Luận văn Nghiên cứu ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và mùa mưa ở Tây Nguyên
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
PHẠM THỊ CHÂM
NGHIÊN CỨU NGÀY BẮT ĐẦU GIÓ MÙA MÙA HÈ VÀ MÙA
MƯA Ở TÂY NGUYÊN
Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 60440222
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN ĐĂNG QUANG
Hà Nội – Năm 2017
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Đăng Quang,
người đã định hướng, tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn
này.
Qua đây, tôi xin gửi tới các thầy cô Khoa Khí tượngꢀThủy vănꢀHải dương
học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, cũng như các
thầy cô đã tham gia giảng dạy lớp cao học Khí tượng khóa 2015ꢀ 2017, đặc biệt là
thầy Phan Văn Tân, lời cảm ơn sâu sắc đối với công lao dạy dỗ, chỉ dẫn nhiệt tình
trong suốt khóa học và thời gian làm luận văn.
Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và tất cả mọi người đã quan tâm, tạo điều
kiện, động viên cổ vũ tôi để tôi có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Hà Nội ngày 02 tháng 12 năm 2017
Phạm Thị Châm
MỤC LỤC
Chương 1................................................................................................................ 1
TỔNG QUAN ........................................................................................................ 1
1.1 Tổng quan các nghiên cứu về ngày bắt đầu gió mùa mùa hè............................ 2
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới..........................................................2
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước............................................................5
1.2 Tổng quan các nghiên cứu về ngày bắt đầu mùa mưa........................................ 12
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................12
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước..........................................................14
Chương 2...............................................................................................................17
SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP.............................................................................17
2.1 Số liệu.............................................................................................................................. 17
2.2 Phương pháp.................................................................................................................. 18
2.2.1 Phương pháp xác định ngày bắt đầu gió mùa mùa hè ........................18
2.2.2 Phương pháp xác định ngày bắt đầu mùa mưa....................................18
2.2.3 Phương pháp phân tích tương quan CaNon (CCA) sử dụng để dự báo
ngày bắt đầu mùa mưa......................................................................................19
2.2.4. Phương pháp kiểm chứng chéo phương trình hổi quy (live one out
cross validation). ...............................................................................................25
2.2.5 Phương pháp và chỉ tiêu dùng để đánh giá dự báo .............................25
Chương 3...............................................................................................................28
CÁC KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH ........................................................................28
3.1. Đặc điểm trường mưa trên khu vực Tây Nguyên............................................... 28
3.1.1 Toàn bộ khu vực Tây Nguyên ..............................................................29
3.1.2 Các khu vực cụ thể.................................................................................34
3.2 Ngày bắt đầu gió mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên................................. 42
3.3 Ngày bắt đầu mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên.............................................. 46
3.4. Hoàn lưu thời kỳ trước mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên.......................... 52
3.4. Kết quả thử nghiệm dự báo ngày bắt đầu mùa mưa cho khu vực Tây
Nguyên................................................................................................................................... 55
KẾT LUẬN...........................................................................................................71
Tài liệu tham khảo .................................................................................................73
PHỤ LỤC..............................................................................................................76
Danh mục bảng
Bảng1.1 Ngày bắt đầu (OD), ngày kết thúc (WD) và khoảng thời gian giữa OD và
WD (đơn vị: ngày) của mùa mưa gió mùa mùa hè ở Việt Nam trong thời
kỳ từ 1979ꢀ2010. .....................................................................................10
Bảng 3.1 Kinh vĩ độ các trạm nghiên cứu tại khu vực Tây Nguyên.........................28
Bảng 3.2 Ngày bắt đầu và kết thúc mùa mưa trên các khu vực...............................41
Bảng 3.3 Ngày bắt đầu gió mùa mùa hè cho khu vực Tây Nguyên (11ꢀ150N, 107ꢀ
1100E) bằng việc sử dụng chỉ số NRM. ...................................................43
Bảng 3.4 Ngày bắt đầu gió mùa mùa hè cho khu vực phía bắc (11ꢀ130N, 107ꢀ1100E)
(bên trái) và phía nam Tây Nguyên (13ꢀ150N, 107ꢀ1100E) (bên phải) bằng
việc sử dụng chỉ số NRM.........................................................................45
Bảng 3.5 Ngày bắt đầu mùa mưa trung bình cho toàn khu vực Tây Nguyên từ năm
1981 đến năm 2016.................................................................................46
Bảng 3.6 Ngày bắt đầu mùa mưa cho 17 trạm trên khu vực Tây Nguyên...............49
Bảng 3.7 Ngày bắt đầu mùa mưa sớm nhất và muộn nhất của 17 trạm trên khu vực
Tây Nguyên.............................................................................................51
Bảng 3.8 Bảng phân phối các giá trị riêng của 10 mode đầu tiên của các trường
SST, OLR, U850 và ORD. .......................................................................56
Bảng 3.9 Hệ số tương quan Canon tương ứng với các mode của ba nhân tố dự báo
