nghiên cứu ảnh hưởng của gió mùa á úc đến thời tiết, khí hậu việt nam

Bộ tài nguyên môi trờng Trờng cao đẳng tài nguyên môi trờng hà nội Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nghiên cứu ảnh hởng gió mùa á-úc đến thời tiết, khí hậu việt nam Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Viết Lành 6452 07/8/2007 Hà Nội, tháng năm 2007 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Tên đề tài: nghiên cứu ảnh hởng gió mùa á-úc đến thời tiết, khí hậu việt nam Chỉ số phân loại: Số đăng kí: Chỉ số lu trữ: Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Viết Lành Cộng tác viên: PGS TS Phạm Vũ Anh PGS TS Trần Việt Liễn ThS Chu Thị Thu Hờng ThS Thái Thị Thanh Minh ThS Phạm Minh Tiến CN Nguyễn Bình Phong Ngày 15 tháng 12 năm 2006 Ngày 25 tháng 12 năm 2006 Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì TS Nguyễn Viết Lành Ngày tháng năm 2007 Chủ tịch Hội đồng đánh giá thức Hoàng Ngọc Quang Ngày tháng năm 2007 Cơ quan quản lý đề tài T/L Bộ tr−ëng KT Vơ tr−ëng Vơ Khoa häc-C«ng nghƯ Phã Vơ trởng TSKH Nguyễn Duy Chinh Nguyễn Lê Tâm Mục lục Trang Đặt vấn đề Chơng Tổng quan gió mùa 1.1 Khái niệm định nghĩa gió mùa 1.2 Những nhân tố hình thành gió mùa 1.3 Biến trình năm gió mùa 11 1.4 Tình hình nghiên cứu gió mùa 13 Chơng Cơ sở số liệu phơng pháp nghiên cứu 19 2.1 C¬ së sè liƯu 19 2.2 C¬ së liệu 19 2.3 Phơng pháp nghiên cứu 27 Chơng Cơ chế gió mùa á-úc sè giã mïa 31 3.1 HÖ thèng giã mïa Nam 32 3.2 Gió mùa Đông 34 3.3 Sự khác gió mùa ấn Độ gió mùa Đông 36 3.4 Gió mùa Biển Đông 39 3.5 Giã mïa ¸-óc 42 3.6 ChØ sè giã mïa 43 3.7 Mối quan hệ gió mùa á-úc với ma lÃnh thổ Việt Nam 47 Chơng Quan hệ gió mùa á-úc với số đối tợng khí hậu 58 khác 4.1 ảnh hởng gió mùa tây nam ®Õn thêi tiÕt, khÝ hËu ViƯt Nam 58 4.2 Mối quan hệ gió mùa á-úc với tín phong khu vực Đông Nam 60 4.3 Hoạt động ITCZ, MST ảnh hởng chúng tới Việt Nam 64 4.4 Hoạt động gió mùa mùa đông ảnh hởng tới miền Bắc Việt Nam 70 4.5 DiƠn biÕn m−a trªn khu vùc ven biĨn Trung Bé, mèi quan hƯ cđa nã víi giã mïa mùa đông nhiễu động chế gió mïa 4.6 Mèi quan hƯ gi÷a ENSO víi giã mïa á-úc 84 93 Chơng mô thời tiết khí hậu mô hình số trị 104 5.1 Mô hình WRF 104 5.2 Mô hình RegCM3 108 5.1 Kết mô mô hình WRF 112 5.2 Kết mô mô hình RegCM3 114 Kết luận 116 Kiến nghị 117 Tài liệu tham khảo 118 Phụ lục 121 I đặt vấn đề Một hai "động nhiệt" khí trái đất tơng phản nhiệt đại dơng lục địa (Suleiykin-1969) đà đợc coi nhân tố trọng yếu hình thành gió mùa Tuy lµ hoµn l−u mang tÝnh khu vùc, song giã mïa ®· ¶nh h−ëng ®Õn mét khu vùc réng lín cđa bề mặt trái đất, nơi c trú 60% dân số giới, gió mùa có ý nghĩa to lớn sản xuất đời sống nhiều quốc gia Vì vậy, gió mùa đối tợng đợc nghiên cứu sớm nhiều nớc Từ năm 1950 đà có công trình nghiên cứu gió mùa, Les Mounsons