Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững 511 NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI CỦA TỐC ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỨNG TRÊN KHU VỰC[.]
NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI CỦA TỐC ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỨNG TRÊN KHU VỰC BẮC BỘ VIỆT NAM Trần Đình Linh, Chu Thị Thu Hường Trường Đại học Tài ngun Mơi trường Hà Nội Tóm tắt Xem xét sự biến đổi năm và theo độ cao của tốc độ chuyển động thẳng đứng khu vực Bắc Bợ Việt Nam từ sớ liệu tái phân tích ERA Interim cho thấy, tốc độ thẳng đứng khu vực có thay đổi lớn theo chiều cao và theo thời gian năm, đờng thời, thay đổi khác khu vực, tháng mỗi khu vực Cụ thể, về sự biến đổi theo chiều cao, khu vực Tây Bắc Bộ, tốc độ chủn đợng thẳng đứng thay đổi lớp biên còn biến đổi nhanh phía mực 800 hPa Trong phần lớn thời gian, dòng thăng đạt tốc độ cực đại khoảng 800 hPa - 750 hPa 450 hPa - 400 hPa, cực tiểu dòng thăng (hoặc cực đại dòng giáng) mực 650 hPa - 550 hPa 200 hPa Trên khu vực Đông Bắc Bộ, tốc độ chuyển động thẳng đứng biến động theo chiều cao mạnh hơn, đồng thời, cực trị đạt độ cao thấp khu vực Tây Bắc Bộ Về sự biến đổi năm, lớp biên khí quyển, dòng thăng chiếm ưu thế toàn khu vực suốt cả năm Tốc độ dòng thăng lớp khí quyển này đạt cực đại các tháng 02, 03, 04 và cực tiểu tháng 08 Phía mực 800 hPa, dòng thăng chiếm ưu thế khu vực thời kỳ mùa mưa, cực đại dòng thăng xuất hiện tháng 08, tháng 09; dòng giáng chiếm ưu thế thời kỳ mùa khô và đạt cực đại các tháng 02, 03, 04 Từ khóa: Chuyển động thẳng đứng; Chuyển động đối lưu; Khu vực Bắc Bộ; Tốc độ thẳng đứng Abstract The variation of vertical motion speed over the Northern of Vietnam Results of the variation in the year and along the atmosphere of vertical motion speed in the Northern of Vietnam from ERA Interim reanalysis data show that vertical speed has a large variation with height and time of year, and that change also varies from region to region, from month to month in each region Specifically, in terms of height variation, in the Northwest region, the speed is quite stable with height in km layer of the atmosphere close to the surface, when above 1km, the vertical speed changes rapidly Most of the time, the updraft reaches its maximum speed at from 800 hPa to 750 hPa and from 450 hPa to 400 hPa, with a minimum of updraft (or a maximum of downdraft) at from 650 hPa to 550 hPa and 200 hPa; In the Northeast region, vertical motion speed change in altitude is stronger, and the maximum values are also reached at lower altitudes than in the Northwest region In terms of the variation in year, in the atmospheric boundary layer, updraft prevail over the entire region throughout the year The updraft velocity in this layer reaches to maximum value in February, March or April, and