Cấu trúc của rãnh đông á và ảnh hưởng của nó đến thời tiết mùa đông việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trần Thị Huyền Trang

CẤU TRÚC CỦA RÃNH ĐÔNG Á VÀ ẢNH HƢỞNG
CỦA NÓ ĐẾN THỜI TIẾT MÙA ĐÔNG VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trần Thị Huyền Trang

CẤU TRÚC CỦA RÃNH ĐÔNG Á VÀ ẢNH HƢỞNG
CỦA NÓ ĐẾN THỜI TIẾT MÙA ĐÔNG VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 60 44 02 22
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN MINH TRƯỜNG

Hà Nội – 2015

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn của tôi – PGS.TS.
Nguyễn Minh Trường. Thầy đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo tôi trong suốt
quá trình làm luận văn. Nhiều lúc có quá nhiều công việc khiến tôi xao nhãng, thầy
là người nhắc nhở và động viên tôi.
Trong quá trình làm luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều những sự góp ý
chân thành và bổ ích về kiến thức chuyên môn, sự giúp đỡ về hệ thống máy tính. Tôi
muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy các cô và các anh, chị, em đang công tác ở bộ
môn Khí tượng và Biến đổi khí hậu.
Trong quá trình học tập và làm thủ tục bảo vệ, tôi nhận được sự giúp đỡ của
ban lãnh đạo và các thầy cô trong Khoa Khí tượng Thuỷ văn và Hải dương học,
Phòng Sau đại học. Tôi xin chân thành cảm ơn.
Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới ban lãnh đạo, các anh chị đồng
nghiệp ở Khoa Khí tượng Thuỷ văn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường đã
tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh, cổ vũ động
viên tôi rất nhiều.
Tận trong trái tim mình, tôi luôn biết ơn, yêu quý và trân trọng tất cả mọi người!

Học viên cao học

Trần Thị Huyền Trang


MỤC LỤC
Mở đầu ............................................................................................................................. 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ RÃNH ĐÔNG Á ................................. 2
1.1

Các nghiên cứu rãnh Đông Á trên thế giới ......................................................... 2

1.2

Các nghiên cứu rãnh Đông Á ở Việt Nam ........................................................ 12

Chƣơng 2 SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 16
2.1 Nguồn số liệu ............................................................................................................ 16
2.1.1 Số liệu tái phân tích .............................................................................................. 16
2.1.2 Thống kê các đợt không khí lạnh ....................................................................... 17
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................................ 19
2.2.1 Các bản đồ trƣờng địa thế vị và trƣờng nhiệt ................................................... 19
2.2.2 Các biến động lực và cách tính toán ................................................................... 20
Chƣơng 3 CẤU TRÚC KHÍ HẬU HỌC CỦA RÃNH ĐÔNG Á ............................. 22
3.1 Trƣờng độ cao địa thế vị và trƣờng nhiệt độ ....................................................... 22
3.2 Tốc độ thẳng đứng .................................................................................................. 23
3.2.1. Tốc độ thẳng đứng các mực trung bình mùa đông .......................................... 23
3.2.2. Mặt cắt thẳng đứng vĩ hƣớng của tốc độ thẳng đứng...................................... 25
3.2.3. Mặt cắt thẳng đứng kinh hƣớng của tốc độ thẳng đứng ................................. 26
3.3.

Tốc độ gió ngang ................................................................................................. 27

3.4.

Bình lƣu nhiệt ...................................................................................................... 28

3.4.1.

Bình lƣu nhiệt trung bình mùa đông ........................................................... 28

3.4.2.

Bình lƣu nhiệt kinh hƣớng ........................................................................... 28

3.5.

Bình lƣu xoáy ....................................................................................................... 30

3.5.1.

Bình lƣu xoáy trung bình mùa đông theo các mực .................................... 30

3.5.2.

Bình lƣu xoáy vĩ hƣớng (VADVX) .............................................................. 31

Chƣơng 4 ẢNH HƢỞNG CỦA RÃNH ĐÔNG Á TỚI THỜI TIẾT MÙA
ĐÔNG ............................................................................................................................. 32
4.1.

Phân tích các đợt xâm nhập lạnh điển hình. .................................................... 32


4.1.1.

Đợt KKLTC mạnh ngày 13/01/2014............................................................ 32

4.1.2.

Đợt KKLTC yếu ngày 17/01/2014 ............................................................... 40

4.2.

Phân tích các đợt KKL cho các tháng mùa đông............................................. 47

4.2.1.

Phân tích các đợt KKLTC và GMĐB tháng 12 ......................................... 47

4.2.2.

Phân tích các đợt KKLTC và GMĐB tháng 1 ........................................... 56

4.2.3. Phân tích các đợt KKLTC và GMĐB tháng 2 ................................................. 64
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 74


