Trong luận văn này, mô hình RAMS (the Regional Atmospheric Modeling System) đƣợc sử dụng để mô phỏng hoàn lƣu khí quyển thời kì bùng nổ gió mùa trong các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010. Mô tả chi tiết về mô hình có thể tham tìm
trên trang web http://atmet.com. Tâm miền tính đặt tại 19oN – 95oE, sử dụng phép
chiếu cực. Cấu hình miền tính bao gồm 271 bƣớc lƣới theo phƣơng vĩ tuyến, 221 bƣớc lƣới theo phƣơng kinh tuyến và 30 mực theo phƣơng thẳng đứng. Độ phân giải ngang là 45 km x 45 km. Lớp dƣới cùng dày 100 m, độ dày các lớp tiếp theo bằng độ dày lớp ngay sát bên dƣới nhân với 1,15. Khi độ dày lớp thẳng đứng đạt 1200 m, các lớp tiếp theo đó sẽ đƣợc gắn bằng 1200 m. Bƣớc thời gian tích phân là 30 s, các sơ đồ tham số hóa đối lƣu Kain-Fritsh cải tiến và sơ đồ bức xạ Mahrer/Pielke đƣợc kích hoạt 5 phút một lần.
Mô hình đƣợc ban đầu hóa sử dụng số liệu tái phân tích cho các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010 của National Oceanic and Atmospheric Administration (NCAR/NCEP). Bộ số liệu này bao gồm nhiệt độ khí quyển, độ ẩm, độ cao địa thế vị, trƣờng gió kinh hƣớng và gió vĩ hƣớng. Các trƣờng đƣợc cho trên 17 mặt đẳng áp với
độ phân giải ngang 2,5 x 2,5o. Các điều kiện biên trong quá trình tích phân đƣợc cập
nhật 6 h một lần cũng sử dụng các trƣờng tái phân tích này.
Nhiệt độ mặt nƣớc biển sử dụng cho ban đầu hóa mô hình là số liệu đƣợc tính toán dựa trên phƣơng pháp nội suy tối ƣu của NCAR/NCEP . Mỗi file số liệu cung cấp
nhiệt độ mặt biển từng tuần với độ phân giải 1o
x 1o .
Số liệu mƣa dùng để phân tích trong luận văn này bao gồm số liệu quan trắc của các trạm Nam Bộ và số liệu mƣa Global Precipitation Climatology Project
(GPCP). Mƣa GPCP là bộ số liệu mƣa trên ô lƣới với độ phân giải 1o
x 1o của NASA.
28
3.2. Phân bố mưa mô phỏng
3.2.1. Đặc trưng phân bố mưa mô phỏng về diện
Giá trị mƣa mô phỏng đƣợc biểu diễn trong Hình 3.1 tới Hình 3.5 cho thấy trƣớc thời điểm xuất hiện mƣa mùa hè tại Nam Bộ tồn tại ba khu vực mƣa chính bao gồm dải mƣa tại vùng xích đạo Indonesia, dải mƣa tại khu vực front Mei – yu phía đông Trung Quốc và một vùng mƣa lớn tại Sri Lanka. Gần tới ngày bùng nổ gió mùa, dải mƣa xích đạo có xu hƣớng di chuyển rất nhanh lên phía bắc, lan qua Malaysia tới bán đảo Đông Dƣơng. Sự di chuyển này thƣờng diễn ra đồng thời với sự dịch chuyển của xoáy thuận Sri Lanka vào vịnh Bengal, tạo lên sự bùng phát mƣa tại các khu vực
này. Đến ngày bùng nổ gió mùa, các dải mƣa lớn với lƣợng mƣa trên 10 mm.ngày-1
đều đã xuất hiện ở Bengal, bán đảo Đông Dƣơng và vùng xích đạo nhiệt đới Indonesia. Hầu hết các trƣờng hợp mô phỏng cũng cho thấy bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ thƣờng diễn ra sau sự xuất hiện của xoáy kép tại Sri Lanka vài ngày, mặc dù cơ chế vật lý giải thích cho hiện tƣợng này là chƣa rõ ràng, tuy nhiên có thể coi xoáy thuận này nhƣ một tín hiệu dự báo rất tốt cho sự xuất hiện của mƣa gió mùa tại Nam Bộ.
