Khí tượng học synốp phần 8

Chia sẻ: Thái Duy Ái Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

60
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đặc điểm của giai đoạn này là khí áp ở tâm bão không tiếp tục giảm và tốc độ gió cực đại cũng ngừng tăng lên. Phạm vi hoàn lưu bão với tốc độ gió sức bão mở rộng. Giai đoạn chín muồi, có khi kéo dài tới một tuần. Nếu trong giai đoạn trẻ phạm vi gió mạnh, sức bão chỉ giới hạn trong phạm vi bán kính 30-50km thì trong giai đoạn này có thể mở rộng trên 300km.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khí tượng học synốp phần 8

15 Đặc điểm của giai đoạn này là khí áp ở tâm bão không tiếp tục giảm và tốc độ gió cực đạ i cũng ngừng tăng lên. Phạm vi hoàn lưu bão với tốc độ gió sức bão mở rộng. Giai đoạn chín muồ i, có khi kéo dài tới một tuần. Nếu trong giai đoạn trẻ phạm vi gió mạnh, sức bão chỉ giớ i hạn trong phạm vi bán kính 30-50km thì trong giai đoạn này có thể mở rộng trên 300km. Khu vực thời tiết xấu nhất nằm ở phía phải so với hướng dịch chuyển của bão. Quy mô của bão trong giai đoạn chín muồ i biến đổ i rất lớn. Thậm chí khi khí áp ở tâm bão thấp hơn 950mb, bán kính bão có khi chỉ là 100-200km. Nếu khí áp tính trung bình đồng đều là 1000mb cho toàn khu vực bão thì khố i lượng bão là 3x1012 tấn. Ngược lạ i, vớ i khí áp tương tự đố i với cơn bão có bán kính 1000km thì khố i lượng của nó là 3x1013 với hai bậc đại lượng lớn hơn. Khố i lượng này ngang vớ i khố i lượng của áp thấp Alêut. Bão trong giai đoạn chín muồ i cũng trải qua các thời kỳ t ăng cường và suy yếu không đều, kéo dài trong vài ngày, thường đó là trường hợp bão tương tác với hoàn lưu ôn đớ i. Sự biến đồ i ngắn hạn của tốc độ gió chừng 10% trong kho ảng 1 giờ. Còn bão TIP trải qua giai đoạn chuỗ i xoáy từ 13 và 14/10. Khi khí áp lạ i tăng đến 905 và 920mb, lúc này bão vẫn còn giữ được dạng tròn. 4. Giai đoạn tan rã Khi bão di chuyển vào đất liền do điều kiện địa hình, lực ma sát tăng lên và nhất là khả năng cung cấp ẩm cho bão bị mất đi nên kích thước của bão giảm rất nhanh. Sau một thờ i gian ngắn (khoảng từ 1-2 ngày) thì bão tan rã hoàn toàn, đôi khi có thể tồn tại dưới dạng một áp thấp nhiệt đới và cho mưa lớn trên một phạm vi rộng. Trên biển, bão cũng có thể bị tan rã khi gặp vùng nước lạnh như ở Tây Bắc Thái Bình Dương. Trên đất liền và trên biển bão có thể di chuyển vòng quanh rìa cao áp cận nhiệt và đi vào miền ôn đới, không khí lạnh xâm nhập vào khu vực bão, hệ thống front xuất hiện và bão trở thành một xoáy thuận ngoại nhiệt đới, tương tự trường hợp cơn bão TIP. Sự giả m của nhiệt độ đỉnh mây từ ngày 5 đến 10/10 do đỉnh mây được nâng cao biểu thị cho sự phát triển của mây tích trong bão và sự tăng cường của hoạt độ ng đố i lưu. Mây tích phát triển mạ nh nhất vào các ngày 10-11/10/1979 trong giai đoạn trẻ. Sự giả m dao độ ng của lượng mây ngày 11-13/10/1979 chứng tỏ mây ổn định. Đó là thời k ỳ chín muồ i của bão. Khố i mây trung tâm với đ ỉnh phẳng xuất hiện ở trung tâm hệ t hố ng mây. Nhiệt độ đỉnh mây thấp trong suốt giai đoạn chín muồ i. Sự tăng của nhiệt độ đỉnh mây từ ngày 14/10/1979 tương ứng với sự tăng của khí áp ở trung tâm chỉ t hị cho sự bắt đầu giai đoạn bão tan. Khí áp đã giả m 100 mb trong kho ảng 6h, như vậ y tính trung bình theo thời gian, tốc độ giả m của khí áp là 1,7 mb/h. T ừ 14 đến 16/10 là giai đoạn bão giả m yếu và khố i mây trung tâm tan rã. Một điều đặc biệt đố i vớ i cơn bão TIP là nó di chuyển theo qu ỹ đạo parapol và tồn tại trong thời gian t ới 15 ngày. Vào giai đoạn tan rã bão TIP đã đi vào miền vĩ độ trung bình. Từ ngày 17 không khí lạnh xâm nhập vào khu vực bão và ngày 19-20/10 bão đã trở thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới vớ i một front lạnh và hệ thống mây dạng dải thay thế khố i mây trung tâm dạng tròn của bão. 4.5 SỰ HÌNH THÀNH BÃO 4.5.1 Các điều kiện hình thành bão Từ các điều trình bày ở các mục trên đây, ta thấy bão là một xoáy thuận nhiệt đới được cấu trúc bởi khối khí nóng ẩm với dòng thăng rất mạnh xung quanh mắt bão, tạo hệ thống mây mưa xoáy vào vùng trung tâm bão. Năng lượng bão là ẩn nhiệt ngưng kết của lượng hơ i nước khổng lồ bốc hơi từ mặt biển. Bão chỉ hình thành khi có sự phố i hợp của các nhân tố
