Đặc Điểm phân bố mưa khi bão Đổ bộ vào việt nam sử dụng số liệu mưa vệ tinh Đặc Điểm phân bố mưa khi bão Đổ bộ vào việt nam sử dụng số liệu mưa vệ tinh
TỔNG QUAN
Khái quát chung về bão
1.1.1 Định nghĩa và phân loại
Bão là hệ thống khí áp thấp có đường đẳng áp khép kín gần tròn với gradient khí áp ngang và tốc độ gió rất lớn Trong nghiệp vụ dự báo, người ta phân biệt áp thấp nhiệt đới khi tốc độ gió cực đại ở trung tâm nhỏ hơn 17,2m/s và bão khi tốc độ gió cực đại ở trung tâm bằng và lớn hơn 17,2m/s
Bão được gọi bằng nhiều tên khác nhau tuỳ theo từng khu vực hình thành bão trên Trái Đất Bão có tên Hylạp là “Typhoon”, tên Arập là “Tufans”, tên Trung Quốc
“Taifung” gần giống các từ Hylạp và Arập Ở Tây Thái Bình Dương và Biển Đông gọi là Typhoons Miền biển Caribei gọi là Hurricane Miền Úc châu gọi là Vilivili
Ban đầu bão là một vùng áp thấp với dòng khí xoáy vào tâm vùng áp thấp ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán Cầu Trong những điều kiện thuận lợi vùng áp thấp này có thể khơi sâu thêm, gió vùng trung tâm mạnh lên trở thành áp thấp nhiệt đới và sau đó là bão Trong giai đoạn phát triển ổn định có thể thấy mắt bão, khu vực đường kính 30-40km với khí áp thấp nhất, lặng gió hay gió yếu Do trong mắt bão có dòng giáng nên nhiệt độ ở đây cao hơn xung quanh, ít mây hay quang mây Trên ảnh mây vệ tinh, màn mây trong bão trong giai đoạn đầu là sự tập trung của các đám mây tích và vũ tích lớn, sau một thời gian có thể các tập hợp mây tích này có thể tạo thành dải mây có dạng xoáy về phía trung tâm Trong giai đoạn thuần thục mắt mới xuất hiện dưới dạng một hay hai chấm đen ở trung tâm bão
Theo tốc độ gió mạnh nhất ở vùng gần trung tâm xoáy thuận nhiệt đới, tổ chức khí tượng thế giới (WMO: World Meteorological Organization) quy định phân loại xoáy thuận nhiệt đới thành:
1 Áp thấp nhiệt đới (Tropical depression): Là xoáy thuận nhiệt đới với hoàn lưu mặt đất giới hạn bởi một hay một số đường đẳng áp khép kín và tốc độ gió lớn nhất ở gần vùng trung tâm từ 10,8-17,2m/s (cấp 6 - cấp 7)
2 Bão nhiệt đới (Tropical storm): Là xoáy thuận nhiệt đới với các đường đẳng áp khép kín và tốc độ gió lớn nhất ở vùng gần trung tâm từ 17,2 đến 24,4m/s (cấp 8 - cấp 9)
3 Bão mạnh (Severe Tropical Storm): Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ 24,5-32,6m/s (cấp 10 - cấp 11)
4 Bão rất mạnh (Typhoon/Hurricane): Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ 32,7m/s trở lên (trên cấp 11)
1.1.2 Đặc trưng cơ bản của bão
Trong không gian ba chiều, bão là một cột xoáy khổng lồ với bán kính có thể vượt quá 500 km Tính trung bình ở mặt đất từ 0-3km không khí nóng ẩm từ xung quanh được dòng khí vận chuyển ngược chiều kim đồng hồ (ở Bắc Bán Cầu) và hội tụ vào khu vực trung tâm Từ mực 3-7km không khí được cuốn vào cột xoáy và bốc mạnh lên cao xung quanh mắt bão Trong mắt bão hình thành dòng giáng bù lại cho phần không khí cuốn theo dòng thăng xung quanh mắt bão Phía trên 7 km dòng khí toả ra từ tâm bão, thuận chiều kim đồng hồ, theo hoàn lưu của xoáy nghịch ở độ cao này để giải toả khối lượng không khí hội tụ ở mực thấp, duy trì áp thấp trong bão
Bão có các trường đặc trưng cơ bản như sau:
