Nghiên Cứu Biến Động Quy Mô Nội Mùa Các Yếu Tố Khí Tượng Hải Dương Khu Vực Bờ Tây Biển Đông

Luận án nghiên cứu biến động quy mô nội mùa các yếu tố khí tượng hải dương khu vực bờ tây biển Đông, cung cấp cái nhìn sâu sắc về khí hậu.

Trường đại học

Viện Khoa Học Khí Tượng Thủy Văn Và Biến Đổi Khí Hậu

Chuyên ngành

Khí Tượng Thủy Văn

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án
140
2
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BIẾN ĐỘNG QUY MÔ NỘI MÙA TRÊN BIỂN ĐÔNG

1.1. Khái niệm về dao động nội mùa

1.2. Các nghiên cứu trên thế giới

1.3. Các công trình nghiên cứu ở Việt Nam

1.4. Tổng quan các nghiên cứu về mối liên hệ giữa dao động nội mùa với ENSO

2. CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Số liệu nghiên cứu

2.2. Số liệu trạm hải văn

2.3. Số liệu tái phân tích theo ô lưới

2.4. Các chỉ số dao động khí hậu

2.5. Tương quan giữa số liệu tại trạm hải văn và số liệu tái phân tích

2.6. Phương pháp nghiên cứu

2.6.1. Phương pháp phân tách các thành phần dao động EEMD

2.6.2. Phương pháp phân tích Fast MEEMD

2.6.3. Kiểm nghiệm ý nghĩa thống kê của kết quả nghiên cứu

3. CHƯƠNG 3: BIẾN ĐỘNG NỘI MÙA CỦA NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN VÀ GIÓ BỀ MẶT PHÍA TÂY BIỂN ĐÔNG

3.1. Kết quả xây dựng các chỉ số biến động nội mùa của SST và ứng suất gió

3.2. Phân tách các thành phần dao động từ số liệu trạm

3.3. Biến động nội mùa dưới ảnh hưởng của MJO

3.4. Biến động nội mùa quy mô 30 – 60 ngày theo thời gian trong mùa đông

3.5. Cấu trúc không gian và tiến triển theo thời gian của biến động 30 – 60 ngày trong mùa đông

3.6. Mối quan hệ giữa SST và gió trong quy mô nội mùa 30 – 60 ngày trong mùa đông

3.7. Dao động nội mùa dưới ảnh hưởng của BSISO

3.8. Biến động nội mùa quy mô 30 – 60 ngày theo thời gian trong mùa hè

3.9. Cấu trúc không gian và tiến triển theo thời gian của dao động 30-60 ngày trong mùa hè

3.10. Mối quan hệ giữa SST và gió quy mô nội mùa 30 – 60 ngày trong mùa hè

3.11. Dao động nội mùa dưới ảnh hưởng của QBWO trong mùa đông

3.12. Biến động nội mùa quy mô 10 – 20 ngày theo thời gian trong mùa đông

3.13. Cấu trúc không gian và tiến triển theo thời gian của biến động nội mùa quy mô 10 – 20 ngày trong mùa đông

3.14. Mối quan hệ giữa SST và gió quy mô nội mùa 10 – 20 ngày trong mùa đông

3.15. Dao động nội mùa dưới ảnh hưởng của QBWO trong mùa hè

3.16. Biến động theo thời gian của dao động 10 - 20 ngày trong mùa hè

3.17. Cấu trúc không gian và tiến triển theo thời gian của dao động 10-20 ngày trong mùa hè

3.18. Mối quan hệ giữa SST và gió quy mô nội mùa 10 – 20 ngày trong mùa hè

3.19. Ảnh hưởng của ENSO đến dao động nội mùa bờ Tây Biển Đông

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến động khí tượng

Biến động khí tượng là một hiện tượng tự nhiên có ảnh hưởng lớn đến các yếu tố khí tượng, hải văn và thủy văn. Biến động quy mô nội mùa là một trong những dạng biến động quan trọng, với chu kỳ dao động từ 10 đến 90 ngày. Nó đóng vai trò cầu nối giữa các dao động quy mô thời tiết và mùa. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng biến động khí tượng có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi của các yếu tố khí tượng, đặc biệt là trong khu vực bờ Tây Biển Đông. Sự tương tác giữa các pha hoạt động của gió mùa và các dao động nội mùa từ vùng xích đạo Ấn Độ Dương và Tây Thái Bình Dương đã tạo ra những biến động đáng kể trong điều kiện khí quyển và đại dương. Điều này có thể dẫn đến sự hình thành các hoàn lưu xoáy thuận và nghịch, ảnh hưởng đến lượng mưa và các hiện tượng thời tiết cực đoan.