nhiệt động lực và trong hình thế synốp nhất định. Palmen (1956) đưa ra 3 điều kiện cơ bản cho sự hình thành bão: 1. Khu vực đại dương có diện tích đủ lớn với nhiệt độ mặt biển cao (từ 26-27oC) bảo đảm nước bốc hơi mạnh cung cấp năng lượng ngưng kết lớn cho hệ thống bão. 2. Thông số Coriolis có giá trị đủ lớn tạo xoáy. Bão thường hình thành trong đới giới hạn bởi vĩ độ 5-20o hai bên xích đạo. 3. Dòng cơ bản có độ đứt thẳng đứng của gió yếu, bảo đảm sự tập trung của dòng ẩm vào khu vực bão trong thời gian đầu của sự hình thành bão. Riehl (1948) bổ sung thêm hai điều kiện: 4. Ở trên cao, trường khí áp phải phân kỳ để bảo đảm sự giải toả khối lượng không khí hộ i tụ ở mặt đất và duy trì bão như ta đã nói trong phần về trường các yếu tố khí tượng. Điều đó thường được thoả mãn ở miền nhiệt đới, vì từ mực 500mb trở lên, nhất là tại mực 200, 300mb thường xuyên tồn tại áp cao cận nhiệt. 5. Ở mặt đất phải có nhiễu động áp thấp ban đầu. Những kết quả thống kê cho thấy 80% các cơn bão có liên quan với dải hộ i tụ nhiệt đới. Năm dải hộ i tụ nhiệt đới ít hoạt động thì cũng ít bão Những khu vực thoả mãn điều kiện 1, 2 có thể được xác định trên bản đồ địa lý và bản đồ khí hậu. Riêng các điều kiên 3, 4, 5 có liên quan chặt chẽ với các hình thế synôp dưới thấp và trên cao trong miền nhiệt đới. 4.5.2 Hình thế synôp và sự hình thành bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông Độ đứt gió trong khu vực hình thành bão Từ cơ chế hình thành bão, ta thấy để có thể tập trung một lượng hơi nước lớn vào khu vực trung tâm áp thấp thì trong thời gian đầu, dòng thăng theo chiều cao không quá mạnh. Điều đó chỉ có thể thoả mãn khi độ đứt gió theo chiều cao nhỏ. Người ta thường lấy hiệu tốc độ gió của mực 200mb và 900 hay 850mb đặc trưng cho đại lượng này. Từ trên hình 4.15 ta thấy bão thường phát triển trong mố i liên quan với đường độ đứt gió bằng 0 như sau: - Quá trình hình thành xoáy diễn ra phía dưới khu vực có độ đứt thẳng đứng của gió bằng 0 (hình 4.15). - Ở phía bắc của khu vực có hệ thống phát triển bão là độ đứt dương của gió vĩ hướng và ở phía nam là độ đứt âm của gió vĩ hướng. Trong đó ở phía tây độ đứt gió nam và ở phía đông là độ đứt gió bắc. Qui mô của mô hình độ đứt gió là vào khoảng 10o vĩ.
17 Hình 4.15. Sơ đồ khu vực độ đứt gió vĩ hướng (U200 mb- U900 mb) không thuận lợi cho sự phát triển bão (KPT) hình 4.15a. Và thuận lợi cho sự hình thành bão (PT1, PT2, PT3) hình 4.15b. (McBride và Zehr, 1980). Đường đậm nét là đường độ đứt gió theo chiều thẳng đứng bằng 0 thường đi qua trung tâm áp thấp m ặt đất Kết quả thống kê cho thấy bão hình thành ở khu vực có độ đứt gió bằng 0 đi qua trung tâm áp thấp mặt đất như ba trường hợp trên hình 4.15, b. Và không hình thành khi đường độ đứt gió bằng 0 ở cách xa trung tâm áp thấp mặt đất (Hình 4.15, a). Quy luật đó cũng thể hiện trên kết quả thống kê khí hậu minh hoạ bằng các đường trên hình 4.16. Trên hình biểu diễn phân bố theo vĩ tuyến của độ đứt thẳng đứng của gió vĩ hướng trung bình trên một số khu vực. Trên miền Tây Bắc Thái Bình Dương với tần suất bão lớn nhất trên Trái Đất, độ đứt gió vĩ hướng có giá trị nhỏ nhất (dưới 5kts trong phạm vi rất rộng từ 25o-30o vĩ). Trong khi đó có một số khu vực có độ đứt gió tới 30-40kts như Nam Thái Bình Dương và Nam Đại Tây Dương, bão không hình thành. Vào mùa thu, trên Tây Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông độ đứt thẳng đứng của tốc độ gió nhỏ, kết hợp với nhiệt độ mặt biển lớn tạo điều kiện thuận lợi đưa tần suất hình thành bão tới mức cực đại. Độ đứt gió nhỏ là kết quả của sự biến đổ i và dịch chuyển của hệ thống khí áp ở mực thấp và trên cao. Hình 4.16. Phân bố theo vĩ tuyến c ủa độ đứt thẳng đứng c ủa gió vĩ hướng trung bình (kts) giữa m ực 850 và 200mb trong các khu vực (Gray, 1968)
