Xem mẫu
- 97
khí áp vùng trung tâm. Ta thấy mặt đẳng áp rất dốc trong bão so với xoáy thuận ngoại
nhiệt đới. Mặt đẳng áp ở gần mặt đất có dạng phễu rất sâu (Hình 4.13). Ở trên cao, trong
mô hình một dải mây, tại mực đỉnh bão, mặt đẳng áp vồng lên biểu thị áp cao với hoàn lưu
xoáy nghịch. Trong trường hợp mô hình hai dải mây mặt đẳng áp trong áp cao này được
tách ra thành phần phía trong gần tâm bão và một phần ở phía bên ngoài của bão.
4.3.2 Trường chuyển động
Gradien khí áp ngang rất lớn ở mặt đất tạo nên trường gió rất mạnh, tốc độ gió trong
bão trên 17,2m/s và có thể vượt quá 100m/s gây ra sức tàn phá rất lớn. Dòng khí rất mạnh
hội tụ vào tâm và cuốn lên cao với tốc độ thẳng đứng trong mây vũ tích 5-10m/s (hay lớn
hơn) xung quanh thành mắt bão. Ở đỉnh bão là hệ thống áp cao giải toả khối lượng không
khí rất lớn hội tụ vào tâm bão ở mặt đất, duy trì khí áp rất thấp ở vùng trung tâm, đồng thời
duy trì hoàn lưu trong bão.
Kết quả tính tốc độ gió tiếp tuyến, tốc độ gió hướng tâm và đường dòng ở các mực
mặt đất, 1km, 3km và 15km (được biểu diễn trên hình 4.9). Hình này mô tả một cách chi
tiết cột xoáy trong bão ở các độ cao khác nhau. Từ mặt đất đến độ cao 3km duy trì gió tiếp
tuyến ngược chiều kim đồng hồ, theo chiều cao gió tiếp tuyến yếu dần và chuyển thành gió
tiếp tuyến thuận chiều kim đồng hồ tại mực 15km. Gió hướng tâm ở mặt đất theo chiều cao
dần chuyển thành gió ly tâm và tại độ cao 15km, gió ly tâm chiếm ưu thế rõ rệt. Tại mặt
đất dòng khí xoáy hội tụ vào tâm đến mực 3km khu vực dòng xoáy thuận chiều kim đồng
hồ thu hẹp lại. Tại mực 15km đường đẳng áp phân kỳ ra theo chiều kim đồng hồ từ tâm ra
phía ngoài.
- 98
(a) (b) (c)
Hình 4.9.
Sự biến đổi của phân bố gió tiếp tuyến, gió hướng tâm và trường đường
dòng trong bão ở các mực: mặt đất, 1km, 3km và 15km (Izawa,1964).
(a) Tốc độ gió tiếp tuyến
(b) Tốc độ gió hướng tâm
(c) Đường dòng
Trên hình 4.10 là trường dòng và phân bố tốc độ gió trong cơn bão Dona đang di
chuyển từ đông sang tây. Tại mực mặt đất dòng khí xoáy ngược chiều kim đồng hồ và hội
tụ vào tâm bão. Tốc độ gió mạnh nhất đạt 80kts (40m/s) ở cung phần tư phía đông bắc so
với hướng chuyển động của bão, nơi đường dòng gần trùng với hướng di chuyển của bão.
Tốc độ gió cực tiểu ở cung phần tư tây nam của bão, nơi đường dòng có hướng ngược so
với hướng chuyển động của bão. Ở trên cao dòng khí phân kỳ theo chiều kim đồng hồ,
thậm chí ở phía nam còn thể hiện rõ áp cao với hoàn lưu xoáy nghịch. Phân bố tốc độ gió
tại mực này cũng tương tự như ở mặt đất.
- 99
Hình 4.10.
Hoàn lưu phần dưới tầng đối lưu (A), phần trên tầng đối lưu (B) trong cơn bão Donna
ngày 10/12/1960 chuyển động từ đông sang tây. Đường dòng (đường liền) và đường
đẳng tốc (đường đứt) (I zawa, 1964)
Quy luật phân bố của tốc độ gió theo chiều cao cũng thể hiện rất rõ trên mặt cắt thẳng
đứng của tốc độ gió tiếp tuyến.
Một điều khác biệt so với xoáy thuận ngoại nhiệt đới nữa là trong bão giữa khu vực
mây dầy, mưa to, gió lớn là khu vực trời quang, lặng gió, đó là mắt bão. Mắt bão hình
thành do dòng thăng rất mạnh quanh khu vực trung tâm bão cuốn theo dòng không khí ở
phía gần trung tâm bão, bù lại cho sự thiếu hụt không khí là dòng giáng ở trung tâm bão.
Do dòng giáng này nhiệt độ vùng trung tâm bão tăng, cản trở sự phát triển của mây. Chính
vì vậy trong mắt bão trời quang mây, yên tĩnh. Khi mắt bão đi qua, địa phương sẽ có thời
gian tạnh mưa, ngừng gió mạnh nhưng chỉ trong vòng 1, 2 giờ cơn mưa to gió lớn lại xuất
hiện nhưng gió quay theo chiều ngược lại.
Trên hình 4.11 biểu diễn trường tốc độ (m/s)
được xây dựng trên mặt cắt qua cơn bão mô tả phân
bố tốc độ gió theo khoảng cách tới tâm bão và theo
chiều cao. Ta có thể thấy ngoài khu vực mắt bão
lặng gió là khu vực gió cực đại bao quanh thành
mắt bão với tốc độ 30m/s lan từ độ cao khoảng
0,5km lên tới 6km (vùng tô đậm). Khu vực có tốc
độ gió 20m/s lan đến tận độ cao gần 12km. Càng
cách xa tâm bão ra phía rìa bão tốc độ gió càng
giảm, ở khoảng cách 1000km tốc độ gió chỉ còn
5m/s. Càng lên cao phạm vi gió hướng xoáy thuận
(thể hiện bằng tốc độ dương) thu hẹp lại, rõ nhất là
Hình 4.11.
từ mực 12km. Từ mực này gió chuyển dần sang
Mặt cắt thẳng đứng của tốc độ gió tiếp tuyến (
hoàn lưu xoáy nghịch (thể hiện bằng tốc độ âm) m/s) (Izawa,1954)
theo chiều kim đồng hồ với tốc độ khoảng 5m/s như
thể hiện trên hình 4.11.
