Khí tượng học synốp phần 9 pdf

Khí tượng học synốp(Phần nhiệt đới) NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2005. Từ khoá: Mây tích, dông, mưa đá, vòi rồng, lốc, profile nhiệt ẩm, profile gió, giông ở việt nam. Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả. Mục lục Chương 5 MÂY TÍCH VÀ CÁC HỆ THỐNG THỜI TIẾT QUY MÔ VỪA 3 5.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MÂY TÍCH VÀ DÔNG 3 5.1.1 Định nghĩa 3 5.1.2 Cấu trúc của mây dông 3 5.2 PHÂN LẠI DÔNG 6 5.3 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA Ổ DÔNG 7 5.3.1 Các giai đoạn phát triển của ổ dông thường 7 5.3.2 Các giai đoạn phát triển của siêu ổ dông 9 5.4 MƯA ĐÁ 10 5.4.1 Sự lớn lên của hạt đá 10 5.4.2 Dòng thăng mạnh, điều kiện cho sự hình thành mưa đá 11 5.5 VÒI RỒNG VÀ LỐC 12 5.5.1 Các giai đoạn phát triển của vòi rồng 15 5.6 NHỮNG ĐIỀU KIỆN CẦN CHO SỰ PHÁT TRIỂN DÔNG 16 5.6.1 Điều kiện nhiệt động lực 17 5.6.2 Hình thế synôp, điều kiện đốt nóng và tác động của địa hình 18 Chương 5. Mâ y tích và các hệ thốn g thời tiết quy mô vừa Trần Côn g Minh 5.7 NHỮNG PROFILE NHIỆT ẨM ĐẶC TRƯNG TRƯỚC CƠN DÔNG 19 5.8 CÁC NHÂN TỐ LÀM BIẾN ĐỔI PROFILE NHIỆT ẨM 23 5.8.1 Các quá trình làm biến đổi profile nhiệt 23 5.8.2 Những quá trình biến đổi profile ẩm 24 5.9 CÁC CÔNG CỤ PHÂN TÍCH VAI TRÒ CỦA ĐỘ ĐỨT THẲNG ĐỨNG CỦA GIÓ ĐỐI VỚI SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN DÔNG 25 5.9.1 Toán đồ mô tả profile gió 25 5.9.2 Nguyên nhân xuất hiện độ đứt thẳng đứng của gió 26 5.9.3 Hiệu ứng của độ đứt thẳng đứng của gió đối với sự phát triển đối lưu 27 5.9.4 Mối liên quan giữa độ đứt thẳng đứng của gió với sự phát triển của dông27 5.10 CÁC CHỈ SỐ DỰ BÁO DÔNG 28 5.10.1 Nhận xét chung 28 5.10.2 Thế năng có khả năng đối lưu (CAPE) 28 5.10.3 Chỉ số tổng của tổng chỉ số (Total-total index) 30 5.10.4 Chỉ số nâng bề mặt (Surface lifted index - SLI) 30 5.10.5 Số Richardson đối lưu 31 5.10.6 Chỉ số năng lượng xoáy (EHI) 33 5.10.7 Các thước đo lực ngăn chặn đối lưu (CIN) 35 5.11 YÊU CẦU VÀ TRÌNH TỰ DỰ BÁO DÔNG 35 5.11.1 Kỹ thuật và trình tự dự báo profile nhiệt ẩm buổi trưa phía trên lớp biên 36 5.11.2 Trình tự dự báo profile nhiệt ẩm 37 5.11.3 Phân tích đường tầng kết trong dự báo dông 38 5.12 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THỜI TIẾT XẤU TRONG DÔNG 39 5.12.1 Mưa lớn và lũ lụt đột ngột 39 5.13 HOẠT ĐỘNG DÔNG Ở VIỆT NAM VÀ VẤN ĐỀ DỰ BÁO DÔNG 40 3 Chương 5 MÂY TÍCH VÀ CÁC HỆ THỐNG THỜI TIẾT QUY MÔ VỪA Ở miền nhiệt đới, dạng mây gây mưa chủ yếu là mây vũ tích và lượng mưa ở đây chủ yếu có liên quan với loại mây này. Mây trong bão, dải hội tụ nhiệt đới, front lạnh đầu và cuối mùa đông phần lớn là mây vũ tích, ngoại trừ một phần rất nhỏ mây tằng. Dông, lốc, mưa đá, vòi rồng liên quan với mây vũ tích là các hiện tượng thời tiết đặc biệt, nhiề u khi gây tác hại rất nghiêm trọng. Trong chương này sẽ trình bày về các hiện tượng đối lưu liên quan với mây tích và mây vũ tích, đó là các cấu trúc nhiệt động lực của mây, các điều kiện hình thành dông, phân loại dông và một số chỉ tiêu dự báo dông. 5.