Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Những đặc trưng cơ bản của ITCZ ITCZ có những đặc trưng cơ bản sau [14]: 1) ITCZ là giới hạn phía xích đạo của vòng hoàn lưu Hadley và cũng là nơi hình thành nhánh đi lên vòng hoàn lưu này; 2) ITCZ là một đới tương đối hẹp bao quanh Trái đất, về cơ bản, nó nằm trong bán cầu mùa hè. Tuy nhiên, vị trí của ITCZ có sự biến động rất lớn tuỳ theo từng khu vực. Trên bề mặt, vị trí cực bắc của nó trong tháng 7 và vị trí cực nam của nó trong tháng 1 được dẫn ra trong hình 1. Từ hình vẽ ta thấy, có những khu vực, ví dụ như Đông Bắc Thái Bình Dương và Đại Tây Dương, từ kinh tuyến 160 0W đến 100E, vị trí của ITCZ ít dịch chuyển theo mùa và thường nằm ở phía bắc xích đạo.
Những khu vực còn lại, từ kinh tuyến 10 0E đến 1600W, ITCZ dịch chuyển theo mùa khá lớn và nó luôn luôn nằm trên bán cầu mùa hè. Trong chu kì dao động năm, ITCZ dịch chuyển cách xa xích đạo lên phía cực trên những vùng lục địa mùa hè. Trong tháng 7, vị trí của ITCZ dịch chuyển lên phía bắc nhất (tới 280N) trên lục địa châu Á, còn trong tháng 1 vị trí của nó dịch chuyển xuống phía nam nhất trên lục địa Australia và Đông Phi. Như vậy, tại bề mặt, vị trí của ITCZ thường trùng với vùng có nhiệt độ cao nhất, thậm chí ngay cả trên các vùng đại dương.
Vì vậy, ITCZ thường được gọi là xích đạo nhiệt của Trái đất; 3) Khi ITCZ nằm ở vị trí cao nhất lên phía bắc hay thấp nhất xuống phía nam thì khối không khí phía xích đạo của ITCZ không phải bao giờ cũng là khối không khí từ bán cầu mùa đông thổi sang. Ví dụ, khi ITCZ nằm ở 280N trên Ấn Độ trong tháng 7 thì khối không khí tầng thấp trong phạm vi từ 23-280N không hoàn toàn là không khí đến từ bán cầu Nam. Như vậy khái niệm lí tưởng về ITCZ là một đới hội tụ giữa tín phong bán cầu Bắc và Nam không còn nữa; 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4) ITCZ không nằm ngay trên xích đạo mà thường là ở phía bắc hoặc phía nam xích đạo. Nguyên nhân của hiện tượng này vẫn chưa được giải thích một cách rõ ràng.
Khi tín phong của một trong hai bán cầu vượt qua xích đạo rồi đổi hướng thành gió có thành phần tây trước khi hội tụ vào ITCZ (không hẳn chỉ do tác động của lực Coriolis). Như vậy, ở đây luôn luôn tồn tại một độ đứt xoáy thuận của gió qua ITCZ, trong đó gió có thành phần hướng tây phía xích đạo và thành phần hướng đông phía cực của ITCZ; 5) Trên quy mô hành tinh, ta có thể xem ITCZ là một đới có khí áp thấp nhất và có sự hội tụ khối lượng theo phương nằm ngang trong tầng thấp, do vậy nó cũng là đới có dòng thăng mạnh; 6) Thông thường khối không khí phía cực của ITCZ là không khí trong nhánh đi xuống của vòng hoàn lưu Hadley nên nó là một dòng giáng đoạn nhiệt, vì vậy nó khá nóng, khô và ổn định. Trong khi đó khối không khí phía xích đạo của nó là khối không khí biển nhiệt đới, mát hơn khối không khí phía cực nên ITCZ thường nghiêng về phía xích đạo. Độ nghiêng của ITCZ có tính biến động rất lớn theo không gian cũng như thời gian.
