thấy rằng trong pha cực trị của El Niño, sự thiếu hụt lượng
địa hình, những thí nghiệm trong trường hợp không có địa hình làm thay đổi đáng kể
mưa gió mùa Châu Úc theo sau gió mùa yếu tại Ấn Độ, ngược lại lượng mưa tăng trên
sự phân bố mưa và làm tăng rất mạnh trường gió vĩ hướng.
toàn Ấn Độ và Biển Đông trong giai đoạn sau đó.
Quy luật chu kì năm của gió mùa :
Phương pháp động lực và mô hình hóa trong dự báo thời tiết nói chung và nghiên
cứu các hệ thống khí quyển nói riêng đã được phát triển từ những năm 1950 của thế kỉ
XX. Mặc dù ở thời điểm hiện tại, bài toán mô phỏng chính xác những hệ thống thời
tiết vẫn còn là vấn đề khó khăn. Tuy nhiên việc sử dụng các mô hình đơn giản như mô
hình hoàn lưu hai chiều hoặc các mô hình ba chiều phức tạp nhưng được loại bỏ đi
một số tham số đầu vào như bức xạ, đia hình hoặc thay đổi trường nhiệt độ mặt biển...
giúp đưa ra những cái nhìn sâu hơn về vai trò của từng yếu tố trong việc hình thành
nên hệ thống hoàn lưu toàn cầu.
Nghiên hoàn lưu gió mùa được phát triển từ khá sớm, tuy nhiên hai lí thuyết đầu
tiên phản ánh một cách gần đúng hoàn lưu quan trắc phải kể đến là lí thuyết hoàn lưu
Hình 1.2. Hoàn lưu khí quyển trong mùa hè và mùa đông bắc bán cầu.
Nguồn: Webster và đồng tác giả (1998) [34].
tuyến tính của Gill (1980) [11] và lí thuyết hoàn lưu phi tuyến Hadley của Held - Hou
(1980)[14]. Mô hình hoàn lưu tuyến tính của Gill dựa trên một phân bố lượng mưa cho
trước và từ sự đốt nóng ẩn nhiệt được giải phóng của các vùng mưa này hình thành
Dựa trên thống kê số liệu quan trắc cho thấy có sự luân phiên tuần tự của năm gió
nên các sóng Kelvin và Rossby như được biểu diễn trong Hình 1.3. Mô hình này đã
mùa mạnh và năm gió mùa yếu. Theo Hình 1.2, những năm gió mùa mạnh, gió Ekman
giải thích được sự hình thành của trường gió đông mực thấp. Tuy nhiên, sai lầm của lí
(gió bề mặt) vận chuyển lượng nhiệt lớn từ Bắc Ấn Độ Dương xuống Nam Ấn Độ
7
8
thuyết này đó là coi phân bố mưa là yếu tố tiền định trước, còn thực tế mưa gió mùa tự
Mô hình hoàn lưu phi tuyến của Held và Hou dựa trên thừa nhận sự bảo toàn
nó là một thành phần của hệ thống hoàn lưu, phân bố của nó chịu tác động rất lớn của
momen động lượng của khí quyển mực cao mà ở đó, gió mùa là một thành phần của
bất đồng nhất bề mặt giữa lục địa và đại dương.
vòng hoàn lưu Hadley. Điều này đặc biệt đúng cho mùa hè bắc bán cầu, khi dòng
thẳng đứng trung bình ở vùng nhiệt đới của vòng hoàn lưu Hadley được thống trị bởi
dòng thăng của gió mùa châu Á. Trong những nghiên cứu đầu tiên, việc áp dụng các
định luật của lí thuyết Held – Hou vào trường hợp mô hình hai chiều, ở đó dòng vĩ
hướng trung bình đối xứng qua xích đạo (dòng thăng ở vùng xích đạo và dòng giáng ở
vùng ngoại nhiệt đới) dưới một tác động ở vùng ngoại nhiệt đới (ví dụ sự đốt nóng khí
quyển do cao nguyên Tibet) sẽ dẫn đến dòng vượt xích đạo từ nam bán cầu lên phía
bắc bán cầu như được biểu diễn trong Hình 1.4. Điều này rất phù hợp với dòng gió tây
nam nhiệt đới quan trắc được trên thực tế trong mùa hè bắc bán cầu. Lí thuyết này
cũng đưa ra kết luận về một ngưỡng mà ở đó tác động ngoại nhiệt đới cần vượt qua để
có sự biến đổi từ mô hình hoàn lưu đối xứng sang mô hình hoàn lưu bất đối xứng. Tuy
nhiên, lí thuyết có một số hạn chế là coi lực tác động này là cố định, không tính đến sự
tương tác qua lại giữa lực tác động này và hoàn lưu quy mô lớn. Mặt khác, lí thuyết
này coi khí quyển là khô trong khi khí quyển thực là ẩm nên đã bỏ qua vai trò quan
trọng của hồi tiếp hơi nước tới hoàn lưu quy mô lớn. Hạn chế này dẫn đến thời gian để
chuyển từ hình thế đối xứng sang hình thế bất đối xứng và đạt trạng thái cân bằng mới
Hình 1.3. Dị thường OLR trung bình từ tháng Mười Hai tới tháng Hai (a) và
ở hình thế này là rất lớn (khoảng 100 ngày) trong khi sự bùng nổ gió mùa xảy ra đột
hoàn lưu được sinh ra theo lí thuyết của Gill (b). Nguồn: Gill (1980) [11].
ngột và mạnh mẽ (Plumb và đồng tác giả) [20]. Nói cách khác, với khí quyển khô, để
xảy ra quá trình bùng nổ gió mùa, nhiệt độ bề mặt cao nguyên Tibet phải cao hơn rất
nhiều so với thực tế mà nó có được.
Nikki và Alan (2007) [21] đã tiến hành một loạt những thí nghiệm với mô hình
toàn cầu, ở đó các trường đầu vào được thay đổi ví dụ như: loại bỏ hoàn toàn địa hình,
cho địa hình là hình chữ nhật hoặc thay đổi trường nhiệt độ mặt biển như là hàm của vĩ
độ... để tính toán tác động của từng yếu tố này tới sự bùng nổ gió mùa. Nghiên cứu cho
thấy đốt nóng bề mặt không phải là nguyên nhân chính dẫn đến bùng nổ gió mùa. Bên
cạnh đó nghiên cứu còn chỉ ra vị trí của dải mưa gió mùa (ở đây được hiểu là dải hội tụ
nhiệt đới) trùng với cực đại của năng lượng tĩnh ẩm entropy (kết luận này mang tính
Hình 1.4. Mô hình hoàn lưu phi tuyến đối xứng (a) và bất đổi xứng (b)
chuẩn đoán hơn dự đoán nên không thể áp dụng vào dự báo).
của Held-Hou. Nguồn: Held-Hou (1980)[14].