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MÂY TÍCH VÀ DÔNG 5.1.1 Định nghĩa Dông là hiện tượng liên quan với mây vũ tích cho mưa rào, gió giật rất mạnh, có hay không có sấm, chớp (Doswell, 1993). Mây vũ tích còn gọi là mây dông có thể có sấm chớp nhưng không cho mưa rào, đó là "dông khan" còn mây vũ tích ở rìa bão cho mưa rào và sấm chớp nhưng ở gần trung tâm bão mây vũ tích chỉ cho mưa rào, không có sấm chớp. Đây là hiện tượng khí tượng quy mô vừa có sức tàn phá rất lớn. Dông có thể phát triển thành dông rất mạnh, tuy nhiên loại dông này chỉ chiếm 10% tổng số dông. Khi đó dông mạnh có thể kèm theo một trong các hiện tượng: - Mưa lớn, lượng mưa có thể tới 50mm/h. - Mưa đá với hạt đá tại mặt đất có đường kính trên 2 cm. - Vòi rồng, cột xoáy không khí có đường kính từ 5-100m gắn với đáy mây vũ tích có sức tàn phá lớn ở mặt đất. - Gió giật trên 25m/s tại mực 10 m. 5.1.2 Cấu trúc của mây dông Trên hình 5.1 là sơ đồ tổng quát của mây tích, một siêu ổ mưa lớn, lốc, mưa đá, vòi rồng (Bluestein, 1979). Dông loại này mạnh nhất. Theo Browing (1964) từ siêu ổ dùng cho quy mô dông như một cơn dông tính về cấu trúc mây, chuyển động không khí, quá trình hình thành mưa được duy trì bởi hoàn lưu quy mô dông đơn, bao gồm một cặp dòng thăng- dòng giáng rất lớn. Dông siêu ổ chỉ xuất hiện trong môi trường có độ bất ổn định tiềm năng và độ đứ t gió theo chiều thẳng đứng lớn (Newton, 1963). Mây dông được minh hoạ trên hình 5.1 đang di chuyển về phía đông (phía phải hình vẽ) được chỉ thị bởi sự kéo dài của phần mây C i hình đe ở đỉnh theo hướng này, đó cũng là hướng của dòng khí ở phần trên tầng đối lưu. 4 Hình 5.1. Sơ đồ mây tích gây dông, mưa đá và vòi rồng (Bluestein, 1979) Dòng khí nóng ẩm thổi từ phía đầu (phần phía đông) vào cơn dông và bốc lên cao. Từ mực ngưng kết hơi nước trong không khí bão hoà và ngưng kết, giải phóng tiềm năng bất ổn định tạo lực nổi nâng không khí thăng lên cao cho tới mực cân bằng đối lưu (đỉnh phần mây hình đe) tương ứng với các mực minh hoạ trên hình 5.2. Từ mực này phần tử khí bốc lên cao theo quán tính (overshooting) làm hình thành một vồng mây nhỏ phía trên phần đ e được gọi là phần mây do quán tính, tương ứng với phần năng lượng âm. Mực ngưng kết, mực đối lưu tự do và mực cân bằng cùng với các vùng năng lượng dương và âm được minh hoạ rõ trên giản đồ thiên khí (Hình 5.2). Trong giai đoạn cơn dông phát triển mạnh nhất dòng thăng của không khí nóng ẩm đạt cường độ cực đại. Khi dòng thăng đạt đến độ cao băng kết mây ti tạo thành bở i các tinh thể băng xuất hiện. Giữa phần mây gồm toàn tinh thể băng ở phía trên và lớp mây nước phía dưới hình thành một lớp hỗn hợp tinh thể băng và các giọt nước, có thể là các giọt nước quá lạnh. Do sức trương bão hoà của băng lớn hơn so với hơi nước nên tinh thể băng bốc hơi, hạt nước nhận được lượng hơi nước đó nên lớn dần t ới khi có khối lượng lớn đến mức thắng các dòng thăng trong mây tích và rơi xuống thành mưa. Những dòng mưa cuốn hút theo không khí tạo các dòng giáng, khi tới đất dòng khí hỗn hợp này toả ra xung quanh mây và do có nhiệt độ nhỏ hơn không khí xung quanh nên xuất hiện front lạnh địa phương bao quanh khu vực mây (Hình 5.1). Front này thường kèm theo gió giật nên người ta còn gọi nó là front gió giật, do đó khi dòng tới địa phương gió thường mạnh lên đột ngột. Dòng khí nóng ẩm xung quanh khi đó sẽ bốc lên phía trên front gió giậ t, đi vào khu vực mây và thăng lên cung cấp đủ ẩm cho mây vũ tích phát triển. 