Luận văn Nghiên cứu dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Vũ Văn Khương
NGHIÊN CỨU DỰ BÁO HẠN MÙA CÁC ĐỢT XÂM NHẬP
LẠNH ĐẾN VIỆT NAM BẰNG MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội - 2017
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Vũ Văn Khương
NGHIÊN CỨU DỰ BÁO HẠN MÙA CÁC ĐỢT XÂM NHẬP
LẠNH ĐẾN VIỆT NAM BẰNG MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC
Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 60440222
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS. TS. Phan Văn Tân
Hà Nội - 2017
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của GS.TS. Phan Văn Tân.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới thầy Phan Văn Tân, người đã
hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình và cung cấp những kiến thức quý báu, những lời
khuyên chân thành và niềm say mê nghiên cứu khoa học trong suốt quá trình học
tập tại trường.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thày cô giảng viên của Khoa Khí
tượng Thủy văn và Hải dương học, Phòng Sau Đại học (Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên), các anh chị em ở phòng Dự báo hạn ngắn cũng như phòng Dự báo hạn
vừa và dài - Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương đã cung cấp cho tác
giả những tài liệu và lời khuyên bổ ích. Đặc biệt, tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn
đến em Phạm Quang Nam và Nguyễn Văn Nhâm, những người đã giúp đỡ một
cách nhiệt tình và vô tư trong quá trình giúp đỡ và hướng dẫn chạy nghiệp vụ mô
hình RegCM và WRF.
Tác giả
Vũ Văn Khương
1
Mục lục
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................1
Danh mục hình ............................................................................................................4
Danh mục bảng ...........................................................................................................5
Danh mục ký hiệu và các chữ viết tắt .........................................................................6
Lời nói đầu ..................................................................................................................7
Chương 1 – Tổng quan................................................................................................9
1.1. Khái niệm..........................................................................................................9
1.1.1. Khái niệm và định nghĩa về gió mùa..........................................................9
1.1.3. Khái niệm về không khí lạnh....................................................................12
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước...................................................................14
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................................19
1.4. Nhận xét chung...............................................................................................22
Chương 2. Số liệu và phương pháp............................................................................24
2.2. Số liệu tái phân tích ERA - Interim. ...............................................................24
2.3. Khu vực tính toán số liệu................................................................................24
2.4. Số liệu dự báo từ các mô hình khu vực ..........................................................25
2.4.2. Mô tả cách thực hiện chạy dự báo. ..........................................................26
2.5. Các chỉ tiêu xác định KKL xâm nhập.............................................................28
2.5.1. Chỉ tiêu 1. .................................................................................................28
2.5.2. Chỉ tiêu 2. .................................................................................................28
2.5.3. Chỉ tiêu 3. .................................................................................................29
2.5.4. Chỉ tiêu 4 ..................................................................................................29
2.5.5. Chỉ tiêu 5 ..................................................................................................29
hình khí hậu khu vực. ............................................................................................30
2.7. Phương pháp đánh giá. ...................................................................................32
2
2.7.2. Sai số trung bình tuyệt đối MAE ..............................................................32
2.7.3. Hệ số tương quan .....................................................................................32
Chương 3. Kết quả và thảo luận................................................................................34
3.1.1. Chỉ tiêu 3. .................................................................................................34
3.1.2. Chỉ tiêu 4 ..................................................................................................35
3.1.3. Các chỉ tiêu khác......................................................................................36
số liệu tái phân tích ERA interim ..........................................................................36
3.2.1. Khí áp .......................................................................................................36
3.2.2. Nhiệt độ ....................................................................................................37
3.2.3. Gió............................................................................................................37
năm 2012 đến hết tháng 6 năm 2015)....................................................................45
3.3.1. Mô hình RegCM .......................................................................................45
3.3.2. Mô hình WRF ...........................................................................................48
Nhận xét chương 3.................................................................................................50
Kết luận .....................................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................54
Phụ lục.......................................................................................................................57
3
Danh mục hình
Hình 1.1. Phân vùng gió mùa của Trần Công Minh.
Hình 2.1 Khu vực tính toán số liệu trong luận văn
10
25
31
33
34
35
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc của phương pháp xây dựng luận văn.
Hình 3.1. Kết quả số đợt KKL phát hiện bởi bộ chỉ tiêu 3.
Hình 3.2. Kết quả số đợt KKL phát hiện bởi bộ chỉ tiêu 4.
Hình 3.3. Biểu đồ tần suất xuất hiện của các đợt KKL theo giá trị biến
thiên khí áp trung bình 24 giờ (%).
Hình 3.4. Đồ thị khảo sát yếu tố gió tại khu vực 2.
38
43
Hình 3.5. Bộ chỉ tiêu xác định các đợt KKL trên cơ sở số liệu tái phân tích
ERA Interim trong 22 mùa đông (từ tháng 9 năm 1993 đến hết tháng 6 năm
2015)
4
Danh mục bảng
Bảng 1.1. Một số chỉ tiêu xác định một đợt KKL của một số nước.
