Phân tích cấu trúc cơ bản bão haiyan tháng 11 năm 2013 bằng số liệu tái phân tích

Thiên nhiên là điều kiện sinh tồn của con người. Nhưng đồng thời thiên nhiên cũng tiềm ẩn nhiều thách thức, tai họa. Những tai biến do thiên nhiên gây ra có sức tàn phá rất khốc liệt trong đó phải kể đến những thiên tai như áp thấp nhiệt đới, động đất, hạn hán, núi lửa đặc biệt là bão. Bão là thiên tai của tự nhiên nó hình thành và ảnh hưởng trên một khu vực rộng lớn với mức độ phá huỷ nghiêm trọng, gây ra mưa lũ, gió mạnh, nước dâng, dông và tố lốc, gây hậu quả nặng nề tới hoạt động và đời sống con người. Các quốc gia chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của bão là những nước nằm trong khu vực nhiệt đới (trong đó có Việt Nam). Ở những quốc gia này đã lập ra các trung tâm nghiên cứu, dự báo bão nhằm hạn chế tối đa những hậu quả do bão gây ra, nhất là các khu vực nhiệt đới nơi có số lượng, cường độ và tần suất những cơn bão mạnh nhất. Ngày nay, mặc dù khoa học kỹ thuật ngày càng hiện đại song thực tế con người vẫn chưa thể chinh phục được sức mạnh của tự nhiên, trong đó có bão. Do đó, việc nghiên cứu và tìm hiểu các trận bão có ý nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng. Quá trình nghiên cứu sẽ giúp chúng ta hiểu được nguyên nhân cơ chế phát sinh cũng như quy luật phân bố bão, từ đó đưa ra các biện pháp dự báo, phòng chống và khắc phục những hậu quả mà bão gây ra.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CƠN BÃO HAIYAN THÁNG 11 NĂM 2013 BẰNG SỐ LIỆU

TÁI PHÂN TÍCH Ngành : Khí tượng học

Giáo viên hướng dẫn: ThS PHẠM MINH TIẾN Sinh viên thực hiện: Lê Thị Ngọc

Lớp: LĐH2K2

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở trường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Khí Tượng Thủy văn – Trường Đại Học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường

Đồng thời em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới Thầy Phạm Minh Tiến đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo để em hoàn thành tốt bài khoá luận này

Trong quá trình thực hiện đề tài, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các Thầy,

Cô bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp Thầy, Cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn bài báo cáo sắp tới

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 0

LỜI NÓI ĐẦU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

CHƯƠNG I……… 7

TỔNG QUAN VỀ BÃO, ÁP THẤP NHIỆT ĐỚI………7

1.1 Những khái niệm và định nghĩa bão, áp thấp nhiệt đới 7

1.2 Cấu trúc của bão, áp thấp nhiệt đới 8

1.2.1 Trường khí áp trong XTNĐ 9

1.2.2 Trường chuyển động ngang - Gió trong XTNĐ 9

1.2.3 Trường chuyển động thằng đứng trong XTNĐ 10

1.2.4 Trường nhiệt độ trong XTNĐ 11

1.2.5 Trường mây của XTNĐ 12

1.2.6 Sự di chuyển của XTNĐ 13

1.3 Các giai đoạn phát triển của XTNĐ 13

1.3.1 Giai đoạn hình thành 14

1.3.2 Giai đoạn trẻ (giai đoạn phát triển) 14

1.3.3 Giai đoạn chín muồi (giai đoạn trưởng thành) 14

1.3.4 Giai đoạn tan rã 15

1.4 Một số điều kiện liên quan đến sự hình thành, phát triển và tan rã của XTNĐ 15

1.4.1 Điều kiện nhiệt-ẩm 15

1.4.2 Điều kiện vĩ độ 15

1.4.3 Điều kiện hoàn lưu 16

1.4.4 Cơ chế phát triển của XTNĐ 17

1.5 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 18

1.5.1 Nghiên cứu trong nước 18

1.5.2 Nghiên cứu ngoài nước 19

CHƯƠNG 2 21

CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Cơ sở số liệu 21

2.2 Phương pháp nghiên cứu 21

2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu 21

2.2.2 Phương pháp so sánh, đánh giá, tổng hợp 22

2.2.3 Phương pháp bản đồ, biểu đồ 22

2.3 Cơ sở thực tiễn 22

CHƯƠNG 3 23

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23

3.1 Đặc điểm của bão, ATNĐ hoạt động trên biển Đông trong những năm gần đây 23

3.2 Cấu trúc của một số cơn bão đặc biệt trong 5 năm qua 25

3.2.2 Bão haiyan 25

3.2.2.1 Cấu trúc trường khí áp 25

3.2.2.2 Cấu trúc trường gió 26

3.2.2.4 Cấu trúc trường ẩm 29

3.2.2.5 Cấu trúc trường mây 31

3.2.3 Lượng mưa tích lũy 32

KẾT LUẬN 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

LỜI NÓI ĐẦU

Thiên nhiên là điều kiện sinh tồn của con người Nhưng đồng thời thiên nhiên cũng tiềm ẩn nhiều thách thức, tai họa Những tai biến do thiên nhiên gây ra có sức tàn phá rất khốc liệt trong đó phải kể đến những thiên tai như áp thấp nhiệt đới, động đất, hạn hán, núi lửa đặc biệt là bão