- 100
4.3.3 Hệ thống mây
Không khí nóng ẩm trong bão hội tụ rất mạnh vào khu vực trung tâm và bốc lên cao
trong cột xoáy bão, ngưng kết lại tạo thành các dải mây vũ tích bao quanh mắt bão lan tới
15-20km như minh hoạ bằng mặt cắt trên hình 4.12. Hình 4.12 cho thấy trên đỉnh mây vũ
tích là màn mây ti, dạng tơ sợi (trái). Khi bão chín muồi màn mây ti mở ra, nhìn trên ảnh
mây vệ tinh (chụp từ trên cao) sẽ thấy một chấm đen trong màn mây bão đã gần tròn, bão
càng mạnh đường viền khu vực này càng rõ. Khu vực mắt bão có đường kính 30-40km,
đây là khu vực quang mây, do dòng giáng trong mắt bão. Trên các đoạn phim quay từ vệ
tinh, với tốc độ 1hình/1phút ta có thể thấy khối mây tích bao quanh mắt bão, quay ngược
chiều kim đồng hồ theo hoàn lưu xoáy thuận, còn dải mây ti ở đỉnh bão quay theo chiều
kim đồng hồ với hoàn lưu xoáy nghịch tại mực này. Chính vì vậy trên một mặt phẳng ta
có thể thấy dải mây tích quay ngược chiều kim đồng hồ ở trung tâm màn mây bão còn
dải mây ti phía ngoài rìa quay thuận chiều kim đồng hồ. Trên hình 4.12 (phải) là dải mây
vũ tích trong bão phát triển trên Biển Đông và miền ven biển Việt Nam. Theo chiều
ngang, giữa các dải mây này là các vùng dòng giáng, mây mỏng do đó khi bão đi qua địa
phương thường gây ra các đợt mưa to rồi lại mưa nhỏ xen kẽ nhau, có khi mưa ngừng lại
trước khi tới dải mây khác, khi đó lại có thể mưa to hơn.
Hình 4.12.
Sơ đồ mặt cắt thẳng đứng qua hệ thống mây và mắt bão tương ứng với hướng di chuyển của bão từ
đông sang tây (mũi tên)- Ci: mây ti trên cao (trái). Màn mây bão trên biển Đông (phải)
Nếu đường kính của bão khoảng 500km, chiều cao phát triển của mây tích là 10km thì
ta có thể thấy hệ thống mây bão chứa khối lượng nước rất lớn. Khối lượng nước là nguồn
của những trận mưa lớn kết hợp với gió rất mạnh. Khi ngưng kết tạo thành hệ thống mây
trong bão, lượng hơi nước này cung cấp một lượng ẩn nhiệt khổng lồ, đó chính là nguồn
năng lượng duy trì hoàn lưu với gió rất mạnh và sự quang mây trong bão có thể duy trì
trong nhiều ngày.
Fujita đã dùng sơ đồ mô tả tổng hợp các trường khí tượng trong bão đối với trường
hợp có một dải mây (Hình 4.13 A, B, phải) và đối với trường hợp hai dải mây (Hình 4.13,
A, B, trái).
- 101
Hình 4.13.
Mô hình bão với dải mây
mưa trong và dải mây
mưa ngoài. Hình A là hệ
thống đường dòng theo
chiều ngang trên đỉnh cơn
bão. Hình B là mặt cắt
thẳng đứng không gian
qua cơn bão. Phần trái
của hình AB là mô hình
hai dải mây và phần phải
hình AB là mô hình một
dải mây (Fujita, 1967)
Phần dưới cùng của hình B là mặt đẳng áp mặt đất có dạng phễu rất sâu đặc trưng cho
cả hai trường hợp. Đặc điểm của trường hợp hai dải mây là áp cao trên đỉnh bão được phân
chia làm hai phần, phía rìa của hai phần áp cao này là dòng giáng tương ứng với khu vực
quang mây giữa hai dải mây.
4.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA BÃO
Thời gian tồn tại trung bình của bão khoảng 7-8 ngày đêm tính từ thời điểm hình
thành, cho đến khi đổ bộ vào bờ hoặc tan rã trên biển. Tuy nhiên, có một số cơn bão chỉ
tồn tại vài giờ, và cũng có những cơn bão tồn tại trên 15 ngày hoặc lâu hơn nữa. Theo
Riehl (1979) có thể chia quá trình hình thành và phát triển của bão thành bốn giai đoạn:
1. Giai đoạn hình thành
Bão xuất hiện trực tiếp từ mặt biển với sự hình thành của những cụm mây tích lớn như
cơn bão nhỏ nổi lên ở Biển Đông sau cơn bão số 7/2005. Tuy nhiên phần lớn bão hình
thành từ một nhiễu động là áp thấp có trước trong trường áp nhiệt đới, phần lớn (khoảng
80% trường hợp) sự hình thành bão có liên quan với dải hội tụ nhiệt đới. Tuy nhiên, không
phải nhiễu động nào trên dải hội tụ nhiệt đới cũng phát triển thành bão. Quá trình khơi sâu
của áp thấp thường diễn ra chậm chừng vài giờ, đủ để gió tản mạn trong khu vực rộng lớn
được sắp xếp lại, tạo thành các dòng khí xoáy hội tụ đưa không khí nóng ẩm vào tâm.