Bảng 1.2. Một số nhóm chỉ số xác định cường độ của các đợt KKL.
Bảng 1.3. Tần suất KKL xâm nhập xuống miền Bắc Việt Nam.
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát 4 ngưỡng tốc độ gió của nhóm 2.
16
17
21
38
Bảng 3.2 - Các ngưỡng chỉ tiêu với các ngưỡng phân chia nhóm theo các 39
giá trị biên thiên khí áp trung bình trong 24 giờ
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát theo 4 ngưỡng biến thiên khí áp
40
42
Bảng 3.4. Số đợt KKL được phát hiện bởi bộ chỉ tiêu CTK từng tháng
trên bộ số liệu tái phân tích ERA interim trong 22 mùa đông (từ tháng 8
năm 1993 đến hết tháng 6 năm 2015).
Bảng 3.5. Số đợt KKL khống phát hiện bởi bộ chỉ tiêu CTK từng tháng
trên bộ số liệu tái phân tích ERA interim trong 22 mùa đông (từ tháng 8
năm 1993 đến hết tháng 6 năm 2015).
44
Bảng 3.6. Số đợt KKL trong từng tháng dự báo bằng mô hình RegCM cho 45
các hạn 1-6 tháng
Bảng 3.7. Bảng số liệu so sánh giữa thực tế quan trắc với số đợt KKL của
mô hình RegCM dự báo trong 3 mùa đông
46
47
48
Bảng 3.8. Số đợt KKL trong từng tháng dự báo bằng mô hình WRF cho
các hạn từ 1 đến 6 tháng.
Bảng 3.9. Bảng số liệu so sánh giữa thực tế quan trắc với số đợt KKL của
mô hình WRF dự báo trong 3 mùa đông
5
Danh mục ký hiệu và các chữ viết tắt
RegCM – Mô hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model).
WRF – Mô hình nghiên cứu và dự báo khí tượng (Weather Research and
Forecasting)
KKL – Không khí lạnh
GMĐB – Gió mùa đông bắc.
KKLTC – Không khí lạnh tăng cường.
CTK – Chỉ tiêu xác định không khí lạnh.
HSTQ – Hệ số tương quan.
ME – Sai số trung bình hệ thống.
MAE – Sai số trung bình tuyệt đối.
6
Lời nói đầu
Hiện nay, các bản tin dự báo hạn dài về không khí lạnh ở Việt Nam mới chỉ
dừng lại ở việc đưa ra các cảnh báo về không khí lạnh một cách định tính với thời
hạn dự báo tương đối ngắn. Quân chủng Hải quân là Quân chủng chiến đấu, quân
chủng kỹ thuật đã và đang đầu tư nhiều vũ khí trang bị kỹ thuật, tàu thuyền, máy
bay hiện đại… với nhiệm vụ bảo vệ chủ quyền vùng biển đảo. Quân chủng đóng
quân ở địa bàn rộng trên các khu vực ven biển, hải đảo, nhà giàn… tàu thuyền
thường xuyên hoạt động độc lập, xa bờ, dài ngày trên biển chịu ảnh hưởng rất lớn
của thời tiết cho nên đòi hỏi công tác dự báo khí tượng phải đưa ra được một bản tin
chính xác, đầy đủ với thời hạn dự báo đủ dài để tàu thuyền lên kế hoạch phù hợp,
đầy đủ.
Các bản tin dự báo thời tiết, khí hậu hiện nay mới chỉ đưa ra các thông tin dự
báo về không khí lạnh với thời hạn vừa (dưới 10 ngày) nên chưa đáp ứng được yêu
cầu đòi hỏi của các lực lượng tàu Hải quân hoạt động trên biển. Chính vì vậy, việc
có thể chủ động đưa ra các bản tin khí hậu hạn dài, đặc biệt là thông tin về hoạt
động của gió mùa với thời hạn dài (từ 1 đến 3 tháng) là rất cần thiết cho việc lên kế
hoạch hoạt động của các lực lượng Hải quân.
Hiện nay, tại Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương và các đài khí
tượng khu vực đã sử dụng sản phẩm dự báo của các mô hình số trị để tham khảo
nhằm đưa ra các bản tin dự báo, đặc biệt là các bản tin hạn vừa và hạn dài. Tuy
nhiên, vẫn chưa một bộ chỉ tiêu xác định các đợt không khí lạnh cho các sản phẩm
của các mô hình khí hậu một cách đầy đủ và chi tiết. Do đó, việc nghiên cứu và đưa
ra một bộ chỉ tiêu xác định các đợt xâm nhập lạnh trên cơ sở số liệu sản phẩm mô
hình khí hậu là rất cần thiết cho công tác dự báo ở các cơ quan làm công tác dự báo
khí tượng.
