CHƯƠNG IV HOÀN LƯU KHÍ QUYỂN
4.1 Hoàn lưu chung khí quyển
4.1.3 Xoáy thuận nhiệt đới, bão
Xoáy thuận xuất hiện ở vùng có vĩ độ ϕ = 5 ÷ 20o trên những miền nhất định của cả hai bán cầu trái đất với građiăng khí áp nằm ngang lớn, gió mạnh được gọi là xoáy thuận nhiệt đới.
Cường độ xoáy thuận nhiệt đới thường đạt 960 đến 970 mb; tốc độ gió ở vùng gần trung tâm đạt từ 20 đến 30 m/s, đôi khi lên tới 50 m/s; hướng gió gần như song song với đường đẳng áp. Đường kính xoáy thuận nhiệt đới trong thời kỳ phát triển d khoảng 1000 km.
Trong dự báo thời tiết ở Việt Nam, xoáy thuận nhiệt đới có tốc độ gió ở vùng gần trung tâm xoáy nhỏ hơn hoặc bằng cấp 7 được gọi là áp thấp nhiệt đới và lớn hơn cấp 7 được gọi là bão.
Xoáy thuận nhiệt đới và bão phát sinh, phát triển và di chuyển chủ yếu trên đại dương, khi vào đất liền chúng thường bị đầy lên một cách nhanh chóng.
Xoáy thuận nhiệt đới và bão di chuyển theo rìa của cao áp cận nhiệt, lúc đầu theo hướng từ Đông sang Tây trong đới tín phong, sau ngoặt lên phía Bắc hoặc Đông Bắc theo quỹ đạo parabol.
Xoáy thuận nhiệt đới và bão tồn tại không liên quan đến front mà tham gia chuyển động quay trong một khối không khí nóng đồng nhất. Toàn bộ hệ thống xoáy đi lên cực kỳ mãnh liệt và hình thành mây, mưa trên một vùng rộng lớn. Riêng bão, ở vùng trung tâm gọi là “mắt bão” là vùng gió yếu, thậm chí yên tĩnh, quang mây.
ở nước ta, xoáy thuận nhiệt đới và bão thường phát sinh ở Tây Nam Thái Bình Dương vào khoảng vĩ độ 10 đến 20o Bắc và kinh độ 130 đến 145o Đông. Có hai ổ bão thường sản sinh ra những áp thấp nhiệt đới và bão di chuyển ảnh hưởng đến nước ta, đó là: ổ trên Thái Bình Dương và ổ trên biển Đông. Thời gian ảnh hưởng đến nước ta từ tháng VI đến tháng XII thay đổi theo các khu vực như sau:
+ Từ Móng Cái đến Thanh Hóa: từ tháng VI đến tháng IX.
+ Từ Thanh Hóa đến Bình Trị Thiên: từ tháng VII đến tháng X.
+ Từ Bình Trị Thiên đến Thuận Hải: từ tháng VIII đến tháng XI.
+ Từ Thuận Hải đến Minh Hải: từ tháng IX đến tháng XII.
2) Quá trình hình thành và phát triển của xoáy thuận nhiệt đới, bão a) Quá trình hình thành
Có nhiều thuyết nói về xoáy thuận nhiệt đới, bão:
* Thuyết đối lưu nhiệt (Môn): Thuyết đối lưu nhiệt giải thích sự hình thành bão bằng chuyển động thẳng đứng phát triển mạnh mẽ trên vùng nước nóng ở đại dương. Nhân tố hỗ trợ là độ ẩm lớn và sự giải phóng tiềm lượng nhiệt do ngưng kết. Đây chỉ là điều kiện cần song chưa đủ.
* Thuyết front (Nauy): Thuyết front cho rằng dao động của front nhiệt đới khi có những dự trữ năng lượng không ổn định lớn, từ đó xuất hiện những chênh lệch nhiệt độ đủ để xoáy thuận nhiệt đới, bão xuất hiện. Do tính chất xác định và thời điểm xuất hiện những chênh lệch này không rõ ràng nên cũng chưa phải là điều kiện đủ.
* Thuyết sóng khí áp (Rossby): Thuyết sóng khí áp cho rằng xoáy thuận nhiệt đới, bão có liên hệ với các sóng khí áp (rãnh trên cao) di chuyển trong tầng đối lưu (tức là sóng Đông). Khi sóng Đông mất ổn định (tăng biên độ) sẽ tạo xoáy và bão. Song tính chất và độ mất ổn định cũng chưa rõ.
Như vậy, tuy rằng chưa có một học thuyết nào hoàn chỉnh để giải thích được sự hình thành của xoáy thuận nhiệt đới và bão nhưng các nhà bác học thuộc khoa
học khí tượng hiện đại đã đi đến thừa nhận các điều kiện cơ bản để hình thành xoáy thuận nhiệt đới và bão như sau:
(1) - Độ bất ổn định cao của khí quyển trong một lớp dày (> 10 km) trong một phạm vi rộng, nó gây nên bởi sự tương phản về nhiệt độ giữa không khí dưới thấp và trên cao và trạng thái bão hoà ẩm của không khí. Do vậy, xoáy thuận nhiệt đới và bão thường phát sinh trên các vùng biển nhiệt đới; thông thường nhiệt độ nước biển từ 26 ÷ 27oC. Nhiệt độ ban đầu cao, tiềm nhiệt giải phóng do ngưng kết chính là nguồn năng lượng bất ổn định W khổng lồ đảm bảo cho dòng thăng phát triển mạnh mẽ.
