Chương 1 BÃO VÀ DỰ BÁO BÃO BẰNG MÔ HÌNH SỐ 1.1 Tổng quan về Bão 1.1 Khái niện và định nghĩa về bão. Theo Atkinson (1971): “Bão là xoáy thuận quy mô synốp không có front, phát triển trên biển nhiệt đới hay cận nhiệt đới ở mực bất kỳ và có hoàn lưu xác định”. Hay theo Holland (1993), một cơn bão nhiệt đới là một vùng thời tiết có khí áp thấp nhất trên vùng biển nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới, đối lưu trong bão nhiệt đới có tổ chức và hoàn lưu đóng [6]. Tổ chức bão gồm một vùng gió xoáy, có đường kính hàng trăm đến hàng nghìn kilômét, hình thành trên vùng biển ấm và dồi dào năng lượng hơi ẩm đối lưu đi lên, gió thổi xoáy vào trung tâm theo hướng ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu và theo chiều thuận chiều kim đồng hồ ở Nam bán cầu, khí áp trong bão thấp hơn nhiều so với xung quanh và thường dưới 1000mb.
Trong bão có sự chuyển động xoáy vào là đối lưu phát triển mạnh, tốc độ gió trong bão tăng với trường mây phát triển rất mạnh và rộng lớn, gây ra mưa to, gió giật mạnh trên diện rộng và thường kèm theo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm khác như tố, lốc và vòi rồng. Phần lớn các tổ chức dự báo thời tiết sử dụng định nghĩa cho sức gió kéo dài do Tổ chức khí tượng thế giới (WMO) khuyến cáo, trong đó quy định rõ các sức gió đo được tại độ cao 10 m (33 ft) trong 10 phút và sau đó lấy số liệu trung bình để xác định sức gió bão. Ngược lại, Cục dự báo thời tiết quốc gia Hoa Kỳ định nghĩa sức gió kéo dài như là tốc độ gió trung bình trong thời gian 1 phút tại độ cao 10 m (33 ft). Chính vì vậy sự phân loại bão và cấp bão có một số chênh lệch giữa các trung tâm dự báo bão trên thế giới.
Riêng ở Việt Nam sử dụng sức gió kéo dài trong 10 phút tại độ cao 10 mét để phân loại cường độ bão. Phân loại bão ở Việt Nam bao gồm: - Áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) được lấy theo loại TD (tropical depsion) khi vận tốc gió cực đại nhỏ hơn 17 m/s hay gió cấp 7 theo Beaufort. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Bão thường được lấy theo các loại TC (tropical cyclone) và TS (tropical storm) khi vận tốc gió nằm trong khoảng từ 17 đến 25 m/s hay từ cấp 8 đến cấp 9 theo Beaufort. - Bão mạnh khi vận tốc gió nằm trong khoảng từ 25 đến 33 m/s hay từ cấp 10 đến cấp 11 theo Beaufort.
- Bão rất mạnh được lấy theo các loại TY (typhoon) và ST (supper storm) khi vận tốc gió từ 33 m/s hay từ cấp gió 12 trở lên theo Beaufort.3 Hoạt động bão trên Biển Đông. Hoạt động bão trên Biển Đông hàng năm trong những thập niên qua có nhiều biến động về số cơn bão, quỹ đạo cũng như cường độ của chúng. Trong giới hạn kinh tuyến 1200E về phía Tây và vĩ tuyến 250N về phía Nam, hàng năm trên khu vực Biển Đông có khoảng 10 – 12 cơn bão hoạt động và ảnh hưởng đến đất liền Việt Nam trung bình 5 – 7 cơn. Trong đó có khoảng 50 % cơn bão hoạt động trên Biển Đông từ vùng biển tây bắc Thái Bình Dương vượt qua quần đảo Philippin đi vào, số còn lại hình thành ngay trên khu vực Biển Đông [6].