Bão là thiên tai của tự nhiên nó hình thành và ảnh hưởng trên một khu vực rộng lớn với mức độ phá huỷ nghiêm trọng, gây ra mưa lũ, gió mạnh, nước dâng, dông và tố lốc, gây hậu quả nặng nề tới hoạt động và đời sống con người

Các quốc gia chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của bão là những nước nằm trong khu vực nhiệt đới (trong đó có Việt Nam) Ở những quốc gia này đã lập ra các trung tâm nghiên cứu, dự báo bão nhằm hạn chế tối đa những hậu quả do bão gây ra, nhất

là các khu vực nhiệt đới nơi có số lượng, cường độ và tần suất những cơn bão mạnh nhất

Ngày nay, mặc dù khoa học kỹ thuật ngày càng hiện đại song thực tế con người vẫn chưa thể chinh phục được sức mạnh của tự nhiên, trong đó có bão Do

đó, việc nghiên cứu và tìm hiểu các trận bão có ý nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng Quá trình nghiên cứu sẽ giúp chúng ta hiểu được nguyên nhân cơ chế phát sinh cũng như quy luật phân bố bão, từ đó đưa ra các biện pháp dự báo, phòng chống và khắc phục những hậu quả mà bão gây ra

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc các trường trong bão

Hình 1.2 Sự di chuyển của bão

Hình 1.3 Bề dày 1000-500mb và khí áp mực biển các ngày 4/11, 7/11, 10/11/2014 Hình 1.4 Gió và độ cao địa thế vị ngày 4/11/2014 lúc 00Z ở các mực 1000, 850,

Hình 1.9 Trường mây trong bão ngày 4/11, 7/11, 10/11/2013

Hình 1.10 Lượng mưa tích lũy 24h lúc 1h, 7h và 19h

Hình 1.11 Lượng mưa tích lũy 48h, 72h lúc 19h, 7h và 19h

Hình 1.12 Đường đi của bão Haiyan qua hình vẽ grads

CÁC KÝ HIẾU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT

• ATNĐ: Áp thấp nhiệt đới

• XTNĐ: Xoáy thuận nhiệt đới

• KTTV: Khí tượng Thủy văn

• WMO: Tổ chức Khí tượng thế giới

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ BÃO, ÁP THẤP NHIỆT ĐỚI

1.1 Những khái niệm và định nghĩa bão, áp thấp nhiệt đới

Bão, áp thấp nhiệt đới là một vùng áp thấp với dòng khí xoáy vào tâm vùng

áp thấp có hướng ngược chiều với kim đồng hồ ở Bắc Bán Cầu, chúng được hình thành từ những nhiễu động xoáy thuận có điều kiện thuận lợi để khí áp có thể khơi sâu xuống, gió đạt tới cấp gió của áp thấp nhiệt đới và sau đó là bão

Trên những khu vực khác nhau thì bão được gọi bằng những thuật ngữ khác nhau Như trên Đại Tây Dương, Đông Bắc Thái Bình Dương và Đông Nam Thái Bình Dương được gọi là “Hurricane”; trên Tây Nam Thái Bình Dương được gọi là

“Tropical Cyclone”; vùng phía nam châu Úc được gọi là “Vilivili”; còn trên Tây Bắc Thái Bình Dương, bão, áp thấp nhiệt đới được gọi bằng những tên khác nhau, tuỳ thuộc vào cấp gió

Uỷ ban bão Khu vực Châu Á-Thái Bình Dương chia XTNĐ ra 5 giai đoạn theo tốc độ gió cực đại vùng trung tâm bão, áp thấp nhiệt đới có thời gian kéo dài tối thiểu là 2 phút:

1) Vùng áp thấp (Low Pressure Area-L): Là một vùng khí áp thấp trên bản

đồ bề mặt, nhưng vị trí trung tâm không thể xác định được;

2) Áp thấp nhiệt đới, viết tắt là ATNĐ (Tropical Depression-TD): Là một

xoáy thuận nhiệt đới mà tại bề mặt có hoàn lưu khép kín, có một hoặc vài đường đẳng áp khép kín nhưng tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ 22-34knots (10,8-17,1m/s) Vị trí trung tâm có thể xác định được

3) Bão nhiệt đới (Tropical Storm-TS): Là một xoáy thuận nhiệt đới có nhiều

đường đẳng áp khép kín và có tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ 34-48knots (17,1-24,4m/s)

4) Bão mạnh (Severe Tropical Storm-STS): Là một xoáy thuận nhiệt đới có

nhiều đường đẳng áp khép kín và có tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ 49-64knots (24,5-32,6m/s)

