Luận văn Nghiên cứu đặc điểm và khả năng dự báo mưa thời kỳ bắt đầu gió mùa mùa hè khu vực Tây Nguyên
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Hoàng Đức Cường
– Giám đốc Trung tâm khí tượng thủy văn Trung ương là người đã tận tình giúp
đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Đồng thời tôi xin gửi lời
cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Khí tượng – Thủy văn và Hải dương học đã cung
cấp cho tôi rất nhiều kiến thức và tài liệu quý báu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và tập thể
phòng Dự báo số và viễn thám – Trung tâm khí tượng thủy văn Trung ương đã luôn
bên cạnh cổ vũ, động viên và giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình học tập.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH...................................................................................................3
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ........................................................................6
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chương 1....................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ SỰ BẮT ĐẦU GIÓ MÙA MÙA HÈ CHÂU Á.......................3
1.1 Tổng quan về sự bắt đầu gió mùa mùa hè châu Á.........................................3
1.2 Các nghiên cứu trên thế giới..........................................................................8
1.3 Các nghiên cứu trong nước..........................................................................15
Chương 2..................................................................................................................20
PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU .............................................................................20
2.1 Số liệu..........................................................................................................20
2.2 Phương pháp................................................................................................22
2.2.1 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................22
2.2.2 Chỉ tiêu xác định ngày bắt đầu gió mùa mùa hè...................................22
2.2.3 Chỉ tiêu xác định ngày bắt đầu mùa mưa .............................................22
2.2.4 Xây dựng phương trình dự báo ngày bắt đầu mùa mưa .......................23
Chương 3..................................................................................................................31
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VÀ KHẢ NĂNG DỰ BÁO MƯA ......31
3.2 Những đặc trưng khí quyển liên quan đến ngày bắt đầu mùa mưa............33
3.2.1 Những đặc trưng khí quyển liên quan đến ngày bắt đầu mùa mưa ở
Nam Tây Nguyên ................................................................................................33
3.2.2 Những đặc trưng khí quyển liên quan đến ngày bắt đầu mùa mưa ở Bắc
Tây Nguyên.........................................................................................................39
3.3 Các đặc trưng mưa trung bình thời kỳ bắt đầu gió mùa mùa hè .................47
3.4 Phương trình dự báo ngày bắt đầu mùa mưa...............................................56
KẾT LUẬN..............................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................62
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.3. Trường đường dòng mặt đất tháng 5 (Harris, 1970)...................................6
Hình 2.1. Vị trí của 10 trạm khí tượng ở Tây Nguyên..............................................20
Hình 2.2. Sơ đồ minh họa cho kỹthuật hồi quytuyến tính đơn biến ...................................25
ei
Hình 2.3. Sơ đồ minh họa phân bố của các sai số
xung quanh đường hồi quy và
phụ thuộc vào giá trị của nhân tố dự báo x (theo Wilks, 1995, 2006)......................26
Hình 2.4. Sơ đồ minh họa một đường hồi quy tuyến tính đơn biến gần hoàn hảo (a)
và không có hiệu qủa (b) (theo Wilks, 1995, 2006)..................................................29
Hình 3.1. Trường nhiệt độ mực 2m trung bình pentad xung quanh .........................35
ngày bắt đầu mùa mưa ở Nam Tây Nguyên..............................................................35
Hình 3.2. Trường MSLP trung bình pentad xung quanh ngày bắt đầu mùa mưa ở Bắc Tây
Nguyên .......................................................................................................................36
Hình 3.3. Trường OLR trung bình pentad xung quanh ngày bắt đầu mùa mưa ở Nam Tây
Nguyên .......................................................................................................................36
Hình 3.4. Trường gió mực 850hPa trung bình pentad xung quanh ngày bắt đầu mùa
mưa ở Nam Tây Nguyên...........................................................................................37
Hình 3.5. Trường độ đường dòng và cao địa thế vị mực 500hPa trung bình pentad
xung quanh ngày bắt đầu mùa mưa ở Nam Tây Nguyên..........................................37
Hình 3.6. Trường nhiệt độ mực 2m trung bình pentad xung quanh ngày bắt đầu mùa
mưa ở Bắc Tây Nguyên.............................................................................................40
Hình 3.7. Trường MSLP trung bình pentad xung quanh ngày bắt đầu mùa mưa ở
Bắc Tây Nguyên........................................................................................................42
