Khí tượng học synốp phần 7

Chia sẻ: Thái Duy Ái Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 1. Áp thấp nhiệt đới và bão Trần Công Minh Khí tượng học synốp(Phần nhiệt đới) NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2006. Từ khoá: Áp thấp nhiệt đới, bão, áp cao cận nhiệt, dòng dẫn, dự bão bão. Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép,

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khí tượng học synốp phần 7

Chương 1. Áp thấp nhiệt đới và bão Trần Công Minh Khí tượng học synốp(Phần nhiệt đới) NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2006. Từ khoá: Áp thấp nhiệt đới, bão, áp cao cận nhiệt, dòng dẫn, dự bão bão. Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả. Chương 4 ÁP THẤP NHIỆT ĐỚI VÀ BÃO...................................................................... 3 4.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA BÃO Ở TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG .............................................................................................. 3 4.2 TẦN SUẤT BÃO Ở MIỀN TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG VÀ BIỂN ĐÔNG . 4 4.3 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA BÃO........................................................................ 7 4.3.1 Trường nhiệt áp................................................................................................ 8 4.3.2 Trường chuyển động ........................................................................................ 9 4.3.3 Hệ thống mây ................................................................................................. 11 4.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA BÃO ....................................................... 13 4.5 SỰ HÌNH THÀNH BÃO........................................................................................ 15 4.5.1 Các điều kiện hình thành bão......................................................................... 15 4.5.2 Hình thế synôp và sự hình thành bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông .............................................................................................................. 16 4.6 SỰ DI CHUYỂN CỦA BÃO ................................................................................. 19
4.7 DỰ BÁO SỰ DI CHUYỂN CỦA BÃO................................................................. 21 4.7.1 Xác định tâm bão ........................................................................................... 21 4.7.2 Dự báo quỹ đạo bão ....................................................................................... 23 4.8 SỰ BIẾN D ẠNG CỦA ÁP CAO CẬN NHIỆT VÀ DÒNG DẪN Ở TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG ............................................................................................ 28
3 Chương 4 ÁP THẤP NHIỆT ĐỚI VÀ BÃO 4.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA BÃO Ở TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG Trước hết nói về từ bão được dùng trong giáo trình này. Như ta đã thấy trong phần cơ sở, xoáy thuận chia làm hai loại về vị trí địa lý cũng như cấu trúc front, khối khí, đó là xoáy thuậ n ngoại nhiệt đới hay còn gọ i là xoáy thuận front và xoáy thuận nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đớ i là xoáy thuận cấu tạo bởi khố i khí nóng ẩm và không có front. Thuật ngữ xoáy thuận nhiệt đới (tropical cyclone) khác với từ bão nhiệt đới (tropical storm) và áp thấp nhiệt đới (tropical depression) được phân loại theo tốc độ gió cực đại ở vùng trung tâm như ta sẽ thấy từ định nghĩa dưới đây. Để thuận tiện trong trình bày và in ấn từ nay về sau chúng tôi dùng từ bão và khi cần sẽ phân biệt với trường hợp áp thấp nhiệt đới và bão mạnh (typhoon). Theo Atkinson (1971): “Bão là xoáy thuận quy mô synôp không có front, phát triển trên miền biển nhiệt đới hay cận nhiệt đới ở mực bất kỳ và có