Luận án tiến sĩ khí tượng nghiên cứu ảnh hưởng của địa hình và không khí lạnh đến cấu trúc của bão ở vùng duyên hải việt nam

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU NGUYỄN BÌNH PHONG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH VÀ KHÔNG KHÍ LẠNH ĐẾN CẤU TRÚC CỦA BÃO Ở VÙNG DUYÊN HẢI VIỆT NAM LU[.]

BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU NGUYỄN BÌNH PHONG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH VÀ KHƠNG KHÍ LẠNH ĐẾN CẤU TRÚC CỦA BÃO Ở VÙNG DUYÊN HẢI VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC Hà Nội - 2022 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH VÀ KHƠNG KHÍ LẠNH ĐẾN CẤU TRÚC CỦA BÃO Ở VÙNG DUYÊN HẢI VIỆT NAM Ngành Khí tượng Khí hậu học Mã số: 9440222 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC Tác giả luận án Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Bình Phong PGS.TS Nguyễn Văn Thắng TS Nguyễn Văn Hiệp Hà Nội - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng địa hình khơng khí lạnh đến cấu trúc bão vùng dun hải Việt Nam” cơng trình nghiên cứu cá nhân Số liệu sử dụng luận án kết nghiên cứu tơi tự tìm hiểu, phân tích cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có khơng trung thực thơng tin sử dụng cơng trình nghiên cứu Tác giả Nguyễn Bình Phong ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa đào tạo tiến sỹ hoàn thiện luận án này, lời nghiên cứu sinh (NCS) xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến hai Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Thắng TS Nguyễn Văn Hiệp người trực tiếp tận tình bảo, định hướng hướng dẫn NCS suốt trình học tập, nghiên cứu NCS xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô, nhà khoa học lĩnh vực Khí tượng Khí hậu học đóng góp ý kiến quý báu suốt trình thực hồn thiện luận án NCS xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Trường, Khoa Khí tượng Thủy văn - Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội bạn đồng nghiệp tạo điều kiện thời gian cho NCS suốt trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, NCS xin cảm ơn người thân, bạn bè ln bên cạnh khuyến khích, động viên để NCS hồn thành khóa học tập, nghiên cứu iii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT x PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý lựa chọn đề tài Câu hỏi nghiên cứu Mục tiêu luận án Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp luận án Các luận điểm bảo vệ Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH, KHƠNG KHÍ LẠNH ĐẾN CẤU TRÚC BÃO 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÃO 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Những điều kiện hình thành 1.2 TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu cấu trúc bão 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu tác động địa hình đến cấu trúc bão 19 1.2.3 Các cơng trình nghiên cứu tác động gió mùa, khơng khí lạnh đến cấu trúc bão 25 1.3 TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 27 1.4 TIỂU KẾT CHƯƠNG I 38 CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 SỐ LIỆU 40 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 iv 2.2.1 Phương pháp mơ hình số trị 42 2.2.1.1 Mơ hình WRF 42 2.2.1.2 Phương pháp ban đầu hóa xốy mơ hình 44 a) Phương pháp ban đầu hóa xốy động lực học 44 b) Phương pháp dịch chuyển xoáy 45 2.2.2 Phương pháp Sy nốp 48 2.3 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 48 2.4 TIỂU KẾT CHƯƠNG II 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH, KHƠNG KHÍ LẠNH ĐẾN CẤU TRÚC BÃO 54 3.1 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRƯỜNG BAN ĐẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP BAN ĐẦU HĨA XỐY 54 3.1.1 Lựa chọn sơ đồ ban đầu hóa xốy mơ hình WRF 54 3.1.2 Khảo sát vai trò ban đầu hóa xốy qua số trường hợp điển hình 58 3.2 VAI TRỊ CỦA ĐỊA HÌNH ĐỐI VỚI CẤU TRÚC BÃO 71 3.2.1 Vai trò địa hình cấu trúc trường khí tượng bão 72 3.2.2 Vai trị địa hình cường độ bão 80 3.2.3 Vai trị địa hình quỹ đạo bão 82 3.3 VAI TRỊ CỦA KHƠNG KHÍ LẠNH ĐỐI VỚI CẤU TRÚC BÃO 84 3.3.1 Vai trị khơng khí lạnh cấu trúc xốy bão tích hợp 84 3.3.2 Vài trị khơng khí lạnh đến cấu trúc số trường khí tượng trường hợp điển hình 87 3.3.2.1 Trường hợp bão Damrey 88 3.3.2.2 Trường hợp bão Mujigae 95 3.4 TIỂU KẾT CHƯƠNG 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 118 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Ảnh radar bão Corba từ tầu khu trục USS Warrington Mỹ (Nguồn: thư viện ảnh NOAA) Hình 1.2: Mặt cắt thẳng đứng bão Trục hoành biểu diễn khoảng cách theo phương ngang tính từ tâm bão (km), đường thẳng liền nét nằm song song biểu diễn đường đẳng áp (mb), đường cong liền nét biểu diễn đường đẳng nhiệt độ vị (K), đường nét đứt biểu diễn nhiệt độ khơng khí (oC) (Nguồn: Palmén,1948) Hình 1.4: Sự phụ thuộc gió tiếp tuyến vào cường độ bão (Nguồn: Holland Merrill, 1984) 13 Hình 1.5: Ảnh thị phổ radar siêu bão Amber (1997) với cấu trúc thành mắt bão (Nguồn: Trung tâm khoa học vũ trụ, Đại học Wisconsin-Madison) 15 Hình 1.6: Mặt cắt thẳng đứng bão Rita năm 2005, hình ảnh radar Doppler máy bay thám sát P-3 Thang mầu thể độ phản hồi radar, mũi tên mầu đen thể vận tốc gió (Nguồn: Houze cs, 2007) 16 Hình 1.7: Mắt bão ảnh mây vệ tinh hai siêu bão Matthew (trái) Harvey (phải) năm 2017 (Nguồn: NOAA/NEXRAD) 17 Hình 1.8: Ảnh radar bão Dolly năm 2008 thời điểm mắt bão có hình đa giác với thang đo mầu độ phản hồi radar (dBZ) (Nguồn: NOAA/NEXRAD) 18 Hình 1.9: Hình ảnh mơ q trình động lực hình thành xốy quy mơ nhỏ quanh thành mắt bão (Nguồn: Naylor Schecter, 2014) 18 Hình 1.10: Dải mây hình xoắn ảnh mây vệ tinh (Nguồn: NOAA/NEXRAD) 19 Hình 1.11: Bản đồ đường trung bình XTNĐ đổ ảnh hưởng đến Việt Nam (Nguồn: Mai Văn Khiêm, 2015) 28 Hình 2.1: Quỹ đạo 18 bão lựa chọn khảo sát 42 Hình 2.2: Sơ đồ khối mơ hình WRF 43 Hình 2.3: Miền tính sử dụng q trình chạy ban đầu hóa xốy (trái) mô (phải) 49 Hình 2.4: Quỹ đạo bão chịu tác động KKL 50 Hình 3.1: Quỹ đạo 18 bão lựa chọn để khảo sát ban đầu hóa xốy 55 vi Hình 3.2: Mặt cắt vĩ hướng qua tâm bão trường gió mực 10m (m/s) khí áp mực mặt biển (hPa) bão Damrey cho trường hợp (a) khơng có ban đầu hóa xốy (b) có ban đầu hóa xốy 61 Hình 3.3: Mặt cắt vĩ hướng qua tâm bão trường tốc độ gió (m/s) dị thường nhiệt độ (K) bão Damrey cho trường hợp (a) khơng có ban đầu hóa xốy 62 (b) có ban đầu hóa xốy 62 Hình 3.4: Độ phản hồi vô tuyến thời điểm ban đầu 00Z ngày 03/11/2017 trường hợp (a) khơng ban đầu hóa xốy, (b) có ban đầu hóa xốy (c) ảnh mây vệ tinh kênh 89H 62 Hình 3.5: Biến trình áp cực tiểu (hPa) tâm (a) tốc độ gió cực đại (m/s) gần tâm (b) hạn dự báo tới 24 thời điểm dự báo 00Z ngày 03/11/2017 64 Hình 3.6: Biến trình (a) khí áp cực tiểu (hPa) (b) tốc độ gió cực đại (m/s) bão Mujigae (2015) từ nguồn JTWC (màu xanh) JMA (màu đỏ) 66 Hình 3.8: Mặt cắt vĩ hướng qua tâm bão trường gió mực 10 m (m/s) khí áp mực mặt biển (hPa) bão Mujigae cho trường hợp (a) khơng có ban đầu hóa xốy (b) có ban đầu hóa xốy Các đường kẻ ngang đánh dấu giá trị quan trắc khí áp cực tiểu (gió cực đại) JTWC JMA thời điểm 00Z ngày 03/10/2015 69 Hình 3.9: Mặt cắt vĩ hướng qua tâm bão trường tốc độ gió (m/s) dị thường nhiệt độ (K) bão Mujigae cho trường hợp (a) khơng có ban đầu hóa xốy (b) có ban đầu hóa xốy 70 Hình 3.10: Quỹ đạo quan trắc bão Mujigae (2015) JMA (đỏ), JTWC (đen) mô với có ban đầu hóa xốy (tím) khơng ban đầu hóa xốy (xanh) 70 Hình 3.11: Độ cao địa hình miền tính với (a) mặc định, giữ nguyên độ cao địa hình, (b) giảm độ cao 2m, (c) giảm 50% độ cao, (d) giảm 75% độ cao (e) tăng 150% độ cao 72 Hình 3.12: Cấu trúc trường mây bão Damrey (2017) thông qua độ phản hồi vô tuyến (đơn vị đo: dbz) thời điểm bão đổ trường hợp (a) CTL, (b) TER2m, (c) TER150 (d) TER50 74 Hình 3.14: Như hình 3.12 thời điểm 3h trước bão đổ trường hợp (a) CTL, (b) TER2m, (c) TER150 (d) TER50 75 vii Hình 3.15: Như hình 3.12 thời điểm 3h sau bão đổ trường hợp (a) CTL, (b) TER2m, (c) TER150 (d) TER50 75 Hình 3.16: Mặt cắt thẳng đứng khí áp mực biển (đường đen chấm đậm) gió mực 10m (đường đen mảnh) qua tâm bão thời điểm bão Damrey (2017) đổ trường hợp (a) CTL, (b) TER50, (c) TER150 (d) TER2m 77 Hình 3.17: Như Hình 3.16 với thời điểm trước bão đổ trường hợp (a) (a) CTL, (b) TER50, (c) TER150 (d) TER2m 77 Hình 3.18: Như Hình 3.16 với thời điểm sau bão đổ trường hợp (a) CTL, (b) TER50, (c) TER150 (d) TER2m 78 Hình 3.19: Mặt cắt đơng - tây qua tâm bão Damrey (2017) trường tốc độ gió (đường liền nét), tỉ số xáo trộn (phủ mầu) tốc độ thẳng đứng (véc tơ) thời điểm đổ trường hợp (a) CTL, (b) TER50, (c) TER150 (d) TER2m 79 Hình 3.20: Biểu đồ biến trình vận tốc gió cực đại độ cao 10m (a), chênh lệch tốc độ gió cực đại (b), khí áp cực tiểu tâm bão (c) trường hợp CTL, TER2m, TER150 TER50, đường thẳng màu đen biểu diễn thời điểm bão đổ 81 Hình 3.21: Quỹ đạo bão (a) bão Kalmeagi, (b) bão Mujigae, (c) bão Wutip, (d) bão Damrey (e) bão Usagi trường hợp CTL (đường màu đen), TER2m (đường màu xanh cây), TER150 (đường màu đỏ) TER50 (đường màu tím) TER75 (đường màu xanh dương) 83 