Giữa mùa hè trên Biển Đông ít bão do độ đứt gió lớn chiếm ưu thế. Đôi khi nếu rãnh ở trên tầng đố i lưu ở Bắc Thái Bình Dương dịch sang phía tây tới Philippine, tạo độ đứt thẳng đứng gió nhỏ trên Biển Đông sẽ tạo điều kiện cho bão hình thành. Sự biến động lớn của bão nhiệt đới qua các tháng và qua các năm ở tất cả các khu vực liên quan với sự biến động của hai yếu tố: độ đứt thẳng đứng, nhiệt độ mặt biển dao động gần giá trị chuẩn khí hậu của chúng. Chẳng hạn, nếu chuẩn sai hoàn lưu quy mô lớn tại các mực phố i hợp với việc tạo độ đứt thẳng đứng của gió lớn, bão không hình thành. Nhiễu động mặt đất và dải hộ i tụ nhiệt đớ i Sadler (1976) đã chỉ ra sự hình thành bão đối với Tây Bắc Thái Bình Dương là - Sự tăng cường của xoáy mực thấp dọc theo rãnh gió mùa. Kết quả phân tích của Gray (1968) cho thấy có tới 80-85% bão hình thành trên dải hội tụ nhiệt đới hay ở rìa phía bắc của dải hộ i tụ nhiệt đới hay rãnh xích đạo. Khoảng 15% còn lại, bão hình thành trong đới tín phong trên một khoảng cách lớn so với dải hội tụ nhiệt đới nhưng có sự phối hợp với rãnh phần trên tầng đối lưu về phía tây bắc của dải hộ i tụ nhiệt đới. Nhiễu động áp thấp ở mặt đất bảo đảm cho sự hội tụ đường dòng. Trong khi đó ở trên cao, phải bảo đảm sự phân kỳ của dòng khí như chỉ ra trên hai hình 4.17, 4.18. Dòng khí tạ i mực 900mb không thuận lợi cho sự phát triển (KPT) và hai trường hợp thuận lợi (PT) cho sự phát triển của bão. Trên hình 4.18 biểu diễn những điều kiện phân kỳ của dòng khí tại mực 200mb tạo điều kiện hình thành bão, tương ứng với các trường hợp ở mực 900mb. Tại mực 900 mb cả hai hệ thống bão phát triển (PT) và không phát triển (KPT) đều là tín phong hướng đông ở phía bắc và gió mùa hướng tây ở phía nam. Sự khác nhau chủ yếu giữa hai mô hình là đối với mô hình phát triển bão là gió đông ở phía bắc mạnh hơn đáng kể so vớ i gió tây ở phía nam. Trên hình 4.17 và 4.18 ta có thể thấy một số quy luật sau:
19 Hình 4.17. Hình 4.18. Đường dòng và đường đẳng tốc (m/s) tại Thái Bình Đườ ng dòng và đườ ng đẳng tốc (m/s) t ại Thái Bình Dương trên mực 900 mb không thuận lợi cho sự phát Dươ ng trên m ực 200 mb không thuận l ợi cho s ự phát triển bão (KPT) và thuận lợi cho sự phát triển thành tri ển bão (KPT) và thuận l ợi cho s ự phát tri ển thành bão bão (PT1, PT2) (McBride và Zehr, 1980) (PT1, PT2) (McBride và Zehr, 1980) - Một là tại mực 200 mb trong trường hợp có sự phát triển bão có hệ thống áp cao khoảng 3o vĩ về phía đông còn trong trường hợp không có điều kiện phát triển bão thì không có cao áp. - Hai là hệ thống áp thấp trước bão nằm ở khu vực có xoáy tương đố i với giá trị lớn, đối với những khố i mây có thể tạo bão thì xoáy mực thấp có đại lượng gấp đôi so với trường hợp không phát triển. 4.6 SỰ DI CHUYỂN CỦA BÃO Quỹ đạo của một cơn bão là đường nố i các vị trí liên tiếp của cơn bão qua các giai đoạn tồn tại của nó. Vị trí của bão được xác định theo trường áp, trường gió và theo ảnh mây vệ tinh. Quỹ đạo bão được xác định lại một cách chính xác hơn, được coi là quỹ đạo chuẩ n (“best track”). Quỹ đạo trung bình nhiều năm (quỹ đạo trung bình khí hậu) của bão là đường nố i các điểm có tần suất xuất hiện bão cực đại trên ô vuông kinh vĩ độ của khu vực nhất định.