Hình 3.8. Trường OLR trung bình pentad xung quanh ngày bắt đầu mùa mưa ở Bắc
Tây Nguyên...............................................................................................................43
Hình 3.9. Trường gió mực 850hPa trung bình pentad xung quanh ngày bắt đầu mùa
mưa ở Bắc Tây Nguyên.............................................................................................45
Hình 3.10. Trường độ cao địa thế vị và đường dòng mực 500hPa trung bình pentad
xung quanh ngày bắt đầu mùa mưa ở Bắc Tây Nguyên. ..........................................46
Hình 3.11. Sự khác nhau của các trường T2m, MSLP, OLR, , tốc độ gió mực
850hPa, ĐCĐTV mực 500hPa giữa 10 ngày trước và sau khi mùa mưa ở Bắc Tây
Nguyên bắt đầu .........................................................................................................47
Hình 3.12 Các đặc trưng mưa trung bình tháng M-2................................................49
Hình 3.13 Các đặc trưng mưa trung bình tháng M-1................................................50
Hình 3.14. Các đặc trưng mưa trung bình tháng M0 ................................................50
Hình 3.15. Các đặc trưng mưa trung bình tháng M+1..............................................52
Hình 3.16. Các đặc trưng mưa trung bình tháng M+2..............................................53
Hình 3.17. Các đặc trưng mưa trung bình tháng M+3..............................................54
Hình 3.18. Các đặc trưng mưa trung bình tháng M+4..............................................55
Hình 3.19. So sánh RSOD dự báo và quan trắc....................................................58
Hình 3.20. So sánh RSOD Dự báo và Quan trắc sau khi bỏ đi 3 năm quan trắc sớm
nhất và 3 năm quan trắc muộn nhất. .........................................................................58
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Vị trí (kinh, vĩ độ và độ cao trên mực nước biển) của 10 trạm khí tượng ở
Tây Nguyên...............................................................................................................21
Bảng 3.1 Ngày bắt đầu gió mùa mùa hè (SMOD) khu vực Tây Nguyên, ngày bắt đầu mùa
mưa (RSOD) cho Bắc Tây Nguyên và Nam Tây Nguyên trong giai đoạn 1981 - 2013 ...32
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
NOAA
: Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ
(National Oceanic and Atmospheric Administration)
ENSO
ISO
: Dao động nam (El Niño–Southern Oscillation)
: giao động nội mùa ( intraseasonal oscillation)
: ngày bắt đầu gió mùa mùa hè (summer monsoon onset date)
: Ngày bắt đầu mùa mưa (Rainy season onset date)
: Áp cao cận nhiệt
SMOD
RSOD
ACCN
MSLP
OLR
: Khí áp trung bình mực biển (Mean sea level pressure)
: Bức xạ sóng dài đi ra (outgoing longwave radiation)
: Hồi quy tuyến tính đơn biến (Simple Linear Regression)
: Hồi quy tuyến tính đa biến (Multiple Linear Regression)
SLR
MLR
MỞ ĐẦU
Vùng Tây Nguyên là khu vực với địa hình cao nguyên gồm 5 tỉnh, xếp theo thứ
tự vị trí địa lý từ bắc xuống nam gồm Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông và
Lâm Đồng. Đất đai được coi là tài nguyên cơ bản của vùng, chủ yếu là đất đỏ bazan
là yếu tố quan trọng để Tây Nguyên trở thành một vùng sinh thái đặc thù, rất thuận
lợi để phát triển một nền nông nghiệp đa dạng, với nhiều sản phẩm chủ lực như: cà
phê, cao su, hồ tiêu, điều, ngô lai, bông vải, chè, rau, hoa, cây ăn trái. Tây Nguyên
chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo với những nét đặc sắc liên
quan tới ảnh hưởng của độ cao địa hình và ảnh hưởng chắn gió của dãy Trường Sơn.
Một đặc điểm quan trọng của khí hậu Tây Nguyên là sự tương phản giữa hai mùa
mưa ẩm rất sâu sắc. Lượng mưa trong suốt mùa khô, từ tháng 11 đến tháng 3 thường
chỉ chiếm 7 – 8% lượng mưa toàn năm. Trái lại, vào mùa hạ lượng mưa rất lớn, đóng
góp trên 90% lượng mưa toàn năm và nâng lượng mưa toàn năm lên những giá trị
thuộc loại cao ở nước ta: 1800 – 2800mm/năm (Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc,
1993). Những năm gần đây tình trạng thiều hụt nước trong những tháng mùa khô đã
trở thành mối quan tâm thường xuyên tại các tỉnh Tây Nguyên, thiệt hại kinh tế do
thiên tai hạn hán lên tới hàng nghìn tỷ đồng mỗi năm. Do vậy, bên cạnh việc tiếp tục
nâng cao chất lượng dự báo, cảnh báo khô hạn, một trong những yêu cầu cấp bách
của cộng đồng và những người hoạch định chính sách trung hạn hiện nay đặt ra là xác
định thời điểm kết thúc quá trình khô hạn nói trên. Chính vì vậy tôi đề xuất đề tài
“Nghiên cứu đặc điểm và khả năng dự báo mưa thời kỳ bắt đầu gió mùa mùa hè khu
vực Tây Nguyên” để góp phần giải quyết vấn đề trên. Bố cục luận văn gồm có 3
chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về sự bắt đầu gió mùa mùa hè châu Á
Giới thiệu về các đặc điểm của gió mùa mùa hè châu Á, khái quát về các đặc
điểm mưa và trình bày các nghiên cứu trên thế giới và ở trong nước.
Chương 2: Phương pháp và số liệu
1
2.1 Số Liệu: Trình bày các nguồn số liệu được sử dụng để tính toán và hiển thị
trong luận văn.
2.2 Phương pháp: Nêu các phương pháp được sử dụng để tính toán và hiển
thị kết quả, các chỉ tiêu được dùng để xác định ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và
ngày bắt đầu mùa mưa và phương pháp xây dựng phương trình dự báo ngày bắt đầu
mùa mưa.
