Xem mẫu
- Ch¬ng 2
Gi¸ng thñy
2.1 Më ®Çu vµ c¸c kh¸i niÖm
Gi¸ng thñy lµ mét nh©n tè quan träng ®iÒu hßa chÕ ®é thñy v¨n cña mét vïng.
Nã lµ nguån cung cÊp níc chñ yÕu cho bÒ mÆt Tr¸i ®Êt vµ nh÷ng kiÕn thøc vÒ sù
ph©n bè ma theo kh«ng gian vµ thêi gian lµ rÊt cÇn thiÕt ®Ó hiÓu ®îc sù trao ®æi
Èm trong ®Êt, trao ®æi níc ngÇm vµ dßng ch¶y s«ng ngßi. Sè liÖu gi¸ng thñy thu
thËp dÔ dµng h¬n, t¹i nhiÒu vÞ trÝ h¬n vµ cã thêi gian dµi h¬n c¸c thµnh phÇn kh¸c
trong vßng tuÇn hoµn cña níc. ë mét sè n¬i trªn thÕ giíi, sè liÖu gi¸ng thñy lµ
nh÷ng sè liÖu thñy v¨n duy nhÊt trùc tiÕp ®o ®¹c ®îc. Do ®ã viÖc nghiªn cøu gi¸ng
thñy cã tÇm quan träng ®Æc biÖt ®èi víi c¸c nhµ thñy v¨n häc vµ ë ch¬ng nµy tËp
trung vµo sù h×nh thµnh vµ ph©n bè cña nã lµ nh÷ng vÊn ®Ò liªn quan trùc tiÕp ®Õn
c¸c nhµ thñy v¨n häc. Nh÷ng kiÕn thøc chi tiÕt h¬n vÒ c¬ cÊu h×nh thµnh cña gi¸ng
thñy thuéc lÜnh vùc nghiªn cøu cña c¸c nhµ khÝ tîng vµ khÝ hËu häc. Ngêi ®äc cã
thÓ tham kh¶o thªm c¸c tµi liÖu chuÈn vÒ khÝ tîng, khÝ hËu.
C¸c nhµ khÝ tîng quan t©m ®Õn viÖc ph©n tÝch vµ gi¶i thÝch nh÷ng c¬ chÕ t¸c
®éng ®Õn sù ph©n bè cña gi¸ng thñy, mµ kh«ng quan t©m ®Õn c¸c vÊn ®Ò khi gi¸ng
thñy r¬i xuèng mÆt ®Êt. Cßn nh÷ng nhµ thñy v¨n häc th× quan t©m ®Õn nã, ®ã lµ sù
ph©n bè, tæng lîng gi¸ng thñy, khi nµo vµ ë ®©u gi¸ng thñy sÏ xuÊt hiÖn. Do ®ã,
nh÷ng híng nghiªn cøu gi¸ng thñy cña thñy v¨n häc liªn quan tíi lo¹i gi¸ng thñy,
sù biÕn ®æi theo kh«ng gian vµ thêi gian cña nã, viÖc hiÓu vµ sö dông chÝnh x¸c sè
liÖu ®o ®¹c ®îc.
Gi¸ng thñy xuÊt hiÖn ë mét sè d¹ng vµ mét sù kh¸c biÖt tuy ®¬n gi¶n nhng c¬
b¶n gi÷a chóng lµ d¹ng r¾n vµ láng. Gi¸ng thñy láng bao gåm chñ yÕu lµ ma rµo vµ
ma phïn (cã kÝch thíc h¹t nhá h¬n vµ cêng ®é yÕu h¬n ma rµo). Ngîc l¹i víi
gi¸ng thñy láng ®ãng vai trß trùc tiÕp trong sù chuyÓn ®éng cña níc trong vßng tuÇn
hoµn, gi¸ng thñy r¾n bao gåm chñ yÕu lµ tuyÕt tån t¹i trªn bÒ mÆt ®Êt trong mét
kho¶ng thêi gian ®¸ng kÓ cho tíi khi nhiÖt ®é t¨ng ®ñ lín lµm nã tan ra. V× lÝ do nµy
mµ gi¸ng thñy r¾n, ®Æc biÖt lµ tuyÕt, sÏ ®îc tr×nh bµy riªng ë môc 2.7. Ma ®¸ lµ
mét d¹ng gi¸ng thñy kh¸ ®Æc biÖt v× mÆc dï r¬i xuèng mÆt ®Êt díi d¹ng r¾n nhng
nã thêng tan nhanh trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é thóc ®Èy sù tan ch¶y do ®ã nã
cã xu híng t¸c ®éng ®Õn chÕ ®é thñy v¨n nh mét trËn ma nÆng h¹t.
Mét sè d¹ng kh¸c cña gi¸ng thñy cã thÓ quan träng víi tõng khu vùc. VÝ dô, ë
mét sè khu vùc nöa kh« h¹n, nguån Èm chÝnh lµ s¬ng ®îc t¹o thµnh khi kh«ng khÝ
bÞ l¹nh ®i vÒ ®ªm. ë vïng ven biÓn hoÆc vïng nói, nh÷ng giät níc nhá trong nh÷ng
®¸m m©y thÊp hay s¬ng mï cã thÓ ®äng l¹i trªn cá c©y vµ nh÷ng bÒ mÆt kh¸c. Trong
thùc tÕ, mÆc dï kh«ng hoµn toµn ®óng nhng thuËt ng÷ “gi¸ng thñy” vµ “ma”
24
- thêng ®îc dïng tïy tiÖn vµ cã thÓ thay thÕ cho nhau trong bÊt kú hay tÊt c¶ c¸c
d¹ng cña chóng.
2.1.1 H¬i níc
Dï kh«ng khÝ cã kh« ®Õn ®©u ®i ch¨ng n÷a, nã còng lu«n chøa h¬i Èm díi
d¹ng nh÷ng ph©n tö h¬i níc. Mét ph©n tö h¬i níc lµ mét ph©n tö khÝ ë díi “nhiÖt
®é tíi h¹n” vµ do ®ã dÔ dµng ngng tô hoÆc hãa láng khi cã mét sù thay ®æi t¬ng ®èi
nhá cña nhiÖt ®é hoÆc ¸p suÊt. Lîng h¬i níc trong kh«ng khÝ lu«n lu«n biÕn ®æi
theo thêi gian vµ cã thÓ ®îc biÓu diÔn b»ng søc tr¬ng h¬i níc - ¸p suÊt riªng phÇn
cña h¬i níc. §©y lµ mét phÇn rÊt nhá trong toµn bé ¸p suÊt kh«ng khÝ, thêng b»ng
2.5 hPa trong khi ¸p suÊt khÝ quyÓn kho¶ng 985 hPa (Trenberth, 1992).
Kh«ng khÝ cã thÓ gi÷ ®îc mét lîng tèi ®a h¬i níc tríc khi nã b·o hßa vµ
lîng h¬i níc nµy t¨ng theo quy luËt hµm logarit cïng víi sù t¨ng cña nhiÖt ®é.
NhiÖt ®é kh«ng khÝ cµng cao th× nã cµng cã kh¶ n¨ng gi÷ ®îc nhiÒu h¬i níc h¬n.
Mét khi lîng h¬i níc vît qu¸ giíi h¹n, ch¼ng h¹n b»ng c¸ch lµm l¹nh, th× sù
ngng tô xuÊt hiÖn. NhiÖt ®é x¶y ra sù ngng tô gäi lµ “nhiÖt ®é ®iÓm s¬ng”. §é b·o
hßa cña kh«ng khÝ cã thÓ ®îc biÓu diÔn b»ng “®é Èm t¬ng ®èi” cña kh«ng khÝ (lµ tØ
lÖ gi÷a ¸p suÊt h¬i níc thùc tÕ so víi ¸p suÊt h¬i níc b·o hßa). Do ¸p suÊt h¬i b·o
hßa phô thuéc nhiÖt ®é nªn ®é Èm t¬ng ®èi gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng vµ ngîc l¹i, khi
kh«ng khÝ l¹nh ®i th× ®é Èm t¬ng ®èi t¨ng. ë ¸p suÊt h¬i díi ¸p suÊt h¬i b·o hßa,
kh«ng khÝ cha b·o hßa vµ nÕu c¸c ®iÒu kiÖn phï hîp (xem ch¬ng 4), nã cã thÓ hót
thªm h¬i Èm tõ qu¸ tr×nh bay h¬i.
Lîng h¬i Èm cña khÝ quyÓn, hay ®é Èm, cã thÓ ®o b»ng mét sè dông cô. Èm kÕ
®iÓm s¬ng lÇn lît ®èt nãng råi lµm l¹nh mét chiÕc g¬ng vµ ®o nhiÖt ®é ®iÓm s¬ng
b»ng c¸ch ghi l¹i sù thay ®æi n¨ng suÊt ph¸t x¹ cña bÒ mÆt g¬ng do qu¸ tr×nh h×nh
thµnh sù ngng tô. Èm biÓu gåm 2 nhiÖt kÕ, mét chiÕc ®o nhiÖt ®é kh«ng khÝ cßn
chiÕc thø hai ®îc gi÷ Èm b»ng mét miÕng v¶i nhóng trong mét cèc níc. BÇu Èm bÞ
lµm l¹nh bëi níc bay h¬i (nªn cÇn Èn nhiÖt bay h¬i) vµ sù gi¶m nhiÖt ®é t¬ng øng
víi nhiÖt kÕ kh« cho biÕt møc ®é bèc h¬i, do ®ã cho biÕt sù kh« r¸o cña kh«ng khÝ.
Tæng lîng h¬i níc trong khÝ quyÓn chØ chiÕm mét phÇn nhá trong kho níc
toµn cÇu. ë mét thêi ®iÓm x¸c ®Þnh, níc trong khÝ quyÓn chiÕm kh«ng qu¸ 0,001 %
tæng lîng níc trong lôc ®Þa, ®¹i d¬ng vµ khÝ quyÓn (xem b¶ng 1.1), song lîng
níc nhá nµy l¹i lµ nguån cung cÊp mét nguån níc liªn tôc díi d¹ng gi¸ng thñy.
H¬i níc trong khÝ quyÓn lªn tíi kho¶ng 25 mm níc láng trong kho¶ng thêi gian
trung b×nh lµ 9 ngµy (cung cÊp mét lîng ma trung b×nh hµng n¨m kho¶ng 1000
mm trªn toµn cÇu). Con sè nµy kh«ng ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1.1. Mét phÇn lîng
níc bÞ mang lªn tÇng b×nh lu n¬i chóng cã thÓ ë l¹i trªn 10 n¨m. ë mét th¸i cùc
kh¸c, mét phÇn níc ®· bay h¬i vµo nh÷ng tÇng thÊp cña mét ®¸m m©y d«ng cã thÓ
r¬i xuèng díi d¹ng gi¸ng thñy trong vßng 1 giê (Lamb, 1972).
MÆt c¾t th¼ng ®øng cña nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cã ¶nh hëng ®Æc biÖt quan träng
tíi gi¸ng thñy. Sù biÕn ®æi cña nhiÖt ®é theo ®é cao gäi lµ tèc ®é gi¶m nhiÖt ®é cña
m«i trêng – gradien nhiÖt ®é cña m«i trêng (ELR). Tèc ®é gi¶m thêng lµ 6C/km
nhng cã thÓ thay ®æi rÊt lín gi÷a c¸c khu vùc vµ theo thêi gian vµ ®iÒu nµy sÏ ¶nh
hëng ®Õn sù ho¹t ®éng cña c¸c khèi khÝ theo mét c¬ chÕ n©ng lªn. Khi mét dßng khÝ
®i lªn, nã sÏ gi¶m ¸p suÊt vµ do ®ã në ra vµ l¹nh ®i. NÕu kh«ng cã sù x¸o trén th×
25
- kh«ng cã sù trao ®æi nhiÖt gi÷a dßng kh«ng khÝ ®i lªn vµ m«i trêng xung quanh nã
(qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt) – ®©y lµ mét gi¶ thiÕt cã lîi cho nhiÒu môc ®Ých, tèc ®é gi¶m
nhiÖt ®é kho¶ng 9,8C/km, gäi lµ gradien ®o¹n nhiÖt kh« (DALR). Tuy nhiªn, nÕu
kh«ng khÝ ®ñ l¹nh ®Ó trë thµnh b·o hßa th× Èn nhiÖt cña qu¸ tr×nh bay h¬i sÏ ®îc
gi¶i phãng khi h¬i níc ngng tô t¹o thµnh c¸c giät níc. Èn nhiÖt gãp phÇn bï l¹i
mét phÇn cña qu¸ tr×nh l¹nh ®i, kÕt qu¶ lµ dßng th¨ng l¹nh ®i víi tèc ®é chËm h¬n –
gradien ®o¹n nhiÖt Èm (SALR). Gradien ®o¹n nhiÖt Èm nhá h¬n gradien ®o¹n nhiÖt
kh« (thêng b»ng kho¶ng 1/2) vµ tØ lÖ nghÞch víi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. Èn nhiÖt ®îc
gi¶i phãng v× thÕ t¨ng cêng chuyÓn ®éng theo ph¬ng th¼ng ®øng. NÕu mét dßng
khÝ ®· b·o hßa cã nhiÖt ®é cao h¬n (vµ do ®ã nhÑ h¬n) kh«ng khÝ xung quanh vµ
gradien nhiÖt ®é cña m«i trêng lín h¬n SALR (hoÆc DALR nÕu kh«ng khÝ cha b·o
hßa), nã sÏ tiÕp tôc ®i lªn, khèi khÝ nµy ®îc gäi lµ ë tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh. Cuèi
cïng khèi khÝ ®¹t ®Õn ®iÓm mµ ë ®ã nã ®ñ l¹nh ®Ó t¹o thµnh m©y. §iÓm nµy gäi lµ
“mùc ngng kÕt”. Sù thay ®æi ®Æc tÝnh cña khèi khÝ chuyÓn ®éng ®îc biÓu diÔn trªn
gi¶n ®å nhiÖt ®éng vµ sù æn ®Þnh cña chóng còng nh bÊt kú mùc ngng kÕt nµo còng
cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh ( H×nh 2.1).