Độ nghiêng này phụ thuộc vào sự khác nhau của nhiệt độ và tốc gió giữa hai bên ITCZ. Tuy nhiên, sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên ITCZ thường không đáng kể nên độ nghiêng của ITCZ cũng không lớn. Do đó, trên bản đồ synop hàng ngày, ITCZ thường được xem là một đới bất liên tục về hướng gió và một rãnh khí áp thấp nhất chứ không phải là một đới bất liên tục của nhiệt độ; 7) Nếu căn cứ vào sự bất liên tục của hướng gió thì, trên vùng Ấn Độ, vào tháng 7, ITCZ phát triển lên đến độ cao lớn nhất, tới mực 500mb. Trong khi đó ở những vùng khác, ITCZ thường chỉ phát triển lên đến mực 700mb.
Phía trên mực đó là dòng gió đông khá khô thuộc hoàn lưu của áp cao cận nhiệt đới. Mây được hình thành trong lớp không khí ẩm phía xích đạo của ITCZ. Trong nhiều trường hợp, khi độ dày của lớp ẩm lên tới trên 3km thì những đám mây Cu và Cb lớn được hình thành. Trên những vùng khác, ta có thể nhận thấy những đám mây tích phát triển theo chiều cao 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com không lớn hoặc những đám mây tầng tích.
Lượng mây cực đại thường quan trắc được ở về phía xích đạo của ITCZ với kích thước khoảng từ 200 đến 500km tính từ trục của ITCZ bề mặt. Trên cơ sở đó, việc xác định vị trí của ITCZ trên những vùng không có số liệu quan trắc gió và khí áp được thực hiện bằng ảnh mây vệ tinh cũng cho kết quả rất tốt. Như vậy, ITCZ không những là một đới bất liên tục về hướng gió, một đới có khí áp nhỏ nhất mà còn là một đới mây cực đại trên ảnh mây vệ tinh. Tiện lợi của ảnh vệ tinh là khắc phục được khó khăn của sự không thống nhất trong việc xác định ITCZ.
Có nơi lại xác định ITCZ thông qua sự bất liên tục giữa gió có thành phần đông với thành phần tây, nhưng có nơi lại phải thông qua sự bất liên tục giữa gió có thành phần bắc với thành phần nam. Tuy nhiên, việc xác định vị trí ITCZ bằng ảnh mây vệ tinh cũng có những điểm bất cập ở chỗ là, mây thường trải ra trên một đới rộng mấy vĩ độ nên việc xác định trục của ITCZ là rất khó khăn; 8) ITCZ có vai trò vận chuyển nhiệt: Như đã biết, cán cân bức xạ của hệ thống mặt đất - khí quyển vùng nhiệt đới luôn luôn dương, còn ở vùng cực (từ 800 lên đến cực) luôn luôn âm; trong đó, các đại dương nhiệt đới chiếm phần lớn năng lượng này. Khoảng 1/3 năng lượng mà các đại dương nhận được được vận chuyển lên vùng vĩ độ cao nhờ các dòng hải lưu, khoảng 2/3 năng lượng còn lại được vận chuyển từ các đại dương vào khí quyển do bốc hơi. Khi trong ITCZ chưa có đối lưu phát triển mạnh thì hơi nước được vận chuyển tới những vùng cận nhiệt đới trong tầng đối lưu dưới; nhưng khi trong ITCZ có đối lưu phát triển mạnh thì tiềm nhiệt ngưng kết được giải phóng ra, trở thành hiển nhiệt trong các lớp khí quyển của tầng đối lưu trên rồi được vận chuyển lên tới những vùng vĩ độ cao.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Bởi vì ITCZ có một ý nghĩa to lớn đối với chế độ thời tiết tại các quốc gia vùng vĩ độ thấp, cho nên, từ lâu các nhà khí tượng đã quan tâm nghiên cứu và đã đạt được những thành tựu đáng kể.