minimum value in August In the atmosphere above 800 hPa level, updrafts prevail over the area during the rainy season, peaks of updrafts appear in August or September; Downflow predominates during the dry season and peaks in the months from February to April Keywords: Vertical movement; Convection; Northern region; Vertical speed Mở đầu Chủn đợng thẳng đứng (CĐTĐ) khí có vai trò to lớn đến điều kiện thời tiết khu vực Khi khu vực thịnh hành, dòng thăng thường hình thành mây, gây thời tiết xấu Ngược lại, vực thịnh hành, dòng giáng lại làm tan mây thời tiết tốt Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững 511 Trên khu vực gió mùa, hoạt động đối lưu phụ thuộc vào thời gian kéo dài cường độ gió mùa năm [1, 2] Ở Ấn Độ Dương, khu vực rãnh xích đạo, đặc biệt phía Đơng, hoạt động đối lưu mạnh năm có gió mùa kéo dài [2] Đối lưu phụ thuộc vào điều kiện ENSO gián tiếp, thông qua thay đổi hoạt động gió mùa Trong điều kiện El-nino, thời gian gián đoạn gió mùa tăng lên làm suy giảm hoạt động đối lưu Ngược lại, điều kiện La Nina, gió mùa hoạt động mạnh hơn, thúc đẩy hoạt động đối lưu hoạt động mạnh khu vực Ấn Độ [2] Hoạt động đối lưu có biến đổi theo chu trình ngày đêm phụ thuộc vào đặc điểm hoạt động gió mùa Trong thời kỳ gió mùa hoạt động mạnh, đối lưu tăng cường, làm gia tăng lượng mưa khu vực miền Trung Ấn Độ Ngược lại, thời kỳ gián đoạn gió mùa, lượng mưa giảm miền Trung Ấn Độ tăng lên vùng chân núi phía Nam dãy Himalaya quốc gia nằm phía Đơng Ấn Độ [3] Chu trình ngày đêm lượng mưa thay đổi theo hoạt động gió mùa Trong thời kỳ gió mùa tích cực, lượng mưa tần suất mưa tăng lên khu vực miền Trung Ấn Độ, đồng thời xuất thêm cực đại thứ hai vào buổi sáng thời gian từ 03 đến 06 địa phương, cực đại xuất từ 12 đến 18 thời kỳ gián đoạn Ở khu vực Nam dãy Himalaya, thời điểm lượng mưa đạt cực đại thời kỳ gián đoạn vào khoảng 09 - 12 địa phương, muộn thời kỳ gió mùa tích cực (03 - 09 địa phương) [3] Trên đại dương, quy mô không gian CĐTĐ cường độ mưa có phụ thuộc vào nhiệt độ mặt nước biển hội tụ gió lớp biên Ở hầu hết vùng biển ấm, lượng mưa lớn xuất vùng có hội tụ lớp biên đồ trung bình tháng Ở khu vực này, phạm vi đối lưu sâu lượng mưa có quan hệ tuyến tính với nhiệt độ mặt nước biển Đồng thời, hoạt động đối lưu nông liên quan trực tiếp với hội tụ lớp biên có đóng góp làm gia tăng lượng mưa khu vực Ở phía Đơng trung tâm Thái Bình Dương, dải hội tụ nhiệt đới, hoạt động đối lưu hội tụ lớp biên đóng vai trị chủ yếu định quy mơ đối lưu lượng mưa [4] Bên cạnh đó, hoạt động đối lưu phụ thuộc vào đặc điểm bề mặt Quá trình thị hóa làm thay đổi đặc trưng vật lý, như: gia tăng đồ gồ ghề, tăng lưu trữ nhiệt hay làm gia tăng trình làm nóng nhân tạo Sự thay đổi ảnh hưởng đến hình thành dơng khu vực Phoenix, Arizona, phía Bắc Hoa Kỳ, làm giảm lượng mưa khu vực trung tâm gia tăng lượng