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Các thành phần của gió mùa mùa đông Đông Á [6] ........................................ 2
Hình 1.2. Sơ đồ sinh xoáy thuận gắn với sự đi đến của một nhiễu động xoáy dương
mực cao trên một khu vực tà áp mực thấp. Hoàn lưu mực cao được sinh ra sẽ mạnh
thêm dị thường mực cao ban đầu và có thể dẫn đến sự khuếch tán của nhiễu động
(Hoskins et al, 1985) ......................................................................................................... 3
Hình 1.3. Hệ số tương quan của các chỉ số với độ cao địa thế vị mực 500mb [8]........... 4
Hình 1.4. (a) Mặt cắt thẳng đứng vĩ hướng của Z* (trung bình từ 30-500N mùa đông
giai đoạn 1951-2011), (b), (c), (d) mối quan hệ giữa gradient nhiệt độ đông – tây với
độ nghiêng trục [9]. .......................................................................................................... 5
Hình 1.5. (a) Cấu trúc khí hậu học của độ cao địa thế vị mực 500mb trung bình mùa
đông giai đoạn 1957 – 2001; (b), (c) là độ cao địa thế vị mực 500mb với đường trục rãnh

mùa đông năm 1962 với giá trị TAI cao nhất, năm 2000 với giá trị TAI thấp nhất.[10] ........ 7
Hình 1.6. Trục rãnh Đông Á trong 52 năm (đường xám) và trục trung bình 52 năm
của rãnh (đường chấm đen); đường contour là độ cao trung bình 52 năm, mỗi
đường cách nhau 100mdtv [11]. ....................................................................................... 8
Hình 1.7. Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa áp cao Siberia, rãnh Đông Á và AO ......................... 9
trong thời kỳ mùa đông (a) và mùa hè (b) [12] ...................................................................... 9
Hình 1.8. Nhiễu động xoáy và trường vận tốc được sinh ra (mũi tên gạch) chuyển
dời theo kinh hướng chuỗi các phần tử khí. Đường đậm nét chỉ vị trí ban đầu của
nhiễu, đường mảnh chỉ sự chuyển dời về hướng tây của nhiễu do bình lưu vận tốc
được sinh ra [15] ............................................................................................................ 10
Hình 1.9. Cấu trúc của một sóng tà áp bất ổn định mô hình hai mực. (Trên) Pha
tương đối của nhiễu động địa thế vị 500 hPa (đường nét liền) và nhiệt độ (đường nét
đứt). (Dưới) Mặt cắt thẳng đứng biểu diễn pha của địa thế vị, bình lưu nhiệt kinh
hướng, hoàn lưu phi địa chuyển (mũi tên trống), Q vector (mũi tên đen), và trường
nhiệt cho một số sóng bất ổn định tà áp trong mô hình hai mực [15]............................ 10


Hình 1.10. Mặt cắt thẳng đứng biểu diễn pha của biến đổi xoáy cho một sóng tà áp ... 11
Hình 1.11. Mối liên hệ giữa phân kỳ và hội tụ bề mặt và chuyển động của không khí
trên cao [16] ................................................................................................................... 12
Hình 2.1. Bản đồ độ cao địa hình của miền nghiên cứu ................................................. 17
Hình 3.1. Trường địa thế vị và nhiệt độ tại các mực 200mb, 500mb, 850mb, 1000mb.. 23
trung bình mùa đông giai đoạn 1985-2014 .................................................................... 23
Hình 3.2. Tốc độ thẳng đứng các mực 200mb, 500mb, 850mb, 1000mb trung bình
mùa đông giai đoạn 1985-2014. ..................................................................................... 24
Hình 3.3. Mặt cắt thẳng đứng vĩ hướng trung bình kinh hướng từ vĩ độ 350N đến
450N của tốc độ thẳng đứng trung bình mùa đông (a), tháng 12 (b),tháng 1 (c),
tháng 2 (d) giai đoạn 1985 – 2014. ................................................................................. 25
Hình 3.4. Mặt cắt thẳng đứng kinh hướng trung bình vĩ hướng từ vĩ độ 1350E đến
1500E của tốc độ thẳng đứng trung bình mùa đông (a), tháng 12 (b),tháng 1 (c),

tháng 2 (d) giai đoạn 1985 – 2014. ................................................................................. 26
Hình 3.5. Tốc độ gió (m/s) tại các mực 200mb, 500mb, 700mb, 850mb ........................ 27
trung bình mùa đông giai đoạn 1985 – 2014 .................................................................. 27
Hình 3.6. Bình lưu nhiệt tại các mực 200mb, 500mb, 700mb, 850mb trung bình mùa
đông giai đoạn 1985 – 2014............................................................................................ 28
Hình 3.7. (a) Mặt cắt thẳng đứng vĩ hướng trung bình kinh hướng từ vĩ độ 350N đến
450N và (b) mặt cắt thẳng đứng kinh hướng trung bình vĩ hướng từ kinh độ 1350E
đến 1500E của bình lưu nhiệt kinh hướng TADVY giai đoạn 1985 – 2014. ................... 29
Hình 3.8. Bình lưu xoáy tại các mực 200mb, 500mb, 700mb, 850mb trung bình mùa
đông giai đoạn 1985 – 2014............................................................................................ 30
Hình 3.9. (a) Mặt cắt thẳng đứng vĩ hướng trung bình kinh hướng từ vĩ độ 350N đến
450N và (b) mặt cắt thẳng đứng kinh hướng trung bình vĩ hướng từ kinh độ 1350E


đến 1500E của bình lưu vĩ hướng VADVX trung bình mùa đông giai đoạn 1985 –
2014. ................................................................................................................................ 31
Hình 4.1. Trường nhiệt, độ cao địa thế vị và gió các mực 200, 500, 850 và 1000mb
ngày 12/01/2014 .............................................................................................................. 33
Hình 4.2. Trường nhiệt, độ cao địa thế vị và gió các mực 200, 500, 850 và 1000mb
ngày 13/01/2014 .............................................................................................................. 34
Hình 4.3. Trường nhiệt, độ cao địa thế vị và gió các mực 200, 500, 850 và 1000mb
ngày 14/01/2014 .............................................................................................................. 35
Hình 4.4. Trường nhiệt, độ cao địa thế vị và gió các mực 200, 500, 850 và 1000mb
ngày 12/01/2014 .............................................................................................................. 36
Hình 4.5. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) ngày
12,13,14,15/01/2014........................................................................................................ 37
Hình 4.6.

Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) ngày

12,13,14,15/01/2014........................................................................................................ 38
Hình 4.7. Bình lưu xoáy theo phương thẳng đứng ở mực 850mb ngày 12, 13, 14,
15/01/2015....................................................................................................................... 39
Hình 4.8. Bình lưu nhiệt theo phương thẳng đứng ở mực 850mb ngày 12, 13, 14,
15/01/2015....................................................................................................................... 40
Hình 4.9. Trường nhiệt, độ cao địa thế vị và gió các mực 200, 500, 850 và 1000mb
ngày 16/01/2014 .............................................................................................................. 41
Hình 4.10. Trường nhiệt, độ cao địa thế vị và gió các mực 200, 500, 850 và 1000mb
ngày 17/01/2014 .............................................................................................................. 42
Hình 4.11. Trường nhiệt, độ cao địa thế vị và gió các mực 200, 500, 850 và 1000mb
ngày 18/01/2014 .............................................................................................................. 43
Hình 4.12. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) ngày
16,17,18/01/2014 ............................................................................................................. 44


Hình 4.13.

Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) ngày

16,17,18/01/2014............................................................................................................. 44
Hình 4.14. Bình lưu xoáy theo phương thẳng đứng ở mực 850mb ngày 16, 17,
18/01/2014....................................................................................................................... 45
Hình 4.15. Bình lưu nhiệt theo phương thẳng đứng ở mực 850mb ngày 16, 17,
18/01/2014....................................................................................................................... 46
Hình 4.16. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb KKLTCM đợt 5/12/2012 ..... 48
Hình 4.17. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb KKLTCTB đợt 14/12/2008 .. 48
Hình 4.18. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb KKLTCM đợt 15/12/2013 ... 49
Hình 4.19. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb GMĐBM đợt 18/12/2012 .... 49
Hình 4.20. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb GMĐBM đợt 22/12/2008 ... 50
Hình 4.21. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 500mb KKLTC ngày 5/12/2012 ...... 51

Hình 4.22. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 500mb KKLTCTB

ngày

14/12/2008....................................................................................................................... 51
Hình 4.23. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 500mb GMĐBM đợt 22/12/2008 .... 52
Hình 4.24. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 850mb KKLTCM đợt 5/12/2012 ..... 53
Hình 4.25. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 1000mb KKLTCM đợt 15/12/2013 . 54
Hình 4.26. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCM đợt
5/12/2012 ......................................................................................................................... 54
Hình 4.27. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCM đợt
08/12/2011....................................................................................................................... 55
Hình 4.28. Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCM đợt ....... 55
5/12/2012 ......................................................................................................................... 55
Hình 4.29. Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCM đợt
08/12/2011....................................................................................................................... 56


Hình 4.30. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb KKLTCM đợt 04/01/2012 ... 57
Hình 4.31 Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb GMĐBM đợt 22/01/2012 ..... 57
Hình 4.32 Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb KKLTCY đợt 11/01/2012 ..... 58
Hình 4.33. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 500mb KKLTCM đợt 9/1/2013 ....... 59
Hình 4.34. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 500mb KKLTCY đợt 26/1/2008 ...... 59
Hình 4.35. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 850mb KKLTCM đợt 9/1/2013 ....... 60
Hình 4.36. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 1000mb KKLTCM đợt 09/01/2013 . 61
Hình 4.37. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCM đợt
4/1/2012 ........................................................................................................................... 61
Hình 4.38. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) GMĐBM đợt
13/1/2008 ......................................................................................................................... 62
Hình 4.39. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCY đợt

11/1/2012 ......................................................................................................................... 62
Hình 4.40. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCY đợt
26/1/2008 ......................................................................................................................... 63
Hình 4.41. Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCM đợt
4/1/2012 ........................................................................................................................... 63
Hình 4.42. Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) KKLTCY đợt
11/1/2012 ......................................................................................................................... 64
Hình 4.43. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb GMĐBM đợt 7/2/2012 ........ 64
Hình 4.44. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 200mb GMĐBY đợt 20/2/2009 ....... 65
Hình 4.45. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 500mb GMĐBM đợt 18/2/2014 ...... 66
Hình 4.46. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 500mb GMĐBY đợt 19/2/2013 ....... 66
Hình 4.47. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 850mb GMĐBM đợt 7/2/2012 ........ 67
Hình 4.48. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 850mb GMĐBY ngày 19/2/2013 .... 67


Hình 4.49. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 1000mb GMĐBY đợt 19/02/2013 ... 68
Hình 4.50. Trường nhiệt và độ cao địa thế vị mực 1000mb GMĐBM đợt 07/02/2012 .. 68
Hình 4.51. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) GMĐBM đợt
7/2/2012 ........................................................................................................................... 69
Hình 4.52. Bình lưu nhiệt (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) GMĐBY đợt
19/2/2013 ......................................................................................................................... 70
Hình 4.53. Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) GMĐBM đợt
7/2/2012 ........................................................................................................................... 70
Hình 4.54. Bình lưu xoáy (shaded) và tốc độ thẳng đứng (contour) GMĐBY đợt
19/2/2013 ......................................................................................................................... 71


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Biến, khu vực và ảnh hƣởng của các chỉ tiêu đến gió mùa mùa đông
Đông Á .......................................................................................................................... 3

Bảng 2.1 Phân bố các đợt không khí lạnh từ 2004 – 2013 ..................................... 18
Bảng 2.2. Các đợt không khí lạnh tăng cƣờng dùng trong luận văn ................... 18
Bảng 2.3. Các đợt gió mùa đông bắc dùng trong luận văn ................................... 19


DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
NCEP –CAR

Trung tâm Nghiên cứu và Dự báo Khí quyển và Môi trường
(National Centers for Environmental Prediction - National
Center for Atmospheric Research)

EOF

Hàm trực giao kinh nghiệm (Empirical Orthogonal Function)

AO

Dao động Bắc cực (Arctic Oscillation)

ENSO

El- Nino và dao động Nam (El-Nino Southern Ocssilation)

PNA

Dao động Thái Bình Dương - Bắc Mỹ (Pacific North
American).