Chương 3: Kết quả
Trình bày tóm tắt kết quả của luận văn và rút ra những điểm đã đạt được và
hạn chế.
2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ BẮT ĐẦU GIÓ MÙA MÙA HÈ CHÂU Á
1.1 Tổng quan về sự bắt đầu gió mùa mùa hè châu Á.
Trong nhiều thập kỷ gần đây, gió mùa châu Á trở thành một vấn đề quan
trọng trong nhiều nghiên cứu. Nghiên cứu về chu kỳ hằng năm của hệ thống gió
mùa châu Á cho thấy những thay đổi theo mùa trong hoàn lưu khí quyển đi kèm
với những thay đổi tương ứng về mưa. Gió mùa mùa hè châu Á thường đề cập
đến hệ thống gió mùa quy mô hành tinh trên toàn châu Á. Việt Nam và phần lớn
bán đảo Đông Dương là khu vực duy nhất mà hoạt động gió mùa phản ánh tính chất
chuyển tiếp của hai hệ thống gió mùa riêng biệt của gió mùa châu Á là gió mùa
Nam Á và gió mùa Đông Á (Phạm và Phan, 1993; Zhang và cs, 2002). Vì thế khu
vực này chịu tác động của nhiều hoàn lưu, nhiều dòng ẩm từ các trung tâm tác động
khác nhau. Hình 1.1 hiển thị trường gió vĩ hướng trung bình khí hậu 5 ngày ở mực
850 hPa từ cuối tháng 4 đến giữa tháng 5 có nguồn gốc từ số liệu tái phân tích ngày
JRA – 25 cuả Nhật Bản. Trong khoảng thời gian từ cuối tháng 4 đến giữa tháng 5
có ba nhánh gió thịnh hành với các nguồn gốc và đặc tính khác nhau có thể ảnh
hưởng đến chế độ thời tiết ở Đông Dương. Một là gió tây cận nhiệt đới (hay gió tây
vĩ độ trung bình) trải dài từ phía bắc tiểu lục địa Ấn Độ tới bán đảo Đông Dương.
Thứ hai là gió đông nam liên quan đến sống áp cao cận nhiệt đới tây bắc Thái Bình
Dương. Thứ ba là gió tây vượt xích đạo ở phía đông Ấn Độ Dương, trải dài về phía
đông bắc vào đầu tháng 5 trở thành gió mùa tây nam.
3
Hình 1.1. Trường gió trung bình khí
hậu 5 ngày mực 850hPa từ cuối tháng 4
đến giữa tháng 5
Hình thế bắt đầu gió mùa mùa hè ở Tây Nguyên và Nam Bộ là hệ quả của sự
thay đổi cấu trúc hoàn lưu quy mô lớn ở Đông Nam Á. Tháng 3 và tháng 4, trong khi
miền Bắc đang nằm trong thời tiết sương mù mưa phùn ẩm ướt khi có những đợt xâm
nhập lạnh cuối mùa đông thì ở Nam Bộ và Tây Nguyên lại chịu những ngày nắng
nóng, khô hạn. Tháng 3 và gần hết tháng 4, ở Tây Nguyên là thời gian mà nhiệt độ
4
không khí đạt cực đại trong năm. Nguyên nhân của tình trạng này là dòng giáng quy
mô synop gây nên bởi hệ thống áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương lấn sâu về phía
tây tới lục địa Đông Nam Á và áp cao trên vịnh Bengal (hình 1.2) [4].
Hình 1.2. Trường đường dòng mặt đất tháng 4 với áp cao trên vịnh Bengal, sống áp
cao cận nhiệt khống chế bán đảo Đông Dương và dải áp thấp xích đạo nằm ở rìa
phía nam sống áp cao này và áp thấp trên Ấn Độ phát triển yếu (Harris, 1970)
Phía nam áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương là dải áp thấp xích đạo kéo dài
sát phía bắc xích đạo và lan tới mực 700mb. Tháng 4, trên Ấn Độ bắt đầu hình thành
và phát triển một áp thấp nóng chỉ giới hạn trong khu vực Ấn Độ. Tình trạng Nam Bộ
và Tây Nguyên không có dòng cung cấp ẩm từ biển vào và chịu sự khống chế của
dòng giáng quy mô lớn của sống áp cao cận nhiệt, ngăn chặn sự hình thành mây và
mưa sẽ được giải tỏa nếu có sự thay đổi một cách cơ bản trong cấu trúc hoàn lưu ở
5
Nam Á và điều đó xảy ra vào cuối tháng 4, đầu tháng 5. Quá trình đó thể hiện ở sự
phát triển và mở rộng của áp thấp Nam Á từ Ấn Độ sang phía đông tạo nên rãnh gió
mùa bao trùm Đông Nam Á đẩy áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương ra phía Biển
Đông. Trong thời điểm này, dải áp thấp xích đạo thu hẹp trong khu vực nhỏ trên vùng
biển phía nam Nam Bộ, dải đệm đã tiến lên phía bắc xích đạo trở thành sống áp cao
đưa tín phong Nam Bán Cầu từ áp cao châu Úc chuyển hướng và nhập với đới gió tây
nam ở phần phía nam áp thấp Nam Á trở thành đới gió mùa tây nam ở mặt đất và đới
gió tây biểu hiện rõ từ mực 850hPa lên tới mực 700hPa. Ở Tây Nguyên và Nam Bộ
khi đó thịnh hành đới gió tây nam và mùa gió mùa mùa hè bắt đầu (hình 1.3) [4].
