Luận văn Nghiên cứu một số đặc trưng nhiệt động lực quy mô lớn thời kỳ bùng nổ gió mùa mùa hè trên khu vực Nam Bộ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Bùi Minh Tuân
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC
QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ
TRÊN KHU VỰC NAM BỘ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Bùi Minh Tuân
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC
QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ
TRÊN KHU VỰC NAM BỘ
Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 62.44.87
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Minh Trường
Hà Nội – 2012
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Minh Trường, là
người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn
các thầy cô và các cán bộ trong Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã cung
cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về
cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và thực hành ở Khoa.
Tôi cũng xin cảm ơn Phòng Sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã
tạo điêu kiện cho tôi trong thời gian hoành thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè,
những người đã luôn ở bên cạnh cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi
trong suốt thời gian học tập tại trường.
Hà Nội ngày 11 tháng 12 năm 2012
Bùi Minh Tuân
MỤC LỤC
Á.............................................................................................................................................................................1
1.1. Ý nghĩa của nghiên cứu gió mùa mùa hè .................................................................1
1.2. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam .................................................2
1.3. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè trên thế giới.................................................5
1.4. Các chỉ tiêu nghiệp vụ ............................................................................................11
QUA SỐ LIỆU TÁI PHÂN TÍCH.......................................................................................................13
2.1. Lựa chọn các năm và giai đoạn nghiên cứu ...........................................................13
2.1.1. Lựa chọn các năm nghiên cứu.........................................................................13
2.1.2. Lựa chọn các giai đoạn nghiên cứu.................................................................14
2.2.1. Đặc trưng về khu vực phân bố của mưa..........................................................15
2.2.2. Đặc trưng trường bức xạ sóng dài ...................................................................16
2.3. Đặc trưng trường gió tái phân tích .........................................................................19
2.3.1. Đặc trưng trường gió ngày bùng nổ gió mùa ..................................................19
3.2. Phân bố mưa mô phỏng..........................................................................................28
3.2.1. Đặc trưng phân bố mưa mô phỏng về diện .....................................................28
3.2.2. Đặc trưng mưa mô phỏng về lượng.................................................................31
3.3. Đặc trưng trường hoàn lưu mô phỏng ....................................................................39
3.3.1. Đặc trưng của hoàn lưu mực thấp ...................................................................39
3.3.2. Đặc trưng hoàn lưu các mực trên cao..............................................................42
3.4. Đặc trưng của trường nhiệt mô phỏng...................................................................47
3.4.1. Đặc trưng của trường nhiệt mực thấp..............................................................47
3.4.2. Đặc trưng của trường nhiệt mực cao ...............................................................50
3.6.1. Trường mưa mô phỏng....................................................................................56
3.6.2. Trường hoàn lưu mô phỏng.............................................................................57
3.6.3. Quá trình vận chuyển động lượng ngang ........................................................59
NĂM 2012......................................................................................................................................................63
4.1. Xây dựng các chỉ số gió mùa..................................................................................63
4.1.1.Chỉ số mưa........................................................................................................63
4.1.2. Chỉ số gió vĩ hướng .........................................................................................64
4.1.3. Chỉ số gradient nhiệt độ mực cao....................................................................67
4.2.2. Trường mưa và trường hoàn lưu dự báo .........................................................72
4.2.3. Chỉ số mưa dự báo...........................................................................................73
4.2.4. Chỉ số gió vĩ hướng dự báo .............................................................................75
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Vai trò của độ ẩm ngưng kết tới hoàn lưu quy mô lớn.Nguồn: Webster
(1998)................................................................................................................................................................16