Cũng có trường hợp mắt bão hình thành và hiện rõ chỉ trong vòng 24h. Trong giai đoạn
hình thành, giai đoạn áp thấp nhiệt đới, gió có cường độ bão chỉ thấy ở mực thấp. Và khi
tốc độ gió cực đại tại vùng trung tâm vượt qua 17,2m/s, áp thấp nhiệt đới trở thành bão.
Các giai đoạn phát triển của bão được thể hiện rất rõ trên các ảnh mây vệ tinh như minh
hoạ trên hình 4.14 (Watanabe, 1980).
Cơn bão TIP hình thành ở miền nhiệt đới, di chuyển theo quỹ đạo parabol với đỉnh ở
- 102
phía tây, sau khi chuyển hướng về phía đông bắc, bão TIP cuối cùng thâm nhập vào miền
ôn đới, biến thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới và tan đi vào ngày 20/10/1979. Trong giai
đoạn áp thấp nhiệt đới được coi là giai đoạn hình thành bão, khí áp ở miền nhiệt đới là
1000mb vào ngày 5 và 6 tháng 10. Trong các giai đoạn này, các khối mây phân tán, chia
thành hệ thống. Sáng ngày 8/10 áp thấp nhiệt đới đã mạnh lên thành bão và khí áp giảm tới
996mb. Các hệ thống này đã biểu hiện rõ dạng xoáy vào trung tâm.
Trong giai đoạn này hoàn lưu mực thấp có thể không phát hiện được trên mạng lưới
quan trắc và ảnh mây hồng ngoại song thường thấy rõ trên ảnh mây thị phổ, nhất là khi ảnh
có độ phân giải lớn.
2. Giai đoạn trẻ
Không phải tất cả các xoáy thuận nhiệt đới đạt tốc độ gió cấp bão trong giai đoạn hình
thành đều phát triển thành bão, nhiều xoáy thuận tan đi sau 24h. Một số khác di chuyển
trên một khoảng cách lớn như là một áp thấp nhiệt đới. Nếu có sự tăng cường thì khí áp
thấp nhất giảm nhanh xuống dưới 1000mb. Gió có cường độ bão hình thành một dải bao
quanh trung tâm xoáy. Mô hình mây biến đổi từ dải đường tố sang dạng dải xoáy về phía
trung tâm. Ở phía dưới thấp, dòng hội tụ vào tâm có thể chưa bao quát phạm vi lớn nhưng
trên cao có thể có dòng phân kỳ từ tâm xoáy. Trong trường hợp bão TIP có thể coi giai
đoạn này bắt đầu từ ngày 9 đến ngày 11 với khí áp ở vùng trung tâm bão giảm từ 996
xuống 955 rồi 900mb. Các dải mây cuốn vào khu trung tâm tạo khối mây dạng tròn. Ngày
10/10 cơn bão đã chuyển thành bão mạnh xuất hiện một chấm đen giữa khối mây trắng đó
là mắt bão. Ngày 12 khí áp ở tâm giảm tới 875mb và vào 06Z khí áp ở tâm bão TIP đạt giá
trị thấp nhất là 870mb, gần đạt tới giá trị cực tiểu tuyệt đối trên Trái Đất là 850mb. Khối
mây trung tâm càng trở nên có dạng tròn hơn, mắt bão rõ nét hơn.
- 103
Hình 4.14.
Các giai đoạn hình thành bão TIP từ 5-20/10/1979. Hình
o
thành từ ngày 5/10 từ khoảng 5 N bão TIP di chuyển theo rìa
phía tây của cao áp cận nhiệt Tây Thái Bình Dương phát
o
triển qua các giai đoạn, cuối cùng đi vào miền ôn đới tới 50 N
trở thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới (Watanabe, 1980)
3. Giai đoạn chín muồi
Đặc điểm của giai đoạn này là khí áp ở tâm bão không tiếp tục giảm và tốc độ gió cực
đại cũng ngừng tăng lên. Phạm vi hoàn lưu bão với tốc độ gió sức bão mở rộng. Giai đoạn
chín muồi, có khi kéo dài tới một tuần. Nếu trong giai đoạn trẻ phạm vi gió mạnh, sức bão
chỉ giới hạn trong phạm vi bán kính 30-50km thì trong giai đoạn này có thể mở rộng trên
300km. Khu vực thời tiết xấu nhất nằm ở phía phải so với hướng dịch chuyển của bão.
Quy mô của bão trong giai đoạn chín muồi biến đổi rất lớn. Thậm chí khi khí áp ở
tâm bão thấp hơn 950mb, bán kính bão có khi chỉ là 100-200km. Nếu khí áp tính trung
bình đồng đều là 1000mb cho toàn khu vực bão thì khối lượng bão là 3x1012 tấn. Ngược
lại, với khí áp tương tự đối với cơn bão có bán kính 1000km thì khối lượng của nó là
3x1013 với hai bậc đại lượng lớn hơn. Khối lượng này ngang với khối lượng của áp thấp
Alêut. Bão trong giai đoạn chín muồi cũng trải qua các thời kỳ tăng cường và suy yếu
không đều, kéo dài trong vài ngày, thường đó là trường hợp bão tương tác với hoàn lưu
ôn đới. Sự biến đồi ngắn hạn của tốc độ gió chừng 10% trong khoảng 1 giờ. Còn bão TIP
trải qua giai đoạn chuỗi xoáy từ 13 và 14/10. Khi khí áp lại tăng đến 905 và 920mb, lúc
này bão vẫn còn giữ được dạng tròn.