1 Trường nhiệt áp: do chuyển động giáng, nhiệt độ không khí trong mắt bão lớn hơn rõ rệt so với khu vực xung quanh Theo chiều cao đặc điểm này càng thể hiện rõ, càng lên cao các mặt đẳng nhiệt càng vồng lên Theo kết quả tính toán của K Smith (2005) cho thấy phần sát đất của bão có nhiệt độ thấp hơn xung quanh Phía trên mực này mới là lõi nóng trong mắt bão Hệ quả của lõi nóng này là sự dãn ra và vồng lên theo chiều cao của mặt đẳng áp trong khu vực trung tâm và cả khu vực mắt
5 bão ở khu vực trung tâm bão do bậc khí áp ở khu nóng lớn hơn khu vực xung quanh Chính vì vậy, nếu ở mặt đất mặt đẳng áp trong bão có dạng phễu rất sâu thì theo chiều cao mặt đẳng áp giảm độ nghiêng của nó
Bão có các dòng khí nóng ẩm bốc lên cao rất mạnh xung quanh thành mắt bão Hoàn lưu này vận chuyển năng lượng nhiệt, ngưng kết thành thế năng và từ thế năng này thành động năng Quá trình ngưng kết này thể hiện ở dải mây mưa xoáy vào tâm xung quanh thành mắt bão Theo Richl (1985), chỉ có 3% toàn bộ nhiệt ngưng kết là biến thành động năng, phần lớn lượng nhiệt này chuyển thành thế năng và toả ra ngoài theo dòng thổi ra từ tâm bão
Trong mắt bão, nhất là ở tầng sát đất, gradien ngang của nhiệt độ nhỏ nhất Ngoài thành mắt bão, do mưa nên nhiệt độ hạ thấp dưới nhiệt độ trung bình (trung bình tại địa phương) Nguồn nhiệt chính là mặt biển miền nhiệt đới với nhiệt độ cao trong khu vực hình thành bão, ít nhất là từ 26°C trở lên Lượng nhiệt và độ ẩm ở mặt đất liên tục được cuộn vào phần dưới của bão, bù lại nhiệt do không khí bốc lên cao lạnh đi, nên ở lớp gần mặt đất nhiệt độ ít biến đổi theo chiều thẳng đứng Khi bão di chuyển khỏi nguồn nhiệt của nó hay đi vào miền vĩ độ trung bình có nhiệt độ thấp, dòng nhiệt đi vào ở mặt đất sẽ ngưng lại, không khí lớp sát đất bị lạnh đoạn nhiệt do bốc lên cao và dãn nở làm giảm nguồn năng lượng của bão Sự lạnh đi của lớp không khí sát đất là nguyên nhân làm bão suy yếu, dòng thăng cưỡng bức của không khí lạnh làm tan lõi nóng trong bão Ngược lại khi bão di chuyển tới vùng biển nóng hơn, bão sẽ mạnh lên Ở mặt đất, khác với dạng ôvan của các đường đẳng áp trong xoáy thuận ngoại nhiệt đới, trong bão, các đường đẳng áp khép kín có dạng tròn gần như đồng tâm Khí áp ở vùng trung tâm có thể đạt tới giá trị cực tiểu là 850 mb Đường đẳng áp ngoài cùng thường xấp xỉ hay dưới 1000 mb Chính vì vậy gần mặt đất, mặt đẳng áp trong bão rất dốc, có dạng phễu Gradien khí áp ngang có thể t ới 20mb/ 100km, lớn gấp
10 lần so với gradien khí áp ngang trong xoáy thuận ngoại nhiệt đới Ở trên cao, trong mô hình một dải mây, tại mực đỉnh bão, mặt đẳng áp vồng lên biểu thị áp cao với
6 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
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 phóng 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
Tình hình nghiên cứu hiện nay