9
10
1.4. Các chỉ tiêu nghiệp vụ
Trong nghiên cứu, ngày bùng nổ gió mùa mùa hè có thể được xác định bởi rất
nhiều các chỉ tiêu có thể kể đến như: chỉ tiêu mưa, chỉ tiêu gió bề mặt và gió ở các
mực trên cao, chỉ tiêu bức xạ phát xạ sóng dài (OLR)… Để xác định ngày bùng nổ gió
mùa mùa hè tại Biển Đông, Tanaka (1992) [24] sử dụng lượng mây vệ tinh tầng cao,
Wang và Wu (1997) [28] sử dụng gió vĩ hướng và OLR còn Wang (2004) [30] sử
dụng chỉ tiêu dựa trên giá trị trung bình gió 850 hPa trong miền 5oN – 15oN; 110oE –
Cơ quan khí tượng Ấn Độ (The India Meteorological Department) xác định ngày
bùng nổ gió mùa trong dự báo nghiệp vụ cho Kerala dựa trên các chỉ tiêu của
Ananthakrishman (1968) [7] và Rao (1976) [22]. Các chỉ tiêu này bao gồm các
ngưỡng về lượng mưa (mưa trên 10 mm.ngày-1 xuất hiện tại năm trên bẩy trạm
Colombo,
Minicoy,
Thiruvannanthapuram,
Alapuzha,
Kochi,
Kozhikode
và
Mangalore), sự xuất hiện của gió tây nam tại Kerala và độ ẩm tương đối của không khí
đủ lớn từ bề mặt cho tới ít nhất là mực 500 hPa.
120oE. Fasullo và Webster (2003) [10] xác định ngày bùng nổ gió mùa mùa hè tại Ấn
Pai và Nair (2008) [19] xây dựng mô hình dự báo ngày bùng nổ gió mùa ở
Độ sử dụng thông lượng ẩm được vận chuyển tới khu vực này thay vì sử dụng giá trị
Kerala sử dụng phương pháp hàm hồi quy thành phần chính PCR (principal
mưa
component regression) với chín nhân tố dự báo. Phương pháp này giúp tránh được
Trong dự báo nghiệp vụ, Cơ Quan Đại Dương và Khí Quyển Quốc Gia Hoa Kì
NOAA (National Oceanic – Atmospheric Administration) sử dụng số liệu CFS
tương quan chéo lớn giữa các nhân tố và làm giảm bậc của hạng tử tự do của các biến
độc lập.
(Climate Forecast System) và GEFS (Global Ensemble Forecast System) để dự báo
hạn ba tháng cho tất cả các khu vực gió mùa trên thế giới. Đối với khu vực gió mùa Á
– Úc, cơ quan này đưa ra ba chỉ số gió mùa sau:
- Chỉ số gió mùa Á – Úc (Webster – Yang, 1992 [33]): Chỉ số này sử dụng giá
trị gió vĩ hướng mực 850 hPa trừ đi gió vĩ hướng mực 200 hPA tại khu vực 0o –20oN,
40oE – 110oE để đại diện cho sự hoạt động của gió mùa Á – Úc.
- Chỉ số gió mùa Nam Á (Goswami, 1999 [12]): Chỉ số này sử dụng giá trị
trung bình gió kinh hướng mực 850 hPa trừ đi gió kinh hướng mực 200 hPa tại khu
vực 10oN – 30oN, 70oE – 110oE.
- Chỉ số gió mùa Đông Á – Tây Bắc Thái Bình Dương (Wang, 2008 [32]): Chỉ
số này sử dụng giá trị trung bình gió vĩ hướng mực 850 hPa tại khu vực 5oN – 15oN,
90oE – 130oE trừ đi giá trị gió vĩ hướng mực 850 hPa tại khu vực 20oN – 30oN, 110oE
– 140oE.
Kết quả dự báo dựa trên chỉ số gió mùa của NOAA luôn được cung cấp cùng
với bản đồ giá trị tương quan và giá trị hồi quy của cả trường gió và trường mưa của
toàn khu vực đối với các chỉ số này. Điều này giúp ước lượng được độ chính xác của
chỉ số gió mùa đối với từng khu vực gió mùa khác nhau.
11
12
Chương 2
NHIỆT ĐỘNG LỰC QUI MÔ LỚN THỜI KÌ BÙNG NỔ
GIÓ MÙA QUA SỐ LIỆU TÁI PHÂN TÍCH
Year
DJF
JFM
FMA
MAM
AMJ
MJJ
JJA
JAS
ASO
SON
OND
NDJ
1998
2.2
1.8
1.4
0.9
0.4
-0.2
-0.7
-1.0
-1.2
-1.2
-1.4
-1.5
1999
-1.5
-1.3
-1.0
-0.9
-0.9
-1.0
-1.0
-1.1
-1.1
-1.3
-1.5
-1.7
2001
-0.7
-0.6
-0.5
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.0
-0.1
-0.2
-0.2
-0.3
2004
0.3
0.2
0.1
0.1
0.1
0.3
0.5
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
2010
1.6
1.4
1.1
0.7
0.2
-0.3
-0.8
-1.2
-1.4
-1.5
-1.5
-1.5
2.1. Lựa chọn các năm và giai đoạn nghiên cứu
2.1.1. Lựa chọn các năm nghiên cứu
Mối liên hệ của Dao Động Nam (ENSO) và gió mùa Châu Á là vấn đề thống trị
trong nghiên cứu khí hậu ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Bên cạnh các phương
pháp thống kê như xây dựng các phương trình hồi quy sử dụng chỉ số dao động nam
nghiệm mô phỏng sử dụng mô hình khí quyển – đại dương cũng cho thấy sự tương tác
Bảng 2.1. Dị thường nhiệt độ mặt nước biển trung bình trượt ba tháng tại vùng
Niño 3.4 (5oN – 5oS, 120o – 170oW). Nguồn
R/NCEP.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyear
hệ biển – khí này. Do đó, nghiên cứu gió mùa trong luận văn cũng không thể không
s.shtml.