được sinh ra theo lí thuyết của Gill (b). Nguồn: Gill (1980)...........................................9
Nguồn: Held-Hou (1980). ...............................................................................................9
2001, 2004 và 2010. ......................................................................................................16
1999, 2001 2004 và 2010. .............................................................................................20
1999, 2001 2004 và 2010. .............................................................................................21
năm 1980 tới 2010.........................................................................................................23
nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010..................................................24
đơn vị mm.ngày-1 ..........................................................................................................32
vị mm.ngày-1 .................................................................................................................32
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................33
vị mm.ngày-1 ..................................................................................................................33
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................34
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................34
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................35
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................35
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................36
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................36
bùng nổ gió mùa trung bình từ 80oE – 100oE, đơn vị K.s-1 ..........................................55
RAMS, đơn vị mm.ngày-1. ............................................................................................57
RAMS, đơn vị mm.ngày-1. ............................................................................................58
g.m.s-1 ............................................................................................................................61
mô phỏng bởi RAMS. ...................................................................................................65
số liệu tái phân tích NCAR/NCEP . ..............................................................................66
RAMS............................................................................................................................68
tích NCAR/NCEP .........................................................................................................69
đơn vị mm.ngày-1...........................................................................................................71
DANH MỤC BẢNG
1999, 2001, 2004 và 2010. ............................................................................................15
phỏng .............................................................................................................................64
tích NCAR/NCEP..........................................................................................................67
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
BAO: Bảo Lộc
BMT: Buôn Ma Thuột
CAM: Cà Mau
CAN: Cần Thơ
DAL: Đà Lạt
DAR: DarkNong
ENSO: Dao động nam (El Niño–Southern Oscillation)
GPCP: Mưa phân tích toàn cầu của NOAA (Global Precipitation Climatology Project)
PCR: Hồi quy thành phần chính (Principle Component Regression)
PHU: Phú Quốc
PLE: Pleiku
RAC: Rạch Giá
RAMS: Mô hình khí quyển khu vực (the Regional Atmospheric Model System)
SOI: Chỉ số dao động nam (Southern Oscillation Index)
VUN: Vũng Tàu
MỞ ĐẦU
Gió mùa châu Á là hệ thống gió mùa lớn nhất, đặc trưng nhất trong hệ thống
khí hậu toàn cầu. Sự hoạt động của nó có vai trò cực kì quan trọng tới sự phát triển
kinh tế, xã hội của các quốc gia nơi đây, đặc biệt với một quốc gia nông nghiệp như
Việt Nam.
Trong luận văn này, mô hình RAMS được sử dụng để mô phỏng sự phát triển của
hoàn lưu khí quyển quy mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ
trong các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010 nhằm xác định những đặc trưng cơ bản
và cơ chế nhiệt động lực của quá trình bùng nổ gió mùa, trong đó đặc biệt nhấn mạnh
vai trò của lục địa – địa hình trong sự tương phản với các đại dương xung quanh. Kết
quả nghiên cứu cho thấy, giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ gắn liền với sự
hình thành của một trung tâm nhiệt lớn phía trên khu vực Nam Á. Trung tâm nhiệt này
gây nên sự đảo ngược của gradient nhiệt độ kinh hướng tại các mực trên cao với bán
cầu mùa hè trở thành bán cầu có nhiệt độ cao hơn. Trung tâm nhiệt này cũng đồng thời
tạo nên một xoáy nghịch mực cao rất lớn với hoàn lưu mở rộng từ vùng biển Ả rập tới
Việt Nam. Ở các mực dưới thấp, một dòng xiết gió tây kéo dài từ vùng biển Đông Phi
tới phía nam vịnh Bengal, đồng thời xoáy kép Sri Lanka xuất hiện và tăng cường rất
mạnh trường gió tây nhiệt đới xích đạo này. Cùng thời điểm đó, áp cao cận nhiệt Tây
Thái Bình Dương đột ngột thay đổi cấu trúc và rút lui rất nhanh sang phía đông, chỉ ra
sự chuyển mùa đang diễn ra ở khu vực này. Sự di chuyển này đồng thời tạo điều kiện
cho dải mưa nhiệt đới di chuyển dần lên phía bắc và trường gió tây nam phát triển tới
bán đảo Đông Dương. Luận văn được bố cục thành bốn chương, ngoài phần mở đầu,
kết luận và tài liệu tham khảo như sau:
Chương 1: Tổng quan về bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Châu Á.