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Sự phân bố lượng mưa trong bão ở khu vực tây bắc Thái Bình Dương có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều quá trình và yếu tố, chẳng hạn như sự chuyển động nhanh hay chậm của bão, cường độ, khu vực và thời gian đổ bộ, điều kiện môi trường vv Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng lượng mưa trong bão có thể chịu tác động bởi độ đứt gió ngang của môi trường [10,11,12,13], gradien xoáy hành tinh, chuyển động của bão, sự phân bố ẩm của môi trường không đối xứng qua mắt bão Để nghiên cứu sự phân bố lượng mưa trong bão và quá trình vật lí liên quan, sự phân bố lượng mưa trong bão thường được phân tích thông qua phân tích các sóng trong bão [14,15,16,17] Gần đây với những cải tiến từ dữ liệu mưa vệ tinh, một số nghiên cứu quan sát đã tập trung vào sự phân bố lượng mưa TC không đối xứng và các quá quá trình vật lí khác nhau có liên quan Năm 2003 Rogers và cộng sự [18] đã chỉ ra rằng sự kết hợp giữa VWS và chuyển động của bão có thể giải thích rõ về sự bất đối xứng của lượng mưa trong bão Bonnie (1998) Lonfat và cộng sự [14] đã phân tích sự phân bố lượng mưa trong bão dựa trên ước lượng mưa vệ tinh của TRMM và nghiên cứu các mối quan hệ giữa sự phân bố lượng mưa trong bão và chuyển đông của bão trên các đại dương Tuy nhiên người ta chỉ ra rằng chỉ riêng chuyển động của bão không thể giải thích đầy đủ sự bất đối xứng của lượng mưa, điều đó cho thấy rằng còn các các yếu tố khác đã tác động gây ra sự bất đối xứng lượng mưa trong bão, chẳng hạn như độ đứt gió môi trường và vấn đề này đã được nghiên cứu rộng rãi
Chen và cộng sự [15] đã nghiên cứu tác động của độ đứt gió và chuyển động của bão đối với sự bất đối xứng lượng mưa trong bão dựa trên phân tích số liệu mưa vệ tinh TRMM Kết quả cho thấy rằng sự bất đối xứng lượng mưa trong bão nói chung phụ thuộc và vị trí đổ bộ, độ lớn của độ đứt gió và chuyển động của bão trên đại dương Cụ thể, lượng mưa lớn nhất tập trung chủ yếu ở góc phần tư bên trái phía dưới Reasor và cộng sự [19] đã chứng minh rằng độ đứt gió môi trường là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự bất đối xứng của lượng mưa trong bão dựa trên phân tích
11 tổng hợp các dữ liệu từ radar Doppler
Simon và cộng sự [20] đã sử dụng cảm biến sóng ngắn đặc biệt /ảnh (SSM/I) để kiểm tra sự thay đổi theo không thời gian của đặc điểm lượng mưa trong xoáy thuận nhiệt đới trên khu vực phía Tây Bắc Đại Tây Dương, 18 cơn bão đã được nghiên cứu từ năm 1987 đến năm 1989 Dữ liệu của SSM/I cũng được kết hợp với kết quả mô hình số xoáy thuận nhiệt đới để xem xét vai trò của hiển nhiệt bên trong tâm khi bão có sự thay đổi về cường độ Phân tích các quan sát SSM/I cho thấy rằng các cơn bão có cường độ lớn hơn thì cho ước lượng lượng mưa cao hơn, ẩn nhiệt toả ra nhiều hơn Ngoài ra các khu vực có ước lượng mưa lớn nhất được tìm thấy gần tâm các xoáy thuận nhiệt đới cường độ lớn nhất Phân tích quan sát từ SSM/I cũng chỉ ra rằng ước lượng mưa lớn nhất ở các vùng bên trong tâm bão được tìm thầy ở nửa bên phải đối với các xoáy thuận nhiệt đới di chuyển nhanh và ở phía trước đối với các xoáy thuận nhiệt đới di chuyển chậm Sự kết hợp từ dữ liệu SSM/I và kết quả mô hình số cho thấy mối tương quan giữa hiển nhiệt ở tâm bão và cường độ trở nên lớn hơn khi bão có xu hướng mạnh hơn [18]