(SOI) như một nhân tố để dự báo thời điểm xuất hiện và cường độ của gió mùa, các thí
xét đến khía cạnh quan trọng này. Năm giai đoạn nghiên cứu ứng với năm pha ENSO
khác nhau của năm năm được chọn để nghiên cứu, bao gồm hai năm El Niño (năm
1998 và 2010, trong đó năm 2010 là năm El Niño đang suy yếu), hai năm La Nina
(năm 1999 và 2001, trong đó năm 2001 là năm La Nina đang suy yếu) và một năm non
– ENSO (năm 2004). Việc chọn các trường hợp nghiên cứu này một mặt giúp đưa ra
những nhận định về các đặc trưng gần như không thay đổi của khí quyển, mặt khác
cũng giúp đánh giá được những tác động của ENSO tới sự bùng nổ gió mùa ở Nam
Bộ.
Ở thời điểm hiện tại có rất nhiều phương pháp để xác định pha ENSO cho từng
năm. Tuy nhiên để có tính thống nhất với các nghiên cứu khác trên thế giới, trong luận
văn này, chỉ số ENSO của Cơ Quan Đại Dương Và Khí Quyển Quốc Gia Hoa Kì –
National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) được sử dụng như là một
chỉ số chuẩn. Chỉ số này được tính toán dựa trên giá trị dị thường nhiệt độ mặt nước
biển trung bình trượt ba tháng tại vùng Niño 3.4 (khu vực giới hạn từ 5oN – 5oS, 120o
– 170oW). Theo định nghĩa của NCAR/NCEP , pha El Niño là các giai đoạn có chỉ số
ENSO lớn hơn hoặc bằng 0.5, các giai đoạn La Nina có chỉ số ENSO nhỏ hơn hoặc
bằng –0.5, các giai đoạn còn lại có chỉ số ENSO nằm trong khoảng –05 đến 0.5 là các
pha non – ENSO. Các giá trị của chỉ số này tương ứng với các năm 1998, 1999, 2001,
2004 và 2010 được liệt kê trong Bảng 3.1.
13
2.1.2. Lựa chọn các giai đoạn nghiên cứu
Khía cạnh cơ bản nhất của bùng nổ gió mùa là sự đảo ngược của trường gió quy
mô lớn và sự thay thế đột ngột của mùa khô bởi mùa mưa trong chu kì hàng năm. Do
đó hai chỉ số phổ biến để xác định ngày bùng nổ gió mùa là chỉ số mưa và chỉ số gió vĩ
hướng. Mặc dù ở phạm vi khu vực, sự xuất hiện của gió tây và mưa tại một số vùng là
không đồng thời, tuy nhiên ở phạm vi quy mô lớn, mưa vẫn là một chỉ số “truyền
thống” đáng tin cậy.
Việt Nam có địa hình thức tạp, thường xuyên xuất hiện các nhiễu động nhiệt
đới, các trạm quan trắc khí tượng phân bố không đồng đều và đặc biệt không có trạm
quan trắc trên biển nên rất khó để xác định ngày bùng nổ gió mùa nếu chỉ dựa trên số
liệu mưa quan trắc. Vì các phân tích đòi hỏi phải được thực hiện trên trường số liệu
đầy đủ và liên tục theo cả không gian và thời gian nên bộ số liệu được chọn để đưa ra
các nhận định đầu tiên về giai đoạn nghiên cứu sẽ là bộ số liệu mưa Global
Precipitation Climatology Project (GPCP) và số liệu gió vĩ hướng tái phân tích của
NCAR/NCEP . Trong đó, ngày bùng nổ gió mùa mùa hè cho khu vực Việt Nam là
ngày được Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ xem là ngày bắt đầu mùa mưa ở
Nam Bộ và được kiểm tra lại bởi mưa GPCP và gió vĩ hướng của NCAR/NCEP . Các
ngưỡng chỉ tiêu phải thỏa mãn những điều kiện sau:
14
- Giá trị lượng mưa GPCP trung bình từ 5o N – 15o N, 90o E – 110o E phải đạt
khu vực lục địa ven biển của Châu Á.
trên 5 mm.ngày-1 và kéo dài liên tục trong ba ngày tiếp theo.
- Giá trị trung bình gió vĩ hướng tái phân tích mực 850 hPa của NCAR/NCEP
trung bình từ 5o N – 15o N, 100o E – 110o E phải thịnh hành gió tây > 0,5 m.s-1 trong ít
nhất ba ngày liên tục.
Sau khi xác định được ngày bùng nổ gió mùa, khoảng thời gian nghiên cứu và
mô phỏng của các năm sẽ được chọn theo quy tắc: mỗi giai đoạn kéo dài mười bốn
ngày, với ngày bắt đầu là ngày trước khi bùng nổ gió mùa mùa hè khoảng bẩy đến tám
ngày. Danh sách cái giai đoạn nghiên cứu được liệt kê trong Bảng 3.2.
Ngày bắt đầu mô
Ngày kết thúc mô
Ngày bùng nổ gió mùa
phỏng
phỏng
theo quan trắc tại trạm
1998
08/05
22/05
15/05
1999
14/04
28/04
21/04
2001
02/05
16/05
11/05
2004
04/05
18/05
12/05
2010
14/05
28/05
21/05
Hình 2.1. Mưa GPCP tích lũy
Bảng 2.2. Thời gian mô phỏng giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè của các năm
ngày trong ngày bùng nổ gió
1998, 1999, 2001, 2004 và 2010.
mùa các năm 1998, 1999, 2001,
2004 và 2010.
2.2. Đặc trưng trường mưa GPCP giai đoạn bùng nổ gió mùa
2.2.1. Đặc trưng về khu vực phân bố của mưa
2.2.2. Đặc trưng trường bức xạ sóng dài
Dựa trên phân bố mưa quy mô lớn trung bình ngày của GPCP được thể hiện
Như đã đề cập ở phần trước, đặc trưng quan trọng của bùng nổ gió mùa mùa hè
trên Hình 2.1 cho thấy, trong giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ tồn tại hai
là sự bùng phát mạnh mẽ của đối lưu quy mô lớn. Nam Bộ nằm rất gần với các ổ đối
dải mưa chính, một tại bán đảo Đông Dương và Đông Á và một dải mưa khác tại vùng
lưu lớn như ổ đối lưu xích đạo (khu vực nằm giữa Châu Á và Châu Úc) và các vùng
biển xích đạo nhiệt đới phía bắc Australia. Mưa tại Nam Bộ trong giai đoạn này nằm
đối lưu nhỏ hơn như vùng đối lưu ở phía nam vịnh Bengal. Do đó, khi quan sát sự di
trong dải mưa lớn thứ nhất, mở rộng từ vịnh Bengal, qua Việt Nam và đôi khi kết nối
chuyển của các vùng đối lưu này có thể đưa ra những nhận định quan trọng về các giai
với các dải mưa lớn khác ở phía đông Trung Quốc (ví dụ trong các năm 1998 và
đoạn phát triển của gió mùa mùa hè cho khu vực Nam Bộ.
