CHỈ SỐ GIÓ MÙA VÀ VIỆC SỬ DỤNG CHÚNG TRONG ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ MƯA - GIÓ MÙA Ở CÁC VÙNG THUỘC LÃNH THỔ VIỆT NAM, PHỤC VỤ YÊU CẦU NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO GIÓ MÙA

CSGM là một dạng của chỉ số khí hậu dùng để phản ánh một cách đặc trưng nhất diễn biến của gió mùa trên các khu vực khác nhau.. Hậu chuyển dấu của cỏc CSGM Hậu Chỉ số giú mựa -/+ Cực

CHỈ SỐ GIÓ MÙA VÀ VIỆC SỬ DỤNG CHÚNG TRONG ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ MƯA - GIÓ MÙA Ở CÁC VÙNG THUỘC LÃNH THỔ VIỆT NAM,

PHỤC VỤ YÊU CẦU NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO GIÓ MÙA

PGS TS Trần Việt Liễn

Trung tâm Khoa học Công nghệ KTTV & MT

Gió mùa châu Á đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu ở trong

và ngoài nước, từ đầu thế kỷ XX đến nay Trong các kết quả nghiên cứu về khí hậu của các nhà khoa học Pháp, Anh, Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Mỹ đã phân tích về gió mùa nói chung, gió mùa châu Á nói riêng Hầu hết các tài liệu này đều cho rằng gió mùa châu Á không phải là một hệ thống thuần nhất mà là tổng hợp của nhiều hệ thống

có nguồn gốc không giống nhau Hai hệ thống: gió mùa Đông Á và gió mùa Nam Á (hay gió mùa Ấn Độ) đã được hầu hết các tác giả thừa nhận như là 2 thành phần cơ bản của gió mùa châu Á Tuy nhiên, cũng có một số công trình cho rằng trên khu vực châu Á không phải chỉ có 2 mà 3 hệ thống gió mùa khác nhau Ngoài 2 hệ thống trên còn có hệ thống gió mùa Đông Nam Á (Phạm Ngọc Toàn & Phan Tất Đắc, 1992), gió mùa Tây Bắc Thái Bình Dương (Wang & Ho, 2002; Ding YiHui (2002, 2004) Tính phức tạp của gió mùa châu Á đã thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia, nhiều nhà khoa học nhất là vài thập kỷ gần đây Nhiều thực nghiệm gió mùa quy mô lớn đã được triển khai với sự tham gia của nhiều nước như thực nghiệm gió mùa Biển Đông, gió mùa Bengal, gió mùa Vịnh Ả Rập, Những kết quả thực nghiệm này đã có những đóng góp tích cực vào kho tàng kiến thức về gió mùa khu vực

Với những công cụ và kho số liệu hiện nay, người ta đã có thể biểu thị cấu trúc, đặc điểm diễn biến của gió mùa khu vực rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên, một công cụ cổ điển nhưng khá hiệu quả là việc xây dựng các chỉ số khí hậu nhằm thể hiện một cách tổng hợp và đặc trưng nhất những đặc điểm, sự diễn biến của các hiện tượng khí tượng cần quan tâm cũng đã được nhiều chuyên gia gió mùa sử dụng Đó là việc xây dựng các chỉ số gió mùa (CSGM)

CSGM là một dạng của chỉ số khí hậu dùng để phản ánh một cách đặc trưng nhất diễn biến của gió mùa trên các khu vực khác nhau Để xây dựng CSGM trước hết người ta dựa vào định nghĩa và bản chất vật lý của nó, chọn ra những yếu tố và khu vực đặc trưng, những hệ thống mà ta quan tâm Từ định nghĩa cổ điển của gió mùa (Ramage, 1971), người ta tiến hành phân tích đặc điểm phân bố của các trường gió, tìm ra tính tương phản giữa 2 mùa để xác định những khu vực, những thời kỳ đặc trưng cho hoạt động của gió mùa, từ đó xác định những CSGM Để khảo sát sự tương phản của gió, các bản đồ tích hoặc hiệu của các thành phần vĩ, kinh hướng của véc tơ gió giữa 2 mùa có thể cho ta hình dung cụ thể những khu vực gió có sự đổi hướng trong năm Các bản đồ 1 & 2 cho một ví dụ về tính tương phản của gió trên mặt 850mb Có thể thấy sự tương phản của gió tầng thấp xẩy ra chủ yếu trên khu vưc từ