Hình 4.19. Quỹ đạo của cơn bão IKE (1984) và WAYNE (1980) và cơn bão năm 2003 Dạng parabol đặc trưng của các quỹ đạo bão quy định bởi cơ chế bão di chuyển theo dòng dẫn đường, dòng không chịu ảnh hưởng nhiễu động của bão ở rìa hướng về phía tây nam cực tây và tây bắc của cao áp cận nhiệt như biểu diễn trên hình 4.14 (Watanabe, 1980). Từ bản đồ vectơ trung bình của bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương, ta cũng thấy dạng qu ỹ đạo parabol chiếm ưu thế (hình 4.2). Tuy nhiên, nhiều cơn bão chỉ đi theo dòng dẫn trong một thời gian, sau đó đổ bộ vào đất liền và tan đi. Khi đó quỹ đạo hướng từ đông đông nam lên tây tây bắc có dạng gần thẳng như trong trường hợp các cơn bão từ tháng 8 đến tháng 12 ở Tây Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông (Hình 4.5). Một số cơn bão mạnh có thể có nộ i lực lớn chúng có thể di chuyển theo nhiều dạng quỹ đạo khác nhau, có khi thắt nút một hay nhiều lần. Chẳng hạn như cơn IKE và WAYNE trên hình 4.19. Như ta đã biết bão là một trong những hiện tượng thời tiết nguy hiểm nhất vì nó gây mưa to, gió lớn, nước dâng trên phạm vi rộng và gây tác hại nghiêm trọng, nhất là khi đổ bộ vào đất liền. Dự báo địa điểm và thời gian bão đổ bộ vào đất liền có tầm quan trọng rất lớn đối vớ i hoạt động kinh tế và đời sống của những nước ven biển nhiệt đới. Ta hãy xét tác động của nộ i lực đố i với sự di chuyển. Theo Rossby, nộ i lực của bão có thể được biểu diễn bằng biểu thức: R4 F = βρΠω 4 ∂f ở đây β = , ρ - mật độ không khí, ω - tốc độ quay tương đối tính trung bình trong ∂y phạm vi bão, R - bán kính trung bình của bão, thường lấy bán kính của đường đẳng áp khép kín ngoài cùng. Vì vế phải của biểu thức trên luôn dương nên lực F>0, bão có xu thế d i chuyển về phía cực với nộ i lực F. Từ biểu thức trên ta cũng thấy nộ i lực của bão tỷ lệ thuận với tốc độ quay và phạm vi của bão; tốc độ quay của bão càng lớn, phạm vi của bão và nội lực của bão càng lớn, bão cũng có khả năng di chuyển theo tác động của nộ i lực. Có trường hợp bão cắt ngang qua áp cao cận nhiệt, nghĩa là cắt ngang qua dòng dẫn đường và di chuyển về phía cực. Ngoại lực tác động đối với sự di chuyển của bão thông qua dòng dẫn đường của môi trường. Ở miền nhiệt đới, dòng dẫn đường đối với bão chủ yếu là dòng khí ở rìa phía nam, phía tây và tây bắc của áp cao cận nhiệt. Nguyên lý về dòng dẫn đường đố i với bão cũng là
21 nguyên lý dòng dẫn đường tại mực 700 và 500mb đối với xoáy mặt đất miền ôn đới. Một vấn đề quan trọng cần giải quyết đầu tiên là xác định mực dòng dẫn đường phù hợp nhất đối với bão. Kết quả nghiên cứu của nhiều chuyển gia đã chỉ ra rằng do trọng tâm của bão nằm ở gần mặt đất nên dòng dẫn đường không thể nằm ở quá cao. Các kết quả tính toán mố i tương quan giữa đường đi của bão và dòng dẫn mực 300 mb đều không cho kết quả tốt. Theo Car, Elsbery, về mặt định lượng dòng dẫn đường được lấy trung bình trong một số lớp có quan hệ chặt chẽ nhất với chuyển động của bão, mực dòng dẫn đường phụ thuộc vào cường độ bão thông qua tốc độ gió cực đại theo bảng dưới đây Cường độ bão Tốc độ gió cực đại Mực dòng dẫn đường (m/s) (mb) Xoáy mực thấp < 12,5 m/s 850 mb Áp thấp nhiệt đới 12,5 - 15 m/s 700 mb Bão 17,5 - 30 m/s 700 mb Bão mạnh 32,5 - 62,5 m/s 500 mb Bão rất mạnh 65 - 90 m/s 400 mb Như vậy là bão càng mạnh, mực dòng dẫn đường phù hợp càng nằm ở độ cao lớn hơn. Đối với các cơn bão rất mạnh do không thường xuyên thiết lập bản đồ AT400 nên có thể dùng bản đồ AT500 để xác định dòng dẫn đường cho bão. 4.7 DỰ BÁO SỰ DI CHUYỂN CỦA BÃO Do sự tăng cường hoạt động trên biển và hoạt động của ngành hàng không, ngoài dự báo thời điểm và nơi bão đổ bộ vào đất liền thì dự báo sự di chuyển của bão trên biển cũng có ý nghĩa thực tiễn đố i với việc phòng tránh của tàu biển và máy bay hoạt động trong khu vực có bão. Hiện nay, nhờ có vệ tinh khí tượng con người có thể kiểm soát được tất cả các cơn bão trên Trái Đất từ khi hình thành cho đến khi bão tan. Vì vậy có thể cảnh báo đối với các phương tiện hoạt động trên biển và đối với hàng không trên tất cả các khu vực trên đất liền. 4.7.1 Xác định tâm bão Như ta sẽ thấy trong các mục tiếp theo, chất lượng của các dự báo sự d i chuyển của bão phụ t huộc rất lớn vào độ chính xác trong việc xác định tâm bão. Do bão hình thành và phát triển chủ yếu ở trên biển nơi mạng lưới quan trắc khí tượng rất thưa thớt, hơn nữa gió lớ n trong bão gây cản trở rất nhiều đố i vớ i việc quan trắc gió trong bão. Chính vì vậ y, số liệu khí tượng trong vùng bão rất hạn chế. Trong nhiều trường hợp để phân tích trường áp và trường gió, người ta thường phả i sử dụng phương pháp nộ i suy. Việc xác định tâm bão cũng phả i sử dụng phương pháp này. 4.7.1.1. Xác định tâm bão theo trường áp Với giả thiết mặt đẳng áp ở mặt đất trong vùng trung tâm bão là hình phễu, với các đường đẳng áp khép kín tròn và gần như đồng tâm, ta có thể xác định tâm bão bằng cách lấy đường trung trực của ba đoạn đường đẳng áp ở quanh tâm bão như minh hoạ trên hình 4.20. Khi đó trung tâm bão sẽ là điểm giữa của hình tam giác, tạo nên bởi sự giao nhau của ba đường trung trực. Sai số của phương pháp sẽ lớn khi bão chuyển động nhanh và gần tới bờ lục địa vì khi đó đường đẳng áp và phân bố khí áp không còn đối xứng so với tâm bão.
