Khía cạnh cơ bản nhất của bùng nổ gió mùa là sự đảo ngƣợc của trƣờng gió quy mô lớn và sự thay thế đột ngột của mùa khô bởi mùa mƣa trong chu kì hàng năm. Do đó hai chỉ số phổ biến để xác định ngày bùng nổ gió mùa là chỉ số mƣa và chỉ số gió vĩ hƣớng. Mặc dù ở phạm vi khu vực, sự xuất hiện của gió tây và mƣa tại một số vùng là không đồng thời, tuy nhiên ở phạm vi quy mô lớn, mƣa vẫn là một chỉ số “truyền thống” đáng tin cậy.
Việt Nam có địa hình thức tạp, thƣờng xuyên xuất hiện các nhiễu động nhiệt đới, các trạm quan trắc khí tƣợng phân bố không đồng đều và đặc biệt không có trạm quan trắc trên biển nên rất khó để xác định ngày bùng nổ gió mùa nếu chỉ dựa trên số liệu mƣa quan trắc. Vì các phân tích đòi hỏi phải đƣợc thực hiện trên trƣờng số liệu đầy đủ và liên tục theo cả không gian và thời gian nên bộ số liệu đƣợc chọn để đƣa ra các nhận định đầu tiên về giai đoạn nghiên cứu sẽ là bộ số liệu mƣa Global Precipitation Climatology Project (GPCP) và số liệu gió vĩ hƣớng tái phân tích của NCAR/NCEP . Trong đó, ngày bùng nổ gió mùa mùa hè cho khu vực Việt Nam là ngày đƣợc Đài Khí tƣợng Thủy văn khu vực Nam Bộ xem là ngày bắt đầu mùa mƣa ở Nam Bộ và đƣợc kiểm tra lại bởi mƣa GPCP và gió vĩ hƣớng của NCAR/NCEP . Các ngƣỡng chỉ tiêu phải thỏa mãn những điều kiện sau:
15
- Giá trị lƣợng mƣa GPCP trung bình từ 5o N – 15o N, 90o E – 110o E phải đạt
trên 5 mm.ngày-1 và kéo dài liên tục trong ba ngày tiếp theo.
- Giá trị trung bình gió vĩ hƣớng tái phân tích mực 850 hPa của NCAR/NCEP
trung bình từ 5o N – 15o N, 100o E – 110o E phải thịnh hành gió tây > 0,5 m.s-1 trong ít
nhất ba ngày liên tục.
Sau khi xác định đƣợc ngày bùng nổ gió mùa, khoảng thời gian nghiên cứu và mô phỏng của các năm sẽ đƣợc chọn theo quy tắc: mỗi giai đoạn kéo dài mƣời bốn ngày, với ngày bắt đầu là ngày trƣớc khi bùng nổ gió mùa mùa hè khoảng bẩy đến tám ngày. Danh sách cái giai đoạn nghiên cứu đƣợc liệt kê trong Bảng 3.2.
Ngày bắt đầu mô phỏng
Ngày kết thúc mô phỏng
Ngày bùng nổ gió mùa theo quan trắc tại trạm
1998 08/05 22/05 15/05
1999 14/04 28/04 21/04
2001 02/05 16/05 11/05
2004 04/05 18/05 12/05
2010 14/05 28/05 21/05
Bảng 2.2. Thời gian mô phỏng giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè của các năm
1998, 1999, 2001, 2004 và 2010.
2.2. Đặc trưng trường mưa GPCP giai đoạn bùng nổ gió mùa
2.2.1. Đặc trưng về khu vực phân bố của mưa
Dựa trên phân bố mƣa quy mô lớn trung bình ngày của GPCP đƣợc thể hiện trên Hình 2.1 cho thấy, trong giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ tồn tại hai dải mƣa chính, một tại bán đảo Đông Dƣơng và Đông Á và một dải mƣa khác tại vùng biển xích đạo nhiệt đới phía bắc Australia. Mƣa tại Nam Bộ trong giai đoạn này nằm trong dải mƣa lớn thứ nhất, mở rộng từ vịnh Bengal, qua Việt Nam và đôi khi kết nối với các dải mƣa lớn khác ở phía đông Trung Quốc (ví dụ trong các năm 1998 và 2010). Sự kết nối này hình thành nên một dải mƣa khổng lồ bao trùm gần nhƣ toàn bộ
16 khu vực lục địa ven biển của Châu Á.