10oS đến 25oN của Ấn Độ Dương kéo đến kinh độ 120oE thuộc tây TBD Chính đây là

khu vực cú thể tạo ra những CSGM tiờu biểu của khu vực Á -Úc phản ỏnh tớnh tương phản rừ nột về hoàn lưu của khu vực

40 60 80 100 120 140 160 180

Kinh độ

Hình 1 Tích thành phần gió vĩ hướng TB giữa hâu 37 và 1

-20

0

20

40

60

VIệT NAM LàO

CĂMPUCHIA THáI LAN MYANMA

TRUNG QUốC

MÔNG Cổ

BắC TRIềU TIÊN

HàN QUốCNHậT BảN

PHILIPPIN

INĐÔNÊSIA MALAYSIA

Cựng với giú vĩ hướng, thành phần giú kinh hướng cũng cú những thay đổi theo mựa gần tương tự, đặc biệt những khu vực tồn tại cỏc dũng vượt xớch đạo Đặc điểm trờn đõy đó là cơ sở cho việc xõy dựng cỏc CSGM dựa trờn cỏc trường giú, thường gọi

là cỏc chỉ số hoàn lưu (Circulation Index)

40 60 80 100 120 140 160 180

Kinh độ

Hình: 2 Hiệu thành phần gió vĩ hướng TB giữa hậu 37 và 1

-20 0 20 40 60

VIệT NAM LàO

CĂMPUCHIA THáI LAN MYANMA

TRUNG QUốC

MÔNG Cổ

BắC TRIềU TIÊN

HàN QUốCNHậT BảN

PHILIPPIN

INĐÔNÊSIA MALAYSIA

Giú mựa cũng đem lại những thay đổi mựa đối với nhiều đặc trưng khớ hậu khỏc như mõy, mưa, hoạt động của cỏc nhiễu động khớ quyển Dựng mưa làm CSGM cũng

đó được một số tỏc giả sử dụng như chỉ số AMIR (Parthasarathy, 1992) dựng lượng mưa trung bỡnh toàn lónh thổ làm chỉ tiờu Sự ra đời của cỏc quan trắc từ xa, trong cú phỏt xạ súng dài từ mặt đất (OLR), đó cho phộp đỏnh giỏ tương đối chớnh xỏc lượng mõy trờn bầu trời Hỡnh 3,4 cho hỡnh ảnh về phõn bố của OLRA (hiệu sai so với trung bỡnh năm) trung bỡnh cỏc hậu 1 (1-5/I) đại diện cho mựa đụng, hậu 37 (30/VI-4/VII) đại diện cho mựa hố Do sự phỏt triển của mõy gắn với hoạt động đối lưu từ mặt đệm,

vỡ thế cú thể sử dụng OLR để đỏnh giỏ đối lưu trờn cỏc khu vực Khu vực cú OLR thấp

là nơi mõy nhiều, đối lưu phỏt triển mạnh Wang & Fan (1999) đó xõy dựng cỏc CSGM: CI1 và CI2 dựa vào OLR trung bỡnh cỏc khu vực thuộc Ấn Độ Dương và Thỏi Bỡnh Dương, được gọi là cỏc chỉ số đối lưu (Convection Index) Qua 2 hỡnh 3&4 cú thể thấy cỏc khu vực vĩ độ thấp từ Đụng Ấn Độ Dương tới Tõy TBD cú mức độ tương phản rừ rệt giữa 2 mựa đối với OLRA, là cơ sỏ cho việc thiết lập cỏc chỉ số đối lưu

