III IV V VI VII V IX X XI XII ∑
6.2.4 Hệ thống mây tích với các hiện tượng thời tiết dông, lốc, mưa đá và vòi rồng
1) Mây tích và sự hình thành các đám mây
Chuyển động đối lưu mây tích chủ yếu do các dòng thăng. Dòng thăng xuất hiện do các bọt khí có hơi nước bên trong tạo thành các lực nổi. Các bọt khí này có khi tích tụ thành từng đám có bán kính vài trăm m. Nhiệt độ bên trong đám bọt khí thường lớn hơn nhiệt độ môi trường xung quanh khoảng 10C. Khi lên cao đám bọt khí mở rộng phía trên vì có sự thu hút khí vào bọt do khí áp giảm, sự chênh lệch nhiệt độ bên trong bọt khí và môi trường tăng lên. Sự phát triển to nhỏ của đám bọt khí này làm tăng hay giảm quy mô các đám mây. Tuy nhiên sự thăng của các đám bọt khí này chỉ đến độ cao nhất định khi điều kiện ngưng kết xuất hiện do quá trình đoạn nhiệt.
Sơ đồ đám bọt khí nhiệt (Alford 1965)
Các đám bọt khí này là cấu thành cơ bản của mây tích hay còn gọi là các ổ dông. Khi đám bọt khí đó có dòng thăng được đẩy lên cao và mở rộng phần phía trên, chiều ngang của đám bọt khí này vào khoảng 500-5000m và nằm trong khoảng độ dày theo chiều thẳng đứng khoảng 500 m hay lớn hơn. Thông thường dòng thăng này được hình thành từ lớp biên hành tinh dưới 1 km và mở rộng quy mô lớn tới 5-15 km, tuy nhiên lõi của dòng thăng chỉ vào khoảng 500 m.
Có thể xem xét sự phát triển của mây tích trong các giai đoạn sau.
• Giai đoạn tháp mây
Để hình thành các đám mây tích phát triển điều cần thiết phải có các điều kiện của các lực nổi ở khu vực chân mây, ở đó giá trị nhiệt độ hơi nước bão hoà phải đủ lớn, có môi trường xung quanh ẩm trên diện rộng đảm bảo không để xẩy ra hiện tượng gián đoạn phát triển dòng thăng. Thông thường rất ít khi các đám mây có đủ điều kiện phát triển thành các đám mây tích. Qua thống kê người ta thấy rằng tốc độ dòng thăng trong các khu vực tháp mây tích vào khoảng 10m/s ở độ cao dưới 5 km.
• Giai đoạn mây tích phát triển.
Khi đã xuất hiện mưa, đó là dấu hiệu của giai đoạn mây tích phát triển. Đặc điểm của giai đoạn này là cả dòng thăng và dòng dáng cùng phát triển. Tốc độ dòng thăng có thể đạt tới 25 m/s ở phần phía trên đám mây.
Gió Tháp mây mới hình thành
W E
Sơ đồ đường dòng khu vực mây tích theo chiều E-W với sự hình thành tháp mây (Zipser 1969)
Qua sơ đồ trên ta nhìn thấy mưa xuất hiện tại khu vực dòng dáng. Mưa cùng dòng dáng xuất hiện theo hai hướng ma sát do các hạt mưa và quá trình giảm nhiệt độ do không khí chưa bão hoà, do bốc hơi các hạt mây và mưa. Dòng dáng của không khí lạnh tới mặt đất, tạo ra mặt phân cách (fron) lạnh có gió đổi hướng, thậm chí tạo ra gió giật ngăn cách với gió giật xung quanh.
Quá trình hình thành dông cũng chính là quá trình phát triển của tháp mây tích.
• Giai đoạn suy giảm và tan rã tháp mây tích
Giai đoạn này không kéo dài vì không đủ điều kiện để xuất hiện các dòng thăng mới liên tiếp, dòng dáng mở rộng qui mô cắt nguồn không khí ẩm ở phía dưới. Mưa dông trong tháp mây tích giảm dần. Trong vùng nhiệt đới nhiều khi không phải chỉ tồn tại một đám mây tích với một ổ tháp nóng mà có khi tồn tại nhiều tháp nóng tạo ra các ổ dông liên tiếp gây mưa lớn, lốc và vòi rồng.