Hình 3.22: Trường tỉ số xáo trộn nước mưa mực bề mặt (kg/kg) trung bình 18 bão (a), bão không chịu tác động KKL (b) bão chịu tác động KKL (c) 85 Hình 3.23: Cấu trúc trường tốc độ gió mực 10m (m/s) trung bình 18 bão (a), bão không chịu tác động KKL (b) bão chịu tác động KKL (c) 86 Hình 3.24: Cấu trúc trường gió vĩ hướng (trên) kinh hướng trung bình (dưới) 18 bão (a), bão không chịu tác động KKL (b) bão chịu tác động KKL (c) 86 Hình 3.25: Hình sy nốp thời gian bão Mujigae hoạt động (a) 12Z 03/10, (b) 18Z 03/10, (c) 00Z 04/2015 (d) 12Z 04/10/2015 (nguồn: www.tmd.go.th) 88 Hình 3.26: Bản đồ độ phản hồi vơ tuyến hạn dự báo trường hợp có ban đầu hóa (a) ảnh mây vệ tinh (b) thời điểm 06Z ngày 03/11/2017 89 viii Hình 3.27: Mặt cắt thẳng đứng qua tâm bão trường hợp ban đầu hóa xốy (a) gió mực 10m (đường liền nét, m/s), khí áp mực biển (đường chấm, hPa), (b) gió (véc tơ) tốc độ gió (phủ mầu) (c) tỉ số xáo trộn ngưng kết (phủ mầu) hạn dự báo 06 thời điểm 06Z ngày 03/11/2017 90 Hình 3.28 Tương tự Hình 3.27 cho dự báo 12 thời điểm 12Z ngày 03/11/2017 92 Hình 3.29: Độ phản hồi vô tuyến ảnh mây vệ tinh lúc bão đổ (a) dự báo 24 thời điểm 00Z ngày 04/11/2017 (b) ảnh mây vệ tinh lúc 23:16Z ngày 03/11/2017 93 Hình 3.30 Tương tự Hình 3.27 cho dự báo 24 thời điểm 00Z ngày 04/11/2017 94 Hình 3.31: Độ phản hồi vơ tuyến mơ (a) 12Z 03/10/2015, (b) 18Z 03/10/2015, (c) 00Z 04/10/2015 (d) 06Z 04/10/2015 từ trường hợp có ban đầu hóa 96 Hình 3.32: Mặt cắt thẳng đứng đơng - tây qua tâm bão trường tốc độ gió (phủ mầu, m/s) véc tơ gió điểm lưới theo mơ có ban đầu hóa (a) 12Z 03/10/2015, (b) 18Z 03/10/2015, (c) 00Z 04/10/2015 (d) 06Z 04/10/2015 96 Hình 3.33: Như hình 3.32 mặt cắt thẳng đứng theo phương nam - bắc 97 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân loại XTNĐ dựa theo tốc độ gió mạnh vùng gần trung tâm Bảng 2.1: Độ dài chuỗi số liệu bão 41 Bảng 2.2: Danh mục thí nghiệm 50 Bảng 2.3: Danh sách bão thực mô dự báo, với điều kiện ban đầu lấy 00UTC 12UTC 51 Bảng 3.1: Sai số cường độ khoảng cách trung bình bão 55 Bảng 3.2: Sai số cường độ khoảng cách trung bình 228 thí nghiệm 58 Bảng 3.3: Sai số vịng lặp trường ban đầu 59 Bảng 3.4: Sai số khí áp cực tiểu tâm (hPa) 63 x DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ATNĐ BMJ BoLAM BVBB CMC DWD GD GEM GFS GME GSM HRM IR ITCZ JMA KF KKL KMA NCEP NCHMF NOAA NOGAPS MAE ME MM5 MP PBL SLP SST Áp thấp nhiệt đới Sơ đồ tham số hóa đối lưu Betts-Miller-Janjic (Betts-Miller-Janjic Scheme) Mơ hình dự báo thủy tĩnh Bologna (The hydrostatic meteorological Bologna Limited-Area Model) Bắc Vịnh Bắc Bộ Trung tâm khí tượng Canada (Canadian Meteorological Centre) Cơ quan dự báo thời tiết Đức Sơ đồ tham số hóa đối lưu Grell-Devenyi (Grell-Devenyi Scheme) Mơ hình mơi trường tồn cầu (The Global Environmental Multiscale Model) Số liệu dự báo tồn cầu (Global Forecast System) Mơ hình dự báo tồn cầu Đức Mơ hình phổ tồn cầu (The Global Spectral Model) Mơ hình dự báo độ phân giải cao (High Resolution Model) Ảnh