Chương 2: Nhiệt động lực qui mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa qua số liệu tái phân tích
Chương 3: Kết quả mô bằng mô hình RAMS.
Chương 4: Xây dựng chỉ số gió mùa và trường hợp dự báo cho năm 2012.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ
KHU VỰC CHÂU Á
1.1. Ý nghĩa của nghiên cứu gió mùa mùa hè
Gió mùa mùa hè Châu Á là hệ thống gió mùa lớn nhất và đặc trưng nhất trong hệ
thống khí hậu toàn cầu. Giai đoạn bùng nổ của hệ thống này được đánh dấu bởi sự đảo
ngược của hoàn lưu quy mô lớn và thay thế đột ngột mùa khô bởi mùa mưa trong chu
kì hàng năm. Một mặt, gió mùa xuất hiện cung cấp một lượng nước lớn rất cần thiết
cho nông nghiệp, sản xuất, nhưng mặt khác mưa lớn và dồn dập trong nhiều ngày lại là
nguyên nhân của các thảm họa nghiêm trọng như lũ quét, xói lở đất, phá hủy mùa
màng, làm ngập khu dân cư, khu công nghiệp và các vùng nuôi trồng thủy hải sản...
Bên cạnh đó, sự xuất hiện của gió mùa thường kèm theo những hiện tượng thời tiết
nguy hiểm như giông, tố, lốc xoáy... do đó thường xuyên gây ra những thiệt hại lớn tới
hoạt động kinh tế, xã hội và thậm chí đe dọa tính mạng con người.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa châu Á nên khí hậu của Việt
Nam chịu chi phối hoàn toàn bởi hệ thống này. Với hơn 70% dân số làm nghề nông
cùng với hệ thống nhà máy thủy điện dày đặc, nhu cầu sử dụng nước của Việt Nam là
rất lớn. Tuy nhiên, lượng nước sản sinh từ ngoài lãnh thổ Việt Nam chiếm tới xấp xỉ
hai phần ba tổng lượng nước có được nên rất khó chủ động trong việc khai thác và sử
dụng. Hơn nữa, ở thời điểm hiện tại việc tranh chấp sử dụng nước giữa các quốc gia đã
và đang phát sinh những mâu thuẫn gay gắt, ảnh hưởng lớn tới việc sử dụng nguồn tài
nguyên này trong tương lai. Vì vậy, những dự báo chính xác về hoạt động của gió mùa
cả ở hạn ngắn và hạn dài đều có vai trò rất quan trọng giúp đưa ra những định hướng.
Ngày nay, các nước Châu Á có tốc độ phát triển công nghiệp rất nhanh, điều này
đồng nghĩa một lượng khí ô nhiễm lớn đã và đang được thải vào bầu khí quyển.
Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng gió mùa Châu Á là nguyên nhân phát tán các
chất ô nhiễm mạnh nhất, lên cả tầng cao khí quyển. Khi lên được các tầng trên cao, khí
ô nhiễm sẽ lan tỏa rất nhanh ra toàn cầu. Do đó nghiên cứu gió mùa có vai trò quan
trọng trong việc nghiên cứu ô nhiễm môi trường.
1
Về mặt khoa học, nghiên cứu gió mùa là nghiên cứu hệ thống hoàn lưu quy mô
lớn, chứa đựng trong đó các hệ thống thời tiết quy mô nhỏ hơn. Nghiên cứu gió mùa
giúp hiểu rõ hơn những cơ chế hình thành và vận động của khí quyển, giải quyết được
bài toán này sẽ cải thiện rất lớn khả năng dự báo thời tiết trong tương lai. Đặc biệt,
trong hoàn cảnh khí hậu đang bị biến đổi do sự nóng lên toàn cầu, việc hiểu rõ được cơ
chế vận động của khí quyển là cực kì quan trọng. Mặt khác, các mô hình dự báo khí
hậu hiện nay vẫn chưa thực sự nắm bắt được những quá trình động lực có thể dẫn đến
sự thay đổi hoàn toàn của hệ thống khí hậu (ví dụ như các quá trình hồi tiếp trong khí
quyển), do đó dẫn đến những dự báo chưa chính xác.