5 Hình 5.2. Giản đồ thiên khí minh hoạ: mực ngưng kết (LCL), mực đối lưu tự do (LFC), mực cân bằng (EL) và các lớp năng lượng kìm giữ đối lưu (CIN), lớp với thế năng có khả năng đối lưu (CAPE) xác định bằng cách so sánh vị trí tương đối giữa đường tầng kết và đường trạng thái (đường ABCF) và lớp năng lượng quán tính phía trên mực cân bằng trên giản đồ nghiêng T logP với đường tầng kết (đường phân bố nhiệt độ theo chiều cao-đường liền), đường điểm sương (đường ẩm-đường liền), trong lưới các đường đẳng áp (đường đứt nằm ngang), đường đẳng nhiệt (đường đứt nghiêng) và đường đẳng độ ẩm riêng cực đại (Q max ) tương ứng với T d và T (Phil Alford,1995) Nếu dòng không khí nóng ẩm thăng lên đủ mạnh để bổ sung nhiệt ẩm cho mây tích phát triển thì dòng giáng mạnh lên, mưa mạnh. Mây tích sẽ tồn tại trong một thời gian rồi tan đi. Nhưng nếu dòng khí nóng ẩm bổ sung mạnh hơn dòng giáng thì mây sẽ duy trì và phát triển. Trong một số trường hợp có thể gây ra lốc, gió xoáy với tốc độ lớn gắn với chân mây. Dông siêu ổ phát triển với độ đứt tốc độ gió theo chiều th ẳng đứng lớn, tạo điều kiện cho dòng thăng và dòng giáng mạnh lên. Xoáy vòi rồng xuất phát từ chân mây xuống dưới đất. Thông thường xoáy trong vòi rồng và thành mây có hướng xoáy thuận và là phần kéo dài của chân đám mây tích xuất hiện đầu tiên. Phần đuôi mây đôi khi chuyển động xoáy thuận về phía trong thành mây so với khu vực không khí lạnh và mưa lớn. Vòi rồng thường xảy ra ở gần đỉnh của lưỡi nóng tầng thấp. Không khí nóng này bốc lên cao trên front gió gi ật theo nhánh dòng thăng của dông. Không khí lạnh giáng xuống và tới mặt đất toả ra phía sau front gió giật. Mưa tới mặt đất phía sau front gió giật tạo thành vòng cung mưa trong vòi rồng. Không khí nóng dọc theo rìa front gió giật hay đường hội tụ tạo nên thành mây tích. Dòng thăng mạnh nhất gần đỉnh front gió giật có dạng mây tích bốc nhanh lên cao xuyên qua đỉnh tầng đối lưu và tạo nên đỉnh mây do chuyển động quán tính. Quá trình phân kỳ tại đỉnh tầng đối lưu đạt tới đỉnh hình đe và mở rộng khu vực gió toả ra ngoài cơn dông ở mực cao. Mây cấu trúc vồng nhỏ (mamatus) hình thành dưới mây dạng đe. Do kèm theo lốc, vòi rồng, mưa đá và front gió giật cơn dông mô tả ở trên là một siêu ổ dông mạnh. Dòng thăng trong siêu ổ dông này có thể tới 10-20m/s. Để tạo mưa đá thì trong cơn dông phải có dòng thăng rất mạnh tới 40m/s, đủ lực đẩy hạt băng lên xuống nhiều lần và l ớn lên, tạo thành các hạt băng có khi nặng tới 0.5kg. 6 5.2 PHÂN LẠI DÔNG Theo Doswell (1985) có thể phân loại dông theo các loại ổ dông, dông đơn lẻ hay hệ thống dông. Có thể phân biệt hai loại ổ dông: ổ dông thường (ordinary cell) và siêu ổ dông (gọi tắt là siêu ổ). Ổ dông thường hình thành trong môi trường có độ đứt thẳng đứng của gió nhỏ (hiệu tốc độ gió mực 500mb và mặt đất nhỏ hơn 15m/s). Loại ổ này có kích thước ngang 5- 10 km, giai đoạn thành thục chỉ kéo dài trong 15-30 phút do không được cung cấp đủ ẩm và có thể gây th ời tiết mưa to gió giật trong thời gian ngắn. Siêu ổ (super cell) có chiều ngang 10-40km hình thành trong môi trường với độ đứt thẳng đứng của gió lớn hơn 15m/s, đặc biệt ở lớp 3km dưới cùng và có thế năng có khả năng đối lưu lớn hơn 1500 J/kg. Thời gian thành thục của siêu ổ kéo