Hình 4.20. Đường nét đứt là đường trung trực của các đoạn đường đẳng áp AB, CD và EF. Điểm O là trung tâm của xoáy (Tom, 1983) 4.7.1.2. Xác định tâm bão theo góc nghiêng của dòng khí ở gần tâm bão Phương pháp này được xây dựng trên giả t hiết là các dòng khí hộ i tụ vào tâm bão với cùng một góc nghiêng. Tính trung bình góc này từ 20-40o. Chẳng hạn với góc nghiêng là 20o t hì đoạn đường dòng hướng vào tâm (đường đứt nét) hợp với véc t ơ t iế p tuyến với đường dòng sẽ tạo thành góc 90o + 20o = 110o như minh ho ạ trên hình 4.21. Điểm giữa của tam giác tạo nên bởi ba đoạn đường dòng hướng tâm là tâm của bão. Trên đất liền do mạng lưới khí tượng dày đặc hơn nên ta có thể sử dụng khí áp mặt đất để xác định tâm bão. Trong trường hợp bão di chuyển trên đất liền thì có thể xác định thời đ iể m xả y ra giá trị cực tiểu khí áp phố i hợp với hướng gió để xác định tâm bão. Tuy nhiên, khi bão suy yếu và có sự biến dạng của trường áp do ma sát mặt đất thì sai số sẽ lớn. 4.7.1.3. Phương pháp xác định tâm bão bằng ảnh mây vệ tinh Số liệu vệ tinh cho phép quan trắc bão ở những khu vực không có quan trắc mặt đất. Dùng tài liệu vệ t inh có thể xác định tâm bão theo các đặc điểm hệ thống mây vùng trung tâm bão hay nố i các ảnh mây thành một đoạn phim để theo dõi sự phát triển của độ xoái của các dải mây và từ đó xác định tâm bão. Khi mắt bão hiện rõ trên ảnh mây vệ t inh thì tâm hình học của mắt bão được coi gần đúng là tâm bão. Khi mắt bão chưa hiện rõ thì tâm có thể chệch khỏ i vùng mây trung tâm. Tâm bão được xác định theo phương pháp Dvorak. Khi hệ thống mây được xác định rõ trên ảnh mây vệ tinh bởi mắt bão hay dải mây thì tâm bão mặt đất thường thấy rõ. Nhưng phần lớn ảnh mây vệ tinh có đặc điểm mây trung tâm bão có thể bao phủ bởi màn mây và bị biến dạng bởi độ đứt gió. Tâm bão có thể không nằm ở giữa khối mây trung tâm như các ngày 1, 2, 3 trên hình 4.22 (phần trên). Chỉ vào ngày thứ 4 và thứ 5 khi bão nằm trong giai đoạn chín muồi, mắt bão mới hiện rõ và tâm bão mới nằm giữa khố i mây trung tâm.
23 Hình 4.22. Vị trí của tâm bão mặt đất tương ứng với sơ đồ khối mây trung tâm (A) và trên ảnh mây vệ tinh (B) 4.7.2 Dự báo quỹ đạo bão Dự báo quỹ đạo bão đóng vai trò rất quan trọng trong việc hạn chế thiệt hại do bão gây nên. Đây là vấn đề rất phức tạp, đòi hỏ i sai số 10o so với hướng chuyển động thực trên khoảng cách 80-120km so với điểm đổ bộ của bão vào đất liền. Hiện chưa có phương pháp đa năng cho dự báo quỹ đạo bão nên dự báo viên phải lựa chọn các phương pháp thích hợp cho vùng cần dự báo. 4.7.2.1. Phương pháp quán tính và phương pháp khí hậu Phương pháp quán tính dựa trên giả thiết là hiệu ứng tổng hợp của các lực tác động tới cơn bão trong thời đoạn đã qua sẽ t iếp tục tác động với cùng xu thế trong thời kỳ cần dự báo. Đây là phương pháp đơn giản, nhưng cho kết quả chấp nhận được trong vòng 12h nếu bão di chuyển ổn định, không chuyển hướng do sự biến đổi của dòng dẫn đường. Để dự báo bằng phương pháp quán tính ta phải có ít nhất hai vị trí tâm bão trên quỹ đạo bão. Chẳng hạn khi có hai vị trí đầu tiên của cơn bão ta có thể xác định được hướng và tốc độ di chuyển của bão. Giả thiết rằng trong 12h tới bão vẫn di chuyển theo hướng và tốc độ như 12h qua ta có thể xác định được quỹ đạo của bão trong 12h tới. Nếu có ba trung tâm bão liên tiếp trên quỹ đạo ta có thể xác định gia tốc của chuyển động và bằng cách đó cũng có thể xác định quỹ đạo bão trong tương lai. Cần lưu ý là theo những quỹ đạo thực của bão trong các thời đoạn ngắn hơn ta có thể điều chỉnh các quỹ đạo bão để đạt mức chính xác cao hơn. Phương pháp khí hậu được thực hiện trên cơ sở các kết quả thống kê nhiều năm đối với quỹ đạo bão. Theo quỹ đạo bão nhiều năm trên mạng ô vuông kinh vĩ nhất định, người ta sẽ xác định quỹ đạo trung bình nhiều năm theo từng tháng và quỹ đạo trung bình nhiều năm sẽ là đường nối các điểm có tần suất lớn nhất như bản đồ quỹ đạo bão trung bình ở Việt Nam và Biển Đông (hình 4.5). Tốc độ dịch chuyển của bão cũng có thể tính trên cơ sở số liệu khí hậu trung bình của các chùm quỹ đạo bão hay cho từng khu vực và theo thời gian nhất định. Véc tơ dịch chuyển của bão theo phương pháp khí hậu sẽ được xác định cho quỹ đạo và tốc độ di chuyển theo kết quả thống kê khí hậu. Véc tơ tổng hợp của hai phương pháp này sẽ là: 1 S p + c = (S p + S c ) 2 trong đó SP là véc tơ di chuyển của bão tính theo phương pháp quán tính, còn SC là véc tơ di chuyển của bão theo phương pháp khí hậu. Theo véc tơ tổng hợp này ta có thể xác định điểm đổ bộ của bão khi bão gần tới đất liền. Hiện hai phương pháp này cho kết quả có thể chấp nhận được đố i với các cơn bão ở khu vực có tần suất bão tương đối cao.