SST, OLR và U850 và chỉ số rtb chính là hệ số tương quan trung bình các
trạm giữa dự báo và quan trắc................................................................57
Bảng 3.10 Hệ số tương quan giữa dự báo và quan trắc cho từng trạm tương ứng
với các nhân tố dự báo, hai cột cuối cùng là hệ số tương quan cao nhất
cho từng trạm ứng với các nhân tố dự báo..............................................64
Bảng 3.11 chỉ số PC đánh giá dự báo xu thế ngày bắt đầu mùa mưa cho 3 năm
2015, 2016, 2017. ...................................................................................69
Danh mục hình
Hình 1.1 Bản đồ phân chia khu vực gió mùa mùa hè Châu ÁꢀThái Bình Dương
thành 3 tiểu khu vực. ISM là khu vực gió mùa Ấn Độ và EASM là khu vực
gió mùa Đông Á là khu vực gió mùa nhiệt đới, WNPSM là khu vực gió
mùa cận nhiệt đới (khu vực gió mùa tây bắc Thái Bình Dương). Khu vực
Tây Nguyên thuộc bán đảo Đông Dương, nằm trong đới chuyển tiếp giữa
3 khu vực gió mùa.................................................................................... 1
Hình 1.2 (a) Biến trình của các biến MSLP (được tô màu xám đậm), U850 (được tô
màu xám nhạt) U200 (đường chấm), OLR (đường đậm mảnh), mưa
(đường gạchꢀchấm), chỉ số NRM (đường đen đậm) được lấy trung bình từ
năm 1979ꢀ2010. Vùng giao nhau đại diện cho mưa gió mùa. (b) Chỉ số
NRM, MSLP, U850 trong năm 2010 trên khu vực Việt Nam và Biển Đông,
(7.5–25°N, 100–120°E), trục Y giá trị chuẩn sai được chuẩn hóa, trục X là
ngày, trung bình trượt 5 ngày (Nguyễn Đăng Quang và cộng sự, 2014)... 9
Hình 2.1 Thành phần theo không gian của mode 1 trong phân tích tương quan
Canon (a): hình thế SST; (b) hình thế PRPC tại Phillipine tương ứng.....23
Hình 2.2 Biến trình thành phần theo thời gian của SST (màu đỏ) và PRCP (màu
xanh) của mode 1....................................................................................23
Hình 3.1 Lượng mưa năm trung bình tại các trạm trên khu vực Tây Nguyên. .......30
Hình 3.2 Lượng mưa tháng TBNN tại khu vực Tây Nguyên....................................30
Hình 3.3 Lượng mưa tuần TBNN tại khu vực Tây Nguyên.....................................31
Hình 3.4 Biến trình lượng mưa ngày TBNN trên khu vực Tây Nguyên tính cả hai
trạm phía đông (An Khê và MĐrăk)........................................................32
Hình 3.5 Biến trình lượng mưa ngày TBNN trên khu vực Tây Nguyên bỏ qua hai
trạm phía đông (An Khê và MĐrăk)........................................................34
Hình 3.6 Lượng mưa tháng TBNN tại khu vực Tây Nguyên....................................35
Hình 3.7 Lượng mưa tuần TBNN trên khu vực Tây Nguyên ..................................36
Hình 3.8. Lượng mưa ngày TBNN tại khu vực bắc Tây Nguyên .............................37
Hình 3.9 Lượng mưa ngày TBNN trên khu vực trung Tây Nguyên .........................37
Hình 3.10 Lượng mưa ngày TBNN trên khu vực phía tây nam Tây Nguyên...........38
Hình 3.11 Lượng mưa ngày TBNN trên khu vực phía đông nam Tây Nguyên.........39
Hình 3.12 Lượng mưa ngày TBNN trên khu vực phía đông Tây Nguyên ...............39
Hình 3.13 Biến trình trung bình nhiều năm (1981ꢀ2016) của chỉ số NRM cho khu
vực Tây Nguyên (11ꢀ150N, 107ꢀ1100E). ................................................42
Hình 3.14 Biến trình năm 1981 và năm 1986 của chỉ số NRM cho khu vực Tây
Nguyên (11ꢀ150N, 107ꢀ1100E)...............................................................43
Hình 3.15 Biến trình năm 1988 và năm 2010 của chỉ số NRM cho khu vực Tây
Nguyên (11ꢀ150N, 107ꢀ1100E)...............................................................44
Hình 3.16 Biến trình của chỉ số NRM TBNN cho khu vực phía bắc (11ꢀ130N, 107ꢀ
1100E) và phía nam Tây Nguyên (13ꢀ150N, 107ꢀ1100E). .......................44
Hình 3.17 Chuẩn sai ngày bắt đầu mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên theo các
năm và mối quan hệ giữa ngày bắt đầu mùa mưa trên khu vực Tây
Nguyên và ENSO, trong đó ký hiệu ở trục tung N: năm Trung tính, E:
năm El Nino; L: năm La Nina, NꢀE: năm chuyển từ Trung tính sang El
Nino;NꢀL: năm chuyển từ trung tính sang La Nina; EꢀNꢀL: đầu năm El
Nino, giữa năm Trung tính, cuối năm La Nina; tương tự đối với những ký
hiệu khác...............................................................................................47
Hình 3.18 Đường dòng, tốc độ gió (được tô màu) và độ cao địa thế vị (đường
contour) trung bình ba tháng DJF trên mực 850, 700 và 500mb trung
bình các năm có mùa mưa đến sớm bên trái và trung bình các năm có
mùa mưa đến muộn (bên phải)..............................................................53
Hình 3.19 Đường dòng, tốc độ gió (được tô màu) và độ cao địa thế vị (đường
contour) trung bình ba tháng DJF trên mực 850, 700 và 500mb trung
bình các năm có mùa mưa đến xấp xỉ trung bình nhiều năm. ................54
Hình 3.20 Các bản đồ về phân tích tương quan Canon giữa SST và ORDA mode1
(bên trái) và giữa OLR và ORDA mode1 (bên phải)..............................58
Hình 3.21 Các bản đồ về phân tích tương quan Canon giữa U850 và ORDA mode1
(bên trái) và mode2 (bên phải)..............................................................60
Hình 3.22 Kết quả ORDA dự báo và ORDA quan trắc các năm tại một số trạm tiêu
biểu với các nhân tố dự báo SST, U850 và OLR....................................63
Hình 3.23 Sai số trung bình ME (bên trái) và sai số trung bình tuyệt đối MAE(bên
phải) cho từng trạm của các nhân tố dự báo SST, U850 và OLR...........65
Hình 3.24 Chuẩn sai ORDA dự báo cho các năm 2015, 2016, 2017 sử dụng nhân tố
dự báo SST (a, e, i); nhân tố dự báo OLR (b, f, k); nhân tố dự báo U850
(c, e, n) và chuẩn sai ORDA quan trắc các năm 2015, 2016, 2017 (d, h,
m). ........................................................................................................68
Hình 3.25 Sai số trung bình tuyệt đối MAE dự báo ngày bắt đầu mùa mưa tại khu
vực Tây Nguyên cho 3 năm 2015, 2016, 2017. ......................................69
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TBNN: trung bình nhiều năm
SST: nhiệt độ bề mặt biển
OLR: phát xạ sóng dài
U850: gió vĩ hướng trên mực 850mb
MSLP: khí áp trung bình mực biển
CCA: phương pháp phân tích tương quan Canon
JFM: trung bình ba tháng một, hai, ba.