2010). Sự kết nối này hình thành nên một dải mưa khổng lồ bao trùm gần như toàn bộ
15
16
Trong khi số liệu mưa quan trắc thường không đầy đủ, đặc biệt thiếu các trạm
quan trắc trên biển và chịu tác động của các nhiễu động quy mô địa phương, có một
chỉ số thay thế khá hiệu quả thường được sử dụng để biểu diễn cho sự phát triển của
các vùng mây đối lưu là chỉ số phát xạ sóng dài – Outgoing Longwave Radiation
(OLR). OLR biểu diễn lượng năng lượng sóng dài thoát ra khỏi đỉnh khí quyển của trái
đất nhờ các vệ tinh viễn thám, ở những nơi có nhiệt độ bề mặt thấp như các đỉnh núi
cao hoặc các đỉnh mây cao sẽ đo được giá trị OLR thấp. Do đó, phân tích giá trị OLR
có thể đưa ra được bức tranh toàn cảnh về sự phát triển của đối lưu cho khu vực Châu
Á nói chung và thời điểm bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ nói riêng.
Sự di chuyển của dải mây đối lưu thường gắn chặt với sự di chuyển của dải áp
cao cận nhiệt đới lên phía bắc. Do đặc tính đó, chỉ số OLR không những biểu diễn
được các vùng mây đối lưu mà đồng thời còn có thể biểu diễn rất tốt sự phát triển của
hệ thống áp cao cận nhiệt đới. Các hệ thống áp cao này là trường phân kì, sẽ ngăn cản
sự hình thành mây đối lưu quy mô lớn, do đó giá trị OLR tại những khu vực áp cao sẽ
cao hơn rất nhiều so với các khu vực xung quanh. Do đó, thay vì phải phân tích cả
trường độ cao địa thế vị và trường mưa, việc chọn chỉ số OLR cho thấy là một sự lựa
chọn tối ưu hơn hẳn so với các trường khác.
Hình 2.2 biểu diễn sự thay đổi của trường phát xạ sóng dài OLR tại khu vực gió
mùa mùa hè Châu Á trong vòng ba pentad (năm ngày), trong đó, pentad 0 là pentad có
ngày đầu tiên là ngày bùng nổ gió mùa mùa hè tại Nam Bộ được xác đinh theo chỉ số
mưa GPCP và số liệu tái phân tích NCAR/NCEP, pentad –1 và pentad –2 lần lượt là
hai pentad liền trước pentad 0 đó. Với quy ước vùng đối lưu sâu là vùng có giá trị
OLR nhỏ hơn 200 W.m2, còn khu vực áp cao cận nhiệt là vùng có giá trị OLR lớn hơn
240 W.m2 , nhận thấy ở hầu hết các trường hợp, hệ thống áp cao cận nhiệt đới của bắc
bán cầu gần như liền thành một dải với hai áp cao chính, một thống trị ở khu vực Nam
Á và một thống trị tại khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương. Vị trí trung bình của hai áp
cao này vào khoảng 20oN. Các vùng đối lưu lớn chủ yếu tập trung tại vùng biển xích
Hình 2.2. Trường OLR trung bình pentad tại các thời điểm trước bùng nổ 2 pentad
(pentad -2), trước bùng nổ 1 pentad (pentad -1) và pentad bùng nổ
(pentad 0).
17
đạo phía nam vịnh Bengal và khu vực Indonesia (trong pentad – 2). Tuy nhiên càng
gần tới thời điểm bùng nổ, hệ thống áp cao này thay đổi đột ngột với sự rút rui của áp
cao Tây Bắc Thái Bình Dương sang phía đông (trong pentad –1). Sự rút lui này một
mặt tạo nên sự “đứt gãy” của hệ thống áp cao tại khoảng kinh độ 100oE, mặt khác tạo
18
điều kiện thuận lợi cho dải mưa xích đạo men qua “cây cầu đất Malaysia” (land
trải dài trên nhiều vĩ độ và quy mô dọc hàng nghìn km chiều dài, tốc độ gió trung bình
bridge) và di chuyển dần lên phía bắc. Đến pentad bùng nổ gió mùa (pentad 0), áp cao
đạt trên 15 m.s-1 nên có thể coi dải gió này như một dòng xiết mực thấp khổng lồ kết
cận nhiệt Tây Bắc Thái Bình Dương đã rút lui hoàn toàn ra ngoài 120oE, lúc này toàn
nối giữa hai bán cầu trong mùa hè bắc bán cầu.
bộ khu vực bán đảo Đông Dương được thống trị bởi đối lưu sâu. Do đó OLR cũng là
một chỉ số rất tốt định nghĩa cho sự bùng nổ gió mùa mùa hè tại Nam Bộ.
Hình 2.2 cũng cho thấy sự khác biệt trong sự phát triển của các ổ đối lưu giữa
các năm El Niño và năm La Nina. Trong những năm El Niño, hình ảnh của dải áp cao
cận nhiệt đới bắc bán cầu là rất rõ ràng, đối lưu tại Sumatra chỉ di chuyển được lên
phía bắc khi áp cao Tây Thái Bình Dường đã rút lui hoàn toàn sang phía đông. Tuy
nhiên trong những năm La Nina, hình ảnh của dải áp cao này là không rõ, các vùng đối
lưu sâu thậm chí còn hình thành ở bán đảo Đông Dương sớm hơn thời điểm bùng nổ
gió mùa khoảng hai pentad (năm 1999 và 2001). Do đó, trong những năm La Nina,
mưa gió mùa có xu hướng xuất hiện sớm hơn so với nhưng năm El Niño, các chỉ số để
xác định ngày bùng nổ gió mùa cũng khó hơn.
