Chương 1. Tổng quan về Gió mùa. Chương này trình bày khái niệm và định nghĩa về gió mùa, một số công trình nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước. Cơ sở số liệu và phương pháp nghiên cứu.
Chương này trình bày các loại số liệu sử dụng trong nghiên cứu của luận văn và các phương pháp nghiên cứu được sử dụng. Từ chuỗi số liệu 10 năm (1999 - 2009), phân tích đặc trưng của các hệ thống chủ yếu trong mùa đông của khu vực nghiên cứu; sử dụng các phương pháp tính hệ số tương quan giữa các trung tâm tác động với nhau, giữa các trung 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tâm tác động với số đợt xâm nhập lạnh trong từng tháng một và trong cả thời kỳ mùa đông; tính hệ số độ lệch tiêu chuẩn. Một số đặc điểm hoạt động của gió mùa mùa đông thời kỳ 1999 – 2009: Những đặc điểm của các trung tâm tác động đến gió mùa mùa đông, biến trình của các trung tâm trong thời kỳ 10 mùa đông (1999- 2009). Từ các hệ số tương quan, hệ số độ lệch tiêu chuẩn đánh giá mối quan hệ giữa các trung tâm tác động, quan hệ của các trung tâm tác động với số đợt xâm nhập lạnh, độ biến thiên về cường độ của các trung tâm đó theo thời gian.
9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIÓ MÙA 1.1 Khái niệm và định nghĩa về gió mùa Thuật ngữ gió mùa (Monsoon) có nguồn gốc từ vùng Ả Rập với từ địa phương là Mausim. Có rất nhiều định nghĩa về gió mùa của các học giả khác nhau (Hann-1908, Shick-1953, Khromov-1957, Kaoetal-1962). Trong đó, định nghĩa về gió mùa cũng như vùng gió mùa được xác định trên bản đồ khí hậu thế giới của Khromov (1957) cho đến nay vẫn đang được thừa nhận và là cơ sở chủ yếu để nghiên cứu gió mùa.
Theo Khromov: “gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu chung khí quyển trên một phạm vi rộng lớn của bề mặt trái đất, trong đó ở mọi nơi trong khu vực gió mùa , gió thịnh hành chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông”. Khromov còn đưa ra khái niệm góc gió mùa, đó là góc giữa hướng gió thịnh hành giữa mùa đông và mùa hè lớn hơn hoặc bằng 1200. Klein và Ramage (1971) cũng thống nhất với định nghĩa này và cụ thể hóa các tiêu chuẩn xác định khu vực gió mùa, đó là khu vực thỏa mãn bốn điều kiện sau: - Hướng gió thịnh hành trong tháng 1 và 7 phải lệch nhau một góc lớn hơn hoặc bằng 1200. - Tần suất trung bình của hướng gió thịnh hành trong tháng 1 và 7 phải lớn hơn hoặc bằng 40%.
- Tốc độ gió tổng hợp trung bình của ít nhất một trong tháng 1 và 7 phải lớn hơn 3 m/s; - Sự luân phiên của hoàn lưu xoáy thuận với xoáy nghịch xảy ra trong hai tháng bất kỳ của hai năm liên tiếp, trên một vùng có kích thước 5 kinh/vĩ độ phải nhỏ hơn một lần. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Theo định nghĩa này, vùng gió mùa được xác định như trong hình sau: 45 45 30 30 15 15 0 0 15 15 30 30 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 180 Hình 1.1 Vùng có gió mùa theo Ramage-1971. Trong hình vẽ, chỉ có các nơi ở trong hình chữ nhật là thoả mãn tất cả các tiêu chí của định nghĩa trên. Tiêu chí 4 là một tiêu chí rất quan trọng trong định nghĩa của Ramage, bởi vì xét sự thay đổi gió theo mùa phải loại bỏ chuyển động qui mô nhỏ.
Như vậy, vùng có gió mùa chủ yếu trên trái đất theo định nghĩa của Ramage được giới hạn trong phạm vi từ 250S - 350N và từ 300W-1700E, chiếm hầu hết vùng nhiệt đới của bán cầu Đông [1, 5].2 Những nhân tố hình thành gió mùa Có ba nhân tố cơ bản hình thành và duy trì gió mùa, đó là: sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương, các quá trình ẩm trong khí quyển và sự quay của trái đất.1 Sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương Do sự thay đổi độ cao biểu kiến của mặt trời, đồng thời do chế độ nhiệt khác nhau giữa lục địa và đại dương nên có sự biến đổi của khí áp theo mùa khá lớn: lục địa mùa đông lạnh đi, áp cao lạnh hình thành; mùa hè lục địa bị hun nóng, áp thấp nóng hình thành. Còn trên biển, nhiệt độ bề mặt ít biến đổi theo mùa. Kết quả này làm cho gradient khí áp đổi hướng theo mùa (mùa đông gradient hướng ra biển, mùa hè hướng vào đất liền) và dẫn đến có sự đổi hướng gió thịnh hành theo mùa. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Các quá trình ẩm trong khí quyển Khi không khí nóng và ẩm hơn do hơi nước được bốc lên từ bề mặt nóng hơn.
Hơi nước vào trong khí quyển, khi thăng lên sẽ ngưng kết và giải phóng tiềm nhiệt làm cho không khí nóng thêm, tiếp tục thăng lên cao hơn. Điều đó làm cho sự khác nhau của khí áp giữa biển và lục địa được nâng lên cao hơn, khiến cho phạm vi hoạt động của hoàn lưu gió mùa được mở rộng hơn cả về bề rộng lẫn bề dày. Đồng thời cường độ gió mùa cũng được tăng lên. Hoàn lưu gió mùa còn chịu ảnh hưởng của năng lượng bức xạ mặt trời được lưu giữ trong nước.