ORD: ngày bắt đầu mùa mưa
ORDA: chuẩn sai ngày bắt đầu mùa mưa
SVD: phương pháp phân tích giá trị riêng
KV: khu vực
DAKTO: Đăk Tô
KONTUM: Kon Tum
PLEIKU: Pleiku
BUONHO: Buôn Hồ
BMTHUOT: Buôn Mê Thuột
LAK: Lăk
DAKMIL: Đăk Mil
DAKNONG: Đăk Nông
DALAT: Đà Lạt
LIENKHUONG: Liên Khương
BAOLOC: Bảo Lộc
ANKHE: An Khê
MDRAK: MĐrăk
MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, tình hình ít mưa, hạn hán ở Tây Nguyên và Nam Bộ đã
xảy ra khốc liệt và thường xuyên hơn, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống xa hội,
nên các thông tin về dự báo mưa hạn dài ở các khu vực này về thời điểm bắt đầu và
kết thúc cũng như tổng lượng mưa toàn mùa luôn là những yêu cầu bức thiết của xã
hội đối với ngành dự báo khí tượng.
Khu vực Tây Nguyên bao gồm một chuỗi các cao nguyên liền kề phía nam
Việt Nam gồm có 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, là nơi có địa hình phức tạp, bao
gồm nhiều núi đá, phần phía đông được bao bọc bởi dãy núi Trường Sơn, khí hậu
một năm được phân làm hai mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa. Chịu ảnh hưởng
của gió mùa mùa hè, nên trước đây, mùa mưa ở các khu vực này thường được xem
như là ngày bùng phát của gió mùa mùa hè. Trên thực tế, nhiều khi chưa đến ngày
bùng phát gió mùa mùa hè, nhưng mưa đã xảy ra trên khu vực Tây Nguyên do
nhiều hình thế thời tiết khác nhau. Đặc điểm phân bố mưa theo không gian và thời
gian cũng như các đặc trưng mưa như tổng lượng mưa tháng và mùa và ngày bắt
đầu mùa mưa có ảnh hưởng rất lớn đến các lĩnh vực nông, lâm, ngư nghiệp cũng
như việc quản lý tài nguyên nước, vận hành, điều tiết các hồ thủy điện…Vì vậy,
việc nghiên cứu ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và mùa mưa, đặc biệt là ngày bắt đầu
mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên là điều hết sức cần thiết.
Hiện nay, trong thực tế dự báo nghiệp vụ, việc dự báo ngày bắt đầu mùa mưa
ở khu vực Tây Nguyên vẫn bị bó hẹp trong phạm vi dự báo hạn 10 ngày, còn việc
dự báo ngày bắt đầu mùa mưa trong hạn dự báo xa hơn vẫn còn là một vấn đề cần
tìm hiểu và nghiên cứu. Một số nghiên cứu về ngày bắt đầu gió mùa mùa hè trước
đây cho rằng khi gió mùa mùa hè bắt đầu cũng là thời điểm bắt đầu mùa mưa (như
nghiên cứu của Phạm Thị Thanh Hương, Trần Việt Liễn, Phạm Xuân Thành…).
Tuy nhiên, thực tế số liệu quan trắc ở khu vực Tây Nguyên trong một số năm mùa
mưa xảy ra sớm hơn khi gió mùa mùa hè bắt đầu, một số năm thì ngược lại, mùa
mưa tới muộn hơn. Như vậy, câu hỏi đặt ra là mùa mưa ở Tây Nguyên có đặc trưng,
đặc điểm gì khác biệt so với các khu vực gió mùa khác trên thế giới và cũng như
các khu vực khác ở nước ta. Liệu có mối liên hệ chặt chẽ nào không giữa ngày bắt
đầu mùa mưa ở Tây Nguyên với những nhân tố khí quyển khác?
Chính vì vậy đề tài luận văn “Nghiên cứu ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và
mùa mưa ở Tây Nguyên” đề ra ba mục tiêu chính:
ꢀ Xác định ngày bắt đầu mùa gió mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên.
ꢀ Xác định ngày bắt đầu mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên.