mưa khu vực phía Bắc thành phố Sự suy giảm thơng lượng hiển nhiệt vào buổi chiều ảnh hưởng rõ rệt đến lượng mưa làm thay đổi khu vực hội tụ gió khu vực [5] Ở Việt Nam, cho đến nay, nghiên cứu về CĐTĐ là rất ít Năm 2020, nghiên cứu về đặc điểm phân bố của CĐTĐ khu vực Bắc Bộ được Trần Đình Linh và Nguyễn Thị Mỹ Duyên kết hợp thực hiện Kết các nghiên cứu cho thấy, dịng thăng có ưu khu vực thời kỳ mùa hè Bên cạnh đó, tốc độ thẳng đứng phân hóa lớn theo khơng gian, đặc biệt theo chiều Đông Tây Đặc điểm CĐTĐ khác lớp khí Trong lớp biên (1.000 - 800 hPa), tốc độ thăng khu vực Đông Bắc mạnh khu vực Tây Bắc, ngược lại, lớp 800 - 600 hPa lớp khí mực 600 hPa, tốc độ dịng thăng khu vực Tây Bắc lại mạnh Bên cạnh đó, khu vực tồn hai khu vực thịnh hành dòng giáng Dòng giáng thứ phát triển từ bề mặt, đạt cực đại khoảng 850 hPa triệt tiêu khoảng 700 hPa, dòng giáng tồn khu vực Hịa Bình, Sơn La, Phú Thọ Dòng giáng thứ hai lớp từ khoảng 750 - 600 hPa, tồn khu vực Đơng Hồng Liên Sơn, địa phận tỉnh Yên Bái, Lào Cai, Tun Quang Đối với dịng thăng lớp khí lớp khí cao, hai khu vực, tốc độ thăng đạt cực đại tháng 07, tháng 08 Nghiên cứu cũng cho thấy, sự hình thành 512 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững các vùng thăng (giáng) liên quan đến sự hội tụ của hoàn lưu và ảnh hưởng của điều kiện địa hình, tiêu biểu ảnh hưởng của dãy Trường Sơn, dãy Hoàng Liên Sơn [6, 7] Tiếp theo các nghiên cứu năm 2020, bài báo này, chúng tập trung xem xét sự biến đổi theo thời gian năm và sự biến đổi theo chiều cao của tốc độ CĐTĐ khu vực Bắc Bộ Việt Nam Nghiên cứu nhằm cung cấp các kết quả định lượng, từ đó có cái nhìn tổng quát về sự biến đổi của tốc độ CĐTĐ khu vực Số liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Số liệu Bài báo sử dụng số liệu tái phân tích ERA Interim Trung tâm Khí tượng hạn vừa châu Âu Số liệu thu thập với độ phân giải ngang 0,5 × 0,5, độ kinh vĩ tốc độ thẳng đứng w Đơn vị tốc độ thẳng đứng Pa/s, với giá trị âm thể chuyển động thăng giá trị dương thể chuyển động giáng Theo chiều cao, số liệu gồm 23 mực đẳng áp chuẩn, từ mực 1.000 hPa đến 200 hPa Trong đó, gồm 10 mực lớp từ 1000 hPa - 750 hPa, mực cách 25 hPa; 11 mực lớp 750 hPa - 250 hPa, cách 50 hPa mực; 02 mực 225 hPa 200 hPa Số liệu lựa chọn tải khu vực bao quanh khu vực Bắc Bộ lân cận suốt năm, thuộc giai đoạn 35 năm, từ 1981 đến 2015 2.2 Phương pháp nghiên cứu Sự biến đổi theo độ cao theo thời gian năm của tốc độ CĐTĐ đánh giá cho 03 khu vực đại diện: cho ba khu vực Tây Bắc Bộ (TBB), Vùng núi phía Bắc (VNPB) Đồng - Đông Bắc Bộ (ĐB-ĐB) Phạm vi ba khu vực xác định sau: • TBB (210N - 230N, 1020E - 1040E); • VNPB (220N - 23,50N, 1040E - 1070E); • ĐB-ĐB (200N - 220N, 1050E - 1080E) Trên khu vực, tốc độ CĐTĐ tính cho tất 23 mực nghiên cứu tất tháng Giá trị mực tháng trung bình 35 năm giai đoạn nghiên cứu Việc