So sánh với mƣa GPCP trong Hình 2.1 cho thấy, mô hình RAMS đã nắm bắt khá tốt đƣợc các vùng mƣa quy mô lớn, đặc biệt cho khu vực Việt Nam trong ngày bùng nổ gió mùa. Sự di chuyển của các vùng mƣa mô phỏng cũng khá gần với sự thay đổi của OLR đƣợc biểu diễn trong Hình 2.3. Xét về diện mƣa, mô hình RAMS có xu hƣớng cho diện mƣa chƣa thực sự sát với thực tế, đặc biệt là tại khu vực Indonesia. Trong một số trƣờng hợp, mô hình cho mƣa bất thƣờng ở Ấn Độ Dƣơng và phía nam biển Ả rập, nơi không có số liệu quan trắc mƣa dành cho số liệu GPCP. Ngƣợc lại, trong một số ngày của các trƣờng hợp khác, mô hình lại cho mƣa ít hơn trên toàn bộ miền tính (ví dụ ngày 09/04/1999 hoặc ngày 06/05/2001). Tuy nhiên với độ phân giải thô của mô hình là 45 km x 45 km, mục đích chính của luận văn không phải là dự báo chính xác lƣợng mƣa mà chỉ đƣa ra nhận định về khả năng mô phỏng của mô hình trong ngày bùng nổ gió mùa, do đó, kết quả mƣa mô phỏng về diện nhƣ vậy là có thể chấp nhận đƣợc.
29
Hình 3.1. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998.
30
Hình 3.3. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001
31
Hình 3.5. Phân bố mưa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010
Trong những năm El Niño, mƣa thƣờng xuất hiện khá muộn (từ giữa tới nửa sau của tháng Năm), còn trong những năm La Nina, mƣa xuất hiện khá sớm (từ cuối tháng Tƣ đến đầu tháng Năm). Mƣa xuất hiện tại khu vực cao nguyên Lâm Viên trƣớc, sau đó tại đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu tháng tƣ, gió tây nam chƣa hình thành ở Nam Bộ nên mƣa này không phải là mƣa gió mùa, mà là mƣa tiền gió mùa mà là mƣa gây bởi các nhiễu động nhiệt đới hoặc do gió đông vận chuyển ẩm từ Biển Đông vào đất liền gặp địa hình gây nên. Mặc dù mƣa này không lớn và liên tục, nhƣng sự xuất hiện của nó có thể đƣợc coi là tín hiệu báo trƣớc của sự xuất hiện gió mùa mùa hè trong những ngày tiếp theo.
3.2.2. Đặc trưng mưa mô phỏng về lượng
Khả năng mô phỏng mƣa về lƣợng của mô hình RAMS đƣợc đánh già từ Hình 3.6 đến Hình 3.15 khi so sánh giá trị mƣa đƣợc đƣa về trạm từ kết quả mô phỏng và giá trị mƣa quan trắc tƣơng ứng của trạm đó.
32
Hình 3.6. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
từ 8/5 đến 21/5 năm 1998, đơn vị mm.ngày-.1
Hình 3.7. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
33
Hình 3.8. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
từ 14/4 đến 23/4 năm 1999, đơn vị mm.ngày-.1
Hình 3.9. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
34
Hình 3.10. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
từ 2/5 đến 15/5 năm 2001, đơn vị mm.ngày-.1
Hình 3.11. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
35
Hình 3.12. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
từ 4/5 đến 17/5 năm 2004, đơn vị mm.ngày-.1
Hình 3.13. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
36
Hình 3.14. Lượng mưa quan trắc tại các trạm Nam Bộ
từ 14/5 đến 27/5 năm 2010, đơn vị mm.ngày-.1
Hình 3.15. Lượng mưa mô hình tại các trạm Nam Bộ
37
Các giá trị mƣa quan trắc và mô phỏng tại trạm đƣợc biễu diễn trong Hình 3.1 đến Hình 3.10. Quan trắc cho thấy khu vực cao nguyên Lâm Viên thƣờng xuất hiện mƣa sớm và lƣợng mƣa cũng lớn hơn các khu vực còn lại. Khu vực Tây Nguyên và vùng đồng bằng Nam Bộ có diễn biến mƣa khá giống nhau. Nếu lấy điều kiện mƣa quan trắc xuất hiện trên phần lớn số trạm (trên 50%) khu vực Tây Nguyên – Nam Bộ thì có thể xác định ngày bùng nổ gió mùa mùa hè Nam Bộ cho các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010 lần lƣợt là 15 tháng Năm, 21 tháng Tƣ, 11 tháng Năm, 12 tháng Năm, và 21 tháng Năm. Vào ngày bùng nổ gió mùa, mƣa xuất hiện đồng thời tại hầu hết các trạm, với lƣợng mƣa đo đạc trung bình đều đạt khoảng trên 5 mm/ngày. Các chu kì tăng giảm lƣợng mƣa tại các trạm cũng tƣơng đối giống nhau. Do đo có thể khẳng định, ngoài sự xuất hiện của mƣa tiền gió mùa tại khu vực cao nguyên Lâm Viên, mƣa mùa hè tại Tây Nguyên – Nam Bộ nhìn chung là tƣơng đối đồng nhất và giống nhau giữa các vùng, miền. Tuy nhiên, nếu lấy tiêu chí mƣa trên 5 mm/ngày kéo dài liên tục trong ít nhất một pentad sau bùng nổ phải quan trắc thấy trên phần lớn số trạm thì có thể nói là mƣa gió mùa (và do vậy là gió mùa mùa hè) khu vực Tây Nguyên – Nam Bộ là không điển hình, nhất là trong các năm 1998, 2004, và 2010.