4. Giai đoạn tan rã
Khi bão di chuyển vào đất liền do điều kiện địa hình, lực ma sát tăng lên và nhất là khả
năng cung cấp ẩm cho bão bị mất đi nên kích thước của bão giảm rất nhanh. Sau một thời
gian ngắn (khoảng từ 1-2 ngày) thì bão tan rã hoàn toàn, đôi khi có thể tồn tại dưới dạng
một áp thấp nhiệt đới và cho mưa lớn trên một phạm vi rộng. Trên biển, bão cũng có thể bị
tan rã khi gặp vùng nước lạnh như ở Tây Bắc Thái Bình Dương. Trên đất liền và trên biển
bão có thể di chuyển vòng quanh rìa cao áp cận nhiệt và đi vào miền ôn đới, không khí
lạnh xâm nhập vào khu vực bão, hệ thống front xuất hiện và bão trở thành một xoáy thuận
ngoại nhiệt đới, tương tự trường hợp cơn bão TIP.
Sự giảm của nhiệt độ đỉnh mây từ ngày 5 đến 10/10 do đỉnh mây được nâng cao biểu
thị cho sự phát triển của mây tích trong bão và sự tăng cường của hoạt động đối lưu. Mây
tích phát triển mạnh nhất vào các ngày 10-11/10/1979 trong giai đoạn trẻ. Sự giảm dao
động của lượng mây ngày 11-13/10/1979 chứng tỏ mây ổn định. Đó là thời kỳ chín muồi
của bão. Khối mây trung tâm với đỉnh phẳng xuất hiện ở trung tâm hệ thống mây. Nhiệt
độ đỉnh mây thấp trong suốt giai đoạn chín muồi. Sự tăng của nhiệt độ đỉnh mây từ ngày
14/10/1979 tương ứng với sự tăng của khí áp ở trung tâm chỉ thị cho sự bắt đầu giai đoạn
bão tan. Khí áp đã giảm 100 mb trong khoảng 6h, như vậy tính trung bình theo thời gian,
tốc độ giảm của khí áp là 1,7 mb/h. Từ 14 đến 16/10 là giai đoạn bão giảm yếu và khối
mây trung tâm tan rã. Một điều đặc biệt đối với cơn bão TIP là nó di chuyển theo quỹ
đạo parapol và tồn tại trong thời gian tới 15 ngày. Vào giai đoạn tan rã bão TIP đã đi vào
miền vĩ độ trung bình. Từ ngày 17 không khí lạnh xâm nhập vào khu vực bão và ngày
19-20/10 bão đã trở thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới với một front lạnh và hệ thống mây
dạng dải thay thế khối mây trung tâm dạng tròn của bão.
- 104
4.5 SỰ HÌNH THÀNH BÃO
4.5.1 Các điều kiện hình thành bão
Từ các điều trình bày ở các mục trên đây, ta thấy bão là một xoáy thuận nhiệt đới được
cấu trúc bởi khối khí nóng ẩm với dòng thăng rất mạnh xung quanh mắt bão, tạo hệ thống
mây mưa xoáy vào vùng trung tâm bão. Năng lượng bão là ẩn nhiệt ngưng kết của lượng
hơi nước khổng lồ bốc hơi từ mặt biển. Bão chỉ hình thành khi có sự phối hợp của các nhân
tố nhiệt động lực và trong hình thế synốp nhất định.
Palmen (1956) đưa ra 3 điều kiện cơ bản cho sự hình thành bão:
1. Khu vực đại dương có diện tích đủ lớn với nhiệt độ mặt biển cao (từ 26-27oC) bảo
đảm nước bốc hơi mạnh cung cấp năng lượng ngưng kết lớn cho hệ thống bão.
2. Thông số Coriolis có giá trị đủ lớn tạo xoáy. Bão thường hình thành trong đới giới
hạn bởi vĩ độ 5-20o hai bên xích đạo.
3. Dòng cơ bản có độ đứt thẳng đứng của gió yếu, bảo đảm sự tập trung của dòng ẩm
vào khu vực bão trong thời gian đầu của sự hình thành bão.
Riehl (1948) bổ sung thêm hai điều kiện:
4. Ở trên cao, trường khí áp phải phân kỳ để bảo đảm sự giải toả khối lượng không khí
hội tụ ở mặt đất và duy trì bão như ta đã nói trong phần về trường các yếu tố khí tượng.
Điều đó thường được thoả mãn ở miền nhiệt đới, vì từ mực 500mb trở lên, nhất là tại mực
200, 300mb thường xuyên tồn tại áp cao cận nhiệt.
5. Ở mặt đất phải có nhiễu động áp thấp ban đầu. Những kết quả thống kê cho thấy
80% các cơn bão có liên quan với dải hội tụ nhiệt đới. Năm dải hội tụ nhiệt đới ít hoạt
động thì cũng ít bão
Những khu vực thoả mãn điều kiện 1, 2 có thể được xác định trên bản đồ địa lý và bản
đồ khí hậu. Riêng các điều kiên 3, 4, 5 có liên quan chặt chẽ với các hình thế synôp dưới
thấp và trên cao trong miền nhiệt đới.
4.5.2 Hình thế synôp và sự hình thành bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương và
Biển Đông
Độ đứt gió trong khu vực hình thành bão
Từ cơ chế hình thành bão, ta thấy để có thể tập trung một lượng hơi nước lớn vào khu
vực trung tâm áp thấp thì trong thời gian đầu, dòng thăng theo chiều cao không quá mạnh.
Điều đó chỉ có thể thoả mãn khi độ đứt gió theo chiều cao nhỏ. Người ta thường lấy hiệu
tốc độ gió của mực 200mb và 900 hay 850mb đặc trưng cho đại lượng này.
Từ trên hình 4.15 ta thấy bão thường phát triển trong mối liên quan với đường độ đứt
gió bằng 0 như sau:
- Quá trình hình thành xoáy diễn ra phía dưới khu vực có độ đứt thẳng đứng của gió
bằng 0 (hình 4.15).
- Ở phía bắc của khu vực có hệ thống phát triển bão là độ đứt dương của gió vĩ hướng và
- 105
ở phía nam là độ đứt âm của gió vĩ hướng. Trong đó ở phía tây độ đứt gió nam và ở
phía đông là độ đứt gió bắc. Qui mô của mô hình độ đứt gió là vào khoảng 10o vĩ.