4.7.2.2. Phương pháp synôp Phương pháp dòng dẫn đường Phương pháp dự báo sự di chuyển của bão bằng phương pháp synôp dựa trên cơ sở quy tắc dòng dẫn đường như đã áp dụng đố i với xoáy thuận ngoại nhiệt đới. Thường người ta dùng mực dòng dẫn cho các cơn bão yếu là 700mb. Còn đố i với cơn bão phát triển mạnh thì mực dòng dẫn là 500mb. Để xác định vị trí có dòng dẫn đường bằng cách từ tâm bão người ta kẻ một đường vuông góc với hướng chuyển động của bão và trên khoảng cách 5-8o vĩ tu ỳ theo quy mô của bão người ta xác định điểm tại đó có dòng dẫn đường và điểm đó được gọi là điểm "kiểm tra" (Chin, 1970). Sử dụng dòng dẫn đường này ta có thể xác định hướng và tốc độ di chuyển của bão. Trên cơ sở đó, dự đoán quỹ đạo bão trong tương lai. Phương pháp hệ thống dự báo hướng di chuyển của bão Năm 1998 Cars và Elsbery dựa trên kết quả phân tích 287 cơn bão trong thời kỳ 10 nă m đã hệ thống hoá và tính tần suất đối với bốn mô hình synôp cơ bản quy định các khả năng di chuyển của bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương trong đó có Biển Đông. Công trình này không những giúp hiểu biết sâu hơn và có hệ thống về hoạt động của bão ở khu vực này mà còn là tài liệu rất hữu ích trong dự báo sự di chuyển của bão. Theo Cars và Elsbery toàn bộ các hệ thống di chuyển bão có thể tổng hợp thành các quỹ đạo trong bốn mô hình với tần suất tương ứng đó là: Mô hình chuẩn (60%), mô hình hướng cực (30%), các quỹ đạo thực trong hai mô hình này được minh hoạ trên hình 4.23 và 4.24. Hai mô hình với tần suất nhỏ hơn nhiều so với hai mô hình trên là mô hình vòng hoàn lưu gió mùa (7%) và mô hình bão kép (3%). Như vậy hai mô hình cuố i cùng chiếm tần suất rất nhỏ. Dưới đây chúng ta sẽ mô tả các quỹ đạo bão trong các mô hình này. a) Mô hình chuẩn (Hình 4.23) Trong mô hình chuẩn, rãnh ôn đới dịch chuyển tới miền nhiệt đới tách áp cao cận nhiệt thành hai bộ phận (được minh hoạ bằng đường đẳng cao mực 500 mb với hoàn lưu thuậ n chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán Cầu) ở phía tây và phía đông tương tự hình thế thường xảy ra trên Biển Đông và miền ven biển phụ cận như minh hoạ trên hình 4.23 (hình dưới). Trung tâm bão ở mặt đất được kí hiệu bằng dấu hiệu xoáy ( ) với khu vực tốc độ gió cực đại ở phía phải của bão theo hướng di chuyển (được kí hiệu bằng hình elip tô đậm). Tuỳ theo khu vực dòng khí thịnh hành ở các khu vực bão di chuyển tới mà các quỹ đạo của bão khác nhau. Chẳng hạn nếu bão di chuyển trong khu vực sống thịnh hành (DR: Dominant Ridge) trong điều kiện sống yếu (WR: Weak Ridge) giữa hai bộ phận áp cao có chiều ngang khá hẹp bão sẽ di chuyển theo quỹ đạo 1 hướng từ đông sang tây do được dẫn đường bởi đới gió đông thịnh hành. Trong trường hợp dòng khí ở phần cực tây của bộ phận áp cao phía đông khá mạnh bão sẽ được dẫn về phía tây bắc đến sát sống yếu, từ điểm này bão có thể chuyển hướng và trước khi chuyển hướng bão thường dừng lại một thời gian. Nếu khu vực sống yếu có chiều ngang không đủ lớn bão sẽ di chuyển theo hướng tây nam theo quỹ đạo 3 và cuốn vào theo dòng dẫn ở phía đông nam của bộ phận áp cao phía tây và tiếp tục di chuyển về phía tây nam. Nhưng nếu sống yếu mở ra đủ rộng thì bão sẽ chuyển hướng bắc, sau đó di chuyển theo quỹ đạo 2 về hướng đông bắc do bão tiến vào đới gió tây ôn đới (MW: Midle Westerlies). Trong một số trường hợp bão có thể tiến tới rãnh ôn đới vốn là rãnh lạnh, gia nhập vào rãnh này và tan đi. Nếu bão di chuyển tới sát xích đạo và vào vùng đới gió tây xích đạo thịnh hành (EW: Equatoria Westerlies) thì bão sẽ di chuyển về phía đông nam ở phần phía tây khu vực
25 đới gió tây này và về phía tây bắc nếu nằm ở phần phía đông khu vực như trên hình vẽ. Hình 4.23. Các quỹ đạo bão trong mô hình chuẩn (hình trên), quỹ đạo thực chi ếm tần suất 60% trong thời kỳ 1989-1996 (hình dưới) (Car III.L.E, 1997) Quỹ đạo thực trong thời kỳ 8 năm (1989-1996) (Hình 4.23, hình dưới) cho thấy các đường quỹ đạo có xu thế nằm theo hướng đông đông nam và tây tây bắc. Đó là quỹ đạo chủ yếu vào giữa và cuố i mùa bão trên Biển Đông. b) Mô hình hướng cực (Hình 4.24). Đặc điểm của mô hình này là sự mở rộng của sống yếu giữa hai bộ phận áp cao và kéo dài theo hướng tây nam - đông bắc của bộ phận áp cao phía đông cũng nhu sự xuất hiện dòng khí thịnh hành hướng cực ở phía tây phần biến dạng này hoặc sự mạnh lên của dòng khí ở phần cực tây của bộ phận áp cao phía đông (hình 4.24).