Ngoài cỏc loại chỉ số đó nờu, một số tỏc giả cũn dựng sự chờnh lệch khớ ỏp mặt biển làm CSGM Tuy nhiờn những chỉ số loại này ớt được sử dụng do trờn cỏc vựng vĩ

độ thấp chờnh lệch ỏp nhỏ, khụng điển hỡnh và khỏ phức tạp

Để tớnh cỏc đặc trưng trung bỡnh của U, V hay OLRA cho một khu vực nào đú, cụng thức đơn giản được sử dụng là:

40 60 80 100 120 140 160 180

Kinh độ

Hình 1 Tích thành phần gió vĩ hướng TB giữa hâu 37 và 1

-20

0

20

40

60

VIệT NAM LàO

CĂMPUCHIA THáI LAN MYANMA TRUNG QUốC

MÔNG Cổ

BắC TRIềU TIÊN HàN QUốCNHậT BảN

PHILIPPIN

INĐÔNÊSIA MALAYSIA

Kinh độ

Hình: 2 Hiệu thành phần gió vĩ hướng TB giữa hậu 37 và 1

-20 0 20 40 60

VIệT NAM LàO

CĂMPUCHIA THáI LAN MYANMA

TRUNG QUốC

MÔNG Cổ

BắC TRIềU TIÊN HàN QUốCNHậT BảN

PHILIPPIN

INĐÔNÊSIA MALAYSIA

=

i i

N x

trong đú A là miền cần tớnh, xi là đặc trưng sử dụng tại ụ thứ i nằm trong miền A

Bảng 1 là cỏc CSGM đó được đưa ra trong nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu gần đõy Đại bộ phận cỏc chỉ số nờu trong bảng 1 dựa trờn quan điểm hoàn lưu Thành phần giú vĩ hướng của trường giú mặt 850mb, đặc trưng cho giú tầng thấp, cú hoặc khụng kết hợp với trường giú mặt 200mb, đặc trưng cho giú tầng cao thường được dựng để xõy dựng cỏc CSGM Thành phần kinh hướng cũng được dựng trong một số trường hợp, liờn quan đến việc khảo sỏt cỏc dũng vượt xớch đạo từ Nam Bỏn Cầu lờn Bắc Bỏn Cầu hoặc ngược lại để xem xột sự chuyển mựa giú Tất nhiờn độ lớn của cỏc thành phần giú vĩ hướng và cả kinh hướng đều biểu hiện cường độ của giú mựa trờn cỏc khu vực Cường độ phỏt xạ súng dài (OLR) từ mặt đất (đơn vị là Watt/m2) chỉ mới được Wang & Fan (1999) sử dụng để phản ỏnh diễn biến của giú mựa Nam Á và Đụng Á thụng qua cỏc chỉ số CI1, khu vực vịnh Bengal và CI2, vựng biển Philippin trong ớt năm gần đõy

Sử dụng nguồn số liệu tỏi

phõn tớch của NCEP/NCAR

(1961-2000), chỳng tụi đó tiến

hành tớnh cỏc CSGM vừa nờu từ

số liệu hàng ngày Trờn cơ sở đú

tổ hợp lại theo hậu, thỏng và

năm Hỡnh 5, 6, 7 cho diễn biến

của một số trong những CSGM

đó nờu theo thành phần giú vĩ

hướng, kinh hướng và OLR Cú

thể nhận thấy sự tương phản theo mựa của cỏc chỉ số hàng năm là khỏ rừ nột song mức

độ khụng giống nhau Cỏc chỉ số WYI, DU2 cho biờn độ lớn nhất Cỏc chỉ số giú vĩ và kinh hướng đều cú giỏ trị dương (+) vào mựa hố và ngược lại vào mựa