Hình 1.3. Trường đường dòng mặt đất tháng 5 (Harris, 1970)
Như vậy sau khi gió mùa mùa hè bắt đầu, ở Đông Nam Á là đới gió tây nam
mặt đất và gió tây trên cao phối hợp cùng với dòng vượt xích đạo từ áp cao châu Úc
chuyển hướng sang tây và tây nam, hình thành hệ thống dòng khí khá rộng và mạnh
như minh họa trên hình 1.3 đưa không khí nóng và rất ẩm từ Ấn Độ Dương và vịnh
Bengal vào lãnh thổ Việt Nam, trước hết là Tây Nguyên và Nam Bộ. Trong khi đó
6
áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương có thể mở rộng và di chuyển sang phía tây
khống chế khu vực Đông Nam Á và Biển Đông, đới gió đông lan truyền từ trên cao
xuống mặt đất gây dòng giáng quy mô synop. Trong điều kiện dòng khí thổi từ phía
đông nam đem không khí nóng ẩm, bất ổn định vào lục địa, nghịch nhiệt tín phong
không mạnh và nằm ở trên cao hơn so với ở phần phía đông áp cao này nên mây
tích và dông có thể hình thành và phát triển có tính chất địa phương do hiệu ứng địa
hình và sự đốt nóng không đều của mặt đất [4]. Như vậy là các nguồn ẩm vào mùa
hè tới lãnh thổ phía nam Việt Nam là do dòng khí trong đới gió mùa tây nam đưa
tới từ Ấn Độ Dương và vịnh Bengal với đới gió tây nam ở mặt đất và đới gió tây
trên cao biểu hiện rất rõ ở phía nam rãnh gió mùa; nguồn ẩm thứ hai theo dòng tín
phong hướng đông nam thổi từ phần cực tây của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình
Dương mà sự hội tụ tốc độ gió trong dòng tín phong dưới tác động của địa hình
cũng có thể gây ra những trận mưa đáng kể.
Mưa là một thông số khí tượng cần thiết để mô tả gió mùa khí hậu học. Phân
bố mưa cho biết vị trí của các nguồn nhiệt trong khí quyển điều khiển hoàn lưu
nhiệt đới. Mưa cũng là một thành phần quan trọng của chế độ thủy văn của hệ thống
khí hậu trái đất, giữ vai trò trung tâm trong việc kết nối các quá trình trên mặt đất,
không khí và đại dương. Mưa có các đặc trưng như: lượng mưa theo tháng, theo
mùa, theo năm, số ngày mưa, số ngày có mưa ứng với các ngưỡng mưa khác nhau,
ngày bắt đầu, ngày kết thúc, giai đoạn cực đại của mùa mưa,... Đối với những khu
vực chịu ảnh hưởng khí hậu gió mùa điển hình như Tây Nguyên và Nam Bộ thì sự
thay đổi những đặc trưng mưa phản ánh sự thay đổi của toàn bộ hệ thống hoàn lưu
gió mùa và gây ra những biến động lớn về tài nguyên nước của một khu vực, dẫn
đến một tác động đáng kể trong lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy điện, giao
thông vận tải,… Vì vậy các nghiên cứu về đặc điểm mưa có tầm quan trọng đối với
sự hiểu biết về hoàn lưu gió mùa và mối quan hệ của nó với các thành phần khác
của chu trình thủy văn và có ý nghĩa thực tiễn.
7
1.2 Các nghiên cứu trên thế giới.
Sở dĩ có sự khác nhau giữa khu vực và thời gian bắt đầu gió mùa mùa hè
châu Á là do sự bắt đầu gió mùa mùa hè châu Á đã được nhiều nghiên cứu xác định
bằng các phương pháp khác nhau. Một số tác giả đã xác định sự bắt đầu gió mùa
mùa hè bằng cách chỉ tập chung vào lượng mưa hoặc hoạt động đối lưu hoặc được
chỉ ra bởi sự thay đổi của gió thịnh hành hoặc bởi sự kết hợp của lượng mưa (hoặc
hoạt động đối lưu) và trường gió.
Orgill (1967) đã sử dụng các biểu đồ gió được ghi lại vào năm 1963 – 1964 để
xác định sự bắt đầu của gió mùa mùa hè châu Á ở Đông Nam Á là thời điểm mà
trường gió tây xích đạo nhiệt đới di chuyển về phía bắc vào miền Nam Trung Quốc
trong những ngày tháng 5 và tháng 6. Kết quả cho thấy ngày bắt đầu gió mùa mùa
hè trung bình ở Đông Dương là ngày 17 tháng 5 với dao động khoảng 33 ngày.
Cheang và Tan (1988) đã xác định sự bắt đầu của gió mùa tây nam trong khu vực
này với chỉ tiêu là ngày mà cả hai thành phần gió mực 850hPa và 700hPa chuyển từ
âm sang dương và vẫn dương trong ít nhất 20 ngày.