dài vài giờ do độ đứt thẳng đứng của gió lớn duy trì trong dòng xoáy (xoáy hướng xoáy thuận) ổn định, mạnh trong một lớp không khí d ầy: bảo đảm dòng không khí nóng ẩm đi vào mây từ lớp biên. Hầu hết siêu ổ đều gây nên thời tiết đặc biệt. Đa ổ (multiple cell) của dông mạnh là nhóm mây có sắp xếp gồm 2-6 ổ dông thường. Mức độ sắp xếp của loại dông này tạo điều kiện cho dông tồn tại trong thời gian dài và có khả năng lớn gây dông mạnh. Trong trường hợp này, độ đứt gió có độ lớn trung bình. Môi trường đó bảo đảm dòng đi vào dông ở mực dưới khá mạnh và thường tạo front gió giật ở phía trái dòng theo hướng di chuyển, dẫn tới sự phát triển ổ dông mới ở đó, khác với trường hợp dông không mạnh đa ổ, trong đó ổ mới phát triển gần ổ ban đầu, dẫn tới cấu trúc phức tạp. Siêu ổ của dông mạnh: Vào mùa nóng có thể phân biệt siêu ổ cổ đ iển theo quan niệm trước kia, siêu ổ mưa lớn và siêu ổ mưa nhỏ. Dông mạnh mùa lạnh miền ôn đới hình thành dọc theo front lạnh hay trước front lạnh trong rãnh áp thấp hay trong không khí lạnh sau front lạnh. Môi trường có thế năng có khả năng đối lưu không lớn nhưng độ đứt thẳng đứng của gió lớn, đôi khi có tính xoáy hướng xoáy thuận tương đối mạnh. Loại dông này đôi khi tạo lốc. Các hệ thống đối lưu quy mô vừa (Mesoscale Convective Systems-MCS) gồm một số lượng lớn ổ dông (hơn 6 ổ) nằm trong giai đoạn phát triển khác nhau hay tập hợp các ổ dông dạng khối hay các đường tố với hệ thống dông phức hợp. Hệ thống này có thể gây nên thời tiết đặc biệt nguy hiểm như mưa đá và dòng giáng mạnh cho lượng mưa lớn trong thời gian ngắn. Hệ thống mây đối lưu quy mô vừ a hình thành với khoảng dao động lớn của thế năng có khả năng đối lưu, với giá trị lớn nơi địa hình cao ở miền ôn đới. Độ đứt thẳng đứng của gió nhỏ so với các đám mây vũ tích nhưng lớn so với đường tố cường độ trung bình và rất mạnh (đặc biệt là trong lớp vài km dưới cùng). Các hệ thống mây đối lưu quy mô vừa miền nhi ệt đới có khả năng phát triển thành dông tồn tại trong thời gian dài hơn so với miền ôn đới. Phức hợp mây đối lưu quy mô vừa phát triển trong môi trường quy mô vừa với độ bất ổn định đối lưu lớn nhưng độ đứt thẳng đứng của gió nhỏ. Chúng trở thành tổ chức tự phát triển do tổ hợp các hiệu ứng của một số ổ dông cũng tác động tạo nên dòng đi ra trong lớp biên và làm nóng ở phần giữa tầng đối lưu. Điều đó tăng cường dòng đi vào hệ thống. Phức hợp mây đối lưu quy mô vừa thường thấy ở miền nhiệt đới có đường kính hơn 500km. Phức hợp mây đối lưu quy mô vừa nhiệt đới hình thành trong rãnh gió mùa, di chuyển chậm về phía đông theo dòng dẫn và có thể phát triển thành dông. Phức hợp mây đối lư u quy mô vừa có kích thước 300 km hay lớn hơn có khả năng hình thành trên đất liền trong mùa nóng 7 trong môi trường synôp với thế năng có khả năng đối lưu lớn. Do chúng di chuyển chậm, phức hợp mây đối lưu quy mô vừa có thể gây ra ngập lụt bất thường đáng kể. Đường tố là đường trên đó các đám mây dông tạo thành một phức hợp. Tố là hiện tượng gió mạnh đột ngột vượt quá tốc độ 8-10 m/s. Đường tố là phức hợp các ổ dông trên một đường dài - liên quan vớ i front hay không. Trên đường tố có gió mạnh trong thời gian ngắn với hướng gió biến đổi lớn. Trong tố có mưa rào và đôi khi cả mưa đá. Đường tố có chiều ngang khoảng 