Bão hoạt động trên Biển Đông thuộc hệ thống bão khu vực tây bắc Thái Bình Dương, là ổ bão lớn nhất thế giới chiếm 33.3% tống số bão hàng năm trên trái đất. Các nghiên cứu trên thế giới về hoạt động bão Biển Đông thường là một phần nghiên cứu hoạt động bão trên khu vực tây bắc Thái Bình Dương. Ở khu vực tây bắc Thái Bình Dương, Xu và cộng sự (2004) cũng nghiên cứu sự biến đổi hoạt động của bão gắn liền với vấn đề nóng lên toàn cầu. Biến đổi nhiều năm của bão trong hai thập kỷ qua chủ yếu liên quan đến hiện tượng ENSO hoặc dao động tựa hai năm tầng bình lưu, biến đổi đa thập kỷ của hoạt động bão trên khu vực tây bắc Thái Bình Dương biểu hiện như là số lượng bão hoạt động, nguồn gốc hình thành và quỹ đạo bão [27].
Ngoài ra còn một số nghiên cứu về hoạt động bão trên khu vực tây bắc Thái Bình Dương và Biển Đông ảnh hưởng bởi ENSO và sự ấm lên toàn cầu [25] [26], tuy nhiên các nghiên cứu này chủ yếu thống kê số lượng bão hàng năm, vị trí hình thành và cường độ của bão. Shumin Chen và cộng sự (2013) đã chỉ ra sự thay đổi của dòng ẩn nhiệt đối với sự hình thành và phát triển của bão trên Biển Đông. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ đó chỉ ra rằng thông lượng ẩn nhiệt khác nhau trong các quá trình phát triển của bão tùy thuộc vào quỹ đạo của bão và dòng ẩn nhiệt tăng khi bão đang quá trình phát triển. Tuy nhiên, dòng ẩn nhiệt giảm khi bão đi vào vùng biển hẹp như đảo Hải Nam hay bán đảo Đông Dương mặc dù bão đang trong quá trình mạnh lên hay giảm dòng thông lượng nhiệt ẩn F khi có sự ma sát với lục địa mặc dù gió ở tầng đối lưu đang gia tăng [33].
Andy Zung-Ching Goh and Johnny C. Chan (2009), nghiên cứu về những dao động thập kỷ và hàng năm của hoạt động bão Biển Đông. Nghiên cứu đã xác định các yếu tố ảnh hưởng đến bão hàng năm ở Biển Đông sử dụng dữ liệu bão 1965 – 2005, trong đó ENSO tác động mạnh mẽ đến số lượng và cường độ bão trên tây bắc Thái Bình Dương và Biển Đông. Năm El Nino hoạt động của bão ít hơn trung bình nhiều năm, những năm La Nina thì ngược lại.
Trong nghiên cứu nhận định bão hình thành ngay trên khu vực Biển Đông có sự khác biệt giữa các mùa ENSO là không rõ ràng [21]. Ở Việt Nam, tác giả Nguyễn Văn Tuyên (2007) [19] đã nghiên cứu “Xu hướng hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới trên Tây Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông theo các cách phân loại khác nhau”. Sự phân bố của bão được nghiên cứu trong đó bão được phân loại theo vùng ảnh hưởng và theo cường độ rồi phân tích xu hướng hoạt động. Kết quả phân tích cho thấy, trong thời kỳ 1951 - 2006, hoạt động của bão trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương có xu hướng giảm về số lượng, nhưng bão mạnh có xu hướng tăng lên.
Trên khu vực Biển Đông, những cơn bão từ khu vực tây bắc Thái Bình Dường vào Biển Đông nhưng không ảnh hưởng đến Việt Nam có xu hướng tăng về số lượng. Tác giả Vũ Thanh Hằng, 2010, [5] “Đặc điểm hoạt động của bão ở vùng gần bờ biển Việt Nam giai đoạn 1945 – 2007”. Ngoài nghiên cứu về tần suất và cường độ bão gần bờ, tác giả xem xét yếu tố ENSO ảnh hưởng đến hoạt động bão gần bờ. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng số lượng bão những năm La Nina thường nhiều hơn những năm El Nino và số lượng bão ở các vùng biển Việt Nam có xu hướng tăng, vùng tăng mạnh nhất là khu vực Trung Bộ.