Ngoài ra, hiện nay đã có những công trình nghiên cứu về việc sử dụng các sản
phẩm của mô hình dự báo số trị để đưa vào hoạt động nghiệp vụ dự báo tại Việt
Nam về gió mùa mùa hè nhưng các công trình nghiên cứu về gió mùa mùa đông
còn rất hạn chế mặc dù một số nước trong khu vực đã có nghiên cứu về vấn đề này.
Như vậy, việc ứng dụng các sản phẩm của mô hình dự báo số trị vào hoạt động
7
nghiệp vụ là cần thiết và có cơ sở khoa học. Trong luận văn này, tác giả bước đầu
thử nghiệm xây dựng một bộ chỉ tiêu xác định các đợt không khí lạnh trên cơ sở số
liệu tái phân tích và bước đầu thử nghiệm áp dụng vào số liệu sản phẩm của các mô
hình số trị nhằm đưa ra các nhận xét, đánh giá khả năng sử dụng các sản phẩm mô
hình dự báo khí hậu này vào trong nghiệp vụ.
8
Chương 1 – Tổng quan
1.1. Khái niệm
1.1.1. Khái niệm và định nghĩa về gió mùa
Thuật ngữ gió mùa (Monsoon) có nguồn gốc từ vùng Ả Rập với từ địa phương
là Mausim, có nghĩa là mùa.
Tác giả Trần Công Minh [6] đã đưa ra một định nghĩa về gió mùa như sau: “gió
mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu chung khí quyển trên một phạm vi rộng lớn
của bề mặt trái đất, trong đó ở mọi nơi trong khu vực gió mùa, gió thịnh hành
chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ
mùa hè sang mùa đông”.
Cùng với định nghĩa về gió mùa thì tác giả cũng đưa ra các tiêu chuẩn xác định
khu vực gió mùa tương đối cụ thể, đó là khu vực thỏa mãn bốn điều kiện sau:
- Hướng gió thịnh hành trong tháng 1 và 7 phải lệch nhau một góc lớn hơn hoặc
bằng 1200.
- Tần suất trung bình của hướng gió thịnh hành trong tháng 01 và 7 phải lớn
hơn hoặc bằng 40%.
- Tốc độ gió tổng hợp trung bình của ít nhất một trong tháng 01 và 7 phải lớn
hơn 3 m/s;
- Sự luân phiên của hoàn lưu xoáy thuận với xoáy nghịch xảy ra trong hai tháng
bất kỳ của hai năm liên tiếp, trên một vùng có kích thước 5 kinh/vĩ độ phải nhỏ hơn
một lần.
Theo định nghĩa này, vùng gió mùa tại khu vực Châu Á được xác định như ở
hình 1.1 dưới đây.
Trong hình 1.1 thì khu vực Đông Nam Á (nằm trong hình chữ nhật EF) là khu
vực thoả mãn tất cả các tiêu chí của định nghĩa trên. Như ta đã thấy thì khu vực này
cũng là khu vực hội tụ đủ các nhân tố hình thành nên gió mùa:
- Là khu vực mà có sự tương phản rất lớn giữa một bên là lục địa rộng lớn còn
một bên là đại dương thế giới.
- Đây là khu vực có lực Coriolis mạnh.
9
Ngoài ra, trong bộ tiêu chí mà Trần Công Minh đưa ra thì tiêu chí 4 là một tiêu
chí rất quan trọng, bởi vì xét sự thay đổi gió theo mùa phải loại bỏ chuyển động qui
mô nhỏ. Như vậy, vùng có gió mùa chủ yếu trên trái đất theo định nghĩa của
Ramage được giới hạn trong phạm vi từ 250S - 350N và từ 300W-1700E, chiếm hầu
hết vùng nhiệt đới của bán cầu Đông. Các khu vực này cũng thỏa mãn các nhân tố
hình thành nên gió mùa: sự tương phản nhiệt theo mùa, địa hình và lực Coriolis đủ
mạnh,....
Hình 1.1 Phân vùng gió mùa của Trần Công Minh.
Đường đậm nét (EF) là ranh giới phía bắc của khu vực có tần suất chuyển đổi
nhỏ giữa xoáy thuận và xoáy nghịch vào mùa hè và mùa đông ở Bắc bán cầu . Phần
giới hạn trong hình chữ nhật là khu vực gió mùa Đông Nam Á (bao gồm: Việt Nam,
Lào Campuchia, Thái Lan, Brunei, Tây Malayxia và Singapo).
