CHƯƠNG IV HOÀN LƯU KHÍ QUYỂN
4.1 Hoàn lưu chung khí quyển
4.1.2 Vài nét đặc trưng hoàn lưu ở các đới vĩ độ
a) Đới front trên cao
Vùng có građiăng nhiệt độ theo chiều ngang lớn, gió mạnh, sự biến động tốc độ gió theo chiều cao lớn mà trên bản đồ thời tiết AT đó là các vùng có các đường đẳng cao (hoặc trên bản đồ OT đó có các đường đẳng nhiệt) xít nhau và là vùng chuyển tiếp giữa xoày thuận lạnh tầm cao và xoáy nghịch nóng tầm cao, được gọi là đới front trên cao (ĐFTC).
ĐFTC hình thành ở độ cao 14 – 17 km, có chiều dài từ 1000 - 13000 km (thông thường 3000 – 4000 km) và chiều rộng 1000 – 1500 km.
ĐFTC: thể hiện rõ ở trên bản đồ AT300 - AT200.
Đặc trưng quan trọng của ĐFTC là: cửa vào hội tụ; cửa ra phân kỳ (hình 4-9).
Thấp lạnh
Cửa vào Cửa ra (Khu vào) (Khu ra)
Cao nóng Hình 4-9
ĐFTC khác front chủ yếu là ở chỗ: ĐFTC là kiến trúc một phần của trường nhiệt áp biểu hiện chủ yếu qua hình dáng của các đường dòng, các đường đẳng cao trên bản đồ AT song nhiều trường hợp trên mặt đất chưa chắc đã có biểu thị front hoặc front rất mờ; ngược lại có khi ở mặt đất front rõ song lại không có ĐFTC.
b) Đới front hành tinh trên cao
Trên mỗi bán cầu trái đất, xoáy thuận trên cao chủ yếu ở các vĩ độ cao và tập hợp thành xoáy thuận hành tinh trên cao (có tâm ở cực); xoáy nghịch trên cao chủ yếu nằm ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và tập hợp thành cao áp cận nhiệt. Như vậy, giữa chúng có một đới front gọi là đới front hành tinh trên cao (ĐFHTTC).
ĐFHTTC đôi khi chia thành 2 hoặc 3 đới, các đới này có thể hoà nhập kéo dài theo vùng vĩ tuyến hoặc uốn dạng Ω theo kinh tuyến. ĐFHTTC phân thành các nhánh:
nhánh Bắc ngăn cách giữa không khí cực và không khí vĩ độ trung bình; nhánh Nam ngăn cách giữa không khí vĩ độ trung bình và không khí nhiệt đới. Các nhánh này di
chuyển theo mùa. Như vậy, có thể coi đới front trên cao là một thành phần của đới front hành tinh trên cao.
c) Dòng chảy xiết
Những dòng không khí có tốc độ rất lớn thể hiện trên ĐFTC và ĐFHTTC, có vận tốc khá lớn từ 50 đến 80 m/s, có khi lên tới 100 đến 150 m/s hoặc lớn hơn được gọi là dòng chảy xiết. Nhiều người còn gọi dòng chảy xiết là dải front trên cao hoặc dải front hành tinh trên cao.
Nếu lấy đường đẳng tốc 25 ÷ 50 m/s làm giới hạn ngoài thì kích thước của dòng chảy xiết trên ĐFTC dài khoảng 1000 ÷ 12000 km, trên ĐFHTTC có thể bao cả vòng quanh trái đất còn độ rộng dòng chảy xiết khoảng 1000 km và độ dày vào khoảng 6 ÷ 10 km.
Trục của dòng chảy xiết ở độ cao chừng 9 ÷ 12 km (xấp xỉ đỉnh tầng đối lưu). Qua trục của dòng chảy xiết là các đường đẳng tốc sắp xếp không đối xứng mà xít nhiều nghiêng về không khí lạnh.
Có thể quan sát được 2 hoặc 3 dòng chảy xiết khi ĐFHTTC hình thành các nhánh ở các vĩ độ khác nhau.
d) Sóng trong gió Tây
Ngoài rìa xoáy thuận hành tinh có đới gió Tây, trong đó có hình thức dao động sóng. Dao động sóng này thể hiện trên các đường đẳng cao trong đới gió Tây. Hướng chuyển động của sóng khí áp này thường ổn định từ Tây sang Đông nên dao động sóng được gọi là sóng trong gió Tây hay sóng Tây.