Mặc dù đối lưu hình thành và di chuyển lên phía bắc trong những năm La Nina
sớm hơn so với những năm El Niño và non – ENSO, tuy nhiên cường độ đối lưu trong
những năm La Nina lại yếu hơn. Điều này có thể nhận thấy rõ trong Hình 3.3 khi các
vùng OLR thấp (giá trị nhỏ hơn 200 W.m-2) của những năm 1999 và 2001 chỉ phân tán
thành các cụm nhỏ dọc theo khu vực xích đạo tại Đông Nam Á, trong khi ở các năm
còn lại, các vùng OLR này hình thành nên các vùng rất lớn, trải dọc từ nam bán cầu
lên bắc bán cầu. Do đó, sự hoạt động của đối lưu giai đoạn đầu mùa hè trong những
Hình 2.3. Hoàn lưu mực 850
năm El Niño có xu hướng mạnh hơn so với các năm La Nina.
hPa NCAR/NCEP ngày bùng nổ
gió mùa các năm 1998, 1999,
2.3. Đặc trưng trường gió tái phân tích
2001 2004 và 2010.
2.3.1. Đặc trưng trường gió ngày bùng nổ gió mùa
Ngoài các đặc trưng về mưa, một đặc trưng hoàn lưu quan trọng của khu vực
Nam Bộ giai đoạn bùng nổ gió mùa là sự xuất hiện của gió tây nhiệt đới mực thấp.
Quy mô của đới gió này được biểu diễn trong Hình 2.3 với đại diện là trường gió mực
850 hPa. Một cách trực quan có thể thấy đới gió này nằm trong một dải gió tây rất lớn,
có nguồn gốc từ nam bán cầu, vượt qua xích đạo tới bắc bán cầu. Với quy mô ngang
19
Khu vực Nam Bộ nằm trong khu vực chuyển tiếp và kết nối của dòng xiết này
với các hệ thống hoàn lưu quy mô lớn khác. Hơn nữa do tác động của địa hình, tốc độ
gió tây ở Nam Bộ tương đối nhỏ hơn so với tốc độ gió ở vịnh Bengal hoặc vùng biển
xích đạo nhiệt đới Sri Lanka. Sau khi vượt qua Nam Bộ và Biển Đông, đới gió này hòa
20
vào hoàn lưu rìa phía bắc của áp cao Tây Thái Bình Dương và trở thành hoàn lưu
Hình 2.4 biểu diễn hoàn lưu mực cao với đới gió đại diện ở mực 200 hPa cho thấy khu
ngoại nhiệt đới như dải mưa Mei-yu phía đông Trung Quốc. Mặc dù hệ số tương quan
vực Nam Bộ trong thời điểm này nằm dưới sự thống trị của hoàn lưu phân kì rìa phía
của mưa vùng Đông Á đối với các hệ thống gió mùa nhiệt đới là tương đối nhỏ, tuy
đông của áp cao Nam Á. Đây là một áp cao rất mạnh, có tâm nằm trên khu vực Ấn Độ
nhiên hoàn lưu gió mùa này cũng đóng góp một phần quan trọng trong việc vận
và sống áp cao mở rộng từ Đông Phi tới bán đảo Đông Dương. Một mặt, sự hình thành
chuyển ẩm từ vịnh Bengal và Biển Đông với các vùng mưa nơi đây.
của áp cao này đã đẩy lùi rãnh lạnh mực cao vốn thống trị lục địa Châu Á trong mùa
đông sang phía đông (ra ngoài 120oE), đánh dấu sự chuyển từ hình thế đặc trưng của
mùa đông (với sự hội tụ mực cao) sang hình thế mùa hè (với sự phân kì mực cao) ở
nơi đây. Mặt khác, áp cao này làm tăng cường trường gió đông mực cao khu vực nhiệt
đới Ấn Độ Dương và hình thành lên dòng vượt xích đạo thổi từ bắc bán cầu xuống
nam bán cầu. Kết hợp với những đặc điểm của cả hai hệ thống hoàn lưu cho thấy, cấu
trúc khí quyển giai đoạn này giống như một vòng khép kín với sự phát triển lên phía
bắc của gió tây mực thấp và sự quay ngược trở lại phía nam của gió đông mực cao.
2.3.2. Đặc trưng khí hậu của trường gió giai đoạn đầu mùa hè
Tới thời điểm hiện tại, việc phân chia các khu vực gió mùa khu vực Châu Á vẫn
còn nhiều tranh cãi. Quan điểm truyền thống cho rằng gió mùa khu vực Việt Nam là
sự mở rộng sang phía đông của gió mùa Ấn Độ, nhưng cũng có nhiều ý kiến cho rằng
gió mùa mùa hè khu vực Việt Nam là kiểu gió mùa chyển tiếp giữa hai hệ thống gió
mùa nhiệt đới và gió mùa ngoại nhiệt đới. Nếu chỉ dựa vào các hình thế hoàn lưu của
từng năm riêng rẽ sẽ rất khó để xác định hoặc thậm chí có thể đưa ra những nhận định
sai lầm. Hơn nữa, gió mùa chịu tác động rất mạnh bởi ENSO nên để có được góc nhìn
chính xác về các đặc trưng khí hậu của hệ thống quy mô lớn này, chuỗi số liệu phân
tích cần phải đủ dài. Do đó, bằng phương pháp hàm trực giao tự nhiên (EOF), khoảng
Hình 2.4. Hoàn lưu mực 200 hPa
thời gian 30 năm (từ năm 1980 tới 2010) của số liệu gió tái phân tích NCAR/NCEP
NCAR/NCEP ngày bùng nổ gió
được chọn ra để phân tích. Kết quả phân tích được biểu diễn trong Hình 2.5.
mùa các năm 1998, 1999, 2001
2004 và 2010.
Hình 2.5 biểu diễn hai thành phần trực giao đầu tiên của trường gió vĩ hướng
mực 805 hPa số liệu tái phân tích NCAR/NCEP từ năm 1980 tới 2010 cho khu vực
Việt Nam. Thành phần trực giao thứ nhất (mode 1) với lượng thông tin biểu diễn là
47,3%, hình thế trải dài từ bờ biển Đông Phi tới Philipine, còn thành phần trực giao
Khác với các đặc trưng của hoàn lưu mực thấp, hoàn lưu mực cao trong giai
thứ hai (mode 2) với lượng thông tin biểu diễn là 9,3%, có hình thế trải dài từ Tây Thái
đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ lại thể hiện một hình thế gần như trái ngược.