Hình 4.15.
Sơ đồ khu vực độ đứt gió vĩ hướng (U200 mb- U900
mb) không thuận lợi cho sự phát triển bão (KPT)
hình 4.15a. Và thuận lợi cho sự hình thành bão
(PT1, PT2, PT3) hình 4.15b. (McBride và Zehr,
1980). Đường đậm nét là đường độ đứt gió theo
chiều thẳng đứng bằng 0 thường đi qua trung tâm
áp thấp mặt đất
Kết quả thống kê cho thấy bão hình thành ở khu vực có độ đứt gió bằng 0 đi qua trung
tâm áp thấp mặt đất như ba trường hợp trên hình 4.15, b. Và không hình thành khi đường độ
đứt gió bằng 0 ở cách xa trung tâm áp thấp mặt đất (Hình 4.15, a). Quy luật đó cũng thể hiện
trên kết quả thống kê khí hậu minh hoạ bằng các đường trên hình 4.16. Trên hình biểu diễn
phân bố theo vĩ tuyến của độ đứt thẳng đứng của gió vĩ hướng trung bình trên một số khu
vực.
Trên miền Tây Bắc Thái Bình Dương với tần suất bão lớn nhất trên Trái Đất, độ đứt
gió vĩ hướng có giá trị nhỏ nhất (dưới 5kts trong phạm vi rất rộng từ 25o-30o vĩ). Trong khi
đó có một số khu vực có độ đứt gió tới 30-40kts như Nam Thái Bình Dương và Nam Đại
Tây Dương, bão không hình thành.
Vào mùa thu, trên Tây Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông độ đứt thẳng đứng của tốc
độ gió nhỏ, kết hợp với nhiệt độ mặt biển lớn tạo điều kiện thuận lợi đưa tần suất hình
thành bão tới mức cực đại. Độ đứt gió nhỏ là kết quả của sự biến đổi và dịch chuyển của hệ
thống khí áp ở mực thấp và trên cao.
- 106
Hình 4.16.
Phân bố theo vĩ tuyến của độ đứt thẳng đứng của gió vĩ hướng trung bình
(kts) giữa mực 850 và 200mb trong các khu vực (Gray, 1968)
Giữa mùa hè trên Biển Đông ít bão do độ đứt gió lớn chiếm ưu thế. Đôi khi nếu rãnh ở
trên tầng đối lưu ở Bắc Thái Bình Dương dịch sang phía tây tới Philippine, tạo độ đứt
thẳng đứng gió nhỏ trên Biển Đông sẽ tạo điều kiện cho bão hình thành.
Sự biến động lớn của bão nhiệt đới qua các tháng và qua các năm ở tất cả các khu vực
liên quan với sự biến động của hai yếu tố: độ đứt thẳng đứng, nhiệt độ mặt biển dao động
gần giá trị chuẩn khí hậu của chúng. Chẳng hạn, nếu chuẩn sai hoàn lưu quy mô lớn tại các
mực phối hợp với việc tạo độ đứt thẳng đứng của gió lớn, bão không hình thành.
Nhiễu động mặt đất và dải hội tụ nhiệt đới
Sadler (1976) đã chỉ ra sự hình thành bão đối với Tây Bắc Thái Bình Dương là
- Sự tăng cường của xoáy mực thấp dọc theo rãnh gió mùa.
Kết quả phân tích của Gray (1968) cho thấy có tới 80-85% bão hình thành trên dải hội
tụ nhiệt đới hay ở rìa phía bắc của dải hội tụ nhiệt đới hay rãnh xích đạo. Khoảng 15% còn
lại, bão hình thành trong đới tín phong trên một khoảng cách lớn so với dải hội tụ nhiệt đới
nhưng có sự phối hợp với rãnh phần trên tầng đối lưu về phía tây bắc của dải hội tụ nhiệt
đới.
Nhiễu động áp thấp ở mặt đất bảo đảm cho sự hội tụ đường dòng. Trong khi đó ở trên
cao, phải bảo đảm sự phân kỳ của dòng khí như chỉ ra trên hai hình 4.17, 4.18. Dòng khí
tại mực 900mb không thuận lợi cho sự phát triển (KPT) và hai trường hợp thuận lợi (PT)
cho sự phát triển của bão. Trên hình 4.18 biểu diễn những điều kiện phân kỳ của dòng khí
tại mực 200mb tạo điều kiện hình thành bão, tương ứng với các trường hợp ở mực 900mb.
Tại mực 900 mb cả hai hệ thống bão phát triển (PT) và không phát triển (KPT) đều là
tín phong hướng đông ở phía bắc và gió mùa hướng tây ở phía nam. Sự khác nhau chủ yếu
giữa hai mô hình là đối với mô hình phát triển bão là gió đông ở phía bắc mạnh hơn đáng
kể so với gió tây ở phía nam.
Trên hình 4.17 và 4.18 ta có thể thấy một số quy luật sau:
- 107
Hình 4.17. Hình 4.18.
Đường dòng và đường đẳng tốc (m/s) tại Thái Bình Đường dòng và đường đẳng tốc (m/s) tại Thái Bình
Dương trên mực 900 mb không thuận lợi cho sự phát Dương trên mực 200 mb không thuận lợi cho sự phát
triển bão (KPT) và thuận lợi cho sự phát triển thành triển bão (KPT) và thuận lợi cho sự phát triển thành bão
bão (PT1, PT2) (McBride và Zehr, 1980) (PT1, PT2) (McBride và Zehr, 1980)
- Một là tại mực 200 mb trong trường hợp có sự phát triển bão có hệ thống áp cao
khoảng 3o vĩ về phía đông còn trong trường hợp không có điều kiện phát triển bão
thì không có cao áp.