Từ những thực tiễn trên, nghiên cứu gió mùa ở Việt Nam đặt ra là một nhu cầu
cấp thiết, có vai trò quan trọng nhiều mặt. Vì vậy tôi đề xuất đề tài:“ Nghiên cứu một
số đặc trưng nhiệt động lực quy mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam
Bộ” nhằm hướng đến vấn đề quan trọng này.
1.2. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam
Nam Bộ nằm trong khu vực giao tranh của hai hệ thống gió mùa lớn là hệ gió mùa
mùa hè Nam Á và gió mùa mùa hè Đông Á, do đó mưa gió mùa ở Nam Bộ có diễn
biến phức tạp do chịu tác động của cả hai hệ thống này. Theo trung bình khí hậu, mùa
mưa tại Nam Bộ bắt đầu vào cuối tháng Tư tới đầu tháng Năm, được đánh dấu bởi sự
hình thành của gió tây nam nhiệt đới thổi từ vịnh Bengal sang. Theo rất nhiều nghiên
cứu trên thế giới, giai đoạn này trùng với thời điểm xuất hiện mưa tại vịnh Bengal và
nam Biển Đông, và là những khu vực xuất hiện mưa mùa hè sớm nhất của gió mùa
mùa hè châu Á. Gió mùa mùa hè Ấn Độ thường xuất hiện muộn hơn sau đó khoảng
hai tuần. Tuy nhiên, ngày bắt đầu mùa mưa tại Nam Bộ có sự dao động lớn giữa các
năm và phân bố mưa giữa các khu vực cũng không hoàn toàn giống nhau.
Gió mùa mùa hè Ấn Độ và gió mùa mùa hè Đông Á là những hệ thống gió mùa
điển hình, đã được nghiên cứu khá nhiều trên thế giới, tuy nhiên Việt Nam (bán đảo
Đông Dương) là khu vực chuyển tiếp, giao tranh của các đới gió mùa lại chưa được
nghiên cứu nhiều. Bên cạnh sự hạn chế về số lượng các trạm quan trắc, hoàn lưu gió
mùa khu vực này có sự biến đổi phức tạp, chịu tác động của nhiều yếu tố, do đó rất
khó khăn trong phân tích cũng như xây dựng những chỉ tiêu xác định ngày bùng nổ gió
2
mùa một cách chính xác. Hiện nay, nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam chủ yếu
sử dụng phương pháp thống kê. Các nghiên cứu có thể chia ra thành hai hướng chính
bao gồm:
Trước đây các nghiên cứu về bùng nổ gió mùa mùa hè ở Việt Nam chủ yếu được
thực hiện bằng phương pháp phân tích các hình thế synốp. Ví dụ, trong đề tài cấp
Tổng cục (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) năm 1999, các tác giả Phạm Thị
Thanh Hương và Trần Trung Trực [4] đã sử dụng số liệu mưa quan trắc lấy trung bình
trượt năm ngày và gió vĩ hướng 850 hPa để xác định thời điểm bùng nổ gió mùa mùa
hè trên khu vực Nam Bộ. Cụ thể, khi lượng mưa vượt 25 mm/ngày hoặc gió vĩ hướng
850 hPa chuyển từ thành phần hướng đông sang hướng tây thì có thể xem là xảy ra
bùng nổ gió mùa. Điều đáng nói là hai chỉ tiêu này nhiều khi không đồng thời thỏa
mãn. Ngoài ra kết quả nghiên cứu của đề tài cũng cho thấy thời điểm bùng nổ gió mùa
trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ thường gắn với thời kỳ có xoáy thuận hoạt động
trên khu vực vịnh Bengal. Tương tự như vậy là các bộ chỉ số gió mùa với các nghiên
cứu của Trần Việt Liễn (2007) [5]. Các chỉ số được xây dựng chủ yếu dựa trên trường
gió tái phân tích mực 850 hPa nhằm xác định thời điểm bùng nổ và kết thúc của gió
mùa. Đồng thời tìm hiểu mối liên hệ giữa trường mưa và trường gió của gió mùa mùa
hè trên khu vực Nam Bộ.