0.5 - 2km và chiều dài khoảng 30 - 50km. Đường tố khởi đầu bằng một số cơ chế tác động theo một đường nhưng là một cơ chế tự khởi đầu do đối lưu mạnh và dòng thăng dọc theo dòng đi ra trong lớp biên. Độ đứt thẳng đứng của gió ở lớp mực thấp trong môi trường của đường tố làm cho hệ thống duy trì front gió giật. Khi có siêu ổ dông, đường tố phải có độ đứt gió theo chiều thẳng đứng lớn hơn 30m/s trong lớp từ mặt đất đến 5km và vectơ gió phải quay 45 o theo chiều xoáy hướng xoáy nghịch so với đường tố. Đường tố thường khởi đầu cơ chế mây dọc theo đường front, trước hay sau đường front lạnh. Lực cản đối lưu mực thấp thường xuất hiện trong khối khí trước khi có dông. Trong một số trường hợp đường tố có đoạn vồng lên phía trước thể hiện rõ trên trường nhiễu rađa dưới dạng dải mây vòng cung. Mây vòng cung có thể có chi ều dài 15 - 150km, nếu tồn tại trong thời gian đủ dài có thể gây tác hại lớn với đường gió giật với tốc độ tới 26 m/s trên một dải dài ít nhất 400km dọc theo trục của vòng cung mây. 5.3 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA Ổ DÔNG 5.3.1 Các giai đoạn phát triển của ổ dông thường Dông thường không mạnh, gồm một hay nhiều ổ dông nằm trong các giai đoạn phát triển khác nhau. Loại dông này gây mưa không lớn và ít gây tàn phá. Theo Auer (1991) dông thường có môi trường với thế năng có khả năng đối lưu nhỏ hơn 1500J/kg và độ đứt gió thẳng đứng trong lớp từ mặt đất đến độ cao 6 km nhỏ hơn hay bằng 15 kts. Sự phát triển của ổ dông thường có thể chia làm 3 giai đoạn theo tốc độ và hướng c ủa chuyển động thẳng đứng (Hình 5.3). 1. Giai đoạn tháp mây Cu (hay Cu congestus) (Hình 5.3a) - đặc trưng bởi dòng thăng với tốc độ 5-10m/s trong toàn bộ mây. Dòng khí bốc lên cao hội tụ vào ổ dông đang phát triển từ khu vực xung quanh với bán kính vài km. Tốc độ dòng thăng 10m/s tại mực 5 km. Độ hội tụ trung bình có giá trị 2.10 -3 s -1 .Trong khi đó độ hội tụ trong quy mô synôp chỉ là 10 - 6 s -1 . Như vậy cần có cơ chế thúc đẩy sự hội tụ này. Cũng như cơ chế địa phương (hay cơ chế quy mô vừa) cơ chế thúc đẩy này có thể chính là chuyển động đối lưu. Trong giai đoạn này có sự hình thành hạt mưa hay băng (hoặc cả hai) trong dòng thăng phía trên mực băng kết. Nhiễu rađa đầu tiên xuất hiện gần mực băng kết, ít khi thấy chớ p trong giai đoạn này. 8 Hình 5.3. Các giai đoạn phát triển của ổ dông đơn: (a) Ổ dông đang phát triển với dòng thăng thịnh hành, (b) Giai đoạn thành thục có mưa và dòng giáng phát triển về phía dòng thăng. Ổ dông đang tan rã (c) (Doswell, 1985) 2. Giai đoạn thành thục (Hình 5.3b) - đặc trưng bởi sự phát triển của cả dòng thăng và dòng giáng, ít nhất là trong phần dưới của ổ dông. Giai đoạn này bắt đầu khi mưa bắt đầu rơi từ chân mây. Dòng thăng có thể phát triển tiếp và đạt cường độ cực đại ở phần trên mây với tốc độ vượt quá 25m/s. Vượt quá mực cân bằng dòng thăng phân kỳ và toả ra trong phần mây hình đe. Tu ỳ thuộc vào cường độ dòng thăng, phần đỉnh mây do chuyển động quán tính có thể xuất hiện vượt quá đỉnh mây hình đe. Giáng thuỷ được xác định bởi cỡ của hạt nước hay hạt băng, chúng có thể lớn lên và nhiều đến mức dòng thăng không giữ được chúng lơ lửng trong mây nên rơi xuống đất tạo thành mưa. Dòng giáng cùng với mưa xảy ra theo hai hướng: nóng lên do