Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 243-249 Sự dịch chuyển lên phía bắc dao động nội mùa chế dao động nội mùa lượng mưa Bắc Bộ Nam Bộ Bùi Minh Tuân*, Nguyễn Minh Trường, Vũ Thanh Hằng, Cơng Thanh Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 08 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 26 tháng năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 12 năm 2016 Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, dịch chuyển lên phía bắc dao động nội mùa chế dao động nội mùa trường mưa quan trắc Bắc Bộ Nam Bộ tính tốn dựa số liệu tái phân tích ECMWF số liệu mưa quan trắc ngày giai đoạn 1981 đến 2009 Kết cho thấy Việt Nam chịu tác động rõ ràng dịch chuyển lên phía bắc dao động nội mùa mùa hè Sự dịch chuyển thành phần nắm giữ thơng tin quan trọng dao động nội mùa trường gió vĩ hướng khu vực Đông Nam Á Nam Á Dao động nguyên nhân gây giai đoạn khô ẩm ướt luân phiên Bắc Bộ Nam Bộ với chu kì từ 30 đến 40 ngày Tuy nhiên có khác lớn đặc trưng hồn lưu quy mô lớn gây mưa hai khu vực Bắc Bộ Nam Bộ Cụ thể, ẩm từ khu vực nhiệt đới Tây Thái Bình Dương vịnh Bengal nguồn cung cấp cho dao động nội mùa đối lưu Bắc Bộ, ngược lại, đối lưu Nam Bộ cung cấp ẩm đưa tới từ khu vực nhiệt đới Ấn Độ Dương Từ khóa: Dao động nội mùa, lọc Lanczos, lượng mưa Mở đầu * động có quy mơ toàn cầu chúng dịch chuyển sang phía đơng với số sóng vĩ hướng -1 Trong dịch chuyển sang phía đơng ISO chủ yếu quan trắc thấy mùa đông bắc bán cầu mùa hè bác bán cầu, hướng dịch chuyển chủ đạo ISO từ xích đạo lên phía bắc khu vực Ấn Độ từ xích đạo lên phía tây bắc Tây Thái Bình Dương Trong nghiên cứu ISO Yasunari (1979, 1980) [3, 4], tác giả cho thấy có dịch chuyển lên phía bắc mây đối lưu kết hợp với ISO từ xích đạo lên tới khoảng 30oN khu vực gió mùa Nam Á Yasunari lưu ý dịch chuyển lên phía bắc kích hoạt dịch chuyển sang Dao động nội mùa (ISO) dao động khí quan trọng vùng nhiệt đới Dao động tác động nhiều đến thời tiết quốc gia khu vực gió mùa Châu Á, có Việt Nam Từ nghiên cứu Madden Jullian (1971) [1], dao động có chu kì từ 40 đến 50 ngày trường gió vĩ hướng Canton Island phát Trong nghiên cứu sau mà cấu trúc khơng gian ISO dựa trường khí áp gió, Madden Jullian (1972) [2] thấy dao _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-0948544461 Email: tuanbuiminh88@gmail.com 243 244 B.M Tuân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 243-249 phía đơng nhiễu động mây đối lưu khu vực xích đạo Ấn Độ Dương Những nghiên cứu sâu (Krishnamurti Subrahmanyam 1982 [5], Lorenc 1984 [6], Wang Rui 1990 [7]) mùa hè bắc bán cầu, có hai cực đại mây khu vực Ấn Độ (70o90oE), dọc theo 15oN cực đại lại gần xích đạo Hai cực đại mây cho thấy đặc trưng theo kiểu “bập bênh”, cực đại mây xuất cực đại mây biến Điều thú vị dịch chuyển lên phía bắc cực đại mây xích đạo có mối liên hệ chặt chẽ với chu kì xuất tan rã cực đại mây 15oN Phân tích số liệu phát xạ sóng dài (OLR) 10 năm (19751985), Wang Rui chia ISO thành loại chính: loại dịch chuyển sang phía đơng (65%), loại hai dịch chuyển lên phía bắc (20%) loại ba dịch chuyển sang phía tây (15%) Trong tổng số trường hợp dịch chuyển lên phía bắc, có nửa dịch chuyển độc lập lên phía bắc nửa