Pedelaborde P ví dụ điển hình Với tác phẩm này, tác giả đà phân tích toàn diện từ nguyên nhân, chế hoạt động hệ khí hậu thời tiết khu vực Định nghĩa gió mùa đợc Khromov nêu từ nửa đầu kỉ XX đà đợc Klein bổ sung sau Ramage [19] hoàn thiện Từ định nghĩa ngời ta đà xác định đợc khu vực hoạt động gió mùa giới, tập trung khoảng từ 350N đến 250S; 300W đến 1700E gồm phần lớn lục địa châu á, phần châu Phi phần phía bắc châu úc Trong khu vực gió mùa nói trên, chế độ gió mùa đợc hình thành với nhiều chế khác từ trung tâm tác động không giống khí Ngời ta đà phân hệ thống gió mùa toàn cầu thành khu vực gió mùa: châu châu úc châu Phi Riêng gió mùa châu chế không đồng Phần lớn nghiên cứu trớc phân gió mùa châu ¸ thµnh hai hƯ thèng lµ giã mïa Nam ¸ gió mùa Đông Trong năm gần đây, gió mùa châu lại đợc nhiều tác giả phân thành gió mùa Nam á, Đông Bắc Tây Thái Bình Dơng Trong vùng Tây Thái Bình Dơng, khu vực Biển Đông với đặc trng riêng biệt, ngời ta tách thành khu vực gió mùa Biển Đông Tuy nhiên có tác giả lại phân gió mùa châu thành ba hệ thống: Nam á, Đông Bắc Đông Nam (Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc [1] Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu [2]) Nếu nh trớc giới hạn ba hệ thống gió mùa châu á, châu Phi châu úc ngày ngời ta đà đa vào nghiên cứu hệ thống gió mùa Bắc Nam Mỹ Hệ thống gió mùa châu không đứng độc lập mà liên kết chặt chẽ với gió mùa châu úc tạo hệ thống gió mùa á-úc đợc đề cập phổ biến nhiều chơng trình nghiên cứu gió mùa nh dự báo khí hậu Rõ ràng rằng, hệ thống gió mùa châu hệ thống gió mùa đa dạng phức tạp Hàng loạt thực nghiệm đà đợc tiến hành nhằm làm sáng tỏ chế hoạt động, mối liên quan chóng víi ®Ĩ tõ ®ã cã thĨ hiĨu biết lí giải đợc đầy đủ trình thời tiết khí hậu khu vực nhằm phục vụ có hiệu cho việc phát triển kinh tÕ-x· héi ViƯt Nam, mét ®Êt n−íc thc khu vùc gió mùa châu nhng lại nằm vùng biên giới phân chia khu vực gió mùa nh đà nói lÃnh thổ phải chịu ảnh hởng khu vực gió mùa khác Vì vậy, khí hậu thời tiết Việt Nam chịu chi phối mạnh mẽ chế độ gió mùa Ma lớn hay hạn hán xảy lÃnh thỉ cã quan hƯ chỈt chÏ víi diƠn biÕn cđa chế độ gió mùa nh ngày mở đầu, ngày kết thúc, thời kì gián đoạn gió mùa mùa hè, cờng độ gió mùa, nhiễu động gió mùa, Chính gió mùa có tầm quan trọng nh đối tợng đợc nhiều nhà khí tợng Việt Nam quan tâm nghiên cứu đà đạt đợc thành tựu đáng kể Tuy nhiên, công trình nghiên cứu đà có thờng đợc thực cha thật đồng chuỗi số liệu đủ dài tiện ích nên gặp số hạn chế tính toán, phân tích điều kiện thời thiếu thốn Vì vậy, nhằm góp phần nâng cao hiểu biết chế hoạt động gió mùa áúc nh ảnh h−ëng cđa nã tíi ®iỊu kiƯn khÝ hËu ViƯt Nam để bớc tiến tới nâng cao chất lợng tin dự báo khí hậu thời tiết, thực đề tài: "Nghiên cứu ảnh hởng gió mùa á-úc đến thời tiết, khí hậu