Nguyễn Thị Hiền Thuận (2001) [2] đã sử dụng số liệu BMRC của Cơ quan Khí
tượng Úc với độ phân giải 2,5 x 2,5o để nghiên cứu thời kỳ bùng nổ gió mùa mùa hè
trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ, sử dụng công cụ hỗ trợ là chương trình hệ thống
dự báo và đồng hóa toàn cầu GASP (Global Assimilation and Prediction System). Qua
đó đã rút ra nhận xét là có thể dùng số liệu gió vĩ hướng mực 850 hPa để nghiên cứu
bùng nổ gió mùa. Ngoài ra tác giả cũng cho thấy mối liên hệ giữa bùng nổ gió mùa
khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ Việt Nam với vùng nổ gió mùa trên vịnh Bengal.
Tuy nhiên, nghiên cứu này còn mang tính định tính rất nhiều của phương pháp phân
tích synốp.
Tiếp theo, trong nghiên cứu của Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Thị Hiền Thuận
(2006) [1] , các tác giả đã có bước tiến mới trong việc đề xuất một chỉ số hoàn lưu gió
mùa để nghiên cứu tính biến động của gió mùa mùa hè ở Nam Bộ. Trong nghiên cứu
3
này số liệu mưa CMAP (Climate Prediction Center – Merged Analysis of
Precipitation) đã được sử dụng để so sánh với trường gió trên khu vực nghiên cứu. Kết
quả cũng cho thấy có thể sử dụng gió vĩ hướng mực 850 hPa để xây dựng chỉ số hoàn
lưu vì đây là nhân tố có mối quan hệ chặt với số liệu mưa CMAP trên khu vực Nam
Bộ. Cuối cùng là chỉ số hoàn lưu được xác định là hiệu gió vĩ hướng mực 850 hPa
giữa hai khu vực (2,5o N – 12,5o N; 95o E – 110o E) và (20o N – 27,5o N; 105o E – 120o
E) rồi lấy trung bình cho tất cả các tháng mùa hè
Nghiên cứu sự tương quan giữa giao động nam ENSO và các chỉ số gió mùa với
các nghiên của Trần Quang Đức (2010) [5] và Nguyễn Thị Hiền Thuận (2008) [3].
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng gió mùa mùa hè Nam Bộ có sự biến đổi phức tạp và
tương quan yếu với ENSO, vì vậy ENSO không phải là một chỉ số dự báo tốt cho sự
phát triển của gió mùa mùa hè ở khu vực này.
Như vậy, mặc dù đã xác định một chỉ tiêu định lượng có khả năng mô tả mức độ
biến động của gió mùa mùa hè giữa các năm ở Nam Bộ nhưng kết quả nghiên cứu của
Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Thị Hiền Thuận (2006) [1] chỉ phục vụ cho mục đích
nghiên cứu vì chỉ số hoàn lưu phải được tính trung bình cho toàn bộ các tháng hoạt
động của gió mùa tây nam và không nói đến ngày bùng nổ gió mùa mùa hè trên khu
vực Nam Bộ. Ngoài ra các nghiên cứu ở Việt Nam thường chỉ sử dụng số liệu gió vĩ
hướng tái phân tích mực 850 hPa để nghiên cứu gió mùa, và như vậy rất có thể sẽ
không đầy đủ vì cơ chế vật lý của gió mùa mùa hè, nhất là bùng nổ gió mùa, là rất
phức tạp. Hơn nữa, các chỉ số xây dựng được chỉ phục vụ mục đích nghiên cứu và
cảnh báo, chưa có khả năng dự báo ngày bùng nổ gió mùa.