Hình 5: Biến trình năm của các CSGM theo gió vĩ hướng

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73

Hậu

SCSMI AUSMI WNPMI WYI DU2

Bảng 1 Cỏc chỉ số giú mựa

số

hướng

Nhiệt đới châu

á

U850-U200 (0-20 o

E)

Weber & Yang (1992)

DU2

(SEAMI)

Hoàn lưu vĩ

E)-

N,

110-140 o

E)

Wang & Fan (1999)

RM2

(EAMI)

Hoàn lưu vĩ

E)

Lau et al (2000)

E)-

E)

Wang et al (2001)

hướng

E)

Wang et al (2001)

hướng

hướng

Zhang M.M Lu, (2004)

hướng

Mùa hè Đông

á

E)

Quingyun Zhang, Shiyang Tao (1998)

E) +

E)

Wang & Fan (1999)

MHI

(HSACELL)

Hoàn lưu

(Harley cell)

V850-V200 (10-30 o

E)

Goswami et al (1999)

*) U850, V*) U850, V850, U200, V200 là thành phần giú vĩ hướng và kinh hướng của vectơ giú; OLR

là phỏt xạ súng dài đo từ ngoài khớ quyển

đụng Đối với cỏc CSGM dựa trờn cỏc thành phần của giú tại một mặt thỡ sự chuyển dấu của cỏc chỉ số này chớnh là sự đổi hướng giú cũng tức là thời điểm chuyển mựa, thời điểm bắt đầu, kết thỳc giú mựa mựa hố (GMMH) hay giú mựa mựa đụng (GMMĐ) Đối với cỏc chỉ số dựa trện hiệu của giú trờn 2 khu vực khỏc nhau của cựng mặt đẳng ỏp hoặc trờn 2 mặt đẳng ỏp khỏc nhau phụ thuộc vào đặc điểm giú mựa của cỏc khu vực được chọn Qua kết quả khảo sỏt cho thấy phần lớn cỏc chỉ số cú thời điểm chuyển dấu đều gắn với thời điểm chuyển mựa giú trờn cỏc khu vực Bảng 2 cho kết quả tớnh hậu cú CSGM chuyển dấu, cũng cú thể coi đú là thời điểm chuyển mựa, bắt đầu và kết thỳc GMMH (GMMĐ) trờn bỏn cầu Bắc (Nam) Đối với cỏc chỉ số đối lưu và chỉ số hoàn lưu ở bỏn cầu Nam dấu chuyển ngược so với cỏc chỉ số hoàn lưu trờn bỏn cầu bắc Qua kết quả tớnh nờu ở bảng 2 cú thể nhận thấy rằng, GMMH trờn khu vực nước ta bắt đầu trung bỡnh vào hậu 28 (16-20/V) và kết thỳc khoảng hậu 58 (13-17/X) hàng năm Hậu chuyển dấu cú xu hướng chậm dần từ phớa Ấn Độ Dương

sang Thỏi Bỡnh Dương (TBD) Đối với Nam Bỏn Cầu mà cụ thể hơn là Bắc Australia, thỡ GMMĐ gần tương tự như GMMH ở BBC nhưng mở rộng hơn

Hình 6 Biến trình năm của chỉ số gió kinh hướng

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71

Hậu

Hình 7: Biến trình năm của Chỉ số đối lưu

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73

Hậu

Bảng 2 Hậu chuyển dấu của cỏc CSGM

Hậu Chỉ số giú

mựa

(-)/(+)

Cực

Độ kộo dài mựa (ngày)

Biờn

độ

Để cú thể xem xột CSGM nào cú quan hệ tốt hơn với diễn biến của khớ hậu Việt Nam mà quan trọng nhất là mưa, trong bỏo cỏo này chỳng tụi dựa vào số liệu lượng mưa thỏng của 175 trạm của cả nước và số liệu thỏng của cỏc CSGM đó nờu, để tớnh được hệ số tương quan cho mỗi CSGM với từng trạm Cỏc bản đồ tương quan giữa cỏc CSGM với lượng mưa cỏc trạm được nờu trong hỡnh 6 Từ kết quả này cú thể đưa đến một số nhận xột sau:

- Cỏc chỉ số giú mựa nờu trong bảng 2

đều cú quan hệ khỏ tốt với mưa ở nước ta (trừ ven biển Trung Bộ) Hệ số tương quan (R) đều cú thể vượt 0,5 trờn cả khu vực lớn Một số chỉ số cú thể lờn tới 0,8-0,9 Tõy Nguyờn và Đụng Nam Bộ ở phớa nam và Hoang Liờn Sơn ở phớa Bắc là những khu vực cú mối quan hệ cao nhất

- Mưa trờn ven biển Trung bộ cú quan hệ rất kộm với cỏc chỉ số giú mựa đó nờu,

R chỉ đạt khoảng 0,1-0,3 đối với ven biển Trung và Nam Trung Bộ; 0,1-0,5 đối với Bắc Trung Bộ

- Các chỉ số hoàn lưu, ngoại trừ AUSMI, đều có tương quan dương, tức là gió mùa mạnh lên, lượng mưa trên các khu vực trên tăng Các chỉ số đối lưu đều có tương quan âm Điều này cũng dễ hiểu vì khi các chỉ số này tăng có nghĩa là mây giảm, đối lưu kém phát triển dẫn đến mua giảm

- Các CSGM Nam Á như WYI, IMI, CI1 có quan hệ với lượng mưa ở nước ta (ngoại trừ ven biển Trung Bộ) tốt hơn so với các CSGM Đông Á và Tây TBD như EAMI, WNPMI, CI2 Điều này cho thấy tuy nước ta nằm ở vị trí trung gian giữa 2

hệ thống gió mùa đã nêu song mưa ở nước ta có quan hệ chặt hơn với diễn biến của gió mùa Nam Á

- Những CSGM chỉ dựa vào gió vĩ hướng một khu vực của mặt 850mb có khả năng phản ánh sát hơn diễn biến và ảnh hưởng của gió mùa trên các khu vực nhỏ, có cơ chế tác động phức tạp Các chỉ số đối lưu, do có quan hệ phần nào mang tính nhân quả với mưa nên nếu khu vực tính CSGM được chọn càng gần hoặc ngay trên khu vực nghiên cứu có khả năng cho quan hệ

chặt hơn

Xuất phát từ nhận xét

trên, chúng tôi đã tiến hành

khảo sát việc lựa chọn các

khu vực để xác định các chỉ

số hoàn lưu hoặc đối lưu sao

cho: i) phản ánh được diễn

biến của mưa trên khu vực

ven biển Trung Bộ mà các

CSGM đã nêu ở trên chưa

phản ánh được; ii) có thể

nâng cao hơn mối quan hệ

giữa CSGM vời mưa trên các

khu vực Tây Nguyên, Nam

Bộ và Bắc Bộ Dựa vào

nguồn số liệu hiện có, các

bản đồ 1-4, việc khảo sát đã

được thực hiện với nhiều khu

vực khác nhau kéo từ Tây Ấn

Độ Dương đến Tây TBD và

ngược lên tới Bắc Trung

Quốc Hình 7 cho kết quả

khảo sát với những khu vực

có quan hệ tốt nhất với lượng

mưa trên các vùng khí hậu

của nước ta

NTQ

8 10 12 14 16 18 20 22

BBD

8 10 12 14 16 18 20 22

-0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

DLNB

8 10 12 14 16 18 20 22

DLTB

8 10 12 14 16 18 20 22

Từ kết quả này có thể thấy các CSGM được thiết lập từ các khu vực Bắc Biển Đông và Nam Trung Quốc có khả năng phản ánh khá tốt diễn biến của mưa trên khu vực ven biển Trung Bộ nước ta Hệ số tương quan R có thể đạt tới 0,7-0,8 trên các khu vực Trung và Nam Trung Bộ nhưng mang dấu âm Điều đó cho thấy khi hoàn lưu gió Tây suy yếu cũng có nghĩa là gió đông phát triển thì lượng mưa ở đây sẽ tăng Còn các chỉ số đối lưu hầu như cũng chỉ phản ánh được diễn biến của mưa trên các khu vực ngoài