kết hợp dịch chuyển lên phía bắc dịch chuyển sang phía đơng Câu hỏi đặt điều gây nên dịch chuyển lên phía bắc đối lưu khu vực gió mùa mùa hè Châu Á Webster (1983) [8] cho thơng lượng bề mặt tới lớp biên có vai trị làm cho khu vực phía trước đối lưu bất ổn định, dẫn đến dịch chuyển lên phía bắc dải đối lưu Tuy nhiên, quan trắc cho thấy có dịch chuyển mạnh mẽ ISO diễn phía bắc Ấn Độ Dương, khơng phải đất liền Goswami Shukla (1984) [9] cho tương tác nhiệt-đối lưu có vai trị quan trọng để sinh dao động dừng hai khu vực cực đại mây Trong lí thuyết hai tác giả nói trên, hoạt động đối lưu làm tăng độ ổn định tĩnh, tự làm ngăn cản phát triển đối lưu, xạ nhiệt làm giảm ổn định tĩnh ẩm đưa khí tới trạng thái bất ổn định đối lưu Tuy nhiên tác giả không rõ chế kết hợp với dịch chuyển lên phía bắc ISO Dựa kết mơ mơ hình, Wang Xi (1997) [10] đưa lí thuyết dịch chuyển sóng Rossby liên quan đến ISO Khi đối lưu dịch chuyển sang phía đơng tới trung tâm Thái Bình Dương xích đạo, giảm nhiệt độ mặt nước biển độ ẩm riêng tạo nên sóng Rossby từ khu vực đối lưu xích đạo, sóng sau hình thành nên “front đối lưu” Front nghiêng theo hướng tây bắc, từ xích đạo tới 20oN, tạo nên dịch chuyển rõ lên phía bắc tất sóng dịch chuyển phía đơng Tuy nhiên, lí thuyết sóng Rossby khơng giải thích cho trường hợp dịch chuyển độc lập lên phía bắc ISO Tương tác biển-khí chế sử dụng nhiều để giải thích cho lên phía bắc ISO Do giảm thông lượng ẩn nhiệt bề mặt (gây giảm tốc độ gió) làm tăng nhiệt độ mặt nước biển phía bắc khu vực đối lưu, dẫn đến hội tụ ẩm lớp biên (Kemball-Cook Wang 2001 [11]) Do đó, vùng khí phía bắc khu vực đối lưu trở nên bất ổn định đối lưu dịch chuyển lên phía bắc Tuy nhiên, chưa rõ tương tác biển-khí thật giữ vai trò chủ động dịch chuyển lên phía bắc ISO hay thay đổi SST đơn phản ứng lại cách thụ động tác động khí Với nhận xét trên, mục tiêu bước đầu nghiên trả lời câu hỏi ISO hoạt động khu vực Việt Nam, chúng có dịch chuyển không, chế vật lý trực tiếp chúng Mục mơ tả số liệu sử dụng phương pháp để nghiên cứu dịch chuyển lên phía bắc ISO Mục phân tích kết đạt cuối phần kết luận Mục Số liệu phương pháp Trong nghiên cứu này, số liệu tái phân tích ECMWF (European Centre for MediumRange Weather Forecasts) với độ phân giải 0.75o x 0.75o số liệu mưa quan trắc ngày 18 trạm Việt Nam giai đoạn 1981 đến 2009 sử dụng (Hình 1) Phép lọc Lanczos [12] dải 20-60 ngày áp dụng trường số liệu tái phân tích trường mưa quan B.M Tuân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 243-249 trắc để loại bỏ dao động có chu kì lớn chu kì liên mùa chu kì năm, đồng thời loại bỏ dao động có chu kì ngắn dao động 10 - 20 ngày nhiễu động tần số cao Số liệu sau lọc tính tốn phương pháp hàm trực giao tự nhiên theo Lorenz [13] để thu thành phần dao động nội mùa Phương pháp tính hệ số tương quan hồi quy sử dụng để tính tốn mối liên hệ trường mưa quan trắc hồn lưu quy mơ lớn Trong đó, dị thường mưa trung bình khu vực tính trung bình giá trị mưa lọc dải 20-60 ngày tất trạm khu vực Để tính tốn đặc trưng quy mơ lớn trực tiếp tác động tới biến đổi ISO mưa quan trắc khu vực, phương pháp hồi quy sử dụng Trong đó: Trường gió hồi quy tích hệ số tương quan trường gió hồi quy