SALR ELR
TrÇn m©y
DALR
§é cao
B
A
Ch©n m©y
X
NhiÖt ®é kh«ng khÝ
H×nh 2.1 Gi¶n ®å nhiÖt ®éng biÓu thÞ sù biÕn ®æi nhiÖt ®é theo ®é cao (gi¶m ¸p suÊt). NÕu mét phÇn tö khÝ
cha b·o hßa ®i lªn vµ l¹nh ®i theo ®êng DALR, tíi nhiÖt ®é ®iÓm s¬ng nã trë thµnh b·o hßa vµ b¾t ®Çu x¶y
ra sù ngng tô (t¹o thµnh m©y). NÕu phÇn tö khÝ tiÕp tôc ®i lªn nã sÏ tiÕp tôc bÞ l¹nh ®i theo ®êng SALR. A =
n¨ng lîng cÇn cung cÊp ®Ó phÇn tö khÝ ®i lªn, B = n¨ng lîng ®îc gi¶i phãng tõ Èn nhiÖt
2.1.2 M©y
M©y lµ tËp hîp cña nh÷ng h¹t níc nhá hoÆc tinh thÓ b¨ng l¬ löng trong khÝ
quyÓn vµ tr«ng nh nh÷ng vËt thÓ tr«i l¬ löng mµu tr¾ng hoÆc x¸m. Nh÷ng ®¸m m©y
riªng biÖt cã thÓ biÕn ®æi trong ph¹m vi tõ vµi chôc mÐt ®Õn hµng tr¨m kilomet. ë
mét thêi ®iÓm bÊt kú, cã kho¶ng 1/2 bÒ mÆt Tr¸i ®Êt bÞ bao phñ bëi nh÷ng ®¸m m©y
vµ chóng ¶nh hëng quan träng tíi c¸n c©n bøc x¹ (Salby, 1992). Do kh¶ n¨ng ph¶n
x¹ lín hay albedo lín, m©y ph¶n x¹ ¸nh s¸ng mÆt trêi ®i tíi vµ ph¶n x¹ l¹i bøc x¹ tõ
bÒ mÆt ®Êt gióp cho tr¸i ®Êt ®îc Êm ¸p. §êng kÝnh cña c¸c h¹t m©y thêng n»m
trong kho¶ng 1-100 m. Lîng níc trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch cña m©y cã thÓ biÕn
thiªn rÊt lín, nhng gi¸ trÞ trung b×nh kho¶ng 0.1-0.2 gm-3 vµ gi¸ trÞ lín nhÊt theo lý
26
- thuyÕt kho¶ng 5 gm-3 (Pruppacher vµ Klett, 1997).
M©y ®îc h×nh thµnh khi kh«ng khÝ trë thµnh b·o hßa do sù bèc h¬i cña níc
vµo kh«ng khÝ hoÆc phæ biÕn h¬n lµ do sù l¹nh ®i cña kh«ng khÝ khi chuyÓn ®éng lªn
cao. C¸c giät níc ngng tô lªn trªn c¸c h¹t bôi khÝ ®ãng vai trß nh nh÷ng nh©n
ngng kÕt. ë nhiÖt ®é díi nhiÖt ®é ®ãng b¨ng, c¸c ph©n tö h¬i níc cã thÓ ®îc biÕn
®æi trùc tiÕp thµnh c¸c tinh thÓ b¨ng nhê qu¸ tr×nh th¨ng hoa. C¸c nh©n ngng kÕt cã
®êng kÝnh kho¶ng tõ 10-4 ®Õn 1 m vµ cã nguån gèc rÊt ®a d¹ng. Chóng bao gåm
khãi, bôi, phÊn hoa, nh÷ng ph©n tö muèi tõ bät níc biÓn b¾n lªn vµ cßn thªm c¸c
h¹t bôi khÝ ®îc t¹o ra tù nh÷ng ph¶n øng hãa häc nµo ®ã gi÷a h¬i níc, oxi, nit¬ vµ
mét lîng nhá c¸c khÝ (SO3, Cl, NH3, O3, NO x) (Preston-Whyte vµ Tyson, 1988).
MÆc dï khèi khÝ cã thÓ ®ñ l¹nh ®Ó t¹o thµnh m©y nhng gi¸ng thñy sÏ kh«ng
x¶y ra trõ phi ®¹t c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp cho sù lín lªn cña c¸c giät níc hoÆc c¸c
tinh thÓ b¨ng. VÉn cßn nhiÒu ®iÒu kh«ng ch¾c ch¾n vÒ c¸c chi tiÕt – vÝ dô sù lín lªn
cña c¸c giät níc bëi sù ngng tô riªng lÎ lµ qu¸ thiÕu ®Ó gi¶i thÝch nguyªn nh©n
xuÊt hiÖn c¸c giät ma trong vßng mét vµi giê diÔn ra sù h×nh thµnh m©y. Chóng ta
®· biÕt r»ng trong c¸c ®¸m m©y Êm (nhiÖt ®é xung quanh lín h¬n nhiÖt ®é ®ãng
b¨ng), nh÷ng c¬ chÕ chñ yÕu gióp cho sù lín lªn cña c¸c giät níc lµ sù va ch¹m vµ sù
liªn kÕt. Trong c¸c ®¸m m©y l¹nh, c¸c tinh thÓ b¨ng lín lªn nhanh h¬n c¸c giät níc
nhê vµo qu¸ tr×nh th¨ng hoa (h¬i níc ngng tô trùc tiÕp thµnh b¨ng lªn c¸c tinh thÓ
b¨ng) – do søc tr¬ng h¬i níc b·o hßa t¸c dông lªn b¨ng nhá h¬n lªn níc láng – vµ
bëi sù va ch¹m, kÕt hîp cña c¸c tinh thÓ b¨ng.
2.2 Nh÷ng c¬ chÕ h×nh thµnh gi¸ng thñy
Gi¸ng thñy x¶y ra khi mét khèi kh«ng khÝ Èm ®ñ l¹nh ®Ó trë thµnh b·o hßa vµ
cã sù hiÖn diÖn cña nh©n ngng kÕt ®Ó t¹o thµnh c¸c giät níc hoÆc c¸c tinh thÓ
b¨ng. C¸c qu¸ tr×nh nµy ®· ®îc ®Ò cËp chi tiÕt trong nhiÒu tµi liÖu (vÝ dô Mason
1971; Pruppacher vµ Klett, 1997) vµ nh÷ng ®iÒu sau ®©y lµ mét sù tæng kÕt ng¾n gän.
Kh«ng khÝ cã thÓ bÞ l¹nh ®i theo mét sè c¸ch, ch¼ng h¹n do sù gÆp nhau gi÷a nh÷ng
khèi kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é kh¸c nhau hay lµ do tiÕp xóc víi bÒ mÆt l¹nh vÝ dô mÆt
®Êt. Song c¬ chÕ l¹nh ®i quan träng nhÊt lµ do chuyÓn ®éng th¨ng cña kh«ng khÝ.
Khi ®i lªn, ¸p suÊt cña kh«ng khÝ gi¶m, nã në ra vµ l¹nh ®i. Sù l¹nh ®i nµy lµm gi¶m
kh¶ n¨ng gi÷ níc cña khèi khÝ cho tíi khi ®Õn nhiÖt ®é ®iÓm s¬ng, khèi khÝ trë
thµnh b·o hßa vµ sù ngng tô xuÊt hiÖn.
V× ®Æc ®iÓm cña m©y (h×nh d¹ng, cÊu tróc, kiÓu, sù trong suèt) biÓu diÔn sù
chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ nªn nh÷ng lo¹i m©y kh¸c nhau g¾n liÒn víi c¸c ®iÒu kiÖn
thêi tiÕt kh¸c nhau. Mét sè m©y g¾n liÒn víi thêi tiÕt kh« r¸o hoÆc ma nhá, trong
khi sè kh¸c g¾n víi nh÷ng trËn ma nÆng h¹t. H¬n n÷a trong nh÷ng hÖ thèng thêi
tiÕt, th«ng thêng cã mét sè lo¹i m©y cïng xuÊt hiÖn – ë nh÷ng ®é cao kh¸c nhau,
thay ®æi theo thêi gian vµ ë nh÷ng vïng kh¸c nhau cña mét c¬n b·o. Nh÷ng th«ng tin
nµy ®· ®îc sö dông trong c«ng viÖc dù b¸o thêi tiÕt h¬n 2.000 n¨m (vÝ dô NIH,
1990). Sù ph©n lo¹i trùc quan ®îc ph¸t triÓn bëi Luke Howard 200 n¨m tríc (m©y
ti – xÕp thµnh sîi, m©y tÇng – xÕp thµnh tÊm, m©y tÝch – xÕp thµnh ®èng) ®· ®îc
kÕt hîp víi ®é cao cña m©y: tÇng thÊp (< 2.000 m), tÇng trung (2.000-6.000 m), vµ
tÇng cao (>6.000 m) trong nh÷ng c¸ch ph©n lo¹i m©y hiÖn ®¹i nh Atlas m©y quèc tÕ
(WMO – Tæ chøc khÝ tîng thÕ giíi, 1975; MO – c¬ quan khÝ tîng, 1982 ).
27
- Nh÷ng ®¸m m©y tÇng thÊp cã thÓ ®îc t¹o thµnh do sù l¹nh ®i cña líp kh«ng
khÝ phÝa díi khi tiÕp xóc víi mÆt ®Öm l¹nh, t¹o thµnh “s¬ng mï”.
Sù h×nh thµnh nh÷ng ®¸m m©y kh«ng tù nã g©y ra gi¸ng thñy v× cÇn ph¶i cã
mét c¬ chÕ cung cÊp nguån h¬i Èm ®i vµo. ChØ khi nµo nh÷ng giät níc hay nh÷ng
tinh thÓ b¨ng lín lªn ®Õn mét cì nµo ®ã, chóng míi cã thÓ r¬i xuèng xuyªn qua nh÷ng
dßng khÝ ®i lªn díi d¹ng gi¸ng thñy. Tïy thuéc vµo nhiÖt ®é, chóng cã thÓ r¬i xuèng
díi ®Êt díi d¹ng ma, ma ®¸ hoÆc tuyÕt. V× dßng th¨ng lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y
ra sù l¹nh ®i cña kh«ng khÝ vµ gi¸ng thñy nªn 3 c¸ch ph©n lo¹i gi¸ng thñy sau ®©y
theo nh÷ng ®iÒu kiÖn khÝ tîng g©y ra chuyÓn ®éng th¼ng ®øng cña kh«ng khÝ
(front/xo¸y , ®èi lu vµ ®Þa h×nh) cã thÓ ®îc sö dông nh mét c¸ch chung nhÊt.
2.2.1 Gi¸ng thñy front vµ gi¸ng thñy xo¸y
ë ngoµi vïng nhiÖt ®íi, gi¸ng thñy thêng lµ kÕt qu¶ cña nh÷ng hÖ thèng thêi
tiÕt cã quy m« réng lín (cã chiÒu ngang >500 km), víi gi¸ng thñy xuÊt hiÖn däc theo
nh÷ng ®íi chuyÓn tiÕp hÑp (hay nh÷ng front) gi÷a nh÷ng khèi khÝ còng nh g¾n liÒn
víi hÖ thèng ¸p thÊp n¬i cã sù héi tô vµ ®i lªn cña kh«ng khÝ. HÖ thèng ¸p thÊp bao
gåm nh÷ng khèi khÝ quay ngîc chiÒu kim ®ång hå ë B¾c b¸n cÇu vµ cïng chiÒu kim
®ång hå ë Nam b¸n cÇu. Trong trêng hîp gi¸ng thñy front, khèi khÝ nãng Èm trît
lªn trªn nªm khèi khÝ l¹nh vµ nÆng h¬n. Qu¸ tr×nh nµy cã thÓ diÔn ra ë front nãng
hoÆc front l¹nh vµ theo nh÷ng thuËt ng÷ kh¸i qu¸t, hai lo¹i front cã thÓ ®îc ph©n
biÖt dùa vµo lo¹i gi¸ng thñy mµ chóng sinh ra (H×nh 2.2).