Hình 2.1. Mưa GPCP tích lũy
ngày trong ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010.
2.2.2. Đặc trưng trường bức xạ sóng dài
Nhƣ đã đề cập ở phần trƣớc, đặc trƣng quan trọng của bùng nổ gió mùa mùa hè là sự bùng phát mạnh mẽ của đối lƣu quy mô lớn. Nam Bộ nằm rất gần với các ổ đối lƣu lớn nhƣ ổ đối lƣu xích đạo (khu vực nằm giữa Châu Á và Châu Úc) và các vùng đối lƣu nhỏ hơn nhƣ vùng đối lƣu ở phía nam vịnh Bengal. Do đó, khi quan sát sự di chuyển của các vùng đối lƣu này có thể đƣa ra những nhận định quan trọng về các giai đoạn phát triển của gió mùa mùa hè cho khu vực Nam Bộ.
17
Hình 2.2. Trường OLR trung bình pentad tại các thời điểm trước bùng nổ 2 pentad
(pentad -2), trước bùng nổ 1 pentad (pentad -1) và pentad bùng nổ (pentad 0). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
18
Trong khi số liệu mƣa quan trắc thƣờng không đầy đủ, đặc biệt thiếu các trạm quan trắc trên biển và chịu tác động của các nhiễu động quy mô địa phƣơng, có một chỉ số thay thế khá hiệu quả thƣờng đƣợc sử dụng để biểu diễn cho sự phát triển của các vùng mây đối lƣu là chỉ số phát xạ sóng dài – Outgoing Longwave Radiation (OLR). OLR biểu diễn lƣợng năng lƣợng sóng dài thoát ra khỏi đỉnh khí quyển của trái đất nhờ các vệ tinh viễn thám, ở những nơi có nhiệt độ bề mặt thấp nhƣ các đỉnh núi cao hoặc các đỉnh mây cao sẽ đo đƣợc giá trị OLR thấp. Do đó, phân tích giá trị OLR có thể đƣa ra đƣợc bức tranh toàn cảnh về sự phát triển của đối lƣu cho khu vực Châu Á nói chung và thời điểm bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ nói riêng.
Sự di chuyển của dải mây đối lƣu thƣờng gắn chặt với sự di chuyển của dải áp cao cận nhiệt đới lên phía bắc. Do đặc tính đó, chỉ số OLR không những biểu diễn đƣợc các vùng mây đối lƣu mà đồng thời còn có thể biểu diễn rất tốt sự phát triển của hệ thống áp cao cận nhiệt đới. Các hệ thống áp cao này là trƣờng phân kì, sẽ ngăn cản sự hình thành mây đối lƣu quy mô lớn, do đó giá trị OLR tại những khu vực áp cao sẽ cao hơn rất nhiều so với các khu vực xung quanh. Do đó, thay vì phải phân tích cả trƣờng độ cao địa thế vị và trƣờng mƣa, việc chọn chỉ số OLR cho thấy là một sự lựa chọn tối ƣu hơn hẳn so với các trƣờng khác.
