81
Hình 3.19.
Màn mây dải hội tụ nhiệt đới với bão và áp thấp nhiệt đới ở phía Nam Việt Nam và Biển
Đông và màn mây front lạnh ở biên giới phía bắc ngày 1/11/1999
Hình 3.20.
Bản đồ mặt đất ngày 3/11/1999 với front lạnh tiến tới Bắc Trung Bộ,
tiến sát và tương tác với dải hội tụ nhiệt đới ở phía nam
Hoạt động của tín phong. Trong trường hợp này tín phong đóng hai vai trò, thứ nhất là
82
hội tụ với gió mùa tây nam trên dải hội tụ nhiệt đới, thứ hai là chịu tác động nâng lên của
địa hình và của không khí lạnh trong khu vực Bắc Trung Bộ. Ngoài ra, ở đây còn có một
hiệu ứng khác, đó là hiệu ứng hội tụ tốc độ trong dòng tín phong như đã nói trong mục
3.1.3. Tín phong trong trường hợp này có tốc độ rất lớn, tốc độ này càng lớn hơn khi ở phía
nam xuất hiện một sóng đông làm tăng gradient khí áp ở phía nam của áp cao cận nhiệt
Tây Thái Bình Dương. Sự hội tụ xuôi dòng của tốc độ đã gây nên sự hội tụ tốc độ gió trong
bản thân dòng tín phong. Sự hội tụ này không biểu hiện rõ trên trường áp. Đây là trường
hợp tín phong mạnh và rất dày do đó sự hội tụ trong dòng khí có ý nghĩa rất lớn đối với sự
hình thành mây vũ tích cho mưa. Thêm vào, trong những ngày cuối đợt một áp thấp nhiệt
đới đã xuất hiện ở Biển Đông và di chuyển về phía bắc của dải hội tụ nhiệt đới cũng góp
phần tăng lượng mưa đáng kể.
Sự tương tác phối hợp trong một thời gian rất ngắn đã đưa đến trận lũ lịch sử gây
nhiều thiệt hại về người và của ở khu vực Bắc Trung Bộ.
Những trận mưa lớn ở Bắc Trung Bộ có thể chỉ do một trận bão. Tuy nhiên, mưa kéo
dài và đạt đến cường độ lớn cũng xảy ra thường xuyên ở khu vực này chỉ do tương tác
của front lạnh với bão cùng di chuyển tới khu vực hay sự tương tác giữa tín phong và dãy
Trường Sơn. Nhưng lượng mưa toàn đợt lớn trên 2000mm là do sự phối hợp của năm
hình thế như trình bày ở trên là trường hợp hi hữu, một lần trong 100 năm.
Trong 3 mục cuối chương này chúng tôi sẽ đề cập tới các nhiễu động tần suất thấp
theo chu kỳ dài năm như dao động tựa 2 năm, dao động 40 - 50 ngày và dao động nam
ENSO. Các nhiễu động này có thể gián tiếp hay trực tiếp liên quan tới sự biến đổi của
thời tiết, nhất là hiện tượng dao động nam ENSO, chúng hỗ trợ và định hướng cho các dự
báo hạn vừa và hạn ngắn.
3.6 DAO ĐỘNG TỰA 2 NĂM
Vào đầu những năm 60 những nghiên cứu khí tượng đã phát hiện sự đổi hướng thịnh
thành từ năm này qua năm khác của gió tầng bình lưu trên khu vực xích đạo. Trong năm
này gió trong tầng bình lưu xích đạo có hướng đông với tốc độ lớn, còn trong năm sau gió
tây mạnh lại thịnh hành. Sự dao động của hướng gió thịnh hành ở tầng bình lưu giữa gió
đông và gió tây được gọi là “dao động tựa hai năm”. Từ "tựa" được dùng chỉ thời gian giữa
hai cực trị của gió đông và gió tây thịnh hành không phải là 24 tháng mà là 27 tháng.
Trên hình 3.21 là biến trình gió vĩ hướng, gió tây (đại lượng dương), gió đông (đại
lượng âm). Ta có thể thấy rằng gió mực 30mb chuyển sang hướng đông hoặc hướng tây
trước gió mực thấp hơn (mực 50mb). Điều đó cho thấy rằng gió đã lan truyền từ trên
xuống phía dưới trong khí quyển.
83
Hình 3.21.