Năm 2003 Corbosiero và cộng sự [22] đã thông qua nghiên cứu 35 cơn bão trên Lưu vực Đại Tây Dương từ năm 1985 đến năm 1999 sử dụng dữ liệu từ mạng lưới phát hiện sét quốc gia (NLDN) đã thu được kết quả sau: Trong 100km từ tâm bão các đám mây đối lưu thường ở góc phần tư phía trước bên phải Bán kính từ 100km đến 300km từ tâm bão, các đám mây đối lưu chủ yếu xuất hiện ở góc phần từ phía trước bên phải so với chuyển động của bão Mặc dù sự ma sát không đồng đều ở lớp biên tạo ra các chuyển động không đối xứng theo phương thẳng đứng nhưng sự ma sát này dường như không tạo ra đối lưu sâu nếu các hoàn lưu do gió gây ra theo phương thẳng đứng chống lại chúng
Năm 2013 Chen và cộng sự [23] đã nghiên cứu sự bất đối xứng của lượng mưa trong bão trên toàn cầu bằng cách phân tích tổng hợp sử dụng dữ liệu mưa TRMM, tổng cộng 260 cơn bão đã được nghiên cứu trên toàn thế giới từ ngày 01 tháng 01 năm 1998 đến ngày 01 tháng 12 năm 2000, cung cấp 2121 bộ số liệu về lượng mưa
12 trong bão Để xem mối quan hệ giữa cường độ bão, vị trí địa lý của nó với sự phân bố lượng mưa, tập dữ liệu được phân chia thành ba nhóm cường độ và sáu lưu vực đại dương Ba cấp độ cường độ được sử dụng trong nghiên cứu này đó là bão thường (TS) với sức gió 49m/s Cường độ mưa trung bình thay đổi theo cường độ bão từ khu vực này sang khu vực khác Cường độ mưa trung bình cực đại khoảng 12 mm/h đối với CAT35, nhưng giảm xuống còn 7 mm/h đối với CAT12 và 3mm/h đối với TS Tính từ tâm bão, khu vực có lương mưa lớn nhất giảm khi cường độ bão tăng, từ 50km đối với TS xuống 35km đối với bão CAT35 Sự bất đối xứng trong lượng mưa của bão thay đổi đáng kể theo cả cường độ và vị trí địa lý Đối với trung bình tất cả các cơn bão toàn cầu, lượng mưa cực đại nằm ở góc phần tư phía trước Vị trí của lượng mưa lớn nhất dịch chuyển từ góc phần tư phía trước bên trái đối với TS sang phía trước bên phải đối với CAT35 Biên độ của sự không đối xứng cũng thay đổi theo cường độ; TS có sự bất đối xứng lớn hơn CAT12 và CAT35
Năm 2017 Zifeng và cộng sự [24] đã sử dụng dữ liệu mưa từ TRMM3B42, gió ngang thu được từ dữ liệu phân tích lại toàn cầu của NCEP/NCAR được sử dụng để tính toán độ đứt gió môi trường quy mô lớn Tổng cộng 133 cơn bão đổ bộ vào Trung Quốc từ năm 2001 đến 2015 đã được nghiên cứu Năm cấp độ cường độ bão được sử dụng bao gồm TS (17,2 -24,4 m/s); STS (24,5 – 32,6 m/s); TY (32,7 – 41,4 m/s); STY (41,5 – 50,9 m/s); Super TY (≥ 51 m/s) Để phân tích sự phân bố mưa thì trong một cơn bão thường được phân tách thành các thành phần số sóng (wavenumber - WN) hoặc trung bình phương vị Nghiên cứu đã chỉ ra rằng trung bình lượng mưa bất đối xứng có liên quan chặt chẽ với cường độ bão Bão mạnh hơn có cường độ mưa trung bình và diện tích vùng mưa trung bình lớn hơn Các giá trị cực trị của lượng mưa (bao gồm cường độ mưa lớn nhất, diện tích mưa lớn nhất và tổng lượng mưa lớn nhất) không liên quan nhiều đến cường độ bão Trên thực tế các cơn bão yếu có thể tạo ra cường độ mưa tối đa lớn hơn các cơn bão mạnh Điều này có thể là do tác động của nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn độ đứt gió môi trường và sự tương tác mạnh với các hệ thống thời tiết khác Lượng mưa không đối
13 xứng tối đa ở các cơn bão thường nằm ở bên trái và phía nam của nó Khi độ đứt gió môi trường yếu (