Front l¹nh thêng cã bÒ mÆt front rÊt dèc lµm cho dßng kh«ng khÝ bèc nhanh
lªn cao g©y ra ma lín nhng thêi gian ng¾n. Ngîc l¹i, mÆt front nãng Ýt dèc h¬n
nhiÒu lµm cho dßng khÝ ®i lªn vµ l¹nh ®i tõ tõ g©y ra nh÷ng trËn ma cã cêng ®é
nhá h¬n nhng l©u h¬n. Trªn kh¾p khu vùc T©y ©u, front nãng thÞnh hµnh vÒ mïa
®«ng khi giã T©y thæi qua §¹i T©y D¬ng sang phÝa §«ng Êm h¬n kh«ng khÝ ë trong
lôc ®Þa, trong khi ®ã vÒ mïa hÌ t×nh h×nh ngîc l¹i, front l¹nh l¹i thÞnh hµnh h¬n. ë
ngoµi vïng nhiÖt ®íi, nh÷ng hÖ thèng xo¸y thuËn lµ nguyªn nh©n cña hiÖn tîng trêi
®Çy m©y bao phñ vµ g©y ra phÇn lín gi¸ng thñy. Chóng thêng cã chuyÓn ®éng th¼ng
®øng t¬ng ®èi yÕu cña kh«ng khÝ vµ g©y ra ma cã cêng ®é võa ph¶i trong thêi gian
kh¸ dµi. ë vïng nhiÖt ®íi, do cã sù ®èt nãng rÊt lín nªn gi¸ng thñy cã cêng ®é m¹nh
h¬n vµ thêi gian ng¾n h¬n.
2.2.2 Gi¸ng thñy ®èi lu
Ma ®èi lu sinh ra khi sù ®èt nãng bÒ mÆt ®Êt lµm kh«ng khÝ nãng lªn vµ
xuÊt hiÖn nh÷ng dßng kh«ng khÝ chuyÓn ®éng m¹nh theo ph¬ng th¼ng ®øng. NÕu
khèi khÝ ë tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh vÒ nhiÖt (môc 2.1.1), nã sÏ tiÕp tôc chuyÓn ®éng
lªn cao vµ kÕt qu¶ lµ bÞ l¹nh ®i, ngng tô vµ t¹o thµnh m©y g©y ra nh÷ng trËn ma
khu vùc cã cêng ®é lín vµ thêi gian ng¾n. Lo¹i ma nµy phô thuéc vµo nhiÖt vµ Èm
cña kh«ng khÝ tõ tÇng díi vµ phæ biÕn ë khu vùc nhiÖt ®íi ®Æc biÖt lµ vµo mïa hÌ
mÆc dï nã còng xuÊt hiÖn tha thít ë nh÷ng khu vùc kh¸c. Trong khu vùc xo¸y
thuËn nhiÖt ®íi, nh÷ng m©y cã thÓ h×nh thµnh nh÷ng d¶i xo¾n èc xung quanh t©m
xo¸y sinh ra dßng th¨ng g©y ma lín kÐo dµi trªn diÖn réng (Barry vµ Chorley, 1998).
28
- H×nh 2.2 HÖ thèng b·o xo¸y thuËn ë B¾c b¸n cÇu cho thÊy sù xuÊt hiÖn cña nh÷ng front vµ g©y ra ma
ë nh÷ng vïng bªn trong lôc ®Þa Êm ¸p vµ biÓn nhiÖt ®íi, nh÷ng hÖ thèng ®èi
lu chuyÓn ®éng chËm ë gi÷a (hay gÇn t©m xo¸y) cã thÓ sinh ra mét lîng ma ®¸ng
kÓ vµ lµ nguyªn nh©n cña sù t¨ng mét phÇn kh¸ lín lîng ma vµo mïa hÌ (Maddox,
1983). Nh÷ng hÖ thèng nµy gåm nh÷ng ®¸m m©y d«ng bao lÊy mét vïng rÊt réng tíi
vµi ngh×n km2. Do kÝch thíc rÊt réng vµ thêng tån t¹i trong mét thêi gian dµi nªn
chóng cã thÓ g©y ra lò lôt (Smith vµ Ward, 1998). Chóng hiÕm thÊy h¬n ë nh÷ng khu
vùc gÇn biÓn, ®Æc biÖt lµ ë vïng vÜ ®é trung b×nh ch¼ng h¹n ë c¸c hßn ®¶o cña níc
Anh chóng chØ xuÊt hiÖn mét n¨m mét lÇn. Tuy nhiªn ngêi ta ®a ra gi¶ thuyÕt
r»ng nh÷ng hÖ thèng nh vËy cã thÓ lµ nguyªn nh©n g©y ra mét sè trËn lò trªn diÖn
réng (vµ còng hiÕm thÊy nhÊt) tõng ®îc ghi l¹i ë níc Anh (Austin v.v, 1995).
2.2.3 Gi¸ng thñy ®Þa h×nh
Ma ®Þa h×nh sinh ra do chuyÓn ®éng ®i lªn cña khèi khÝ Èm khi gÆp vËt c¶n
nh nh÷ng d·y nói hay nh÷ng hßn ®¶o gi÷a c¸c ®¹i d¬ng t¬ng tù nh khèi khÝ
nãng bÞ trît lªn trªn ë front l¹nh. Nã cã thÓ kh«ng cã kh¶ n¨ng sinh ra gi¸ng thñy
gièng nh mét hÖ thèng ®èi lu hay xo¸y thuËn nhng sù n©ng lªn cã thÓ g©y ra sù
®èi lu kh«ng æn ®Þnh nguyªn nh©n chñ yÕu lµ do ®Þa h×nh. §iÓn h×nh lµ ma r¬i
nhiÒu h¬n ë sên ®ãn giã h¬n lµ sên khuÊt giã do khi khèi khÝ ®i xuèng, nhiÖt ®é cña
nã t¨ng lªn, m©y tan ®i vµ ma gi¶m. HiÖu øng nµy cã thÓ quan s¸t thÊy däc theo bê
biÓn phÝa T©y cña khu vùc phÝa B¾c Scandinavi vµ ë vïng nói phÝa B¾c vµ phÝa T©y
cña nh÷ng hßn ®¶o cña níc Anh. ë mét khu vùc h¬i nhá h¬n, thØnh tho¶ng ngêi ta
thÊy r»ng nh÷ng ¶nh hëng cña ®Þa h×nh cã thÓ ®Þnh híng giã, kÕt qu¶ lµ lîng ma
lín nhÊt kh«ng ph¶i ë trªn ®Ønh ®åi mµ ë c¸ch ®ã mét kho¶ng theo híng giã (Chater
vµ Sturman, 1998).
Cêng ®é cña ma ®Þa h×nh cã xu híng t¨ng theo ®é dµy cña líp kh«ng khÝ
29
- Èm ®îc n©ng lªn. Sù t¨ng th¼ng ®øng cña gi¸ng thñy ®ang ®îc nghiªn cøu ®Ó t×m
ra tèc ®é vµ híng giã b»ng rada thêi tiÕt vµ nh÷ng b¶n ®å ®îc vÏ cho níc Anh chØ
ra lîng gi¸ng thñy t¨ng lªn theo ®é cao. Tuy nhiªn lîng gi¸ng thñy chØ t¨ng ®Õn
mét ®é cao nµo ®ã th× kh«ng t¨ng n÷a (Browning vµ Hill, 1981).
2.3 Ph©n bè kh«ng gian chung cña gi¸ng thñy
Trong nh÷ng trËn b·o lín, lîng gi¸ng thñy cã thÓ lín h¬n vµi lÇn lîng níc
trung b×nh trong mét cét kh«ng khÝ (mÆc dï trong thùc tÕ, nã cã thÓ kh«ng bao giê
ma xuèng hÕt ngay c¶ trong nh÷ng trËn b·o lín nhÊt) cho thÊy r»ng nh÷ng dßng
kh«ng khÝ Èm ®i vµo quy m« lín ph¶i ®ãng mét vai trß then chèt ®èi víi sù ph©n bè
cña gi¸ng thñy.
Nh÷ng sù biÕn ®æi lín cña lîng gi¸ng thñy c¶ theo kh«ng gian vµ thêi gian cã
tÇm quan träng ®¸ng kÓ ®èi víi nh÷ng nhµ thñy v¨n häc. ThÝ dô: cã mét sù t¬ng
ph¶n lín gi÷a mét sè sa m¹c kh« h¹n nhÊt trªn thÕ giíi (kho¶ng 20 n¨m míi cã mét
trËn ma) víi nh÷ng khu vùc ma lín ch¼ng h¹n nh Bahia Felix ë Chile (trung b×nh
mét n¨m cã 325 ngµy ma) (van der Leeden v.v, 1990). Lîng gi¸ng thñy trung b×nh
hµng n¨m trªn lôc ®Þa kho¶ng 720 mm tr¸i ngîc h¼n víi nh÷ng khu vùc nh nói
Waialeale ë ®¶o Hawai n¬i nhËn ®îc lîng ma hµng n¨m kho¶ng 12.000 mm hay
vïng Cherrapunji ë Assam, Ên §é n¬i cã n¨m ®· tõng ghi l¹i ®îc lîng ma tíi trªn
26.400 mm vµ 3.720 mm ma trong thêi ®o¹n 4 ngµy (Dhar vµ Nandargi, 1996).
Cêng ®é cña nh÷ng trËn ma lµm næi bËt vai trß quyÕt ®Þnh cña nh÷ng chuyÓn ®éng
quy m« lín theo ph¬ng th¼ng ®øng vµ theo ph¬ng ngang trong khÝ quyÓn trong
viÖc chuyÓn dÞch nh÷ng khèi khÝ Èm réng lín tõ nh÷ng n¬i cã sù bèc h¬i m¹nh tíi
nh÷ng n¬i cã gi¸ng thñy lín.
Kh¶ n¨ng di chuyÓn rÊt lín cña khÝ quyÓn cã nghÜa lµ nh÷ng nguån cung cÊp
h¬i níc cã thÓ c¸ch hµng tr¨m hoÆc hµng ngh×n km tíi khu vùc mµ t¹i ®ã cã gi¸ng
thñy. Do ®ã, sÏ v« cïng khã ®Ó t×m mét sù liªn hÖ gi÷a nh÷ng thay ®æi sö dông ®Êt
víi nh÷ng thay ®æi cña gi¸ng thñy. Theo thèng kª chØ cã kho¶ng 10% lîng gi¸ng
thñy trªn toµn lôc ®Þa ¸-©u ®îc r¬i xuèng ®Þa ®iÓm cã nguån gèc tõ qu¸ tr×nh bèc h¬i
bÒ mÆt ®Êt trong lôc ®Þa (Brubaker v.v, 1993), 90% cßn l¹i ®îc ®a ®Õn tõ nh÷ng
khu vùc xung quanh.
Trong khi ho¹t ®éng vµ cÊu tróc cña nh÷ng c¬n b·o riªng lÎ lµ phøc t¹p vµ hay
thay ®æi trong thêi gian ng¾n th× nh÷ng cÊu tróc vïng lín cña gi¸ng thñy l¹i tån t¹i
trung b×nh trong mét kho¶ng thêi gian dµi. §©y lµ ®iÓm kh¸c biÖt chñ yÕu gi÷a “thêi
tiÕt” (tr¹ng th¸i hµng ngµy cña khÝ quyÓn) vµ “khÝ hËu” (qu¸ tr×nh diÔn biÕn trung
b×nh cña thêi tiÕt).