tính tốn giá trị trung bình thực phần mềm GrADS Các kết tính tốn từ phần mềm GrADS, sau xử lý vẽ biểu đồ phần mềm Excel để phân tích biến động theo độ cao theo thời gian năm tốc độ thẳng đứng khu vực tháng Đặc điểm biến động theo độ cao so sánh tháng khu vực Kết thảo luận 3.1 Sự biến đổi theo độ cao tốc độ thẳng đứng 3.1.1 Sự biến đổi thời kỳ từ tháng 05 đến tháng 10 Tốc độ thẳng đứng ba khu vực gần có giá trị âm tồn cột khí xét (Hình 1) Điều đồng nghĩa rằng, dòng thăng thịnh hành xuyên suốt tầng đối lưu khí thời kỳ Mặc dù vậy, khu vực, tốc độ thẳng đứng biến đổi phức tạp theo độ cao biến đổi khu vực TBB khác với biến đổi khu vực ĐB - ĐB VNPB Đối với khu vực TBB, thời kỳ này, tốc độ thẳng đứng thay đổi khoảng km khí (từ 1.000 hPa đến 900 hPa) Từ phía mực 900 hPa, tốc độ thẳng đứng có thay đổi lớn theo độ cao Trong tháng 05, 06, 07, tốc độ thăng tăng nhanh từ mực 900 hPa, đạt cực đại khoảng mực 775 - 750 hPa Phía mực 750 hPa, tốc độ thăng lại giảm đến đạt cực tiểu Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững 513 mực 650 hPa, sau lại tăng lên Sự tăng lên trì đến mực 400 hPa, sau giảm xuống Tốc độ dịng thăng sát bề mặt khoảng 0,01 Pa/s, mực 775 - 750 hPa 400 hPa vào khoảng 0,09 Pa/s, mực 650 hPa khoảng 0,045 Pa/s mực 200 hPa vào khoảng 0,03 Pa/s Trong tháng 08 tháng 09, sát bề mặt tốc độ chưa đến 0,01 Pa/s, sau đó, tăng nhanh theo độ cao đến khoảng mực 800 hPa (ở có tốc độ khoảng 0,05 - 0,06 Pa/s) Ở phía mực 800 hPa, tốc độ thăng tăng chậm đến mực 450 hPa (khoảng 0,09 Pa/s tháng 08 0,06 Pa/s tháng 09) Phía mực 450 hPa, tốc độ thăng giảm dần xuống 0,03 - 0,05 Pa/s mực 200 hPa Trong tháng 10, tốc độ thẳng đứng tăng từ mực 900 hPa, đạt cực đại mực 850 hPa trì tương đối ổn định, sau giảm Từ mực 300 hPa trở lên, khu vực thịnh hành dịng giáng Hình 1: Biến đổi tốc độ thẳng đứng theo độ cao khu vực tháng từ tháng 05 đến tháng 10 514 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững Trên khu vực VNPB khu vực ĐB-ĐBm tốc độ thẳng đứng biến đổi theo độ cao gần tương tự tất tháng Sự biến đổi tháng 05, 06, 07 khu vực có đặc điểm giống Trong tháng này, tốc độ dòng thăng tăng theo độ cao lớp sát đất, giảm theo độ cao lớp 900 đến khoảng 750 hPa Từ mực 750 hPa đến 400 hPa, tốc độ thăng tăng chậm, sau trì giảm chậm lớp khí phía mực 400 hPa Theo chiều cao, tốc độ thẳng đứng đạt cực đại mực 925 hPa (khu vực ĐB - ĐB) mực 875 hPa (khu vực VNPB) cực tiểu mực 775 hPa (khu vực ĐB - ĐB) 700 hPa (khu vực VNPB) Trong tháng 08, tốc độ dòng thăng tăng từ bề mặt, đạt cực đại mực 925 hPa (ĐB - ĐB) 850 hPa (VNPB), sau giảm đạt cực tiểu mực 850 hPa (ĐB - ĐB) 750 hPa, từ phía mực này, tốc độ dịng thăng trì tương đối ổn định Cũng khu vực VNPB khu vực ĐB - ĐB, tháng 09 tháng 10, biến đổi theo độ cao tốc độ thẳng đứng hai khu vực tương tự đặc điểm tháng tương tự Tốc độ thẳng đứng tăng từ bề