Trong các biến mô phỏng/dự báo thì lƣợng mƣa, bao gồm phân bố và diễn biến mƣa, là khó mô phỏng và dự báo nhất. Cần nhấn mạnh là mô hình đƣợc chạy trƣớc thời điểm bùng nổ khoảng bẩy đến tám ngày để nghiên cứu sự phát triển trong thời gian đủ dài của các đặc trƣng nhiệt động lực học nhƣ sẽ nói đến trong các mục sau. Mặc dù vậy, nếu so sánh mƣa mô phỏng với mƣa quan trắc tại trạm có thể thấy là mô hình cho mƣa diện rộng về cơ bản phù hợp với mƣa quan trắc trong ngày bùng nổ gió mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên – Nam Bộ. Một số điểm chƣa phù hợp so với quan trắc của mƣa mô phỏng có thể thấy nhƣ sau:
- Vào ngày 15 tháng Năm 1998 mô hình cũng cho mưa trên tất cả các trạm
giống như mưa quan trắc, tuy nhiên lƣợng mƣa mô phỏng nhỏ hơn thực tế khá nhiều
(thời kỳ này xảy ra El Niño mạnh) và mô hình cho mưa mô phỏng khống trước ngày
bùng nổ tại các trạm Rạch Giá, Cà Mau, Cần Thơ, và Vũng Tàu (Hình 3.6, 3.7).
- Với năm 1999, mƣa quan trắc cho thấy ngày bùng nổ xảy ra vào ngày 21
tháng Tƣ, trong khi mưa mô hình cho mưa diện rộng xảy ra sớm hơn một ngày là 20
38
Tàu (đây là thời kỳ tƣơng ứng với hoạt động La Nina mạnh). Nhƣ vậy, nhìn chung
mƣa mô phỏng có thông tin tốt trong trƣờng hợp này (Hình 3.8, 3.9).
- Trong trƣờng hợp của năm 2001, mƣa quan trắc cho thấy ngày bùng nổ xảy ra
vào ngày 11 tháng Năm, trong khi mƣa mô hình cho mưa diện rộng xảy ra sớm hơn
một ngày là 10 tháng Năm. Một điều thú vị là lượng mưa mô phỏng cũng thiên cao khá nhiều tại hai trạm là Cần Thơ và Vũng Tàu (đây là thời kỳ tƣơng ứng với hoạt động La Nina đang suy yếu). So sánh mƣa mô phỏng đƣợc nội suy về trạm với số liệu quan trắc cho thấy trƣờng hợp này cho diễn biến mƣa phù hợp rất tốt so với thực tế (Hình 3.10, 3.11).
- Theo số liệu quan trắc tại trạm, ngày bùng nổ mƣa gió mùa mùa hè Nam Bộ
năm 2004 có thể đƣợc xác định là ngày 12 tháng Năm. Mô hình cũng cho mưa diện
rộng trên hầu hết các trạm trong ngày này, tuy nhiên mô hình cho mưa mô phỏng khống trước ngày bùng nổ tại các trạm Rạch Giá, Cà Mau, Cần Thơ, và Vũng Tàu
giống nhƣ trƣờng hợp năm 1998 (Hình 3.12, 3.13). Thú vị là bùng nổ gió mùa năm 2004 cũng xảy vào thời kỳ có dị thƣờng SST Nino 3.4 dƣơng nhƣ năm 1998, nhƣng yếu hơn tiêu chuẩn.
- Cả mưa quan trắc và mưa mô hình tại trạm đều xác định bùng nổ gió mùa xảy
ra vào ngày 21 tháng Năm 2010. Thời kỳ này ứng với hoạt động El Niño nhƣng đang
suy yếu. Qui luật mô hình cho mƣa mô phỏng khống trước ngày bùng nổ tại các trạm
Rạch Giá, Cà Mau, Cần Thơ, và Vũng Tàu giống nhƣ trƣờng hợp năm 1998 đƣợc lặp
lại, mặc dù lƣợng mƣa khống ít hơn (Hình 3.14, 3.15). Tóm lại, có thể rút ra nhận xét là:
- Mƣa mô phỏng có thể nắm bắt đƣợc đúng ngày bùng nổ mƣa mùa hè ở Nam Bộ trong các năm El Niño (hoặc El Niño đang suy yếu) nhƣng có khả năng cho mƣa khống trƣớc ngày bùng nổ gió mùa. Nhƣ vậy để kết luận chính xác hơn cần xem xét thêm các trƣờng khác nhƣ gió và nhiệt độ.