(2) - Cần có các nhân tố kích thích ban đầu; đó là những nhiễu động động lực tạo ra dòng thăng. Các nhiễu động này có nguồn gốc rất khác nhau: hay gặp nhất là sự thăng mạnh mẽ trong khu vực hội tụ chí tuyến mỗi khi độ hội tụ tăng cường khí quyển; nhiễu động xuất hiện trong sóng Đông; hoặc sự thăng mạnh mẽ do bề mặt nóng tại địa phương.
(3) - Cũng cần đảm bảo độ lệch hướng để tạo xoáy. Người ta còn thấy ở các vùng có vĩ độ ϕ < 5o xoáy thuận nhiệt đới và bão cũng không phát sinh.
b) Quá trình phát triển
Cuộc đời một xoáy thuận nhiệt đới, bão thông thường từ 5, 6 ngày đến 1 tuần (tất nhiên cũng có những con chỉ vài giờ, song cũng có con tới vài tuần).
Có thể chia thành 4 giai đoạn phát triển:
- Giai đoạn hình thành: Giai đoạn hình thành bắt đầu từ khi có biểu hiện xoáy cho tới khi có đường đẳng áp khép kín với trị số áp xuống đến 1000 mb.
Giai đoạn này khí áp khơi sâu chậm chạp, hình thành hệ thống các đường dòng với cấp gió đạt áp thấp nhiệt đới.
- Giai đoạn trẻ: Giai đoạn trẻ, cường độ xoáy thuận nhiệt đới đạt trình độ bão với biểu hiện khí áp giảm rất nhanh; mắt bão xuất hiện khá rõ; mây mưa trong một dải hẹp, hình thành những đới hướng vào tâm. Khí áp ở tâm xoáy P đạt cực tiểu, tốc độ gió lớn.
Giai đoạn này khả năng phá hoại lớn bắt đầu hoạt động.
- Giai đoạn thành thục: Giai đoạn thành thục, khí áp tại tâm xoáy không giảm nữa, tốc độ gió cực đại không tăng nữa; phạm vi gió mạnh mở rộng ra.
Giai đoạn này bão di chuyển và mang theo khu vực gió to và thời tiết ác liệt trên đường đi của nó.
- Giai đoạn đầy và tan đi: Khi di chuyển về phía vĩ độ cao hay vào vùng đới gió Tây thì bão đầy dần lên và phạm vi thu nhỏ lại, hoặc khi đổ bộ vào đất liền do ảnh hưởng của ma sát và hội tụ mà khí áp tại tâm tăng lên, xoáy thuận nhiệt đới, bão tan dần đi.
3) Cấu trúc thời tiết của bão a) Trường áp ở mặt đất
Đường đẳng áp trong bão trên bản đồ thời tiết có thể hình tròn hoặc bầu dục, rất xít nhau, khí áp ở tâm bão rất thấp. Tại tâm bão người ta ký hiệu
Vùng tâm thấp được gọi là mắt bão; một cơn bão có thể có 1 hoặc 2 mắt bão.
Bão xuất hiện, trường khí áp biến đổi khá rõ: khi bão đến gần khí áp giảm nhanh, bão đi qua khí áp tăng nhanh.
b) Trường gió và trường nhiệt
- Trường gió: Khu vực ảnh hưởng của bão tốc độ gió mạnh lên rõ rệt. Gió bão thường có tốc độ lớn hơn 60 m/s (các công trình kiến trúc bị đổ) có thể lên tới 80 ÷ 100 m/s và xoáy ngược chiều kim đồng hồ và hướng vào tâm. Trong bão gió giật từng cơn và đổi chiều trong một phạm vi tương đối hẹp. Riêng vùng mắt bão hầu như lặng gió.
Đo gió trong bão khó khăn, trong nghiệp vụ có thể dùng các công thức để tính gió ở vùng gần trung tâm.
Ví dụ:
vmax = 4,5 ΔP (ΔP: giữa tâm và rìa)
- Trường nhiệt: Nhiệt độ ở mắt bão và rìa bão không khác nhau nhiều, song nhiệt độ thế vị θ lại tăng từ ngoài vào trong, độ ẩm riêng q cũng hướng vào trong. Tuy nhiên, ở phạm vi ngoài đường đẳng áp 990 mb thì θ, q không thay đổi như vậy.
c) Mắt bão
Mắt bão là hiện tượng đặc biệt điển hình nhất của khí quyển vùng nhiệt đới với đường kính d vào khoảng 20 ÷ 30 km, đôi khi 60 ÷ 70 km.