2.3.1 Ph©n bè gi¸ng thñy toµn cÇu
Lîng h¬i níc trung b×nh trong khÝ quyÓn ®îc biÓu diÔn b»ng mét lîng
gi¸ng thñy t¬ng ®¬ng kho¶ng 25 mm. Nh÷ng gi¸ trÞ gi¶m dÇn cã hÖ thèng tõ xÝch
®¹o vÒ cùc vµ còng thay ®æi theo mïa (t¨ng vÒ mïa hÌ do cã sù ®èt nãng vµ bèc h¬i
m¹nh h¬n). Sù ph©n bè toµn diÖn cña lîng Èm trong khÝ quyÓn trªn toµn Tr¸i ®Êt
liªn quan kh¸ chÆt chÏ víi cÊu tróc cña khu vùc bèc h¬i vµ sù vËn chuyÓn cña giã
(Peixoto vµ Oort, 1992). MÆt kh¸c, ph©n bè cña gi¸ng thñy toµn cÇu lµ kh¸ khã hiÓu
®îc v× nã phô thuéc vµo c¸c qu¸ tr×nh g©y ra gi¸ng thñy, nãi chung lµ mét chuyÓn
30
- ®éng th¼ng ®øng trong khÝ quyÓn lµm xuÊt hiÖn sù ngng tô do nhiÒu nguyªn nh©n
g©y ra. Jaeger (1983) ®· ®a ra tæng kÕt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn cña gi¸ng thñy toµn cÇu
th«ng qua c¸c b¶n ®å vµ nh÷ng ®¸nh gi¸ c©n b»ng níc toµn cÇu.
Theo nh÷ng thuËt ng÷ kh¸i qu¸t, nh÷ng c¬n ma lín nhÊt xuÊt hiÖn ë khu vùc
xÝch ®¹o, n¬i lîng gi¸ng thñy hµng n¨m cã thÓ vît qu¸ 3.000 mm, g¾n liÒn víi sù
héi tô cña nh÷ng hÖ thèng giã mËu dÞch vµ khÝ hËu giã mïa. Lîng Èm lín vµ nhiÖt
®é Êm ¸p dÉn ®Õn lîng ma ®èi lu phong phó. Nh÷ng vïng cã lîng ma thÊp
nhÊt (thêng nhá h¬n 200 mm/n¨m) lµ nh÷ng vïng cùc vÜ ®é cao (a) (do cã chuyÓn
®éng gi¸ng cña c¸c khèi khÝ vµ lîng níc nhá trong nh÷ng khèi khÝ rÊt l¹nh) vµ ë
vïng cËn nhiÖt ®íi (b) n¬i tån t¹i rÊt nhiÒu sa m¹c réng lín nhÊt trªn thÕ giíi, cã
nh÷ng ¸p cao lµm t¨ng c¸c dßng kh«ng khÝ kh« chuyÓn ®éng gi¸ng xuèng díi. ë
vïng vÜ ®é trung b×nh (40-65) xuÊt hiÖn mét cùc ®¹i phô cña gi¸ng thñy do sù xuÊt
hiÖn cña c¸c front cùc vµ g¾n víi nh÷ng chuyÓn ®éng xo¸y nhiÔu lo¹n.
CÊu tróc chung c¬ b¶n nµy bÞ thay ®æi bëi mét sè nh÷ng nh©n tè bao gåm
nh÷ng biÕn ®æi ®ét ngét vµ ngÉu nhiªn trong vßng hoµn lu cña khÝ quyÓn toµn cÇu.
Sù bèc h¬i tõ bÒ mÆt c¸c biÓn (®Æc biÖt lµ biÓn cËn nhiÖt ®íi) lµ nguån Èm chñ yÕu cña
khÝ quyÓn; sù bèc h¬i tõ trong c¸c lôc ®Þa chØ cung cÊp mét phÇn nhá cña gi¸ng thñy
trªn ®Êt liÒn (xem b¶ng 1.1). KÕt qu¶ lµ gi¸ng thñy cã xu híng gi¶m cïng víi
kho¶ng c¸ch tíi biÓn (®a ®Õn nh÷ng vïng cã lîng ma v« cïng thÊp gÇn nh÷ng
trung t©m cña lôc ®Þa xa biÓn). ë nh÷ng vïng ven biÓn, gi¸ng thñy trªn ®Êt liÒn
thêng lín h¬n gi¸ng thñy ë gÇn biÓn do sù x¸o trén c¬ häc vµ nhiÖt rÊt lín cña kh«ng
khÝ. Nh÷ng d·y nói cã xu híng lµm t¨ng lîng gi¸ng thñy, ®Æc biÖt lµ ë nh÷ng vïng
cã nh÷ng chuyÓn ®éng thÞnh hµnh cña kh«ng khÝ tõ biÓn vµo.
2.3.2 Gi¸ng thñy vïng
Khi nghiªn cøu chi tiÕt c¸c vïng nh MÜ, Ch©u ©u hay Anh quèc, ®Þa h×nh cã
¶nh hëng râ rµng h¬n nhiÒu (¶nh hëng lín ®Õn lîng gi¸ng thñy n¨m mµ Ýt ¶nh
hëng ®Õn ph©n phèi gi¸ng thñy theo mïa). Ph©n bè gi¸ng thñy cña ch©u ©u (h×nh
2.3 vµ h×nh 2.4) chÞu ¶nh hëng m¹nh mÏ cña ®¹i d¬ng réng lín ë phÝa T©y, sù ph©n
bè cña nói vµ híng chiÕm u thÕ cña nh÷ng c¬n giã mang theo ma (tõ phÝa T©y).
Kh«ng khÝ Èm tõ §¹i t©y d¬ng ®a ®Õn lîng gi¸ng thñy lín nhÊt (trªn 1.000
mm/n¨m) ë nh÷ng bê biÓn phÝa T©y vµ nh÷ng d·y nói bao gåm nh÷ng phÝa T©y cña
níc Anh, Na Uy, b¸n ®¶o Iberia, d·y Pyrenees, Italia, bê biÓn Dalmatian cña nh÷ng
ngän nói vïng Balkan vµ d·y Alp¬. Lîng gi¸ng thñy thÊp nhÊt (díi 500 mm/n¨m)
r¬i vµo nh÷ng khu vùc phÝa Nam vµ phÝa §«ng ë sên khuÊt giã cña nh÷ng d·y nói
ch¾n giã nh Thôy §iÓn vµ PhÇn Lan theo híng giã cña d·y Scandinavi, miÒn
Trung vµ §«ng Nam T©y Ban Nha, §«ng B¾c Italia vµ phÝa §«ng Hy L¹p. Nh÷ng
vïng ®Êt thÊp phÝa T©y vµ Trung ch©u ©u thêng cã lîng gi¸ng thñy kh¸ b»ng
nhau kho¶ng 500-750 mm/n¨m.
VÒ mïa ®«ng, cã mét cùc ®¹i gi¸ng thñy ë nh÷ng bê biÓn phÝa T©y (níc Anh,
Na Uy, T©y B¾c níc Ph¸p) vµ khu vùc §Þa Trung H¶i (b¸n ®¶o Iberia, Italia vµ Hy
L¹p) vµ vÒ mïa hÌ, cã mét cùc ®¹i gi¸ng thñy ë phÇn lín c¸c khu vùc thuéc Trung ¢u
do sù ®èt nãng vµ sù t¨ng cêng chuyÓn ®éng ®èi lu. KhÝ hËu ch©u ©u ®îc m« t¶
®Çy ®ñ trong nhiÒu tµi liÖu ch¼ng h¹n Wallen (1970) vµ Martyn (1992).
31
- H×nh 2.3 Ph©n bè ®¬n gi¶n lîng gi¸ng thñy trung b×nh hµng n¨m cña ch©u ©u (mm)
2.4 §o ®¹c gi¸ng thñy
Tríc khi nghiªn cøu chi tiÕt sù biÕn ®æi cña ma theo kh«ng gian vµ thêi gian
cïng nh÷ng ph¬ng ph¸p ph©n tÝch ®Æc ®iÓm cêng ®é vµ tÇn suÊt ma, ®©y lµ lóc
thÝch hîp ®Ó xem xÐt l¹i nh÷ng dông cô kh¸c nhau phôc vô cho viÖc ®o ®¹c, ghi l¹i sè
liÖu gi¸ng thñy vµ th¶o luËn vÒ mét sè vÊn ®Ò vµ h¹n chÕ cña chóng.
Trong rÊt nhiÒu lo¹i gi¸ng thñy kh¸c nhau (ma, ma ®¸, tuyÕt v.v...) chØ cã
lîng ma lµ cã thÓ ®o ®¹c ®îc mét c¸ch réng kh¾p, kh¸ chÝnh x¸c dï ë bÊt kú møc
®é nµo. V× lÝ do nµy mµ nh÷ng môc sau ®©y chñ yÕu ®Ò cËp ®Õn lîng ma. Nh÷ng
ph¬ng ph¸p riªng ®o ®¹c ma tuyÕt ®îc ®Ò cËp trong mét môc riªng. §o ®¹c gi¸ng
thñy gåm hai khÝa c¹nh: ®Çu tiªn, ®o ®¹c lîng ma ®iÓm ë mét m¸y ®o vµ thø hai sö
dông c¸c gi¸ trÞ thu ®îc ë c¸c m¸y ®o ®Ó ®¸nh gi¸ ma diÖn.
32
- H×nh 2.4 Lîng gi¸ng thñy hµng n¨m cña v¬ng quèc Anh, 1931-1960 (theo gi¶n ®å gèc cña B.W.Atkinson vµ
P.A.Smithson trong Chandler vµ Gregory, 1976, dùa trªn d÷ liÖu cña c¬ quan KhÝ tîng v¬ng quèc Anh vµ
côc khÝ tîng Eire)
2.4.1 §o ®¹c gi¸ng thñy t¹i tõng ®iÓm
Thïng ®o ma vÒ c¬ b¶n lµ mét thïng chøa hë ®Ó høng nh÷ng giät níc ma
hay nh÷ng b«ng tuyÕt r¬i xuèng mét diÖn tÝch ®· biÕt ®îc giíi h¹n bëi miÖng cña
thïng. Lîng ma thu ®îc cã thÓ ®o b»ng c¸ch ®æ níc ma ra khái thïng hµng
ngµy hoÆc sau nh÷ng kho¶ng thêi gian l©u h¬n vµ ghi l¹i lîng níc tÝch tô hoÆc
nh÷ng thµnh phÇn kh¸c b»ng c¸ch sö dông vò lîng ký (tù ®éng ghi l¹i cêng ®é hay
tèc ®é tËp trung cña ma). Nh÷ng lo¹i chÝnh cña vò lîng ký hoÆc lµ cã bé phËn tù
ghi ghi liªn tôc nh÷ng thay ®æi cña mùc níc trªn biÓu ®å (vÝ dô m¸y ®o ma siph«ng
Dines) hoÆc lµ nh÷ng m¸y ®o cã chao lËt ghi l¹i sè gia cña ma ®iÓn h×nh lµ tõ 0.1
®Õn 0.5 mm. Sè liÖu ma thêi ®o¹n ng¾n rÊt cÇn ®Ó hiÓu ®îc nh÷ng tæn thÊt cña
ma, giíi h¹n tèc ®é thÊm vµo ®Êt vµ tÝnh to¸n nh÷ng biÓu ®å cña dßng ch¶y cña lu
vùc. §èi víi c«ng viÖc nghiªn cøu dßng ch¶y ë thµnh phè, ®é cao lîng ma trong thêi
lîng chØ mét vµi phót còng cÇn thiÕt (vÝ dô Niemczynowicz, 1989). Nh÷ng nguyªn
t¾c chØ ®¹o vÒ c¸c thñ tôc thu thËp vµ xö lý sè liÖu ma ®îc quy ®Þnh bëi c¬ quan khÝ
tîng (1982) vµ WMO (1994). Gunston (1998) quy ®Þnh nh÷ng v¨n b¶n ®Æc biÖt ®èi
33
- víi nh÷ng níc ph¸t triÓn.
ViÖc ®o ®¹c ma cã lÏ ®· ®îc tiÕn hµnh tõ trªn 2000 n¨m tríc ë Ên §é (NIH,
1990) vµ nh÷ng thïng ®o ma ®Çu tiªn ë ch©u ©u cã tõ thÕ kû thø 17 (Biswas, 1970).
N¨m 1670, ë miÒn B¾c níc Ph¸p, Pierre Perrault dïng thïng ®o ma ®Ó chøng
minh lÇn ®Çu tiªn r»ng lîng ma hµng n¨m trªn mét lu vùc nhá cã thÓ gi¶i thÝch
tháa ®¸ng nguyªn nh©n g©y ra dßng ch¶y s«ng quan s¸t ®îc. Tuy nhiªn, cã rÊt nhiÒu
vÊn ®Ò tån t¹i trong viÖc thu thËp vµ ®é chÝnh x¸c cña sè liÖu ma. Nguyªn nh©n
chÝnh cña ®é chÝnh x¸c lµ do chuyÓn ®éng rèi cña giã xung quanh thiÕt bÞ ®o (thêng
dÉn ®Õn nh÷ng sù ®¸nh gi¸ thÊp) (Sevruk, 1982). §iÒu nµy cã thÓ ®ång thêi do sù lé
quang cña ®Þa ®iÓm vµ lo¹i thïng ®o ma.