hoàn lưu xác định”. Bão là hệ thống khí áp thấp có đường đẳng áp khép kín gần tròn với gradient khí áp ngang và tốc độ gió rất lớn. Trong nghiệp vụ dự báo, người ta phân biệt áp thấp nhiệt đới khi tốc độ gió cực đại ở trung tâm nhỏ hơn 17,2m/s và bão khi tốc độ gió cực đại ở trung tâm bằng và lớn hơn 17,2m/s. Bão được gọi bằng nhiều tên khác nhau tuỳ theo từng khu vực hình thành bão trên Trái Đất. Bão có tên Hylạp là “Typhoon”, tên Arập là “Tufans”, tên Trung Quốc “Taifung” gần giống các từ Hylạp và Arập. Ở Tây Thái Bình Dương và Biển Đông gọi là Typhoons. Miền biển Caribei gọ i là Hurricane. Miền Úc châu gọ i là Vilivili. Ban đầu bão là một vùng áp thấp với dòng khí xoáy vào tâm vùng áp thấp ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán Cầu. Trong những điều kiện thuận lợi vùng áp thấp này có thể khơi sâu thêm, gió vùng trung tâm mạnh lên trở thành áp thấp nhiệt đới và sau đó là bão. Trong giai đoạn phát triển ổn định có thể thấy mắt bão, khu vực đường kính 30-40km với khí áp thấp nhất, lặng gió hay gió yếu. Do trong mắt bão có dòng giáng nên nhiệt độ ở đây cao hơn xung quanh, ít mây hay quang mây. Trên ảnh mây vệ t inh, màn mây trong bão trong giai đoạn đầu là sự tập trung của các đám mây tích và vũ t ích lớn, sau một thời gian có thể các tập hợp mây tích này có thể tạo thành dải mây có dạng xoáy về phía trung tâm. Trong giai đoạn thuầ n thục mắt mới xuất hiện dưới dạng một hay hai chấm đen ở trung tâm bão. Theo tốc độ gió mạnh nhất ở vùng gần trung tâm xoáy thuận nhiệt đới, tổ chức khí tượng thế giới (WMO: World Meteorological Organization) quy định phân loại xoáy thuận nhiệt đớ i thành: 1/ Áp thấp nhiệt đới (Tropical depression): Là xoáy thuận nhiệt đới với hoàn lưu mặt đất giới hạn bởi một hay một số đường đẳng áp khép kín và tốc độ gió lớn nhất ở gần vùng trung tâm từ 10,8-17,2m/s (cấp 6 - cấp 7). 2/ Bão nhiệt đới (Tropical storm): Là xoáy thuận nhiệt đới với các đường đẳng áp khép kín và tốc độ gió lớn nhất ở vùng gần trung tâm từ 17,2 đến 24,4m/s (cấp 8 - cấp 9).
3/ Bão mạnh (Severe Tropical Storm): Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ 24,5-32,6m/s (cấp 10 - cấp 11). 4/ Bão rất mạnh (Typhoon/Hurricane): Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ 32,7m/s trở lên (trên cấp 11). Trên hình 4.1 là một cơn bão nhiệt đới theo phân loại trên và ba cơn bão rất mạnh tại các điểm ABCD trên ảnh của vệ t inh ESSA 9 chụp miền Tây Bắc Thái Bình Dương ngày 13/7/1972. Hệ thống mây của các cơn bão này có dạng gần tròn, khác với của chuỗ i xoáy thuận front có dạng sóng, kéo dài theo hướng tây nam-đông bắc ở phía trên tại vĩ tuyến 30oN. Hình 4.1. Bão Susan (A) và các cơn bão rất mạnh (typhoon) Rita (B), Phyllis (C), Tess (D) trong các giai đoạn phát triển khác nhau. Trên ảnh của vệ tinh ESSA 9 chụp miền Tây Bắc Thái Bình Dương o ngày 13/7/1972. Chuỗi xoáy thuận ngoại nhiệt đới (EF) và (GH) phát triển ở ngoài vĩ độ 30 N Tốc độ gió mạnh nhất ổn định trong bão thường lấy trung bình trong 2-10 phút tuỳ quốc gia (Việt Nam lấy tốc độ gió mạnh nhất trung bình trong 2 phút, tốc độ gió giật lấy trung bình trong 2 giây). Rõ ràng là thời đoạn lấy gió cực đại càng ngắn khả năng đạt tốc độ gió với giá trị cao càng lớn. Chính vì thế thông tin bão truyền từ các trung tâm dự báo thời tiết về thờ i điểm chuyển từ áp thấp nhiệt đới sang bão, tốc độ gió lớn nhất trong bão cũng khác nhau. Điều đó dẫn đến kết quả xác định tần số bão cũng khác nhau. 4.2 TẦN SUẤT BÃO Ở MIỀN TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG VÀ BIỂN ĐÔNG Tính trung bình cho toàn cầu hàng năm có 80 cơn bão. Trên 50% số cơn bão toàn cầu xuất hiện ở Bắc Thái Bình Dương (trong đó 38% ở Tây Thái Bình Dương và 17% ở Đông Bắc Thái Bình Dương). Số bão ở Bắc Bán Cầu chiếm 73% số bão toàn cầu, phần còn lại của số lượng bão toàn cầu xuất hiện ở Nam Bán Cầu. Ở Nam Bán Cầu cực đại bão vào tháng 1, ở Bắc Bán Cầu vào tháng 8 và tháng 10 (Neuman, 1990).