2) Hệ thống mây tích nhiều ổ
Hệ thống mây tích nhiều ổ thường gây ra dông mạnh, trong đó quá trình hình thành mưa là kết quả của một hoàn lưu với một cặp dòng thăng –dòng giáng rất lớn và độ đứt gió theo chiều thẳng đứng nhỏ. Chính vì độ đứt gió yếu làm cho dòng khí nóng đi vào dòng thăng ban đầu lại yếu hơn. Do vậy ta nhận thấy từ các số liệu quan trắc mây, rađa ta rút ra kết luận rằng ngoài hệ thống mây tích nhiều ổ còn tồn tại một hệ thống mây tích nhiều ổ nhưng mạnh hơn tồn tại ngay cả khi độ đứt gió mạnh theo chiều cao và hệ thống mây tích đó gây ra nhiều hiệu ứng khác như mưa, mưa đá, lốc và vòi rồng. Hệ thống mây tích có thể đơn lẻ, nhiều ổ và nhiều ổ phức tạp có cường độ mạnh
Tháp mây banđầu Gió Gió Vùng có nhiệt độ Vùng có nhiệt độ Mưa
mà một số tác giả gọi là siêu ổ (Super cell). Siêu ổ dông mạnh thường gắn liền với khái niệm tố, ở đó có các đám mây tích nhiều ổ, phức hợp, phức hợp, gió mạnh tồn tại trong thời gian ngắn hướng gió thay đổi lớn kèm theo mưa rào và có khi có mưa đá.
Mưa đá: Mưa đá với các hạt đá đường kính 3mm đến 2cm, các hạt đó có thể rơi xuống đơn lẻ hoặc kết thành băng trong một khối gồm các hạt băng trong suốt hoặc một khối trong mờ. Mưa đá là kết quả của hệ thống mây tích đối lưu. Hạt mưa hình thành và phát triển thành mưa đá trong điều kiện, dông mạnh có dòng thăng lớn trong lõi dông. Mưa đá ít khi xảy ra ở vùng nhiệt đới nơi có tầng ngưng kết của mây đối lưu ở quá cao. Thông thường hạt mưa đá được hình thành và phát triển khi ở đó dòng thăng lớn và nhiệt độ khoảng –100C, khi đó có lượng ẩm lớn trong dòng thăng, tầng ngưng kết ở không quá cao, đồng thời quỹ đạo của hạt mưa đá trong dông phải không dài.
Lốc và vòi rồng: Lốc là cột khí cao từ chân mây vũ tích (Cb) và mây tích (Cu), dạng mây hình ống, xoáy hướng xoáy ở gần tầng mặt với sức công phá lớn. Lốc là hiện tượng khí quyển có sức tàn phá lớn mặc dù quy mô hẹp. Lốc có thể hình thành, phát triển từ dông đa ổ hoặc đa ổ phức hợp có khi kèm theo mưa lớn, có khi chỉ có mưa nhỏ. Lốc trong bão là kết quả của chuyển động đối lưu trong các dải mây xoắn vào tâm bão. Khi bão đã đổ bộ vào đất liền lốc chỉ thường xảy ra ở vùng rìa phía phải fron do hiệu ứng ma sát gió. Tuy nhiên trong thực tế còn tồn tại loại lốc không do dông đa ổ phức hợp gây ra và như vậy không có liên quan gì tới xoáy thuận quy mô vừa. Loại lốc này thường xuất hiện ở trên biển nhiều hơn tạo nên gió giật. Loại lốc này thường dẫn đến hiện tượng vòi rồng. Do môi trường trong lốc rất nóng ẩm và khí quyển bất ổn định tầng thấp, dòng thăng theo chiều xoáy, không khí, nước, bụi cuốn vào xoáy. Xoáy có tốc độ gió lớn khoảng 100 m/s, đường kính xoáy tới vài trăm mét. Vòi rồng chính là lõi của xoáy và tốc độ gió lúc này thường lên tới 150 m/s.
6.3 Hệ quả của sự tương tác biển – khí quyển trên biển Đông