1. Khu vực có xu thế gió mùa (tần suất gió thịnh hành < 40%).
2. Khu vực gió mùa (tần suất gió thịnh hành từ 40-60%).
3. Khu vực gió mùa điển hình (tần suất gió thịnh hành > 60%).
Nguồn: Giáo trình Khí tượng Synop nhiệt đới, Trần Công Minh, NXB Đại học
quốc giá Hà Nội 2003. [6]
Trước đây, các nhà khoa học trên thế giới cho rằng chỉ tồn tại ba hệ thống gió
mùa: gió mùa châu Phi, gió mùa châu Á và gió mùa châu Úc. Tuy nhiên, trong
10
những thập niên vừa qua, nhờ các chương trình quan trắc khí tượng toàn cầu và các
chương trình nghiên cứu thực nghiệm gió mùa trên các khu vực, những kết quả
phân tích viên thám và các mô hình số trị, người ta đã đưa vào nghiên cứu cả hệ
thống gió mùa châu Mỹ. Bên cạnh đó, gió mùa châu Á cũng có đủ cơ sở khoa học
để phân thành hai hệ thống riêng biệt là gió mùa Nam Á và gió mùa Đông Á. Riêng
gió mùa Đông Á tiếp tục được phân thành gió mùa Đông Bắc Á và gió mùa Tây
Bắc Thái Bình Dương (hay gió mùa cận nhiệt đới Đông Á và gió mùa nhiệt đới Tây
Bắc Á).
1.1.2. Những nhân tố hình thành gió mùa
Theo tác giả Bùi Minh Tuân và Nguyễn Minh Trường [10] thì có ba nhân tố
cơ bản hình thành và duy trì gió mùa, đó là: sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục
địa và đại dương, các quá trình ẩm trong khí quyển và sự quay của trái đất.
1.1.2.1. Sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương
Nước biển có thể tích trữ một lượng nhiệt rất lớn do nhiệt dung của nước biển
có giá trị lớn. Ngoài ra, nó là chất lỏng và có thể truyền nhiệt xuống phía dưới nhờ
quá trình xáo trộn rối, sau đó lượng nhiệt sẽ được vận chuyển lên trên trong tương
lai. Còn nhiệt dung của đất lại tương đối nhỏ và khả năng truyền nhiệt xuống các
lớp đất phía dưới cũng kém.
Cùng với sự thay đổi của độ cao biểu kiến mặt trời, cùng với sự khác biệt rất
lớn giữa chế độ nhiệt của lục địa có sự chênh lệch của khí áp theo mùa khá lớn: vào
mùa đông thì lục địa lạnh đi dẫn tới sự hình thành của áp cao lạnh; còn về mùa hè thì
lục địa bị hun nóng lại dẫn đến sự hình thành áp thấp nóng. Trong khi đó trên biển, sự
biến đổi của nhiệt độ bề theo mùa lại rất nhỏ. Kết quả là làm cho gradient khí áp có
sự đổi hướng theo mùa (mùa đông gradient hướng ra biển, mùa hè hướng vào đất
liền) và dẫn đến có sự đổi hướng gió thịnh hành theo mùa.
1.1.2.2. Các quá trình ẩm trong khí quyển
Hơi nước từ mặt biển bốc hơi vào trong khí quyển, khi thăng lên sẽ ngưng
kết và gây mưa ở các lục địa sẽ giải phóng tiềm nhiệt làm cho không khí nóng thêm,
tiếp tục thăng lên cao hơn. Điều này sẽ làm cho sự chênh lệch giữa khí áp trên biển
và lục địa càng rõ ràng hơn, khiến cho phạm vi hoạt động của hoàn lưu gió mùa
11
được mở rộng hơn cả về qui mô ngang và qui mô thẳng đứng. Đồng thời gió mùa
cũng được tăng lên cả về cường độ. Ngoài ra, Gradient khí áp tăng lên cũng làm
tăng cường độ của đới gió mực thấp, do đó lại tiếp tục làm tăng lượng ẩm cung cấp
cho quá trình đối lưu – và một lần nữa làm tăng lượng ẩn nhiệt giải phóng. Đây là
quá trình hồi tiếp cực kì quan trọng của cơ chế nhiệt động lực học gió mùa [10].
1.1.2.3. Sự quay của Trái Đất
Sự quay của trái đất gây ra lực Coriolis, lực Coriolis có tác dụng tạo xoáy và tăng
cường gió và làm cho các dòng khí trong gió mùa có quỹ đạo cong. Sự khác biệt về
hướng của lực Coriolis giữa hai bán cầu đã làm cho gió đổi hướng khi vượt qua xích
đạo.
Ngoài ra, còn có vai trò của một số yếu tố khác: lục địa - địa hình, ENSO....
- Địa hình của lục địa có vai trò như một nguồn nhiệt to lớn, có tác dụng tăng
cường và định hướng trường gió. Địa hình cao của hai dãy núi Đông Phi và
Himalaya giống như hai bức tường khổng lồ chặn các dòng vĩ hướng, tập trung
chúng thành dòng xiết mực thấp với tốc độ gió lên tới 25 m/s.