Thời gian bắt đầu mùa bão ở các vùng biển gần bờ Việt Nam có xu hướng chậm dần và ngắn lại từ bắc vào nam. Ngoài ra các nghiên cứu khác về bão Biển Đông [2, 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 18] cũng chỉ ra quy luật bão các tháng trong năm và chú trọng hoạt động của bão ảnh hưởng đến đất liền Việt Nam. Thời gian hoạt động nhiều và mạnh nhất ở Biển Đông là từ tháng 7 đến tháng 11 hàng năm. Ngoài ra các loại hình thế synốp đơn thuần và kết hợp thuận lợi cho sự hình thành, phát triển của bão trên Biển Đông như Dải hội tụ nhiệt đới; Dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với Rãnh gió mùa; Rãnh gió mùa, Gió mùa tây nam, Sóng đông.
cũng được xem xét.3 Dự báo quỹ đạo bão bằng mô hình số Qua nhiều thập kỷ với sự phát triển của khoa học công nghệ và các ứng dụng công nghệ cao đến công tác dự báo thời tiết và khí hậu đã có những bước tiến mới về chất lượng dự báo và đa dạng hoá các sản phẩm dự báo toàn cầu, khu vực và cả Việt Nam. Dự báo quỹ đạo bão là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm và tập trung nghiên cứu sâu và cho ra kết quả sai số khoảng cách ngày càng bé. Phân loại các loại mô hình số qua khảo sát một cách định lượng các quy luật của các quá trình trong khí quyển và nghiên cứu các phương pháp tích phân hệ các phương trình thuỷ nhiệt động lực học hình thành nên ba nhóm mô hình số lớn: các mô hình lọc; các mô hình nước nông và các mô hình dùng hệ phương trình nguyên thuỷ đầy đủ. Xét về mục đích sử dụng và sản phẩm đầu ra cũng có thể phân loại các mô hình số thành ba loại: Mô hình toàn cầu có độ phân giải không biến đổi; mô hình toàn cầu có độ phân giải biến đổi và các mô hình khu vực hạn chế lồng ghép vào mô hình toàn cầu.
Hiện nay, phần lớn các trung tâm dự báo lớn và các nước sử dụng các mô hình khu vực hạn chế lồng ghép vào mô hình toàn cầu, trong đó điều kiện ban đầu và điều kiện xung quanh biến đổi theo thời gian lấy từ sản phẩm dự báo của mô hình toàn cầu và cập nhật các yếu tố địa phương nhằm tăng độ chính xác dự báo. Trên thế giới Trên thế giới các mô hình thành công bắt đầu được xây dựng cuối thập niên 60 là mô hình chính áp SANBAR (Sanders, 1968) [32], được chạy nghiệp vụ dự báo tại Trung tâm bão Hoa Kỳ (NHC) đến năm 1989. Trong mô hình SANBAR quỹ đạo bão được dự báo bằng cách tích phân phương trình xoáy chính áp sử dụng phân 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bố độ xoáy và hàm dòng trung bình lớp. Các cơn bão được biểu diễn bởi các xoáy đối xứng nhân tạo và một phân bố hàm dòng phi đối xứng để xác định vận tốc trôi tại tâm bão.
Dù độ phân giải thô (154km) và số liệu quan trắc còn thưa thớt nhưng mô hình SANBAR đã dự báo quỹ đạo bão rất tốt so với các mô hình khác. Sau SANBAR mô hình VICBAR (DeMaria, 1992) [24], được phát triển tiến bộ hơn khi sử dụng lưới lồng, sử dụng số liệu phân tích các mực đẳng áp 800hPa – 200hPa tính trung bình lớp cho điều kiện ban đầu và điều kiện biên phụ thuộc vào thời gian của VICBAR.