17
Hình 1.9.
Giá trị phân kỳ trung bình trên đại dương và chuyển động thẳng đứng
trung bình ngày tại mực 900mb (m/ngày) (tính trung bình cho lớp giữa mặt đất và 900mb)
Trên hình 1.9 là Giá trị phân kỳ trung bình trên đại dương và tốc độ thẳng đứng trung bình
ngày tại mực 900mb (m/ngày).
Tháng 1 trong lớp sát đất gió phân kỳ trong dải 10-30oN ở phần phía nam của cao áp
cận nhiệt Bắc Bán Cầu. Đới có độ hội tụ lớn dịch xuống phía nam tới 5oN vào tháng 7.
Profile phân kỳ biểu diễn giá trị trung bình cho lớp nằm giữa mặt đất và 900 mb. Nếu
như ở miền ngoại nhiệt đới là phân kỳ thì ở miền xích đạo thường có sự hội tụ. Ta hãy áp
dụng khái niệm về bảo toàn khối lượng trong khí quyển đối với trạng thái ổn định mà ta có
thể giả thiết là ổn định theo mùa. Trong phương trình
(w) .( \ V) 0
z
∂ρ
+
∇ρ =
∂
G
(1.3)
với
ρ
- mật độ không khí ; z - tọa độ thẳng đứng; w - tốc độ thẳng đứng.
Giả thiết là lớp khí quyển mà ta nghiên cứu mỏng khoảng 1km và phía trên của lớp
này là profile có độ phân kỳ và hội tụ như trên hình 1.7 và 1.9.
Mật độ biến đổi ít và có thể loại ra khỏi phương trình (1.3). Tích phân theo chiều cao
từ mặt đất tới độ cao 1km ta có:
h0 h
ww(.\.V)*w−=−∇ =
h
(1.4)
18
trong đó h
w- tốc độ thẳng đứng mực h; 0
w- tốc độ thẳng đứng tại mặt đất, còn (*)
đặc trưng cho độ hội tụ của lớp khí quyển đang xem xét, tốc độ thẳng đứng ở mặt đất
bằng không. Ký hiệu (*) chỉ đại lượng của tốc độ thẳng đứng trung bình trong lớp từ H = 0
đến lớp H = 1 km như trên đã nói. Điều đó có nghĩa là ở gần mặt đất trong khu vực phân
kỳ w
h<0 là dòng khí giáng và trong khu vực hội tụ thì wh>0 là dòng thăng. Ta thấy là
chuyển động giáng sẽ đem lại thời tiết khô, quang mây còn chuyển động thăng sẽ đem lại
trời mây và mưa. Hình 1.9 biểu diễn dải hội tụ (có mưa lớn) trong khu vực xích đạo và dải
phân kỳ (trời quang) trong khu vực cận nhiệt đới, đúng như thực tế quan trắc được.
1.5.3 Sự biến đổi theo mùa của hoàn lưu nhiệt đới và sự bất đối xứng của hai
bán cầu
Nếu như bề mặt Trái Đất đồng nhất thì sự quay của Trái Đất xung quanh Mặt Trời
sẽ gây nên sự biến đổi theo mùa không lớn. Thực tế quá trình diễn ra phức tạp hơn
nhiều. Điều đó một phần là do sự nghiêng của trục Trái Đất, một phần do sự phân bố
không đều của lục địa và biển dẫn đến sự khác nhau trong thông lượng bức xạ Mặt Trời
cũng như chu trình của nước và hơi nước trong khí quyển. Trước hết ta hãy xem xét sự
biến đổi của hoàn lưu trung bình theo vĩ độ, sau đó sẽ xem xét sự biến đổi của hoàn lưu
chung trên Trái Đất. Trên thực tế, những điều kiện trung bình của hoàn lưu biến đổi
theo vĩ độ lớn hơn theo kinh độ.
Vị trí trung bình của dải áp thấp xích đạo là 5oS vào mùa đông Bắc Bán Cầu, còn
mùa hè Bắc Bán Cầu thì nằm ở 15oN, theo giá trị trung bình năm thì vị trí của dải áp thấp
xích đạo này là 5oN được gọi là xích đạo khí tượng (hình 1.10).