Việt Nam" Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo phụ lục, báo cáo tổng kết đề tài đợc bố cục thành chơng chính: Chơng1 Tổng quan gió mùa Chơng Cơ sở số liệu phơng pháp nghiên cứu Chơng Cơ chế gió mùa á-úc số gió mùa Chơng Quan hệ gió mùa với số đối tợng khí hậu khác Chơng Mô thời tiết khí hậu mô hình số trị Trong trình thực đề tài này, đà nhận đợc quan tâm giúp đỡ nhiệt tình hiệu Bộ Tài nguyên Môi trờng, đặc biệt đơn vị trực thuộc Bộ nh: Vụ Khoa học-Công nghệ, Vụ Kế hoạch-Tài chính, Trờng Cao đẳng Tài nguyên Môi trờng Hà Nội, nh giúp đỡ, đóng góp ý kiến xây dựng bậc đàn anh, bạn đồng nghiệp mà thiếu giúp đỡ đó, hoàn thành đề tài Nhân dịp cho phép đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành giúp đỡ Chơng Tổng quan gió mùa 1.1 Khái niệm định nghĩa gió mùa ThuËt ng÷ giã mïa (Monsoon) cã nguån gèc tõ vïng ả rập với từ địa phơng Maussam Thuật ngữ thờng gắn liền với biến đổi theo mùa hai yếu tố khí tợng ma hớng gió thịnh hành Cho đến nay, có nhiều định nghĩa gió mùa học giả khác (Hann-1908, Shick-1953, Khromov-1957, Kaoetal-1962) Những định nghĩa dựa sở thay đổi hớng gió bề mặt mùa đông mùa hè Trong đó, định nghĩa Khromov đề xuất sau Ramage (1971) bổ sung đợc nhiều nhà khí tợng thừa nhận [19] Theo định nghĩa này, khu vực đợc gọi có gió mùa hoàn lu bề mặt thoả mÃn: - Hớng gió thịnh hành tháng phải lệch góc 1200; - Tần suất trung bình hớng gió thịnh hành tháng phải 40%; - Tốc độ gió tổng hợp trung bình tháng phải m/s; - Sự luân phiên hoàn lu xoáy thuận/nghịch xảy tháng hai năm liên tiếp, vùng có kích thớc kinh/vĩ độ, phải nhỏ lần Những khu vực thoả mÃn tiêu chuẩn đợc minh hoạ hình 1.1 Nh vậy, theo hình vẽ ta thấy, khu vực giã mïa trªn thÕ giíi chđ u n»m vïng từ 250S đến 350N 300W đến 1700E Hình 1.1 Khu vực gió mùa theo tiêu chuẩn Ramage Đờng đậm nét biểu thị giới hạn phía bắc khu vực gió mùa đạt tiêu chuẩn thứ t [19] 1.2 nhân tố hình thành gió mùa Có ba nhân tố hình thành nên gió mùa, là: nóng lên khác lục địa đại dơng, bốc nớc từ bề mặt trái đất tự quay trái đất 1.2.1 Sự nóng lên khác lục địa đại dơng Nh đà biết, bề mặt trái đất nóng lên không phân bố không lợng xạ mặt trời tới chất bề mặt Sự nóng lên không đà gây nên dòng chảy khí đại dơng Hoạt động gió mùa có liên quan chặt chẽ với nóng lên không khu vực khác trái đất Sự đốt nóng không khu vực khác đợc minh hoạ hình 1.2 Mùa hè bán cầu Bắc Mùa đông bán cầu Bắc Thông lợng xạ (Jm2ngày-1103) 50 Bøc x¹ tíi 40 Bøc x¹ tíi 40 30 30 20 20 10 10 BiĨn §Êt BiĨn -10 -10 -20 -20 -30 -30 -40 §Êt -40 Bøc xạ -50 900S Cán cân xạ (Jm2ngày-1103) 50 60 30 Bức xạ -50 30 60 900S 900N 30 60 30 30 60 900N 30 20 Nóng lên xạ 10 Nóng lên xạ 20 10 Biển -10 Đất Lạnh xạ -20 Đất Biển -10 Lạnh bøc x¹ -20 -30 -30 900S 60 30 (a) 30 60 900S 900N 60 30 (b) 30 vÜ độ 60 900N