Bảng 3 Hệ số tương quan giữa CSGM với lượng mưa tháng các trạm

Chỉ số gió mùa Các Vùng

Các cấp R WYI SEAMI EASMI IMI WNPMI AUSMI SCSMI MHI SSI

Tây Bắc

(Các cấp

của R)

Việt Bắc

(Các cấp

của R)

Đông Bắc

(Các cấp

của R)

Đồng bằng

Bắc Bộ

(Các cấp

của R)

Bắc Trung

Bộ

(Các cấp

của R)

0,7-0,6 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Trung

Trung Bộ

(Các cấp

của R)

0,7-0,6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,6-0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Nam Trung

Bộ

(Các cấp

của R)

>0,7 12 76 16 68 60 68 52 4 8

Nam Bộ

(Các cấp

của R)

Tây

Nguyên

(Các cấp

của R)

Bảng 3(tiếp) Hệ số tương quan giữa CSGM với lượng mưa tháng các trạm

Tây Bắc

(Các cấp

của R)

Việt Bắc

(Các cấp

của R)

Đông Bắc

(Các cấp

của R)

Đồng bằng

Bắc Bộ

(Các cấp

của R)

Bắc Trung

Bộ

(Các cấp

của R)

Rmax DLTB -0.511 -0.469 0.003 -0.278 -0.493 -0.595 -0.541 -0.595

Trung

Trung Bộ

(Các cấp

của R)

Nam Trung

Bộ

(Các cấp

của R)

Nam Bộ

(Các cấp

của R)

Tây

Nguyên

(Các cấp

của R)

ven biển Trung Bộ nhưng đạt được mối quan hệ chặt hơn so với không chỉ các chỉ số CI1, CI2 mà cả các chỉ số hoàn lưu khác Bảng 3 cho kết quả tính cụ thể R cho các trạm thuộc các vùng thuộc lãnh thổ nước ta Trong đó cột cuối cùng cho HSTQ lớn nhất đạt được giữa lượng mưa trung bình cả vùng với các CSGM Kết quả thống kê trên cho thấy: i) lượng mưa trên các khu vực thuộc ven biển Trung và Nam Trung Bộ

có quan hệ tốt nhất với CSGM là chỉ số hoàn lưu khu vực Nam Trung Quốc, trong khi

đó các khu vực còn lại, kể cả Bắc Trung Bộ có quan hệ chặt chẽ nhất với CSGM là các chỉ số đối lưu khu vực Nam Bộ (DLNB) và Trung Bộ (DLTB) ii) Đối với các khu vực ven biển Trung Bộ GMNTQ cho hệ số tương quan cao nhất nhưng R của các trạm phần lớn rơi vào khoảng 0,6-0,7 trong khi đó R giữa các chỉ số DLNB và DLTB với phần lớn các trạm trong vùng có R đạt 0,7-0,9 iii) Khu vực Bắc Trung Bộ mang tính trung gian giữa Bắc Bộ với ven biển Trung và Nam Trung Bộ nên R thường không cao với cả chỉ số hoàn lưu và đối lưu

Trong khuôn khổ của báo cáo này, những phân tích trên mới chỉ là những phân tích bước đầu về mối quan hệ giữa gió mùa với mưa trên các khu vực ở nước ta Tuy kết quả chưa vượt quá những hiểu biết đã có song nó giúp ta định lượng những mối quan hệ giữa 2 đối tượng này để từ đó phát triển những ý tưởng, thiết lập các mô hình

dự báo mưa ở các vùng dựa vào mối quan hệ đồng thời của nó với gió mùa thông qua những dự báo toàn cầu về các trường khí tượng đã rất phong phú và không khó khăn trong việc khai thác hiện nay