độ lêch chuẩn trường gió Hệ số tương quan trễ mưa quan trắc Bắc Bộ Nam Bộ tính hệ số tương quan trung bình mưa quan trắc lọc Bắc Bộ Nam Bộ bước thời gian dịch chuyển cách tương Hình Vị trí trạm quan trắc Bắc Bộ (hình tam giác), Nam Bộ (hình trịn) độ cao địa hình (vùng mờ) 245 Một số kết nhận xét 3.1 Sự dịch chuyển lên phía bắc ISO Dựa thành phần trực giao dị thường trường gió vĩ hướng lọc mực 850-hPa Hình 2, thấy ISO có dịch chuyển rõ lên phía bắc suốt mùa hè dịch chuyển chậm xuống phía nam giai đoạn đầu mùa đơng bắc bán cầu Hình Mode EOF dị thường trường gió vĩ hướng lọc dải 20-60 ngày giai đoạn (a) MAM, (b) JJA, (c) SON Đơn vị m s-1 246 B.M Tuân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 243-249 Hình Hệ số tương quan trễ dị thường trung bình trường mưa quan trắc lọc dải 20-60 trạm Bắc Bộ Nam Bộ Hình Hệ số tương quan trường mưa quan trắc lọc dải 20 - 60 ngày trạm Bắc Bộ (a) Nam Bộ (b) trường gió vĩ hướng lọc dải 20 - 60 ngày Trong giai đoạn MAM (tháng Ba - Năm, Hình 2a), EOF1 cho thấy hai khu vực dị thường gió vĩ hướng dương với tâm dị thường phía nam Việt Nam (5oN) phía bắc Australia (-15oS) Trong giai đoạn JJA (tháng Sáu - Tám, Hình 1b), EOF1 cho thấy khu vực dị thường gió vĩ hướng dương xuất bắc bán cầu, với hai tâm dị thường Ấn Độ Vịnh Bengal Tây Thái Bình Dương Trong hình EOF1 giai đoạn MAM có hướng song song với xích đạo hình EOF1 giai đoạn JJA có hướng nghiêng theo chiều tây bắc - đông nam Điều cho thấy mùa hè, ISO dịch chuyển không đơn theo hướng bắc mà theo hướng đông bắc Sự dịch chuyển tương đối nhanh rõ nét đầu mùa hè bắc bán cầu dị thường gió tây nhiêt đới nam bán cầu (Hình 2a) hồn tồn biến (Hình 2b) Tuy nhiên đến giai đoạn cuối mùa hè, ISO có dịch chuyển xuống phía nam tốc độ chậm nhiều so với việc dịch chuyển lên phía bắc EOF1 giai đoạn SON (tháng Chín - Mười Một, Hình 2c) có hình tương tự EOF1 giai đoạn JJA, nhiên trung tâm dị thường dương Ấn Độ - Vịnh Bengal gần biến khu vực bao phủ dị thường gió vĩ hướng dương thấp khoảng 3o Sự thay đổi nhỏ nhiều so với thay đổi dị thường dương giai đoạn đầu mùa hè (Hình 2a, b) 3.2 Tác động ISO tới mưa Bắc Bộ Nam Bộ Mối liên hệ ISO trường gió vĩ hướng trường mưa quan trắc trạm Bắc Bộ Nam Bộ thể Hình Hình hệ số tương quan Hình 3a Hình 3b tương đối giống với cực đại dương ngang qua khu vực Nam Á cực đại âm ngang qua khu vực Đông Á cho thấy ISO có tác động tới mưa quan trắc Bắc Bộ Nam Bộ Sự khác chủ yếu hai hình hệ số tương quan Hình 3a nhỏ Hình 3b cho thấy tác động yếu B.M Tuân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 243-249 ISO tới mưa Bắc Bộ, đồng thời Hình 3a tồn khu vực có hệ số tương quan dương Nhật Bản - Bán đảo Triều Tiên cho thấy tác động yếu tố ngoại nhiệt đới tới mưa Bắc Bộ Mặt khác hình hệ số tương quan Hình 3b giống với hình EOF1 giai đoạn JJA (Hình 2b), khẳng định biến đổi ISO mùa hè nguyên nhân dẫn đến thay đổi lượng mưa khu vực Nam Bộ 247 20 - 60 ngày Bắc Bộ Nam Bộ gần không tương quan với (hệ số tương quan cực đại đạt 0.08 ngày - 6) Sự tương quan yếu cho thấy mưa Bắc Bộ không đơn xuất sau mưa xuất Nam Bộ dịch chuyển ISO lên phía bắc Như vậy, có hình hệ số tương quan giống Hình nhiên chế gây mưa Bắc Bộ Nam Bộ lại khác 3.3 