ꢀ So sánh ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và ngày bắt đầu mùa mưa trên khu vực
Tây Nguyên. Từ đó tìm hiểu khả năng dự báo hạn vừa và hạn dài cho thời
điểm bắt đầu mùa mưa ở Tây Nguyên.
Cấu trúc luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và
ngày bắt đầu mùa mưa.
Chương 2: Số liệu và phương pháp.
Chương 3: Các kết quả và phân tích. Chương này sẽ phân tích các kết quả về đặc
điểm trường mưa trên khu vực Tây Nguyên, ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và
ngày bắt đầu mùa mưa cho khu vực Tây Nguyên. Đưa ra kết quả thử nghiệm dự
báo ngày bắt đầu mùa mưa cho khu vực Tây Nguyên cho ba năm 2015, 2016 và
2017.
Chương 1
TỔNG QUAN
Các hoàn lưu gió mùa, đặc trưng bởi sự đảo ngược theo mùa của hướng gió
trên các khu vực đất liền nhiệt đới trên thế giới, là nhân tố chính chi phối các chu kỳ
mưa theo mùa trên các khu vực này. Khu vực gió mùa mùa hè châu Á là một hệ
thống gió mùa lớn nhất trên thế giới. Theo Wang và Ho (2002) [25], hệ thống gió
mùa mùa hè Châu Á được chia thành ba tiểu hệ thống gió mùa: gió mùa mùa hè Ấn
Độ (ISM), gió mùa mùa hè tâyꢀbắc Thái Bình Dương (WNPSM), gió mùa mùa hè
Đông Á (EASM). Khu vực bán đảo Đông Dương, trong đó có Việt Nam và khu vực
Tây Nguyên nằm trong đới chuyển tiếp và là nơi giao tranh của ba hệ thống gió mùa
nói trên (hình 1.1).
Hình 1.1. Bản đồ phân chia khu vực gió mùa mùa hè Châu ÁꢀThái Bình Dương
thành 3 tiểu khu vực. ISM là khu vực gió mùa Ấn Độ và EASM là khu vực gió mùa
Đông Á, WNPSM là khu vực gió mùa tây bắc Thái Bình Dương. Khu vực Tây
Nguyên thuộc bán đảo Đông Dương, nằm trong đới chuyển tiếp giữa 3 khu vực gió
mùa.
Ở Việt Nam, hoàn lưu gió mùa ảnh hưởng khá lớn đến thời tiết, trong đó gió
mùa mùa hè là hệ thống chính chi phối mùa mưa ở khu vực Tây Nguyên và Nam
Bộ. Với địa hình cao và phức tạp, lại nằm trong khu vực giao tranh giữa các hệ
thống gió mùa, nên đặc mùa mưa tại khu vực Tây Nguyên có các đặc trưng khác
biệt so với mùa mưa tại các khu vực gió mùa khác trên thế giới.
1
Các quan niệm trước đây cho rằng mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên bắt
đầu trùng với thời điểm bắt đầu mùa gió mùa mùa hè, hay nói cách khác nguyên
nhân gây mưa trên khu vực Tây Nguyên là do gió mùa mùa hè. Vì thế các nghiên
cứu trước đây về ngày bắt đầu gió mùa mùa hè cho khu vực Tây Nguyên và Nam
Bộ thường tính đến cả yếu tố mưa trong chỉ tiêu. Tuy nhiên, trên thực tế, nhiều năm,
mưa xảy ra trên khu vực Tây Nguyên trước khi gió mùa mùa hè bắt đầu gọi là mưa
tiền gió mùa. Do mưa rất quan trọng trong đời sống và có tác động lớn đến nông,
lâm, ngư nghiệp cũng như khi mùa mưa bắt đầu sẽ chấm dứt các thời kỳ hạn hán,
như vậy, nếu coi mùa mưa trùng với mùa gió mùa mùa hè thì việc dự báo ngày bắt
đầu gió mùa mùa hè cho khu vực Tây Nguyên chưa thực sự sát so với mùa mưa
thực tế, là do trước khi gió mùa mùa hè xảy ra thì tại một số nơi, mưa đã xảy ra
trước đó rồi. Vì thế, luận văn phân biệt hai khái niệm là ngày bắt đầu mùa mưa và
ngày bắt đầu gió mùa mùa hè, không tính đến yếu tố của mưa trong chỉ tiêu riêng
biệt với nhau để tính toán và so sánh.
1.1Tổng quan các nghiên cứu về ngày bắt đầu gió mùa mùa hè.
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới.