5 Hình 4.2. Quỹ đạo bão (với Vmax> 17m/s) thời kỳ 1979-1988 (Neuman,1990) Mức độ dầy đặc của quỹ đạo các cơn bão trên hình 4.2 ở Đông Bán Cầu cũng cho ta thấy hình ảnh phân bố tần số bão ở đây thời kỳ 1979-1988. Mặt khác, ta thấy trên 50% số bão có quỹ đạo hình parabol nằm ngang hướng đỉnh về phía tây, ở Bắc Bán Cầu theo chiều kim đồng hồ còn ở Nam Bán Cầu ngược chiều kim đồng hồ. Một nửa còn lại có chuyển động hướng cực và các chuyển động dạng bất thường, có khi thắt nút nhiều lần. Trên miền Bắc Thái Bình Dương quỹ đạo bão có độ dày đặc rất lớn so với các khu vực khác trên Trái đất. Điều đó cũng thể hiện trên bản đồ tần suất bão trong 100 năm (hình 4.2). Ở đây ta có thể thấy hai trung tâm hoạt động của bão: một ở phía tây và một ở phía đông Thái Bình Dương. Trung tâm bão phía đông có tần số cực đại tới 303 cơn bão trong vòng 100 nă m trong dải từ 5-20oN và tập trung vào khu vực sát bờ tây Trung Mỹ. Trung tâm hoạt động bão phía tây có tần suất cực đại nhỏ hơn so với trung tâm hoạt động bão phía đông (230 cơn) nhưng mở rất rộng theo hướng kinh tuyến. Nhiều cơn bão di chuyển từ vĩ độ 10-15oN tới vĩ độ 50oN và tại đó không khí lạnh tràn vào xoáy thuận trước kia là bão, hệ thống front hình thành, bão trở thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới. Như trường hợp cơn bão TIP ở miền Tây Thái Bình Dương từ 5-20/10/1979 (Hình 4.14). Hình 4.3. Tần số bão trong 100 năm trong vòng 140km từ m ỗi điểm. Dấu tam giác đậmchỉ tần số cực đại. Thời kỳ lấy số liệu được ghi trong hình chữ nhật (Neuman, 1990) Miền Tây Bắc Thái Bình Dương là nơi duy nhất có thể có bão vào tháng bất kỳ trong năm (hình 4.3). Có một hay hơn một cơn bão hình thành trong một tháng từ tháng 3 đến tháng 12 và 70% bão trong thời kỳ 4 tháng từ tháng 7 đến tháng 10.
Khoảng 2/3 số bão đạt tới cường độ bão mạnh (typhoon). Phân bố theo mùa của tổng số áp thấp nhiệt đới và bão nói chung tương tự với phân bố của bão mạnh. Hơn 80% bão đạt tới trạng thái áp thấp và sau đó tăng cường thành bão mạnh. Hình 4.4. Phân bố t heo mùa của tần số xoáy thuận nhi ệt đới đối với miền Tây Bắc Thái Bình Dươ ng. Đườ ng trên là giới hạn số áp thấp nhiệt đới và bão nói chung có c ường độ nhỏ nhất và đường dưới là giới hạn số xoáy thuận nhi ệt đới có cường độ nhỏ nhất đối với bão m ạnh (Neuman,1990) Số bão hình thành ở Biển Đông được đưa vào thống kê số bão của miền Tây Bắc Thái Bình Dương. Trong năm bão có hai tần suất cực tiểu: một cực tiểu vào tháng 1 và cực tiểu thứ hai là vào tháng 5 liên quan với sự di chuyển của rãnh xích đạo. Năm nào tần suất hoạt động của dải hộ i tụ nhiệt đới nhỏ, thì năm đó ít bão, chẳng hạn như năm 2004. Thời kỳ có điều kiện thuận lợi cho sự hình thành bão là từ giữa tháng 7 đến giữa tháng 12 và thuận lợi nhất là vào tháng 9, tháng có tần suất bão lớn nhất. Bảng số cơn bão và áp thấp nhiệt đới trung bình hàng năm (trong hai thờ i kỳ (1928- 1944) (1947-1980) (Neuman,1990)) là 12 cơn phân chia theo các tháng như sau: Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tổng Trung 0.01 0.02 0.06 0.16 0.57 0.76 1.83 2.13 2.43 1.78 1.45 0.66 12 bình Khoảng 50% tổng số bão Biển Đông là từ miền Tây Thái Bình Dương, số còn lại hình thành tại Biển Đông. Năm nhiều bão là 13 cơn, năm ít là 2 cơn. Bão ảnh hưởng đến Việt Nam từ tháng 6 đến tháng 12. Tháng 9 nhiều bão ảnh hưởng hơn cả, khoảng 2 cơn trong một tháng, tháng 5 và tháng 12, 5 đến 7 năm mới có một cơn bão, tháng 4 từ 10-15 năm bão mới xuất hiện một lần, tháng 1, 2 và 3 rất hiếm có bão. Bão xuất hiện sớm ở Bắc Bộ và về phía nam bão xuất hiện càng muộn hơn. Đường đi của bão dịch xuống phía nam cùng với dải hộ i tụ nhiệt đới (ITCZ) và dòng dẫn đường ở rìa phía nam của cao áp cận nhiệt Tây Thái Bình Dương như minh hoạ bằng các quỹ đạo trung bình của bão trên hình 4.5. Từ hình 4.5 ta thấy quỹ đạo ở vị trí nam nhất là vào tháng 5 với tần suất bão rất nhỏ vào thời điểm bắt đầu mùa gió mùa tây nam và hoạt động của dải hộ i tụ nhiệt đới. Trên hình 4.5 mô tả vị trí trung bình của dải hộ i tụ nhiệt đới. Quỹ đạo trung bình của bão và dải hộ i tụ nhiệt đới đều liên quan với dòng khí tín phong phía nam và cực tây của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương nên hai đường này có xu thế trùng nhau, nhất là vào tháng 9 khi bão có tần suất cực đại.