hồng ngoại (Infraced Image) Dải hội tụ nhiệt đới (Inter Tropical Convergence Zone) Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (Japan Meteorology Agency) Sơ đồ tham số hóa đối lưu Kain-Fristch (Kain-Fristch Scheme) Khơng khí lạnh Cơ quan Khí tượng Hàn Quốc (Korea Meteorology Agency) Trung tâm Dự báo Môi trường Quốc gia Hoa Kỳ (National Centers for Environmental Prediction Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia Cục quản lý đại dương khí quốc gia Mỹ (National Oceanic and Atmospheric Administration) Hệ thống dự báo khí tồn cầu Hải qn Mỹ (Navy Operational Global Atmospheric Prediction System) Sai số trung bình tuyệt đối (Mean Absolute Error) Sai số trung bình (Mean Error) Mơ hình quy mơ vừa hệ thứ (Fifth-Generation NCAR Mesoscale Model) Tham số vi vật lý mây (Micro Physics) Lớp biên hành tinh (Planet Boundary Layer) Khí áp mực biển (Sea Level Pressure) Nhiệt độ bề mặt nước biển (Sea Surface Temperature) xi STS TBTBD TD TS TY VBB VIS WRF-ARW WRFDA WRF Bão mạnh (Severe Tropical Storm) Tây Bắc Thái Bình Dương Áp thấp nhiệt đới (Tropical Depression) Bão nhiệt đới (Tropical Storm) Siêu bão (Typhoon) Vịnh Bắc Bộ Ảnh thị phổ (Visible Image) Mơ hình WRF (Advanced Research WRF) Đồng hóa liệu WRF (WRF Data Assimilation) Mơ hình nghiên cứu dự báo thời tiết (Weather Research and Forecasting) WRFNMM Mơ hình nghiên cứu dự báo thời tiết phi thủy tĩnh (Weather Research and Forecasting Nonhydrostatic Mesoscale Model) XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới PHẦN MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Bão áp thấp nhiệt đới (gọi chung xoáy thuận nhiệt đới, XTNĐ) tượng thời tiết nguy hiểm, XTNĐ xuất kèm theo mưa to gió lớn thường mang lại tượng thiên tai lũ lụt diện rộng hay nước dâng vùng biển nơi XTNĐ qua Theo tổ chức Khí tượng giới, 50 năm qua, có 1.942 trường hợp thiên tai XTNĐ gây ra, làm gần 800.000 người thiệt mạng gây thiệt hại kinh tế 407,6 tỷ USD, trung bình ngày có 43 người chết thiệt hại 78 triệu USD [155] Việt Nam nằm khu vực ổ bão Tây Bắc Thái Bình Dương với số lượng bão khoảng 30 cơn/năm, chiếm 38% số bão tồn cầu Vì vậy, hàng năm nước ta chịu thiệt hại nặng nề bão gây cải vật chất người Cùng với đó, nhà nước phải bỏ nhiều tỷ đồng khắc phục hậu bão gây Một nỗ lực nhằm giảm mức độ thiệt hại tài sản người bão dự báo tương đối xác đường bão Hiện mơ hình số dự báo thời tiết dự báo bão đưa vào ứng dụng nghiệp vụ nghiên cứu Việt Nam Bên cạnh đó, Việt Nam tham khảo sản phẩm nhiều mô hình nghiệp vụ trung tâm lớn giới công tác nghiệp vụ Tuy nhiên, chất lượng dự báo bão mơ hình nhiều lúc chưa đáp ứng yêu cầu thực tế đặt sai số dự báo quỹ đạo lớn Khi bão tiến vào gần bờ, việc dự báo quỹ đạo bão lại phức tạp tương tác bão với địa hình hình thời tiết khác Tùy thuộc vào tốc độ di chuyển, cường độ bão dạng địa hình mà bão qua, khu vực chịu ảnh hưởng bão có hệ mưa, gió khác biến đổi cấu trúc trường khí tượng Bên cạnh địa hình, điều kiện gió mùa mùa đơng hoạt động mạnh tăng cường KKL có ảnh hưởng