Cho đến nay, trên thế giới có khá nhiều nghiên cứu về ngày bắt đầu gió mùa
không tính đến chỉ tiêu về mưa, trong đó, có các nghiên cứu về gió mùa khu vực
Đông Á và khu vực Biển Đông. Ví dụ như Wang và LinHo (2004) [24] sử dụng chỉ
số gió vĩ hướng mực 850hpa tính trung bình miền (5oꢀ15oN, 110oꢀ120oE) (kí hiệu là
USCS) thời kỳ 1948ꢀ2001 từ NCEP/NCAR để xác định ngày bắt đầu gió mùa mùa hè
trên khu vực Biển Đông. Cụ thể, ngày bắt đầu gió mùa trên khu vực Biển Đông
được xác định bởi pentad đầu tiên sau ngày 25 tháng 4 đáp ứng hai tiêu chí sau: (a)
trong pentad đầu tiên có USCS lớn hơn 0; (b) trong bốn pentads tiếp theo (bao gồm
cả pentad bắt đầu) ít nhất ba pentads có USCS lớn hơn 0 và tính trung bình 4 pentad
USCS phải lớn hơn 1m/s. Kết quả nghiên cứu cho thấy pentad bùng phát sớm nhất là
pentad 25 (1ꢀ5 tháng 5) và muộn nhất là pentad 34 (14ꢀ19 tháng 6). Tính trung bình
cả thời kỳ là pentad 28 (15ꢀ20 tháng 5). Kajikawa, Wang B. (2012) [12] sử dụng số
liệu tái phân tích về gió vĩ hướng mực 850hpa của NCEP/NCAR từ năm 1945ꢀ
2
2008, phát triển chỉ tiêu của Wang và LinHo (2004) thành chỉ tiêu cụ thể như sau:
(1) vào ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và trong suốt 5 ngày sau ngày bắt đầu, chỉ số
SCSSM trung bình phải lớn hơn 0 (có nghĩa là gió tây được thiết lập một cách liên
tục); (2) trong hai mươi ngày tiếp theo, chỉ số SCSSM phải dương trong ít nhất 15
ngày; (3) chỉ số SCSSM trung bình cộng dồn trong 20 ngày phải lớn hơn 1m/s
(nghĩa là có sự chuyển đổi mùa liên tục). Trong đó SCSSM là tốc độ gió vĩ hướng
trên mực 850hpa trung bình cho khu vực biển Đông trong miền (5oꢀ15oN, 110oꢀ
120oE). Kết quả cho thấy, trong giai đoạn sau này từ năm 1994ꢀ2008, ngày bắt đầu
gió mùa mùa hè trung bình trên khu vực biển Đông xảy ra sớm hơn (vào ngày 14
tháng 5) so với giai đoạn từ năm 1979ꢀ1993 (vào ngày 30 tháng 5). Năm 2008
Wang và cộng sự [26] đã tổng kết và thảo luận về một số chỉ tiêu gió mùa mùa hè
đã được nghiên cứu và đề xuất và phân chia các loại chỉ số gió mùa thành 5 loại như
sau:
Loại thứ nhất dựa trên sự tương phản về nhiệt độ giữa phía đông và phía tây
được xây dựng bởi sự khác biệt về khí áp mực nước biển trên khu vực đất liền Đông
Á và khu vực đại dương ở Tây Bắc Thái Bình Dương. Ý tưởng ban đầu được đề
xuất bởi Guo (1983), chỉ số này sau đó được sửa đổi bởi Shi và Zhu (1996), Peng và
cộng sự (2000), Zhao và Zhou (2005). Quan niệm đằng sau định nghĩa ban đầu này
là sự tương phản về nhiệt độ giữa đại dương và đất liền theo hướng đôngꢀtây có khả
năng xác định được cường độ gió mùa tây nam trên khu vực Đông Á.
Loại thứ hai phản ánh "sự tương phản về nhiệt độ giữa phía bắc và phía nam"
bằng cách sử dụng độ đứt theo chiều thẳng đứng của gió vĩ hướng, như nghiên cứu
của Webster và Yang (1992). Hầu hết các chỉ số trong thể loại này tính toán bằng
gió nhiệt vĩ hướng giữa mực 850 và mực 200 hPa. Điều này dựa trên sự tương phản
về nhiệt độ giữa khu vực đất liền Đông Á và và Biển Đông, ví dụ như Wang và
cộng sự (1998), Zhu và cộng sự (2000), He và cộng sự (2001). Ý tưởng đằng sau
các chỉ số này nhấn mạnh tầm quan trọng của sự tương phản về nhiệt độ giữa biển
và đất liền.
3
Loại thứ ba là các chỉ số sử dụng độ đứt của xoáy (shear vorticity) (thường
được thể hiện bằng một gradient theo hướng bắc nam của gió vĩ hướng). Wang và
Fan (1999) lần đầu tiên đã đề xuất một chỉ số tính đến độ đứt của xoáy để định
lượng sự biến đổi của gió mùa mùa hè trên khu vực tây bắc Thái Bình Dương. Chỉ
số này được xác định bởi hiệu của U850 trên khu vực (5° ꢀ15° N, 90° ꢀ130 ° E) và
U850 trên khu vực (22,5° ꢀ32,5° N, 110° ꢀ140° E), trong đó U850 là gió vĩ hướng
trên mực 850 hPa. Zhang và cộng sự. (2003) đã sử dụng một chỉ số về xoáy tương
tự nhưng thay đổi miền xác định đi một chút, đó là, U850 (10°ꢀ20° N, 100°ꢀ150° E)
trừ đi U850 (25°ꢀ35° N, 100° ꢀ 150° E). Lau và Yang (2000) đã áp dụng chỉ số độ
đứt xoáy lên gió vĩ hướng mực 200ꢀhPa để kiểm tra sự thay đổi trong dòng dòng
xiết gió tây ở tầng đối lưu trên ảnh hưởng đến gió mùa mùa hè Đông Á như thế nào.
Huang và Yan (1999) đã giới thiệu một chỉ số kết nối từ xa trong khí quyển phản
ánh xoáy trên mực 500ꢀhPa tại ba lưới trong khu vực Đông Á và Tây Bắc Thái Bình
Dương.
Thể loại thứ tư có thể được gọi là chỉ số "gió mùa tây nam", trực tiếp đánh
giá cường độ của gió mùa Đông Á ở mực thấp sử dụng gió tây nam mực850ꢀhPa.