Hình 1.10.
Các vị trí trung bình của rãnh áp thấp xích đạo trong tháng 1 và tháng 7
Vì vậy theo xích đạo khí tượng thì Nam Bán Cầu rộng hơn Bắc Bán Cầu. Ta đã biết
là miền nhiệt đới luôn cung cấp nhiệt cho miền ngoại nhiệt đới, điều đó có nghĩa là Nam
Bán Cầu có nguồn nhiệt từ nhiệt đới lớn hơn so với Bắc Bán Cầu. Do châu Nam Cực với
19
đại dương bao quanh ổn định hơn ở Bắc Bán Cầu và nền nhiệt độ ở Nam Cực thấp hơn
so với Bắc Bán Cầu. Chính vì vậy, áp thấp hành tinh Nam Bán Cầu có tâm trên Nam
Cực, mở rộng về phía xích đạo. Đới gió tây ở rìa áp thấp hành tinh này có cường độ lớn
hơn so với đới gió tây Bắc Bán Cầu cả vào mùa hè và mùa đông.
1.6 TRƯỜNG ÁP, TRƯỜNG GIÓ MIỀN NHIỆT ĐỚI
Trước khi xem xét các thành phần cơ bản của hoàn lưu nhiệt đới thể hiện trên trường
áp và trường gió ta hãy dừng lại ở những đặc điểm của trường áp và trường gió miền
nhiệt đới.
Ở miền nhiệt đới, nhiệt độ tương đối đồng nhất, như đã trình bày ở các mục trước,
trường áp mờ, gradien khí áp ngang không lớn như ở miền ôn đới. Trừ trường hợp bão và
sự xâm nhập của không khí lạnh, nói chung ở miền nhiệt đới, gradien khí áp ngang chỉ là
1-2mb/100km, nhỏ hơn hai ba lần so với gradien khí áp ngang miền ngoại nhiệt đới. Tuy
nhiên, trên trường áp trung bình nhiều năm ở miền nhiệt đới ta vẫn thấy rõ những khu áp
cao và áp thấp đó là những khu vực thịnh hành của xoáy nghịch và xoáy thuận. Người ta
còn gọi các hệ thống áp cao và áp thấp này là trung tâm hoạt động với nghĩa là sự khống
chế của chúng tại khu vực nào đó sẽ quyết định đặc điểm thời tiết và khí hậu của khu vực
đó.
Ngoài bản đồ trung bình nhiều năm của khí áp và gió, do ở miền nhiệt đới lực
Coriolis nhỏ, hệ thức địa chuyển không thực hiện tốt nên người ta thường sử dụng bản đồ
đường dòng thay cho bản đồ phân bố khí áp ở mặt đất và bản đồ hình thế khí áp trên cao.
Trên bản đồ đường dòng miền nhiệt đới có một số chi tiết khác với các hệ thống
miền ôn đới, đặc biệt là đối với khu vực xích đạo nơi lực Coriolis rất nhỏ. Ở đây xuất
hiện một hệ thống gọi là hệ thống đệm đặc trưng cho xích đạo, khu vực chuyển tiếp giữa
hai bán cầu.
Mô hình cơ bản của trường dòng và trường áp
Ta hãy làm quen với một số mô hình cơ bản của dòng khí trong khu vực nhiệt đới
với nhiều đặc trưng khác biệt so với miền ngoại nhiệt đới (hình 1.11).
Trên hình 1.11a là mô hình đơn giản nhất đã được thiết lập ngay từ thời kỳ đầu phát
triển khí tượng nhiệt đới, đó là hệ thống tín phong, dòng khí thổi ở phần hướng về phía
xích đạo của áp cao cận nhiệt nằm giữa trục sống áp cao cận nhiệt hai bán cầu. Trên mô
hình đó là đới gió đông trải khắp miền nội nhiệt đới ở hai phía xích đạo.
Trên hình 1.11b ở Bắc Bán Cầu, ngoài dải áp cao cận nhiệt là dải áp cao cận xích
đạo, giữa hai dải áp cao này là dải áp thấp.