đáng kể cấu trúc, cường độ bão Câu hỏi nghiên cứu Bão chịu tác động địa hình Việt Nam nào? Cấu trúc trường khí tượng bão tiến vào gần bờ biển Việt Nam điều kiện có xâm nhập KKL? Cơ chế khống chế tác động đó? Đó câu hỏi lớn chưa trả lời cách thỏa đáng Chính lí nêu trên, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng địa hình KKL đến cấu trúc bão vùng duyên hải Việt Nam” lựa chọn nhằm nghiên cứu quỹ đạo bão, cấu trúc bão, đặc biệt cấu trúc trường mưa gió bão bị ảnh hưởng KKL địa hình Việt Nam trình hoạt động, di chuyển Mục tiêu luận án - Mô ảnh hưởng địa hình Việt Nam tới cấu trúc đối xứng bão thời điểm trước sau bão đổ vào vùng duyên hải Việt Nam - Đánh giá ảnh hưởng KKL tới cấu trúc trường bão Biển Đông; Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu + Các bão hoạt động Biển Đông, đặc biệt chịu tác động KKL đổ vào vùng duyên hải Việt Nam; + Tác động độ cao địa hình duyên hải Việt Nam đến cấu trúc bão đổ - Phạm vi nghiên cứu + Phạm vi không gian: Khu vực Biển Đông vùng duyên hải Việt Nam + Phạm vi thời gian: Giai đoạn 2014-2018 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp số trị: dùng để mô cấu trúc trường khí tượng dự báo bão lựa chọn luận án - Phương pháp phân tích Sy nốp: dùng để phân tích hình quy mô vừa quy mô lớn thời gian bão hình thành, phát triển đổ vào vùng duyên hải Việt Nam - Phương pháp thống kê: dùng để thống kê bão; tính tốn, so sánh, đánh giá sai số cường độ, quỹ đạo trường khí tượng bão Những đóng góp luận án - Làm rõ chế biểu ảnh hưởng địa hình Việt Nam tới cấu trúc trường mây, gió, phân bố lượng mưa lệch hướng quỹ đạo bão gần bờ đổ bộ; - Làm rõ chế biểu ảnh hưởng KKL đến cấu trúc trường mây, phân bố lượng mưa gió mạnh bão hoạt động khu vực Biển Đông Việt Nam Các luận điểm bảo vệ - Sự diện địa hình Việt Nam có ảnh hưởng đến cấu trúc trường khí tượng bão trước sau đổ - Khi có tác động KKL, cấu trúc xốy bão bão Biển Đông bị thay đổi Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Kết nghiên cứu luận án vai trò độ cao địa hình, KKL đến cấu trúc trường khí tượng bão làm sở khoa học để xác định khu vực bão đổ có mưa lớn, gió mạnh tác động địa hình KKL; - Kết nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết ảnh hưởng độ cao địa hình KKL đến cấu trúc bão, qua góp phần nâng cao chất lượng dự báo bão Việt Nam, đặc biệt khu vực chịu tác động mưa lớn, gió mạnh giúp phịng tránh giảm thiểu tác hại bão gây Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo phụ lục, luận án chia thành chương, cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng địa hình, KKL đến cấu trúc bão Chương 2: Số liệu phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết nghiên cứu ảnh hưởng địa hình, KKL tới cấu trúc bão 4 CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH, KHƠNG KHÍ LẠNH ĐẾN CẤU TRÚC BÃO 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÃO 1.1.1 Khái niệm Xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) tên gọi chung dùng để bão áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) XTNĐ vùng gió xốy có đường kính lớn tới hàng trăm kilơ-mét, hình thành vùng biển nhiệt đới Ở Bắc bán cầu, gió thổi xốy vào tâm theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, ngược lại Nam bán cầu gió xoáy vào tâm theo hướng chiều kim đồng hồ, áp suất khí XTNĐ thấp xung quanh, có mưa, đơi kèm theo dơng, tố, lốc [44] Tùy theo tốc độ gió mạnh vùng gần trung tâm mà XTNĐ phân chia thành ATNĐ hay bão Áp suất khí bão thấp so với ATNĐ thường thấp 1000mb Bão XTNĐ có sức gió mạnh từ cấp trở lên có gió giật Bão có sức gió mạnh từ cấp 10 đến cấp 11 gọi bão mạnh, từ cấp 12 đến cấp 15 gọi bão mạnh, từ cấp 16 trở lên gọi siêu bão [44] 1.1.2 Phân loại Theo định số 44/2014/QĐ - TTg ngày 15 tháng năm 2014 Thủ tướng phủ Quy định dự báo, cảnh báo truyền tin thiên tai, dựa vào tốc độ gió mạnh vùng gần trung tâm mà XTNĐ chia thành cấp bao gồm: ATNĐ, bão, bão mạnh, bão mạnh siêu bão (Bảng 1.1) Bảng 1.1: Phân loại XTNĐ dựa theo tốc độ gió mạnh vùng gần trung tâm [44] Cấp XTNĐ Áp thấp nhiệt đới (Tropical Depression - TD) Bão (Tropical Storm - TS) Tốc độ gió Cấp gió (beaufort) m/s km/h Kts - 10,8 - 17,1 39 - 61 21,1 - 32,9 8-9 17,2 - 24,4 62 - 88 33,0 - 47,5 Bão mạnh (Severe Tropical Storm - STS) Bão mạnh (Typhoon/Huricane - TY) 10 - 11 24,5 - 32,6 12 – 15 32,7 – 61,2 118 – 220 63,3 -118,8 Siêu bão Từ cấp 16 (Super typhoon) trở lên >61,2 89 - 117 >220 47,6 - 63,2 >118,8 Tốc độ gió mạnh vùng gần trung tâm XTNĐ tốc độ gió trung bình lớn thời gian từ 02 - 10 phút tùy quốc gia (Việt Nam tốc độ gió mạnh thời đoạn 02 phút) Rõ ràng thời đoạn lấy gió cực đại ngắn khả đạt tốc độ gió với đại lượng lớn lớn Chính thông tin bão truyền từ trung tâm dự báo thời tiết thời điểm chuyển từ ATNĐ sang bão, tốc độ gió lớn khác Điều dẫn đến việc xác định tần số cường độ XTNĐ khác 1.1.3 Những điều kiện hình thành Riehl (1948a,b) Palmén (1948) [123, 124, 121] tổng hợp điều kiện cho hình thành bão bao gồm: a Khu vực đại dương có diện tích đủ lớn với nhiệt độ bề mặt biển cao (từ 26-27ºC trở lên) bảo đảm nước bốc mạnh, cung cấp lượng ngưng kết lớn cho hệ thống bão b Thơng số Coriolis có giá trị đủ lớn để tạo xốy Bão thường hình thành giới hạn vĩ độ 5-20º hai bên xích đạo Trong phạm vi 5ºS-5ºN, nơi có lực Coriolis nhỏ, khơng thể cân với lực gradient khí áp vùng áp thấp để tạo chuyển động xoáy thuận c Dịng có độ đứt gió thẳng đứng nhỏ, bảo đảm tập trung dòng ẩm vào khu vực bão thời gian đầu hình thành bão Nếu độ đứt thẳng đứng gió lớn ngăn cản phát triển xoáy thuận d Ở cao, trường khí áp phải phân kỳ để đảm bảo giải tỏa khối lượng khơng khí hội tụ mặt đất trì bão 6 e Ở mặt đất phải có nhiễu động áp thấp ban đầu Kết thống kê cho thấy có đến 80% bão có liên quan với ITCZ Năm ITCZ hoạt động bão Năm 1967, Gray [58, 69] xác định sáu yếu tố mơi trường thuận lợi cho hình thành phát triển XTNĐ Ba nhân tố động lực khu vực hình thành mà tham số Coriolis đủ nhỏ, xoáy tầng thấp (850 hPa) lớn trung bình, độ đứt gió thẳng đứng nhỏ khu vực trung tâm XTNĐ Ba