Khu vực gió được tính trung bình bao phủ chủ yếu các vùng gió mùa mùa hè Đông
Á cận nhiệt đới và trải dài trên các vĩ tuyến khác nhau (Li và Zeng (2002), Wang
(2002), Qiao và cộng sự (2002), Ju và cộng sự (2005)). Vài chỉ số sử dụng thành
phần gió nam (Wu và Ni 1997) hoặc biến thiên kinh hướng của thành phần gió nam
(Y. F. Wang và cộng sự, 2001).
Loại thứ năm có thể được phân loại là "chỉ số gió mùa Biển Đông", bởi vì
trong loại này, gió mùa Biển Đông được coi là một phần nhiệt đới quan trọng của
gió mùa mùa hè Đông Á và sự thay đổi của nó thường chỉ ra sự thay đổi trong gió
mùa mùa hè Đông Á. Chang và Chen (1995) là người sớm nhận ra việc sử dụng một
chỉ số gió tây nam mực thấp, nhưng họ chỉ sử dụng nó để tìm ra thời kỳ bắt đầu của
gió mùa chứ không phải cường độ của gió mùa bởi vì họ xác định gió mùa mùa hè
Đông Á chủ yếu trên hệ thống mưa tiền meiꢀyu và hệ thống mưa meiyu . Các chỉ số
gió mùa Biển Đông được biểu hiện bằng một số biến như sự khác biệt phân kỳ theo
4
chiều thẳng đứng (Li và Zhang 1999), sự kết hợp của gió tây nam 850ꢀhPa và bức
xạ sóng dài OLR, Liang và cộng sự (1999), Wu và Liang (2001), Zhang và cộng sự.
2002), hoặc chỉ tính đến gió tây nam mực 850hpa và 1000hPa (Dai và cộng sự
2000, Lu và Chan 1999), và xoáy thế ẩm (Yao và Qian 2001).
Tuy nhiên, hầu hết các thử nghiệm trước đó để thiết lập một chỉ số gió mùa
chỉ giới hạn cho các vùng cụ thể và nhìn chung thiếu đặc tính ứng dụng toàn cầu.
Nhận ra điều thiếu sót này, Li và Zeng (2002) [15] đã đề xuất một chỉ số gió mùa
hợp nhất, yêu cầu chúng phải phù hợp cho toàn bộ các vùng gió mùa. Họ đã chứng
minh thành công việc mô tả những biến đổi theo mùa và nội mùa, nhưng khi chỉ số
này chỉ dựa trên cơ sở gió trung bình tháng được chuẩn hóa, nó không thể xác định
chính xác thời điểm bắt đầu và kết thúc gió mùa. Bằng việc sử dụng tiêu chuẩn
chung, Zhang và Wang (2008) [28], đã tổng kết và giới thiệu một chỉ số gió mùa có
dấu ngược lại với chỉ số của WF (được xây dựng bởi Wang và Fan (1999) có thể
nhận định được mùa mưa và xác định chính xác thời điểm bắt đầu và kết thúc cho
hầu hết các loại gió mùa. Về mặt vật lý, chỉ số WF về độ đứt xoáy phản ánh sự khác
nhau trong cả hai hình thế rãnh gió mùa tây bắc Thái Bình Dương và áp cao cận
nhiệt. Hai hệ thống này là những yếu tố chính của hệ thống tuần hoàn gió mùa mùa
hè Đông Á (Tao và Chen 1987). Chỉ số WF ban đầu được thiết kế để biểu thị sự
thay đổi lượng mưa so với phía bắc Biển Đông và biển Philippine (Wang và Fan
1999). Chức năng này được khẳng định ở đây bởi hệ số tương quan giữa chỉ số WF
và trung bình chuẩn sai lượng mưa trên vùng biển Phillipine ở khu vực phía bắc
Biển Đông (10° ꢀ20° N, 110° ꢀ140° E) khá cao, lên đến 0,8 cho giai đoạn 28 năm
1979ꢀ2006. Tuy nhiên, Zhang và Wang (2008) đã lưu ý răng, các chu kỳ gió mùa ở
vài vị trí không thể xác định được. Sự bất lợi này được cho là do chúng sử dụng một
ngưỡng mưa cố định.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong nước, Nguyễn Thị Hiền Thuận (2001) [7] đã sử dụng số liệu gió mực
850 hPa (2,5o x 2,5o) từ cơ sở dữ liệu nhiệt đới của Trung tâm nghiên cứu thuộc Cơ
5
quan khí tượng Úc để tiến hành nghiên cứu gió mùa tây nam trong thời kỳ đầu mùa
ở Tây Nguyên và Nam Bộ. Tác giả xác định ngày bắt đầu gió mùa tây nam trên cơ
sở phân tích số liệu gió, tính ổn định, liên tục và độ dày của lớp gió lệch tây. Kết
quả cho thấy: Có thể sử dụng gió mực 850 hPa để nghiên cứu ngày bắt đầu gió mùa
mùa hè trên khu vực này. Gió tây nam trên vùng đông nam vịnh Bengal ngoài khơi
của Ấn Độ thường hình thành và phát triển sớm hơn vùng phía Nam Việt Nam
khoảng trên 10 ngày. Đặc biệt, sự hình thành các nhiễu động trên vùng Bengal hay
hoạt động của dải thấp xích đạo thường kéo theo những đợt gió mùa bộc phát.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc kết hợp giữa các chỉ tiêu về gió và mưa cho thời
kỳ bắt đầu mùa mưa cần được nghiên cứu sâu hơn.
