B ảng 2.4 Phân bốc ường độ bão Tây Thái ình Dương
2.6.5.Các yếu tố khí tượng thủy văn trong bão
a, Áp suất khí quyển
Khí áp là một đặc trưng cơ bản của bão nhiệt đớị
Ở giai đoạn hình thành (TD) khí áp ở tâm xuống tới 1000 mb, sau đó tiếp tục giảm nhanh. Cho tới giai đoạn phát triển cao nhất (Typhoon), khí áp ở tâm bão có thể xuống đến 950 – 960 mb. Trị số khí áp thấp nhất quan sát thấy ở trung tâm cơn bão Vanesa tháng 10 năm 1984 là 880 mb. Điểm nổi bật là gradien khí áp nằm ngang trong vùng bão rất lớn, trung bình 20 mb/1km. Nếu xét sự biến thiên của khí áp theo thời gian thì trước khi bão đến 18 giờ, khí áp bắt đầu giảm liên tục, “áp triều” bị phá vỡ và khi mắt bão càng đến gần thì áp giảm càng nhanh, đặc biệt trước khi mắt bão đi qua khoảng 2 đến 3 giờ, khí áp tụt hẳn xuống trước khi đạt tới trị số khí áp cực tiểu tại tâm bãọ Độ giảm của
khí áp theo thời gian có lúc đạt 40 mb trong 10 phút (ΔP = - 40 mb/10 phút). Sau khi mắt bão đi qua, khí áp lại tăng nhanh, có thể tới 45 mb trong 10 phút (ΔP = + 45 mb/10 phút). Đối với cơn bão mạnh, ΔP trung bình xấp xỉ 20 mb/3 giờ, bão vừa 10 mb/3 giờ. Ở Việt Nam, cơn bão đổ bộ vào Kỳ Anh 08/4/1964 có trị số khí áp ở tâm là 976,7 mb và độ giảm áp trong 3 giờ là 22,7 mb. Hình 2.19 thể hiện sự biến thiên khí áp khi bão đi qua trạm quan trắc.
Bằng số liệu nghiên cứu, người ta nhận thấy gradien khí áp ở nửa bên phải (theo hướng bão di chuyển) lớn hơn nửa bên tráị Đồng thời, khi xác định tâm bão và theo dõi bão, người ta thường dựa vào trị số khí áp ở tâm Pmin hoặc độ giảm áp ΔP. Các thông số này có thể xác định bằng các biểu thức thực nghiệm sau dựa trên bản đồ thời tiết có bão, như sau:
- Khí áp ở tâm phụ thuộc vào cường độ hoàn lưu và được tính bằng công thức.
Pmin = 1005 – V × r (2.1)
Trong (2.1): Pmin - khí áp thấp nhất ở tâm bão tính bằng mb;
V - Tốc độ gió đo được ở một điểm trong bão tính bằng m/s;
r - khoảng cách từ điểm đo đến tâm bão, tính bằng độ kinh tuyến (10 kinh tuyến tại Xích đạo bằng 111 km).
- Dựa vào bán kính bão:
Pmin = 995 – 8R (2.2)
Trong (2.2): R – bán kính bão, tính từ tâm đến đường đẳng áp khép kín ngoài cùng của hoàn lưu bão, tính theo độ kinh tuyến.
Hình 2.19. Đường ghi trên khí áp ký khi tâm bão đi qua trạm quan trắc
0 -6 -12 -18 -24 +6 +12 +18 +24 900 922 944 966 988 1010 mmP giê
b, Gió bão
Do vùng bão có giá trị gradien P ngang lớn nên gió rất mạnh và tăng liên tục từ ngoài vào tâm bãọ Như trên đã phân tích, vùng gió mạnh thường xảy ra trong vòng 40 ÷ 150 km xung quanh tâm, vùng có tốc độ gió cực đại ở sát tâm bão, vùng gió bão từ cấp 6 trở lên có bán kính từ 250 đến 300 km, tại mắt bão gần như lặng gió.
Đặc tính của gió bão là giật từng cơn, xoay chiều, tốc độ lớn nên sức ép mạnh, có sức phá hoại rất lớn. Sức ép của gió được tính bằng công thức sau:
F = 0,125 × V2 (2.3)
Trong đó: F – sức ép gió tính bằng KG/m2 V – Tốc độ gió tính bằng m/s.
Như vậy, nếu gió cấp 6 (10 đến 12 m/s) gây ra sức ép bằng 12 KG/m2, cấp 11 (30 m/s) gây ra sức ép 110 KG/m2 còn nếu gió mạnh tới 50 m/s gây ra sức ép 300 KG/m2.
