Nghiên cứu ảnh hưởng của địa hình và không khí lạnh đến cấu trúc bão ở vùng duyên hải việt nam

TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG 4

1 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÃO

Xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) là thuật ngữ chung để chỉ bão và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ), hình thành trên vùng biển nhiệt đới với đường kính có thể lên tới hàng trăm kilômet Ở Bắc bán cầu, gió xoáy vào tâm theo chiều ngược kim đồng hồ, trong khi ở Nam bán cầu, gió xoáy theo chiều cùng kim đồng hồ Áp suất khí quyển trong XTNĐ thấp hơn so với khu vực xung quanh, thường kèm theo mưa, dông, tố và lốc XTNĐ được phân loại thành ATNĐ hoặc bão dựa trên tốc độ gió mạnh nhất gần trung tâm, với áp suất khí quyển trong bão thường thấp hơn 1000mb.

Bão là hiện tượng thời tiết cực đoan với sức gió mạnh từ cấp 8 trở lên Những cơn bão có sức gió từ cấp 10 đến cấp 11 được xem là bão mạnh, trong khi bão từ cấp 12 đến cấp 15 được gọi là bão rất mạnh Đặc biệt, những cơn bão có sức gió từ cấp 16 trở lên được phân loại là siêu bão.

Theo quyết định số 44/2014/QĐ - TTg ngày 15 tháng 8 năm 2014 của Thủ tướng Chính phủ, quy định về dự báo, cảnh báo và truyền tin thiên tai, XTNĐ được phân loại thành 5 cấp dựa trên tốc độ gió mạnh nhất ở khu vực gần trung tâm.

ATNĐ, bão, bão mạnh, bão rất mạnh và siêu bão (Bảng 1 1) Bảng 1 1: Phân loại XTNĐ dựa theo tốc độ gió mạnh nhất vùng gần trung tâm [44]

Tốc độ gió m/s km/h Kts Áp thấp nhiệt đới (Tropical Depression - TD) 6 - 7 10,8 - 17,1 39 - 61 21,1 - 32,9

Tốc độ gió mạnh nhất gần trung tâm xoáy thấp nhiệt đới (XTNĐ) là tốc độ gió trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian từ 02 đến 10 phút, tùy thuộc vào từng quốc gia, trong đó Việt Nam ghi nhận tốc độ gió mạnh nhất trong 02 phút Thời gian đo gió cực đại càng ngắn thì khả năng đạt được tốc độ gió lớn càng cao Do đó, thông tin về bão được truyền từ các trung tâm dự báo thời tiết về thời điểm chuyển từ áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) sang bão và tốc độ gió lớn nhất cũng sẽ khác nhau, dẫn đến việc xác định tần số và cường độ của XTNĐ cũng trở nên không đồng nhất.

1 1 3 Những điều kiện hình thành

Riehl (1948a,b) và Palmén (1948) đã xác định các điều kiện cơ bản cho sự hình thành bão, bao gồm: khu vực đại dương rộng lớn với nhiệt độ bề mặt biển từ 26-27ºC trở lên để đảm bảo sự bốc hơi mạnh và cung cấp năng lượng cho hệ thống bão; giá trị Coriolis đủ lớn để tạo xoáy, với bão thường hình thành trong khoảng vĩ độ 5-20º hai bên xích đạo, trong đó vùng 5ºS-5ºN có lực Coriolis quá nhỏ không đủ để tạo ra chuyển động xoáy thuận; dòng cơ bản cần có độ đứt gió thẳng đứng nhỏ để tập trung dòng ẩm vào khu vực bão, vì độ đứt lớn sẽ cản trở sự phát triển của xoáy thuận; và ở tầng cao, trường khí áp phải phân kỳ để giải tỏa khối lượng không khí hội tụ ở mặt đất, duy trì sự tồn tại của bão.

Bão mạnh (Severe Tropical Storm - STS) 10 - 11 24,5 - 32,6 89 - 117 47,6 - 63,2

Bão rất mạnh (Typhoon/Huricane - TY) 12 – 15 32,7 – 61,2 118 – 220 63,3 -118,8

Từ cấp 16 trở lên, các nhiễu động áp thấp ban đầu xuất hiện trên mặt đất với các chỉ số như >61,2, >220 và >118,8 e Kết quả thống kê cho thấy 80% các cơn bão liên quan đến ITCZ Năm nào ITCZ ít hoạt động thì số lượng bão cũng giảm theo.