Bình Dương tới bán đảo Đông Dương. Dựa vào các hình thế có thể thấy khu vực Nam
21
22
Bộ giai đoạn đầu mùa hè nằm dưới sự ảnh hưởng của cả hai thành phần trực giao này.
2.4. Đặc trưng trường nhiệt tái phân tích
Theo quan điểm truyền thống, sự chênh lệch giữa đốt nóng bề mặt của lục địa
và đại dương vẫn được nhận định như một yếu tố có vai trò quan trọng nhất đối với
việc hình thành nên gió mùa. Đặc biệt đối với gió mùa Châu Á, cao nguyên Tibet vẫn
được coi như một yếu tố nền tảng, là chiếc lò sưởi khổng lồ, đốt nóng không khí xunh
quanh và đẩy chúng lên cao theo hình xoắn ốc.
Hình 2.5. Hai thành phần trực giao chiếm lượng thông tin lớn nhất của trường gió
vĩ hướng tái phân tích NCAR/NCEP trong ba tháng: tháng Tư, tháng Năm, tháng Sáu
từ năm 1980 tới 2010.
Đối với khu vực Nam Bộ, tổng lượng “thông tin” được biểu diễn bởi hai mode
đầu tiên chiếm tới 56,5% so với tổng số lượng “thông tin”, do đó hình thế thời tiết nơi
đây được nhận định bị thống trị bởi hai mode này. Theo lí thuyết phân tích chuỗi của
Fourier với đối số là thời gian, mode 1 và mode 2 trong Hình 2.5 sẽ lần lượt đại diện
cho các sóng dao động trong trường gió tây nhiệt đới vượt qua xích đạo từ nam bán
cầu và các nhiễu động trong trường gió đông ở rìa phía nam của áp cao cận nhiệt đới
Hình 2.6. Trường nhiệt mực 850
Tây Thái Bình Dương. Mặc dù tại Nam Bộ, mode 1 có giá trị lớn hơn gấp năm lần so
hPa số liệu tái phân tích
với mode 2, tuy nhiên không thể bỏ qua hoàn toàn tác động của mode này. Nói cách
NCAR/NCEP cho ngày bùng nổ
khác, gió mùa mùa hè tại khu vực này không phải là kiểu gió mùa điển hình, hình thế
gió mùa các năm 1998, 1999,
hoàn lưu không đơn giản chỉ là sự mở rộng của gió mùa Ấn Độ như những nhận định
2001, 2004 và 2010.
được đưa ra trước đây. Đây chính là lí do nếu áp dụng chỉ số mưa quan trắc tại trạm để
xác định ngày bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ sẽ gặp khó khăn như đã nói trên đây cũng
như trong các chương tiếp theo.
23
24
có thể nhận định sự tương phản giữa đốt nóng bề mặt mạnh nhất giữa lục địa và đại
dương trong giai đoạn này không diễn ra ở khu vực cao nguyên Tibet mà tại khu vực
Ấn Độ và Ả rập.
Đặc trưng trường nhiệt mực cao trong Hình 2.7 cho thấy, ngày bùng nổ gió mùa
mùa hè Nam Bộ gắn liền với sự hình thành của một trung tâm nhiệt mực cao phía trên
khu vực vịnh Bengal. Trung tâm nhiệt này có nhiệt độ cao hơn khu vực xung quanh
khoảng 1oK đến 2oK và có tâm ở vị trí phía trên của vịnh Bengal, trùng với vị trí của
xoáy nghịch mực cao đã được chỉ ra trong Hình 2.4. Trong khi đó, nhiệt độ khí quyển
mực cao phía trên của cao nguyên Tibet hầu như không thay đổi nhiều, vẫn là hình thế
nhiệt dạng sóng đặc trưng của vùng ngoại nhiệt đới.
Hình 2.7. Trường nhiệt trung
bình từ mực 500 hPa tới 200
hPa số liệu tái phân tích
NCAR/NCEP cho ngày bùng nổ
gió mùa các năm 1998, 1999,
2001, 2004 và 2010.
Các đặc trưng trường nhiệt mực 850 hPa trong Hình 2.6 cho thấy, trong ngày
bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ, hai khu vực có nhiệt độ cao nhất là Ấn Độ và Ả rập
với nhiệt độ khoảng 302 K. Sườn phía đông của cao nguyên Tibet tồn tại một rãnh
lạnh với đường rãnh kéo dài từ bán đảo triều tiên xuống phía bắc Việt Nam. Nam Bộ
nằm giữa hai hệ thống nhiệt này với nhiệt độ trung bình vào khoảng 294 K. Nhiệt độ
khí quyển ở các khu vực đại dương xung quanh là tương đối đều nhau ở khoảng 292
K. Chênh lệch nhiệt độ giữa Nam Bộ và các vùng xung quanh vào khoảng 2 K. Do đó
25
26
Chương 3
3.2. Phân bố mưa mô phỏng
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG MÔ HÌNH RAMS
3.2.1. Đặc trưng phân bố mưa mô phỏng về diện
Giá trị mưa mô phỏng được biểu diễn trong Hình 3.1 tới Hình 3.5 cho thấy
3.1. Các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và cấu hình miền tính
trước thời điểm xuất hiện mưa mùa hè tại Nam Bộ tồn tại ba khu vực mưa chính bao
Trong luận văn này, mô hình RAMS (the Regional Atmospheric Modeling
gồm dải mưa tại vùng xích đạo Indonesia, dải mưa tại khu vực front Mei – yu phía
System) được sử dụng để mô phỏng hoàn lưu khí quyển thời kì bùng nổ gió mùa trong
đông Trung Quốc và một vùng mưa lớn tại Sri Lanka. Gần tới ngày bùng nổ gió mùa,
các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010. Mô tả chi tiết về mô hình có thể tham tìm
dải mưa xích đạo có xu hướng di chuyển rất nhanh lên phía bắc, lan qua Malaysia tới
trên trang web . Tâm miền tính đặt tại 19oN – 95oE, sử dụng phép
bán đảo Đông Dương. Sự di chuyển này thường diễn ra đồng thời với sự dịch chuyển
chiếu cực. Cấu hình miền tính bao gồm 271 bước lưới theo phương vĩ tuyến, 221 bước
của xoáy thuận Sri Lanka vào vịnh Bengal, tạo lên sự bùng phát mưa tại các khu vực
lưới theo phương kinh tuyến và 30 mực theo phương thẳng đứng. Độ phân giải ngang
này. Đến ngày bùng nổ gió mùa, các dải mưa lớn với lượng mưa trên 10 mm.ngày-1
là 45 km x 45 km. Lớp dưới cùng dày 100 m, độ dày các lớp tiếp theo bằng độ dày lớp
đều đã xuất hiện ở Bengal, bán đảo Đông Dương và vùng xích đạo nhiệt đới Indonesia.