Hình 2.2 biểu diễn sự thay đổi của trƣờng phát xạ sóng dài OLR tại khu vực gió mùa mùa hè Châu Á trong vòng ba pentad (năm ngày), trong đó, pentad 0 là pentad có ngày đầu tiên là ngày bùng nổ gió mùa mùa hè tại Nam Bộ đƣợc xác đinh theo chỉ số mƣa GPCP và số liệu tái phân tích NCAR/NCEP, pentad –1 và pentad –2 lần lƣợt là hai pentad liền trƣớc pentad 0 đó. Với quy ƣớc vùng đối lƣu sâu là vùng có giá trị
OLR nhỏ hơn 200 W.m2, còn khu vực áp cao cận nhiệt là vùng có giá trị OLR lớn hơn
240 W.m2 , nhận thấy ở hầu hết các trƣờng hợp, hệ thống áp cao cận nhiệt đới của bắc
bán cầu gần nhƣ liền thành một dải với hai áp cao chính, một thống trị ở khu vực Nam Á và một thống trị tại khu vực Tây Bắc Thái Bình Dƣơng. Vị trí trung bình của hai áp
cao này vào khoảng 20oN. Các vùng đối lƣu lớn chủ yếu tập trung tại vùng biển xích
đạo phía nam vịnh Bengal và khu vực Indonesia (trong pentad – 2). Tuy nhiên càng gần tới thời điểm bùng nổ, hệ thống áp cao này thay đổi đột ngột với sự rút rui của áp cao Tây Bắc Thái Bình Dƣơng sang phía đông (trong pentad –1). Sự rút lui này một
19
điều kiện thuận lợi cho dải mƣa xích đạo men qua “cây cầu đất Malaysia” (land bridge) và di chuyển dần lên phía bắc. Đến pentad bùng nổ gió mùa (pentad 0), áp cao
cận nhiệt Tây Bắc Thái Bình Dƣơng đã rút lui hoàn toàn ra ngoài 120oE, lúc này toàn
bộ khu vực bán đảo Đông Dƣơng đƣợc thống trị bởi đối lƣu sâu. Do đó OLR cũng là một chỉ số rất tốt định nghĩa cho sự bùng nổ gió mùa mùa hè tại Nam Bộ.
Hình 2.2 cũng cho thấy sự khác biệt trong sự phát triển của các ổ đối lƣu giữa các năm El Niño và năm La Nina. Trong những năm El Niño, hình ảnh của dải áp cao cận nhiệt đới bắc bán cầu là rất rõ ràng, đối lƣu tại Sumatra chỉ di chuyển đƣợc lên phía bắc khi áp cao Tây Thái Bình Dƣờng đã rút lui hoàn toàn sang phía đông. Tuy nhiên trong những năm La Nina, hình ảnh của dải áp cao này là không rõ, các vùng đối lƣu sâu thậm chí còn hình thành ở bán đảo Đông Dƣơng sớm hơn thời điểm bùng nổ gió mùa khoảng hai pentad (năm 1999 và 2001). Do đó, trong những năm La Nina, mƣa gió mùa có xu hƣớng xuất hiện sớm hơn so với nhƣng năm El Niño, các chỉ số để xác định ngày bùng nổ gió mùa cũng khó hơn.
Mặc dù đối lƣu hình thành và di chuyển lên phía bắc trong những năm La Nina sớm hơn so với những năm El Niño và non – ENSO, tuy nhiên cƣờng độ đối lƣu trong những năm La Nina lại yếu hơn. Điều này có thể nhận thấy rõ trong Hình 3.3 khi các
vùng OLR thấp (giá trị nhỏ hơn 200 W.m-2) của những năm 1999 và 2001 chỉ phân tán
thành các cụm nhỏ dọc theo khu vực xích đạo tại Đông Nam Á, trong khi ở các năm còn lại, các vùng OLR này hình thành nên các vùng rất lớn, trải dọc từ nam bán cầu lên bắc bán cầu. Do đó, sự hoạt động của đối lƣu giai đoạn đầu mùa hè trong những năm El Niño có xu hƣớng mạnh hơn so với các năm La Nina.