TAI

Chỉ số nghiêng của trục rãnh (Trough Axis Index)

Grad Tn

Gradient nhiệt độ theo phương ngang

EAT

Rãnh Đông Á (East Asia Trough)

EAWM

Gió mùa mùa đông Đông Á (East Asian Winter Monsoon)

KKL

Không khí lạnh

KKLTC

Không khí lạnh tăng cường

KKLTCY

Không khí lạnh tăng cường yếu

KKLTCM

Không khí lạnh tăng cường mạnh

KKLTCTB

Không khí lạnh tăng cường trung bình

GMĐB

Gió mùa đông bắc

GMĐBM

Gió mùa đông bắc mạnh

GMĐBY

Gió mùa đông bắc yếu

GMĐBTB

Gió mùa đông bắc trung bình


Mở đầu
Rãnh Đông Á là được tạo ra bởi sóng Rossby hay còn gọi sóng hành tinh trên
đới gió tây nên có sự biến đổi lớn cùng với sự lan truyền và phát triển của hệ thống
sóng dài quy mô hành tinh. Rãnh Đông Á có vai trò quan trọng trong quá trình xâm
nhập lạnh ở Việt Nam. Khi rãnh mở rộng và khơi sâu sẽ tạo điều kiện thuận lợi đưa
không khí lạnh từ cực về vùng nhiệt đới. Áp cao Siberia ở mặt đất được tăng
cường, có thể gây ra đợt xâm nhập lạnh về phía nam Trung Quốc và Việt Nam dưới
dạng các front lạnh. Khi sống Ural tiến về phía bắc, rãnh có trục đông bắc – tây

nam thì không khí lạnh thẳng xuống phía nam mạnh hơn trong đó Việt Nam là một
trong các nước chịu ảnh hưởng.
Mặc dù có vai trò lớn trong hệ thống thời tiết nhưng những hiểu biết và
nghiên cứu về rãnh Đông Á là chưa nhiều và chưa sâu. Là một giảng viên giảng
dạy và nghiên cứu về khí tượng Synop tôi muốn lựa chọn đề tài: “Cấu trúc của
rãnh Đông Á và ảnh hƣởng của nó đến thời tiết mùa đông Việt Nam” để nghiên
cứu sâu hơn một đối tượng Synop có ảnh hưởng lớn đến Việt Nam và làm giàu kiến
thức chuyên môn, làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy.
Bố cục của luận văn chia làm 4 phần ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu
tham khảo như sau:
Chương I: Tổng quan nghiên cứu về rãnh Đông Á.
Chương II: Số liệu và phương pháp nghiên cứu.
Chương III: Cấu trúc khí hậu của rãnh Đông Á.
Chương IV: Ảnh hưởng của rãnh Đông Á tới thời tiết mùa đông.

1


Chƣơng 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ RÃNH ĐÔNG Á
1.1 Các nghiên cứu rãnh Đông Á trên thế giới
Gió mùa mùa đông Đông Á có vai trò khí hậụ quan trọng tới mùa đông khu vực
Đông Á, nó ảnh hưởng tới đời sống sinh hoạt cũng như kinh tế của rất nhiều quốc
gia, vùng lãnh thổ trong khu vực như Đài Loan, Nhật Bản, Trung Quốc…Trong đó
rãnh Đông Á là nguyên nhân ảnh hưởng đến cường độ và phạm vi của gió mùa mùa
đông Đông Á.

Hình 1.1. Các thành phần của gió mùa mùa đông Đông Á [6]
Wang [6] cho rằng thành phần ở bề mặt của gió mùa mùa đông Đông Á là các
trung tâm khí áp bề mặt, ở mực giữa là rãnh Đông Á và mực cao là dòng xiết gió tây

cận nhiệt đới như Hình 1.1, cũng theo tác giả tìm hiểu thì sóng Rossby ở trên làm
tăng sự lạnh ở mực thấp bằng bình lưu lạnh dẫn đến làm lạnh bề mặt, còn dị thường
lạnh mực dưới đóng vai trò như dị thường xoáy thế xoáy nghịch và củng cố sống
trên cao dẫn đến tăng cường sóng Rossby mực trên. Sự tác động qua lại giữa sóng
Rossby mực cao và dị thường lạnh bề mặt dẫn đến sự tăng cường lẫn nhau.Vì vậy
sóng Rossby mực 500 mb và dị thường nhiệt bề mặt tác động qua lại dẫn đến sóng
truyền lên trên và làm sâu rãnh Đông Á thể hiện ở Hình 1.2.
Wang và Lu [7] gió mùa mùa đông Đông Á ở bề mặt được cấu thành từ 3
trung tâm: áp cao Siberia, áp thấp Aleut và vùng thấp Marine Continent ở quần đảo
Indonesia. Hai đặc tính quan trọng khi xem xét sự biến thiên của gió mùa mùa đông
Đông Á quy mô nội năm là cường độ và đường đi.