Wang và cộng sự (2004) dựa trên quan điểm cho rằng gió mùa Biển Đông là
gió mùa nhiệt đới và sự thành lập của gió mùa tây nam nhiệt đới là một đặc trưng
thiết yếu của sự bắt đầu mùa gió mùa mùa hè. Họ đã sử dụng một biến duy nhất đáp
ứng các tiêu chí ngắn gọn và khách quan để xác định sự bắt đầu gió mùa mùa hè
Biển Đông đó là Uscs là gió vĩ hướng được lấy trung bình ở khu vực 50 – 150N,
1100 – 1200E, cho giai đoạn năm 1948 – 2001. Chỉ số này không chỉ mô tả sự thiết
lập đột ngột của gió mùa tây nam ở Biển Đông, mà còn mô tả cả sự bắt đầu của mùa
mưa ở Bắc và Giữa Biển Đông. Ngoài ra chỉ số Uscs cũng có thể được sử dụng để
để xác định cả sự bắt đầu gió mùa mùa hè Đông Á.
Vì thấy rằng các mô hình gió trên Đông Dương (như hình 1.1) rất phức tạp và
do thời kỳ bắt đầu gió mùa mùa hè có mối quan hệ chặt chẽ với giai đoạn chuyển
giao từ mùa khô sang mùa mưa nên bằng cách tiếp cận đó, dựa trên chuỗi số liệu mưa
46 năm (1951- 1996), Zhang và cs (2002) sử dụng chỉ số mưa để xác định sự bắt đầu
8
gió mùa ở bán đảo Đông Dương và ngày bắt đầu gió mùa mùa hè trung bình khí hậu
học ở bán đảo Đông Dương được xác định là ngày 9 tháng 5 với độ lệch chuẩn 12
ngày. Đối với những năm riêng lẻ, thấy có một sự khác biệt đáng kể từ năm này sang
năm khác, từ giữa tháng 4 đến đầu tháng 6. Điều đáng chú ý là mặc dù sự bắt đầu gió
mùa chỉ được xác định bởi lượng mưa, các trường hoàn lưu cũng cho thấy những
thay đổi rõ ràng trong quá trình gió mùa bắt đầu. Sự bắt đầu gió mùa trung bình khí
hậu trên bán đảo Đông Dương được đặc trưng bởi sự mở rộng về phía bắc của đối lưu
mạnh trên đảo Sumatra, sự xuất hiện của dòng gió tây nam nhiệt đới ở khu vực duyên
hải phía tây Đông Dương và sự gia tăng của rãnh Ấn Độ - Miến Điện mực 500hPa,
đồng thời áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương rút lui về phía đông và sự suy giảm
của dòng gió tây cận nhiệt đới (gió tây vĩ độ trung bình).
Nguyen Dang Quang và cs (2014), đề xuất một chỉ số hai thành phần mới có
tên là NRM, thiết thực và đơn giản cho việc nghiên cứu sự biến đổi gió mùa để nắm
bắt hai tính năng chính của gió mùa là mưa và gió. Trong số các đại diện lượng mưa
thường được sử dụng nhất thì khí áp trung bình mực biển (MSLP) được chọn là một
thành phần chỉ số bởi vì nó cho thấy mối quan hệ mật thiết với lượng mưa, nó thay
đổi đồng đều hơn và có quy mô không gian lớn hơn so với lượng mưa. Thành phần
chỉ số thứ hai là gió mực thấp, đại diện cho tính năng động lực học của hoàn lưu gió
mùa. Để giảm bớt tác động địa hình, gió mực 850hPa (U850) được chọn như một
thành phần tương ứng với MSLP. Chỉ số NRM được tạo ra bằng cách nhân hai
chuỗi nhưng chỉ có dấu hiệu của chuỗi U850. NRM = sign(U850) * abs(MSLP*U850).
Cực đại giá trị dương của NRM được xác định là mùa mưa gió mùa mùa hè. Ngày
bắt đầu và ngày kết thúc được xác định là ngày đầu tiên và cuối cùng của giai đoạn
dương. Giai đoạn đỉnh điểm của mùa mưa được xác định theo giá trị cực đại của
NRM. NRM là chỉ số gió mùa chung đầu tiên được thử nghiệm và có thể phát hiện
thành công ngày khởi đầu – giai đoạn đỉnh điểm – ngày kết thúc (OD – Peak – WD)
trong các khu vực gió mùa trên toàn cầu. Ở Việt Nam và khu vực Biển Đông, OD
có mối tương quan đáng kể với độ dài mùa mưa, trong khi WD không có liên quan.