5) Bão rất mạnh (Typhoon): Là một xoáy thuận nhiệt đới có tốc độ gió lớn nhất ở vùng gần trung tâm trên 65knots (> 32,7m/s)

Ở Việt Nam, "Quy chế báo bão, lũ" sử dụng cấp gió Bô-pho để phân loại bão, áp thấp nhiệt đới dựa vào tốc độ gió cực đại và kèm theo cấp gió giật Quy định tương tự như trên trừ vùng áp thấp, gồm:

1) ATNĐ: Là một XTNĐ có Vmax cấp 6-7 (39-61km/h), có thể (có lúc) có gió giật cấp 8-9

2) Bão: Là một XTNĐ có Vmax cấp 8-9 (62-88km/h), có thể (có lúc) có gió giật trên cấp 10-11

3) Bão mạnh: Là một XTNĐ có Vmax cấp 10-11 (89-117km/h), có thể (có lúc) có gió giật trên cấp 12 hoặc trên cấp 12

4) Bão rất mạnh: Là một XTNĐ có Vmax cấp 12 trở lên (>= 118km/h)

Trong khuôn khổ của đề tài này, chúng tôi gọi chung bão và áp thấp nhiệt đới là XTNĐ

Vùng XTNĐ phát sinh và ảnh hưởng đến Việt Nam chủ yếu tập trung trong hai dải là: dải thứ nhất nằm trong vùng từ 5-150N ở trên biển Tây Bắc Thái Bình Dương (phía đông Philippines) là vùng XTNĐ được hình thành nhiều nhất và có nhiều cơn bão mạnh, được gọi chung là XTNĐ Tây Thái Bình Dương; dải thứ hai nằm trong vùng từ 12-150N; 112-1150E được gọi là XTNĐ Biển Đông

Trên bản đồ bề mặt, nếu lấy đường đẳng áp khép kín ngoài cùng của XTNĐ

để tính phạm vi của nó, thì qua thống kê, người ta thấy bán kính của một XTNĐ trung bình khoảng 300km, lớn nhất có thể lên tới 800-1000km, nhỏ nhất cũng xấp

xỉ 100km Nói chung, XTNĐ Tây Thái Bình Dương hoạt động mạnh mẽ hơn XTNĐ Biển Đông Trị số khí áp trung tâm XTNĐ Tây Thái Bình Dương thường từ 960mb đến 970mb, cá biệt có thể xuống dưới 900mb Trong khi đó, XTNĐ Biển Đông có trị số khí áp trung tâm ít khi xuống dưới 990mb

Khi XTNĐ phát triển, giai đoạn trưởng thành, ở trung tâm của XTNĐ tồn tại một vùng thời tiết tốt, mây thấp rải rác, gió yếu, không mưa và thường có bán kính

từ 10 đến 30km thời tiết này ngược lại hoàn toàn với xung quanh XTNĐ được gọi

là “mắt bão” XTNĐ có cường độ càng mạnh, thì mắt bão càng rộng, càng lặng gió

và quang mây Trên ảnh mây vệ tinh ta thường quan sát được mắt đối với những XTNĐ có cường độ vừa và mạnh là một vùng chấm tròn nhỏ không mây Bao quanh mắt là một bức tường mây dốc đứng, đỉnh có thể cao tới 10km hoặc hơn nữa được gọi là vách bão Vách bão là vùng chuyển tiếp hẹp những diễn biến thời tiết ở

đó lại rất đột ngột và bất liên tục

Thông thường những XTNĐ Tây Thái Bình Dương phát triển đến độ cao rất lớn, có thể lên đến 10-15km, còn XTNĐ ở Biển Đông thấp hơn khá nhiều, có những trường hợp chỉ phát triển đến độ cao 5-7km

1.2 Cấu trúc của bão, áp thấp nhiệt đới

XTNĐ là một hệ thống thời tiết có quy mô vừa, nhưng nó phát triển rất mạnh nên có cấu trúc rất rất phức tạp Cấu trúc của XTNĐ biến đổi qua các giai đoạn phát triển khác nhau và cũng có những thăng giáng nhất định giữa cơn này

với cơn khác Để có thể thấy được các nét chủ yếu, cần phải tìm hiểu các đặc điểm về cấu trúc “trung bình” của các XTNĐ ở trong giai đoạn trưởng thành của chúng

Khi XTNĐ đã trưởng thành, trên bề mặt trị số khí áp trung tâm giảm xuống thấp nhất, trung bình khoảng 950-960mb, tức là thấp hơn khí áp trung bình của địa phương khoảng 5-10%

Từ ngoài vào trong, khí áp trong XTNĐ không giảm một cách đều đặn Ban đầu khí áp giảm từ từ, càng vào trong khí áp giảm càng nhanh hơn Đặc biệt

là ở vùng gần trung tâm XTNĐ, trong khoảng đường kính 100km, tốc độ giảm khí áp tăng rất mạnh, có thể tới 30-40mb/100km, thậm chí còn lớn hơn, nghĩa là gấp 15-20 lần so với ở xoáy thuận ngoại nhiệt đới Trong cùng là vùng trung tâm XTNĐ rất hẹp, có bán kính 15-25km, ở đây gradientP đột ngột giảm xuống gần như bằng 0 Vì thế khi XTNĐ đi qua trạm khí tượng, giản đồ khí áp kí có dạng hình phễu, được gọi là “phễu khí áp”