8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bằng số liệu vệ tinh và số liệu thám sát, nhiều nhà khí tượng đi đến kết luận rằng, dải khí áp cực tiểu, dải nhiệt độ bề mặt cực đại và dải hội tụ gió, nhìn chung là trùng nhau nhưng lại không hoàn toàn trùng với dải mây và mưa cực đại. Ở trên Đại Tây Dương và Đông Thái Bình Dương, hai dải này có thể tồn tại cách nhau đến 300km. Dải có khí áp cực tiểu với trời quang mây nằm ở phía bắc dải mây cực đại. Hơn nữa, dải khí áp cực tiểu và dải nhiệt độ bề mặt cực đại tuân theo chu kì dịch chuyển của Mặt trời và dải khí áp cực tiểu chỉ tồn tại đến độ cao khoảng 3000m (khoảng mực 700mb) [19].
ITCZ hoạt động trên các đại dương khác nhau cũng không giống nhau. ITCZ hoạt động trên vùng Đại Tây Dương và Đông Thái Bình Dương được đặc trưng bởi bề ngang của các dải mây khá hẹp; còn ITCZ hoạt động trên vùng Tây Bắc Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương được đặc trưng bởi các dải mây mở rộng theo chiều kinh tuyến. Trên vùng Ấn Độ Dương, vào mùa hè ở bán cầu Bắc, ITCZ cũng hơi nghiêng về phía xích đạo do tín phong đông nam ở đây mạnh. Sự dịch chuyển theo mùa của ITCZ, nói chung, ở trên lục địa lớn hơn trên đại dương rất nhiều.
Vị trí của nó còn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thời gian xuất hiện, độ kéo dài mùa mưa trong nhiều khu vực nhiệt đới. Đối với khu vực châu Phi, ITCZ là mô hình hầu như đối xứng trong chuyển động bắc nam so với xích đạo và tuân theo chu kì hoạt động của Mặt trời hàng năm và sự đốt nóng mặt đất cực đại. Chương trình nghiên cứu GATE (Global Atmospheric Tropical Experiment) trên khu vực Đại Tây Dương [14] đã chỉ ra những đặc điểm cơ bản của ITCZ trong phạm vi 15 vĩ độ đi qua ITCZ và lấy ITCZ làm trung tâm. Kết quả nghiên cứu cho thấy, về cơ bản, cấu trúc của ITCZ trên phạm vi toàn cầu được mô tả như trên, nhưng đối với từng khu vực cụ thể thì nó lại mang những nét đặc trưng riêng.
Ngay cả khi đã xét cho một khu vực cụ thể, vị trí và cấu trúc của ITCZ cũng có những biến động hàng ngày và nhiều ngày khá phức tạp. Sự biến động của ITCZ theo thời gian được xác định là do: (1) Sự dịch chuyển theo hướng bắc - nam quy mô toàn cầu; (2) Sự di chuyển của sóng đông; và (3) Biến thiên nhiệt độ ngày đêm. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Về cấu trúc của một số trường các yếu tố khí tượng qua ITCZ, kết quả nghiên cứu đã chỉ ra như sau: - Trường áp: ở trung tâm ITCZ, khí áp cực tiểu với giá trị 1011,9- 1012,0mb kéo dài trên phạm vi khoảng 6 độ vĩ. Phần phía bắc của ITCZ, gradient khí áp là 0,15mb/độ vĩ, còn phần phía nam là 0,3mb/ độ vĩ.
- Trường gió: ở bề mặt, phía nam ITCZ, gió tây tồn tại trong tất cả các vĩ tuyến và đạt cực đại tại điểm gần trung tâm, nơi có đối lưu cực đại; còn ở phía bắc ITCZ, gió đông tầng đối lưu giữa có tốc độ cực đại lớn hơn 10m/s với trung tâm nằm phía bắc vùng có dòng thăng cực đại. Dòng gió đông nhiệt đới trên mực 200mb có một cực tiểu trên vùng có dòng thăng cực đại. Thành phần gió kinh hướng trung bình tầng thấp đến ITCZ từ hai bán cầu đều hội tụ vào tâm, trong đó dòng đến từ phía bắc thường yếu hơn nhưng lại phát triển đến độ cao lớn hơn dòng đến từ phía nam.