mặt, sau đạt cực đại khoảng mực 850 hPa Ở phía mực 850 hPa, tốc độ thẳng đứng giảm dần theo độ cao, đó, tốc độ suy giảm tháng 10 nhanh tháng 09 So sánh tốc độ dòng thăng khu vực nhận thấy, nhìn chung, mực 850 hPa, tốc độ dòng thăng khu vực ĐB - ĐB VNPB lớn khu vực TBB Trong từ mực 850 hPa trở lên, tốc độ dòng thăng TBB lại lớn khu vực Đơng Bắc Cịn hai khu vực ĐB - ĐB VNPB, kết cho thấy tốc độ dòng thăng khu vực VNPB lớn tháng 05, 06, 07 khu vực ĐB - ĐB lớn tháng 09 Trong hai tháng lại tốc độ hai khu vực có giá trị tương đương 3.1.2 Sự biến đổi thời kỳ từ tháng 11 đến tháng 04 Tốc độ thẳng đứng khu vực thời kỳ từ tháng 11 đến tháng 04 năm sau biến đổi theo độ cao phức tạp (Hình 2) Trong đó, có giống tương đối đặc điểm biến đổi khu vực ĐB - ĐB với khu vực VNPB biến đổi hai khu vực khác với biến đổi khu vực TBB Trên ba khu vực, nhìn chung dòng thăng chiếm ưu tầng thấp dòng giáng chiếm ưu cao Đặc điểm biến động tháng gần giống mức độ biến động có thay đổi lớn Trong tháng 11 tháng 12, kết cho thấy, khu vực, dòng thăng chiếm ưu mực phía 750 hPa cịn từ mực 700 hPa trở lên, dòng giáng thịnh hành khu vực Ở khu vực TBB, tốc độ dịng thăng trì ổn định tăng nhẹ từ bề mặt đến mực 850 hPa Phía mực 850 hPa, tốc độ thăng giảm, sau chuyển động đảo chiều sang dịng giáng từ mực 650 hPa Phía mực này, tốc độ thẳng đứng trì tương đối ổn định Trên khu vực ĐB - ĐB khu vực VNPB, tốc độ dòng thăng từ bề mặt tăng nhanh theo độ cao, đạt cực đại khoảng mực 875 hPa, sau giảm nhanh Đến mực 700 hPa, chuyển động đảo chiều trì đà tăng chậm (ĐB - ĐB) giảm tăng (VNPB) theo độ cao đến giới hạn phạm vi nghiên cứu Đặc điểm biến đổi tháng, từ tháng 01 đến tháng 04 khu vực giống gần tương tự với biến đổi tháng 05, 06, 07 Trên khu vực TBB, phía mực 900 hPa, tốc độ thăng trì ổn định mức khoảng 0,015 Pa/s Từ phía mực 900 hPa, tốc độ dòng thăng tăng mạnh theo độ cao (ngoại trừ tháng 02 tăng chậm) đạt cực đại khoảng 875 hPa Phía mực 875 hPa, tốc độ thăng giảm dần, đến khoảng mực 650 hPa trở thành chuyển động giáng Sau đó, dịng giáng đạt tốc độ cực đại khoảng mực 550 hPa suy giảm Riêng tháng 04, từ mực 500 hPa trở lên, dòng thăng lại chiếm ưu khu vực TBB Trên khu vực ĐB - ĐB khu Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững 515 vực VNPB, từ bề mặt đến khoảng 900 hPa 875 hPa, tốc độ thăng tăng theo độ cao Phía mực này, tốc độ thăng giảm theo độ cao, đến khoảng mực 800 hPa, chuyển động thẳng đứng đảo chiều thành dòng giáng Dòng giáng trì lớp từ 800 hPa đến khoảng 550 hPa Ở phía mực 550 hPa, dịng thăng lại chiếm ưu với tốc độ dòng thăng tăng dần theo độ cao, đạt cực đại mực 400 hPa, sau giảm xuống đỉnh phạm vi nghiên cứu Hình 2: Biến đổi tốc độ thẳng đứng theo độ cao khu vực tháng từ tháng 11, 12, 01, 02, 03 04 Về tương quan mức độ chuyển động thẳng đứng khu vực, kết cho thấy, phía mực 850 hPa, tốc độ dòng