Theo S.P Khormov (1957) “Dải hội tụ nhiệt đới (The Intertropical Convergence Zoneviết tắt là ITCZ hay ICZ) là dải thời tiết xấu, hình thành bởi sự hội tụ của tín phong hai bán cầu (của tín phong một bán cầu với tín phong bán cầu kia vượt xích đạo và chuyển hướng) và tín phong mỗi bán cầu với đới gió tây xích đạo mở rộng. Dải hội tụ nhiệt đới đóng vai trò của một cơ chế vận chuyển mômen, nhiệt và ẩm của nhánh dòng thăng trong vòng hoàn lưu Hadley nhiệt đới. Dải hội tụ nhiệt đới là một trong các hệ thống thời tiết có thể cho lượng mưa rất lớn đến trên diện rộng ở miền nhiệt đới, đặc biệt là khi hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với các hình thế thời tiết khác như front lạnh, bão có thể hình thành trên dải hội tụ nhiệt đới. S.P Khromov cũng đề xuất ba mô hình của dải hội tụ nhiệt đới (hình 3.3).
Trang 1Trường Khoa học Tự nhiên Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Môi trường
DẢI HỘI TỤ NHIỆT ĐỚI
ÁP THẤP NHIỆT ĐỚI – BÃO
LỚP 10CMT – NHÓM 1B
Trang 2A DẢI HỘI TỤ NHIỆT ĐỚI
1 Định nghĩa, cấu trúc
- Theo S.P Khormov (1957) “Dải hội tụ nhiệt đới (The Intertropical Convergence Zone-viết tắt là ITCZ hay ICZ) là dải thời tiết xấu, hình thành bởi sự hội tụ của tín phong hai bán cầu (của tín phong một bán cầu với tín phong bán cầu kia vượt xích đạo và chuyển hướng) và tín phong mỗi bán cầu với đới gió tây xích đạo mở rộng" Dải hội tụ nhiệt đới đóng vai trò của một cơ chế vận chuyển mômen, nhiệt và ẩm của nhánh dòng thăng trong vòng hoàn lưu Hadley nhiệt đới
- Dải hội tụ nhiệt đới là một trong các hệ thống thời tiết có thể cho lượng mưa rất lớn đến trên diện rộng ở miền nhiệt đới, đặc biệt là khi hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với các hình thế thời tiết khác như front lạnh, bão có thể hình thành trên dải hội tụ nhiệt đới
- S.P Khromov cũng đề xuất ba mô hình của dải hội tụ nhiệt đới (hình 3.3)
Ba mô hình của dải hội tụ nhiệt đới: Gần sát xích đạo (Loại 1); cách xa xích đạo do tín phong một bán cầu vượt xích đạo chuyển hướng thành gió mùa hội tụ và hội tụ với tín phong bán cầu kia (Loại 2); Tín phong hai bán cầu hội tụ với đới gió tây xích đạo mở rộng (Loại 3) Khromov (1957)
Mô hình loại 1 thường xãy ra ở Đại Tây Dương khi tín phong hai bán cầu gặp nhau ở gần xích đạo Loại dải hội tụ gió này có tần suất cao đến mức tồn tại ngay trên bản đồ gió trung bình toàn cầu ở miền xích đạo Đại Tây Dương Trên ảnh mây vệ tinh loại dải hội tụ nhiệt đới này có dạng như trên hình 3.4 Trong dải hội tụ nhiệt đới là dải mây tích và mây vũ tích tạo thành dải có mật
độ không đều Chiều rộng của dải mây chừng 200 - 300m,chiều dài rất lớn, có trường hợp gần như bao quanh Trái Đất
Loại dải hội tụ nhiệt đới thứ hai hình thành do sự hội tụ của tín phong Bắc Bán Cầu, chẳng hạn, với tín phong Nam Bán Cầu sau khi vượt qua xích đạo, chuyển hướng thành gió tây nam và hội