2


Hình 1.2. Sơ đồ sinh xoáy thuận gắn với sự đi đến của một nhiễu động xoáy dương
mực cao trên một khu vực tà áp mực thấp. Hoàn lưu mực cao được sinh ra sẽ mạnh
thêm dị thường mực cao ban đầu và có thể dẫn đến sự khuếch tán của nhiễu động
(Hoskins et al, 1985)
Hai đặc tính này liên quan mật thiết tới pha và biên độ của sóng hành tinh khí
quyển. Cường độ hoạt động của nó trên khu vực Á- Âu và Châu Á -Thái bình dương
bị ảnh hưởng bởi hình thế ngăn chặn của vùng Thái bình Dương và Ural. ENSO và
băng biển Băng Dương là yếu tố ngoại lực tác động tới EAWM trong đó ENSO ảnh
hưởng với chu kỳ thập kỷ. Những đặc tính xâm nhập lạnh ở bề mặt bị chi phối bởi
hai yếu tố trên cao: rãnh Đông Á ở mực giữa tầng đối lưu và dòng xiết gió tây tầng
đối lưu.
Bảng 1.1. Biến, khu vực và ảnh hưởng của các chỉ tiêu đến gió mùa mùa đông Đông
Á [8].
Chỉ
tiêu

ISHI

Biến
số
SLP

IJHUN

U300hPa

ISUN
ICHEN

H500hPa
V10m

Khu vực
(1100E, 200-500N) và
(1600E, 200-500N)
(27,50- 37,50N, 1100–
1700E) và
(500-600N, 1100-1700E)
(300-400N, 1250-1450E)
(250-400N, 1200-1400E) và
100-250N, 1100-1300E

Ảnh hƣởng tới EAWM
Chỉ số lớn thì EAWM
mạnh
Chỉ số nhỏ thì EAWM yếu

Chỉ số nhỏ thì EAWM
mạnh
Chỉ số lớn thì EAWM yếu

Hui và cộng sự [8], qua phân tích các năm có gió mùa mùa đông Đông Á
mạnh thể hiện qua gió đông bắc mạnh hơn, nhiệt độ vùng cận nhiệt giảm mạnh thì

3


cả áp cao Siberia và dòng xiết gió tây đều rất mạnh, áp thấp Aleut và rãnh Đông Á
khơi sâu. Dựa vào các chỉ tiêu của các nghiên cứu dùng cường độ của một hoặc
nhiều thành phần trong hoàn lưu gió mùa này như sự chênh lệch khí áp đất – biển
ISHI (Shi, 1996); Trung bình gió kinh hướng mực dưới tầng đối lưu V10m (Ji và Sun,
1997; Chen và cộng sự, 2001); Gió vĩ hướng ở lớp trên tầng đối lưu U300hPa (Jhun và
Lee, 2004); rãnh Đông Á H500hPa (Sun và Sun, 1995). Nhóm tác giả [8] so sánh xem
các chỉ tiêu về gió mùa mùa đông Đông Á có liên quan mật thiết với nhau và có sự
thay đổi như thế nào trong giai đoạn nghiên cứu. Bốn chỉ tiêu được mô tả chi tiết ở
Bảng 1.1
Qua phân tích chỉ ra các năm gió mùa mùa đông Đông Á mạnh là 1961/62,
1967/68, 1976/77, 1980/81, 1983/84, 1985/86; Các năm có gió mùa mùa đông Đông
Á yếu 1958/59, 1972/1973, 1978/79, 1989/90, 1997/98. Khi xét hệ số tương quan
giữa các chỉ số với độ cao địa thế vị mực 500 mb thì hệ số tương quan âm đáng kể
quanh khu vực rãnh Đông Á, có nghĩa là rãnh Đông Á khơi sâu vào năm gió mùa
mùa đông Đông Á mạnh và ngược lại.

Hình 1.3. Hệ số tương quan của các chỉ số ISHI, IJHUN, ISUN, ICHEN với độ cao địa thế
vị mực 500mb [8]
Các nghiên cứu gần đây nghiên cứu rõ hơn cấu trúc của rãnh Đông Á cũng
như cơ chế ảnh hưởng tới sự xâm nhập lạnh ở bề mặt. Điển hình như nghiên cứu

của Wen Chen và cộng sự (2013) [9] về độ nghiêng của trục rãnh và cơ chế biến
thiên nội năm của nó trong mùa đông sử dụng số liệu tái phân tích: độ cao địa thế
vị, gió ngang, nhiệt độ không khí, giáng thuỷ trung bình tháng của NCEP – NCAR,

4


ERA40, NCEP/DOE giai đoạn 1951-2011. Cũng theo tác giả cho rằng rãnh Đông Á
là một sóng dừng hành tinh nổi bật ở mực giữa tầng đối lưu vào mùa đông bán cầu
thường ở mực 500mb. Mực dưới thời tiết mùa đông khu vực Đông Á bị thống trị
bởi hoàn lưu gió mùa mùa đông Đông Á. Sự biến thiên của gió mùa mùa đông
Châu Á và sự trao đổi nhiệt giữa vùng nhiệt đới và vùng vĩ độ trung bình do các
yếu tố: áp cao lạnh Siberia, sóng lạnh phía bắc và hoạt động của bão ở Bắc Thái
Bình Dương và hệ thống sóng hành tinh. Cường độ của rãnh Đông Á ảnh hưởng tới
cường độ của gió mùa mùa đông Đông Á hơn là ảnh hưởng tới cấu trúc của nó. Bài
báo [9] tập trung vào độ nghiêng trục rãnh. Chỉ số độ nghiêng chỉ độ dốc của đường
trục rãnh theo chiều thẳng đứng trong mặt cắt thẳng đứng – kinh độ.