Hình 1.2 Sự phân bố lợng xạ tới xạ vào khí từ bề mặt trái đất mùa hè (a) mùa đông (b) bán cầu Bắc [34] Trong hình 1.2, đờng cong phía biểu thị phân bố theo vĩ độ xạ tới, đờng cong phía dới biểu thị phân bố theo vĩ độ xạ Hai đờng cong gần nh đối lập với nhau, lợng xạ tới lớn lợng xạ lớn Năng lợng xạ bề mặt nhận đợc phụ thuộc vào: - Cờng độ xạ mặt trời đến; - Độ dài ngày; - Hình dạng trái đất; - Độ nghiêng trục trái đất; - Sự tự quay trái đất xung quanh mặt trời Cán cân xạ đợc biểu thị hai ®−êng cong hai h×nh phÝa d−íi Theo h×nh vÏ, vào mùa hè bán cầu Bắc, thời gian ban ngày vùng cực dài với đốt nóng mạnh mẽ mặt trời vĩ độ thấp, cán cân xạ dơng, tạo nên nhiệt độ cao ổn định toàn bán cầu; vào mùa đông bán cầu Bắc, cán cân xạ âm, tạo nên nhiệt độ thấp bán cầu Nh vậy, hai bán cầu có chênh lệch xạ nhiệt nên đà tạo vận chuyển nhiệt từ bán cầu mùa hè sang bán cầu mùa đông Sự vận chuyển thông qua dòng không khí dòng hải lu Bên cạnh đó, vận chuyển nhiệt xuống lớp đất dới sâu không khí bên xảy vùng lục địa (hình 1.3a) vùng đại dơng (hình 1.3b) đóng vai trò quan trọng cán cân nhiệt bề mặt 1.2.2 Sự chuyển pha nớc Hoàn lu gió mùa chịu ảnh hởng lợng xạ mặt trời đợc lu giữ nớc Phần lớn lợng cung cấp cho trình bốc đợc giải phóng có ngng kết (hình 1.4) Tiềm nhiệt đợc giải phóng làm cho không khí lên nóng chuyển động đối lu đợc tăng cờng, độ cao đối lu đợc nâng lên, cờng độ phạm vi hoàn lu gió mùa mạnh mở rộng Thực tế cho thấy, giải phóng tiềm nhiệt không khí nóng ẩm lục địa bị đốt nóng mạnh đến mức mà nhiệt độ không khí vùng cận nhiệt đới bán cầu Bắc (khu vực gió mùa) lớn nhiều so với nhiệt độ không khí vùng xích đạo Không khí thăng lên vùng cận nhiệt đới bán cầu mùa hè đợc đặc trng mây đối lu dày ma lớn Dòng khí cao mạnh hớng phía không khí lạnh bán cầu Nam dới tác động lực gradient khí áp Nh vậy, đặc tính gió mùa chịu ảnh hởng mạnh trình ẩm Nh đà biết, ma nhiệt đới đợc tập trung ba vùng đợc xem ba nguồn nhiệt hành tinh (hình 1.5), là: vùng xích đạo châu Phi, Nam Mỹ vùng nhiệt ®íi tõ kinh tun 70-1500E víi sù dÞch chun theo mùa gió mùa mùa hè bán cầu Bắc gió mùa mùa hè bán cầu Nam (hình 1.5), vùng thứ ba vùng đại dơng-lục địa Nguyên nhân chuyển động đối lu vùng đại dơng-lục địa phức tạp, nhng rõ ràng rằng, chuyển động đối lu có liên quan chặt chẽ với nhiệt độ bề mặt nớc biển Chuyển động đối lu chịu ảnh hởng dao động nhiệt ngày đêm đảo lớn Nhiệt độ bề mặt đất tăng lên mạnh mẽ, kết hợp với trữ lợng ẩm lớn vùng biển làm cho không khí có nhiệt độ tơng đơng lớn, độ bất ổn định lớn lên Đất Cán cân xạ dơng Hiển nhiệt (Bốc hơi) Truyền nhiệt phân tử Độ ẩm Đất khô Độ sâu (m) Khí Đất Đất ẩm Truyền nhiệt phân tử Mùa hè Cán cân xạ âm Nhiệt độ Độ sâu (m) Khí Đất Truyền nhiệt phân tử Mùa đông Biển Nhiệt độ Độ sâu (m) Cán cân xạ dơng Bốc Gió