Phần lớn năng lượng này cung cấp cho quá trình bốc hơi và được giải phóng khi có sự ngưng kết. Tiềm nhiệt được giải phóng ra làm cho không khí đi lên nóng hơn và chuyển động đối lưu được tăng cường, độ cao đối lưu được nâng lên, cường độ và phạm vi của hoàn lưu gió mùa cũng mạnh hơn và mở rộng hơn. Thực tế cho thấy, sự giải phóng tiềm nhiệt của không khí nóng ẩm trên lục địa bị đốt nóng mạnh đến mức mà nhiệt độ không khí trên vùng cận nhiệt đới bán cầu Bắc (khu vực gió mùa) lớn hơn nhiều so với nhiệt độ không khí trên vùng xích đạo.3 Sự quay của trái đất Sự quay của trái đất đã tạo nên lực Coriolis nên các dòng khí trong gió mùa có quỹ đạo cong. Vì vậy, không khí từ khu vực áp cao có xu thế xoáy theo hình trôn ốc vào khu vực áp thấp.
Sự khác biệt về hướng của lực Coriolis giữa hai bán cầu đã làm cho gió đổi hướng khi vượt qua xích đạo.3 Tình hình nghiên cứu gió mùa 1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Do tác động mạnh mẽ của gió mùa đến thời tiết, khí hậu nên những nghiên cứu về gió mùa luôn được quan tâm. Nhờ sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ nhiều chương trình thực nghiệm gió mùa được thực hiện, các kết quả thực nghiệm cũng ngày càng đa dạng đã bổ sung nhiều thông tin quan trọng về hoạt động của gió mùa. Nếu như trước đây, nguyên nhân hình thành gió mùa chỉ được tập trung vào "động cơ nhiệt" là sự tương phản theo mùa về nhiệt giữa đại dương và khí 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com quyển thì ngày nay người ta đã đưa thêm vào tác động của các quá trình ẩm trong khí quyển, sự quay của trái đất như đã nói trên. Trong cuốn sách viết về gió mùa Châu Á của Bin Wang (2006) đã đưa ra nguyên nhân gây ra gió mùa Châu Á mạnh mẽ là do sự tương phản nhiệt đất – biển giữa vùng đất rộng lớn (vùng lục địa Âu Á) với vùng biển từ Indonesia đến Thái Bình Dương.
Với sự thay đổi theo mùa của bức xạ mặt trời và sự quay của trái đất, khí hậu gió mùa với tùy từng mùa của nó mà có sự đảo ngược cả về hướng gió thịnh hành và kết hợp cả mưa, mô tả bởi “sự ẩm ướt” vào mùa hè và “sự khô ráo” vào mùa đông. Cuốn sách này đã tóm tắt về những tiến bộ gần đây và cũng nêu ra những thiếu hụt trong những hiểu biết của chúng ta về sự cải tiến, mở rộng hiểu biết về mặt vật lý liên quan đến khí hậu và thời tiết gió mùa. Đặc biệt đưa ra được sự tiến bộ nhiều trong dự báo gió mùa, đưa ra một vài khả năng đối với biến đổi trong tương lai và ảnh hưởng của gió mùa đến nền kinh tế [14]. Để thấy được vai trò quan trọng của áp cao Siberi trong suốt mùa đông ở Châu Âu và Châu Á, D.Ho (2001) đã có bài báo nghiên cứu về áp cao Siberi và những biến đổi khí hậu trên vùng vĩ độ trung bình đến cao ở khu vực Châu Á.
Tác giả đưa ra sự biến thiên và mối quan hệ của áp cao này với trường nhiệt độ và lượng mưa trong thời kỳ từ năm 1922 đến năm 2000. Tác giả cho thấy khuynh hướng hoạt động của áp cao Siberi trong mùa đông. Tác giả đưa ra trung bình khí hậu của khí áp mực biển trong mùa đông trên khu vực Châu Á. Điểm đặc trưng dễ thấy nhất đó là hoàn lưu bề mặt bị chi phối bởi hoạt động của một trung tâm khá lớn đó là áp cao Siberi.
Hệ thống hoàn lưu xoáy nghịch mạnh này, với trung tâm áp cao bao phủ, khống chế toàn bộ vùng lục địa Châu Á. Cường độ tại trung tâm áp cao Siberi được định nghĩa như một vùng có giá trị khí áp mực biển trung bình được lấy trung bình trên vùng (40 - 600N; 70 – 1200E) xác định độ mạnh của áp cao này [15]. Một chỉ số mới về gió mùa mùa đông được Jong Ghap Jhun và Eun Jeong Lee (2003) đưa ra trên cở sở phân tích độ đứt gió theo phương kinh tuyến mực 300mb kết hợp với dòng xiết đã được sử dụng để miêu tả sự biến đổi của gió mùa 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mùa đông ở vùng vĩ độ trung bình của khu vực Đông Á. Chỉ số này tiêu biểu cho nhiệt độ trung bình mùa đông tại khu vực Hàn Quốc, Nhật bản và miền đông Trung quốc.
Bộ số liệu tái phân tích từ năm 1958 đến năm 2001 của Trung tâm dự báo môi trường quốc gia – Trung tâm nghiên cứu khí quyển quốc gia của Hoa Kỳ được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc tổ hợp của gió mùa mùa đông trong trường hợp mạnh và yếu dựa trên cơ sở chỉ số này.