Hình 1.4. (a) Mặt cắt thẳng đứng vĩ hướng của Z* (trung bình từ 30-500N mùa đông
giai đoạn 1951-2011), (b), (c), (d) mối quan hệ giữa gradient nhiệt độ đông – tây với
độ nghiêng trục [9].
Tác giả dùng Z* là hiệu của độ cao địa thế vị Z trừ đi độ cao địa thế vị trung
bình vĩ hướng tại điểm đang xét. Ở Hình 1.4a nơi đánh dấu bởi hình dấu hoa thị
chính là vị trí trục rãnh ở các mực khác nhau, khi nối lại thì thấy trục nghiêng về
hướng tây. Chỉ số độ nghiêng của trục rãnh có liên quan đến sự thay đổi gradient
nhiệt độ đông - tây, trong đó phía tây của trục rãnh là không khí lạnh và phía đông là
không khí nóng. Ở Hình 1.4b thì vị trí số 1 và số 4 có  / x  0 nên đây là trục

5

rãnh, vị trí số 2  / x  0 và vị trí số 3  / x 0. Khi xem xét quan hệ giữa
gradient nhiệt độ địa phương với khu vực nghiêng của rãnh Đông Á thì thấy rằng khi
gradient ngang của nhiệt độ dương thì trục rãnh nghiêng về phía Tây và ngược lại
khi gradient nhiệt độ âm, trục rãnh nghiêng về phía đông. Tuy nhiên, khi dự đoán độ
nghiêng của trục rãnh cũng cần phải kết hợp đến điều kiện của địa phương. Cụ thể
các ví dụ trên hình là minh chứng cho điều này. Cả hai trường hợp đều có gradient
ngang của nhiệt độ dương. Nếu vùng không khí nóng tồn tại ở phía đông trở nên
nóng hơn và vùng lạnh ở phía tây giữ nguyên trạng thái của nó thể hiện Hình1.4c,
dẫn đến gradient nhiệt độ gần vùng nóng tăng nhanh hơn gần vùng lạnh. Mặc dầu,
cả phía trên và dưới của trục rãnh vẫn dịch chuyển về phía Tây, có nghĩa trục rãnh sẽ
ít nghiêng hơn. Đối với trường hợp trên Hình 1.4d, trục rãnh sẽ nghiêng nhiều hơn.
Gradient nhiệt độ phía tây lớn hơn phía đông thì trục rãnh nghiêng mạnh, còn gradient
nhiệt độ phía đông lớn hơn phía tây thì nghiêng ít hơn thể hiện qua Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Mối quan hệ giữa độ nghiêng trục và gradient nhiệt độ phương ngang [9]
Hƣớng
nghiêng
Hướng Tây

Hướng Đông

Grad
Tn
Dương

Âm

Trƣờng hợp thay đổi Grad Tn

Độ nghiêng

Tây tăng – đông giảm
Tây giảm – đông tăng
Cả hai đều tăng – đông tăng mạnh hơn
Cả hai đều tăng – tây tăng mạnh hơn
Cả hai đều giảm – đông tăng mạnh
hơn
Cả hai đều giảm – tây tăng mạnh hơn
Tây tăng – đông giảm
Tây giảm – đông tăng
Cả hai đều tăng – đông tăng mạnh hơn
Cả hai đều tăng – tây tăng mạnh hơn
Cả hai đều giảm – đông tăng mạnh
hơn
Cả hai đều giảm – tây tăng mạnh hơn

Lớn hơn
Ít hơn
Lớn hơn
Ít hơn
Ít hơn
Lớn hơn
Lớn hơn
Ít hơn
Lớn hơn
Ít hơn
Ít hơn
Lớn hơn

Khi xem xét trục rãnh theo phương ngang, Wang và Chen [10] sử dụng

phương pháp EOF với số liệu trung bình tháng: ERA 40 từ 9/1957 – 8/2002, số liệu
đại dương Met Office Hadley 1870 – nay, số liệu mưa và nhiệt của 160 trạm khí

6


tượng của Trung Quốc, số liệu mưa tái phân tích từ 1948 – nay của NOAA/CPC.
Kết quả cho thấy EOF thứ nhất mô tả cường độ của rãnh, EOF thứ hai tập trung vào
trạng thái nghiêng của trục rãnh gọi là TAI. Cấu trúc khí hậu của rãnh Đông Á giai
đoạn 1957-2001 có hướng tây bắc - đông nam ở phía bắc vĩ độ 500N và hướng đông
bắc - tây nam ở phía nam vĩ độ 500 N, vị trí rãnh khoảng ở 200 - 400N và 1400 –
1510E như Hình 1.5 a.
a

b

,

,

c
,

Hình 1.5. (a) Cấu trúc khí hậu của độ cao địa thế vị mực 500mb trung bình mùa đông
giai đoạn 1957 – 2001; (b), (c) là độ cao địa thế vị mực 500mb với đường trục rãnh mùa
đông năm 1962 với giá trị TAI cao nhất, năm 2000 với giá trị TAI thấp nhất.[10]
Rãnh yếu vào năm 1962 khi rãnh Bắc Mỹ và sống Châu Âu mạnh nên trục có
hướng bắc – nam khi đó rãnh Đông Á nghiêng ít hơn bình thường thì gió mùa mùa
đông Đông Á có sự xâm nhập lạnh xuống hướng nam mạnh, dọc bờ biển Trung
Quốc và có thể đưa xuống nam bán cầu. Các khu vực bị lạnh đáng kể: biển Đông,