Dị thường gió vĩ hướng đã làm trơn đối với gió miền xích đạo tại mực 30mb và 50mb. Đại
lượng dương là gió tây, đại lượng âm là gió đông. Gió ở mực cao hơn (30mb) chuyển
sang hướng đông hoặc hướng tây trước gió mực thấp hơn (50mb). Điều đó cho thấy
rằng gió đã lan truyền từ trên xuống phía dưới trong khí quyển. (Climate Diagnostics
Bulletin, CPC (1996))
Gió đông có cường độ lớn hơn rất nhiều so với gió tây; thời gian chuyển từ gió đông
cực đại sang gió tây cực đại ngắn hơn nhiều so với trường hợp chuyển ngược lai tây sang
đông. Chênh lệch giữa tốc độ gió cực đại và cực tiểu trong dao động tựa hai năm nằm
trong khoảng 40-50m/s, chu kỳ trung bình là trên 2 năm, đó là chu kỳ khá lớn của cả biên
độ và hướng trong dao động tựa hai năm. Một đặc tính nữa của dao động tựa hai năm là
gió đông và gió tây lan truyền xuống phía dưới qua khí quyển theo thời gian. Tốc độ lan
truyền trung bình của phía dưới khoảng 1km/tháng nhưng trong hai hướng gió thì gió tây
lan truyền xuống phía dưới nhanh hơn so với gió đông.
Hình 3.22.
Mô hình nhiễu động không gian-thời gian phù hợp với dao động
nhiệt đới 40-50 ngày. Phần A mô tả thời gian khi áp thấp nhất tại
đảo Can Tôn, phần E tương tự như phần A nhưng đối với khí áp
cao nhất. Mây cumulus biểu diễn khu vực có cường độ đối lưu
tăng cường. Ta thấy có sự lan truyền từ phía tây sang phía đông
của những nhiễu động và các vòng hoàn lưu tương ứng
Đối với phần lớn các mực, sự chuyển hướng từ gió tây sang gió đông được làm trơn
theo thời gian. Tuy nhiên, đối với lớp giữa mực 30 và mực 50mb gió tây có thể ổn định
trong một vài tháng. Sự chuyển hướng sang gió đông thường bị trễ. Khi trên mực 50mb
biên độ của dao động tựa hai năm không biến đổi mạnh thì ở phía dưới mực này sự giảm
84
biên độ diễn ra rất nhanh. Biến động cực đại giữa sự thịnh hành gió đông và gió tây tại
mực 20mb và tốc độ của cả hai gió đông và gió tây giảm theo chiều cao. Đặc tính phụ
thuộc vào chiều cao tiếp theo là tại các mực thấp thời gian tồn tại của gió vĩ hướng gió tây
kéo dài hơn gió đông, trong khi tại các mực cao quan hệ ngược lại.
Đối với một số khu vực miền vĩ độ thấp, các biến khí hậu như lượng mưa và nhiệt độ
có sự biến động theo thời gian phù hợp với sự biến động của dao động tựa hai năm
(Ogallo, 1979). Chính vì vậy các nhà khí hậu đã quan tâm đến hiện tượng dao động tựa hai
năm, và sự liên quan của nó với các dao động quy mô lớn khác, chẳng hạn như với dao
động nam và dao động nhiệt đới 40-50 ngày và sử dụng mối quan hệ này trong dự báo khí
hậu hạn dài (Jury, McQueen, 1994). Ngoài những nghiên cứu nói trên vai trò của dao động
tựa hai năm trong khí hậu nhiệt đới còn chưa hoàn toàn được hiểu rõ. Cần phải có cơ sở để
giải thích sự duy trì của nó, đặc biệt là việc đánh giá vai trò của dao động tựa hai năm
trong sự biến đổi của các thành phần khác của hoàn lưu nhiệt đới, chẳng hạn như dao động
nam (Gray, Schaeffer và Knaff 1992), gió mùa và tần suất của xoáy thuận nhiệt đới (Gray
và Knaff 1991).
3.7 DAO ĐỘNG NHIỆT ĐỚI 40-50 NGÀY
Dao động nhiệt đới 40-50 ngày hay còn gọi là dao động Madden và Julian (MJO)
(1971) là sự biến đổi tần số thấp trong cường độ của gió ở khí quyển tầng cao và sự biến
đổi của nhiệt độ tại các mực khác nhau phối hợp với sự biến đổi của khí áp mặt đất. Chu
kỳ của những sự biến động này dài nhất vào khoảng 41-53 ngày và có tần số lớn nhất vào
khoảng gần 45 ngày.
