97
khí áp vùng trung tâm. Ta thấy mặt đẳng áp rất dốc trong bão so với xoáy thuận ngoại
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
hội 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 hội 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
tuyến 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.
98
(a) (b) (c)
Hình 4.9.
Sự biến đổi của phân bố gió tiếp tuyến, gió hướng tâm và trường đường
dòng trong bão ở các mực: mặt đất, 1km, 3km và 15km (Izawa,1964).
(a) Tốc độ gió tiếp tuyến
(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 hội
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 chuyển 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.
99
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. Đường dòng (đường liền) và đường
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 tĩnh. 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
từ mực 12km. Từ mực này gió chuyển dần sang
hoàn lưu xoáy nghịch (thể hiện bằng tốc độ âm)
theo chiều kim đồng hồ với tốc độ khoảng 5m/s như
thể hiện trên hình 4.11.
Hình 4.11.
Mặt cắt thẳng đứng của tốc độ gió tiếp tuyến (
m/s) (Izawa,1954)
100
4.3.3 Hệ thống mây
Không khí nóng ẩm trong bão hội tụ rất mạnh vào khu vực trung tâm và bốc lên cao
trong cột xoáy bão, ngưng kết lại tạo thành các dải mây vũ tích bao quanh mắt bão lan tới
15-20km như minh hoạ bằng mặt cắt trên hình 4.12. Hình 4.12 cho thấy trên đỉnh mây vũ
tích là màn mây ti, dạng tơ sợi (trái). Khi bão chín muồi màn mây ti mở ra, nhìn trên ảnh
mây vệ tinh (chụp từ trên cao) sẽ thấy một chấm 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
tinh, với tốc độ 1hình/1phút ta có thể thấy khối mây tích bao quanh mắt bão, quay ngược
chiều kim đồng hồ theo hoàn lưu xoáy thuận, còn dải mây ti ở đỉnh bão quay theo chiều
kim đồng hồ với hoàn lưu xoáy nghịch tại mực này. Chính vì vậy trên một mặt phẳng ta
có thể thấy dải mây tích quay ngược chiều kim đồng 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 dải mây
vũ tích trong bão phát triển trên Biển Đông và miền ven biển Việt Nam. Theo chiều
ngang, giữa các dải mây này là các vùng dòng giáng, mây mỏng do đó khi bão đi qua địa
phương thường gây ra các đợt mưa to rồi lại mưa nhỏ xen kẽ nhau, có khi mưa ngừng lại
trước khi tới dải mây khác, khi đó lại có thể mưa to hơn.
Hình 4.12.
Sơ đồ mặt cắt thẳng đứng qua hệ thống mây và mắt bão tương ứng với hướng di chuyển của bão từ
đông sang tây (mũi tên)- Ci: mây ti trên cao (trái). Màn mây bão trên biển 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 khối lượng nước rất lớn. Khối 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).
101
Hình 4.13.
Mô hình bão với dải mây
mưa trong và dải mây
mưa ngoài. Hình A là hệ
thống đường dòng theo
chiều ngang trên đỉnh cơn
bão. Hình B là mặt cắt
thẳng đứng không gian
qua cơn bão. Phần trái
của hình AB là mô hình
hai dải mây và phần phải
hình AB là mô hình một
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 hội tụ nhiệt đới. Tuy nhiên, không
phải nhiễu động nào trên dải hội 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 hội 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 tinh 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