XTNĐ là một cơ cấu khí áp tầm cao Tuy nhiên, càng lên cao gradientP nằm ngang trong XTNĐ càng giảm dần Dấu vết của áp thấp XTNĐ có thể lên tới độ cao 10-12km (khoảng 200mb) Bên trên đó mặt đẳng áp lại lồi dần lên tương ứng với một trung tâm áp cao yếu Đối lưu hạn ở bên trên khu vực XTNĐ cũng được nâng lên cao hơn so với xung quanh

Trong các tầng thấp, gió trong XTNĐ thổi ngược chiều kim đồng hồ, ở các lớp sát bề mặt, gió hội tụ vào khu vực trung tâm Từ ngoài vào trong, hoàn lưu XTNĐ có thể chia làm ba khu vực:

- Vùng ngoại vi: Là ngoài cùng được tính từ nơi có đường đẳng áp khép kín ngoài cùng (hay nơi có tốc độ gió đạt cấp 6) của XTNĐ cho đến vùng có gió đạt cực đại, trong vùng này thì càng vào trong gần tâm XTNĐ tốc độ gió và cường độ mưa càng tăng, bán kính trung bình của vùng này từ 300-500km

- Vùng vách: Là một hình vành khuyên bao quanh mắt (những XTNĐ có cường độ của bão mới có thể có mắt) có bề dày trung bình từ 10-20km, có tốc độ gió cực đại Trong vùng này mây đối lưu phát triển mạnh nhất, tạo thành một vách mây nên mưa mạnh nhất Đây là một đặc trưng nổi bật nhất của một XTNĐ trưởng thành

- Vùng mắt: là vùng trong cùng của XTNĐ, có đường kính từ 15-25km, cá biệt có trường hợp lên đến 70km Thông thường XTNĐ trên vùng Tây Bắc Thái Bình Dương lớn hơn một cách đáng kể so với XTNĐ trên vùng Bắc Đại

Tây Dương Trong vùng mắt, gió giảm rất nhanh và gần như lặng gió khi tiến đến tâm XTNĐ, trời quang mây

Theo chiều cao dần dần xuất hiện gió xoáy nghịch theo chiều kim đồng

hồ Ở độ cao khoảng 9-16km xuất hiện đường đẳng tốc số 0 chia hai khu vực gió hướng xoáy thuận và khu vực gió hướng xoáy nghịch Mặt đất càng cách xa tâm tốc độ gió tiếp tuyến ngược chiều kim đồng hồ càng giảm, độ đứt gió theo chiều ngang lớn nhất ở sát thành mắt XTNĐ

Phù hợp với diễn biến theo chiều cao của gradientP nằm ngang, tốc độ hoàn lưu xoáy thuận của gió XTNĐ cũng giảm dần theo độ cao Càng ở xa trung tâm gió càng yếu nên sự suy giảm của chúng theo độ cao cũng xảy ra nhanh hơn

so với gió mạnh hơn ở vùng gần trung tâm XTNĐ

Theo kết quả nghiên cứu của IZAWA (1954), tính trung bình từ các hướng và xét từ ngoài rìa vào trung tâm XTNĐ, thì lên đến độ cao từ 9-16km hoàn lưu xoáy thuận ở tầng dưới đã giảm tới 0 Từ đó trở lên hoàn lưu xoáy nghịch hình thành và mạnh dần lên, thổi không khí hội tụ và thăng lên từ bên dưới phân kỳ ra ngoài rìa XTNĐ và ở đó chúng lại lắng dần xuống

Tuy hoàn lưu xoáy thuận trong các tầng dưới của XTNĐ tồn tại tới độ cao khá lớn như đã nói ở trên, nhưng chuyển động của không khí hội tụ vào vùng trung tâm XTNĐ chỉ thể hiện trong một lớp khá mỏng ở sát bề mặt Ở bề mặt có các đường dòng xoáy trôn ốc đi vào vùng trung tâm XTNĐ, nhưng ở độ cao 1km các đường dòng đã là các đường gần tròn đồng tâm, kích thước của hoàn lưu cùng tăng dần theo độ cao Từ độ cao 3km kích thước hoàn lưu tiếp tục mở rộng, nhưng các đường dòng bên ngoài đã không còn đóng kín mà mở ra, thể hiện chuyển động phân kì của không khí ra ngoài Càng lên cao phạm vi hoàn lưu xoáy thuận đóng kín ở quanh tâm XTNĐ cứ thu hẹp dần trong khi phần hoàn lưu xoáy thuận ở ngoài mở ra và chuyển hoá dần thành hoàn lưu xoáy nghịch ngày càng tăng thêm Ở độ cao khoảng 15-16km hoàn lưu xoáy thuận hầu như không còn nữa, ngoại trừ một phạm vi rất hẹp ở trung tâm XTNĐ Từ đó hoàn lưu xoáy nghịch lan toả ra ngoài một cách mạnh mẽ