- Hai là hệ thống áp thấp trước bão nằm ở khu vực có xoáy tương đối với giá trị
lớn, đối với những khối mây có thể tạo bão thì xoáy mực thấp có đại lượng gấp
đôi so với trường hợp không phát triển.
4.6 SỰ DI CHUYỂN CỦA BÃO
Quỹ đạo của một cơn bão là đường nối các vị trí liên tiếp của cơn bão qua các giai
đoạn tồn tại của nó. Vị trí của bão được xác định theo trường áp, trường gió và theo ảnh
mây vệ tinh. Quỹ đạo bão được xác định lại một cách chính xác hơn, được coi là quỹ đạo
chuẩn (“best track”).
Quỹ đạo trung bình nhiều năm (quỹ đạo trung bình khí hậu) của bão là đường nối các
- 108
điểm có tần suất xuất hiện bão cực đại trên ô vuông kinh vĩ độ của khu vực nhất định.
Hình 4.19.
Quỹ đạo của cơn bão IKE (1984) và WAYNE (1980) và
cơn bão năm 2003
Dạng parabol đặc trưng của các quỹ đạo bão quy định bởi cơ chế bão di chuyển theo
dòng dẫn đường, dòng không chịu ảnh hưởng nhiễu động của bão ở rìa hướng về phía tây
nam cực tây và tây bắc của cao áp cận nhiệt như biểu diễn trên hình 4.14 (Watanabe,
1980). Từ bản đồ vectơ trung bình của bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương, ta cũng thấy
dạng quỹ đạo
parabol chiếm ưu thế (hình 4.2). Tuy nhiên, nhiều cơn bão chỉ đi theo dòng dẫn trong
một thời gian, sau đó đổ bộ vào đất liền và tan đi. Khi đó quỹ đạo hướng từ đông đông nam
lên tây tây bắc có dạng gần thẳng như trong trường hợp các cơn bão từ tháng 8 đến tháng
12 ở Tây Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông (Hình 4.5). Một số cơn bão mạnh có thể có
nội lực lớn chúng có thể di chuyển theo nhiều dạng quỹ đạo khác nhau, có khi thắt nút một
hay nhiều lần. Chẳng hạn như cơn IKE và WAYNE trên hình 4.19.
Như ta đã biết bão là một trong những hiện tượng thời tiết nguy hiểm nhất vì nó gây
mưa to, gió lớn, nước dâng trên phạm vi rộng và gây tác hại nghiêm trọng, nhất là khi đổ
bộ vào đất liền. Dự báo địa điểm và thời gian bão đổ bộ vào đất liền có tầm quan trọng rất
lớn đối với hoạt động kinh tế và đời sống của những nước ven biển nhiệt đới.
Ta hãy xét tác động của nội lực đối với sự di chuyển. Theo Rossby, nội lực của bão có
thể được biểu diễn bằng biểu thức:
R4
F = βρΠω
4
∂f
ở đây β = , ρ - mật độ không khí, ω - tốc độ quay tương đối tính trung bình trong
∂y
phạm vi bão, R - bán kính trung bình của bão, thường lấy bán kính của đường đẳng áp
khép kín ngoài cùng. Vì vế phải của biểu thức trên luôn dương nên lực F>0, bão có xu thế
di chuyển về phía cực với nội lực F.
Từ biểu thức trên ta cũng thấy nội lực của bão tỷ lệ thuận với tốc độ quay và phạm vi
của bão; tốc độ quay của bão càng lớn, phạm vi của bão và nội lực của bão càng lớn, bão
- 109
cũng có khả năng di chuyển theo tác động của nội lực. Có trường hợp bão cắt ngang qua áp
cao cận nhiệt, nghĩa là cắt ngang qua dòng dẫn đường và di chuyển về phía cực.
Ngoại lực tác động đối với sự di chuyển của bão thông qua dòng dẫn đường của môi
trường. Ở miền nhiệt đới, dòng dẫn đường đối với bão chủ yếu là dòng khí ở rìa phía nam,
phía tây và tây bắc của áp cao cận nhiệt. Nguyên lý về dòng dẫn đường đối với bão cũng là
nguyên lý dòng dẫn đường tại mực 700 và 500mb đối với xoáy mặt đất miền ôn đới.
Một vấn đề quan trọng cần giải quyết đầu tiên là xác định mực dòng dẫn đường phù
hợp nhất đối với bão. Kết quả nghiên cứu của nhiều chuyển gia đã chỉ ra rằng do trọng tâm
của bão nằm ở gần mặt đất nên dòng dẫn đường không thể nằm ở quá cao. Các kết quả tính
toán mối tương quan giữa đường đi của bão và dòng dẫn mực 300 mb đều không cho kết
quả tốt.
Theo Car, Elsbery, về mặt định lượng dòng dẫn đường được lấy trung bình trong một
số lớp có quan hệ chặt chẽ nhất với chuyển động của bão, mực dòng dẫn đường phụ thuộc
vào cường độ bão thông qua tốc độ gió cực đại theo bảng dưới đây
Tốc độ gió cực đại Mực dòng dẫn đường
Cường độ bão
(m/s) (mb)
Xoáy mực thấp < 12,5 m/s 850 mb
Áp thấp nhiệt đới 12,5 - 15 m/s 700 mb
Bão 17,5 - 30 m/s 700 mb
Bão mạnh 32,5 - 62,5 m/s 500 mb
Bão rất mạnh 65 - 90 m/s 400 mb
Như vậy là bão càng mạnh, mực dòng dẫn đường phù hợp càng nằm ở độ cao lớn hơn.
Đối với các cơn bão rất mạnh do không thường xuyên thiết lập bản đồ AT400 nên có thể
dùng bản đồ AT500 để xác định dòng dẫn đường cho bão.