Cho tới thời điểm hiện tại, các nghiên cứu về thời kì bùng nổ gió mùa ở Việt Nam
còn rất ít. Hơn nữa, những nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức đánh giá định tính những xu
thế biến đổi của gió mùa, chưa đưa ra được một cơ chế phản ánh đầy đủ bản chất của
gió mùa. Những chỉ số gió mùa và các yếu tố tác động được đưa ra thường bỏ qua các
đặc trưng quy mô lớn và chưa loại đi được tác động gây nhiễu của các yếu tố địa
phương. Do đó, kết quả đạt được của nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam là chưa
cao và chưa phù hợp với nhu cầu đặt ra.
4
1.3. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè trên thế giới
Đặc trưng bùng nổ và cơ chế nhiệt động lực của gió mùa luôn là vấn đề chính của
các nghiên cứu về gió mùa mùa hè Châu Á, đặc biệt là những nghiên cứu về khu vực
xuất hiện đầu tiên của gió mùa như nghiên cứu của Wang và Lin (2002) [29], Ding
(2004) [9], Wang (2004) [30]. Tuy nhiên, do vẫn còn nhiều vấn đề gây tranh cãi nên
chưa có một kết luận chung chính thức được đưa ra. Cho tới thời điểm hiện tại, có bốn
quan điểm chính về khu vực bùng nổ đầu tiên của gió mùa như sau:
-
Gió mùa bùng nổ đầu tiên tại Biển Đông sau đó mở rộng lên phía bắc và phía tây
(Tao và Chen, 1987) [25]
-
-
Gió mùa bùng nổ đầu tiên tại vịnh Bengal (Wu và Zhang, 1998) [36]
Gió mùa bùng nổ đầu tiên tại bán đảo Đông Dương và khu vực phía nam xung
quanh (Li và Qu, 1999 [16]; Zhang, 2004 [38]; Lau và Yang, 1997 [15];
Matsumoto, 1997 [18]; Webster, 1998 [34]; Wang và Fan, 1999 [31]; Lu và đồng
tác giả, 2006...) [17]
-
Gió mùa bùng nổ cùng lúc ở vịnh Bengal, Biển Đông và bán đảo Đông Dương (He
và đồng tác giả, 2004 [13]; Wang và đồng tác giả, 2003[26]...)
Gió mùa mùa hè (mùa đông) Châu Á và gió mùa mùa đông (mùa hè) Châu Úc có
mối liên hệ chặt chẽ với nhau, thậm chí có thể gộp chung thành hệ thống gió mùa Á –
Úc. Do đó, sự dịch chuyển theo mùa của gió mùa Châu Á, sự tương tác giữa khí quyển
ở bán cầu bắc và bán cầu nam và sự dịch chuyển của đối lưu vùng nhiệt đới giữa hai
châu lục là không thể tách rời. Zeng và Li (2002) [37] cho rằng sự di chuyển của vùng
đối lưu nhiệt quy mô hành tinh trùng pha với các sóng tựa tĩnh hành tinh (tác động
chính) và tương phản đất biển, độ cao địa hình (tác động phụ) là nguyên nhân của
vùng mưa gió mùa Châu Á – Úc. Khu vực Maritime Continent bao gồm cả Sumatra và
Kalimanta... là khu vực đối lưu phát triển lớn nhất trên thế giới, và sự di chuyển của
đối lưu Sumatra rất “gần” với sự bùng nổ gió mùa tại bán đảo Đông Dương. Nếu gọi
vùng Maritime Continent là “cây cầu” nối giữa hai lục địa Châu Á và Châu Úc (He,
2004 [13]; Chang, 2004 [8]; Wang , 2004 [30]) thì cơ chế dịch chuyển theo mùa của
đối lưu khu vực này chính là cơ chế gây bùng nổ gió mùa mùa hè Châu Á.