Xét trên quy mô lớn thì có thể xem XTNĐ là khu vực của dòng thăng còn

ở ngoài rìa XTNĐ là khu vực của dòng giáng Tuy nhiên, xem xét trên quy mô vừa và nhỏ thì chuyển động thẳng đứng trong vùng XTNĐ cũng rất phức tạp Xét từ ngoài vào trung tâm, có thể chia vùng XTNĐ thành 3 khu vực:

- Khu vực vành khuyên gió mạnh ở gần và bao quanh tâm XTNĐ: có sự hội

tụ rất mạnh của không khí nóng ẩm ở tầng thấp và thăng lên Quá trình

lạnh đi đoạn nhiệt làm hơi ẩm ngưng kết và tiềm nhiệt được giải phóng Điều kiên động lực và nhiệt lực đó làm cho không khí bất ổn định, thăng lên mạnh mẽ Tốc độ dòng thăng, tuỳ theo cơn XTNĐ, có thể đạt được 10-

30 m/s

- Khu vực rất hẹp ở vùng tâm XTNĐ: do lực li tâm làm không khí trong vùng trung tâm XTNĐ dãn ra, hội tụ vào vùng gió mạnh xung quanh nên mật độ không khí và khí áp ở đây rất thấp Vì thế xuất hiện dòng giáng suốt từ trên đỉnh xuống tới bề mặt ở chính khu vực trung tâm XTNĐ Có thể xem ranh giới của vùng trung tâm XTNĐ chính là mặt phân cách giữa vùng có chuyển động giáng ở giữa và vùng có chuyển động thăng mạnh ở xung quanh Như thế vùng trung tâm XTNĐ không phải là một cái ống hình trụ mà có dạng hình phễu: ở phía trên rất rộng còn ở phía dưới càng xuống thấp càng hẹp, phù hợp với chuyển động phân kì ở phía trên và hội

tụ mạnh ở phía dưới của gió XTNĐ Có điều là tốc độ chuyển động giáng

ở vùng trung tâm XTNĐ là rất nhỏ (ước tính chỉ vào cỡ m/s) so với chuyển động thăng mạnh ở xung quanh Vì thế không khí giáng xuống không bù đắp được bao nhiêu so với không khí dãn ra khỏi vùng trung tâm XTNĐ và khí áp ở tâm XTNĐ vẫn rất thấp so với xung quanh

- Khu vực từ rìa XTNĐ tới giáp vành khuyên gió mạnh: Ở khu vực này, trong lớp không khí sát bề mặt gió thổi theo chiều xoáy thuận và hội tụ vào vùng trung tâm XTNĐ, càng đi vào trong độ hội tụ càng lớn Tuy nhiên sự hội tụ gió không xẩy ra đồng đều theo các góc phương vị mà chỉ tập trung theo một số dải cong hình xoáy trôn ốc, đi từ ngoài vào trong và cuối cùng hoà vào vành khuyên gió mạnh bao quanh khu vực trung tâm XTNĐ Vì thế ở trong khu vực này dòng thăng cũng chỉ xuất hiện mạnh

mẽ theo các dải hình xoáy trôn ốc đi vào và hoà đồng với vùng dòng thăng mạnh mẽ ở xung quanh tâm XTNĐ khoảng giữa các dải dòng thăng mạnh

là những vùng dòng giáng hoặc dòng giáng xen kẽ với các dòng thăng đối lưu quy mô nhỏ và không phát triển mạnh (đối lưu không sâu)

XTNĐ là một cơ cấu xoáy thuận có lõi nóng suốt từ thấp lên cao Ở rìa XTNĐ, nhiệt độ phân tử nói chung chưa có gì khác so với môi trường Càng vào trong nhiệt độ tăng dần, vào đến vùng gió mạnh gần vùng trung tâm XTNĐ nhiệt

độ tăng lên rõ rết Mặt đẳng nhiệt nâng lên đáng kể Sự nóng lên của không khí ở đây là do tiềm nhiệt khi hơi nước ngưng kết toả ra, nó có tác dụng làm tăng cường chuyển động đối lưu Như thế tiềm nhiệt ngưng kết chuyển thành thế năng

rồi một phần thế năng lại chuyển thành động năng của XTNĐ (theo Riehl-1985, thì chỉ có khoảng 3% toàn bộ nhiệt ngưng kết chuyển thành động năng) Ở khu vực trung tâm của XTNĐ nhiệt độ tăng lên mạnh hơn cả Sự tăng lên của nhiệt

độ ở đây là do ảnh hưởng của dòng giáng làm không khí nóng lên một cách đoạn nhiệt Dòng giáng còn làm không khí khô đi một cách đáng kể Như thế sự nóng lên của trung tâm XTNĐ không làm tăng cường độ bất ổn định đối lưu mà, ngược lại, nó là kết quả của quá trình ổn định động lực