tụ với tín phong đông bắc ở Bắc Bán Cầu trên dải hội tụ nhiệt đới
Trang 3Dải hội tụ nhiệt đới gần xích đạo (AWS Technical Report 215)
Đặc điểm của loại dải hội tụ nhiệt đới này là nằm cách xa xích đạo, với khoảng cách này lực Coriolis đủ lớn để tạo các xoáy xoáy thuận thể hiện qua các xoáy mây trên ảnh mây vệ tinh như trên hình 3.5 Dải hội tụ nhiệt đới loại 2 đặc trưng cho dải hội tụ nhiệt đới ở Đông Nam Á và Biển Đông Những xoáy thuận trên dải hội tụ nhiệt đới là nhiễu động ban đầu cho sự hình thành của bão ở Biển Đông
Dải hội tụ nhiệt đới nằm cách xa xích đạo với các chuỗi xoáy, kết quả của sự hội tụ giữa tín phong Nam Bán Cầu vượt xích đạo chuyển hướng thành gió mùa tây nam với tín phong đông bắc Bắc Bán Cầu (AWS Technical Report 215)
Loại dải hội tụ nhiệt đới thứ ba là dải hội tụ kép với dải hội tụ chính ở Bắc Bán Cầu và dải hội tụ phụ ở Nam Bán Cầu với cường độ phát triển không lớn bằng dải hội tụ ở phía bắc nó như biểu diễn trên ảnh mây vệ tinh (Hình 3.6) Loại dải hội tụ nhiệt đới này ít thấy hơn so với hai loại trên
và chỉ xãy ra ở nơi đới gió tây xích đạo biểu hiện rõ
Trang 4Dải hội tụ nhiệt đới kép ở hai bên xích đạo do tín phong hai bán cầu hội tụ với đới gió tây xích đạo mở rộng Dải hội tụ nhiệt đới ở Nam Bán Cầu ít biểu hiện rõ (AWS Technical Report 215)
- Dải hội tụ nhiệt đới kép thực tế hình thành theo trình tự: đầu tiên dải mây Bắc Bán Cầu hình thành kéo dài 4-7 độ kinh, sau đó dải hội tụ nhiệt đới mới hình thành ở Nam Bán Cầu Sự hình thành dải hội tụ kép có thể xẩy ra ở một số khu vực Đó là do sự hội tụ của đới gió tây xích đạo
mở với tín phong mỗi bán cầu như mô hình 3 của Khromov (hình 3.3)
- Dải hội tụ nhiệt đới xảy ra với tần suất cao nên hình thế này có thể phát hiện trên trường gió và trường áp trung bình vào hai tháng điển hình cho mùa đông (tháng 1) và mùa hè (tháng 7) ở Nam
Á và Đông Nam Á
- Tháng 1 dòng khí mực gradien (tương ứng với độ cao 600m), từ Bắc Bán Cầu vượt qua xích đạo
về phía Nam Bán Cầu và chuyển sang hướng tây bắc hội tụ với tín phong hướng đông Nam Bán Cầu (phần trên bên trái hình 3.7) Dải hội tụ được biểu diễn bằng đường kép nằm trên trục áp thấp ở khoảng 5oS trên trường áp mặt đất (Phần trên bên phải hình 3.7)
- Mùa hè (tháng 7) ta thấy rõ dòng khí từ áp cao cận nhiệt Nam Bán Cầu vượt xích đạo và chuyển hướng vượt lên rất xa về phía lục địa Đông Nam Á hội và tụ với tín phong hướng đông, đông nam trên dải hội tụ nhiệt đới ở phần Tây Bắc Thái Bình Dương (Phần dưới bên trái hình 3.7) Một điều đặc biệt là dải hội tụ (đường kép) nằm trên trục rãnh gió mùa và kéo dài sang phía đông nằm dọc theo rìa phía nam của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương
Trang 5Dòng khí tại mực gradient và trường áp, dải hội tụ nhiệt đới (đường kép) tháng 1 (Phần trên hình), tháng 7 (Phần dưới hình) (AWS, 1979).