Sóng trong gió Tây bao quanh toàn cầu với 3 đến 6 sóng dài với độ dài sóng cỡ hàng nghìn km, tốc độ chuyển động nhanh.
Ngoài rìa sóng dài này thường có các sóng ngắn hình thành do sự nhiễu động sóng; các sóng này có liên quan với sự di chuyển của các cơ cấu khí áp ở mặt đất. Tốc độ chuyển động của sóng ngắn này còn nhanh hơn sóng dài. Giữa sóng ngắn và sóng dài có mối quan hệ tương hỗ: sóng dài nhiễu động tạo thành sóng ngắn và sóng ngắn tiêu tan nhường chỗ cho sóng dài. Vậy sóng Tây có quan hệ mật thiết với front và xoáy thuận ở mặt đất.
Tốc độ di chuyển của sóng Tây phụ thuộc vào vĩ độ địa lý, độ dài bước sóng của nó và tốc độ của gió Tây. Theo kết quả nghiên cứu của Rossby thì tốc độ di chuyển của sóng Tây nhỏ hơn nhiều so với tốc độ của gió Tây.
Trong tính toán, tốc độ sóng Tây sẽ mang giá trị dương khi sóng di chuyển về phía Đông, trị số âm khi sóng di chuyển về phía Tây và bằng 0 (hay còn gọi là sóng tĩnh) khi sóng không di chuyển.
e) Quá trình ngăn chặn, chia cắt và đứt đoạn
Sóng Tây có thể bất ổn định ở một phần nào đó, tức là biên độ sóng mở rộng và kết quả là trong đới gió Tây có thể xuất hiện một loạt các áp thấp hoặc rãnh lạnh và các áp cao hoặc lưỡi nóng; do đó có sự phân bố lại các đường đẳng áp và đẳng nhiệt.
Quá trình này gọi là quá trình biến dạng trên cao.
Tương ứng với quá trình biến dạng trên cao là trường biến dạng trên cao. Có thể chia trường biến dạng trên cao thành 2 loại:
+ Trường biến dạng đối xứng: Trường biến dạng đối xứng có đôi cao áp nóng và đôi thấp áp lạnh đối diện nhau. Hình 4-10 biểu diễn trường biến dạng đối xứng.
+ Trường biến dạng không đối xứng: Trên hình 4-11 là sơ đồ biểu diễn trường biến dạng không đối xứng. Nó biến đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào sự tiến triển của các trung tâm mà trường biến dạng có liên quan: khi biến đổi phát triển xoáy thuận thì khí áp ở các miền I, II sẽ giảm xuống; còn khi biến đổi phát triển xoáy nghịch thì khí áp ở các miền I, II sẽ tăng lên.
T
T I
C
C
II T C
Hình 4-10 Hình 4-11
- Quá trình chia cắt: Tại miền I nếu khí áp giảm (tức là có biến đổi phát triển xoáy thuận) thì rãnh phía trên sẽ sâu xuống hòa với xoáy thuận phía dưới. Vậy sự biến đổi của xoáy thuận của trường biến dạng trên cao sẽ đồng thời là sự biến đổi kinh hướng. Khi khí áp ở miền I lại tăng lên (tức là có biến đổi phát triển xoáy nghịch) thì tính vĩ hướng của các đường đẳng cao sẽ tăng lên và ở xoáy thuận dưới sẽ hình thành một số đường đẳng áp khép kín. Đó là quá trình chia cắt của xoáy thuận khỏi rãnh trên cao để tạo thành xoáy thuận tầm cao.
- Quá trình ngăn chặn: Một cách tương tự, đối với miền II thì xoáy nghịch cũng được tách ra khi khí áp tại miền II tăng lên (tức là có biến đổi phát triển xoáy nghịch) và sau đó khí áp lại giảm xuống (tức là có biến đổi phát triển xoáy thuận). Đó là quá trình ngăn chặn để tạo thành xoáy nghịch tầm cao.