7 Hình 4.5. Quỹ đạo bão trung bình nhiều năm ở Biển Đông và ven biển Việt Nam và vị trí trung bình của dải hội tụ nhiệt đới (Alats khí tượng thuỷ văn Việt Nam, 1994) 4.3 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA BÃO Trong không gian ba chiều, bão là một cột xoáy khổng lồ với bán kính có thể vượt quá 500 km như mô phỏng trên hình 4.6 (trái). Tính trung bình ở mặt đất từ 0-3km không khí nóng ẩm từ xung quanh được dòng khí vận chuyển ngược chiều kim đồng hồ (ở Bắc Bán Cầu) và hội tụ vào khu vực trung tâm. Từ mực 3-7km không khí được cuốn vào cột xoáy và bốc mạnh lên cao xung quanh mắt bão. Trong mắt bão hình thành dòng giáng bù lại cho phần không khí cuốn theo dòng thăng xung quanh mắt bão. Phía trên 7 km dòng khí toả ra từ tâm bão, thuận chiều kim đồng hồ, theo hoàn lưu của xoáy nghịch ở độ cao này để giải toả khố i lượng không khí hộ i tụ ở mực thấp, duy trì áp thấp trong bão. Bão có trường nhiệt, trường áp, trường chuyển động và trường mây khác nhiều so vớ i xoáy thuận ngoại nhiệt đới. Hình 4.6. Dòng khí hội tụ vào tâm ngược chi ều kim đồng hồ, xoáy và bốc lên cao, ở phía trên dòng khí toả ra theo hoàn l ưu xoáy nghịch trong bão, mô phỏng trong không gian ba chi ều (trái). Hệ thống đường đẳng áp khép kín gần tròn của bão và hệ thống gió xoáy hội tụ vào tâm ở m ặt đất (phải)
4.3.1 Trường nhiệt áp Do chuyển động giáng, nhiệt độ không khí trong mắt bão lớn hơn rõ rệt so với khu vực xung quanh. Theo chiều cao đặc điểm này càng thể hiện rõ. Trên hình 4.7 các mặt đẳng nhiệt theo chiều cao càng có dạng vồng lên. Kết quả tính toán mới đây của K. Smith (2005) cho thấy phần sát đất của bão có nhiệt độ thấp hơn xung quanh. Phía trên mực này mới là lõi nóng trong mắt bão. Hệ quả của lõi nóng này là sự dãn ra và vồng lên theo chiều cao của mặt đẳng áp trong khu vực trung tâm và cả khu vực mắt bão (được biểu diễn bằng đường liền trên hình 4.7) ở khu vực trung tâm bão do bậc khí áp ở khu nóng lớn hơn khu vực xung quanh. Chính vì vậy, nếu ở mặt đất mặt đẳng áp trong bão có dạng phễu rất sâu thì theo chiều cao mặt đẳng áp giảm độ nghiêng của nó. Bão có các dòng khí nóng ẩm bốc lên cao rất mạnh xung quanh thành mắt bão. Hoàn lưu này vận chuyển năng lượng nhiệt, ngưng kết thành thế năng và từ thế năng này thành động năng. Quá trình ngưng kết này thể hiện ở dải mây mưa xoáy vào tâm xung quanh thành mắt bão. Theo Richl (1985), chỉ có 3% toàn bộ nhiệt ngưng kết là biến thành động năng, phần lớn lượng nhiệt này chuyển thành thế năng và toả ra ngoài theo dòng thổi ra từ tâm bão. Hình 4.7. Sơ đồ m ặt cắt tổng hợ p qua m ột cơn bão. Đường liền nét là các m ặt đẳng áp cơ bản từ 1000 mb đến 100mb. Đường đứt là đường đẳng nhi ệt. Đường cong đậm nét phân chia khu v ực nhi ệt độ tăng đáng kể xung quanh lõi bão. Đườ ng đứt gần thẳng đứng phân chia khu vực dòng thăng và dòng giáng. Mũi tên chỉ các dòng khí hội tụ ở m ặt đất, thăng rất m ạnh ở rìa m ắt bão và toả r a ở trên cao tạo hệ thống mây tích nhiều tầng (Palmen,1948) Trong mắt bão, nhất là ở tầng sát đất, gradien ngang của nhiệt độ nhỏ nhất. Ngoài thành mắt bão, do mưa nhiệt độ hạ thấp dưới nhiệt độ trung bình nhiều năm (trung bình tại địa phương). Nguồn nhiệt chính là mặt biển miền nhiệt đới với nhiệt độ cao trong khu vực hình thành bão, ít nhất là từ 26oC trở lên. Lượng nhiệt và độ ẩm ở mặt đất liên tục được cuộn vào phần dưới bão, bù lại nhiệt do không khí bốc lên cao lạnh đi, nên ở lớp gần mặt đất nhiệt độ ít biến đổ i theo chiều cao và đường tầng kết có dạng gần đẳng nhiệt. Khi bão di chuyển khỏ i