Đông Nam Á, các khu vực ấm hơn từ hồ Baican đến đông bắc Trung Quốc tới Nhật
Bản và không khí bớt lạnh di chuyển đến trung tâm Bắc Thái Bình Dương. Năm
2000 rãnh có TAI thấp nhất có hướng tây bắc – đông nam, Khi đó rãnh có độ
nghiêng lớn hơn bình thường thì đường đi của gió mùa mùa đông Đông Á hướng

7


đông và mang không khí lạnh hơn tới Bắc Thái Bình Dương, hướng nam xâm nhập
lạnh yếu. Sự nghiêng của rãnh có sự liên quan mật thiết với quá trình tà áp vĩ độ
trung bình khu vực Đông Á – Bắc Thái Bình Dương.
Theo nghiên cứu mới nhất tháng 3/2015 của Leung và Zhou [11] khi dùng số
liệu tái phân tích trong 52 năm từ 1960 đến 2011 cho rằng trục của rãnh Đông Á
trong 52 năm đều có hướng tây bắc – đông nam ở phía bắc vĩ độ 450N và hướng
đông bắc – tây nam ở phía nam vĩ độ 450N (Hình 1.6)

Hình 1.6. Trục rãnh Đông Á trong 52 năm (đường xám) và trục trung bình 52
năm của rãnh (đường chấm đen); đường contour là độ cao trung bình 52 năm,
mỗi đường cách nhau 100mdtv [11].
Liang và cộng sự [12] biểu diễn mỗi quan hệ giữa rãnh Đông Á với áp cao
Siberia và chỉ số AO ở Hình 1.7. Trong suốt thời kỳ mùa đông (Hình 1.7a), chỉ số
AO luôn có giá trị âm, gió vĩ hướng ở mực trên cao yếu đi ở vĩ độ trung bình và vĩ
độ cao, rãnh mạnh lên, thúc đẩy sự phát triển mạnh hơn của áp cao Siberia và gió
theo phương kinh tuyến tại mực 850 hPa chủ yếu theo hướng bắc. Ngược lại, trong
thời kỳ mùa hè (Hình 1.7b), chỉ số AO có giá trị dương, đồng thời gió vĩ hướng
mạnh lên, sự yếu đi của rãnh và áp cao Siberia, gió theo phương kinh tuyến chủ yếu
theo hướng nam. Đường màu đen là đường độ cao địa thế vị 5200 gpm (phía Bắc)
và 5300 gpm (phía Nam). Hình elip biểu diễn vùng hoạt động của rãnh, màu đỏ
(xanh) chỉ giá trị độ cao (thấp) so với trung bình khí hậu. Hình chữ nhật là vùng hoạt
động của áp cao Siberia, với màu đỏ (xanh) chỉ giá trị khí áp cao (thấp) so với trung

bình khí hậu. Mũi tên màu xanh và màu đỏ chỉ gió vĩ hướng. Mũi tên màu tím chỉ
gió dị thường mực 850 hPa. Mũi tên màu vàng biểu diễn dị thường tốc độ gió thẳng
đứng, với mũi tên chỉ xuống cho biết dòng giáng mạnh. Đường màu xanh phân chia

8


vùng dương/âm của SST. Vùng màu đỏ (xanh) là chỉ số AO.

Hình 1.7. Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa áp cao Siberia, rãnh Đông Á và AO
trong thời kỳ mùa đông (a) và mùa hè (b) [12]
Hơn nữa, Wei và Li [14] cũng cho rằng, trong pha âm của AO có liên quan
đến sự yếu đi của dòng xiết gió tây, độ sâu của rãnh được tăng cường, kết quả là
không khí lạnh xâm nhập sâu hơn về phía nam. Tuy nhiên, trong pha dương của AO,
dòng xiết gió tây được tăng cường, rãnh thu hẹp, áp cao Siberia rút lui về phía bắc,
dẫn đến phân bố nhiệt độ trên khu vực Đông Á tăng lên. Ngoài ra, nhiệt độ bề mặt
trên khu vực Đông Á trong thời kỳ mùa đông và mùa hè còn ảnh hưởng lớn đến điều
kiện ENSO. Khi chỉ số AO và ENSO ở pha dương, rãnh suy yếu, nhiệt độ ấm hơn ở
Trung Quốc. Ngược lại, khi AO và ENSO ở pha âm, rãnh khơi sâu, không khí lạnh
dịch chuyển về phía Nam, nhiệt độ giảm xuống ở Trung Quốc.
Sống rãnh trong sóng hành tinh tựa tĩnh còn gọi là sóng Rossby, rãnh Đông Á
cũng là một phần của sóng này. Theo Holton [15], trường nhiễu động xoáy sinh ra
chuyển động theo kinh hướng theo hướng tây nam ở chỗ xoáy cực đại và hướng tây
bắc ở chỗ xoáy cực tiểu chỉ ra ở Hình 1.8. Một kiểu đơn giản của sóng Rossby được
mô hình Charney – Eliassen tái tạo hệ thống sóng hành tinh tĩnh ở mực 500 mb ở vĩ
độ trung bình của bắc bán cầu.
Hình thế chuyển động thẳng đứng cưỡng bức bởi phân kỳ của Q vector như
chỉ ra ở Hình 1.9 có liên quan tới hình thế hội tụ - phân kỳ mà có đóng góp khuynh
hướng xoáy dương gần rãnh mực 250 hPa và khuynh hướng xoáy âm gần sống mực
750 hPa, với các khuynh hướng làm tăng các giá trị cực trị của xoáy trên sống và

rãnh, nên hoàn lưu sẽ làm tăng sức mạnh của nhiễu động. Nhiễu động xoáy có xu
hướng bình lưu nóng về phía cực ở phía trước của rãnh 500hPa và bình lưu lạnh
hướng về phía xích đạo ở sau rãnh. Dòng không khí hội tụ ở mực trên phân kỳ mực
dưới ở phía sau rãnh, còn phía trước rãnh thì ngược lại.