2 Sự dịch chuyển của dải hội tụ nhiệt đới
- Do là nơi hội tụ của hai đới gió nên dải hội tụ nhiệt đới trong từng đợt di chuyển theo hướng của đới gió tây nam "chủ động" dịch chuyển lên phía bắc hội tụ với tín phong hướng đông, đông bắc hay đông nam, tuỳ theo hướng nằm của dải hội tụ
- Về mặt nguyên lý, trong một đợt dịch chuyển lên phía bắc, gió mùa tây nam không có sự dịch chuyển theo hướng ngược và do đó ICZ chỉ có thể dịch chuyển theo hướng từ nam lên bắc Áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương từ tháng 6 đến tháng 8 có hai lần nhảy vọt lên phía bắc, tháng 8 tới vị trí cao nhất nên đới tín phong cũng dịch chuyển theo hướng này Từ tháng 6 dải hội tụ nhiệt đới đã thể hiện rõ ở phía Nam Trung Quốc và Bắc Việt Nam với phần phía tây là chuỗi áp thấp nóng địa phương, phần phía đông có thể là dải thời tiết xấu với áp thấp và có thể
có bão hình thành trên Biển Đông (Hình 3.8)
- Trên hình 3.8 là các vị trí trung bình của dải hội tụ trên lãnh thổ Việt Nam và Biển Đông Ta thấy
rõ vào tháng 6 phần dải hội tụ nhiệt đới trên đất liền nằm ngang theo hướng vĩ tuyến Còn phần trên Biển Đông nằm theo hướng tây bắc - đông nam Tháng 8, khi áp cao cận nhiệt với tín phong thổi ở phần phía nam dịch chuyển lên vị trí phía bắc nhất, dải hội tụ nhiệt đới tháng 8 cũng nằm vắt qua Bắc Bộ và phần bắc Biển Đông, vị trí cao nhất trong năm, trùng hợp với sự phát triển mạnh nhất của gió mùa tây nam
Trang 6Vị trí trung bình của dải hội tụ nhiệt đới trên khu vực Đông Dương và Biển Đông xác định theo đường tần suất cao nhất trong lưới 2x2 độ kinh vĩ.
- Đến tháng 9, xoáy thuận hành tinh bắt đầu mở rộng và đẩy áp cao cận nhiệt về phía nam, cùng với áp cao nhiệt đới tín phong cũng bị đẩy về hướng này, đồng thời gió mùa tây nam đã suy yếu
và thường chỉ lan tới Bắc Trung Bộ Dải hội tụ nhiệt đới tháng 9 hoạt động tại khu vực này, một nhánh nữa đi qua Nam Trung Bộ Tháng 10 và tháng 12 dải hội tụ nhiệt đới hoạt động ở Nam
Bộ, nơi bão hoạt động vào thời gian này Điều đó không những do bão thường hình thành từ một trong những áp thấp trên dải hội tụ nhiệt đới mà còn do đới gió đông và đông nam trong tín phong là dòng dẫn đường cơ bản đối với các cơn bão
-3 Thời tiết trong dải hội tụ nhiệt đới
- Khác với front ngoại nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới không phải là dải ngăn cách hai khối khí có nhiệt độ khác biệt nhau đáng kể Sự đồng nhất trên trường nhiệt ở hai bên dải hội tụ nhiệt đới thể hiện rõ nhất khi áp thấp trở thành bão Bão là hệ thống hình thành bởi khối khí đồng nhất Do đó
sự tồn tại của dải hội tụ nhiệt đới không phải do chênh lệch nhiệt độ mà do sự hội tụ gió gây dòng thăng trong quá trình hình thành các hệ thống mây tích và mây vũ tích dọc theo dải hội tụ nhiệt đới Trong một số trường hợp như ví dụ hình thế phức hợp cuối chương này, gió mùa tây nam lan tới mực 500mb phía nam dải hội tụ có tốc độ tới 10 - 15m/s, tín phong đông bắc lan từ trên cao xuống mực này cũng có tốc độ 10 - 15m/s Tuy nhiên, dù có tốc độ lớn nhưng khi tới gần dải hội tụ nhiệt đới dòng khí tây nam và đông bắc chuyển động chậm lại, trên dải hội tụ tốc
độ gió chỉ còn 2 - 3m/s, trừ trường hợp gió mạnh trong các cơn dông
- Với hệ thống mây tích và mây vũ tích như thể hiện trên các ảnh mây vệ tinh, dải hội tụ nhiệt đới cho mưa vừa có thể kéo dài trong nhiều ngày, mưa rào và dông trên phạm vi rộng lớn, khi bão hình thành thì hệ thống mây gây mưa to gió lớn trên một diện rộng với chiều ngang 100 - 500km hay hơn nữa Chính vì vậy, dải hội tụ nhiệt đới bao giờ cũng lôi cuốn sự quan tâm rất lớn của dự báo viên
Trang 7Hình thế dải hội tụ nhiệt đới kéo dài từ phía tây qua Bắc Bộ tới phía đông Philippine.