Riêng trên bề mặt, ở vùng trung tâm XTNĐ và lân cận, nhiệt độ phân tử

có phần thấp hơn so với giá trị trung bình nhiều năm ở khu vực vì ảnh hưởng trực tiếp của mây và mưa XTNĐ

Phù hợp với chuyển động thẳng đứng trong XTNĐ, hệ thống mây chính của XTNĐ gồm một số dải mây hình xoáy trôn ốc đi vào tâm XTNĐ Các dải mây này được tạo thành từ nhiều khối mây đối lưu phát triển mạnh, ở nhiều giai đoạn khác nhau và liên kết với nhau chặt chẽ, có sắp xếp, có tổ chức Vào gần trung tâm XTNĐ, các dải mây này hoà nhập với nhau tạo thành khối mây dày có kết cấu xoáy, thường được gọi là vùng mây trung tâm Tâm xoáy của vùng mây chính là tâm XTNĐ Khi cơn XTNĐ phát triển mạnh, đạt cấp 11-12 trở lên, hay khi Vmax ≥ 30 m/s thì dòng giáng trong trung tâm XTNĐ có thể làm tan mây ở

đó, để lộ ra một vùng hẹp quang mây ở trung tâm XTNĐ, có đường kính 50km, được gọi là mắt XTNĐ

30-Ở trên cao, từ đỉnh các khối mây đối lưu phát triển mạnh của vùng mây trung tâm và các dải mây, mây Ci, kết hợp với nhau và toả ra theo hoàn lưu trên cao của XTNĐ tạo nên một đĩa mây khổng lồ có đường kính tới 1000km hoặc hơn nữa che phủ các kết cấu mây bên dưới Ở khoảng giữa đĩa mây và có thể thấy rõ mắt XTNĐ

Cơ cấu mây, chủ yếu của vùng mây trung tâm, từ thấp lên cao gồm: bên dưới là các khối mây Ns, tiếp đến là mây As và trên cùng là Ci Mưa XTNĐ chủ yếu là mưa từ khối mây trung tâm của XTNĐ

Hình 1.1 Cấu trúc các trường trong bão

- Dạng đổ bộ: XTNĐ di chuyển theo hướng tây bắc đổ bộ vào miền Bắc Việt Nam hoặc phía nam Trung Quốc

- Dạng tây tiến: XTNĐ di chuyển từ phía đông thẳng sang phía tây, loại này thường xuất hiện vào cuối mùa

Thực tế cũng có những XTNĐ có đường đi rất phức tạp hoặc quay, ngoặt ngoằn ngèo hoặc chuyển hướng vài ba lần hoặc thắt nút (tại một vị trí nó đi qua hai lần), thậm chí còn di chuyển xuống phía nam

Hình 1.2 Sự di chuyển của bão

1.3 Các giai đoạn phát triển của XTNĐ

Đời sống của một XTNĐ trung bình là 7-8 ngày, chúng trải qua các quá trình phát sinh, phát triển cho đến khi đổ bộ vào đất liền hoặc tan rã trên biển Tuy nhiên, không hiếm những XTNĐ tồn tại tới 15 ngày hoặc hơn nữa và, trái lại, cũng có những XTNĐ chỉ tồn tại trong một vài ngày, thậm chí có XTNĐ chỉ mạnh lên thành

XTNĐ trong 3-6 giờ rồi lại suy yếu ngay Đời sống của một XTNĐ bình thường có thể chia làm 4 giai đoạn: hình thành, trẻ, chín muồi và tan rã

1.3.1 Giai đoạn hình thành

XTNĐ thường hình thành từ một nhiễu động có sẵn trên vùng biển nhiệt đới Trừ một số ít các trường hợp đặc biệt, nói chung quá trình của giai đoạn này thường diễn ra một cách chậm chạp Cần có một vài ngày để cho khí áp có thể giảm xuống tới mức cần thiết và gió tản mạn trong khu vực được điều chỉnh để trở thành gió xoáy theo chiều xoáy thuận và mạnh lên

Biểu hiện đặc trưng của giai đoạn này là trên bản đồ bề mặt, trong vùng

áp thấp trên biển nhiệt đới, khí áp giảm liên tục, dần dần xuống tới khoảng 1000mb và biến áp tiếp tục có giá trị âm lớn; gió mạnh dần tới ngưỡng 10m/s và còn tiếp tục mạnh thêm Trên ảnh mây thị phổ có thể thấy một quần tụ mây khá lớn với các khối mây đối lưu lớn, nhỏ được sắp xếp thành các dải có độ cong kiểu xoáy trôn ốc, thể hiện rõ hoàn lưu xoáy thuận ở tầng thấp Trên ảnh hồng ngoại cũng thấy rõ sự phát triển của các khối mây đối lưu, thể hiện ở lớp mây Ci dày lên, có sắp xếp, nhiều khi che khuất cả các cơ cấu mây ở bên dưới