thăng khu vực ĐB - ĐB khu vực VNPB lớn khu vực TBB Từ phía mực 850 hPa đến 700 hPa, tốc độ dòng thăng TBB lớn khu vực ĐB ĐB VNPB Tốc độ dịng giáng phía mực 600 hPa, TBB lớn hai khu vực 516 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững lại, ngoại trừ tháng 04 khu vực TBB dòng thăng chiếm ưu Trong tháng này, tốc độ dòng thăng mực cao TBB lớn hai khu vực phía Đơng Bắc Bộ Đối với khu vực ĐB - ĐB VNPB, tất mực tốc độ thăng - giáng khu vực VNPB lớn hơn, mức biến đổi theo độ cao khu vực VNPB lớn hẳn khu vực ĐB - ĐB 3.2 Sự biến đổi năm tốc độ thẳng đứng 3.2.1 Sự biến đổi lớp biên khí Sự biến đổi tốc độ thẳng đứng thể Hình cho thấy, tốc độ dịng thăng lớp biên thường đạt cực đại tháng đạt cực tiểu tháng Ở vài mực, tốc độ thăng lớp biên đạt cực đại tháng tháng 02 Nhìn chung, tốc độ dòng thăng mạnh giai đoạn tháng 02, 3, Tốc độ thăng lớp biên thời kỳ mùa mưa nhìn chung nhỏ Riêng khu vực TBB, tốc độ thẳng đứng lớp biên mùa mưa nhỏ, tháng có cực đại lượng mưa chí cịn có tốc độ dịng thăng lớp biên cực tiểu Tốc độ dòng thăng lớp biên nhỏ mùa mưa lại đạt cực đại thời kỳ mùa khô lần khẳng định chuyển động đối lưu lớp biên có vai trị định đến mưa khu vực Hình 3: Biến đổi năm tốc độ thẳng đứng mực 900 hPa khu vực 3.2.2 Sự biến đổi lớp khí từ 800 đến 600 hPa Sự biến đổi năm tốc độ thẳng đứng lớp khí từ 800 đến 600 hPa thể Hình cho thấy, lớp khí này, dịng thăng chiếm ưu thời kỳ mùa mưa, dòng giáng chiếm ưu mùa khô Cụ thể, khu vực ĐB - ĐB khu vực VNPB, nhìn chung, tốc độ thẳng đứng có giá trị âm (dịng thăng) thời kỳ từ tháng đến tháng 10 (trùng với thời kỳ mùa mưa khu vực) có giá trị dương thời kỳ từ tháng 11 đến tháng năm sau (trùng với thời kỳ mùa khô khu vực) Tốc độ dòng thăng mạnh tháng 8, tháng 9, trùng với thời gian mưa cực đại Cũng hai khu vực này, dòng giáng đạt tốc độ cực đại tháng 02, 3, Do dòng giáng mạnh nên lớp biên, tốc độ dòng thăng đạt cực đại thời kỳ lượng mưa khơng đáng kể Bởi tồn dịng giáng lớp làm tăng độ ổn định khí quyển, cản trở đối lưu phát triển Trên khu vực TBB, dịng thăng thịnh hành lớp khí phần lớn thời gian Trong đó, tốc độ dòng thăng mạnh đồng thời kỳ từ tháng đến tháng 09 Trong ba tháng mưa cực đại năm tốc độ dịng thăng mạnh Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường phát triển bền vững 517 ... này, chúng tập trung xem xét sự biến đổi theo thời gian năm và sự biến đổi theo chiều cao của tốc độ CĐTĐ khu vực Bắc Bộ Việt Nam Nghiên cứu nhằm cung cấp các kết quả... lượng mưa làm thay đổi khu vực hội tụ gió khu vực [5] Ở Việt Nam, cho đến nay, nghiên cứu về CĐTĐ là rất ít Năm 2020, nghiên cứu về đặc điểm phân bố của CĐTĐ khu vực Bắc Bộ được... các kết quả định lượng, từ đó có cái nhìn tổng quát về sự biến đổi của tốc độ CĐTĐ khu vực Số liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Số liệu Bài báo sử dụng số liệu tái phân tích ERA