9 nguồn nhiệt của nó hay đi vào miền vĩ độ trung bình có nhiệt độ thấp, dòng nhiệt đi vào ở mặt đất sẽ ngưng lại, không khí lớp sát đất bị lạnh đoạn nhiệt do bốc lên cao và dãn nở làm giả m nguồn năng lượng của bão. Sự lạnh đi của lớp không khí sát đất là nguyên nhân làm suy yếu bão, dòng thăng cưỡng bức của không khí lạnh làm tan lõi nóng trong bão. Ngược lại khi bão di chuyển tới vùng biển nóng hơn, bão sẽ mạnh lên. Ở mặt đất, khác với dạng ôvan của các đường đẳng áp trong xoáy thuận ngoại nhiệt đới, trong bão, các đường đẳng áp khép kín có dạng tròn gần như đồng tâm. Khí áp ở vùng trung tâm có thể đạt tới giá trị cực tiểu trên Trái Đất là 850 mb. Đường đẳng áp ngoài cùng thường xấp xỉ hay dưới 1000 mb. Chính vì vậy gần mặt đất, mặt đẳng áp trong bão rất dốc, có dạng phễu như trên hình 4.13. Gradien khí áp ngang có thể tới 20mb/ 100km, lớn gấp 10 lần so với gradien khí áp ngang trong xoáy thuận ngoại nhiệt đới. Trên hình 4.8 là phân bố thẳng đứng của hiệu sai khí áp so với khí áp vùng trung tâm. Ta thấy mặt Hình 4.8. đẳng áp rất dốc trong bão so với xoáy thuận ngoại ngoại bố khíđáp trong bão và trong xoáy thuận Phân nhiệt ới (Riehl,1985) nhiệt đới. Mặt đẳng áp ở gần mặt đất có dạng phễu rất sâu (Hình 4.13). Ở trên cao, trong mô hình một dải mây, tại mực đỉnh bão, mặt đẳng áp vồng lên biểu thị áp cao với hoàn lưu xoáy nghịch. Trong trường hợp mô hình hai dải mây mặt đẳng áp trong áp cao này được tách ra thành phần phía trong gần tâm bão và một phần ở phía bên ngoài của bão. 4.3.2 Trường chuyển động Gradien khí áp ngang rất lớn ở mặt đất tạo nên trường gió rất mạnh, tốc độ gió trong bão trên 17,2m/s và có thể vượt quá 100m/s gây ra sức tàn phá rất lớn. Dòng khí rất mạnh hộ i tụ vào tâm và cuốn lên cao với tốc độ thẳng đứng trong mây vũ tích 5-10m/s (hay lớn hơn) xung quanh thành mắt bão. Ở đỉnh bão là hệ thống áp cao giải toả khối lượng không khí rất lớn hộ i tụ vào tâm bão ở mặt đất, duy trì khí áp rất thấp ở vùng trung tâm, đồng thời duy trì hoàn lưu trong bão. Kết quả tính tốc độ gió tiếp tuyến, tốc độ gió hướng tâm và đường dòng ở các mực mặt đất, 1km, 3km và 15km (được biểu diễn trên hình 4.9). Hình này mô tả một cách chi tiết cột xoáy trong bão ở các độ cao khác nhau. Từ mặt đất đến độ cao 3km duy trì gió tiếp tuyế n ngược chiều kim đồng hồ, theo chiều cao gió tiếp tuyến yếu dần và chuyển thành gió tiếp tuyến thuận chiều kim đồng hồ tại mực 15km. Gió hướng tâm ở mặt đất theo chiều cao dần chuyển thành gió ly tâm và tại độ cao 15km, gió ly tâm chiếm ưu thế rõ rệt. Tại mặt đất dòng khí xoáy hội tụ vào tâm đến mực 3km khu vực dòng xoáy thuận chiều kim đồng hồ thu hẹp lại. Tại mực 15km đường đẳng áp phân kỳ ra theo chiều kim đồng hồ từ tâm ra phía ngoài.