Khí Biển Xáo trộn gió Profile xạ mặt trời Tích trữ nhiệt xáo trộn Nông ấm Mùa hè Độ sâu (m) Lạnh xạ Gió Khí Biển Xáo trộn gió Nhiệt độ Dòng nhiệt lên xáo trộn Sâu lạnh Mùa đông Hình 1.3 Sự trao dổi nhiệt bề mặt đất lớp kế cận (hình trên) trao đổi nhiệt đại dơng (hình dới) [34] a) b) c) d) e) f) Phô lôc 48 Bản đồ dự báo trờng ma, trờng gió trờng áp thời hạn 24 vào thời kì mở đầu gió mùa tây nam 46 a) b) c) d) Phụ lục 49 Bản đồ dự báo trờng ma, trờng gió trờng áp thời hạn 24 vào thời kì thịnh hành gió mùa tây nam a) b) Phụ lục 50 Bản đồ dự báo trờng ma, trờng gió trờng áp thời hạn 24 vào thời kì gián đoạn gió mùa tây nam 47 a) b) c) d) Phụ lục 51 Bản đồ trờng ma gió dự báo 24 (hình a b); trờng nhiệt gió phân tích (hình c) dự báo 24 (hình d) vào ngày KKL xâm nhập xuống Miền Bắc Việt Nam 48 Phụ lục 52 Tổng lợng ma dự báo tháng CRU (tháng 12/1998) Phụ lục 53 Nhiệt độ trung bình tháng dự báo v CRU (tháng 12/1998) Phụ lục 54 Tổng lợng ma dự báo tháng CRU (tháng 01/1998) Phụ lục 55 Nhiệt độ trung bình tháng dự báo CRU (tháng 01/1998) 49 Phụ lục 56 Tổng lợng ma dự báo tháng CRU (tháng 02/1998) Phụ lục 57 Nhiệt độ trung bình tháng dự báo v CRU (tháng 02/1998) Phụ lục 58 Tổng lợng ma dự báo tháng CRU (tháng 6/1998) Phụ lục 59 Nhiệt độ trung bình tháng dù b¸o CRU (th¸ng 6/1998) 50 Phơ lơc 60 Tổng lợng ma dự báo tháng CRU (tháng 7/1998) Phụ lục 61 Nhiệt độ trung bình tháng dự báo v CRU (tháng 7/1998) Phụ lục 62 Tổng lợng ma dự báo tháng CRU (tháng 8/1998) Phụ lục 63 Nhiệt độ trung bình tháng dự báo v CRU (tháng 8/1998) 51 Phụ lục 64 Bản đồ synop mực 850mb 52 Phụ lục 65 Bản đồ synop mực 500mb 53 Phụ lục 66 Bản đồ synop mực 200mb 54 Phụ lục 67 RÃnh gió mùa vĩ hớng, đồ mùc 850mb ngµy 16/7/1997 Phơ lơc 68 R·nh giã mïa kinh hớng, đồ mực 850mb ngày 03/7/1998 55 Phụ lục 69 ITCZ có tác động KKL, đồ mực 850mb ngày 16/10/1999 Phụ lục 70 Hình bÃo hình thành ITCZ MST, đồ mực 850mb 56 Phụ lục 71 Hình bÃo hình thành ITCZ MST, đồ mực 500 200mb 57 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Thanh Ho¸ Quúnh L−u 10 Vinh 11 12 Hµ TÜnh 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Đồng Hới Đông Hà Huế 10 11 12 Đà Nẵng Phụ lục 72 Diễn biến lợng ma trung bình tháng tính mm (trục tung) cho 12 tháng năm (trục hoành) 58 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Tam Kú Quảng NgÃi 10 Quy Nhơn 11 12 Tuy Hoµ 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Nha Trang Phan Rang 10 11 12 Phan ThiÕt Phô lục 72 Diễn biến lợng ma trung bình tháng tính mm (trục tung) cho 12 tháng năm (trục hoµnh) 59 Quý Quý Quý Quý Phụ lục 73: Phân bố SST trung bình quý khu vực nhiệt đới xích đạo TBD Phụ lục 74: Tơng tác biển-khí TBD xích đạo vào tháng 12 điều kiện bình thờng Phụ lục 75: Chỉ số ENSO dựa tổ hợp SST-NINO3.4 SOI đà chuẩn hóa 60