9
Nguyen Le Dung (2014) đã nghiên cứu sự bắt đầu gió mùa mùa hè khí hậu ở
Việt Nam bằng cách sử dụng số liệu quan trắc và số liệu tái phân tích trong giai
đoạn từ 1979 – 2003. Nghiên cứu này sử dụng chỉ tiêu bắt đầu của Matsumoto
(1997), là pentad đầu tiên trong 3 pentad liên tiếp có lượng mưa trung bình vượt quá
lượng mưa trung bình pentad hàng năm (Rm) và 3 pentad liên tiếp trước đó nhỏ hơn
Rm. Kết quả cho thấy, ngày bắt đầu thay đổi đáng kể giữa các tiểu vùng, sự bắt đầu
sớm nhất thường xảy ra ở vùng núi phía tây bắc vào khoảng ngày 25 tháng 4. Sự
xuất hiện sớm của mùa mưa xảy ra trước gió mùa mùa hè được gọi là mưa tiền gió
mùa. Ngày bắt đầu ở Đồng Bằng Bắc Bộ và Nam Bộ là vào giữa tháng 5, cùng với
sự hình thành hoàn lưu gió mùa trên bán đảo Đông Dương. Tuy nhiên ở vùng đồng
bằng ven biển miền Trung, gió Phơn do hệ quả của gió mùa mùa hè châu Á lại gây
ra mùa khô vào mùa hè. Vì vậy, một tiêu chí mới được đưa ra để xác định ngày bắt
đầu gió mùa mùa hè cho khu vực cụ thể này. Hoạt động đối lưu quy mô lớn và hoàn
lưu khí quyển liên quan đến giai đoạn bắt đầu gió mùa mùa hè được nghiên cứu và
cho thấy, sự bắt đầu gió mùa mùa hè ở Việt Nam cũng như trên bán đảo Đông
Dương và ở Biển Đông nói chung được báo trước bởi sự thay đổi theo mùa trong
hoạt động đối lưu và các đặc điểm hoàn lưu trên Ấn Độ Dương và khu vực phía
nam vịnh Bengal. Nó trùng với sự rút lui về phía bắc của trường gió tây vĩ độ trung
bình và sự rút lui về phía đông của gió tín phong hướng đông liên quan đến áp cao
cận nhiệt tây Thái Bình Dương.
Theo nghiên cứu của Pham Xuan Thanh (2009), sự bắt đầu gió mùa mùa hè ở
miền nam Việt Nam được xác định thông qua một tiêu chí mới dựa trên cả lượng
mưa ngày tại trạm và thành phần gió vĩ hướng mực 1000hPa trong giai đoạn 1979 –
2004. Nghiên cứu cho thấy ngày bắt đầu gió mùa mùa hè trung bình ở miền Nam
Việt Nam là ngày 12 tháng 5, với độ lệch chuẩn là 11,6 ngày. Cấu trúc thời gian và
không gian của các trạng thái khí quyển trong giai đoạn bắt đầu gió mùa mùa hè
được nghiên cứu và cho thấy những thay đổi rõ ràng được nhìn thấy ở gió vĩ hướng
(mạnh lên trên vịnh Bengal và thay đổi từ đông sang tây ở miền nam Việt Nam) và
10
đối lưu sâu, kết hợp với sự tăng cường của gradient ngang của áp suất mực nước
biển ở 1000hPa và năng lượng tĩnh ẩm ở độ cao 2m ở khu vực Đông Nam Á.
Sự bắt đầu gió mùa có thể được xác định bởi sự thay đổi theo mùa ở cả gió bề
mặt hoặc lượng mưa địa phương bởi khí hậu gió mùa được đặc trưng bởi một sự
đảo ngược hàng năm của gió và bởi sự tương phản giữa một mùa hè mưa lớn và
một mùa đông khô. Mặc dù tồn tại mối quan hệ chặt chẽ giữa ngày bắt đầu mùa
mưa và ngày bắt đầu gió mùa mùa hè nhưng do mưa là hệ quả của sự tương tác
phức tạp giữa nhiều hệ thống thời tiết khác nhau đồng thời chịu ảnh hưởng mạnh
mẽ của điều kiện địa phương như địa hình, hướng đón gió,...nên ngày bắt đầu mùa
mưa ở một số khu vực có thể không cùng thời điểm với ngày bắt đầu gió mùa mùa
hè. Thông thường ngày bắt đầu mùa mưa được xác định thông qua chuỗi số liệu
mưa ngày dựa trên các chỉ tiêu nào đó. Matsumoto (1997) đã nghiên cứu sự bắt đầu
của mùa mưa mùa hè trên bán đảo Đông Dương dựa trên số liệu mưa trung bình 5
ngày giai đoạn 1975 – 1987 và thấy rằng trong thời gian cuối tháng 4 đến đầu tháng
5 là thời kỳ bắt đầu mùa mưa mùa hè, khu vực Đông Dương dưới chế độ gió tây vĩ
độ trung bình, còn hoàn lưu gió mùa mùa hè lại bắt đầu thành lập vào giữa tháng 5.
Ngô Thanh Hương và cs (2017) đã sử dụng số liệu mưa ngày tại 13 trạm trên
khu vực Tây Nguyên và số liệu tái phân tích gió ngày mực 850hPa trong giai đoạn
1981 – 2014 để xác định ngày bắt đầu (kết thúc) mùa mưa mùa hè và gió mùa mùa
hè cho khu vực này. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ngày bắt đầu mùa mưa và ngày
bắt đầu gió mùa mùa hè trung bình là ngày 20 tháng 4 và ngày 13 tháng 5 với độ
lệch chuẩn là 17,4 và 17,8 ngày. Các ngày kết thúc mùa mưa và gió mùa mùa hè là
ngày 1 tháng 11 và ngày 30 tháng 9 với độ lệch chuẩn lần lượt là 17,9 và 10,2 ngày.