Nh÷ng thÝ nghiÖm kiÓm tra trong c¸c èng giã cho thÊy thïng ®o ma ¶nh
hëng nh mét chíng ng¹i vËt thÕ nµo ®Õn luång giã, g©y ra chuyÓn ®éng rèi vµ lµm
t¨ng tèc ®é giã ë phÝa trªn miÖng cña thïng ®o ma. KÕt qu¶ lµ nh÷ng h¹t gi¸ng thñy
®i vµo trong thïng ®o cã xu híng bÞ chÖch híng vµ bÞ mang ®i xa theo híng giã
thæi (Robinson vµ Rodda, 1969; Sevruk v.v., 1989). HiÖu øng nµy cßn dÔ thÊy h¬n
nhiÒu trong trêng hîp ma tuyÕt. Nh÷ng sai sè do chuyÓn ®éng rèi t¨ng theo tèc ®é
giã vµ sù gi¶m kÝch thíc cña c¸c h¹t. Do ®ã cã thÓ cho r»ng sai sè ë nh÷ng vïng «n
®íi, ch¼ng h¹n níc Anh, sÏ lín h¬n ë nh÷ng vïng nhiÖt ®íi do kÝch thíc h¹t nhá
h¬n, tèc ®é giã lín h¬n vµ sù xuÊt hiÖn cña gi¸ng thñy díi d¹ng tuyÕt r¬i.
Nh÷ng sè liÖu ®o cña vò kÕ rÊt dÔ bÞ ¶nh hëng bëi nh÷ng sù thay ®æi ®ét ngét
cña m«i trêng xung quanh nã. Nh÷ng yªu cÇu chung cho viÖc ®Æt vò kÕ ®îc quy
®Þnh trong nhiÒu v¨n b¶n nh MO (1982), Linacre (1992) vµ WMO (1994). VÞ trÝ ®Æt
kh«ng nªn bÞ t¸c ®éng qu¸ l©u bëi nh÷ng c¬n giã m¹nh vµ còng kh«ng nªn bÞ che phñ
qu¸ møc bëi nh÷ng chíng ng¹i vËt ë gÇn. Theo nguyªn t¾c chung, vò kÕt nªn ®Ó
c¸ch c¸c chíng ng¹i vËt Ýt nhÊt 2 lÇn (tèt nhÊt lµ 4 lÇn) chiÒu cao cña chóng. Nhng
nh÷ng híng dÉn nµy còng thõa nhËn r»ng ®é che phñ ë mét møc ®é nµo ®ã lµ cÇn
thiÕt v× mét vÞ trÝ trèng tr¶i sÏ bÞ ph¬i n¾ng qu¸ nhiÒu vµ chÞu ¶nh hëng qu¸ møc
cña giã.
Mét trong nh÷ng c¸ch lo¹i bá trùc tiÕp ¶nh hëng cña giã lµ ®Æt vò kÕ trong
mét c¸i hè sao cho miÖng cña nã ngang b»ng víi mÆt ®Êt (Stevenson, 1842;
Koschmieder, 1934). NÕu ®îc ®Æt ë vÞ trÝ thÝch hîp vµ ®îc bao quanh bëi líi chèng
b¾n tãe th× lo¹i thïng ®o ma nµy lµ thiÕt bÞ ®o ma chÝnh x¸c nhÊt, nhËn ®îc cïng
mét lîng ma sÏ r¬i xuèng ®Êt nÕu kh«ng cã thïng ®o ma. Tuy nhiªn, lo¹i thïng
®o nµy kh«ng ®îc chÊp nhËn réng r·i bëi v× c¸i hè rÊt dÔ bÞ lÊp kÝn bëi l¸ c©y hoÆc
tuyÕt vµ trªn ®Êt tiªu níc kÐm, nã cã thÓ bÞ ngËp níc. Mét ph¬ng ph¸p ®îc chÊp
nhËn réng r·i h¬n lµ g¾n thªm mét tÊm ch¾n phÝa díi miÖng cña thïng ®o ®Ó gi¶m
bít chuyÓn ®éng rèi. NhiÒu lo¹i kh¸c nhau bao gåm tÊm ch¾n cøng Nipher vµ tÊm
ch¾n mÒm Alter ®îc cÊu t¹o bëi nh÷ng m¶nh kim lo¹i cã thÓ chuyÓn ®éng trong giã
vµ do ®ã h¹n chÕ sù båi thªm cña tuyÕt. Tuy nhiªn, nh÷ng tÊm ch¾n kiÓu nµy chØ
thµnh c«ng mét phÇn (Weiss vµ Wilson, 1958) vµ lîng tuyÕt thu ®îc vÉn m¾c ph¶i
sai sè ®¸ng kÓ.
Nh÷ng ¶nh hëng cña giã ®Õn lîng ma thu ®îc cña m¸y ®o lµ ®iÒu ph¶i tÝnh
to¸n ®Õn khi tiÕn hµnh c«ng viÖc ph©n tÝch nh÷ng sè liÖu ma. Nh÷ng vò kÕ tríc
®©y thêng ®îc ®Æt ë trªn m¸i nhµ hoÆc ë trªn têng cao ®Ó ch¾c ch¾n kh«ng bÞ con
ngêi hay loµi vËt t¸c ®éng ®Õn do ®ã t×nh cê lµm t¨ng lîng høng ®îc tiÒm n¨ng.
34
- Thãi quen nµy vÉn cßn rÊt phæ biÕn ë nhiÒu níc ®ang ph¸t triÓn vµ do vËy cÇn ®Æc
biÖt chó ý khi ph©n tÝch nh÷ng sè liÖu nµy. VÝ dô: sè liÖu lîng ma ngµy liªn tôc ®Çu
tiªn ®îc thu thËp ë níc Anh vµo thÕ kû thø 17 b»ng mét thïng ®o ë trªn m¸i nhµ
(Biswas, 1970; Craddock, 1976). T¬ng tù, tõ n¨m 1815 ®Õn 1852, vò kÕ chÝnh ë ®µi
quan tr¾c Radcliffe thuéc trêng ®¹i häc Oxford ®îc ®Æt trªn nãc lan can ë ®é cao 7m
so víi mÆt ®Êt. Lîng ma høng ®îc ë nh÷ng vïng cao trèng tr¶i cµng thÊp h¬n ë
nh÷ng thung lòng gÇn kÒ cµng cho ta c¶m gi¸c ma t¨ng lªn khi nã r¬i xuyªn qua khÝ
quyÓn xuèng nh÷ng ®é cao thÊp h¬n. Mét hÖ qu¶ cùc ®oan cña sù tin tëng nµy lµ
viÖc tõ bá nh÷ng kÕ ho¹ch x©y dùng mét hå chøa trªn cao ®Ó cung cÊp níc cho thÞ
trÊn Oldham phÝa B¾c níc Anh n¨m 1838 (Binnie, 1981).
Legates vµ Willmort (1990) ®· sö dông sè liÖu cña gÇn 25.000 vò kÕ ®Ó tÝnh
to¸n lîng gi¸ng thñy toµn cÇu vµ cè g¾ng chó ý ®Õn vò kÕ ®o ®îc gi¸ trÞ thÊp h¬n
gi¸ trÞ thùc b»ng c¸ch sö dông nh÷ng ph¬ng ph¸p hiÖu chØnh ®îc ph¸t minh bëi
Sevruk (1982). Hä ®¸nh gi¸ gi¸ trÞ ®o ®îc thiªn nhá chiÕm tíi 10 % toµn bé, biÕn ®æi
tõ 40 % ë gÇn cùc (do tuyÕt r¬i) ®Õn 5 % ë khu vùc nhiÖt ®íi. Cßn nh÷ng sai sè lín h¬n
cã thÓ xuÊt hiÖn trong nh÷ng c¬n b·o riªng lÎ. Gi¸ trÞ ®o ®îc thiªn nhá còng thay ®æi
theo mïa ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt vµo mïa ®«ng khi kÝch thíc cña c¸c h¹t níc nhá h¬n
vµ tèc ®é giã lín h¬n (Rodda, 1968; Green vµ Helliwell, 1972) (H×nh 2.5).
H×nh 2.5 So s¸nh lîng ma thu ®îc gi÷a vò kÕ mÆt ®Êt vµ vò kÕ chuÈn (30 cm) t¹i 3 ®Þa ®iÓm ë Coalburn
miÒn B¾c níc Anh.
1975-92 Gi¸ trÞ ®o ®îc thiªn nhá so víi gi¸ trÞ thùc ®· g©y sai sè lín h¬n trong mïa ®«ng khi tèc ®é giã lín
h¬n, kÝch thíc h¹t níc nhá h¬n vµ cã thÓ cã tuyÕt r¬i (Dùa trªn sè liÖu do viÖn thñy v¨n cung cÊp)
Cã trªn 50 lo¹i m¸y ®o gi¸ng thñy kh¸c nhau ®ang ®îc c¸c quèc gia sö dông
víi chiÒu cao tõ 0.2 ®Õn 2m (Sevruk vµ Klemm, 1989). Mét sè trong nh÷ng lo¹i ®îc
sö dông réng r·i nhÊt ®îc tæng kÕt trong b¶ng 2.1. VÝ dô, ë Anh, vò kÕ tiªu chuÈn cã
miÖng c¸ch mÆt ®Êt 305 mm (1 foot) lµ dông cô ®o phæ biÕn nhÊt. ë mét sè níc ch©u
©u kh¸c cã thÓ x¶y ra ma tuyÕt dµy, vò kÕ cã chiÒu cao 1m hoÆc 2m ®îc chÊp nhËn.
§iÒu nµy cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng phøc t¹p khi so s¸nh gi÷a c¸c quèc gia do cã nh÷ng sù
thay ®æi ®ét ngét cña gi¸ trÞ gi¸ng thñy ë biªn giíi quèc gia (Groisman vµ Easterling,
35
- 1994). §Ó cung cÊp mét c¬ së so s¸nh gi¸ng thñy, WMO ®Ò xuÊt dông cô ®o gi¸ng
thñy tham kh¶o t¹m thêi nhng nã còng m¾c ph¶i nh÷ng sai sè do ¶nh hëng cña
giã. Thùc tÕ cã nhiÒu lý do ®óng theo quy luËt tù nhiªn ®èi víi viÖc sö dông liªn tôc
c¸c dông cô ®o kh¸c nhau; dông cô ®o cao h¬n vµ réng h¬n thÝch hîp h¬n phï hîp víi
nh÷ng khu vùc tuyÕt r¬i dµy trong khi dông cô ®o thÊp h¬n hoÆc dông cô ®o ë mùc
mÆt ®Êt thÊp h¬n kÝch thíc nhá h¬n thÝch hîp víi nh÷ng khu vùc mµ ma chiÕm u
thÕ. NhiÒu quèc gia miÔn cìng thay ®æi nh÷ng dông cô ®o truyÒn thèng bëi v× ®iÒu
nµy cã thÓ g©y ra sù kh«ng ®ång nhÊt cña sè liÖu ma dÉn ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò trong
viÖc sö dông nh÷ng sè liÖu nµy ®Ó nghiªn cøu sù biÕn ®æi khÝ hËu vµ ®¸nh gi¸ nh÷ng
gi¸ trÞ trung b×nh nhiÒu n¨m. ViÖc g¾n thªm tÊm ch¾n giã Alter vµo vò kÕ ë nh÷ng
khu vùc miÒn T©y níc MÜ trong nh÷ng n¨m 1940 t¹o ra sù gi¸n ®o¹n cña liÖt sè liÖu
(Groisman vµ Gegates, 1994). §Æc ®iÓm cña nh÷ng dông cô ®o gi¸ng thñy thay ®æi ë
mét sè níc ®îc nãi râ bëi Sevruk vµ Klemm (1989) vµ Groisman vµ Easterling
(1994).