1.1. Khái niệm về dao động nội mùa

Dao động nội mùa là hiện tượng tự nhiên có chu kỳ dao động từ 10 đến 90 ngày, ảnh hưởng đến các yếu tố khí tượng và hải văn. Biến động nội mùa có hai quy mô chính: quy mô 30-60 ngày và quy mô 10-20 ngày. Quy mô 30-60 ngày, được gọi là Madden-Julian Oscillation (MJO), có nguồn gốc từ vùng xích đạo Ấn Độ Dương và di chuyển về phía Đông sang khu vực Tây Thái Bình Dương. Quy mô 10-20 ngày, hay Quasi Biweekly Oscillation (QBWO), có xu hướng di chuyển vào Biển Đông. Sự tương tác giữa các dao động này và gió mùa tạo ra những biến động khí tượng đáng kể trong khu vực.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp phân tích số liệu để đánh giá biến động quy mô nội mùa của các yếu tố khí tượng tại khu vực bờ Tây Biển Đông. Số liệu được thu thập từ các trạm hải văn và các chỉ số dao động khí hậu. Phương pháp phân tách các thành phần dao động như Empirical Mode Decomposition (EMD)Fast MEEMD được áp dụng để phân tích các thành phần dao động. Kiểm nghiệm ý nghĩa thống kê của kết quả nghiên cứu cũng được thực hiện để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của các kết quả. Các chỉ số dao động khí hậu như MJO, BSISO, và QBWO được sử dụng để đánh giá mối quan hệ giữa các yếu tố khí tượng và biến động nội mùa.

2.1. Số liệu nghiên cứu

Số liệu nghiên cứu bao gồm các dữ liệu từ các trạm hải văn và số liệu tái phân tích theo ô lưới. Các chỉ số dao động khí hậu được sử dụng để phân tích mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt biển (SST)ứng suất gió (WSTR). Sự tương quan giữa số liệu tại trạm hải văn và số liệu tái phân tích được kiểm tra để đảm bảo tính chính xác của các kết quả. Phương pháp phân tách các thành phần dao động giúp xác định rõ ràng các yếu tố ảnh hưởng đến biến động khí tượng trong khu vực.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy biến động nội mùa của nhiệt độ bề mặt biểngió bề mặt tại khu vực bờ Tây Biển Đông có sự thay đổi rõ rệt theo thời gian. Các chỉ số biến động nội mùa của SST và ứng suất gió đã được xây dựng và phân tích. Biến động nội mùa dưới ảnh hưởng của MJOBSISO được xác định có mối quan hệ chặt chẽ với các yếu tố khí tượng khác. Cấu trúc không gian và tiến triển theo thời gian của biến động 30-60 ngày trong mùa đông và mùa hè cũng được phân tích, cho thấy sự tương tác giữa SST và gió trong quy mô nội mùa. Những kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc dự báo các hiện tượng thời tiết cực đoan và quản lý tài nguyên nước.

3.1. Ảnh hưởng của ENSO đến dao động nội mùa

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng El Niño Southern Oscillation (ENSO) có ảnh hưởng đáng kể đến biến động nội mùa tại khu vực bờ Tây Biển Đông. Các giai đoạn El Niño và La Niña có thể làm thay đổi cấu trúc khí quyển và đại dương, dẫn đến sự thay đổi trong các yếu tố khí tượng như lượng mưa và nhiệt độ. Sự tương tác giữa ENSO và các dao động nội mùa như MJO và BSISO tạo ra những biến động khí tượng phức tạp, ảnh hưởng đến điều kiện thời tiết và khí hậu trong khu vực.