Năm 1967, Gray đã xác định sáu yếu tố môi trường cần thiết cho sự hình thành và phát triển của XTNĐ Trong đó, ba yếu tố động lực bao gồm khu vực hình thành với các tham số Coriolis nhỏ, xoáy tầng thấp (850 hPa) lớn hơn trung bình, và độ đứt gió thẳng đứng nhỏ Ba yếu tố nhiệt động lực học bao gồm nhiệt độ bề mặt nước biển ấm từ 26°C đến độ sâu 60m, sự bất ổn định ẩm từ mực thấp đến giữa tầng đối lưu (500 hPa), và sự hiện diện của một lớp bất ổn định có điều kiện trong khí quyển.

1 2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI

1 2 1 Các công trình nghiên cứu về cấu trúc bão

Trước năm 1970, nghiên cứu bão chủ yếu tập trung vào việc đo đạc và mô tả các đặc điểm như khu vực hình thành, quỹ đạo và điều kiện khí tượng bề mặt Trong giai đoạn này, các thiết bị trên tàu biển, máy bay quân sự và radar đã cung cấp dữ liệu quan trọng về các trường khí tượng trong bão Dựa trên bộ số liệu thu thập được, các nhà nghiên cứu đã công bố những kết quả nghiên cứu ban đầu về cấu trúc bão.

Vào tháng 7 năm 1943, hai phi công Joseph B Duckworth và Ralph O’Hair đã thực hiện chuyến bay đầu tiên vào bên trong bão bằng máy bay huấn luyện AT-6, đánh dấu bước ngoặt trong việc nghiên cứu cấu trúc bão Đến cuối những năm 1940, việc theo dõi bão từ trên cao trở thành công việc thường nhật, mở ra kỷ nguyên mới cho các phép đo trực tiếp về bão nhiệt đới Mặc dù trước đó đã có một số phép đo thực hiện từ tàu, đảo hoặc vùng ven biển, nhưng các phép đo trực tiếp đã giúp các nhà nghiên cứu xác định cấu trúc cơ bản của bão, bao gồm gió, mưa và khí áp tại bề mặt Tuy nhiên, việc nghiên cứu cấu trúc ba chiều của bão vẫn còn hạn chế do thiếu hụt dữ liệu quan trắc trong thời kỳ này.

Vào năm 1944, radar lần đầu tiên được sử dụng để đo đạc cơn bão Cobra bởi tàu khu trục USS Warrington của Mỹ Hình ảnh radar đã cho thấy rõ ràng cấu trúc của mắt bão, tường mây bao quanh và các dải mây mưa.

Hình 1 1: Ảnh radar của bão Corba từ tầu khu trục USS Warrington của Mỹ

(Nguồn: thư viện ảnh của NOAA [156])

Trong những năm tiếp theo, Trung tâm Dự báo Nghiệp vụ về Bão JTWC (Join Typhoon Warning Center) đã mở rộng việc theo dõi và quan trắc các cơn bão, tạo ra nhiều bộ số liệu quý giá Những dữ liệu này đã hỗ trợ các nhà khoa học nghiên cứu chuyên sâu về bão, đặc biệt là cấu trúc của chúng, trong đó có công trình của nhà nghiên cứu Herbert Riehl.

Trong công trình “Mô hình về sự hình thành của bão nhiệt đới” (1950, 1954), các tác giả đã chỉ ra vai trò quan trọng của sự trao đổi nhiệt giữa đại dương và bão nhiệt đới Họ nhận thấy rằng bão có thể thay đổi cấu trúc dòng giáng khi không khí đạt đủ nhiệt độ và độ ẩm, cùng với dòng tiềm nhiệt từ bề mặt Tuy nhiên, tác giả vẫn chưa định lượng hóa mối quan hệ này với tốc độ gió cực đại và khí áp tại tâm bão.

Nhà khoa học Đức Ernst Kleinschmidt (1951) là người đầu tiên phát hiện ra công thức biểu diễn tốc độ gió cực đại phụ thuộc vào năng lượng nhiệt Ông cho rằng năng lượng nhiệt của đại dương là nguồn nhiệt cơ bản để duy trì bão nhiệt đới, và mối liên hệ này được thể hiện qua một công thức cụ thể.

V (m/s) là vận tốc gió cực đại, E (m²/s²) đại diện cho năng lượng nhiệt của đại dương tính cho một đơn vị khối lượng, và q là hệ số trong công thức Trong nghiên cứu của Kleinschmidt, ảnh hưởng của lớp biên đã được bỏ qua với giả thiết rằng năng lượng ẩm từ bề mặt là hằng số.

Trong bài báo "Sự hình thành và cấu trúc của bão nhiệt đới" (Palmén, 1948), Erik Palmén đã chỉ ra rằng năng lượng của bão phát sinh từ quá trình bất ổn định có điều kiện của khí quyển Ông là người đầu tiên mô tả cấu trúc mặt cắt thẳng đứng của bão dựa trên chuỗi số liệu thám sát mắt bão năm 1944.