- Mô hình cho mƣa diện rộng sớm hơn một ngày trong các năm La Nina (hoặc La Nina đang yếu) nhƣng lƣợng mƣa mô phỏng cũng thiên cao tại hai trạm là Cần Thơ và Vũng Tàu.
39
- Nhìn chung, bùng nổ gió mùa xảy ra muộn hơn vào các năm El Niño và muộn hơn vào các năm La Nina.
3.3. Đặc trưng trường hoàn lưu mô phỏng
3.3.1. Đặc trưng của hoàn lưu mực thấp
Hình 3.16 tới Hình 3.20 lần lƣợt biểu diễn sự phát triển của hoàn lƣu mực thấp mô phỏng của các năm. Với độ phân giải cao hơn gấp năm lần so với trƣờng tái phân tích, mô hình đã giúp đƣa thêm vào tính toán những hiện tƣợng quy mô dƣới lƣới, đồng thời giúp ƣớc lƣợng chính xác hơn vai trò của địa hình và các dòng thông lƣợng bề mặt. Mặc dù mô hình luôn chứa sai số, tuy nhiên sau mƣời bốn ngày tích phân kết quả mô phỏng bởi mô hình vẫn giữ đƣợc những đặc trƣng cơ bản nhất của hoàn lƣu gió mùa quy mô lớn giống nhƣ ở trƣờng tái phân tích đƣợc biểu diễn trong Hình 2.3 và Hình 2.4.
Cũng giống nhƣ trƣờng tái phân tích, đặc trƣng hoàn lƣu mực thấp giai đoạn bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ là sự hình thành và phát triển nhanh chóng của đới gió tây nhiệt tới từ nam bán cầu lên bắc bán cầu. Những ngày trƣớc bùng nổ gió mùa, đới
gió này vẫn chỉ giới hạn ở phía dƣới 5o N, tuy nhiên không lâu sau đó cặp xoáy kép tại
Sri Lanka thƣờng xuất hiện và tăng cƣờng rất mạnh trƣờng gió tây này. Cùng lúc này tại bán đảo Đông Dƣơng, áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dƣơng yếu dần và “rút lui” rất nhanh sang phía đông. Sự “rút lui” này đƣợc nhận thấy khi hoàn lƣu xoáy nghịch thống trị ở Biển Đông và bán đảo Đông Dƣơng những ngày trƣớc đó suy yếu nhanh chóng và biến mất. Điều đó cho thấy đây chính là giai đoạn chuyển từ mùa đông sang mùa hè khi các hình thế quy mô hành tinh đang di chuyển dần từ phía nam lên bắc bán cầu. Mặt khác, sự di chuyển này đã tạo nên sự gián đoạn dải của áp cao cận nhiệt tại bán đảo Đông Dƣơng (giống nhƣ đã phân tích trong Hình 2.3), tạo điều kiện thuận lợi cho gió tây nhiệt tới phát triển tới khu vực này. Do đó, về mặt synốp, bùng nổ gió mùa mùa hè tại Nam Bộ có nguyên nhân chính gây bởi các nhiễu động nhiệt đới quy mô lớn kết hợp với sự thay đổi hoàn lƣu do quá trình chuyển mùa đang diễn ra ở khu vực này.
40
Hình 3.16. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998.
41
Hình 3.18. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001.
42
Hình 3.20. Hoàn lưu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010.
Sự khác nhau chính của đặc điểm hoàn lƣu giữa các năm ENSO nằm ở tốc độ gió tây. Trong các năm El Niño và non – ENSO, trƣờng gió tây nhiệt đới phát triển rất
mạnh, tốc độ gió thƣờng xuyên vƣợt trên 10 m.s-1 ở các khu vực nhƣ Ấn Độ Dƣơng và
phía nam vịnh Bengal. Dòng xiết của trƣờng gió tây này đƣợc nhận thấy rất rõ với một dòng liên tục từ nam bán cầu lên bắc bán cầu. Ngƣợc lại trong những năm La Nina, tốc độ gió tây mạnh chỉ đƣợc quan sát tại phía nam vịnh Bengal rồi suy yếu rất nhanh khi thổi về Việt Nam. Dòng vƣợt xích đạo trong những năm này là không thật sự rõ ràng. Do đó, mặc dù gió mùa mùa hè xuất hiện sớm hơn trong những năm La Nina