- ENSO cũng được coi là một trong những nguyên nhân chính trong sự thay đổi
hàng năm của đới gió mùa. Trong sự liên hệ với sự hoạt động của áp cao cận nhiệt
Tây Thái Bình Dương, ENSO gây ra sự biến đổi về cường độ gió cũng như lượng
mưa trên toàn bộ khu vực gió mùa.
1.1.3. Khái niệm về không khí lạnh
Theo tác giả Nguyễn Viết Lành [5] thì “không khí lạnh (KKL) là một hiện
tượng thời tiết nguy hiểm ảnh hưởng đến Việt Nam. Khi xâm nhập xuống nước ta,
nó làm thay đổi một cách cơ bản hệ thống gió đang tồn tại ở miền Bắc, trở thành hệ
thống gió có hướng lệch bắc và thời tiết biến đổi rõ rệt, đặc biệt có quá trình giảm
nhiệt độ trên diện rộng”.
Cũng theo tác giả thì mỗi đợt KKL được coi là xâm nhập hoặc ảnh hưởng đến
nước ta nếu thỏa mãn một trong hai điều kiện sau đây:
- Hướng gió lệch bắc ngoài khơi đo được tại trạm Bạch Long Vỹ từ cấp 6 trở
lên và kéo dài trên 3 tiếng (2 kỳ quan trắc liên tiếp).
- Nhiệt độ không khí trung bình ngày trên một nửa số trạm trên đất liền thuộc
12
khu vực Đông Bắc giảm từ 30C trở lên.
Hiện tượng KKL xâm nhập xuống nước ta khi phát bản tin được Trung tâm dự
báo khí tượng thủy văn trung ương chia thành hai loại bản tin:
- Bản tin gió mùa đông bắc (GMĐB) được phát khi có KKL tràn về có kèm
theo front lạnh hoặc đường đứt, khi xâm nhập đến nước ta thường gây ra biến đổi
thời tiết mạnh mẽ: gió chuyển hướng lệch bắc, tốc độ gió trong đất liền đạt cấp 3 –
4, vùng ven biển cấp 5, ngoài khơi từ cấp 6 trở lên, có thể có dông mạnh kèm theo
gió giật mạnh trên cấp 6, tố, lốc, mưa đá … nhiệt độ trung bình ngày hoặc nhiệt độ
tối cao giảm mạnh.
- Bản tin không khí lạnh tăng cường (KKLTC) được phát khi KKL xâm nhập
đến nước ta không kèm theo front lạnh hoặc đường đứt trong khi ở các tỉnh phía bắc
vẫn nằm trong khối không khí lạnh. KKLTC làm tốc độ gió tăng trở lại gây ra gió
mạnh ngoài khơi và có thể làm giảm nhiệt độ hoặc ít thay đổi. Trong một số trường
hợp KKLTC làm giảm lượng mây, do đó có thể làm tăng nhiệt độ vào ban ngày.
Ngoài ra, vào giữa mùa đông, KKLTC tuy không làm giảm nhiệt độ (hoặc rất ít 1-
20C) nhưng lại làm cho trời rét tiếp tục được kéo dài.
Cũng theo tác giả, KKLTC xảy ra khi trên vịnh Bắc Bộ vẫn đang chịu ảnh
hưởng của đợt KKL xâm nhập từ trước đó, gió vẫn có hướng lệch bắc nhưng tốc độ
đã suy yếu, nay lại có một đợt KKL xâm nhập tiếp làm cho tốc độ gió tăng lên,
nhiệt độ giảm nhưng không nhiều.
Ngoài ra, để xác định cường độ của một đợt KKL thì Trung tâm dự báo khí
tượng thủy văn trung ương xác định như sau [9]:
- Về định tính: KKL luôn được xác định đồng thời bởi sự thay đổi của hệ thống
gió và sự giảm nhiệt độ (mức độ giảm nhiệt T24 ít nhất ở trên một nửa số trạm có
trong một khu vực).
- Về định lượng: Cường độ KKL được xác định bởi tốc độ gió. Khi có KKL
thường có sự tăng đồng bộ giữa tốc độ gió trên đất liền và ngoài khơi, vì vậy có thể
lấy tốc độ gió quan trắc được tại trạm Bạch Long Vĩ (VBLV) để xác định cường độ
KKL (có tham khảo thêm các trạm đảo: Cô Tô, Hòn Dấu …).
* Xác định cường độ trong các bản tin GMĐB:
13
- Mạnh: VBLV cấp 7 và kéo dài từ 2 quan trắc trở lên hoặc cấp 6 nhưng kéo
dài liên tục trên 8 quan trắc.
- Trung bình: VBLV cấp 6 và kéo dài từ 2 quan trắc trở lên hoặc cấp 7
nhưng không kéo dài quá 1 quan trắc.