Trong thực tế sự biến đổi xoáy nghịch trong một trường biến dạng trên cao thường kèm theo sự biến đổi xoáy thuận trong một trường biến dạng trên cao khác dẫn tới quá trình ngăn chặn và chia cắt ở trên cao thường xảy ra cùng một lúc. Cùng với quá trình này là các vùng nóng và lạnh sẽ được tách riêng ra.
Một xoáy thuận lạnh hoặc xoáy nghịch nóng ở trên cao khi tồn tại lâu và ít chuyển động được gọi là xoáy thuận và xoáy nghịch trung tâm. Các xoáy nghịch trung tâm này hình như chắn lối đi của các dòng không khí hướng Tây nên có thể coi chúng là các xoáy nghịch ngăn chặn.
T
- Đường đứt: Trong sóng Tây khi tính kinh hướng tăng lên, rãnh khí áp trên cao này hình thành tương đối nông thì trên trục của rãnh hình thành đường đứt đoạn về hướng gió được gọi là đường đứt.
Quá trình hình thành đường đứt thường kèm theo quá trình biến tướng của front ở mặt đất làm cho hai bên mặt front bị biến dạng (tạo thành đường đứt), sự chênh lệch các yếu tố khí tượng (trừ gió) đều không lớn lắm. Khi có đường đứt thời tiết nói chung rất xấu, mây và mưa nhiều.
2) Hoàn lưu ở vĩ độ thấp a) Hoàn lưu tín phong
ở vùng vĩ độ ϕ ≈ 300 ở cả hai bán cầu có đới cao áp cận nhiệt kéo dài; đới này bị phân chia thành các trung tâm xoáy nghịch riêng biệt trên biển. Từ cao áp cận nhiệt gió thổi về áp thấp xích đạo theo hướng Đông Bắc ở Bắc bán cầu và theo hướng Đông Nam ở Nam bán cầu. Đó là hoàn lưu tín phong hay còn gọi là mậu dịch phong.
Trong vùng hoàn lưu tín phong có lớp nghịch nhiệt ở độ cao 2 km được gọi là nghịch nhiệt tín phong. Nghịch nhiệt tín phong là nghịch nhiệt lắng làm cản trở lớn đến chuyển động đối lưu và mưa.
Giữa hai đới tín phong Bắc bán cầu và Nam bán cầu có dải áp thấp xích đạo với đặc trưng thời tiết là mưa rào và dông. Phạm vi mưa rào và dông có thể ảnh hưởng đến cả vùng phó nhiệt đới.
Hoàn lưu tín phong ở vùng vĩ độ thấp hình thành và duy trì với tốc độ gió khoảng 2 đến 7 m/s. Tất nhiên khi có ảnh hưởng của xoáy thuận nhiệt đới thì tốc độ gió còn lớn hơn nhiều mặc dù xoáy thuận ở vùng vĩ độ thấp hình thành với quy mô không lớn lắm, song cường độ hoạt động lại khá mạnh.
b) Sóng trong gió Đông
ở vĩ độ thấp đới gió Đông cũng thường xuất hiện các dao động sóng gọi là sóng trong gió Đông gọi tắt là sóng Đông.
Độ dài của sóng Đông từ 600 - 800 km có khi tới 1000 km.
Sóng Đông “vận chuyển” các trung tâm biến áp ở mặt đất từ Đông sang Tây, do đó nó có vai trò rất lớn trong dự báo bão.
Chế độ mưa kèm theo sóng Đông khá lớn và giảm dần ra sau trục rãnh. Khi gặp đảo, đất liền thì đối lưu phát triển và cho mưa to.
Tốc độ di chuyển của sóng Đông phụ thuộc chủ yếu vào vĩ độ địa lý, độ dài bước sóng của nó, chiều rộng nhiễu động và tốc độ của gió Đông. Theo kết quả nghiên cứu của Haouýt, khi nhiễu động khá nhỏ thì tốc độ di chuyển của sóng Đông xấp xỉ bằng tốc độ của gió Đông. Trong tính toán, tốc độ sóng sẽ mang giá trị dương khi sóng di chuyển về phía Tây, trị số âm khi sóng di chuyển về phía Đông và bằng 0 (hay còn gọi là sóng tĩnh) khi sóng không di chuyển.