ngay sát bên dưới nhân với 1,15. Khi độ dày lớp thẳng đứng đạt 1200 m, các lớp tiếp
Hầu hết các trường hợp mô phỏng cũng cho thấy bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ thường
theo đó sẽ được gắn bằng 1200 m. Bước thời gian tích phân là 30 s, các sơ đồ tham số
diễn ra sau sự xuất hiện của xoáy kép tại Sri Lanka vài ngày, mặc dù cơ chế vật lý giải
hóa đối lưu Kain-Fritsh cải tiến và sơ đồ bức xạ Mahrer/Pielke được kích hoạt 5 phút
thích cho hiện tượng này là chưa rõ ràng, tuy nhiên có thể coi xoáy thuận này như một
một lần.
tín hiệu dự báo rất tốt cho sự xuất hiện của mưa gió mùa tại Nam Bộ.
Mô hình được ban đầu hóa sử dụng số liệu tái phân tích cho các năm 1998,
So sánh với mưa GPCP trong Hình 2.1 cho thấy, mô hình RAMS đã nắm bắt
1999, 2001, 2004 và 2010 của National Oceanic and Atmospheric Administration
khá tốt được các vùng mưa quy mô lớn, đặc biệt cho khu vực Việt Nam trong ngày
(NCAR/NCEP). Bộ số liệu này bao gồm nhiệt độ khí quyển, độ ẩm, độ cao địa thế vị,
bùng nổ gió mùa. Sự di chuyển của các vùng mưa mô phỏng cũng khá gần với sự thay
trường gió kinh hướng và gió vĩ hướng. Các trường được cho trên 17 mặt đẳng áp với
đổi của OLR được biểu diễn trong Hình 2.3. Xét về diện mưa, mô hình RAMS có xu
độ phân giải ngang 2,5 x 2,5o. Các điều kiện biên trong quá trình tích phân được cập
hướng cho diện mưa chưa thực sự sát với thực tế, đặc biệt là tại khu vực Indonesia.
nhật 6 h một lần cũng sử dụng các trường tái phân tích này.
Trong một số trường hợp, mô hình cho mưa bất thường ở Ấn Độ Dương và phía nam
Nhiệt độ mặt nước biển sử dụng cho ban đầu hóa mô hình là số liệu được tính
toán dựa trên phương pháp nội suy tối ưu của NCAR/NCEP . Mỗi file số liệu cung cấp
nhiệt độ mặt biển từng tuần với độ phân giải 1o x 1o .
biển Ả rập, nơi không có số liệu quan trắc mưa dành cho số liệu GPCP. Ngược lại,
trong một số ngày của các trường hợp khác, mô hình lại cho mưa ít hơn trên toàn bộ
miền tính (ví dụ ngày 09/04/1999 hoặc ngày 06/05/2001). Tuy nhiên với độ phân giải
thô của mô hình là 45 km x 45 km, mục đích chính của luận văn không phải là dự báo
Số liệu mưa dùng để phân tích trong luận văn này bao gồm số liệu quan trắc
chính xác lượng mưa mà chỉ đưa ra nhận định về khả năng mô phỏng của mô hình
của các trạm Nam Bộ và số liệu mưa Global Precipitation Climatology Project
trong ngày bùng nổ gió mùa, do đó, kết quả mưa mô phỏng về diện như vậy là có thể
o
o
(GPCP). Mưa GPCP là bộ số liệu mưa trên ô lưới với độ phân giải 1 x 1 của NASA.
chấp nhận được.
Điểm bắt đầu là (89,5°N; 0,5°E) và điểm kết thúc là (89,5°S; 0,5°W).
27
28
Hình 3.1. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998.
Hình 3.2. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999
29
Hình 3.3. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001
Hình 3.4. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004
30
Hình 3.6. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
Hình 3.5. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010
từ 8/5 đến 21/5 năm 1998, đơn vị mm.ngày-.1
Trong những năm El Niño, mưa thường xuất hiện khá muộn (từ giữa tới nửa
sau của tháng Năm), còn trong những năm La Nina, mưa xuất hiện khá sớm (từ cuối
tháng Tư đến đầu tháng Năm). Mưa xuất hiện tại khu vực cao nguyên Lâm Viên trước,
sau đó tại đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu
tháng tư, gió tây nam chưa hình thành ở Nam Bộ nên mưa này không phải là mưa gió
mùa, mà là mưa tiền gió mùa mà là mưa gây bởi các nhiễu động nhiệt đới hoặc do gió
đông vận chuyển ẩm từ Biển Đông vào đất liền gặp địa hình gây nên. Mặc dù mưa này
không lớn và liên tục, nhưng sự xuất hiện của nó có thể được coi là tín hiệu báo trước
của sự xuất hiện gió mùa mùa hè trong những ngày tiếp theo.
3.2.2. Đặc trưng mưa mô phỏng về lượng
Khả năng mô phỏng mưa về lượng của mô hình RAMS được đánh già từ Hình
3.6 đến Hình 3.15 khi so sánh giá trị mưa được đưa về trạm từ kết quả mô phỏng và
giá trị mưa quan trắc tương ứng của trạm đó.
31
Hình 3.7. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
từ 8/5 đến 21/5 năm 1998, đơn vị mm.ngày-.1
32
Hình 3.8. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
-1
từ 14/4 đến 23/4 năm 1999, đơn vị mm.ngày .
Hình 3.9. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
Hình 3.10. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
từ 2/5 đến 15/5 năm 2001, đơn vị mm.ngày-.1
Hình 3.11. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
từ 14/4 đến 23/4 năm 1999, đơn vị mm.ngày-.1
từ 2/5 đến 15/5 năm 2001, đơn vị mm.ngày-.1
33
34
Hình 3.12. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
-1
từ 4/5 đến 17/5 năm 2004, đơn vị mm.ngày .