4.7 DỰ BÁO SỰ DI CHUYỂN CỦA BÃO
Do sự tăng cường hoạt động trên biển và hoạt động của ngành hàng không, ngoài dự
báo thời điểm và nơi bão đổ bộ vào đất liền thì dự báo sự di chuyển của bão trên biển cũng
có ý nghĩa thực tiễn đối với việc phòng tránh của tàu biển và máy bay hoạt động trong khu
vực có bão. Hiện nay, nhờ có vệ tinh khí tượng con người có thể kiểm soát được tất cả các
cơn bão trên Trái Đất từ khi hình thành cho đến khi bão tan. Vì vậy có thể cảnh báo đối với
các phương tiện hoạt động trên biển và đối với hàng không trên tất cả các khu vực trên đất
liền.
4.7.1 Xác định tâm bão
Như ta sẽ thấy trong các mục tiếp theo, chất lượng của các dự báo sự di chuyển của
bão phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác trong việc xác định tâm bão. Do bão hình thành
và phát triển chủ yếu ở trên biển nơi mạng lưới quan trắc khí tượng rất thưa thớt, hơn nữa
gió lớn trong bão gây cản trở rất nhiều đối với việc quan trắc gió trong bão. Chính vì vậy,
số liệu khí tượng trong vùng bão rất hạn chế. Trong nhiều trường hợp để phân tích
trường áp và trường gió, người ta thường phải sử dụng phương pháp nội suy. Việc xác
định tâm bão cũng phải sử dụng phương pháp này.
- 110
4.7.1.1. Xác định tâm bão theo trường áp
Với giả thiết mặt đẳng áp ở mặt đất trong vùng trung tâm bão là hình phễu, với các
đường đẳng áp khép kín tròn và gần như đồng tâm, ta có thể xác định tâm bão bằng cách
lấy đường trung trực của ba đoạn đường đẳng áp ở quanh tâm bão như minh hoạ trên hình
4.20. Khi đó trung tâm bão sẽ là điểm giữa của hình tam giác, tạo nên bởi sự giao nhau của
ba đường trung trực. Sai số của phương pháp sẽ lớn khi bão chuyển động nhanh và gần tới
bờ lục địa vì khi đó đường đẳng áp và phân bố khí áp không còn đối xứng so với tâm bão.
Hình 4.20.
Đường nét đứt là đường trung trực của các đoạn đường
đẳng áp AB, CD và EF. Điểm O là trung tâm của xoáy (Tom,
1983)
4.7.1.2. Xác định tâm bão theo góc nghiêng của dòng khí ở gần tâm bão
Phương pháp này được xây dựng trên giả thiết là các dòng khí hội tụ vào tâm
bão với cùng một góc nghiêng. Tính trung bình góc này từ 20-40o. Chẳng hạn với
góc nghiêng là 20o thì đoạn đường dòng hướng vào tâm (đường đứt nét) hợp với véc tơ
tiếp tuyến với đường dòng sẽ tạo thành góc 90o + 20o = 110o như minh hoạ
trên hình 4.21. Điểm giữa của tam giác tạo nên bởi ba đoạn đường dòng hướng tâm là
tâm của bão.
Trên đất liền do mạng lưới khí tượng dày đặc hơn nên ta có thể sử dụng khí áp mặt đất
để xác định tâm bão. Trong trường hợp bão di chuyển trên đất liền thì có thể xác định thời
điểm xảy ra giá trị cực tiểu khí áp phối hợp với hướng gió để xác định tâm bão. Tuy
nhiên, khi bão suy yếu và có sự biến dạng của trường áp do ma sát mặt đất thì sai số sẽ lớn.
4.7.1.3. Phương pháp xác định tâm bão bằng ảnh mây vệ tinh
Số liệu vệ tinh cho phép quan trắc bão ở những khu vực không có quan trắc mặt đất.
Dùng tài liệu vệ tinh có thể xác định tâm bão theo các đặc điểm hệ thống mây vùng trung
tâm bão hay nối các ảnh mây thành một đoạn phim để theo dõi sự phát triển của độ xoái
của các dải mây và từ đó xác định tâm bão. Khi mắt bão hiện rõ trên ảnh mây vệ tinh thì
tâm hình học của mắt bão được coi gần đúng là tâm bão. Khi mắt bão chưa hiện rõ thì tâm
có thể chệch khỏi vùng mây trung tâm. Tâm bão được xác định theo phương pháp Dvorak.
Khi hệ thống mây được xác định rõ trên ảnh mây vệ tinh bởi mắt bão hay dải mây thì
tâm bão mặt đất thường thấy rõ. Nhưng phần lớn ảnh mây vệ tinh có đặc điểm mây trung
tâm bão có thể bao phủ bởi màn mây và bị biến dạng bởi độ đứt gió. Tâm bão có thể không
nằm ở giữa khối mây trung tâm như các ngày 1, 2, 3 trên hình 4.22 (phần trên). Chỉ vào ngày
thứ 4 và thứ 5 khi bão nằm trong giai đoạn chín muồi, mắt bão mới hiện rõ và tâm bão mới
nằm giữa khối mây trung tâm.
- 111
Hình 4.22.
Vị trí của tâm bão mặt đất tương ứng với sơ đồ khối mây trung tâm (A) và trên ảnh mây vệ tinh (B)
4.7.2 Dự báo quỹ đạo bão
Dự báo quỹ đạo bão đóng vai trò rất quan trọng trong việc hạn chế thiệt hại do bão gây
nên. Đây là vấn đề rất phức tạp, đòi hỏi sai số 10o so với hướng chuyển động thực trên
khoảng cách 80-120km so với điểm đổ bộ của bão vào đất liền.
Hiện chưa có phương pháp đa năng cho dự báo quỹ đạo bão nên dự báo viên phải lựa
chọn các phương pháp thích hợp cho vùng cần dự báo.