Mùa mưa đã được phân biệt rõ ràng với mùa gió mùa mùa hè với ngày bắt đầu (kết
thúc) mùa mưa sớm hơn (muộn hơn) so với mùa gió mùa mùa hè.
Wang và LinHo (2002) đã xác định ngày bắt đầu mùa mưa trên khu vực châu
Á – Thái Bình Dương khi sử dụng độ lệch giữa lượng mưa trung bình pentad với
lượng mưa trung bình tháng Giêng (đại diện cho lượng mưa mùa đông). Kết quả
11
của nghiên cứu chỉ ra rằng sự bắt đầu quy mô lớn của mùa mưa gió mùa châu Á xảy
ra đầu tiên trên khu vực đông nam vịnh Bengal vào khoảng cuối tháng 4 (pentad 23
– 24), sau đó là bán đảo Đông Dương khoảng đầu tháng 5 (pentad 25 – 26) và tiếp
đến là khu vực Biển Đông khoảng giữa tháng 5 (pentad 27 – 28) thiết lập một dải
mưa gió mùa quy mô hành tinh mở rộng từ vùng biển cận biên phía nam châu Á
(biển Ả Rập, vịnh Bengal và Biển Đông) đến tây bắc Thái Bình Dương cận nhiệt
đới. Sự bắt đầu sau đó tiến dần dần về phía bắc và phía tây bắc về phía khu vực đất
liền từ vùng biển cận biên châu Á và tây bắc Thái Bình Dương cận nhiệt đới. Sự bắt
đầu đồng thời của mùa mưa Ấn Độ và mei – yu/ Baui vào đầu tháng 6 tạo ra giai
đoạn thứ hai của sự bắt đầu gió mùa châu Á.
Trong nghiên cứu của Nguyen Le Dung (2015), ngày bắt đầu mùa mưa ở phía
đông bán đảo Đông Dương được xác định khách quan cho từng năm trong giai đoạn
1958 – 2007, sử dụng phương pháp phân tích hàm trực giao thực nghiệm (EOF).
Ngày bắt đầu mùa mưa mùa hè trung bình được xác định bởi EOF1 là ngày 6 tháng
5 với độ lệch chuẩn là 13 ngày. Ngày bắt đầu mùa mưa mùa thu trung bình được
chỉ ra bởi EOF2 là ngày 16 tháng 9 với độ lệch chuẩn là 12 ngày. Những đặc trưng
khí hậu học của sự bắt đầu mùa mưa cũng được nghiên cứu và kết quả cho thấy vai
trò quan trọng nhất trong việc kích hoạt mùa mưa ở phía đông bán đảo Đông Dương
có liên quan đến tác động nhiệt đới đó là sự mở rộng đột ngột về phía bắc của đối
lưu mạnh và sự xuất hiện của gió mùa tây nam từ Ấn Độ Dương xích đạo, đồng thời
áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương rút lui về phía đông và dòng gió tây vĩ độ
trung bình suy yếu.
Đến nay đã có nhiều nghiên cứu tập chung vào đặc điểm mưa ở Việt Nam và
khu vực xung quanh là khu vực mà có mùa mưa mùa hè điển hình, ngoại trừ vùng
duyên hải phía đông của miền Trung Việt Nam nơi mà lượng mưa lớn nhất vào mùa
đông. Manton và cs (2001) chỉ ra rằng số ngày mưa giảm đáng kể trong giai đoạn
1961 – 1998 trong khi cường độ cực đại lại tăng ở hai trạm nằm ở phía Bắc và một
trạm Pleiku ở Tây Nguyên của Việt Nam. Nghiên cứu của Endo và cs (2009) sử
dụng số liệu từ mạng lưới trạm quan trắc ở Đông Dương trong giai đoạn 1950 –
12
2000 cho thấy lượng mưa giảm ở miền Bắc và tăng ở miền Nam Việt Nam. Đối với
khu vực Tây Nguyên, mặc dù số trạm được sử dụng trong nghiên cứu bị hạn chế,
Endo và cs (2009) cho thấy một xu hướng tăng không đáng kể đối với lượng mưa
lớn. Villafuerte và Matsumoto (2015) đã sử dụng dữ liệu mưa APHRODITE và cho
thấy lượng mưa cực đại hàng năm tăng lên đáng kể ở Đông Dương (bao gồm cả Tây
Nguyên) và điều này có xu hướng liên quan đến sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu [7].
Các dự báo về ngày bắt đầu và ngày kết thúc mùa mưa hoặc mùa gió mùa là
nhu cầu của nhiều hoạt động như nông nghiệp, thủy điện, quản lý nước, vv...Một số
nghiên cứu đã được tiến hành trong những thập kỷ gần đây để hiểu được sự biến đổi
nội mùa của ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và ngày bắt đầu mùa mưa, từ đó đưa ra
những dự báo khách quan về ngày bắt đầu. Cụ thể là mối quan hệ mật thiết giữa
ngày bắt đầu với dao động nam (ENSO) đã được nghiên cứu và có một kết luận
chung đó là sự bắt đầu muộn có liên quan đến dị thường nhiệt độ bề mặt biển
(SSTA) ấm ở Ấn Độ Dương xích đạo và phía đông Thái Bình Dương và SSTA
lạnh ở tây Thái Bình Dương và ngược lại [7].