2.3. Đặc trưng trường gió tái phân tích
2.3.1. Đặc trưng trường gió ngày bùng nổ gió mùa
Ngoài các đặc trƣng về mƣa, một đặc trƣng hoàn lƣu quan trọng của khu vực Nam Bộ giai đoạn bùng nổ gió mùa là sự xuất hiện của gió tây nhiệt đới mực thấp. Quy mô của đới gió này đƣợc biểu diễn trong Hình 2.3 với đại diện là trƣờng gió mực 850 hPa. Một cách trực quan có thể thấy đới gió này nằm trong một dải gió tây rất lớn, có nguồn gốc từ nam bán cầu, vƣợt qua xích đạo tới bắc bán cầu. Với quy mô ngang
20
trải dài trên nhiều vĩ độ và quy mô dọc hàng nghìn km chiều dài, tốc độ gió trung bình
đạt trên 15 m.s-1
nên có thể coi dải gió này nhƣ một dòng xiết mực thấp khổng lồ kết nối giữa hai bán cầu trong mùa hè bắc bán cầu.
Hình 2.3. Hoàn lưu mực 850
hPa NCAR/NCEP ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001 2004 và 2010.
Khu vực Nam Bộ nằm trong khu vực chuyển tiếp và kết nối của dòng xiết này với các hệ thống hoàn lƣu quy mô lớn khác. Hơn nữa do tác động của địa hình, tốc độ gió tây ở Nam Bộ tƣơng đối nhỏ hơn so với tốc độ gió ở vịnh Bengal hoặc vùng biển xích đạo nhiệt đới Sri Lanka. Sau khi vƣợt qua Nam Bộ và Biển Đông, đới gió này hòa
21
vào hoàn lƣu rìa phía bắc của áp cao Tây Thái Bình Dƣơng và trở thành hoàn lƣu ngoại nhiệt đới nhƣ dải mƣa Mei-yu phía đông Trung Quốc. Mặc dù hệ số tƣơng quan của mƣa vùng Đông Á đối với các hệ thống gió mùa nhiệt đới là tƣơng đối nhỏ, tuy nhiên hoàn lƣu gió mùa này cũng đóng góp một phần quan trọng trong việc vận chuyển ẩm từ vịnh Bengal và Biển Đông với các vùng mƣa nơi đây.
Hình 2.4. Hoàn lưu mực 200 hPa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
NCAR/NCEP ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001 2004 và 2010.
Khác với các đặc trƣng của hoàn lƣu mực thấp, hoàn lƣu mực cao trong giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ lại thể hiện một hình thế gần nhƣ trái ngƣợc.
22
Hình 2.4 biểu diễn hoàn lƣu mực cao với đới gió đại diện ở mực 200 hPa cho thấy khu vực Nam Bộ trong thời điểm này nằm dƣới sự thống trị của hoàn lƣu phân kì rìa phía đông của áp cao Nam Á. Đây là một áp cao rất mạnh, có tâm nằm trên khu vực Ấn Độ và sống áp cao mở rộng từ Đông Phi tới bán đảo Đông Dƣơng. Một mặt, sự hình thành của áp cao này đã đẩy lùi rãnh lạnh mực cao vốn thống trị lục địa Châu Á trong mùa
đông sang phía đông (ra ngoài 120oE), đánh dấu sự chuyển từ hình thế đặc trƣng của
mùa đông (với sự hội tụ mực cao) sang hình thế mùa hè (với sự phân kì mực cao) ở nơi đây. Mặt khác, áp cao này làm tăng cƣờng trƣờng gió đông mực cao khu vực nhiệt đới Ấn Độ Dƣơng và hình thành lên dòng vƣợt xích đạo thổi từ bắc bán cầu xuống nam bán cầu. Kết hợp với những đặc điểm của cả hai hệ thống hoàn lƣu cho thấy, cấu trúc khí quyển giai đoạn này giống nhƣ một vòng khép kín với sự phát triển lên phía bắc của gió tây mực thấp và sự quay ngƣợc trở lại phía nam của gió đông mực cao.