Quan điểm cổ điển nhìn nhận tương phản đốt nóng giữa lục địa – đại dương là
5
nguyên nhân chính của gió mùa, tuy nhiên cách nhìn nhận này không giải thích thỏa
đáng cho sự bùng nổ đột ngột của gió mùa cũng như các chu kì hoạt động – gián đoạn
của hệ thống này. Webster và đồng tác giả (1998) [34] đã chỉ ra rằng bên cạnh đốt
nóng bề mặt, có rất nhiều yếu tố tác động dẫn đến sự phức tạp của gió mùa. Các yếu tố
có thể liệt kê bao gồm:
Vai trò của tương phản đất – biển: Đất và biển có sự khác nhau về nhiệt dung,
nước có khả năng tích trữ lượng nhiệt lớn vì chất lỏng có thể đưa nhiệt xuống phía
dưới nhờ quá trình xáo trộn rối, sau đó lượng nhiệt sẽ được giải phóng trở lại khí
quyển trong quá trình bốc hơi. Mặt khác, trong mùa hè, lục địa nóng lên nhanh hơn so
với đại dương, gây nên sự phân bố nhiệt không đồng đều và do đó, hoàn lưu gió mùa
hình thành, đóng vai trò như cỗ máy nhiệt khổng lồ để cân bằng với sự chênh lệch
nhiệt lực này.
Vai trò của hơi nước trong không khí:
Hình 1.1. Vai trò của độ ẩm ngưng kết tới hoàn lưu quy mô lớn.
Nguồn: Webster và đồng tác giả (1998) [34].
Hơi nước bốc hơi từ đại dương, ngưng kết và gây mưa sẽ giải phóng lượng ẩn
nhiệt. Ẩn nhiệt làm thay đổi gradient nhiệt độ theo phương thẳng đứng nên dẫn đến sự
gia tăng chênh lệch gradient khí áp theo chiều ngang. Gradient khí áp tăng đồng nghĩa
với tăng gió mực thấp, do đó tăng lượng ẩm cung cấp cho đối lưu – một lần nữa 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.
6
Hình 1.1 mô tả quá trì hồi tiếp này với bên trái là mô hình khí quyển với không khí
khô còn bên phải là không khí ẩm. Do quá trình giải phóng ẩn nhiệt đối lưu, đường
đoạn nhiệt ẩm (W2) trong Hình 1.1b lớn hơn đường đoạn nhiệt khô trong Hình 1.1a, do
đó chênh lệch gradient khí áp mực trên cao theo phương ngang sẽ lớn hơn, đồng nghĩa
với cường độ gió mạnh hơn.
Tác động của ENSO: ENSO vẫn được coi là nguyên nhân chính gây ra sự thay đổi
từ hàng năm của gió mùa Á – Úc. Lượng mưa tại Ấn Độ có xu hướng giảm đi trong
suốt giai đoạn phát triển của El Niño, đặc biệt trong ba tháng: Tháng Tám, Tháng
Chín, Tháng Mười, mặc dù mối quan hệ này thay đổi và yếu trong hai thập kỉ gần đây.
Mặt khác, sự biến đổi chính tại khu vực gió mùa mùa hè Đông Á lại được nhận thấy
trong những năm sau El Niño, tuy cũng có một số ít năm là trong suốt cả giai đoạn
phát triển của El Niño. Trong những năm sau El Niño, lượng mưa mùa hè tại Tây Bắc
Thái Bình Dương giảm trong khi giáng thủy front cận nhiệt Đông Á lại tăng cường.
Các nhà khí hậu cũng nhận thấy rằng trong pha cực trị của El Niño, sự thiếu hụt lượng
mưa gió mùa Châu Úc theo sau gió mùa yếu tại Ấn Độ, ngược lại lượng mưa tăng trên
toàn Ấn Độ và Biển Đông trong giai đoạn sau đó.
Quy luật chu kì năm của gió mùa :
Hình 1.2. Hoàn lưu khí quyển trong mùa hè và mùa đông bắc bán cầu.