Nh÷ng lý do nµy chøng minh sù quan träng cã tÝnh chÊt quyÕt ®Þnh cña siªu sè
liÖu lµ tÝnh ®ång nhÊt. Nh÷ng d÷ liÖu cã sù thay ®æi ®Þa ®iÓm, bao gåm nh÷ng thiÕt bÞ
®o vµ møc ®é trèng cña ®Þa ®iÓm ®o, cã kh¶ n¨ng kh«ng t¸ch xu thÕ thùc tÕ cña thêi
tiÕt ra khái c¸c hiÖu øng côc bé. Crane vµ Hudson (1997) ®a ra mét sù hiÓu biÕt
quan träng vÒ nh÷ng vÊn ®Ò trong viÖc ph©n tÝch d÷ liÖu cho mét tr¹m khÝ hËu trong
thêi ®o¹n 27 n¨m do sù thay ®æi vÞ trÝ ®o. Woodley (1996) m« t¶ nh÷ng vÊn ®Ò (bµi
to¸n) nhËn biÕt vµ kh«i phôc nh÷ng thay ®æi kh«ng ®îc ghi l¹i trong nh÷ng quy
tr×nh xö lý d÷ liÖu cña c¬ quan khÝ tîng v¬ng quèc Anh sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ tæng
lîng ma hµng n¨m cho níc Anh, Xø Uªn, Scotland trong thêi gian dµi. Khi ph©n
tÝch xö lý sè liÖu ma thêng quan t©m ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò sau:
Nh÷ng vÊn ®Ò ®o ®¹c cô thÓ
ë nh÷ng ®Þa h×nh cã ®é dèc lín, kh«ng chØ lîng ma biÕn ®æi theo kh«ng gian
mµ vò kÕ chuÈn víi miÖng n»m ngang còng sÏ cã xu híng høng ®îc Ýt gi¸ng thñy
h¬n khi giã thæi lªn trªn sên dèc vµ høng ®îc nhiÒu h¬n khi giã thæi xuèng. Gi¶i
ph¸p tèt nhÊt lµ sö dông vò kÕ s¸t mÆt ®Êt cã miÖng nghiªng theo híng dèc cña mÆt
®Êt. DiÖn tÝch høng níc hiÖu qu¶ sau ®ã ph¶i ®îc biÕn ®æi sang theo ph¬ng ngang
b»ng c¸ch chia cho cosin cña gãc nghiªng cña ®Êt.
Kho¶ng 1/3 bÒ mÆt Tr¸i ®Êt ®îc bao phñ bëi rõng vµ kh«ng ph¶i lóc nµo còng
cã thÓ ®o ®¹c ®îc chÝnh x¸c gi¸ng thñy. Do ®ã cÇn thiÕt ph¶i l¾p ®Æt thªm mét vò kÕ
trªn mét c¸i th¸p ë trªn mùc ngän c©y (t¸n c©y). Lîng níc høng ®îc ë trªn c©y cã
thÓ ®¹t ®îc t¬ng tù nh vò kÕ mÆt ®Êt bëi v× chuyÓn ®éng nhiÔu lo¹n cña dßng khÝ
ë vò kÕ còng t¬ng tù nh ®é ghå ghÒ cña nh÷ng t¸n c©y trong rõng nhng ®iÒu nµy
phô thuéc rÊt nhiÒu vµo chiÒu cao cña vò kÕ so víi t¸n c©y (Jaeger, 1985). NÕu vò kÕ
qu¸ cao nã sÏ høng chÞu nh÷ng c¬n giã lµm gi¶m lîng níc høng ®îc trong khi ®ã
nÕu qu¸ thÊp nã cã thÓ høng ®îc nhiÒu h¬n thùc tÕ do nh÷ng giät níc nhá xuèng tõ
nh÷ng cµnh c©y gÇn kÒ hoÆc høng ®îc Ýt h¬n do bÞ che khuÊt. Do ®ã rÊt khã ®Ó x¸c
®Þnh mét ®é cao thÝch hîp cho miÖng vò kÕ ë nh÷ng n¬i c¸c c©y cã chiÒu cao kh«ng
®Òu hoÆc ë nh÷ng n¬i ®Þa h×nh kh«ng b»ng ph¼ng. H¬n n÷a, vÞ trÝ ®Æt vò kÕ ®Æt trªn
t¸n c©y còng ph¶i t¨ng ®Òu ®Æn cïng víi sù t¨ng trëng cña c©y.
§èi víi nh÷ng nhµ thñy v¨n häc, viÖc ®o ®¹c nh÷ng trêng hîp ma cùc h¹n
g©y ra nh÷ng trËn lò hiÕm thÊy víi cêng ®é rÊt lín cã ý nghÜa ®Æc biÖt quan träng.
36
- Díi nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt nh thÕ, hiÖu suÊt cña nh÷ng thiÕt bÞ chø kh«ng
ph¶i lµ nh÷ng ¶nh hëng cña giã míi lµ vÊn ®Ò chñ yÕu (Sevruk vµ Geiger, 1981).
Lîng ma cã thÓ vît qu¸ thÓ tÝch chøa cña vò kÕ khiÕn cho níc trµn ra ngoµi.
TrËn ma cã cêng ®é lín cã thÓ lµm nh÷ng c¬ cÊu tù ghi cña vò kÕ bÞ kÑt l¹i hoÆc
mÊt ®i sù chÝnh x¸c do thêi gian cã h¹n ®Ó phao ®o th¸o níc siphon (~10 gi©y cho 1
m¸y Dines cø sau 5 mm ma) hoÆc cho chao høng níc lËt (~0.5 gi©y). Calder vµ
Kidd (1978) ®· ®a ra ph¬ng tr×nh hiÖu chØnh ®éng lùc cho nh÷ng chao lËt.
2.4.2 §o ®¹c gi¸ng thñy theo diÖn
C¸c nhµ thñy v¨n häc thêng cÇn ph¶i íc lîng tæng lîng cña mét trËn ma
trªn mét diÖn tÝch lu vùc vµ cÇn mét sè phÐp ®o ®Ó ®¸nh gi¸ sù biÕn ®æi theo kh«ng
gian. §iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn ®îc víi mét hÖ thèng nh÷ng vò kÕ riªng biÖt hoÆc
b»ng c¸ch sö dông thªm nh÷ng sè liÖu tõ nh÷ng c¶m biÕn cña rada hoÆc vÖ tinh thêi
tiÕt.
1) ThiÕt kÕ hÖ thèng ®o ma
Mét hÖ thèng vò kÕ miªu t¶ sù biÕn ®æi cña ma trong mét kh«ng gian cã sè
lîng nhÊt ®Þnh. V¬ng quèc Anh cã mét trong nh÷ng hÖ thèng vò kÕ dµy ®Æc nhÊt
thÕ giíi víi mËt ®é trung b×nh 60 km2mét m¸y ®o (WMO, 1995); tuy nhiªn tæng diÖn
tÝch høng níc cña tÊt c¶ c¸c vò kÕ cña v¬ng quèc Anh l¹i nhá h¬n diÖn tÝch cña mét
s©n bãng ®¸ tiªu chuÈn ! Cã thÓ so s¸nh mËt ®é vò kÕ cña níc Anh (60 km2/1 vò kÕ)
víi mét sè níc nh Ph¸p (110 km2/1 vò kÕ), Hµ Lan (130 km2/1 vò kÕ), Trung Quèc
(470 km2/1 vò kÕ), óc (1010 km2/1 vò kÕ), Mü (1040 km2/1 vò kÕ), ArËp Xªót (8140
km2/1 vò kÕ) vµ M«ng Cæ (47 420 km2/1 vò kÕ).
Nãi chung nh÷ng ®¸nh gi¸ vÒ gi¸ng thñy vïng sÏ t¨ng ®é chÝnh x¸c nÕu mËt ®é
cña hÖ thèng vò kÕ t¨ng lªn, nhng viÖc duy tr× mét hÖ thèng dµy ®Æc rÊt khã kh¨n
vµ tèn kÐm. Mét sè nh÷ng nguyªn t¾c vÒ mËt ®é vò kÕ ®· ®îc x©y dùng. Tæ chøc khÝ
tîng thÕ giíi (Perks, 1996) ®· ®¸nh gi¸ sù thÝch hîp cña nh÷ng m¹ng líi thñy v¨n
trªn ph¹m vi toµn cÇu cho ®Ò ¸n ®¸nh gi¸ m¹ng líi thñy v¨n c¬ b¶n vµ ®a ra nh÷ng
nguyªn t¾c kh¸i qu¸t sau ®©y vÒ mËt ®é tèi thiÓu vò kÕ cña m¹ng líi gi¸ng thñy ë
nh÷ng vïng ®Þa lý kh¸c nhau: mét vò kÕ trªn 25 km2 ®èi víi nh÷ng hßn ®¶o Ýt nói cã
gi¸ng thñy kh«ng ®Òu; mét vò kÕ trªn 250 km2 ®èi víi nh÷ng khu vùc miÒn nói; 575
km2 ®èi víi nh÷ng vïng cã khÝ hËu «n ®íi, §Þa Trung H¶i vµ nhiÖt ®íi vµ 10.000 km2
®èi víi nh÷ng miÒn cã khÝ hËu kh« h¹n vµ cùc.
TÊt nhiªn, rÊt nhiÒu nh©n tè kh¸c cã thÓ quan träng bao gåm lo¹i ®Þa h×nh vµ
®Æc ®iÓm khÝ hËu. Trong c«ng viÖc ®¸nh gi¸ diÖn tÝch ph©n bè cña ma b»ng mét
m¹ng líi vò kÕ cã thÓ x¶y ra sai sè do b¶n chÊt ngÉu nhiªn cña nh÷ng c¬n b·o vµ
híng ®i cña chóng so víi nh÷ng vò kÕ (Wiesner, 1970). §é chÝnh x¸c sÏ phô thuéc
vµo sù biÕn ®æi theo kh«ng gian cña gi¸ng thñy; do ®ã ®ßi hái ph¶i cã nhiÒu vò kÕ h¬n
trªn nh÷ng ®Þa h×nh dèc vµ trong nh÷ng khu vùc dÔ x¶y ra nh÷ng c¬n d«ng do ma
®Þa h×nh t¹o ra h¬n ma front. MËt ®é cña vò kÕ nµy còng phô thuéc vµo quy m« thêi
gian ma; cêng ®é cña nh÷ng trËn ma thêi ®o¹n ng¾n (vÝ dô, tÝnh theo giê) thêng
biÕn ®æi nhiÒu h¬n so víi cêng ®é toµn bé ngµy hoÆc n¨m.
37
- H×nh 2.6 §é lÖch chuÈn cña nh÷ng íc lîng vÒ ®é s©u ma lín nhÊt hµng n¨m trung b×nh mét giê. RMED
(mm) trªn l·nh thæ v¬ng quèc Anh ®îc x©y dùng b»ng kriging. H×nh vÏ lµm næi bËt nh÷ng khu vùc cã
nh÷ng íc lîng Ýt chÝnh x¸c nhÊt vµ nh÷ng vò kÕ bæ sung thªm lµ cã lîi nhÊt (§îc sao chÐp l¹i vµ ®¬n gi¶n
hãa tõ h×nh 7.5 trong tËp 2 cña Sæ tay ®¸nh gi¸ lò, IH, 1999).
§é chÝnh x¸c cña c«ng viÖc ®¸nh gi¸ diÖn tÝch ma phô thuéc ®ång thêi vµo tæng
sè vò kÕ vµ ph©n bè kh«ng gian cña chóng. Nh÷ng vò kÕ cã thÓ ®îc ®Æt ë mét vÞ thÕ
trong ph¹m vi nh÷ng vïng l·nh thæ ®¹i diÖn cho nh÷ng lo¹i ®Þa h×nh ®Þa lý kh¸c
nhau - ®îc cho lµ cã kh¶ n¨ng ¶nh hëng ®Õn ma - ch¼ng h¹n ®é cao so víi mùc
biÓn, kho¶ng c¸ch ®Õn biÓn, ®é dèc mÆt ®Êt vµ híng. Nh mét sù lùa chän, mét sè
lîng lín vò kÕ ®îc sö dông lóc ®Çu ®Ó x¸c ®Þnh ®Æc ®iÓm ma ph©n bè theo vïng vµ
sau ®ã sè lîng c¸c vò kÕ ®îc gi¶m bít ®i. Vïng ph©n bè cña c¸c vò kÕ cã thÓ còng
ph¶n ¸nh môc ®Ých sö dông ®èi víi hÖ thèng ®o ma. Do ®ã nÕu môc ®Ých chÝnh cña
viÖc ®o ®¹c gi¸ng thñy lµ ®Ó nghiªn cøu dßng ch¶y th× mét ph¬ng ph¸p ®Ó x©y dùng
hÖ thèng ®o ma sÏ lµ ®Æt nh÷ng vò kÕ trong nh÷ng khu vùc cã ®ãng gãp phÇn lín
dßng ch¶y (Moore, 1987).
Kriging lµ mét ph¬ng ph¸p thèng kª sö dông biÓu ®å biÕn ®æi cña trêng ma
(vÝ dô: sù biÕn ®æi gi÷a nh÷ng cÆp ®iÓm ë nh÷ng kho¶ng c¸ch kh¸c nhau) ®Ó tèi u
c¸c träng sè cña vò kÕ lµm gi¶m ®Õn møc tèi thiÓu sai sè ®¸nh gi¸. ¦u ®iÓm cña
38
- ph¬ng ph¸p nµy lµ nã cã thÓ ®îc sö dông ®Ó thµnh lËp mét b¶n ®å sai sè chuÈn cña
nh÷ng íc lîng tõ ®ã chØ ra nh÷ng ®Þa ®iÓm cã lîi nhÊt ®Ó bè trÝ thªm vò kÕ. Bastin
nnk. (1984) vµ IH (1999) sö dông ph¬ng ph¸p kü thuËt ®Ó íc lîng diÖn tÝch khèng
chÕ cña tr¹m ®o ma, chØ ra møc ®é d thõa trong m¹ng líi vò kÕ vµ x¸c ®Þnh
nh÷ng ®Þa ®iÓm h÷u Ých nhÊt ®Ó ®Æt thªm vò kÕ (H×nh 2.6).