Trần Việt Liễn (2008) [4] sử dụng bộ số liệu tái phân tích của NCEP/NCAR
(1961 – 2000) bao gồm các trường: gió mực 850 hPa, 200 hPa và OLR, và số liệu
mưa của 175 trạm của cả nước, tính toán hệ số tương quan giữa các chỉ số gió mùa
và số liệu mưa, tác giả bước đầu xem xét được các chỉ số gió mùa có quan hệ tốt với
diễn biến của khí hậu Việt Nam, đặc biệt là mưa nhằm phục vụ yêu cầu nghiên cứu
dự báo gió mùa và chỉ ra được rằng gió mùa mùa hè trên khu vực nước ta bắt đầu
trung bình vào pentad 28 (16 – 20/V) và kết thúc khoảng pentad 58 (13 – 17/X)
hàng năm. Các kết quả tính toán của tác giả cũng cho thấy các chỉ số gió mùa chỉ
dựa vào gió vĩ hướng một khu vực ở mực 850 mb có khả năng phản ánh sát hơn
diễn biến và ảnh hưởng của gió mùa trên các khu vực nhỏ, có cơ chế tác động phức
tạp.
Năm 2009, Phạm Xuân Thành và cộng sự [21] đã thêm vào chỉ tiêu ngày bắt
đầu gió mùa mùa hè của Zhang và cộng sự (2002) [27] một điều kiện về gió trung
bình vĩ hướng theo ngày > 0.5 m/s(tại khu vực từ 10ꢀ12.5°N đến 105ꢀ107.5°E) làm
chỉ tiêu tính toán ngày bắt đầu gió mùa mùa hè cho khu vực Nam Bộ. Sử dụng
lượng mưa ngày của 6 trạm Bảo Lộc, Tây Ninh, Tân Sơn Nhất, Cần Thơ, Rạch Giá,
Cà Mau, số liệu tái phân tích và hindcast của NCEP từ 1979 đến 2004 bao gồm gió
u,v mực 1000mb, khí áp mực mặt biển (SLP) và bức xạ sóng dài (OLR) với độ phân
giải 2.5x2.5; nhiệt độ bề mặt và độ ẩm riêng mực 2m với độ phân giải 1.9x1.9 để
6
tính toán chỉ tiêu về ngày bắt đầu gió mùa mùa hè. Với định nghĩa này tác giả đã
tìm ra ngày bắt đầu gió mùa sớm nhất vào 19/4/1979 và muộn nhất 9/6/1993. Ngoài
ra nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng: ngày bắt đầu gió mùa mùa hè trung bình vào
ngày 12/5 với độ lệch chuẩn là 11.6 ngày; bốn nhân tố có tương quan tốt nhất để dự
báo bao gồm: trung bình áp suất mực mặt biển tại khu vực (120°Eꢀ140°E, 30°Nꢀ
35°N), gió qua miền nam Việt Nam (105°Eꢀ115°E, 10°Nꢀ 15°N), OLR qua vịnh
Belgan (90°Eꢀ100°E, 10°Nꢀ20°N) và khu vực Indonesia (100°Eꢀ120°E, 0ꢀ10°S).
Điều kiện ngày bắt đầu gió mùa mùa hè muộn bao gồm: sự tăng của áp suất mực
biển qua biển Trung Quốc (hệ số dương), điều này có nghĩa là do ảnh hưởng của
khối không khí lạnh từ cực sẽ ngăn chặn dòng gió tây nam; sự tăng của gió đông
nam qua miền nam Việt Nam (hệ số dương), điều này gắn với sự lấn về phía tây của
sống áp cao cận nhiệt đới; sự tăng cường đối lưu qua khu vực Indonesia vào giữa
tháng 4 (hệ số âm) và sự giảm đối lưu qua vịnh Belgan vào đầu tháng 4 (hệ số
dương).
Gió mùa được về bản chất là một hiện tượng của mưa, nhưng do mưa không
liên tục theo không gian và thời gian, nên Nguyễn Đăng Quang và cộng sự (2014)
[18] cho rằng có thể mô tả mưa theo các số hạng của các tham số quy mô lớn có độ
biến động không nhiều. Trong nhiên cứu này, các tác giả đề xuất một chỉ số gồm
hai thành phần mới cho việc nghiên cứu sự biến động của gió mùa để nắm bắt hai
đặc tính chính của gió mùa là mưa và gió. Trong hầu hết các trường hợp sử dụng
đại diện mưa, khí áp trung bình mực biển (MSLP) thường được lựa chọn như một
thành phần bởi vì nó cho thấy mối quan hệ tốt với lượng mưa (Walker và Bliss,
1932; Meehl, 1987), và nó biến động không lớn và biểu hiện trên quy mô không
gian rộng hơn so với mưa. Thành phần thứ hai của chỉ số là gió ở mực thấp, điển
hình cho các đặc tính động lực của hoàn lưu gió mùa. Để giảm bớt ảnh hưởng của
địa hình, gió ở mực 850 sẽ được lưa chọn tương tự như với áp mực biển.
Để nghiên cứu và tính toán chỉ số gió mùa, các tác giả sử dụng số liệu tái
phân tích theo ngày của Nhật Bản (bao gồm cả mưa) được lấy từ số liệu tái phân
tích 25 năm của Nhật Bản bao gồm MSLP, gió vĩ hướng ở mực 850hPa và 200hPa
7
(U850 và U200), nhiệt độ và độ cao địa thế vị ở mực 850hPa (H850), nhiệt độ bề
mặt, mưa đối lưu và phát xạ sóng dài (OLR). Toàn bộ các trường đều được xem xét
trên phạm vi toàn cầu, trong dải vĩ độ 40 độ vĩ xung quanh xích đạo, trên một lưới
kinh vĩ 2.5x2.5. Toàn bộ số liệu được làm trơn bằng cách tính trung bình trượt 5
ngày. Để so sánh sự khác biệt về sự phát triển của các biến khí quyển theo thời gian,
số liệu được chuẩn hóa đến trung bình 0 và độ lệch chuẩn đơn vị.