Hình 2.20. Phân bố gió xung quanh một cơn bão (mô tả bản đồ bằng phương pháp kỹ thuật số)
Gió bão và khí áp thấp nhất ở tâm bão (Pmin) có quan hệ mật thiết với nhaụ Tiến sĩ Robert D.Fletcher của Mỹđã tìm ra công thức tìm tốc độ gió cực đại:
Vmax = 16 × Pn − Pmin (2.4)
Trong đó: Vmax - tốc độ gió cực đại tính bằng gut (1 gut = 1 M/h) Pn - khí áp trung bình xung quanh khu vực bão, ở Tây Thái Bình Dương, Pn thường lấy bằng 1010 mb. Pmin - khí áp thấp nhất tại tâm bãọ
Theo số liệu quan trắc 8507 cơn bão ở Thái Bình Dương, ông Nguyễn Văn Viết và các đồng nghiệp ở cơ quan khí tượng Việt Nam đã thiết lập công thức tính tốc độ gió bão cực đại liên quan đến trị số khí áp thấp nhất ở tâm bão:
Vmax = K ×ΔP (2.5)
Trong công thức này, Vmax là tốc độ gió mạnh nhất mà bão gây ra tính bằng hải lý/giờ.
ΔP = Pn – Pmin trong đó Pn là khí áp trung bình của vùng biển có bão, trên Biển Đông, Pn lấy bằng 1010 mb.
Pmin - khí áp cực tiểu đo được bằng máy tự ghi đo tại vị trí quan trắc khi bão hoạt động.
Hệ số K được tính bằng thực nghiệm với Pn = 1010 mb với các giá trị trong bảng 2.10 sau đâỵ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 2.10. Hệ số K dùng để tính tốc độ gió bão theo Pmin
TRỊ SỐ K TƯƠNG ỨNG VỚI
Vgió (km/h) Vgió (hl/g) Pmin (mb) Cấp gió 4,48 4,26 3,52 3,15 2,87 2,59 2,32 2,04 1,85 2,60 2,30 1,90 1,70 1,60 1,40 1,25 1,10 1 998 – 994 992 – 990 985 –980 980 – 975 970 – 965 960 – 950 945 – 935 935 – 915 910 – 880 8 9 10 11 12 13 14 15 ≥ 16
c, Mây và mưa bão
- Hệ mây bão
Như phần cấu trúc bão đã phân tích, toàn vùng bão là một khối không khí nóng ẩm xoáy cuộn và bốc lên cao mãnh liệt. Vì vậy xảy ra ngưng kết trong phạm vi rộng xung quanh tâm bão tạo nên một hệ mây dày đặc đối xứng qua tâm (hình 2.21).
Thứ tự xuất hiện của hệ mây bão tính từ ngoài vào trong tương tự như mặt Phờ rông nóng, lần lượt là mây Ti (Ci) thường có dạng móc câu, dấu phảy đuôi hướng về tâm bão, kế theo là mây Ti tầng (Cs), Ti tích (Cc) rồi tiếp theo là mây Trung tầng (As), Trung tích (Ac), mây Mùng tích (CuCong) kèm mưa rào nhẹ. Trời tối sầm lại với những khối mây Tầng tích (Sc), Vũ tầng (Ns), Vũ tích (Cb) bay thấp và đen sẫm dày đặc bao phủ.
km
Hình 2.21. Cấu trúc của mây trong vùng bão
Vùng mây bão nếu chụp ảnh từ vệ tinh sẽ thấy dạng đĩa mây, bán kính đĩa mây có thể từ 300 đến 500 km tùy theo cường độ của bãọ Chiều cao mây có thể lan tới độ cao 10 đến 12 km. Hình 2.22 là ảnh mây do vệ tinh khí tượng chụp một cơn bão trên vùng biển Thái Bình Dương.
- Mưa bão
Với lượng mây dày đặc bao phủ phạm vi rộng, bao gồm các dạng mây cho mưa (Sc, Ns, Cb) nên mưa bão gây ra trên diện rộng, dải mưa thường dao động từ 50 đến 400 km từ tâm bãọ Tất nhiên, mưa cực đại xảy ra xung quanh vùng xoắn của mây Vũ tầng, Vũ tích gần tâm bãọ Thời gian mưa có thể từ 2 đến 4 ngày, tổng lượng mưa trung bình 500 đến 600 mm, cực đại có thể lên tới 2.200 mm như một cơn bão ở Philippin.
d, Thủy triều và dòng chảy trong bão
Ở vùng bão, do hiện tượng nước dâng nên có hiện tượng thủy triều dâng cao hơn ngày thường. Mực nước dâng trong bão gồm các nguyên nhân:
- Hiện tượng giảm áp ở vùng bão so với khí áp xung quanh làm mực nước dâng lên. Nếu khí áp thay đổi 1 mb thì mức nước thay đổi 1 cm. Như vậy, tại cơn bão nếu áp giảm so với bình thường 40 mb sẽ làm mực nước dâng lên 40 cm.