25/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ BIẾN ĐỘNG QUY MÔ NỘI MÙA TRÊN BIỂN ĐÔNG 1. Khái niệm về dao động nội mùa Dao động nội mùa là các dao động có quy mô từ 10 ngày đến 3 tháng. Dao động này lớn hơn dao động quy mô thời tiết và nhỏ hơn dao động mùa nên là cầu nối giữa dao động mùa với các hiện tượng thời tiết. Trong khi dao động mùa ảnh hưởng đến trạng thái nền của thời tiết theo các mùa trên quy mô lớn thì dao động nội mùa tác động trực tiếp đến thời tiết ở khu vực hạn chế nằm trong phạm vi ảnh hưởng của nó.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, trong khoảng chu kỳ từ 10-90 ngày của dao động nội mùa thì 2 khoảng chu kỳ dao động 10-20 ngày và 30-60 ngày chiếm ưu thế nổi trội [46]. Một số nghiên cứu ban đầu cho thấy sự tồn tại của dao động 10-20 ngày trong một số thông số của gió mùa (Murakami, 1976; Krishnamurti và Bhalme, 1976) [58, 40]. Các nghiên cứu sau này chỉ ra rằng dao động 10-20 ngày là một dao động lan truyền sang phía tây liên quan chặt chẽ với các pha hoạt động và gián đoạn của gió mùa (Krishnamurti và Ardunay, 1980; Chen và Chen, 1993; Goswami và Ajaya Mohan, 2000; Chatterjee và Goswami, 2004) [39, 10, 25, 8]. Ngoài dao động chu kỳ 10-20 ngày, dao động chu kỳ 30-60 ngày cũng được thấy trong hoàn lưu gió mùa, mây và lượng mưa.

Trong khi đó cấu trúc toàn cầu của dao động 30-60 ngày đã được tìm hiểu trong một số nghiên cứu (Krishnamurti và nnk, 1985, Knutson và nnk, 1986, Murakami và nnk, 1986, Knutson và Weickmann, 1987, Nakazawa, 1986) [41, 37, 59, 37, 62]. Cả hai dao động nội mùa này đều tồn tại trong cả hai hệ thống gió mùa Nam Á và Đông Á. Trong nghiên cứu này, biến động nội mùa của các yếu tố khí tượng, hải văn khu vực Tây Biển Đông là đối tượng được nghiên cứu. Vì vậy cần phân biệt hai khái niệm dao động nội mùa và biến động nội mùa.

Dao động nội mùa như đã nêu ở trên là các dao động quy mô lớn toàn cầu chu kỳ nội mùa, có tính chất “bập bênh”- nghĩa là có sự trái ngược về trạng thái của khí 8 quyển, đại dương giữa pha khởi đầu và pha kết thúc của dao động, thuật ngữ trong tiếng Anh là Intraseasonal Oscillation. Trong khi đó biến động nội mùa là sự biến động quy mô nội mùa của các yếu tố trên một khu vực địa phương, có thể chịu ảnh hưởng mạnh hoặc yếu bởi các dao động nội mùa quy mô lớn, thuật ngữ trong tiếng Anh là Intraseasonal Variability. Các nghiên cứu trên thế giới 1. Các công trình nghiên cứu về dao động nội mùa 30-60 ngày MJO đã được ghi nhận là dao động nội mùa chiếm ưu thế ở khu vực nhiệt đới.

Dao động nội mùa này được phát hiện vào đầu những năm 1970 qua các nghiên cứu của Madden-Julian (1971, 1972) [51, 52]. Các nghiên cứu này sử dụng số liệu gió vĩ hướng, áp suất và nhiệt độ không khí để khám phá ra dao động mà ban đầu các tác giả gọi là “dao động 40-50 ngày”. Sau đó các tác giả khác gọi là “dao động 30-60 ngày” hoặc “dao động nội mùa”. Hiện nay dao động này thường được gọi là dao động Madden-Julian, viết tắt là MJO.

MJO được đặc trưng bởi một vùng đối lưu và lượng mưa được tăng cường hoặc suy giảm bắt nguồn từ vùng nhiệt đới Ấn Độ Dương và lan truyền sang phía đông với tốc độ khoảng 5-6 m/s dọc theo vùng nước ấm Tây Thái Bình Dương (Madden và Julian, 1971; Madden and Julian, 1972; Madden and Julian, 1994, Zhang, 2013; Adames và Wallace, năm 2014) [51, 52, 53, 13, 21]. MJO là một thành phần tự nhiên của hệ thống tương tác khí quyển - đại dương với một chu kỳ nội mùa khoảng 30-60 ngày. Một sơ đồ về cấu trúc và hoạt động của dao động này được minh hoạ trong hình 1.1 cho thấy sự thay đổi của đối lưu, lượng mưa, gió và SST khi vùng đối lưu quy mô lớn lan truyền sang phía đông từ Ấn Độ dương sang Tây Thái Bình Dương. Ở tầng đối lưu mực thấp (mực 850 mb) tồn tại dị thường gió tây mạnh ở phần phía tây và trung tâm của đối lưu trong khi dị thường gió đông được thấy ở phía đông của đối lưu.