1.3.2 Giai đoạn trẻ (giai đoạn phát triển)

Nếu có điều kiện phát triển tiếp, XTNĐ chuyển sang giai đoạn trẻ, là giai đoạn phát triển mạnh của XTNĐ Đặc điểm của giai đoạn này là khí áp bề mặt của vùng XTNĐ tiếp tục giảm và giảm mạnh Tốc độ giảm áp ngày càng tăng, trung bình 15-20mb/ ngày, cho đến khi đạt giá trị khí áp thấp nhất Có những trường hợp tốc độ giảm áp đạt tới khoảng 40mb/ngày Đồng thời, gió xoáy càng ngày càng mạnh thêm một cách nhanh chóng, theo sự tăng nhanh của gradientP Vùng gió XTNĐ mạnh nhất hình thành và thu hẹp lại trong một hình vành khuyên bao quanh trung tâm XTNĐ với bán kính trong vòng khoảng 100km Tốc

độ gió mạnh nhất ở vùng gần trung tâm XTNĐ thường xuất hiện vào cuối giai đoạn này Trên ảnh thị phổ thấy nổi lên rõ khối mây trung tâm phát triển mạnh, tạo thành bức tường mây dày bao quanh toàn bộ hay bao quanh phần lớn khu vực trung tâm XTNĐ Bờ bức tường mây về phía trung tâm rất sắc nét Khu vực trung tâm rất hẹp, có đường kính 30-50km, thường quang mây hoặc có một số vết mây tích tầng thấp Đó là mắt của XTNĐ Ở xung quanh khối mây trung tâm cũng thấy rõ một số dải mây đối lưu liên kết với khối mây này Trên ảnh hồng ngoại đĩa mây Ci trung tâm to, dày đặc, rất sáng Từ đó có các dải mây Ci tỏa ra theo các dòng phân kì trên cao Các XTNĐ mạnh (Vmax = 30m/s) thường thấy

có mắt XTNĐ ở khoảng giữa đĩa mây

1.3.3 Giai đoạn chín muồi (giai đoạn trưởng thành)

Giai đoạn này bắt đầu khi sự phát triển của XTNĐ đã hoàn tất, khí áp trung tâm XTNĐ không tiếp tục giảm thêm và tốc độ gió cực đại ở vùng gần trung tâm XTNĐ cũng không tăng thêm nữa Nhưng ở giai đoạn này phạm vi XTNĐ và vùng gió mạnh ở gần trung tâm XTNĐ thường mở rộng hơn Đặc biệt bán kính vùng gió mạnh từ khoảng trong 100km có thể mở rộng tới 200km và thậm chí tới 300km đối với những cơn XTNĐ lớn Giai đoạn này thường kéo dài vài ba ngày, có khi tới cả tuần lễ ở trên đại dương

1.3.4 Giai đoạn tan rã

Khi XTNĐ đi vào đất liền, do ảnh hưởng của địa hình và đặc biệt là do không được cung cấp đầy đủ hơi ẩm nên XTNĐ bị mất tiềm nhiệt ngưng kết, mất năng lượng để tồn tại, kích thước thu hẹp, khí áp đầy lên, suy yếu và tan rã sau 1-2 ngày XTNĐ cũng có thể suy yếu và tan rã trên biển khi gặp những điều kiện bất lợi như khi đi vào vùng nước lạnh, bị không khí lạnh xâm nhập vào, kết cấu hoàn lưu trên cao không thuận lợi,

Trong giai đoạn này khí áp trong vùng XTNĐ đầy lên rất nhanh, gió XTNĐ suy yếu theo, phạm vi XTNĐ thu hẹp rồi trở thành một vùng xoáy thuận bình thường trước khi tan hẳn Trên ảnh mây vệ tinh, khối mây trung tâm suy yếu, màn mây Ci thu hẹp, mỏng và mờ, các khối mây đối lưu suy yếu, rời rạc,

trật tự sắp xếp bị phá vỡ,

1.4 Một số điều kiện liên quan đến sự hình thành, phát triển và tan rã của XTNĐ

Từ đặc điểm trong cấu trúc của XTNĐ và từ thực tế quan trắc về XTNĐ,

có thể rút ra các điều kiện cần thiết cho sự hình thành XTNĐ như sau:

1.4.1 Điều kiện nhiệt-ẩm

Không khí thăng lên trong XTNĐ phải nóng hơn không khí môi trường xung quanh ít ra là tới độ cao 10-12km Mặt khác tiềm nhiệt ngưng kết là nguồn năng lượng chính cho sự duy trì và phát triển của XTNĐ nên không khí thăng lên phải rất giàu hơi ẩm, không có nghịch nhiệt tín phong Vì thế trên thực tế XTNĐ chỉ có thể hình thành và phát triển trên các đại dương và vùng biển thoáng, nơi có nhiệt độ mặt nước biển lớn hơn 270C, còn trên khu vực Biển Đông nhiệt độ nước biển tối thiểu phải là 280C