(a) (b) (c) Hình 4.9. Sự bi ến đổi của phân bố gió ti ếp tuyến, gió hướng tâm và trường đường dòng trong bão ở các m ực: m ặt đất, 1km, 3km và 15km (Izawa,1964). (a) Tốc độ gió ti ếp tuy ến (b) Tốc độ gió hướng tâm (c) Đường dòng Trên hình 4.10 là trường dòng và phân bố tốc độ gió trong cơn bão Dona đang di chuyển từ đông sang tây. Tại mực mặt đất dòng khí xoáy ngược chiều kim đồng hồ và hộ i tụ vào tâm bão. Tốc độ gió mạnh nhất đạt 80kts (40m/s) ở cung phần tư phía đông bắc so với hướng chuyển động của bão, nơi đường dòng gần trùng với hướng di chuyển của bão. Tốc độ gió cực tiểu ở cung phần tư tây nam của bão, nơi đường dòng có hướng ngược so với hướng chuyể n động của bão. Ở trên cao dòng khí phân kỳ theo chiều kim đồng hồ, thậm chí ở phía nam còn thể hiện rõ áp cao với hoàn lưu xoáy nghịch. Phân bố tốc độ gió tại mực này cũng tương tự như ở mặt đất.
11 Hình 4.10. Hoàn lưu phần dưới tầng đối lưu (A), phần trên tầng đối lưu (B) trong cơn bão Donna ngày 10/12/1960 chuyển động từ đông sang tây. Đườ ng dòng (đường li ền) và đườ ng đẳng tốc (đường đứt) (I zawa, 1964) Quy luật phân bố của tốc độ gió theo chiều cao cũng thể hiện rất rõ trên mặt cắt thẳng đứng của tốc độ gió tiếp tuyến. Một điều khác biệt so với xoáy thuận ngoại nhiệt đới nữa là trong bão giữa khu vực mây dầy, mưa to, gió lớn là khu vực trời quang, lặng gió, đó là mắt bão. Mắt bão hình thành do dòng thăng rất mạnh quanh khu vực trung tâm bão cuốn theo dòng không khí ở phía gần trung tâm bão, bù lại cho sự thiếu hụt không khí là dòng giáng ở trung tâm bão. Do dòng giáng này nhiệt độ vùng trung tâm bão tăng, cản trở sự phát triển của mây. Chính vì vậy trong mắt bão trời quang mây, yên t ĩnh. Khi mắt bão đi qua, địa phương sẽ có thời gian tạnh mưa, ngừng gió mạnh nhưng chỉ trong vòng 1, 2 giờ cơn mưa to gió lớn lại xuất hiện nhưng gió quay theo chiều ngược lại. Trên hình 4.11 biểu diễn trường tốc độ (m/s) được xây dựng trên mặt cắt qua cơn bão mô tả phân bố tốc độ gió theo khoảng cách tới tâm bão và theo chiều cao. Ta có thể thấy ngoài khu vực mắt bão lặng gió là khu vực gió cực đại bao quanh thành mắt bão với tốc độ 30m/s lan từ độ cao khoảng 0,5km lên tới 6km (vùng tô đậm). Khu vực có tốc độ gió 20m/s lan đến tận độ cao gần 12km. Càng cách xa tâm bão ra phía rìa bão tốc độ gió càng giảm, ở khoảng cách 1000km tốc độ gió chỉ còn 5m/s. Càng lên cao phạm vi gió hướng xoáy thuận (thể hiện bằng tốc độ dương) thu hẹp lại, rõ nhất là Hình 4.11. từ mực 12km. Từ mực này gió chuyển dần sang Mặt cắt thẳng đứng của tốc độ gió tiếp tuyến ( hoàn lưu xoáy nghịch (thể hiện bằng tốc độ âm) m/s) (Izawa,1954) theo chiều kim đồng hồ với tốc độ khoảng 5m/s như thể hiện trên hình 4.11. 