- Yếu: VBLV < cấp 6 hoặc cấp 6 nhưng kéo dài không quá 1 quan trắc.
* Xác định cường độ trong các bản tin KKLTC: Khi xét đến cấp độ mạnh,
trung bình, yếu cũng chỉ xét theo cấp độ gió như đối với GMĐB mà không xét đến
giảm nhiệt độ.
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Theo Chen và cs (2004) [15] thì trung bình có xấp xỉ hai đợt không khí lạnh
mỗi tháng tràn về tại khu vực Đông Á. Trong khi đó, C. P. Chang và cs (2004) đưa
ra có khoảng từ 1-3 đợt không khí lạnh xảy ra mỗi tháng ở khu vực này. Những đợt
xâm nhập lạnh này là kết quả của sự di chuyển xuống phía nam của các tâm cao
lạnh trên khu vực Siberia xuống phía nam, kéo theo đó là sự tăng cường mạnh mẽ
của đới gió Đông Bắc (NE) và sự sụt giảm đột ngột của nhiệt độ bề mặt.
Theo Tsing Chang Chen, Ming Cheng Yen, Wan Ru Hoang và William A.
Gallus Jr. (2001) [27,12], không khí lạnh và những hiện tượng thời tiết nguy hiểm
liên quan trên khu vực Đông Nam Á vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ cho đến khi
Greenfield và Krishnamurti, 1979, đề cập đến trong cuốn Kinh nghiệm về Gió mùa
mùa đông (The Winter monsoon Experiment, WMONEX). Bản tóm tắt các nghiên
cứu trước và sau WMONEX của không khí lạnh, đặc biệt về quá trình tương tác
giữa khu vực nhiệt đới và khu vực vĩ độ trung bình đã được đưa ra đánh giá toàn
diện bởi Lau và Chang năm 1987. Tác giả cho rằng sự xuất hiện của không khí lạnh
thường được đặc trưng bởi sự giảm đột ngột của áp suất không khí bề mặt (Ps), sự
giảm đột ngột nhiệt độ bề mặt (Ts) và sự tăng cường độ gió bề mặt có hướng bắc
(Vs) – Đây là trích dẫn qua tác giả thứ 3, nguyên nhân là do không tìm được tài liệu
tham khảo gốc. Qua phân tích trạng thái synop bề mặt, Chang và cộng sự (1983)
[15] đã đưa ra nhận định rằng sự xuất hiện của không khí lạnh trải qua 2 bước:
14
- Khối không khí lạnh khi vượt qua thể hiện qua sự gia tăng mạnh mẽ của áp
suất bề mặt Ps.
- Sự giảm đột ngột của nhiệt độ bề mặt xuống tới nhiệt độ điểm sương (Td).
Sự khác biệt giữa hai bước này ngày càng lớn khi không khí lạnh di chuyển sâu
xuống phía nam.
Năm 1983, Zhang và cs [32] đã đề xuất chỉ tiêu xác định không khí lạnh đã ảnh
hưởng đến một khu vực phụ thuộc vào vị trí địa lý của khu vực đó và khoảng cách
giữa khu vực đó tới vùng tâm áp cao lục địa Siberia, một vài chỉ tiêu đó đã được sử
dụng trong nghiệp vụ dự báo không khí lạnh ở các trung tâm khí tượng. Trong khi
tại Trung tâm khí tượng của Hàn Quốc chỉ sử dụng chỉ số chênh lệch nhiệt độ làm
chỉ tiêu duy nhất để xác định một đợt xâm nhập lạnh còn Trung Quốc cũng sử dụng
chỉ tiêu biến thiên nhiệt độ trong 24 giờ cộng với việc xác định tâm xoáy nghịch ở
phía nam cao áp Siberia đạt giá trị lớn hơn 1030 mb. Cơ quan khí tượng của các
nước: Đài Loan, Hồng Kông, Thái Lan, Việt Nam lại dùng bộ chỉ tiêu bao gồm các
giá trị biến thiên của nhiệt độ, khí áp, gió,... để xác định các đợt xâm nhập lạnh. Cơ
quan khí tượng Hàn quốc (KMA) sử dụng sự sụt giảm sau 24 giờ của nhiệt độ
không khí bề mặt đạt trên 100C tại các trạm quan trắc khí tượng chính làm chỉ tiêu
xác định không khí lạnh đã tràn về, trong khi Ryoo và cs lại đề xuất độ sụt giảm sau
48 giờ của nhiệt độ không khí bề mặt trên 7,50C trên toàn bộ lãnh thổ Hàn Quốc.
Chen và Lau và cs (1987) [27] cũng xác định bộ chỉ tiêu bao gồm: áp suất bề mặt
tăng ít nhất 5 mb, nhiệt độ không khí bề mặt giảm ít nhất 40C và tốc độ gió bề mặt
đạt tối thiểu là 3m/s trong khoảng 24-48 giờ tại trạm Pengehiayu (cách Keelung -
cảng biển lớn nhất của Đài Loan 20km về phía đông bắc) là bộ chỉ tiêu để xác định
không khí lạnh đã ảnh hưởng tới Đài Loan.
