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.