4 Ảnh hưởng của dải hội tụ nhiệt đới
- Vì dải hội tụ nhiệt đới cũng là một dải thấp nên có sự tương tác với vùng thấp ngoài biển, thực tế theo thống kê có 80% bão và áp thấp nhiệt đới được hình thành trên dải hội tụ nhiệt đới
- Khu vực xuất hiện dải hội tụ nhiệt đới thường có thời tiết xấu, nhiều mây, gây mưa lớn, xuất hiện dông và gió xoáy rất nguy hiểm
B ÁP THẤP NHIỆT ĐỚI - BÃO
1 Định nghĩa – điều kiện hình thành
Bão và áp thấp nhiệt đới được gọi chung là xoáy thuận nhiệt đới: là một vùng gió xoáy, có đường kính tới hàng trăm kilômét, hình thành trên vùng biển nhiệt đới Ở bắc bán cầu, gió thổi xoáy vào trung tâm theo hướng ngược chiều kim đồng hồ Áp suất khí quyển trong bão thấp hơn rất nhiều so với xung quanh và thường thấp hơn 1000mb Sự khác nhau của áp thấp nhiệt đới và bão là áp thấp nhiệt đới có sức gió từ cấp 6 - cấp 7 Vượt qua cấp 7 ta gọi là bão
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 …
Trang 8Bảng sức gió
Cấp
Beaufort
Tốc độ gió tương
đương ở độ cao
10m trên mực nước
Độ cao sóng (m) (Ở biển)
Tình trạng mặt biển Tình trạng đất liền
kt km/h mph m/s
0 0 0 0 0-0.2 Êm đềm 0 Phẳng lặng Êm đềm
1 1-3 1-6 1-3 0.3-1.5 Gió rất nhẹ 0,1 Sóng lăn tăn,không có ngọn Làn khói chuyển độngrõ theo gió
4-6 7-11 4-7 1.6-3.3
Gió thổi nhẹ vừa phải 0,2 Sóng lăn tăn
Cảm thấy gió trên da trần Tiếng lá xào xạc
3 7-10 12-19 8-123.4-5.4 Gió nhẹnhàng 0,6 Sóng lăn tăn lớn Lá và cành nhỏ chuyểnđộng theo gió
4 11-16 20-29 13-18 5.5-7.9 Gió vừaphải 1 Sóng nhỏ
Bụi và giấy rời bay lên Những cành cây nhỏ chuyển động
5 17-21 30-39 19-24 8.0-10.7 Gió mạnhvừa phải 2
Sóng dài vừa phải (1,2 m) Có một chút bọt và bụi nước
Cây nhỏ đu đưa
6
22-27
40-50
25-31
10.8-13.8 Gió mạnh 3
Sóng lớn với chỏm bọt và bụi nước
Cành lớn chuyển động Khó giữ ô che mưa
7 28- 51- 32- 13.9- Gió mạnh 4 Biển cuộn sóngCây to chuyển động
Trang 933 62 38 17.1 và bọt bắt đầu cóvệt Khó đi ngược gió
8
34-40
63-75
39-46
17.2-20.7
Gió mạnh hơn 5,5
Sóng cao vừa phải với ngọn sóng gẫy tạo ra nhiều bụi Các vệt bọt nước
Cành nhỏ gẫy khỏi cây
9
41-47
76-87
47-54
20.8-24.4
Gió rất mạnh 7
Sóng cao (2,75 m) với nhiều bọt hơn Ngọn sóng bắt đầu cuộn lại
Nhiều bụi nước
Một số công trình xây dựng bị hư hại nhỏ
10 48-55 88-102 55-63 24.5-28.4 Gió bão 9
Sóng rất cao Mặt biển trắng xóa và
xô mạnh vào bờ