4.3.3 Hệ thống mây Không khí nóng ẩm trong bão hộ i tụ rất mạnh vào khu vực trung tâm và bốc lên cao trong cột xoáy bão, ngưng kết lạ i tạo thành các dải mây vũ t ích bao quanh mắt bão lan tới
15-20km như minh ho ạ bằng mặt cắt trên hình 4.12. Hình 4.12 cho thấy trên đ ỉnh mây vũ t ích là màn mây ti, dạng tơ sợi (trái). Khi bão chín muồ i màn mây ti mở ra, nhìn trên ảnh mây vệ t inh (chụp từ trên cao) sẽ t hấy một chấ m đen trong màn mây bão đã gần tròn, bão càng mạnh đường viền khu vực này càng rõ. Khu vực mắt bão có đường kính 30-40km, đây là khu vực quang mây, do dòng giáng trong mắt bão. Trên các đoạn phim quay từ vệ t inh, với tốc độ 1hình/1phút ta có thể t hấy khố i mây tích bao quanh mắt bão, quay ngược chiều kim đồ ng hồ theo hoàn lưu xoáy thuận, còn dả i mây ti ở đỉnh bão quay theo chiều kim đồng hồ với hoàn lưu xoáy nghịch tại mực này. Chính vì vậ y trên một mặt phẳng ta có thể thấ y dải mây tích quay ngược chiều kim đồ ng hồ ở trung tâm màn mây bão còn dải mây ti phía ngoài rìa quay thuận chiều kim đồng hồ. Trên hình 4.12 (phải) là dả i mây vũ t ích trong bão phát triển trên Biển Đông và miề n ven biển Việt Nam. Theo chiều ngang, giữa các dả i mây này là các vùng dòng giáng, mây mỏ ng do đó khi bão đi qua địa phương thường gây ra các đợt mưa to rồi lạ i mưa nhỏ xen kẽ nhau, có khi mưa ngừng lại trước khi t ới dải mây khác, khi đó lạ i có thể mưa to hơn. Hình 4.12. Sơ đồ m ặt cắt thẳng đứng qua hệ thống mây và m ắt bão tương ứng với hướng di chuyển của bão t ừ đông sang tây (m ũi tên)- Ci: mây ti trên cao (trái). Màn mây bão trên bi ển Đông (phải) Nếu đường kính của bão khoảng 500km, chiều cao phát triển của mây tích là 10km thì ta có thể thấy hệ thống mây bão chứa khố i lượng nước rất lớn. Khố i lượng nước là nguồn của những trận mưa lớn kết hợp với gió rất mạnh. Khi ngưng kết tạo thành hệ thống mây trong bão, lượng hơi nước này cung cấp một lượng ẩn nhiệt khổng lồ, đó chính là nguồn năng lượng duy trì hoàn lưu với gió rất mạnh và sự quang mây trong bão có thể duy trì trong nhiều ngày. Fujita đã dùng sơ đồ mô tả tổng hợp các trường khí tượng trong bão đối với trường hợp có một dải mây (Hình 4.13 A, B, phải) và đối với trường hợp hai dải mây (Hình 4.13, A, B, trái).