NÕu mét khu vùc kh«ng cã vò kÕ ®Ó cho biÕt sù ph©n bè theo kh«ng gian cña
gi¸ng thñy th× cÇn thiÕt ph¶i chuyÓn tµi liÖu vÒ sù biÕn ®æi cña ma theo kh«ng gian
vµ thêi gian tõ mét khu vùc t¬ng tù ®Ó thiÕt kÕ mét m¹ng líi vò kÕ s¬ bé. Trêng
hîp nµy thêng gÆp ë nh÷ng níc ®ang ph¸t triÓn. Ngîc l¹i, ë nh÷ng níc ph¸t
triÓn, m¹ng líi vò kÕ thêng cã ë kh¾p n¬i nhng cã thÓ ph¸t triÓn theo mét c¸ch
tïy ý. Mét sè lîng lín nh÷ng nghiªn cøu ®· sö dông nhiÒu ph¬ng ph¸p kü thuËt
bao gåm béi sè håi quy vµ kriging ®Ó x¸c ®Þnh sè lîng cÊu tróc thèng kª cña ph©n bè
ma vµ ®Ó x¸c ®Þnh mét kiÓu m¹ng líi phï hîp h¬n (Periago vµ nh÷ng ngêi kh¸c,
1998). Trong qu¸ tr×nh sö dông bÊt kú mét ph¬ng ph¸p nµo dùa trªn sù t¬ng quan
gi÷a c¸c vò kÕ, viÖc b¶o ®¶m sù ®ång nhÊt sè liÖu cña mçi vò kÕ lµ tèi quan träng.
Nh÷ng sù thay ®æi vÞ trÝ hoÆc sù lé quang kh«ng ®îc ghi l¹i cã thÓ khiÕn t¬ng quan
gi÷a nh÷ng vò kÕ kÐm ®i lµm cho m¹ng líi vò kÕ dµy ®Æc h¬n cÇn thiÕt.
Chóng ta ph¶i nhí r»ng cã nh÷ng søc Ðp vµ sù quan t©m rÊt quan träng kh«ng
thuéc thñy v¨n häc (x· héi, kinh tÕ) quyÕt ®Þnh ®Õn mËt ®é cña m¹ng líi vò kÕ. Mét
vò kÕ hoÆc mét hÖ thèng bÊt kú tån t¹i ®Ó phôc vô nh÷ng môc tiªu nµo ®ã. Mét hÖ
thèng tèi thiÓu lµ hÖ thèng sÏ ng¨n ngõa ®îc nh÷ng sù thiÕu hôt nghiªm träng trong
qu¸ tr×nh ph¸t triÓn vµ qu¶n lý tµi nguyªn níc ë mét quy m« t¬ng xøng víi toµn bé
tr×nh ®é ph¸t triÓn kinh tÕ vµ nh÷ng yªu cÇu m«i trêng cña mét quèc gia (WMO,
1994).
2) Rada vµ vÖ tinh thêi tiÕt
Dï mËt ®é cña nh÷ng m¹ng líi vò kÕ hiÖn nay cã dµy ®Æc ®Õn ®©u chóng còng
chØ cã thÓ cho chóng ta thÊy mét h×nh ¶nh gÇn ®óng vÒ ph©n bè theo kh«ng gian thùc
tÕ cña gi¸ng thñy. Kh¶ n¨ng cña rada (cÊu t¹o b»ng nh÷ng ch÷ ®Çu cña nhãm tõ
radio detection and ranging - ph¸t hiÖn vµ tÝnh tÇm xa b»ng sãng v« tuyÕn) trong viÖc
theo dâi nh÷ng m« h×nh ma b·o ®· ®îc ghi l¹i lÇn ®Çu tiªn trong thÕ chiÕn thø II
vµ nh÷ng c«ng viÖc ph¸t triÓn ®¸ng kÓ ®· ®îc tiÕn hµnh ë mét sè níc cô thÓ lµ níc
Mü, Liªn X« cò, NhËt B¶n, Thôy Sü vµ v¬ng quèc Anh. u ®iÓm chÝnh cña rada so
víi nh÷ng vò kÕ riªng lÎ lµ rada thö vµ tÝnh lîng ma trung b×nh trong mét thÓ tÝch
nhiÒu triÖu m3 cña khÝ quyÓn (Austin nnk., 1995).
Cã mét sè c¸ch ®Ó ®o ®¹c lîng ma b»ng rada, bao gåm rada Doppler vµ sù
suy gi¶m, nhng ph¬ng ph¸p ®îc chÊp nhËn réng r·i nhÊt lµ dùa vµo sù déi l¹i cña
rada hay hÖ sè ph¶n x¹. Mèi t¬ng quan gi÷a hÖ sè ph¶n x¹ cña rada vµ møc ®é ma
kh«ng ph¶i lµ h»ng sè nhng phô thuéc vµo mét sè nh©n tè bao gåm møc ®é tËp
trung cña c¸c h¹t níc, sù ph©n bè kÝch thíc cña chóng vµ ph©n bè vËn tèc giã theo
ph¬ng th¼ng ®øng. Marshall vµ Palmer (1948) ®· ph©n tÝch nhiÒu kÕt qu¶ thÝ
nghiÖm trªn ph¹m vi réng vÒ møc ®é ma vµ sù ph©n bè theo kÝch thíc c¸c giät
níc, lµ c¬ së cña sù t¬ng quan theo kinh nghiÖm gi÷a møc ®é ma, R (mm/h) vµ hÖ
sè ph¶n x¹ cña rada, Z (mm6/m3) theo d¹ng: Z = AR B. Nh÷ng trÞ sè A=200 vµ B=1.6
®îc sö dông phæ biÕn nhÊt cho dï nh÷ng nghiªn cøu cho thÊy cã nh÷ng tham sè nµy
cã sù biÕn thiªn lín víi A thay ®æi trong ph¹m vi tõ 70 ®Õn 500 vµ B tõ 1.0 ®Õn 2.0
39
- (Battan, 1973). ChÝnh v× sù thay ®æi kh«ng thÓ dù b¸o ®îc cña t¬ng quan gi÷a møc
®é ma vµ hÖ sè ph¶n x¹ cña rada ®· ng¨n c¶n viÖc sö dông rada ®Ó ®o ®¹c, íc lîng
lîng ma trong nhiÒu n¨m.
Nh÷ng lý do chÝnh g©y ra sù biÕn thiªn t¬ng quan gi÷a ma vµ hÖ sè ph¶n
x¹ cña rada (Wilson vµ Brandes, 1979; Collier, 1987, 1996) bao gåm:
+ BiÕn thiªn sù ph©n bè theo kÝch thíc nh÷ng giät ma;
+ Sù xuÊt hiÖn cña ma ®¸, ma tuyÕt hoÆc tuyÕt tan. TuyÕt tan cã hÖ sè ph¶n
x¹ cao h¬n nhiÒu so víi ma, g©y ra sù t¨ng “d¶i s¸ng” trong ph©n bè th¼ng ®øng cña
hÖ sè ph¶n x¹;
+ Sù lín lªn hay bèc h¬i cña ma bªn díi ®é cao cña chïm sãng rada;
+ Sù déi l¹i cña mÆt ®Êt (‘sù hçn lo¹n’) do ®åi nói vµ nh÷ng tßa nhµ cao tÇng;
+ Sù suy gi¶m tÝn hiÖu do ma nÆng h¹t däc theo chïm sãng.
Th«ng sè cña t¬ng quan Z:R cã thÓ biÕn thiªn trong kho¶ng lín, mét phÇn do
nh÷ng kh¸c biÖt cã hÖ thèng víi c¸c lo¹i gi¸ng thñy, vÝ dô, nh÷ng trËn b·o front, ma
®èi lu, ma ®Þa h×nh vµ tuyÕt (Shepherd nnk., 1989; Austin nnk., 1995). §iÒu nµy lµ
do nh÷ng sù kh¸c nhau vÒ ph©n bè kÝch thíc h¹t ma cña chóng; do ®ã c¸c møc ®é
ma sÏ bÞ íc lîng qu¸ cao ®èi víi nh÷ng trËn b·o lín cã kÝch thíc giät níc lín
h¬n, vµ bÞ íc lîng thÊp ®èi víi nh÷ng tÇng m©y cã kÝch thíc giät níc nhá h¬n
(Austin vµ Wickham, 1995). Nh÷ng b«ng tuyÕt vµ tinh thÓ b¨ng còng g©y ra nh÷ng
íc lîng cao gi¶ t¹o.
¦u ®iÓm chÝnh cho phÐp sö dông rada phôc vô nh÷ng ®¸nh gi¸ lîng gi¸ng
thñy xuÊt ph¸t tõ môc ®Ých cña nh÷ng íc lîng lîng ma ®o ®¹c ®îc dïng cho sù
®iÒu chØnh thêi gian thùc cña mèi t¬ng quan Z:R. Nã gép tÊt c¶ nh÷ng thµnh phÇn
g©y ra sai sè cña rada (c«ng nghÖ, sù thay ®æi ®Þa h×nh c¶nh quan phøc t¹p cña mÆt
®Êt, t¬ng quan Z:R) vµ xö lý chóng trong mét quy tr×nh riªng rÏ (Collier, 1996). Do
vËy, trêng gi¸ng thñy rada ®îc hiÖu chØnh hoÆc chØnh lý b»ng nh÷ng quan tr¾c
b»ng vò kÕ t¹i tõng ®iÓm, trong khi gi÷ l¹i trêng ph©n bè ma theo diÖn tÝch ®îc
quan tr¾c b»ng rada.
Nh÷ng vò kÕ ®îc ®iÒu chØnh cã thÓ ®îc sö dông trong thêi h¹n ®Ó øng dông
mét nh©n tè hiÖu chØnh ®èi víi nh÷ng thêi ®o¹n ng¾n t¬ng ®¬ng nh÷ng ®¸nh gi¸
mçi giê cña rada. Collier cïng c¸c céng sù (1983) ®· chøng minh r»ng nh©n tè nµy cã
thÓ biÕn thiªn lín (nhng thêng n»m trong kho¶ng 0.1 ®Õn 10) do nh÷ng thay ®æi
cña ph©n bè kÝch thíc giät níc, sù t¨ng cêng d¶i s¸ng do tuyÕt tan vµ tæn thÊt bèc
h¬i hoÆc sù lín lªn cña nh÷ng giät níc ma bªn díi mùc cña chïm tia rada (H×nh
2.7). Nh©n tè ®iÒu chØnh cã thÓ ®îc quyÕt ®Þnh trong thêi h¹n sö dông nh÷ng sè liÖu
cña m¸y ®o tõ xa vµ b¶n chÊt cña nh÷ng thay ®æi theo thêi gian cña nh©n tè cã thÓ
®îc sö dông ®Ó tù ®éng nhËn d¹ng lo¹i ma. §èi víi mçi lo¹i ma, Collier cïng c¸c
céng sù (1983) x¸c ®Þnh mét sè nh÷ng ph¹m vi hiÖu chØnh lîng ma. Nh÷ng nh©n tè
hiÖu chØnh dùa trªn nh÷ng tËp hîp con kh¸c nhau cña nh÷ng vò kÕ ®iÒu chØnh sau ®ã
®îc øng dông cho d÷ liÖu cña rada cho mçi vïng l·nh thæ.
MÆc dï kh¸i niÖm nµy ®· ®îc ®Ò xuÊt tõ nhiÒu n¨m (Hitschfield vµ Bordan,
1954), nhng nã ®ßi hái mét khèi lîng lín c«ng viÖc ®Ó thùc hiÖn ®îc kÕ ho¹ch.
Tæng kÕt mét sè nh÷ng nghiªn cøu kh¸c nhau ë nh÷ng nh©n tè ch¼ng h¹n tæng thêi
®o¹n vµ mËt ®é cña nh÷ng vò kÕ ®iÒu chØnh, Wilson vµ Brandes (1979) cho thÊy
40
- nh÷ng sai sè ®iÓn h×nh kho¶ng 43-55 % ®èi víi nh÷ng d÷ liÖu rada cha ®îc hiÖu
chØnh. Nh÷ng sai sè nµy gi¶m xuèng 18-35 % b»ng c¸ch sö dông mét vò kÕ hiÖu
chØnh riªng rÏ vµ xuèng 13-27 % ®èi víi sù hiÖu chØnh biÕn ®æi theo kh«ng gian.