Hình 4.24. Các quỹ đạo bão trong mô hình hướng cực (hình trên) và quỹ đạo thực trong thời kỳ tám năm (1989 - 1986) (Car III.L.E,1997) Trong hình thế này, bão ban đầu di chuyển theo hướng tây nam - đông bắc trong khu vực dòng khí hướng cực (PO: Polar Orientation) sau đó di chuyển về hướng đông bắc và đông khi tiến vào khu vực đới gió tây ôn đới. Trên hình 4.24, hình dưới là quỹ đạo thực theo mô hình hướng cực cũng trong thời kỳ tám năm như đã nói ở trên. Tần suất của các quỹ đạo này chiế m gần 30% các trường hợp bão xảy ra trong khu vực. Theo mô hình vòng hoàn lưu gió mùa và mô hình bão kép (chỉ chiếm tần suất khoảng 10%, các quỹ đạo của bão được thể hiện trên hình 4.25. c) Mô hình vòng hoàn lưu gió mùa (Hình 4.25 và 4.26). Về cơ bản mô hình này tương tự như mô hình hướng cực nhưng ở phía tây của bộ phận biến dạng của bộ phận áp cao phía đông là vòng hoàn lưu gió mùa ngược chiều kim đồng hồ. Do tác động của vòng hoàn lưu này mà quỹ đạo hướng cực sẽ chuyển hướng về phía tây theo vòng hoàn lưu từ đông sang tây nằm giữa bộ phận áp cao phía tây và vòng hoàn lưu gió mùa trong khu vực sống thịnh hành. Trong hình thế này, bão ban đầu di chuyển theo hướng tây nam - đông bắc trong khu vực dòng khí hướng cực (PO: Polar Orientation) sau đó di chuyển về hướng đông bắc và đông khi tiến vào khu vực đới gió tây ôn đới. Hình 4.25. Hình 4.26. Các quỹ đạo bão trong mô hình vòng gió mùa (Car Các qũy đạo bão trong mô hình bão kép (Car III.L.E, 1997) III.L.E, 1997) G: Tâm vòng gió mùa - - - - Ranh giới khu vực
27 - - - - Ranh giới khu vực Khu vực tốc độ gió cực đại Khu vực tốc độ gió cực đạ i Quỹ đạo đặc trưng d) Mô hình bão kép (Hình 4.26) Hình 4.27. Tần suất khu vực synôp Trên mô hình này bão phía tây nằm trong khu vực dòng hướng xích đạo sẽ di chuyển về phía tây nam và có khả năng tiến vào khu vực sống thịnh hành, tiếp đó di chuyển từ đông sang tây. Còn cơn bão phía đông nằm trong khu vực dòng hướng cực sẽ di chuyển về phía tây bắc cũng có khả năng tiến vào khu vực đới gió tây ôn đới và di chuyển về phía đông bắc. Nếu bão ở phía tây đủ mạnh và có phạm vi lớn hơn hẳn bão ở phía đông nó sẽ gây ảnh hưởng và cuốn cơn bão phía đông di chuyển về phía tây bắc. Ngược lại nếu bão ở phía đông đủ mạnh và có phạm vi đủ lớn sẽ đẩy bão phía tây hơi di chuyển chếch về phía nam. Cars và Elsbery cũng đưa ra tần suất xuất hiện của các khu vực thịnh hành trong các mô hình synôp (Hình 4.27). Ta thấy theo số liệu 10 năm khu vực sống thịnh hành chiếm tần suất lớn nhất (53%) điều đó giải thích tại sao các quỹ đạo bão trên Biển Đông phần lớn có hướng từ đông nam tới tây tây nam trên Biển Đông. Hình 4.28: Tần suất bão thực tế theo mô hình chuẩn. Khu vực hướng cực chỉ chiếm 25% các trường hợp và khu vực đới gió tây ôn đới chiếm 14%. Sự thịnh hành của ba khu vực synôp này thể hiện rất rõ bằng sự tập trung của quỹ đạo bão trên các hình (qu ỹ đạo bão Biển Đông). Các khu vực synôp còn lại chiếm tần suất không đáng kể. Trên thực tế do sự cấu trúc lại của trường độ cao được thể hiện ở mực 500mb nên trong nhiều trường hợp có sự chuyển biến từ mô hình synôp này sang mô hình synôp khác. Chẳng hạn, từ mô hình chuẩn sang mô hình cực và ngược lại. Kết quả là dòng dẫn đường đố i với bão cũng thay đổ i, hướng di chuyển của bão cũng thay đổ i theo. Để giúp phán đoán các hướng chuyển biến này, Cars và Elsbery cũng đưa ra tần số và hướng chuyển biến giữa các mô hình. Trong công trình của Cars và Elsbery cũng đưa ra các minh hoạ bằng ảnh mây vệ t inh và ví dụ sử dụng sản phẩm số trị t ính cho mực 500mb đố i với một số cơn bão điển hình ở khu vực nghiên cứu. Chi tiết xin xem trong tài liệu tóm tắt “Kiến thức cơ sở ”của Cars và Elsbery. Việc phân tích sự di chuyển các cơn bão trong mấy năm gần đây cho thấy có nhiều điể m về hoạt động và sự di chuyển của bão khá phù hợp với những kết luận của hai tác giả trên. Chúng tôi cho rằng việc sử dụng các mô hình và khu vực synôp có thể hỗ trợ một cách hữu hiệu đối với việc định hướng sự di chuyển của bão ở Biển Đông và khu vực phụ cận.