nhân tố nhiệt động lực học nhiệt độ bề mặt nước biển ấm 26°C đến độ sâu 60m, bất ổn định ẩm từ mực thấp đến tầng đối lưu (500 hPa) có lớp bất ổn định có điều kiện khí 1.2 TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu cấu trúc bão Trong giai đoạn trước năm 1970, việc nghiên cứu bão chủ yếu tập trung vào đo đạc, mơ tả đặc điểm khu vực hình thành, quỹ đạo, đặc điểm trường khí tượng bề mặt thay đổi theo mùa bão nhiệt đới Trong giai đoạn thiết bị tầu biển, thiết bị giám sát máy bay quân thiết bị đo thám sát cao radar, bóng thám khơng cung cấp tập số liệu định trường khí tượng bão Trên sở số liệu có được, nhà nghiên cứu công bố kết nghiên cứu ban đầu cấu trúc bão Vào tháng năm 1943, hai phi công Joseph B Duckworth Ralph O’Hair sử dụng máy bay huấn luyện AT-6 xâm nhập vào mắt bão [160] Đây lần người thực phép đo trực tiếp vào bên bão để nghiên cứu cấu trúc trường khí tượng bão Đến cuối năm 1940, việc theo dõi bão từ cao trở thành công việc hàng ngày khởi đầu cho kỉ nguyên phép đo trực tiếp cấu trúc bão nhiệt đới Trước thời điểm có số phép đo thực với bão qua tàu, đảo vùng ven biển Các phép đo trực tiếp giúp nhà nghiên cứu thiết lập cấu trúc bão nhiệt đới cấu trúc trường gió, mưa khí áp bề mặt, nhiên cấu trúc ba chiều bão vấn đề chưa nghiên cứu nhiều thời kỳ số liệu quan trắc chưa đầy đủ 7 Năm 1944 phép đo radar thực tầu khu trục USS Warrington Mỹ bão Cobra Hình ảnh radar cho thấy rõ mắt bão, tường mây quanh mắt bão dải mây mưa (Hình 1.1) Hình 1.1: Ảnh radar bão Corba từ tầu khu trục USS Warrington Mỹ (Nguồn: thư viện ảnh NOAA [156]) Những năm sau đó, trung tâm dự báo nghiệp vụ bão JTWC (Join Typhoon Warning Center) tiếp tục mở rộng việc theo dõi, quan trắc bão tạo nhiều số liệu giúp nhà khoa học có điều kiện nghiên cứu chuyên sâu bão nói chung cấu trúc bão nói riêng Trong phải kể tới Herbert Riehl (Riehl, 1950,1954) [125, 126] cơng trình “Mơ hình hình thành bão nhiệt đới” vai trò trao đổi nhiệt đại dương hình thành bão nhiệt đới, tác giả nhận bão thay đổi cấu trúc dịng giáng khơng khí đủ nhiệt, ẩm dòng tiềm nhiệt trao đổi từ bề mặt Tuy nhiên tác giả chưa định lượng hóa mối quan hệ với tốc độ gió cực đại khí áp tâm bão Nhà khoa học người Đức Ernst Kleinschmidt (1951) [94] người phát công thức biểu diễn tốc độ gió cực đại hàm lượng nhiệt ông cho “năng lượng nhiệt đại dương nguồn nhiệt để trì bão nhiệt đới”, mối liên hệ biểu diễn công thức: 𝑞2 𝑉 = 2𝐸 − 𝑞2 ... VÀ MƠI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA HÌNH VÀ KHƠNG KHÍ LẠNH ĐẾN CẤU TRÚC CỦA BÃO Ở VÙNG DUYÊN HẢI VIỆT NAM Ngành Khí. .. cam đoan nội dung luận án ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng địa hình khơng khí lạnh đến cấu trúc bão vùng duyên hải Việt Nam? ?? cơng trình nghiên cứu cá nhân Số liệu sử dụng luận án kết nghiên cứu tơi tự tìm... gió bão bị ảnh hưởng KKL địa hình Việt Nam trình hoạt động, di chuyển Mục tiêu luận án - Mô ảnh hưởng địa hình Việt Nam tới cấu trúc đối xứng bão thời điểm trước sau bão đổ vào vùng duyên hải Việt