Ngoài ra, Wu và Chan [29] cũng xác định đảo Waglan (22.100N – 114.180E)
của Hồng Kông làm địa điểm xác định không khí lạnh ảnh hưởng tới Hồng Kông.
Bộ chỉ tiêu này bao gồm: sự sụt giảm nhiệt độ trung bình ngày đạt ít nhất 20C sau
khi không khí lạnh tràn về 2 ngày và tốc độ gió thấp nhất phải đạt 8m/s trở lên cho
các trường hợp xâm nhập từ phía bắc (NS – North surge) hoặc là tốc độ của đới gió
15
đông phải tăng 1,39 m/s trong ngày không khí lạnh tràn về cho các trường hợp xâm
nhập lạnh từ phía đông (ES – East Surge).
Cục khí tượng Thái Lan [13] lại xác định trạm Udon Thani (một trạm ở phía
Đông Bắc của Thái Lan) làm nơi xác định không khí lạnh tràn về với bộ chỉ tiêu xác
định bao gồm cả bốn yếu tố: áp suất bề mặt tăng ít nhất 1,8 mb, tốc độ gió ở mực
850mb phải tăng ít nhất 2,6 m/s, nhiệt độ không khí giảm ít nhất là 1,70C và nhiệt
độ điểm sương giảm ít nhất 2,10C.
Zhang và cs (1997) [12,31] đưa ra một bộ chỉ tiêu để xác định các đợt xâm nhập
lạnh về Trung Quốc phải thỏa mãn hai điều kiện:
- Tại trung tâm của xoáy nghịch ở nam Siberia có giá trị lớn hơn 1030 mb.
- Nhiệt độ không khí bề mặt trong thời gian 24-48 giờ phải giảm từ 9.00C trở
lên tại vùng trung tâm lục địa Trung Hoa và giảm từ 6.00C trở lên tại các khu vực
phía nam của Trung Quốc.
Áp suất bề Tốc độ gió
Nhiệt độ không Nhiệt độ điểm
Khu vực
mặt (mb)
(m/s)
khí (0C)
<-10.0
< -7.5
≤ -4.0
sương (0C)
Trạm KM
-
-
-
-
-
-
-
Hàn Quốc
Đài Loan
Toàn quốc
Pengehiayu
≥ 5.0
≥ 3.0
ES
NS
-
-
≥ 1.9
≥ 8.0
≥ 2.6
-
-
-
H. Kông
≤ -2.0
≤ -1.6
Udon Thani
≥ 1.8
≤ -2.1
Thái Lan*
Trung Quốc
Trung tâm
Phía nam
-
-
-
-
≤ -9.0
≤ -6.0
-
-
Bảng 1.1. Một số chỉ tiêu xác định một đợt KKL tại một số nước trong khu vực.
Ghi chú: 1, Trung Quốc được tác giả Zhang chia làm 3 khu vực: khu vực 1 là
phía nam Siberia, khu vực 2 là khu vực trung tâm của lục địa Trung Hoa và khu vực
3 là khu vực phía nam lục địa Trung Hoa.
2, Chỉ tiêu của Thái Lan thì chỉ tiêu tốc độ gió là vận tốc gió ở mực 850 mb.
Ngoài ra, nhiều nhà khoa học cũng đã đề cập tới chỉ tiêu xác định xâm nhập
lạnh trên vùng biển Đông và các vùng lân cận. Theo Chang và cs (1987) [12] thì
16
trên khu vực này sự biến thiên của áp suất và nhiệt độ bề mặt tương đối nhỏ, do đó
rất khó để xác định hiện tượng xâm nhập lạnh bằng chỉ tiêu biến thiên của khí áp
hay biến thiên của nhiệt độ. Tuy nhiên, sự thay đổi của đới gió Đông Bắc ở khu vực
này vẫn còn duy trì rất mạnh, ông cho rằng đây chính là chỉ tiêu chủ yếu để xác
định xâm nhập lạnh trên khu vực này. C.P. Chang và Jeng Ming Chen đã dùng
trường gió trung bình tại khu vực có tọa độ 18-200N, 110-1200 và đưa ra chỉ tiêu để
xác định xâm nhập lạnh ở khu vực này phải thỏa mãn hai tiêu chí:
- Trong 12-24 giờ sau khi có xâm nhập lạnh, tốc độ gió phải tăng ít nhất 5m/s.
- Tốc độ của đới gió Đông Bắc tại khu vực này phải duy trì lớn hơn hoặc bằng 7
m/s trong ít nhất 3 ngày trở lên.