Sự khác biệt chế gây mưa Bắc Bộ Nam Bộ Sự khác biệt chế gây mưa ISO Bắc Bộ Nam Bộ thể qua hồi quy trường gió theo trường mưa Hình Trong Hình 5a, trường gió hồi quy cho thấy có xuất dị thường xốy thuận Bắc Bộ dị thường xoáy nghịch khác phía nam Nhật Bản Hai dị thường xốy gần đối xứng qua đảo Đài Loan đồng thời tăng cường gió đơng - đơng nam thổi tới Bắc Bộ Khu vực Nam Á thịnh hành dị thường gió tây nhiệt đới tăng cường cho dị thường xốy thuận Do nhận định ngun nhân gây mưa Bắc Bộ có tương tác hoàn lưu nhiệt đới hoàn lưu ngoại nhiệt đới, hồn lưu xốy thuận sinh có vai trị vận chuyển ẩm từ Tây Thái Bình Dương Vịnh Bengal, nguồn cung cấp ẩm cho phát triển đối lưu Bắc Bộ Hình Trường dị thường gió hồi quy từ trường dị thường mưa trung bình quan trắc lọc 20-60 ngày khu vực Bắc Bộ (a) Nam Bộ (b) Đơn vị m s-1 Vector gió thể giá trị gió lớn 0.2 m s-1 Hệ số tương quan trễ Hình cho thấy trung bình dị thường trường mưa lọc dải Cơ chế gây mưa Nam Bộ ISO thể qua trường gió hồi quy theo trường mưa Hình 5b Khác với hình hồn lưu quy mơ lớn Hình 5a, tương tác nhiệt đớingoại nhiệt đới Hình 5b khơng thể rõ nét Dị thường xoáy nghịch quan sát thấy Nhật Bản nhiên yếu, hoàn lưu nhiệt đới nhận thấy rõ nét khu vực Nam Á Tây Thái Bình Dương với hai dị thường xốy thuận quy mơ lớn nối liền nhau, phía bắc vịnh Bengal, phía nam Biển Đơng Phía nam hai xốy thuận gió tây nhiệt đới tăng cường mạnh, đặc biệt khu vực phía nam vịnh Bengal Biển Đơng Hai xoáy thuận cắt Nam Bộ tạo nên vùng hội tụ gió hai luồng gió mạnh 248 B.M Tuân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 243-249 Khu vực hội tụ gió cung cấp lượng ẩm lớn từ Ấn Độ Dương nhiệt đới, điều kiện lợi để hình thành phát triển đối lưu sâu khu vực Nói cách khác, chế gây mưa Nam Bộ gần hoàn toàn chi phối hoàn lưu nhiệt đới Kết luận Việt Nam nằm khu vực giao tranh hệ thống gió mùa lớn, đặc điểm khí hậu Việt Nam có khác biệt lớn so với khu vực khác Trong mùa hè, mưa Việt Nam chịu tác động lớn dịch chuyển lên phía bắc ISO Sự dịch chuyển thể rõ qua thành phần trực giao dị thường trường gió vĩ hướng Tuy nhiên, tác động ISO tới mưa quan trắc Bắc Bộ Nam Bộ hồn tồn khác biệt, hình mưa quan trắc Bắc Bộ Nam Bộ khác Mưa Bắc Bộ gây tương tác hoàn lưu nhiệt đới hồn lưu ngoại nhiệt đới, mưa Nam Bộ lại chịu thống trị hoàn toàn hoàn lưu nhiệt đới Ẩm từ khu vực nhiệt đới Tây Thái Bình Dương vịnh Bengal nguồn cung cấp cho dao động nội mùa đối lưu Bắc Bộ, ngược lại, đối lưu Nam Bộ cung cấp ẩm đưa tới từ khu vực nhiệt đới Ấn Độ Dương Lời cảm ơn Nghiên cứu hỗ trợ đề tài NAFOSTED mã số 105.06-2015.03 Số liệu tái phân tích download từ trang web http://apps.ecmwf.int/datasets/ Tài liệu tham khảo [1] Madden R A, and P Julian, 1971: Detection of a 40-50-day oscillation in the zonal wind in the tropical Pacific J Atmos Sci, 28, 702-708 [2] Madden R A, 1972: Description of global-scale circulation cells in the Tropics with a 40-50 day period J Atmos Sci, 29, 3138-3158 [3] Yasunari T, 1979: Cloudiness fluctuations associated with the Northern Hemisphere summer monsoon J Meteor Soc Japan, 57, 227-242 [4] Yasunari T, 1980: A quasi-stationary appearance of 30- to 40-day period in the cloudiness fluctuations during