4.7.2.1. Phương pháp quán tính và phương pháp khí hậu
Phương pháp quán tính dựa trên giả thiết là hiệu ứng tổng hợp của các lực tác động tới
cơn bão trong thời đoạn đã qua sẽ tiếp tục tác động với cùng xu thế trong thời kỳ cần dự
báo. Đây là phương pháp đơn giản, nhưng cho kết quả chấp nhận được trong vòng 12h nếu
bão di chuyển ổn định, không chuyển hướng do sự biến đổi của dòng dẫn đường. Để dự
báo bằng phương pháp quán tính ta phải có ít nhất hai vị trí tâm bão trên quỹ đạo bão.
Chẳng hạn khi có hai vị trí đầu tiên của cơn bão ta có thể xác định được hướng và tốc độ di
chuyển của bão. Giả thiết rằng trong 12h tới bão vẫn di chuyển theo hướng và tốc độ như
12h qua ta có thể xác định được quỹ đạo của bão trong 12h tới. Nếu có ba trung tâm bão
liên tiếp trên quỹ đạo ta có thể xác định gia tốc của chuyển động và bằng cách đó cũng có
thể xác định quỹ đạo bão trong tương lai. Cần lưu ý là theo những quỹ đạo thực của bão
trong các thời đoạn ngắn hơn ta có thể điều chỉnh các quỹ đạo bão để đạt mức chính xác
cao hơn.
Phương pháp khí hậu được thực hiện trên cơ sở các kết quả thống kê nhiều năm đối
với quỹ đạo bão. Theo quỹ đạo bão nhiều năm trên mạng ô vuông kinh vĩ nhất định, người
ta sẽ xác định quỹ đạo trung bình nhiều năm theo từng tháng và quỹ đạo trung bình nhiều
năm sẽ là đường nối các điểm có tần suất lớn nhất như bản đồ quỹ đạo bão trung bình ở
Việt Nam và Biển Đông (hình 4.5).
Tốc độ dịch chuyển của bão cũng có thể tính trên cơ sở số liệu khí hậu trung bình của
các chùm quỹ đạo bão hay cho từng khu vực và theo thời gian nhất định. Véc tơ dịch
chuyển của bão theo phương pháp khí hậu sẽ được xác định cho quỹ đạo và tốc độ di
chuyển theo kết quả thống kê khí hậu.
- 112
Véc tơ tổng hợp của hai phương pháp này sẽ là:
1
S p + c = (S p + S c )
2
trong đó SP là véc tơ di chuyển của bão tính theo phương pháp quán tính, còn SC là véc
tơ di chuyển của bão theo phương pháp khí hậu. Theo véc tơ tổng hợp này ta có thể xác
định điểm đổ bộ của bão khi bão gần tới đất liền.
Hiện hai phương pháp này cho kết quả có thể chấp nhận được đối với các cơn bão ở
khu vực có tần suất bão tương đối cao.
4.7.2.2. Phương pháp synôp
Phương pháp dòng dẫn đường
Phương pháp dự báo sự di chuyển của bão bằng phương pháp synôp dựa trên cơ sở
quy tắc dòng dẫn đường như đã áp dụng đối với xoáy thuận ngoại nhiệt đới. Thường người
ta dùng mực dòng dẫn cho các cơn bão yếu là 700mb. Còn đối với cơn bão phát triển mạnh
thì mực dòng dẫn là 500mb. Để xác định vị trí có dòng dẫn đường bằng cách từ tâm bão
người ta kẻ một đường vuông góc với hướng chuyển động của bão và trên khoảng cách 5-
8o vĩ tuỳ theo quy mô của bão người ta xác định điểm tại đó có dòng dẫn đường và điểm đó
được gọi là điểm "kiểm tra" (Chin, 1970).
Sử dụng dòng dẫn đường này ta có thể xác định hướng và tốc độ di chuyển của bão.
Trên cơ sở đó, dự đoán quỹ đạo bão trong tương lai.
Phương pháp hệ thống dự báo hướng di chuyển của bão
Năm 1998 Cars và Elsbery dựa trên kết quả phân tích 287 cơn bão trong thời kỳ 10
năm đã hệ thống hoá và tính tần suất đối với bốn mô hình synôp cơ bản quy định các khả
năng di chuyển của bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương trong đó có Biển Đông. Công trình
này không những giúp hiểu biết sâu hơn và có hệ thống về hoạt động của bão ở khu vực
này mà còn là tài liệu rất hữu ích trong dự báo sự di chuyển của bão. Theo Cars và Elsbery
toàn bộ các hệ thống di chuyển bão có thể tổng hợp thành các quỹ đạo trong bốn mô hình
với tần suất tương ứng đó là: Mô hình chuẩn (60%), mô hình hướng cực (30%), các quỹ
đạo thực trong hai mô hình này được minh hoạ trên hình 4.23 và 4.24. Hai mô hình với tần
suất nhỏ hơn nhiều so với hai mô hình trên là mô hình vòng hoàn lưu gió mùa (7%) và mô
hình bão kép (3%).
Như vậy hai mô hình cuối cùng chiếm tần suất rất nhỏ. Dưới đây chúng ta sẽ mô tả các
quỹ đạo bão trong các mô hình này.
a) Mô hình chuẩn (Hình 4.23)
Trong mô hình chuẩn, rãnh ôn đới dịch chuyển tới miền nhiệt đới tách áp cao cận
nhiệt thành hai bộ phận (được minh hoạ bằng đường đẳng cao mực 500 mb với hoàn lưu
thuận chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán Cầu) ở phía tây và phía đông tương tự hình thế thường
xảy ra trên Biển Đông và miền ven biển phụ cận như minh hoạ trên hình 4.23 (hình dưới).
Trung tâm bão ở mặt đất được kí hiệu bằng dấu hiệu xoáy ( ) với khu vực tốc độ gió
cực đại ở phía phải của bão theo hướng di chuyển (được kí hiệu bằng hình elip tô đậm).
Tuỳ theo khu vực dòng khí thịnh hành ở các khu vực bão di chuyển tới mà các quỹ đạo của
nguon tai.lieu . vn