Ở đây, mỗi một biến được sử dụng lần lượt trong việc phân tích các giá trị
riêng (SVD) để tìm kiếm các hình thế cặp với lượng mưa. Thành phần chỉ số gió
mùa sẽ được cân nhắc và lựa chọn dựa trên thống kê hiệp phương sai (statistics of
covariances) giữa các cặp hình thế SVD này.
Kết quả cho thấy số liệu được chia thành 2 nhóm biến đại diện: Nhóm biến
đầu tiên bao gồm MSLP, OLR, U200 và H850 (có tương quan không gian âm với
hình thế mưa). Nhóm biến thứ hai gồm U850, nhiệt độ bề mặt, mưa đối lưu và nhiệt
độ trên 850 có tương quan không gian dương với hình thế mưa. Tính khách quan
của chỉ số gió mùa là sự kết hợp hai biến tương ứng, mỗi biến từ một nhóm. Đối với
nhóm đầu tiên, họ lựa chọn MSLP, trong nhóm thứ hai họ lựa chọn U850 làm biến
đại diện, vì các phân tích thống kê của hai biến này (phần trăm hiệp phương sai,
phần trăm phương sai, tương quan theo thời gian với hình thế mưa) tốt hơn hẳn so
với các phân tích thống kê của nhân tố khác.
Cụ thể hơn, để định nghĩa chỉ số gió mùa cho một vùng cho trước, các biến
đại diện được lấy trung bình cho một miền kinh vĩ độ cụ thể. Biến trình từng năm
của các giá trị trung bình này lại được tính trung bình cho 32 năm (1979ꢀ2010) để
đưa ra chu kỳ khí hậu theo năm cho từng biến. Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn
của chu kỳ theo năm khí hậu được sử dụng để chuẩn hóa cả giá trị khí hậu và sự
biến thiên theo thời gian của các năm riêng lẻ. Hình 1.1a trình bày ví dụ về sự phát
triển theo thời gian của vài biến đại diện trên một khu vực ở trên biển Đông (7.5°–
25°N; 100°–120°E) và bao gồm cả Việt Nam. Kết quả cho thấy, có hai nhóm biến
riêng biệt, như đã chỉ rõ trong phân tích giá trị riêng SVD ở trên, một nhóm có hình
dạng đường cong chữ U và một nhóm có hình dạng chữ U ngược. Hai nhóm này
8
giao nhau ở 2 thời điểm trong năm, trong những tuần đầu tiên của tháng 5 và dao
động vào cuối tháng 9 và đầu tháng 10, cho thấy ngày bắt đầu trung bình và kết thúc
trung bình của mùa mưa gió mùa ở vùng này (hình 1.2).
Hình 1.2. (a) Biến trình của các biến MSLP (được tô màu xám đậm), U850 (được tô
màu xám nhạt) U200 (đường chấm), OLR (đường đậm mảnh), mưa (đường gạchꢀ
chấm), chỉ số NRM (đường đen đậm) được lấy trung bình từ năm 1979ꢀ2010. Vùng
giao nhau đại diện cho mưa gió mùa. (b) Chỉ số NRM, MSLP, U850 trong năm
2010 trên khu vực Việt Nam và Biển Đông, (7.5–25°N, 100–120°E), trục Y giá trị
chuẩn sai được chuẩn hóa, trục X là ngày, trung bình trượt 5 ngày (Nguyễn Đăng
Quang và cộng sự, 2014).
Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của mùa mưa gió mùa trên khu vực
Việt Nam (Nguyễn và cộng sự 2014). Trong nhóm đầu tiên, gió vĩ hướng mực thấp
thay đổi từ gió đông (âm) sang gió tây (dương) ở điểm giao nhau đầu tiên và hướng
của nó bị đảo ngược ở điểm giao nhau thứ 2. Mùa mưa gió mùa mùa hè (từ tháng 5
đến tháng 9) được định nghĩa bởi khoảng thời gian giữa hai điểm giao nhau. Trong
nhóm thứ 2, gió vĩ hướng ở mực 200mb thay đổi hướng từ gió tây (dương sang gió
đông (âm) ở ngày bắt đầu và đảo ngược lại ở ngày kết thúc. Sự đảo ngược gió tương
phản nhau ở mực thấp và mực cao hơn đặc trưng cho hoàn lưu gió mùa trên khu
vực [Trenberth và cộng sự, 2000b]. Cả hai đại lượng OLR và MSLP đều là những
đại diện quan trọng của mưa ở khu vực nhiệt đới, tuy nhiên, phần lớn các nghiên
cứu đều nêu bật các đặc trưng hoàn lưu quy mô lớn và khả năng dự báo của MSLP
[Walker và Bliss, 1932, Meehl, 1987; Alla và Ansell, 2006, Lavers và cộng sự,
9
Tải về để xem bản đầy đủ
89 trang
27260
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu ngày bắt đầu gió mùa mùa hè và mùa mưa ở Tây Nguyên", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_ngay_bat_dau_gio_mua_mua_he_va_mua_mua_o.pdf