Lau và Jang (1997) thấy rằng sự bắt đầu mùa mưa muộn (sớm) ở Biển Đông
có thể liên quan đến sự ấm (lạnh) ở Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương. Zhou và
Chang (2007) cũng nhận thấy trong nhiều năm liên quan đến sự kiện ENSO ấm
(lạnh) hoặc một năm sau những năm đó, gió mùa Biển Đông có khuynh hướng bắt
đầu muộn (sớm). Ở bán đảo Đông Dương, Zhang và CS (2002) nghiên cứu những
dấu hiệu sơ khai cho sự bắt đầu gió mùa sớm/ muộn và các quá trình cơ bản của
chúng ảnh hưởng đến sự biến đổi theo năm của sự bắt đầu gió mùa. Kết quả nghiên
cứu cho thấy có mối quan hệ mật thiết giữa sự bắt đầu sớm/ muộn và SSTA lạnh/
nóng ở tây và trung tâm – đông Thái Bình Dương trong mùa xuân phương bắc. Các
tín hiệu tiên phong cho sự bắt đầu sớm bao gồm SSTA lạnh ở trung tâm – đông
Thái Bình Dương và SSTA ấm ở tây Thái Bình Dương vào mùa đông trước. Không
có mối quan hệ gần gũi nào giữa sự xuất hiện muộn và SSTA vào mùa đông trước ở
trung tâm Thái Bình Dương. Tuy nhiên SSTA lạnh ở Tây Thái Bình Dương là một
tín hiệu báo trước cho sự bắt đầu muộn. Đối với một năm bắt đầu sớm, hoạt động
13
đối lưu mạnh xảy ra ở nam Đông Dương và phía nam Biển Đông trong mùa đông
và mùa xuân trước đó, và liên quan chặt chẽ với sự thay đổi hoàn lưu Walker và
hoàn lưu Hadley địa phương. Tình hình ngược lại đối với trường hợp bắt đầu muộn.
Nghiên cứu của Nguyen – Le Dzung và cs (2015) cho thấy ENSO có ảnh
hưởng đáng kể đến sự phát triển sớm và muộn của cả mùa mưa mùa hè (SRS) và
mùa mưa mùa thu (ARS) trên khu vực phía đông bán đảo Đông Dương. Trong
những năm La Nina, SRS tiếp theo có khuynh hướng bắt đầu sớm, đồng thời áp cao
cận nhiệt Tây Thái Bình Dương suy yếu và rút lui về phía đông sớm hơn. Ngược
lại, sự bắt đầu ARS sớm đồng nghĩa với việc rút lui sớm của gió mùa mùa hè, chủ
yếu liên quan đến giai đoạn phát triển El Nino, bắt đầu với những dị thường SST
ấm ở vùng trung tâm – đông Thái Bình Dương vào mùa hè trước. Tuy nhiên, những
tín hiệu SST tiên phong đáng kể chỉ được quan sát từ mùa hè (tháng 7, tháng 8). Sự
khởi phát ARS sớm cũng liên quan đến sự phát triển của một xoáy nghịch dị thường
ở biển Philippin và áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương mở rộng về phía tây từ
giữa mùa hè. Tuy nhiên, không có sự tương quan rõ ràng giữa sự bắt đầu ARS
muộn với La Nina.
Trong nghiên cứu của Pham XT (2009) ngày bắt đầu gió mùa mùa hè ở miền
nam Việt Nam được dự báo bằng cách xây dựng phương trình dự báo bằng phương
pháp hồi quy tuyến tính đa biến (MLR) dựa trên các đặc trưng khí quyển với yếu tố
dự báo là ngày bắt đầu gió mùa mùa hè, nhân tố dự báo là giá trị trung bình pentad
của những đặc trưng khí quyển ở những khu vực có sự biến đổi lớn giữa giai đoạn
trước và sau ngày bắt đầu gió mùa mùa hè. Phương trình hồi quy được đưa ra dựa
trên 4 nhân tố dự báo liên quan đến những dấu hiệu rõ ràng trong động lực học khí
quyển, hệ số tương quan đạt được khi sử dụng phân tích hồi quy tuyến tính đa biến
là cao (R= 0.75); sai số tuyến tính sau khi phân tích biệt thức tuyến tính đạt 52%.
Nghiên cứu của Ngô Thanh Hương và cs (2017 cũng chỉ ra rằng SST mùa
đông và mùa xuân trước đó ở trung tâm – phía đông và tây Thái Bình Dương có
quan hệ mật thiết với ngày bắt đầu mùa mưa và ngày bắt đầu gió mùa cũng như với
14
Tải về để xem bản đầy đủ
71 trang
350580
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu đặc điểm và khả năng dự báo mưa thời kỳ bắt đầu gió mùa mùa hè khu vực Tây Nguyên", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_dac_diem_va_kha_nang_du_bao_mua_thoi_ky.pdf