ma sát của các hạt mưa và s ự lạnh đi của không khí chưa bão hoà do bốc hơi các hạt mây và hạt mưa. Hiệu ứng ma sát có thể kéo dài, đặc biệt là trong dông miền nhiệt đới phát triển trong môi trường rất ẩm, nơi độ nước của mây lớn và mưa bốc hơi rất nhiều. Tuy nhiên, cơ chế chủ đạo cho dòng giáng vẫn là sự lạnh đi do bốc hơi. Theo Doswell (1985) bốc hơi phụ thuộc vào mức độ khô củ a không khí môi trường và các cỡ của hạt mưa. Dòng giáng bắt đầu xuất hiện gần mực băng kết và mở rộng xuống phía dưới. Phần dòng giáng của mây dông bắt đầu tan do sự bốc hơi của hạt mây. Dòng giáng của không khí lạnh tới mặt đất thì toả ra xung quanh. Một front lạnh với gió giật ngăn cách không khí lạnh trong dòng giáng với không khí nóng ẩm xung quanh, ngăn chặn sự giảm nhiệt độ và gây nên sự biến đổi lớn của gió khi dòng giáng tới giai đoạn thành thục. Đó cũng là giai đoạn phát triển cực đại của dông. Dòng thăng và dòng giáng đạt cường độ cực đại, chớp thường có tần suất lớn nhất trong toàn bộ ổ dông, mưa mạnh nhất, cường độ nhiễu rađa cực đại và đỉnh mây ở cao nhất. 3. Giai đoạn tan (Hình 5.3c) - Giai đoạn thành thục của dông thường không kéo dài vì môi trường của loại dông này không có khả năng duy trì dòng thăng của dông hay phát triển nhanh một dòng thăng mới. Dòng giáng và toả ra ở mực dưới mở rộng và cắt chân dòng thăng, cắt nguồn cung cấp không khí nóng ẩm. Điều đó là do dông không di chuyển kịp front gió giật của nó và giữ không khí lớp biên nóng ẩm mà không có nguồn cung cấp ẩm 9 và lực nổi, dòng thăng không thể duy trì và nhanh chóng suy yếu. Mưa trong dông giảm yếu, mặc dù mưa vẫn còn duy trì dòng giáng yếu dần. Sau đó giai đoạn tan rã của dông được đặc trưng bởi dòng giáng chiếm ưu thế. Các hạt mưa còn sót lại có thể bổ sung thêm những phần tử mây trong dòng giáng. Sau khi mưa tạnh phần mây hình đe còn giữ lại dấu vết của ổ mây dông, sau đó cũng mất đi do quá trình thăng hoa. Như trên ta đ ã phân tích quá trình phát triển dông liên quan chặt chẽ với sự phát triển của dòng thăng của không khí nóng ẩm và dòng giáng trong mây dông. Trên hình 5.4 là mặt cắt thẳng đứng qua mây dông, biểu diễn các giai đoạn phát triển của xoáy trong mây. Trên hình 5.4a thể hiện dòng thăng khởi đầu (mũi tên kép) thích ứng với độ đứt gió môi trường. Véc tơ gió theo chiều cao và xoáy theo chiều kim đồng hồ và profile gió với gió phía dưới mạnh hơn gió ở phần trên được biểu diễn ở phần bên phả i hình với hướng di chuyển từ trái sang phải hình vẽ. Tương ứng với dòng thăng nên phía phải dòng thăng là xoáy theo chiều kim đồng hồ (+), phía trái dòng thăng là xoáy ngược chiều kim đồng hồ (-). Trên hình 5.4b hoàn lưu thẳng đứng hình thành với độ đứt môi trường lớn và hệ thống trở nên mạnh hơn. Trên hình 5.4c mô tả hoàn lưu trong không khí lạnh ở khu vực do mưa rơi xuống phối hợp với dòng từ ngoài rìa đi vào dông. Trên hình 5.4d là giai đoạ n ổn định mới hình thành gần hoàn lưu khu lạnh, cân bằng với độ đứt môi trường và dòng khí mạnh từ phần sau dông (mũi tên đen). Hình 5.4. Dòng thăng vectơ kép. Khu kẻ sọc là dòng thăng và dòng giáng khu lạnh mặt đất. Vectơ quay (+) và (-) chỉ nguồn xoáy hướng xoáy ngang có ý nghĩa nhất có liên quan với độ đứt môi trường. Khu vực dầy nét hay thưa nét chỉ khu vực mưa lớn hay mưa