Dao động 40-50 ngày là cơ sở giải thích một số biến động tần suất thấp của hoàn lưu
nhiệt đới và sự biến động khí hậu. Trong số các đặc trưng này thì sự di động từ phía tây
sang phía đông của dao động 40-50 ngày có ý nghĩa lớn nhất. Sự di động này thể hiện dưới
dạng sóng khí quyển, phần lớn có sự phù hợp với sự di chuyển của các ổ đối lưu lớn. Các ổ
này di chuyển với tốc độ từ 10-30 m/s từ Ấn Độ Dương sang phía tây Thái Bình Dương và
ngang qua Thái Bình Dương tới Nam Mỹ. Những hiệu ứng bề mặt của sự dịch chuyển của
các ổ đối lưu sang phía đông có thể thấy rõ ở một số khu vực miền xích đạo phù hợp với
biến đổi nhiệt độ và khí áp mặt đất với chu kỳ 40-50 ngày (Hình 3.22). Ngoài những đặc
trưng không gian nói trên, dao động 40-50 ngày cũng có những đặc trưng biến đổi theo
thời gian đáng lưu ý. Chẳng hạn, sự biến động giữa các mùa và trong năm thể hiện trong
bản chất của dao động này. Sự biến động trong mùa, bao gồm cả các dao động 10-20 ngày,
30-50 ngày và một tuần (Ding 1994) là quan trọng nhất vì dao động này có những tác động
lớn đối với các giai đoạn tích cực và thụ động (giai đoạn ngừng) của gió mùa
Dao động này có sự biến đổi về cường độ: mạnh nhất từ tháng 12 đến tháng 2 và yếu
nhất từ tháng 6 đến tháng 8. Dao động này yếu nhất ở miền Tây Thái Bình Dương và mạnh
nhất ở Ấn Độ Dương. Những biến động mùa là đáng kể và gây nên sự dịch chuyển theo
mùa của trung tâm đối lưu tích cực, phù hợp với sự dịch chuyển của dải hội tụ nhiệt đới
(ITCZ) (Madden và Julian 1994).
3.8 EL NINO DAO ĐỘNG NAM (ENSO) VÀ HOÀN LƯU WALKER
EL Nino-Dao động nam (ENSO: El Nino Soithern Oscillation) là dị thường quy mô
85
lớn của hệ thống đại dương - khí quyển với nhiễu động lớn trong dòng biển và nhiệt độ
mặt nước biển gây nên điều kiện dị thường khí quyển và môi trường trong khu vực xích
đạo, trước hết là ở Thái Bình Dương.
Bình thường, khu vực xích đạo miền Đông Thái Bình Duơng lạnh hon so với vị trí
xích đạo của nó (Hình 3.23), chủ yếu là do tín phong Đông Bắc Bắc Bán Cầu và tín phong
Đông Nam Nam Bán Cầu đưa nước biển lạnh từ hai cực tới miền Đông Thái Bình Dương
tới sát miền duyên hải Nam Mỹ, trong đó có Chilê và Pêru.
Hình 3.23.
Những thích ứng cơ bản của Thái Bình Dương và khí quyển đối với hiện
tượng El Nino (Trenbert, 1991)
Trong thời gian tín phong yếu, mặt biển miền Trung và Đông Thái Bình Dương nóng
lên dị thường. Ở duyên hải Nam Mỹ mây nhiều, mưa lớn, nghề cá giảm sản lượng đánh
bắt. Trong khi đó ở châu Úc hạn hán nặng nề. Đó là hiện tượng EL Nino, pha ENSO nóng.
Trên quy mô toàn cầu trong thời gian này ở miền Đông Thái Bình Dương mặt biển nóng
(Hình 3.24) nước trồi đại dương yếu, hình thành áp thấp dị thường, dòng thăng phát triển
tạo điều kiện hình thành hệ thống mây tích, gây ra những trận mưa lớn. Trong khi đó ở
miền Trung và Tây Thái Bình Dương mặt nước biển lạnh, hình thành áp cao dị thường với
dòng giáng hạn chế sự phát triển của đối lưu và mây mưa. Hiện tượng El Nino cũng ảnh
hưởng đến quỹ đạo bão: do dòng xiết cận nhiệt mạnh nên quỹ đạo bão có xu hướng lệch về
phía hai cực