Chương 1 – Tổng quan 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 nghĩa là mùa. Tác giả Trần Công Minh [6] đã đưa ra một định nghĩa về gió mùa như sau: “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”. Cùng với định nghĩa về gió mùa thì tác giả cũng đưa ra các tiêu chuẩn xác định khu vực gió mùa tương đối cụ thể, 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 01 và 7 phải lớn hơn hoặc bằng 40%. - Tốc độ gió tổng hợp trung bình của ít nhất một trong tháng 01 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. Theo định nghĩa này, vùng gió mùa tại khu vực Châu Á được xác định như ở hình 1.1 thì khu vực Đông Nam Á (nằm trong hình chữ nhật EF) là khu vực thoả mãn tất cả các tiêu chí của định nghĩa trên. Như ta đã thấy thì khu vực này cũng là khu vực hội tụ đủ các nhân tố hình thành nên gió mùa: - Là khu vực mà có sự tương phản rất lớn giữa một bên là lục địa rộng lớn còn một bên là đại dương thế giới.
- Đây là khu vực có lực Coriolis mạnh. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngoài ra, trong bộ tiêu chí mà Trần Công Minh đưa ra thì tiêu chí 4 là một tiêu chí rất quan trọng, 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. Các khu vực này cũng thỏa mãn các nhân tố hình thành nên gió mùa: sự tương phản nhiệt theo mùa, địa hình và lực Coriolis đủ mạnh,.1 Phân vùng gió mùa của Trần Công Minh.
Đường đậm nét (EF) là ranh giới phía bắc của khu vực có tần suất chuyển đổi nhỏ giữa xoáy thuận và xoáy nghịch vào mùa hè và mùa đông ở Bắc bán cầu. Phần giới hạn trong hình chữ nhật là khu vực gió mùa Đông Nam Á (bao gồm: Việt Nam, Lào Campuchia, Thái Lan, Brunei, Tây Malayxia và Singapo). Khu vực có xu thế gió mùa (tần suất gió thịnh hành < 40%). Khu vực gió mùa (tần suất gió thịnh hành từ 40-60%).
Khu vực gió mùa điển hình (tần suất gió thịnh hành > 60%). Nguồn: Giáo trình Khí tượng Synop nhiệt đới, Trần Công Minh, NXB Đại học quốc giá Hà Nội 2003. [6] Trước đây, các nhà khoa học trên thế giới cho rằng chỉ tồn tại ba hệ thống gió mùa: gió mùa châu Phi, gió mùa châu Á và gió mùa châu Úc. Tuy nhiên, trong 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com những thập niên vừa qua, nhờ các chương trình quan trắc khí tượng toàn cầu và các chương trình nghiên cứu thực nghiệm gió mùa trên các khu vực, những kết quả phân tích viên thám và các mô hình số trị, người ta đã đưa vào nghiên cứu cả hệ thống gió mùa châu Mỹ.
Bên cạnh đó, gió mùa châu Á cũng có đủ cơ sở khoa học để phân thành hai hệ thống riêng biệt là gió mùa Nam Á và gió mùa Đông Á. Riêng gió mùa Đông Á tiếp tục được phân thành gió mùa Đông Bắc Á và gió mùa Tây Bắc Thái Bình Dương (hay gió mùa cận nhiệt đới Đông Á và gió mùa nhiệt đới Tây Bắc Á). Những nhân tố hình thành gió mùa Theo tác giả Bùi Minh Tuân và Nguyễn Minh Trường [10] thì 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. Sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương Nước biển có thể tích trữ một lượng nhiệt rất lớn do nhiệt dung của nước biển có giá trị lớn.
Ngoài ra, nó là chất lỏng và có thể truyền nhiệt xuống phía dưới nhờ quá trình xáo trộn rối, sau đó lượng nhiệt sẽ được vận chuyển lên trên trong tương lai. Còn nhiệt dung của đất lại tương đối nhỏ và khả năng truyền nhiệt xuống các lớp đất phía dưới cũng kém. Cùng với sự thay đổi của độ cao biểu kiến mặt trời, cùng với sự khác biệt rất lớn giữa chế độ nhiệt của lục địa có sự chênh lệch của khí áp theo mùa khá lớn: vào mùa đông thì lục địa lạnh đi dẫn tới sự hình thành của áp cao lạnh; còn về mùa hè thì lục địa bị hun nóng lại dẫn đến sự hình thành áp thấp nóng. Trong khi đó trên biển, sự biến đổi của nhiệt độ bề theo mùa lại rất nhỏ.
Kết quả là làm cho gradient khí áp có sự 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. Các quá trình ẩm trong khí quyển Hơi nước từ mặt biển bốc hơi vào trong khí quyển, khi thăng lên sẽ ngưng kết và gây mưa ở các lục địa sẽ giải phóng tiềm nhiệt làm cho không khí nóng thêm, tiếp tục thăng lên cao hơn. Điều này sẽ làm cho sự chênh lệch giữa khí áp trên biển và lục địa càng rõ ràng hơn, khiến cho phạm vi hoạt động của hoàn lưu gió mùa 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com được mở rộng hơn cả về qui mô ngang và qui mô thẳng đứng. Đồng thời gió mùa cũng được tăng lên cả về cường độ.
Ngoài ra, Gradient khí áp tăng lên cũng làm tăng cường độ của đới gió mực thấp, do đó lại tiếp tục làm tăng lượng ẩm cung cấp cho quá trình đối lưu – và một lần nữa làm tăng lượng ẩn nhiệt giải phóng. Đây là quá trình hồi tiếp cực kì quan trọng của cơ chế nhiệt động lực học gió mùa [10]. Sự quay của Trái Đất Sự quay của trái đất gây ra lực Coriolis, lực Coriolis có tác dụng tạo xoáy và tăng cường gió và làm cho các dòng khí trong gió mùa có quỹ đạo cong. Sự khác biệt về hướng của lực Coriolis giữa hai bán cầu đã làm cho gió đổi hướng khi vượt qua xích đạo.
Ngoài ra, còn có vai trò của một số yếu tố khác: lục địa - địa hình, ENSO. - Địa hình của lục địa có vai trò như một nguồn nhiệt to lớn, có tác dụng tăng cường và định hướng trường gió. Địa hình cao của hai dãy núi Đông Phi và Himalaya giống như hai bức tường khổng lồ chặn các dòng vĩ hướng, tập trung chúng thành dòng xiết mực thấp với tốc độ gió lên tới 25 m/s. - ENSO cũng được coi là một trong những nguyên nhân chính trong sự thay đổi hàng năm của đới gió mùa.
Trong sự liên hệ với sự hoạt động của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương, ENSO gây ra sự biến đổi về cường độ gió cũng như lượng mưa trên toàn bộ khu vực gió mùa. Khái niệm về không khí lạnh Theo tác giả Nguyễn Viết Lành [5] thì “không khí lạnh (KKL) là một hiện tượng thời tiết nguy hiểm ảnh hưởng đến Việt Nam. Khi xâm nhập xuống nước ta, nó làm thay đổi một cách cơ bản hệ thống gió đang tồn tại ở miền Bắc, trở thành hệ thống gió có hướng lệch bắc và thời tiết biến đổi rõ rệt, đặc biệt có quá trình giảm nhiệt độ trên diện rộng”. Cũng theo tác giả thì mỗi đợt KKL được coi là xâm nhập hoặc ảnh hưởng đến nước ta nếu thỏa mãn một trong hai điều kiện sau đây: - Hướng gió lệch bắc ngoài khơi đo được tại trạm Bạch Long Vỹ từ cấp 6 trở lên và kéo dài trên 3 tiếng (2 kỳ quan trắc liên tiếp).
- Nhiệt độ không khí trung bình ngày trên một nửa số trạm trên đất liền thuộc 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khu vực Đông Bắc giảm từ 30C trở lên. Hiện tượng KKL xâm nhập xuống nước ta khi phát bản tin được Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương chia thành hai loại bản tin: - Bản tin gió mùa đông bắc (GMĐB) được phát khi có KKL tràn về có kèm theo front lạnh hoặc đường đứt, khi xâm nhập đến nước ta thường gây ra biến đổi thời tiết mạnh mẽ: gió chuyển hướng lệch bắc, tốc độ gió trong đất liền đạt cấp 3 – 4, vùng ven biển cấp 5, ngoài khơi từ cấp 6 trở lên, có thể có dông mạnh kèm theo gió giật mạnh trên cấp 6, tố, lốc, mưa đá … nhiệt độ trung bình ngày hoặc nhiệt độ tối cao giảm mạnh. - Bản tin không khí lạnh tăng cường (KKLTC) được phát khi KKL xâm nhập đến nước ta không kèm theo front lạnh hoặc đường đứt trong khi ở các tỉnh phía bắc vẫn nằm trong khối không khí lạnh. KKLTC làm tốc độ gió tăng trở lại gây ra gió mạnh ngoài khơi và có thể làm giảm nhiệt độ hoặc ít thay đổi.
Trong một số trường hợp KKLTC làm giảm lượng mây, do đó có thể làm tăng nhiệt độ vào ban ngày. Ngoài ra, vào giữa mùa đông, KKLTC tuy không làm giảm nhiệt độ (hoặc rất ít 1- 20C) nhưng lại làm cho trời rét tiếp tục được kéo dài. Cũng theo tác giả, KKLTC xảy ra khi trên vịnh Bắc Bộ vẫn đang chịu ảnh hưởng của đợt KKL xâm nhập từ trước đó, gió vẫn có hướng lệch bắc nhưng tốc độ đã suy yếu, nay lại có một đợt KKL xâm nhập tiếp làm cho tốc độ gió tăng lên, nhiệt độ giảm nhưng không nhiều. Ngoài ra, để xác định cường độ của một đợt KKL thì Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương xác định như sau [9]: - Về định tính: KKL luôn được xác định đồng thời bởi sự thay đổi của hệ thống gió và sự giảm nhiệt độ (mức độ giảm nhiệt T24 ít nhất ở trên một nửa số trạm có trong một khu vực).
- Về định lượng: Cường độ KKL được xác định bởi tốc độ gió.