13 Hình 4.13. Mô hình bão với dải mây m ưa trong và dải mây m ưa ngoài. Hình A là hệ thống đường dòng theo chiều ngang trên đỉnh cơn bão. Hình B là m ặt cắt thẳng đứng không gian qua cơ n bão. Phần trái của hình AB là mô hình hai dải mây và phần phải hình AB là mô hình m ột dải mây (Fujita, 1967) Phần dưới cùng của hình B là mặt đẳng áp mặt đất có dạng phễu rất sâu đặc trưng cho cả hai trường hợp. Đặc điểm của trường hợp hai dải mây là áp cao trên đỉnh bão được phân chia làm hai phần, phía rìa của hai phần áp cao này là dòng giáng tương ứng với khu vực quang mây giữa hai dải mây. 4.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA BÃO Thời gian tồn tại trung bình của bão khoảng 7-8 ngày đêm tính từ thời điểm hình thành, cho đến khi đổ bộ vào bờ hoặc tan rã trên biển. Tuy nhiên, có một số cơn bão chỉ tồn tại vài giờ, và cũng có những cơn bão tồn tại trên 15 ngày hoặc lâu hơn nữa. Theo Riehl (1979) có thể chia quá trình hình thành và phát triển của bão thành bốn giai đoạn: 1. Giai đoạn hình thành Bão xuất hiện trực tiếp từ mặt biển với sự hình thành của những cụm mây tích lớn như cơn bão nhỏ nổi lên ở Biển Đông sau cơn bão số 7/2005. Tuy nhiên phần lớn bão hình thành từ một nhiễu động là áp thấp có trước trong trường áp nhiệt đới, phần lớn (khoảng 80% trường hợp) sự hình thành bão có liên quan với dải hộ i tụ nhiệt đới. Tuy nhiên, không phả i nhiễu động nào trên dải hộ i tụ nhiệt đới cũng phát triển thành bão. Quá trình khơi sâu của áp thấp thường diễn ra chậm chừng vài giờ, đủ để gió tản mạn trong khu vực rộng lớn được sắp xếp lại, tạo thành các dòng khí xoáy hộ i tụ đưa không khí nóng ẩm vào tâm. Cũng có trường hợp mắt bão hình thành và hiện rõ chỉ trong vòng 24h. Trong giai đoạn hình thành, giai đoạn áp thấp nhiệt đới, gió có cường độ bão chỉ thấy ở mực thấp. Và khi tốc độ gió cực đại tại vùng trung tâm vượt qua 17,2m/s, áp thấp nhiệt đới trở thành bão. Các giai đoạn phát triển của bão được thể hiện rất rõ trên các ảnh mây vệ t inh như minh hoạ trên hình 4.14 (Watanabe, 1980). Cơn bão TIP hình thành ở miền nhiệt đới, di chuyển theo quỹ đạo parabol với đỉnh ở phía tây, sau khi chuyển hướng về phía đông bắc, bão TIP cuối cùng thâm nhập vào miền ôn đới, biến thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới và tan đi vào ngày 20/10/1979. Trong giai đoạn áp thấp nhiệt đới được coi là giai đoạn hình thành bão, khí áp ở miền nhiệt đới là 1000mb vào ngày 5
và 6 tháng 10. Trong các giai đoạn này, các khối mây phân tán, chia thành hệ thống. Sáng ngày 8/10 áp thấp nhiệt đới đã mạnh lên thành bão và khí áp giảm tới 996mb. Các hệ thống này đã biểu hiện rõ dạng xoáy vào trung tâm. Trong giai đoạn này hoàn lưu mực thấp có thể không phát hiện được trên mạng lưới quan trắc và ảnh mây hồng ngoại song thường thấy rõ trên ảnh mây thị phổ, nhất là khi ảnh có độ phân giải lớn. 2. Giai đoạn trẻ Không phải tất cả các xoáy thuận nhiệt đới đạt tốc độ gió cấp bão trong giai đoạn hình thành đều phát triển thành bão, nhiều xoáy thuận tan đi sau 24h. Một số khác di chuyển trên một khoảng cách lớn như là một áp thấp nhiệt đới. Nếu có sự tăng cường thì khí áp thấp nhất giảm nhanh xuống dưới 1000mb. Gió có cường độ bão hình thành một dải bao quanh trung tâm xoáy. Mô hình mây biến đổ i từ dải đường tố sang dạng dải xoáy về phía trung tâm. Ở phía dưới thấp, dòng hộ i tụ vào tâm có thể chưa bao quát phạm vi lớn nhưng trên cao có thể có dòng phân kỳ từ tâm xoáy. Trong trường hợp bão TIP có thể coi giai đoạn này bắt đầu từ ngày 9 đến ngày 11 với khí áp ở vùng trung tâm bão giảm từ 996 xuống 955 rồi 900mb. Các dải mây cuốn vào khu trung tâm tạo khối mây dạng tròn. Ngày 10/10 cơn bão đã chuyể n thành bão mạnh xuất hiện một chấm đen giữa khố i mây trắng đó là mắt bão. Ngày 12 khí áp ở tâm giảm tới 875mb và vào 06Z khí áp ở tâm bão TIP đạt giá trị thấp nhất là 870mb, gần đạt tới giá trị cực tiểu tuyệt đối trên Trái Đất là 850mb. Khố i mây trung tâm càng trở nên có dạng tròn hơn, mắt bão rõ nét hơn. Hình 4.14. Các giai đoạn hình thành bão TIP t ừ 5-20/10/1979. Hình o thành từ ngày 5/10 từ k hoảng 5 N bão TIP di chuyển theo rìa phía tây của cao áp cận nhi ệt Tây Thái Bình Dươ ng phát triển qua các giai đoạn, cuối cùng đi vào miền ôn đới tới 50oN trở thành xoáy thuận ngoại nhi ệt đới (Watanabe, 1980) 3. Giai đoạn chín muồ i