Tầm nhìn bị giảm
Cây bật gốc Một số công trình xây dựng hư hại vừa phải
11 56-63 103-117 64-72 28.5-32.6 Gió bão dữdội 11,5 Sóng cực cao Nhiều công trình xâydựng hư hỏng
12 >63 >117 >72 >32.7Gió bão
cực mạnh 14+
Các con sóng khổng lồ Không gian bị bao phủ bởi bọt và bụi nước Biển hoàn toàn trắng với các bụi nước Nhìn gần cũng không rõ
Nhiều công trình hư hỏng nặng
Để một áp thấp hình thành phải có đủ các điều kiện thuận lợi của bề mặt khí quyển như khí áp, nhiệt độ, gió Bởi vậy, những vùng có khí hậu nóng của vùng nhiệt đới, trên đại dương hoặc trên biển nhiệt đới thường hay xuất hiện áp thấp nhiệt đới Khi một vùng không khí nóng hơn các vùng xung quanh, khí áp sẽ giảm đi, điều này sẽ hút gió từ các phía có khí áp cao hơn về và có
Trang 10xu hướng thăng động (bốc lên cao) Gió là không khí chuyển từ áp cao đến áp thấp, nhưng do ảnh hưởng của lực Coriolis (lực lệch hướng do trái đất tự quay) nên hướng gió hút vào tâm áp thấp sẽ bị lệch hướng tạo thành hình thế gió xoáy Ở bán cầu Bắc, hướng gió sẽ lệch về bên phải hướng chuyển động nên hình thành xoáy nghịch nhiệt đới Ở bán cầu Nam, lực Coriolis làm hướng gió lệch về bên phải so với hướng chuyển động, nên hình thành xoáy thuận nhiệt đới
2 Các giai đoạn phát triển của bão:
Bão có thể được xem như một cỗ máy, nó cần có không khí nóng và ẩm làm nguồn năng lượng Không khí nóng, ẩm này bị lạnh đi khi bốc lên trong mây đối lưu, trong các dải mưa và trong thành mắt bão Hơi nước trong mây ngưng tụ thành các giọt nước, giải phóng ẩn nhiệt, bắt đầu cho quá trình bốc hơi, ẩn nhiệt được giải phóng này cung cấp năng lượng để hình thành hoàn lưu xoáy thuận, mặc dù thực tế bão sử dụng rất ít lượng nhiệt được giải phóng này để giảm khí áp bề mặt và tăng tốc độ gió
Vào năm 1948, nhà khí tượng Erik palmen đã tìm ra rằng, bão và áp thấp nhiệt đới chỉ có thể hình thành và phát triển khi nhiệt độ nước biển đạt ít nhất 26 - 27oC Giá trị nhiệt độ 26 - 27oC có liên quan đến độ ổn định của khí quyển ở các vĩ độ nhiệt đới và cận nhiệt đới Chỉ với nhiệt độ cao hơn 26,5oC thì đối lưu sâu mới có thể xảy ra được, còn nếu nhiệt độ thấp hơn 26,5oC thì không khí khá ổn định và không xảy ra dông
Các thành phần chính của bão bao gồm các dải mưa ở rìa ngoài, mắt bão nằm ở chính giữa
và thành mắt bão nằm ngay sát mắt bão.