nhỏ (Phil Alford, 1995) 5.3.2 Các giai đoạn phát triển của siêu ổ dông Có ba giai đoạn phát triển của siêu ổ dông: - Giai đoạn cấu tạo (Hình 5.5a) - Trong giai đoạn đầu này có sự tập hợp của các ổ dông đang phát triển hay đang tan rã tạo nên siêu ổ dông mạnh. Sau đó đột nhiên một trong các ổ dông lớn rất nhanh và đạt kích thước rất lớn lấn át các ổ dông khác. Sau đó siêu ổ dông này bắt đầu dịch chuyển theo dòng dẫn đường và phát triển thành xoáy hướng xoáy thuận quy mô v ừa ở phần giữa tầng đối lưu và hiện rõ trên sơ đồ nhiễu rađa. - Giai đoạn thành thục (hình 5.5b) - Xoáy hướng xoáy thuận quy mô vừa lan xuống các mực thấp và dòng giáng mạnh lên ở tầng giữa và tầng thấp. Nhiễu rađa khi đó 10 tạo thành một dải bao quanh khu vực trung tâm trên mặt cắt ngang. Điều đó chứng tỏ dòng thăng mạnh lên. Xuất hiện nhiễu rađa hình lưỡi câu chỉ rõ dạng xoáy hướng xoáy vào tâm ổ dông thường ở phía trái theo hướng chuyển động của dông. Mây hình ống và vòi rồng yếu thường xuất hiện trong giai đoạn này. Tại mặt đất xuất hiện khu vực không khí lạnh tạo nên do sự bốc hơi nước m ưa. Khu vực này dần dần mở rộng và tạo nên front gió giật. Hình 5.5. Sơ đồ ngang (bên trái) và sơ đồ theo chiều thẳng đứng (bên phải) và các hiện tượng mưa, mưa đá, lốc kèm theo (Auer, 1991) - Giai đoạn tan rã (Hình 5.5c) - Xoáy thuận quy mô vừa bắt đầu đầy lên, dòng giáng trở nên mạnh hơn. Front gió giật mạnh hơn và càng uốn sát vào dòng thăng chính. Đồng thời xoáy hướng xoáy lốc hình thành và đạt cường độ cực đại, tồn tại một vài phút hay vài chục phút. Liên quan với dông, dông mạnh hoặc dông siêu ổ là hai hiện tượng thời tiết nguy hiểm là mưa đá, lốc và vòi rồng xảy ra đột ngột có sức tàn phá rất lớ n. Dưới đây sẽ trình bày chi tiết về các hiện tượng này. 5.4 MƯA ĐÁ Mưa đá là hiện tượng mưa băng với hạt lớn rơi từ mây vũ tích dạng siêu ổ dông. 5.4.1 Sự lớn lên của hạt đá [...]... lớp không khí rất khô nằm phía trên lớp không khí ẩm, trong lớp không khí khô đó gradien nhiệt độ môi trường rất lớn, lớn hơn gradien đoạn nhiệt ẩm nên ở đây tạo lớp không khí bất ổn định có lượng thế năng có khả năng đối lưu (CAPE) rất lớn Khi lớp không khí ẩm phía dưới do dòng thăng dưới tác động của nguyên nhân bất kỳ (do hoạt động của front, dải hội tụ, hay địa hình) sẽ được lớp không khí khô bảo... một số điều kiện bổ sung sau đây: a/ Lớp không khí khô từ mực thấp đến mực giữa Không khí khô nằm trên lớp không khí mực thấp có khả năng làm cho độ bất ổn định đạt cực đại tại đỉnh của lớp ẩm và sau đó tốc độ dòng thăng đạt cực đại Khi không khí khô mực giữa (khoảng 850-300mb) bị làm lạnh do bốc hơi tạo ra một dòng giáng, tuỳ thuộc vào độ dày của lớp không khí khô từ mực LFC cuốn vào trong dông theo... kết từng phần Hiện tượng nhiệt động lực này có hệ quả quan trọng đối với các dòng giáng và cỡ của các hạt mưa đá Cả hai hiện tượng này đều chịu ảnh hưởng một cách đáng kể của sự tan của các hạt băng và sự bốc hơi của nước lỏng 5.6.2 Hình thế synôp, điều kiện đốt nóng và tác động của địa hình 19 Như ta đã biết để dông có thể khởi đầu cần phải có tác động phá vỡ lớp kìm giữ đối lưu và đẩy không khí lên... Dopler cho thấy bên trong lõi vòi rồng mạnh là chuyển động giáng xuống phía khí áp thấp mặt đất Không khí giáng xuống nóng lên làm bốc hơi các