Dao động của mực nước biển trong vùng bão khi bão di chuyển tới khí áp giảm, mực nước dâng lên, khi bão di chuyển qua, khí áp tăng, mực nước hạ xuống. Độ lớn của dao động mực nước được xác lập dựa trên hệ quả của định luật tĩnh học: ΔH = K.(Ptb - Pb) (2.6) ởđây: K = g n. 1
ρ , trong đó: ρn – tỷ trọng nước biển, g - gia tốc rơi tự do, Ptb- khí áp trung bình khi chưa có bão, Pb – khí áp khi bão hoạt động. Lượng mưa vùng bão trên biển trong một ngày đêm có thể lên tới 300 – 400 mm. Với khối lượng mưa khổng lồ như vậy sẽ làm mực nước dâng lên 20 – 30 cm. Như vậy, với hai nguyên nhân trên đã làm mực nước dâng lên 0,7 đến 0,8 mét. Cùng với hiện tượng nước dâng do khí áp giảm và mưa, ở tâm bão do gió dồn từ mọi phía vào nên tổng hợp lại thành cột nước cao 9 - 10 mét. Khi bão di chuyển, gió bão ngoài sự tạo thành sóng khi gió thổi mạnh và trong thời gian dài còn tạo thành dòng nước đi trước bão và lệch về bên phải đường đi của bãọ Khi dòng nước biển gặp bờ, khối nước bị dồn lại làm cho mực nước biển dâng lên trên mức bình thường, nhất là những vùng cửa biển hẹp mực nước sẽ dâng cao hơn. Hiện tượng nước dâng thường xảy ra khi tâm bão còn ở xa khoảng 800 đến 1000 km, đây là dấu hiệu sớm để dự đoán sắp có bão tớị Khi bão đổ bộ lượng mưa kết hợp với sự giảm khí áp ở vùng tâm cùng với sóng biển làm mực nước có thể dâng cao trên dưới 10 mét. Mực nước biển dâng lớn nhất ở bên phải đường đi của bão (vùng biển phía Bắc nơi bão đổ bộ), cách tâm bão khoảng 30 – 50 km. Thủy triều kết hợp với nước dâng và sức ép của sóng bão có sức phá hoại ghê gớm đến các công trình ven biển như cầu cảng, đê biển, kè đảo…
đ, Nhiệt độ nước biển
Nghiên cứu quá trình tương tác giữa đại dương và khí quyển khi bão đi qua người ta nhận thấy ở vùng gần tâm bão, gió mạnh đã tạo nên sự phân kỳ của những dòng nước biển trên tầng mặt và hệ quả là hình thành hiện tượng nước trồi đáng kể. Kết quả là trên đường đi của bão, ở những nơi bão đi qua, nước biển tầng mặt bị lạnh đi do ảnh hưởng của quá trình xáo trộn nước từ dưới lên.
Hình 2.23. Sơđồ vùng nước trồi-nước chìm trong vùng bão
Các nhà hải dương học đã khảo sát một số cơn bão cho thấy nước trồi thường xảy ra từ độ sâu khoảng 60 mét trong bán kính xấp xỉ 60 km kể từ tâm bão, giá trị giảm của nhiệt độ nước có thể tới 50C. Tương ứng với vùng nước trồi là vùng nước chìm, cách tâm bão khoảng 100 km và có thể đạt độ sâu 80-100 m.Giữa vùng nước trồi, nước chìm, tồn tại một vùng xáo trộn.
e, Sóng biển trong khu vực bão
Vùng bão là vùng gió xoáy, gió thổi đi mọi hướng nên tạo thành sóng hỗn độn và lan truyền đi mọi hướng với cường độ (độ cao) khác nhaụ Sơ đồ các sóng ngầm do bão gây ra được mô tả ở hình 2.24.
Đặc điểm sóng trong bão rất mạnh, ở vùng tâm và lân cận, sóng cực lớn, hỗn độn, dốc, không có hướng rõ rệt. Đỉnh và chân sóng luôn biến động như trái núi dâng lên đổ xuống.
Vùng ven và xa tâm bão, sóng vẫn lớn, sườn dốc, không đều và xa hơn nữa, khi tốc độ gió suy giảm nhỏ hơn vận tốc truyền sóng thì sóng chuyển sang dạng sóng lừng với độ dốc nhỏ, bước sóng dài, chu kì dàị Sóng lừng bão thường lan truyền cách tâm bão 1500 – 2000 km. Chu kỳ sóng lừng trong bão khá phù hợp với cấp gió mạnh nhất của bãọ
Với những cơn bão mạnh trên cấp 11 (V ≥ 30 m/s) thì có thể gây ra sóng với độ cao và chu kỳ như sau:
- Ở ngoài khơi, độ cao trung bình 5 mét, độ cao lớn nhất vượt quá 10 mét và chu kỳ trên 10 giâỵ
- Ở ven bờ, nơi có độ sâu 10 – 15 mét có thể có độ cao sóng trung bình 3 mét, lớn nhất 6 mét và chu kỳ 9 giâỵ
Pmin: 940mb ÷ 960mb thể hiện qua các đường đẳng độ cao sóng thường được báo trên bản đồ Faximin.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.24. Sơđồ các sóng ngầm do bão gây ra
(Các mũi tên chỉ hướng; độ lớn các mũi tên biểu thịđộ cao sóng;B:Tâm bão)
BTRƯỚC