Trong không gian ba chiều, bão là một cột xoáy khổng lồ, ở tầng thấp (khoảng 0 – 3km) không khí nóng ẩm chuyển động xoắn trôn ốc ngược chiều kim đồng hồ (ở Bắc bán cầu) hội tụ vào tâm, chuyển động thẳng đứng lên trên trong thành mắt bão và toả ra ngoài ở trên đỉnh theo chiều ngựơc lại Ở chính giữa trung tâm của cơn bão không khí chuyển động giáng xuống, tạo nên vùng quang mây ở mắt bão
Vùng áp thấp
Bão
Áp thấp nhiệt đới
Trang 11Có thể mô phỏng sơ bộ cấu trúc các trường khí tượng trong bão như sau:
Tham gia chuyển động xoay trong bão là một khối không khí khổng lồ có phạm vi ngang khoảng 200 – 1000km, phạm vi thẳng đứng lên đến lớp đỉnh tầng đối lưu (10 – 12km)
Giá trị khí áp nhỏ nhất tại tâm bão và tăng dần ra phía rìa bão
Càng vào gần tâm, cường độ gió bão càng mạnh, khu vực tốc độ gió mạnh nhất cách tâm bão khoảng vài trục km Vào vùng mắt bão gió đột ngột yếu hẳn, tốc độ gió gần bằng không Khi qua khỏi vùng mắt bão gió lại đột ngột mạnh lên nhưng có hướng ngược lại, đây chính là tính chất ảnh hưởng nguy hiểm nhất của bão
Nếu nhìn từ trên cao xuống (ảnh mây bão chụp từ vệ tinh) mây bão có dạng gần tròn, hình xoáy trôn ốc ngược chiều kim đồng hồ (ở Bắc bán cầu):
Cấu trúc mây bão chủ yếu là hệ thống mây đối lưu, dòng thăng tập trung ở dải mây này, tốc độ dòng thăng trong bão rất lớn và có thể lên cao đến 10km, tạo thành cột không khí chuyển động
Trang 12xoáy rất mạnh và hình thành khối mây bão khổng lồ Đến một độ cao nào đó dòng không khí thổi ngang từ thành mắt bão ra xung quanh tạo nên những màn mây mỏng toả ra rất xa ngoài vùng bão Xung quanh mắt bão có mây bão dạng thành gần như thẳng đứng làm thành hình vành khăn (Thành mắt bão)
Do ở mắt bão có chuyển động giáng, nhiệt độ không khí trong mắt bão lớn hơn xung quanh rất
nhiều, vì thế người ta nói bão có lõi nóng.
Thời gian chính trong năm có bão hoạt động là vào mùa hè và mùa thu: từ tháng 6 – tháng 10 (ở Bắc bán cầu) và tháng 12 – tháng 3 năm sau (ở Nam Bán Cầu) Bão xuất hiện nhiều nhất vào mùa hè và mùa thu vì vào thời gian này có đầy dủ các điều kiện thuận lợi nhất cho sự hình thành
và phát triển của bão: Nhiệt độ nước biển cao (ít nhất là 26oC), Khí quyển vùng nhiệt đới khá thuận lợi cho sự phát triển đối lưu (tức hình thành dông), và chuyển động xoáy qui mô lớn xảy ra khá mạnh mẽ (trong rãnh gió mùa hoặc sóng đông)
Người ta cho rằng bão hoạt động nhiều nhất vào thời kỳ có bức xạ mặt trời lớn nhất (cuối tháng 6 đối vời vùng nhiệt đới Bắc Bán Cầu và cuối tháng 12 đối với vùng nhiệt đới Nam Bán Cầu), nước biển cần một thời gian khá dài (nhiều tuần) để đạt được nhiệt độ nớng nhất Cùng thời gian này hoàn lưu khí quyển vùng nhiệt đới cũng hoạt động mạnh mẽ nhất (và khá thuận lợi cho sự hình thành và phát triển bão và áp thấp nhiệt đới) Vào thời gian này, vùng biển nhiệt đới và hoàn lưu khí quyển tương tự với chu trình hàng ngày của nhiệt độ không khí bề mặt – nhiệt độ cao nhất vào khoảng quá trưa, và bức xạ mặt trời lớn nhất vào buổi trưa
3 Đường di chuyển của bão
- Hãy đánh dấu vị trí của cơn bão trên bản đồ sau khi nghe thông tin vị trí của nó, ta sẽ phát hiện ra rằng, tất cả mọi tuyến đường đi của trung tâm cơn bão, tuy cũng có một số thay đổi, nhưng trên cơ bản vẫn là tuyến đường có hình parabol và tuyến đường thẳng, bão di chuyển rất
có quy luật trên Trái Đất Dự báo của đài khí tượng thuỷ văn trên cơ bản là dựa vào quy luật di chuyển của bão để đưa ra dự báo