Điều đó giải thích tại sao XTNĐ chủ yếu chỉ có thể hình thành ở phía tây các đại dương, nơi không có các hải lưu lạnh và cũng cho thấy vì sao mùa XTNĐ chủ yếu thiên về thời kì cuối mùa nóng, khi nhiệt độ mặt nước biển là cao nhất

1.4.2 Điều kiện vĩ độ

Khác với các nhiễu động nhiệt đới khác, chuyển động xoáy là phần cơ bản của hoàn lưu XTNĐ Vì thế XTNĐ không thể hình thành và phát triển ở các vùng gần xích đạo, bở vì lực Coriolis quá yếu, không thể cân bằng được với lực gradientP của các vùng áp thấp để tạo ra các chuyển động xoáy thuận, có thể duy trì và có thể phát triển các áp thấp đó nên các áp thấp này bị không khí xung quanh thổi thẳng vào trung tâm mà đầy lên nhanh chóng

Nghĩa là ở xích đạo XTNĐ không hình thành

Thực tế, khu vực để XTNĐ hình thành là phía bắc vĩ tuyến 50N và phía nam vĩ tuyến 50S

XTNĐ thường phát triển lên từ một nhiễu động xoáy thuận ban đầu Trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, những nhiễu động này thường hình thành trên ITCZ, rãnh xích đạo hoặc ở rìa đới tín phong như sóng đông, sóng xích đạo Trên cao, tại khoảng đỉnh tầng đối lưu phải có sự phân kì, sự phân kì này phải lớn hơn rất nhiều so với sự hội tụ tầng thấp Trong dòng gió đông độ đứt của gió theo phương thẳng đứng nhỏ

Theo Lê Đình Quang, sự phát sinh của XTNĐ trên Biển Đông liên quan với những điều kiện khí tượng như sau:

- Phía bắc của vùng nhiễu động tầng thấp, đới gió đông phát triển lên đến

- Không khí lạnh nam bán cầu vượt qua xích đạo lên phía bắc, đẩy ITCZ lệch bắc và mạnh lên tạo ra nhiễu động ban đầu

- Trước 3 ngày hoàn lưu gió tây trên cao (từ mực 700-200mb) yếu hơn so với gió tây trung bình Vị trí của dòng xiết gió tây cận nhiệt đới lệch bắc

so với trung bình

- Khi dòng gió tây xích đạo có tốc độ mạnh dịch chuyển lên vĩ độ bắc hơn, sau đó nó xâm nhập vào hoàn lưu xoáy thuận tạo nên nhiễu động tầng thấp mạnh mẽ

Những kết quả nghiên cứu của Gray (1968) cho thấy ở khu vực khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương có tới 85-90% XTNĐ hình thành trên ITCZ hay ở rìa phía bắc của ITCZ hoặc của rãnh xích đạo (tức là ở rìa của đới tín phong) Số còn lại là những trường hợp XTNĐ hình thành bên trong đới tín phong, ở một khoảng cách tương đối xa đối với ITCZ hoặc rãnh xích đạo Những trường hợp này đều có sự phối hợp với các cơ chế phân kì trên cao của tầng đối lưu bên trên khu vực XTNĐ

Ngoài ra, đới gió cơ bản vùng nhiệt đới mà trong đó XTNĐ hình thành cần phải có độ đứt thẳng đứng của gió là nhỏ vì độ đứt thẳng đứng của gió ngăn cản sự phát triển của xoáy thuận (khác với điều kiện cần thiết cho sự phát triển mạnh của dông)

Điều này có thể giải thích thực tế, chẳng hạn ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương là khi ở trên cao gió tây vĩ hướng bao trùm lên trên đới tín phong thì XTNĐ khó hình thành, không phát triển Trái lại, bên trên tín phong có gió đông dày tới 6km thì XTNĐ dễ hình thành và phát triển Khi gió đông dày tới 12km và tốc độ tăng theo độ cao thì XTNĐ rất dễ phát triển mạnh mẽ

1.4.4 Cơ chế phát triển của XTNĐ

Nét đặc trưng nổi bật của XTNĐ là có lõi nóng Sự phát triển và duy trì lõi nóng có tầm quan trọng sống còn đối với sự phát triển và tuổi thọ của XTNĐ Lúc đầu chưa có lõi nóng, vùng áp thấp hay nhiễu động ban đầu, bằng hoàn lưu xoáy thuận của nó, hội tụ của luồng không khí bề mặt giàu hơi ẩm của đại dương vào khu vực trung tâm và khiến chúng bốc lên, tạo thành các khối mây vũ tích khổng lồ Một lượng lớn tiềm nhiệt ngưng kết được giải phóng Nhờ chính tiềm nhiệt này mà cái lõi nóng ban đầu của vùng áp thấp hay nhiễu động nhiệt đới được hình thành

Một khi lõi nóng đã được hình thành thì sự duy trì và phát triển của nó chủ yếu tuỳ thuộc vào sự tiến triển của cái lõi nóng đó