Vùng ngoài mắt bão là các dòng thăng thúc đẩy sự hình thành hệ thống mây, mưa trong bão; trong mắt bão tồn tại các dòng giáng, do vậy tại mắt bão, mưa ngừng rơi đột ngột, mây tiêu tan, trời trong sáng, sức gió giảm đột ngột, có khi lặng gió; người ta có cảm tưởng “nóng bức, ẩm”, đôi khi “không thể thở được” (hình 4-12).
Km 18 -
9 -
Hình 4-12
d) Hệ thống mây, mưa
- Mây: hình ảnh mây làm chúng ta dễ dàng phát hiện ra bão trên ảnh mây vệ tinh.
Mây tầng thấp gần trung tâm bão là: St chân thấp, sát mặt biển, cao 7 - 8 km. Mây tầng trung bình gần tâm bão là: As, cao 3 - 5 km; xa tâm giảm dần. Mây tầng cao chủ yếu là Ci, gần tâm có Cs. Quanh mắt bão có mây vũ tích Cb dày 8 - 9 km.
- Mưa: Quan trắc mưa trong bão rất khó khăn không chỉ vì mức độ ác liệt của bão mà còn do mưa không chỉ rơi theo chiều thẳng đứng mà nhiều khi do tác dụng của gió bão mà nước mưa lại theo chiều ngang hoặc chiều xiên bay tới...
ắ
Mưa trải dài theo hướng di chuyển, phân bố cường độ mưa cực đại thường thành dải hình xoáy (hình 4-13). Khi bão đổ bộ vào đất liền, do ảnh hưởng của địa hình sự phân bố mưa phức tạp hơn rõ rệt. Mưa lớn nhất ở gần trung tâm (thường cách tâm bão khoảng từ 100 - 200 km); không có sấm sét (sấm sét chỉ có thể xảy ra ở vùng rìa hoặc khi bão tan). Lượng mưa một trận bão từ 500 ~ 2500 mm.
Diện mưa cỡ vài, ba tỉnh. Thời gian mưa trung bình
từ nửa ngày đến 3 - 4 ngày. Hình 4-13
e) Sự di chuyển của bão
Có thể hình dung xoáy thuận nhiệt đới, bão như một xoáy nước bị dòng nước cuốn trôi đi. Do vậy, sự di chuyển của chúng rất phức tạp và phụ thuộc vào hình thế thời tiết trong từng khu vực; vào các cao áp, thấp áp mạnh yếu trên đường đi mà chúng gặp phải.
Nguyên nhân di chuyển của bão gồm: nguyên nhân nội lực (tự xoáy) và ngoại lực (ngoài xoáy).
Có nhiều học thuyết về sự di chuyển của xoáy thuận nhiệt đới. Đáng chú ý là lý thuyết dòng dẫn đường. Thuyết này cho rằng: vì bão là một cơ cấu khí áp không gian nên chúng di chuyển theo hướng của dòng sông dẫn đường ở trên cao. Kiben đề nghị lấy hướng của các đường đẳng cao trên mực đẳng áp 600 mb làm hướng của dòng sông dẫn đường cho sự di chuyển của bão.
ở Nhật bản người ta dùng trường biến dạng trên cao để xác định sự di chuyển của bão. Các nhà khí tượng Nhật bản cho rằng bão di chuyển theo hướng vuông góc với trục qua điểm Hypecbolic với rãnh thấp của trường biến dạng trên cao (hình 4-14).
Trường phái Marion (Cu Ba) quan niệm rằng bão di chuyển phụ thuộc vào sự di chuyển của các trung tâm cao áp điển hình thuộc khu vực Đại Tây Dương (hình 4-15).
Vận tốc trung bình của xoáy thuận nhiệt đới, bão (tốc độ di chuyển của tâm bão) vào khoảng từ 10 đến 30 km/h. Bão di chuyển càng chậm thì khả năng phá hoại trên đường đi của nó càng lớn.
Hình 4-14 Hình 4-15
f) Các hiện tượng hải văn liên quan đến bão
Hướng di chuyển của
ể Hướng di chuyển
- Sóng bão: Gió thổi trên biển gây ra sóng gọi là sóng bão. Sóng bão phụ thuộc vào tốc độ gió bão. Sóng bão có thể hình thành với độ cao tới 15 m, truyền đi xa hàng nghìn km, rồi đổ vào bờ. Dựa vào phương truyền sóng bão chúng ta có thể dự báo được hướng đi của bão.
- Thủy triều bão: Gió tạo sóng song nói chung sóng không chuyển nước từ nơi này đến nơi khác, song khi gió thổi lâu, ổn định, mạnh mẽ thì tạo thành dòng nước. Do vậy, trước bão có một dòng nước biển tạo thành, gặp bờ thì dâng lên là thủy triều bão. Thủy triều bão có khi xuất hiện cách xa tâm bão khá xa tới 700-800 km và có thể kết hợp với thủy triều biển dẫn đến nước dâng gây ngập lụt lớn vùng ven biển.