Ở mực trên của tầng đối lưu (mực 200 mb) gió vĩ hướng có hướng ngược lại so với mực 850 mb. Vì vậy ở mực này dị thường gió đông ở phía tây và trung tâm đối lưu còn dị thường gió tây ở phần phía đông của đối lưu (hình 1. Mặt cắt ngang thẳng đứng tại xích đạo của MJO khi lan truyền từ Ấn Độ Dương sang tây Thái Bình Dương.Nguồn: http://www. Gov/products/precip/CWlink/MJO) MJO thể hiện một cấu trúc đối ngược về sự phân kỳ và hội tụ giữa tầng đối lưu trên và tầng đối lưu dưới (Salby và Hendon, 1994; Zhang, 2005; Adames và Wallace, 2014; Li, 2014) [26, 12, 21, 71].

Một phần không thể thiếu của tín hiệu MJO trên miền bồn ấm mà đối lưu hoạt động là các xoáy thuận và nghịch ở rìa vùng xích đạo (Rui và Wang, 1990; Zhang, 2005) [12] được minh hoạ ở hình 1. Ở phía tây của đối lưu MJO có hai hoàn lưu quy mô lớn ở rìa xích đạo, với xoáy nghịch ở tầng trên và xoáy thuận ở tầng dưới. Đây là đặc trưng của sóng Rossby quy mô hành tinh. Ở phần phía đông của trung tâm 10 đối lưu, gió đông ở mực thấp và gió tây ở mực trên là đặc trưng của sóng Kelvin xích đạo.

Các đánh giá toàn diện về MJO có thể tìm thấy trong các công trình của Madden và Julian (1994), Zhang (2005), Lau và Waliser (2012) [53, 12, 46]. Mặc dù MJO đã được nghiên cứu chuyên sâu nhưng vẫn còn những khó khăn trong sự hiểu biết về đối lưu nhiệt đới và sự tương tác của chúng với môi trường quy mô lớn (Zhang và cs, 2013) [13]. Trong bài viết của mình các nhà nghiên cứu mô tả một số hoạt động hợp tác quốc tế bao gồm các hội thảo, nhiều dự án và tiểu dự án với mục đích cải thiện mô phỏng, dự báo và chuẩn đoán số MJO. Sơ đồ mô tả cấu trúc gió quy mô lớn của MJO.

Biểu tượng mây biểu thị trung tâm đối lưu. (Các mũi tên thể hiện gió dị thường ở mực 850mb-200mb và chuyển động thăng giáng ở mực 500 mb. Các ký tự “A” và “C” đánh dấu trung tâm hoàn lưu xoáy nghịch và xoáy thuận. Các đường nét đứt biểu thị các sống và rãnh của khí áp).

Nguồn: Rui và Wang (1990) [28] MJO hoạt động mạnh nhất trong mùa đông và mùa xuân ở bắc bán cầu khi nó xuất hiện như là một hệ thống quy mô lớn gồm đối lưu, gió vĩ hướng, lượng mưa lan 11 truyền sang phía đông (Hendon và Salby, 1994) [26]. Trong thời gian mùa hè ở bắc bán cầu, trong khi hoạt động của MJO thường yếu hơn và các đặc trưng phức tạp hơn thì sự dịch chuyển lên phía bắc của hệ thống dao động nội mùa gió mùa lại rõ ràng (Madden và Julian, 1994) [53]. Với việc khảo sát số liệu OLR (bức xạ sóng dài) trong khoảng 1975-1985, Wang và Rui (1990) đã kết luận rằng gần một nửa các sự kiện lan truyền lên phía bắc trong mùa hè ở bắc bán cầu không liên quan đến đối lưu xích đạo lan truyền sang phía đông (các MJO). Dựa trên nghiên cứu của Wang và Rui (1990), John và cs (2004) sử dụng 24 năm số liệu đối lưu để theo dõi khách quan hơn đối với các dị thường đối lưu.

Các tác giả đã đưa ra một số kết luận tương tự như của Wang và Rui (1990) cho các dao động nội mùa mùa hè. Với cỡ mẫu lớn hơn so với của Wang và Rui (1990) các tác giả cũng có thể nghiên cứu biến động nhiều năm của các dao động nội mùa mùa hè. Sử dụng chỉ số dao động nội mùa dựa trên hai thành phần chính đầu tiên của phân tích thực nghiệm trực giao đối với số liệu OLR đã được lọc trong khoảng 25-80 ngày trong khoảng thời gian 1975 – 1999 (ngoại trừ năm 1978), Lawrence và Webster (2001) [16] kết luận rằng khoảng 78% đối lưu di chuyển lên phía bắc có liên quan đến đối lưu di chuyển sang phía đông ở xích đạo, mặc dù các tác giả cũng tìm thấy một vài sự kiện nội mùa độc lập dịch chuyển lên phía bắc. Sự khác biệt giữa nghiên cứu của họ với nghiên cứu của Wang và Rui là do một phần các sự kiện nội mùa độc lập đi lên phía bắc chỉ chiếm một phần nhỏ khoảng 20% tổng số phương sai của dao động nội mùa được biểu diễn bởi chỉ số dao động nội mùa của Lawrence và Webster (2001) [16], một phần khác là do Lawrence và Webster (2001) [16] sử dụng một tiêu chí khác để xác định các sự kiện nội mùa độc lập đi lên phía bắc.