9


Hình 1.8. Nhiễu động xoáy và trường vận tốc được sinh ra (mũi tên gạch) chuyển
dời theo kinh hướng chuỗi các phần tử khí. Đường đậm nét chỉ vị trí ban đầu của
nhiễu, đường mảnh chỉ sự chuyển dời về hướng tây của nhiễu do bình lưu vận tốc
được sinh ra [15]

Hình 1.9. Cấu trúc của một sóng tà áp bất ổn định mô hình hai mực. (Trên) Pha
tương đối của nhiễu động địa thế vị 500 hPa (đường nét liền) và nhiệt độ (đường
nét đứt). (Dưới) Mặt cắt thẳng đứng biểu diễn pha của địa thế vị, bình lưu nhiệt
kinh hướng, hoàn lưu phi địa chuyển (mũi tên trống), Q vector (mũi tên đen), và
trường nhiệt cho một số sóng bất ổn định tà áp trong mô hình hai mực [15].

10


Hình 1.10 cho thấy bình lưu xoáy ở mực 250 hPa lớn hơn so với mực 750
hPa. Hiệu ứng bình lưu xoáy này sẽ dịch chuyển hình thế sống và rãnh mực trên cao
về phía đông nhanh hơn so với hình thế mực thấp. Do vậy hình thế sống – rãnh
nghiêng về phía tây sẽ nhanh chóng bị phá vỡ.

Hình 1.10. Mặt cắt thẳng đứng biểu diễn pha của biến đổi xoáy cho một sóng tà áp
bất ổn định trong mô hình hai mực [15].
Cả hai Hình 1.9 và 1.10 đều cho thấy dòng giáng ở bên phía sau rãnh và dòng

thăng ở bên phía trước rãnh ở mực 500 hPa. Sóng Rossby là tập con của sóng quán
tính. Trong khí quyển tà áp sóng Rossby là xoáy bảo toàn động lượng cho trái đất,
cơ chế động lực của dòng xiết cũng được quy định bởi sóng Rossby. Hình thế sống –
rãnh mà sóng quy định là do sự thay đổi của lực Coriolis theo vĩ độ. Những chuyển
động từ phía nam lên phía bắc vĩ độ tăng nên lực Coriolis lớn dẫn đến xoáy tương
đối nhỏ, quá trình đó sẽ hình thành độ cong xoáy nghịch (sống), ngược lại những
chuyển động từ phía bắc xuống phía nam vĩ độ giảm nên lực Coriolis nhỏ dẫn đến
xoáy tương đối lớn, quá trình đó sẽ hình thành độ cong xoáy thuận (rãnh). Độ dài
của sóng từ dao động từ 50 – 180 kinh độ tương ứng là từ 6-2 sóng, thường là 4-5
sóng. Các dự báo thời tiết liên quan đến sóng Rossby với hạn từ 1 tuần đến 10 ngày
[17]

11


Hình 1.11. Mối liên hệ giữa phân kỳ và hội tụ bề mặt và chuyển động của không khí
trên cao [16]
Hình 1.11 cho thấy hệ thống sống rãnh trên đới gió tây được tạo ra bởi sóng
Rossby, không khí hội tụ ở mực trên và giữa của tầng đối lưu phía sau rãnh, sau đó
phân kỳ ở bề mặt, còn hội tụ bề mặt và phân kỳ ở các mực cao ở phía trước rãnh.
1.2 Các nghiên cứu rãnh Đông Á ở Việt Nam
Việt Nam có vị trí địa lý nằm trọn trong vùng nội chí tuyến nhưng thú vị là có
một mùa đông lạnh giá so với các nước khác cùng vĩ độ. Nguyên nhân là Việt Nam
tiếp giáp với lục địa lớn nhất Á – Âu và đại dương lớn nhất Thái Bình Dương, do
vậy tương phản đất biển lớn, là vùng giao tranh, ảnh hưởng của các loại gió mùa
trong đó có gió mùa mùa đông. Gió mùa mùa đông ở nước ta là một phần của hoàn
lưu gió mùa mùa đông Đông Á mà thường được gọi là gió mùa đông bắc. Gió mùa
đông bắc hoạt động chủ yếu vào tháng mười một đến tháng tư năm sau. Bản chất gió
mùa đông bắc là khối không khí cực lục địa, xuất phát từ cao áp Siberia thổi về. Đây
là một vùng rất lạnh và khô, nhiệt độ trung bình mùa đông xuống khoảng -15 đến 400 C, độ ẩm riêng nhỏ, tạo điều kiện cho việc hình thành một áp cao nhiệt lực rất

mạnh, khí áp lên tới 1035mb, chi phối sự phân bố khí áp ở Châu Á, làm lu mờ cả hệ
thống áp cao cận nhiệt đới. Điều đáng chú ý là cao áp Sebiria nguồn gốc nhiệt lực
không dày, không phát triển lên cao, thường chỉ đến 1500 – 2000m, đặc điểm này sẽ
chi phối phạm vi tác động và đường di chuyển của áp cao. Cao áp Siberia xuất hiện

12