hạt nước, làm tan mây ở khu vực này Gần mặt đất nơi dòng khí giáng gặp các dòng khí thổi vào vòi rồng tạo thành dòng xoáy tổng hợp bốc nhanh lên cao Một điều vẫn chưa rõ là tại sao phần lớn vòi rồng mạnh đều hình thành trong khu vực xoáy thuận quy mô vừa nhưng... được thay thế bằng dải mây mắt dông với bán kính 50-150 km và khí áp của mắt dông tăng lên Hình 5.13 Sơ đồ mặt cắt thẳng đứng nhiễu rađa qua tâm hệ thống mây dông có lốc (Jorgensen, 198 2) Thành mây mắt dông có trước và nằm ở gần tâm dông và thành mây mắt dông mới nằm ở cách xa trung tâm dông Thành mây mắt dông tồn tại thêm một thời gian Shea ( 199 5) cho rằng chuyển động thăng cực đại và như vậy sẽ có sự... phần của không khí mực thấp đến mực đối lưu tự do của nó Ba điều kiện này được coi quan trọng như nhau, và đều cần cho sự phát triển của dông (Doswell, 199 5) Những điều kiện có liên quan một phần đến cơ chế nâng làm tăng độ bất ổn định thông qua lớp khí được nâng lên Nếu khu vực chỉ có hai điều kiện trên được đảm bảo thì khu vực đó được coi như có khả năng tạo dông Trong rất nhiều khu vực nhiệt đới,... được các phần tử khí của lớp biên đến mực đối lưu tự do, và tạo nên dòng thăng mạnh và mở rộng ở phía trên mực này Thực tế nếu không có cơ chế nâng thì dù các điều kiện 1 và 2 đảm bảo thì cũng không thể hình thành dòng thăng mạnh vượt qua lớp cản để đối lưu khởi đầu tạo dông Cơ chế nâng liên quan đến sự hội tụ gió do địa hình và trong các hình thế synôp thuận lợi Để dông phát triển các phần tử khí khi... chế nâng hỗ trợ vì khí quyển không bao giờ có độ bất ổn định đủ lớn để mây đối lưu dầy có thể tự nâng lên cao Cơ chế nâng bắt đầu (ổn định ít nhất từng thời gian) dòng thăng trong dông bằng cách nâng một phần lớp không khí tới lớp đối lưu tự do của nó Cơ chế nâng gồm hai bước: bước "phá vỡ" lớp ổn định và bước "khởi đầu" Quá trình khởi đầu qui mô vừa phá vỡ tính ổn định của lớp không khí mực thấp, làm... với tốc độ tới 35m/s Phần lớn vòi rồng chỉ tồn tại vài phút và đi được quãng đường chừng 7km Cũng có trường hợp vòi rồng có thể tồn tại tới 7h và vượt qua quãng đường tới 470km Các vòi rồng có thể tạo nên chuỗi vòi rồng xuất phát từ cùng một đám mây dông Vòi rồng chỉ xuất hiện khi có dông mạnh, đặc biệt vào mùa xuân ấm, không khí ẩm bề mặt nằm dưới lớp không khí lạnh, khô tạo nên khí quyển bất ổn định... bất ổn định Khi có độ đứt gió 13 thẳng đứng lớn, không khí mặt đất nóng ẩm bốc mạnh lên cao tạo dông mạnh và có khả năng tạo thành vòi rồng Trong ngày dông vòi rồng thường xuất hiện vào buổi chiều từ 46h, khi lớp không khí sát đất có độ bất ổn định lớn nhất Vòi rồng ít khi xuất hiện vào buổi sáng sớm khi không khí sát đất có độ ổn định lớn nhất Phần lớn trong vòi rồng tốc độ gió nhỏ hơn 60m/s, và lớn . Khí tượng học synốp( Phần nhiệt đới) NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2005. Từ khoá: Mây tích, dông, mưa đá, vòi rồng,. cũng là hướng của dòng khí ở phần trên tầng đối lưu. 4 Hình 5.1. Sơ đồ mây tích gây dông, mưa đá và vòi rồng (Bluestein, 197 9) Dòng khí nóng ẩm thổi từ phía đầu (phần phía đông) vào. hình 5.2. Từ mực này phần tử khí bốc lên cao theo quán tính (overshooting) làm hình thành một vồng mây nhỏ phía trên phần đ e được gọi là phần mây do quán tính, tương ứng với phần năng lượng âm.