Trong khi đó mặc dù có một phần các sự kiện nội mùa mùa hè ở bắc bán cầu liên quan đến sự dịch chuyển sang phía đông của dao động nội mùa thì có đến 50% trong số đó là các sự kiện nội mùa đi lên phía bắc độc lập. Các sự kiện dao động nội mùa trong mùa hè khác với trong mùa đông ở các đặc trưng lan truyền lên phía bắc, quy mô hướng kinh tuyến lớn hơn và dịch chuyển sang phía đông yếu hơn (Jones và cs. Pai và cs (2009) [17] kiểm tra sự liên kết giữa các pha khác nhau của MJO được xác định bởi chỉ số MJO (RMM1 và RMM2) của Wheeler và Hendon 12 (2004) [60] với các pha hoạt động và gián đoạn của gió mùa trên khu vực Ấn Độ. Mặc dù không có tín hiệu mạnh xuất hiện nhưng họ vẫn thấy rằng sự bùng nổ cũng như trong các pha gián đoạn của gió mùa dường như diễn ra cùng với các pha MJO 7, 8, 1 và 2.

Họ cũng nhận thấy rằng khả năng bùng nổ các pha hoạt động của gió mùa tương đối cao hơn trong các pha 3, 6 của MJO. Một mối liên kết mới giữa một MJO lan truyền sang phía đông và dao động nội mùa mùa hè lan truyền lên phía bắc đã được phát hiện qua công trình của (Joseph và cs 2009) [68], tuy nhiên có sự biến động nhiều năm đáng kể của năng lượng MJO (giữa chu kỳ 30-60 ngày và số sóng hướng đông giữa 1 và 3) trong mùa hè bắc bán cầu. Mặc dù năng lượng của MJO mạnh vào mùa đông và yếu trong mùa hè, nhưng trong mùa hè các năm hạn hán gió mùa Ấn Độ vẫn thấy được năng lượng mạnh như trong mùa đông.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài luận án "Nghiên Cứu Biến Động Quy Mô Nội Mùa Các Yếu Tố Khí Tượng Hải Dương Khu Vực Bờ Tây Biển Đông" của tác giả Lê Quốc Huy, dưới sự hướng dẫn của GS. Trần Thục và GS. Đinh Văn Ưu, tập trung vào việc phân tích sự biến động của các yếu tố khí tượng hải dương trong khu vực bờ Tây Biển Đông. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các yếu tố khí tượng mà còn giúp hiểu rõ hơn về tác động của chúng đến môi trường và kinh tế khu vực. Độc giả sẽ tìm thấy nhiều thông tin hữu ích về khí tượng thủy văn và biến đổi khí hậu, từ đó có thể áp dụng vào các nghiên cứu và thực tiễn liên quan.

Để mở rộng thêm kiến thức, bạn có thể tham khảo các tài liệu liên quan như Luận Án Tiến Sĩ: Đánh Giá Rủi Ro Xâm Nhập Mặn Khu Vực Ven Biển Thái Bình - Nam Định, nơi nghiên cứu về rủi ro xâm nhập mặn, một vấn đề quan trọng trong khí tượng thủy văn. Bên cạnh đó, Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phương trình toán ứng dụng trong mô hình biến đổi khí hậu cũng sẽ cung cấp thêm thông tin về các phương trình liên quan đến biến đổi khí hậu, giúp bạn có cái nhìn tổng quát hơn về các yếu tố khí tượng. Cuối cùng, Luận án tiến sĩ về luật số lớn trong mảng nhiều chiều và mảng tam giác của biến ngẫu nhiên đa trị sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các quy luật thống kê trong khí tượng và hải dương học. Những tài liệu này sẽ là nguồn tài nguyên quý giá cho những ai quan tâm đến lĩnh vực khí tượng và biến đổi khí hậu.