2.3.2. Đặc trưng khí hậu của trường gió giai đoạn đầu mùa hè
Tới thời điểm hiện tại, việc phân chia các khu vực gió mùa khu vực Châu Á vẫn còn nhiều tranh cãi. Quan điểm truyền thống cho rằng gió mùa khu vực Việt Nam là sự mở rộng sang phía đông của gió mùa Ấn Độ, nhƣng cũng có nhiều ý kiến cho rằng gió mùa mùa hè khu vực Việt Nam là kiểu gió mùa chyển tiếp giữa hai hệ thống gió mùa nhiệt đới và gió mùa ngoại nhiệt đới. Nếu chỉ dựa vào các hình thế hoàn lƣu của từng năm riêng rẽ sẽ rất khó để xác định hoặc thậm chí có thể đƣa ra những nhận định sai lầm. Hơn nữa, gió mùa chịu tác động rất mạnh bởi ENSO nên để có đƣợc góc nhìn chính xác về các đặc trƣng khí hậu của hệ thống quy mô lớn này, chuỗi số liệu phân tích cần phải đủ dài. Do đó, bằng phƣơng pháp hàm trực giao tự nhiên (EOF), khoảng thời gian 30 năm (từ năm 1980 tới 2010) của số liệu gió tái phân tích NCAR/NCEP đƣợc chọn ra để phân tích. Kết quả phân tích đƣợc biểu diễn trong Hình 2.5.
Hình 2.5 biểu diễn hai thành phần trực giao đầu tiên của trƣờng gió vĩ hƣớng mực 805 hPa số liệu tái phân tích NCAR/NCEP từ năm 1980 tới 2010 cho khu vực Việt Nam. Thành phần trực giao thứ nhất (mode 1) với lƣợng thông tin biểu diễn là 47,3%, hình thế trải dài từ bờ biển Đông Phi tới Philipine, còn thành phần trực giao thứ hai (mode 2) với lƣợng thông tin biểu diễn là 9,3%, có hình thế trải dài từ Tây Thái Bình Dƣơng tới bán đảo Đông Dƣơng. Dựa vào các hình thế có thể thấy khu vực Nam
23
Bộ giai đoạn đầu mùa hè nằm dƣới sự ảnh hƣởng của cả hai thành phần trực giao này.
Hình 2.5. Hai thành phần trực giao chiếm lượng thông tin lớn nhất của trường gió
vĩ hướng tái phân tích NCAR/NCEP trong ba tháng: tháng Tư, tháng Năm, tháng Sáu từ năm 1980 tới 2010.
Đối với khu vực Nam Bộ, tổng lƣợng “thông tin” đƣợc biểu diễn bởi hai mode đầu tiên chiếm tới 56,5% so với tổng số lƣợng “thông tin”, do đó hình thế thời tiết nơi đây đƣợc nhận định bị thống trị bởi hai mode này. Theo lí thuyết phân tích chuỗi của Fourier với đối số là thời gian, mode 1 và mode 2 trong Hình 2.5 sẽ lần lƣợt đại diện cho các sóng dao động trong trƣờng gió tây nhiệt đới vƣợt qua xích đạo từ nam bán cầu và các nhiễu động trong trƣờng gió đông ở rìa phía nam của áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dƣơng. Mặc dù tại Nam Bộ, mode 1 có giá trị lớn hơn gấp năm lần so với mode 2, tuy nhiên không thể bỏ qua hoàn toàn tác động của mode này. Nói cách khác, gió mùa mùa hè tại khu vực này không phải là kiểu gió mùa điển hình, hình thế hoàn lƣu không đơn giản chỉ là sự mở rộng của gió mùa Ấn Độ nhƣ những nhận định đƣợc đƣa ra trƣớc đây. Đây chính là lí do nếu áp dụng chỉ số mƣa quan trắc tại trạm để xác định ngày bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ sẽ gặp khó khăn nhƣ đã nói trên đây cũng nhƣ trong các chƣơng tiếp theo.
24
2.4. Đặc trưng trường nhiệt tái phân tích
Theo quan điểm truyền thống, sự chênh lệch giữa đốt nóng bề mặt của lục địa