Trên hình 1.11c là hình thế tương tự như trên hình 1.11b chỉ có điều khác là dải áp
cao cận xích đạo bị đẩy xuống phía nam nằm trên xích đạo và đó là hệ thống đệm (Ký
20
hiệu B: Buffer).
Hình 1.11. Mô hình đường dòng mực thấp trong khu vực tín phong và gió mùa
(1) Sống áp cao (2) Rãnh áp thấp (3) Hệ thống đệm, A (anticyclone) - xoáy nghịch
tương ứng
với khu áp cao; C (cyclone) - xoáy thuận tương ứng với khu áp thấp (Harris, 1970)
Phần Bắc Bán Cầu trên mô hình 1.11d minh hoạ rất rõ hệ thống hoàn lưu ở khu vực
Đông Nam Á và Tây Bắc Thái Bình Dương. Trong đó biểu hiện rõ áp thấp Nam Á với
đới gió tây và tây nam ở phần phía nam của áp thấp này. Phía đông áp thấp này là hệ
thống áp cao, chính là áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương. Phía nam áp cao này là dải
áp thấp xích đạo. Hệ thống đệm trong mô hình này được chia làm 3 phần: Phần ở phía
Bắc Bán Cầu là sống áp cao, ở phía nam là áp thấp còn trên xích đạo là vùng đệm.
Trường đường dòng và các trung tâm xoáy
21
Trên các hình (1.12 - 1.19) là hệ thống đường dòng hợp thành(1) ở các mực
gradien(2), 850 mb, 500 mb, 200 mb tháng 1 và tháng 7 đặc trưng cho mùa gió mùa mùa
đông và mùa gió mùa mùa hè ở miền nhiệt đới Đông Bán Cầu. Trên mỗi bản đồ là trường
đường dòng (đường liền) với hướng theo chiều mũi tên và đường đẳng tốc gió hợp thành
(đường đứt) vẽ qua 5kts (2kts=1m/s). Tốc độ gió hợp thành nhỏ hơn 5 và lớn hơn 15 kts
được tô đậm. Trên các bản đồ, những đặc điểm cơ bản của trường áp và trường xoáy
cũng được thể hiện rõ với các trung tâm khí áp và xoáy được ký hiệu bằng chữ A: xoáy
nghịch (khu áp cao) và chữ C: xoáy thuận (khu áp thấp).
Trường đường dòng và xoáy mực gradien (600m) tháng 1 (hình 1.12)
Trên Đông Á dòng khí toả ra từ cao áp Siberi(3) về phía biển và vượt xích đạo về
phía Nam Bán Cầu, chuyển hướng thành tây bắc và thổi vào áp thấp châu Úc (1). Trên
miền Tây Thái Bình Dương là sống cao áp cận nhiệt. Hệ thống dòng khí của sống này
thổi cùng hướng đông bắc như dòng khí từ áp cao Siberi. Trừ phần rìa phía nam liên
quan với front lạnh, tốc độ gió trong khu vực cao áp Siberi rất nhỏ (v<5kts). Ngay trong
khu vực nam Trung Quốc phía nam cao áp Siberi thời gian này vẫn có hoạt động của
xoáy thuận. Như sẽ minh hoạ trong chương 2 phần nói về mùa gió mùa mùa đông. Có thể
thấy hoạt động của chuỗi xoáy thuận trên front cực miền Tây Bắc Thái Bình Dương
trong đó cao áp Siberi đóng vai trò cao áp kết thúc của chuỗi xoáy, áp thấp trên biển Đài
Loan, Nhật Bản và kết thúc là áp thấp Alêut có vùng trung tâm nằm ở trên quần đảo
Alêut thuộc Bắc Thái Bình Dương (hình 2.5).
Trên Biển Đông và phần phía nam vịnh Thái Lan là hai khu vực có tốc độ lớn hơn
15kts.
(1) Gió hợp thành là vectơ tốc độ gió tổng hợp của hai vectơ gió trung bình nhiều năm theo trục x(u) và
y(v).
(2) Mực gradien có độ cao khoảng 600 m.
(3) Áp cao Siberi (Nieuwolt gọi là áp cao châu Á, trong nghiệp vụ dự báo thời tiết gọi là áp cao lục địa).