Hình 3.13. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
từ 4/5 đến 17/5 năm 2004, đơn vị mm.ngày.-.1
35
Hình 3.14. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
từ 14/5 đến 27/5 năm 2010, đơn vị mm.ngày-.1
Hình 3.15. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
từ 14/5 đến 27/5 năm 2010, đơn vị mm.ngày-.1
36
Các giá trị mưa quan trắc và mô phỏng tại trạm được biễu diễn trong Hình 3.1
đến Hình 3.10. Quan trắc cho thấy khu vực cao nguyên Lâm Viên thường xuất hiện
mưa sớm và lượng mưa cũng lớn hơn các khu vực còn lại. Khu vực Tây Nguyên và
vùng đồng bằng Nam Bộ có diễn biến mưa khá giống nhau. Nếu lấy điều kiện mưa
quan trắc xuất hiện trên phần lớn số trạm (trên 50%) khu vực Tây Nguyên – Nam Bộ
thì có thể xác định ngày bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ cho các năm 1998, 1999,
2001, 2004 và 2010 lần lượt là 15 tháng Năm, 21 tháng Tư, 11 tháng Năm, 12 tháng
Năm, và 21 tháng Năm. Vào ngày bùng nổ gió mùa, mưa xuất hiện đồng thời tại hầu
hết các trạm, với lượng mưa đo đạc trung bình đều đạt khoảng trên 5 mm/ngày. Các
chu kì tăng giảm lượng mưa tại các trạm cũng tương đối giống nhau. Do đo có thể
Tàu (đây là thời kỳ tương ứng với hoạt động La Nina mạnh). Như vậy, nhìn chung
mưa mô phỏng có thông tin tốt trong trường hợp này (Hình 3.8, 3.9).
- Trong trường hợp của năm 2001, mưa quan trắc cho thấy ngày bùng nổ xảy ra
vào ngày 11 tháng Năm, trong khi mưa mô hình cho mưa diện rộng xảy ra sớm hơn
một ngày là 10 tháng Năm. Một điều thú vị là lượng mưa mô phỏng cũng thiên cao
khá nhiều tại hai trạm là Cần Thơ và Vũng Tàu (đây là thời kỳ tương ứng với hoạt
động La Nina đang suy yếu). So sánh mưa mô phỏng được nội suy về trạm với số liệu
quan trắc cho thấy trường hợp này cho diễn biến mưa phù hợp rất tốt so với thực tế
(Hình 3.10, 3.11).
khẳng định, ngoài sự xuất hiện của mưa tiền gió mùa tại khu vực cao nguyên Lâm
- Theo số liệu quan trắc tại trạm, ngày bùng nổ mưa gió mùa mùa hè Nam Bộ
Viên, mưa mùa hè tại Tây Nguyên – Nam Bộ nhìn chung là tương đối đồng nhất và
năm 2004 có thể được xác định là ngày 12 tháng Năm. Mô hình cũng cho mưa diện
giống nhau giữa các vùng, miền. Tuy nhiên, nếu lấy tiêu chí mưa trên 5 mm/ngày kéo
rộng trên hầu hết các trạm trong ngày này, tuy nhiên mô hình cho mưa mô phỏng
dài liên tục trong ít nhất một pentad sau bùng nổ phải quan trắc thấy trên phần lớn số
khống trước ngày bùng nổ tại các trạm Rạch Giá, Cà Mau, Cần Thơ, và Vũng Tàu
trạm thì có thể nói là mưa gió mùa (và do vậy là gió mùa mùa hè) khu vực Tây
giống như trường hợp năm 1998 (Hình 3.12, 3.13). Thú vị là bùng nổ gió mùa năm
Nguyên – Nam Bộ là không điển hình, nhất là trong các năm 1998, 2004, và 2010.
2004 cũng xảy vào thời kỳ có dị thường SST Nino 3.4 dương như năm 1998, nhưng
Trong các biến mô phỏng/dự báo thì lượng mưa, bao gồm phân bố và diễn biến
yếu hơn tiêu chuẩn.
mưa, là khó mô phỏng và dự báo nhất. Cần nhấn mạnh là mô hình được chạy trước
- Cả mưa quan trắc và mưa mô hình tại trạm đều xác định bùng nổ gió mùa xảy
thời điểm bùng nổ khoảng bẩy đến tám ngày để nghiên cứu sự phát triển trong thời
ra vào ngày 21 tháng Năm 2010. Thời kỳ này ứng với hoạt động El Niño nhưng đang
gian đủ dài của các đặc trưng nhiệt động lực học như sẽ nói đến trong các mục sau.
suy yếu. Qui luật mô hình cho mưa mô phỏng khống trước ngày bùng nổ tại các trạm
Mặc dù vậy, nếu so sánh mưa mô phỏng với mưa quan trắc tại trạm có thể thấy là mô
Rạch Giá, Cà Mau, Cần Thơ, và Vũng Tàu giống như trường hợp năm 1998 được lặp
hình cho mưa diện rộng về cơ bản phù hợp với mưa quan trắc trong ngày bùng nổ gió
lại, mặc dù lượng mưa khống ít hơn (Hình 3.14, 3.15).
mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên – Nam Bộ. Một số điểm chưa phù hợp so với
Tóm lại, có thể rút ra nhận xét là:
quan trắc của mưa mô phỏng có thể thấy như sau:
- Mưa mô phỏng có thể nắm bắt được đúng ngày bùng nổ mưa mùa hè ở Nam
- Vào ngày 15 tháng Năm 1998 mô hình cũng cho mưa trên tất cả các trạm
giống như mưa quan trắc, tuy nhiên lượng mưa mô phỏng nhỏ hơn thực tế khá nhiều
(thời kỳ này xảy ra El Niño mạnh) và mô hình cho mưa mô phỏng khống trước ngày
Bộ trong các năm El Niño (hoặc El Niño đang suy yếu) nhưng có khả năng cho mưa
khống trước ngày bùng nổ gió mùa. Như vậy để kết luận chính xác hơn cần xem xét
thêm các trường khác như gió và nhiệt độ.
bùng nổ tại các trạm Rạch Giá, Cà Mau, Cần Thơ, và Vũng Tàu (Hình 3.6, 3.7).
- Mô hình cho mưa diện rộng sớm hơn một ngày trong các năm La Nina (hoặc
- Với năm 1999, mưa quan trắc cho thấy ngày bùng nổ xảy ra vào ngày 21
tháng Tư, trong khi mưa mô hình cho mưa diện rộng xảy ra sớm hơn một ngày là 20
tháng Tư. Lượng mưa mô phỏng thiên cao khá nhiều tại hai trạm là Cần Thơ và Vũng
37
La Nina đang yếu) nhưng lượng mưa mô phỏng cũng thiên cao tại hai trạm là Cần Thơ
và Vũng Tàu.
38