Thêm nữa, khi nghiên cứu về không khí lạnh, nhiều nhà khoa học còn đưa ra
các chỉ số gió mùa mùa đông (EAWMI – East Asian Winter Monsoon Index) để
xác định cường độ của các đợt gió mùa. Wang và Chen (2010) [22] đã nghiên cứu,
đánh giá và sắp xếp 18 loại chỉ số EAWMI, hai ông đã phân chia chúng thành 4
nhóm:
1, Chỉ số gió mực thấp, vd: Chen và cs, 2000.
2, Chỉ số độ đứt gió mực trên cao, vd: Jhun và Lee, 2004.
3, Chỉ số chênh lệch khí áp đông – tây, vd: Wu và Wang, 2002.
4, Chỉ số rãnh gió mùa Đông Á, vd: Sun và Li, 1997.
Bốn nhóm chỉ số này phản ánh những hiểu biết hiện nay về sự biến đổi của gió
mùa mùa đông Đông Á.
Chỉ số Biến
ISHI SLP
Khu vực
Ý nghĩa
SLP(1100E, 20-500N) - SLP(1600E, 20-500N)
- Giá trị chỉ số càng lớn
thì EAWM càng mạnh
và ngược lại.
U300hPa (27.5–37.50 N, 110–1700 E) - U300hPa
(50–600 N, 80-1400 E)
IJHUN U300hPa
ISUN
H500hPa
V10m
H500hPa (30–450N, 125-1450 E)
- Giá trị chỉ số càng lớn
thì EAWM càng nhỏ và
ngược lại.
V10m (25-400 N, 120-1400 E) –
V10m (10-250 N, 110-1300 E)
ICHEN
Bảng 1.2. Một số nhóm chỉ số xác định cường độ của các đợt KKL.
17
Sau này, có nhiều tác giả đã nghiên cứu cải tiến các chỉ số gió mùa này. Năm
2010, hai tác giả Yeuqing Li và Song Yang [24] đưa ra chỉ số:
EAWMI = [{U200(30-350N/90-1600E) - U200(50-600N/70-1700E)} + {U200(30-
350N/90-1600E) - U200(5-100N/90-1600E)}] /2
Năm 1991, tác giả Zhu Yanfeng [12] cũng đưa ra một chỉ số dựa vào rãnh gió
mùa Đông Á cải tiến là:
IEAWM= 500(25-350N, 80-1200E)- 500(50-600N, 80-1200E)
Các chỉ số này đều cho kết quả khá tốt khi xác định cường độ của gió mùa.
Cụ thể, các nghiên cứu đã chỉ ra không khí lạnh (cold surge) bao gồm hai loại:
xâm nhập bắc (North surge) và xâm nhập đông (East surge). Năm 2011, tác giả C.P.
Chang [28] đã chỉ ra sự khác biệt giữa hai loại xâm nhập lạnh này, trong khi xâm
nhập bắc (NS) với những dấu hiệu rõ ràng: áp suất bề mặt khi có xâm nhập lạnh
tăng trên 3mb trong vòng 24 giờ, nhiệt độ bề mặt giảm trên 40C sau trong vòng 24
giờ, sự tăng cường mạnh mẽ của đới gió bắc lên tới 8m/s. Trong khi đó, xâm nhập
đông (ES) lại không rõ ràng, nhiệt độ bề mặt chỉ giảm nhẹ (dưới 10C), áp suất bề
mặt ít thay đổi trong khi tốc độ của đới gió đông tăng khoảng 7m/s, đạt tốc độ
khoảng 12m/s ở khu vực Hồng Kông.
Năm 2006, Li Qiaoping và cs [36] đã dùng mô hình khí hậu khu vực RegCM
phiê bản RegCM_NCC với bước lưới 60km, 16 mực thẳng đứng để tái dự báo KKL
của 5 năm (1998-2002) và đưa ra một số kết luận:
- Mô hình có khả năng mô phỏng các đợt KKL với độ chính xác tương đối cao
về: cường độ, vị trí của áp cao Siberia và nhiệt độ không khí bề mặt ở khu vực
Đông Á và vùng lân cận, phù hợp với số liệu quan trắc, đặc biệt là với những đợt
KKL có cường độ mạnh.
- Mô hình đã mô phỏng tần suất xuất hiện của KKL một cách tương đối chính
xác cho khu vực Đông Á bao gồm cả các khu vực Biển Đông, biển Hoa Đông và
biển Nhật Bản. Ngoài ra, các mô phỏng về các trường nhiệt độ, áp suất, gió và
lượng mưa cũng cho kết quả khá tốt.
- Mô hình đã mô phỏng được chế độ nhiệt của khu vực cũng như chênh lệch
nhiệt giữa khu vực lục địa Đông Á và vùng biển lân cận.
18
Tải về để xem bản đầy đủ
69 trang
22820
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_du_bao_han_mua_cac_dot_xam_nhap_lanh_den.pdf