the summer monsoon over India J Meteor Soc Japan, 58, 225-229 [5] Krishnamurti T N and Subrahmanyam, 1982: The 30-50-day mode at 850 mb during MONEX.J Atmos Sci, 39, 2088 - 2095 [6] Lorenc A C, 1984: The evolution of planetary scale 200mb divergences during the FGGE year.Quart J Roy Meteor Soc, 110, 427 - 441 [7] Wang B and Rui H, 1990: Synoptic climatology of transient tropical intraseasonal convection anomalies: 1975 - 1985 Meteor Atmos Phys, 44, 43 - 61 [8] Webster P J, 1983: Mechanisms of lowfrequency variability: Surface hydrological effects J Atmos Sci, 40, 2110-2124 [9] Goswami B N and Shukla J, 1984: Quasiperiodic oscillations in a symmetric general circulation model J Atmos Sci, 41, 20-37 [10] Wang B and Xie X, 1997: A model for the boreal summer intraseasonal oscillation J Atmos Sci, 54,72- 86 [11] Kemball-Cook S R and Wang B, 2001: Equatorial waves and air - sea interaction in the boreal summer intraseasonal oscillation J Climate, 14, 2923 - 2942 [12] Claude E D, 1979: Lanczos filter in one and two dimensions J Appl Meteor, 1016-1022 [13] Lorenz, E N, 1956: Empiricalorthogonal functions and statistical Weather prediction Statistical Forecasting Project Rep.1, MIT Department of Meteorology, 49pp B.M Tuân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 243-249 249 The Northward Propagation of Intraseasonal Oscillation and Mechanisms of Intraseasonal Oscillation of The Observed Rainfall in North and South Vietnam Bui Minh Tuan, Nguyen Minh Truong, Vu Thanh Hang, Cong Thanh Faculty of Hydrology, Meteorology and Oceanography, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam Abstract: The northward propagation of intraseasonal oscillation (ISO) and mechanisms of intraseasonal oscillation of the observed rainfall in North and South of Vietnam are documented using ECMWF reanalysis and daily observed rainfall data from 1981 to 2009 It is found that Vietnam experiences a clear northward propagation of ISO of the zonal wind in boreal summer This propagation possesses the largest component of the variation of the zonal wind in the South Asia region and leads to the active and break phase of rainfall in North and South Vietnam with the period of 30-40 days However, there is a large difference between the mechanism of ISO rainfall in North and South Vietnam Specifically, moisture from the tropical Western Pacific and Bay of Bengal fuels ISO convection in North Vietnam, whereas convection in South Vietnam energized by moisture from the tropical Indian Ocean only Keywords: Intraseasonal oscillation, Lanczos filter, monsoon ... Bắc Bộ không đơn xuất sau mưa xuất Nam Bộ dịch chuyển ISO lên phía bắc Như vậy, có hình hệ số tương quan giống Hình nhiên chế gây mưa Bắc Bộ Nam Bộ lại khác 3.3 Sự khác biệt chế gây mưa Bắc Bộ. .. dịch chuyển độc lập lên phía bắc nửa kết hợp dịch chuyển lên phía bắc dịch chuyển sang phía đơng Câu hỏi đặt điều gây nên dịch chuyển lên phía bắc đối lưu khu vực gió mùa mùa hè Châu Á Webster... chính: loại dịch chuyển sang phía đơng (65%), loại hai dịch chuyển lên phía bắc (20%) loại ba dịch chuyển sang phía tây (15%) Trong tổng số trường hợp dịch chuyển lên phía bắc, có nửa dịch chuyển