Nguồn: Webster và đồng tác giả (1998) [34].
Dựa trên thống kê số liệu quan trắc cho thấy có sự luân phiên tuần tự của năm gió
mùa mạnh và năm gió mùa yếu. Theo Hình 1.2, những năm gió mùa mạnh, gió Ekman
(gió bề mặt) vận chuyển lượng nhiệt lớn từ Bắc Ấn Độ Dương xuống Nam Ấn Độ
7
Dương khiến cho bắc bán cầu lạnh đi nhanh chóng, gradient qua xích đạo của nhiệt độ
khí quyển giảm, đồng nghĩa với sự yếu đi của gió mùa. Điều ngược lại xảy ra trong
những năm gió mùa yếu. Vì vậy sau một năm gió mùa mạnh sẽ là một năm gió mùa
yếu hơn và ngược lại.
Vai trò của lục địa - địa hình: Lục địa – địa hình không chỉ có vai trò như một bức
tường lớn chặn các dòng mực thấp để gây mưa cưỡng bức, nó còn làm biến đổi biên
độ và các quá trình vận chuyển năng lượng của các sóng trong khí quyển. Ở các mực
trên cao, dòng xiết gió tây hình thành lên những rãnh tĩnh ở sườn khuất gió của các
dãy núi, ví dụ như dãy Rocky và cao nguyên Tibet. Phía đông của các rãnh này, gió
tây với vận tốc được tăng cường chiếm ưu thế. Các nghiên cứu với mô hình toàn cầu
của Syukuro và Theodore (1973) [23] cũng chỉ ra rằng, địa hình cao làm tăng cường
động năng của các nhiễu động tĩnh bằng cách làm tăng sự chuyển hóa xoáy thế năng
và làm giảm động năng của các nhiễu động tức thời. Nhìn chung, so với trường hợp có
địa hình, những thí nghiệm trong trường hợp không có địa hình làm thay đổi đáng kể
sự phân bố mưa và làm tăng rất mạnh trường gió vĩ hướng.
Phương pháp động lực và mô hình hóa trong dự báo thời tiết nói chung và nghiên
cứu các hệ thống khí quyển nói riêng đã được phát triển từ những năm 1950 của thế kỉ
XX. Mặc dù ở thời điểm hiện tại, bài toán mô phỏng chính xác những hệ thống thời
tiết vẫn còn là vấn đề khó khăn. Tuy nhiên việc sử dụng các mô hình đơn giản như mô
hình hoàn lưu hai chiều hoặc các mô hình ba chiều phức tạp nhưng được loại bỏ đi
một số tham số đầu vào như bức xạ, đia hình hoặc thay đổi trường nhiệt độ mặt biển...
giúp đưa ra những cái nhìn sâu hơn về vai trò của từng yếu tố trong việc hình thành
nên hệ thống hoàn lưu toàn cầu.
Nghiên hoàn lưu gió mùa được phát triển từ khá sớm, tuy nhiên hai lí thuyết đầu
tiên phản ánh một cách gần đúng hoàn lưu quan trắc phải kể đến là lí thuyết hoàn lưu
tuyến tính của Gill (1980) [11] và lí thuyết hoàn lưu phi tuyến Hadley của Held - Hou
(1980)[14]. Mô hình hoàn lưu tuyến tính của Gill dựa trên một phân bố lượng mưa cho
trước và từ sự đốt nóng ẩn nhiệt được giải phóng của các vùng mưa này hình thành
nên các sóng Kelvin và Rossby như được biểu diễn trong Hình 1.3. Mô hình này đã
giải thích được sự hình thành của trường gió đông mực thấp. Tuy nhiên, sai lầm của lí
8
Tải về để xem bản đầy đủ
94 trang
22700
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu một số đặc trưng nhiệt động lực quy mô lớn thời kỳ bùng nổ gió mùa mùa hè trên khu vực Nam Bộ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_mot_so_dac_trung_nhiet_dong_luc_quy_mo_l.pdf