4.8 SỰ BIẾN DẠNG CỦA ÁP CAO CẬN NHIỆT VÀ DÒNG DẪN Ở TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG Trong một số trường hợp bản thân áp cao cận nhiệt Tây Bắc Thái Bình Dương và dòng dẫn ở rìa áp cao này chịu ảnh hưởng rất lớn của hoàn lưu ôn đới và hoàn lưu cận xích đạo, thể hiện trong các quá trình sau: 1) Rãnh ôn đới tạ i mực 500 mb có thể di chuyển rất sâu vào miền nhiệt đới tách áp cao cận nhiệt thành hai bộ phận như trên mô hình chuẩn (Hình 4.23). Dòng khí hướng từ tây nam lên đông bắc ở phía đông rãnh ngăn chặn không cho bão tiếp tục di chuyển sang phía tây. Nếu số ng yếu mở ra đủ rộ ng bão di chuyển lên phía bắc theo dòng dẫn ở phía cực tây của bộ phận áp cao phía đông, thậm chí có thể ra nhập vào rãnh lạnh như trường hợp cơn bão yếu số 7 t háng 11-2003. Tháng 12 rãnh ôn đới có thể t iến sâu hơn nữa về phía nam dẫ n bão đ i từ tây sang đông, ngược hướng trung bình của bão trong tháng này là từ đông sang tây. 2) Dải áp thấp xích đạo khi tiến về phía bắc gần tới áp cao cận nhiệt sẽ tăng gradient khí áp ngang giữa hai hệ thống khí áp này và do đó làm tăng tốc độ dòng dẫn ở phía nam áp cao. 3) Khi khu đệm dịch chuyển lên phía Bắc Bán Cầu và trở thành dải áp cao cận xích đạo thì dòng dẫn ở phía bắc áp cao này trở thành dòng dẫn đường đối với bão và có thể đưa bão di chuyển từ tây sang đông. Hình 4.29: Quĩ đạo và hệ thống mây trên ảnh mây vệ tinh của cơn bão số 6 (Vicentce) tháng 9/2005 Tới đây, ta hãy xét ví dụ về cơn bão mạnh, cơn bão số 6 năm 2005, có tên quốc tế là Vicente hình thành ở giữa Biển Đông và đổ bộ vào Bắc Trung Bộ ngày 18/9/2005. Bão số 6 có đường đi khá đặc biệt (Hình 4.28). Hồi 13 giờ ngày 15/9/2005 một áp thấp nhiệt đới hình thành ở giữa Biển Đông tại 14oN, 115,5oE, ở vùng trung tâm khí áp thấp nhất Pmin=1004mb,
29 tốc độ gió cực đại là 12m/s (cấp 6). Cuố i ngày 15/9 và ngày 16/9 quỹ đạo bão có dạng thắt nút. Hồi 7 giờ ngày 17/9/2005 bão số 6 có trung tâm nằm ở 13,5oN và 114,4oE, khí áp vùng trung tâm hạ thấp tới 990mb, tốc độ gió cực đại tăng tới 22m/s (cấp 9). Từ ngày 17/9/2005 bão di chuyển ổn định về hướng tây tây bắc. Hồi 18 giờ ngày 18/9 đổ bộ vào Bắc Trung Bộ. Tiếp đó bão di chuyển sang phía tây tới Lào giảm yếu và tan đi. Bão số 6 đổ bộ vào Bắc Trung Bộ với hệ thống mây bão rất rộng nên đã gây mưa hầu như trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Hà Nộ i và Thành phố Hồ Chí Minh cũng nằm trong phạm vi bao quát của hệ thống mây bão như minh hoạ trên ảnh mây vệ tinh (Hình 4.29). Mưa ở khu vực cách xa tâm bão xảy ra từng đợt cách quãng rõ rệt, lượng mưa chỉ dưới 20mm/ngày. Càng gần trung tâm bão mưa bão càng mạnh. Bão số 6 gây mưa vừa, mưa to ở các tỉnh phía đông Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. Riêng ở các t ỉnh Thanh Hóa đến Quảng Trị mưa to đến rất to. Lượng mưa hai ngày 17 và 18 đều ở mức 180 - 200mm. Ở một số nơi lượng mưa bão lớn hơn: Chu Lễ (Hà Tĩnh) 321mm, Minh Hoá (Quảng Bình) 287 mm. Bão số 6 tàn phá và nhấn chìm nhiều đoạn đê biển, gây nước dâng, lụt lộ i ở Bắc Trung Bộ, gây nhiều thiệt hại cho khu vực bão đổ bộ, đảo lộn mọ i hoạt động kinh tế xã hộ i vùng ven biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. Quỹ đạo bão số 6 đã được Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương dự báo chính xác nên đã hạn chế đáng kể sự thiệt hại của con bão này.