Hill vµ Robertson (1987) m« t¶ sù ho¹t ®éng cña mét hÖ thèng rada thêi tiÕt ë
T©y B¾c níc Anh. ë tr¹m rada nµy, d©y anten quay mét phót mét lÇn vµ lÇn lît
quÐt mét trong bèn mÆt phÝa trªn ®êng n»m ngang. Chïm sãng thÊp nhÊt ®îc u
tiªn cho ®¸nh gi¸ lîng ma, bëi v× cã rÊt Ýt kh¶ n¨ng nh÷ng giät níc ma lín lªn
hoÆc bèc h¬i tríc khi r¬i xuèng mÆt ®Êt. Trong thùc tÕ, nh÷ng chïm sãng cao h¬n cã
thÓ ®îc thay thÕ bëi nh÷ng ®êng ch¹y theo híng vßng ë nh÷ng n¬i ®åi nói vµ
nh÷ng c«ng tr×nh cao tÇng cã thÓ c¶n trë chïm sãng. Ba quan tr¾c trän vÑn sau ®ã
®îc kÕt hîp l¹i ®Ó ®a ra nh÷ng ®¸nh gi¸ lîng ma thêi ®o¹n 15 phót. V× vËy, rada
thêi tiÕt ®a ra mét gi¸ trÞ kÕt hîp trong mét thêi ®o¹n x¸c ®Þnh chø kh«ng ph¶i lµ
mét gi¸ trÞ tøc thêi. Nh÷ng vò kÕ tù ghi tõ xa ®îc sö dông ®Ó hiÖu chØnh tù ®éng.
Rada ®îc s¶n xuÊt víi c«ng suÊt thiÕt kÕ t¹o líi 2 x 2 km trong vßng 75 km vµ líi
5 x 5 km ®èi víi kho¶ng c¸ch 75-210 km tõ rada. Ngoµi 210 km nh÷ng ®¸nh gi¸ cña
rada coi nh cã ®é chÝnh x¸c kh«ng ®¸ng kÓ do tÝn hiÖu ph¶n håi l¹i qu¸ yÕu vµ còng
bëi v× chïm sãng trë nªn qu¸ cao vµ khuÕch t¸n qu¸ nhiÒu. ViÖc hiÖu chØnh rada thêi
tiÕt ®îc ®Ò cËp lÇn lît bëi Collinge (1991) vµ Van dem Assem (1991) cho trêng
hîp cña v¬ng quèc Anh vµ Hµ Lan.
H×nh 2.7 Sù biÕn thiªn nh÷ng nh©n tè ®iÒu chØnh lîng ma quan tr¾c b»ng rada trong qu¸ tr×nh tr«i qua cña
mét sù h¹ thÊp quy m« nhá víi nh÷ng ¶nh hëng cña d¶i s¸ng trong front nãng, Ngµy 1-2 th¸ng Giªng n¨m
1981 (Collier vµ céng sù, 1983)
Nh÷ng c«ng nghÖ cña ®o ®¹c rada ®ang ph¸t triÓn rÊt m¹nh víi nh÷ng tiÕn bé
trong s¶n xuÊt nh÷ng bé phËn cña kü thuËt ra®ar vµ kh¶ n¨ng xö lý th«ng tin vµ
cïng víi nh÷ng sù ph¸t triÓn c¸c phÇn mÒm dïng cho c«ng t¸c hiÖu chØnh thêi gian
h÷u dông. HiÖn nay rada ®ang ®îc sö dông réng r·i trong nhiÒu hÖ thèng (Collier,
1996). HiÖn t¹i cã mét m¹ng líi 15 rada trªn toµn quÇn ®¶o Anh, cã kh¶ n¨ng ®¸nh
gi¸ ma víi ®é ph©n gi¶i cao (líi 2 km, bíc tÝch ph©n 5 phót). ë khu vùc ch©u ©u,
cã kho¶ng 100 hÖ thèng rada thêi tiÕt (Collier vµ Chapius, 1990; Collier ,1995), vµ sù
quan t©m ®ang tËp trung vµo viÖc vÏ b¶n ®å ph©n bè cña gi¸ng thñy. ë níc MÜ, cã
mét yªu cÇu ®a ra nh÷ng c¶nh b¸o vÒ nh÷ng c¬n b·o lín thêng x¶y ra h¬n lµ ë
ch©u ©u, vµ ch¬ng tr×nh NEXRAD (Next generation weather rada - thÕ hÖ rada thêi
tiÕt míi) sö dông xÊp xØ 140 rada Doppler ®Ó cung cÊp nh÷ng sè liÖu chi tiÕt vÒ
trêng giã vµ cÊu tróc bªn trong cña nh÷ng ®¸m m©y d«ng còng nh nh÷ng íc lîng
vÒ gi¸ng thñy.
Nh÷ng sè liÖu cña vò kÕ hoÆc rada lµ kh«ng ®ñ t¹i nhiÒu n¬i trªn bÒ mÆt cña
41
- tr¸i ®Êt bao gåm c¸c ®¹i d¬ng, phÇn lín nh÷ng vïng sa m¹c vµ nöa sa m¹c, hÇu hÕt
nh÷ng khu vùc cã nh÷ng d·y nói lín vµ nh÷ng khu vùc Èm réng lín trong vµnh ®ai
nhiÖt ®íi. C«ng nghÖ vÖ tinh lµ nh÷ng ph¬ng tiÖn cã tÝnh hÖ thèng duy nhÊt ®Ó theo
dâi sù di chuyÓn cña c¸c hÖ thèng thêi tiÕt vµ ®a ra nh÷ng íc lîng vÒ nh÷ng ph©n
bè cã thÓ x¶y ra cña ma ë nh÷ng vïng nµy. Nh÷ng vÖ tinh cã thÓ cung cÊp nh÷ng sè
liÖu liªn tôc theo kh«ng gian vµ tïy thuéc vµo quü ®¹o chuyÓn ®éng chóng cã thÓ
cung cÊp sè liÖu trän vÑn toµn cÇu trong mét thêi ®o¹n nµo ®ã. C«ng nghÖ vÖ tinh
®îc ph¸t triÓn ®Çu tiªn ®Ó quan tr¾c ma ®èi lu ë khu vùc nhiÖt ®íi vµ cËn nhiÖt
®íi vµ ®ã còng lµ n¬i nã ®îc øng dông réng r·i nhÊt (Rango, 1994). Nh÷ng vÖ tinh
cung cÊp nh÷ng quan tr¾c vÒ m©y, chø kh«ng ph¶i ma vµ do ®ã kh«ng thÓ ®o ®¹c
®îc lîng ma trùc tiÕp. V× vËy, nh÷ng c«ng nghÖ vÖ tinh hiÖn t¹i dïng ®Ó íc lîng
®é s©u cña ma kh«ng chÝnh x¸c b»ng vò kÕ vµ rada - nh÷ng thiÕt bÞ nªn sö dông ë
bÊt cø ®©u cã thÓ.
Víi viÖc sö dông vÖ tinh, nh÷ng ®¸m m©y gi¸ng thñy ph¶i ®îc suy luËn ra tõ
nh÷ng lo¹i m©y vµ tõ c¸ch chóng biÕn ®æi theo thêi gian. Møc ®é ma ®îc ®¸nh gi¸
gi¸n tiÕp th«ng qua albedo vµ sù ph¸t x¹ cña ®Ønh m©y (cung cÊp sè liÖu vÒ quy m« vµ
nhiÖt ®é cña ®¸m m©y). Trong thùc tÕ, tÊt c¶ c¸c ch¬ng tr×nh ®ang vËn hµnh vµ
phÇn lín nh÷ng nghiªn cøu sö dông vÖ tinh phôc vô viÖc quan tr¾c ma dùa trªn bøc
x¹ cã bíc sãng ë vïng nh×n thÊy ®îc vµ vïng hång ngo¹i (Barrett vµ Martin, 1981;
Engman vµ Gurney, 1991). Nh÷ng bøc x¹ nh×n thÊy ®îc liªn quan chÆt chÏ nhÊt víi
albedo cña nh÷ng bÒ mÆt cã kh¶ n¨ng ph¶n x¹ tèt nh nh÷ng ®¸m m©y. §é s¸ng lín
cho thÊy ®¸m m©y rÊt dµy vµ cã kh¶ n¨ng g©y ma. Bøc x¹ hång ngo¹i phô thuéc kh¸
nhiÒu vµo nhiÖt ®é. V× nhiÖt ®é thay ®æi theo ®é cao, ®iÒu nµy cã thÓ ®îc thÓ hiÖn
qua chiÒu cao ®Ønh m©y. NhiÖt ®é thÊp ®a ®Õn nh÷ng ®¸m m©y cã tÇng m©y dµy vµ
®Ønh m©y cao víi x¸c suÊt cho ma lín h¬n. Trong thùc tiÔn, c¶ nh÷ng ®¸m m©y s¸ng
lÉn nh÷ng ®¸m m©y l¹nh ®Òu kh«ng nhÊt thiÕt g©y ra ma vµ ph¬ng ph¸p tèt nhÊt
cã lÏ lµ cïng sö dông c¸c d¹ng th«ng tin (Browing, 1987). Ma cã kh¶ n¨ng x¶y ra
nhiÒu h¬n trong nh÷ng ®¸m m©y võa l¹nh vµ Èm.
Mét sè nh÷ng ph¬ng ph¸p ®· ®îc ph¸t triÓn ®Ó quan tr¾c m©y tõ vÖ tinh
(Barrett vµ Martin, 1981; Engman vµ Gurney, 1991; Bader nnk., 1995). Nh÷ng
ph¬ng ph¸p kü thuËt quan träng nhÊt bao gåm c¸c ph¬ng ph¸p “chØ sè hãa mÊy”,
“lÞch sö tiÕn tr×nh” vµ phæ kÐp. C¶ ba ®Òu lµ nh÷ng ph¬ng ph¸p kinh nghiÖm vµ sö
dông nh÷ng hÖ sè ®îc hiÖu chØnh theo sè liÖu thêi tiÕt thêng. Nh÷ng ph¬ng ph¸p
liÖt kª m©y ®· ®îc ¸p dông trªn ph¹m vi réng nhÊt cña nh÷ng ®iÒu kiÖn khÝ hËu
kh¸c nhau. Nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy dùa trªn sù nhËn d¹ng kiÓu m©y vµ diÖn tÝch
cña chóng vµ ¸p dông mét x¸c suÊt ma cho mçi kiÓu m©y nhÊt ®Þnh. Trong tÊt c¶
c¸c ph¬ng ph¸p kü thuËt hiÖn cã, ph¬ng ph¸p nµy phô thuéc Ýt nhÊt vµo nh÷ng
m¸y mãc vµ phÇn mÒm phøc t¹p vµ cã lÏ lµ ph¬ng ph¸p nhiÒu triÓn väng nhÊt ®Õn
b©y giê. Tuy nhiªn, vÉn cha cã sù nhÊt trÝ cao vÒ ph¬ng ph¸p nµy tèt nhÊt ®Ó quan
tr¾c ma b»ng vÖ tinh do nh÷ng yªu cÇu ®èi víi sè liÖu ma rÊt kh¸c nhau gi÷a
nh÷ng ngêi sö dông.
MÆc dï rada cã thÓ sö dông tõ trªn vÖ tinh nhng nã kh«ng ®îc sö dông trªn
c¸c vÖ tinh khÝ tîng bëi v× hÖ sè ph¶n x¹ cña bÒ mÆt Tr¸i ®Êt lín h¬n nhiÒu lÇn so
víi cña gi¸ng thñy trong khÝ quyÓn. HÖ sè ph¶n x¹ cña khu vùc ®Êt liÒn cha ®îc
hiÓu mét c¸ch s©u s¾c nh÷ng nã thay ®æi theo mét sè nh©n tè nh ®Þa h×nh, ®é Èm
mÆt ®Êt vµ th¶m phñ thùc vËt, trong khi hÖ sè ph¶n x¹ cña ®¹i d¬ng biÕn thiªn theo
42
- sãng trªn mÆt ®· ®îc hiÓu tèt h¬n.
Kü thuËt sãng viba cung cÊp tiÒm n¨ng to lín nhÊt bëi v× chóng t¸c ®éng trùc
tiÕp tíi ma th«ng qua sù ph¸t vµ thu sãng ph¶n x¹ vµ b»ng sù t¸n x¹. Nh÷ng ph¸t
triÓn hiÖn nay sö dông sè liÖu sãng viba bÞ ®éng cïng chung víi nh÷ng d¶i sãng nh×n
thÊy ®îc vµ hång ngo¹i. Nh÷ng tiÕn bé hiÖn t¹i xem ra cã nhiÒu triÓn väng vµ mét sè
nh÷ng c«ng tr×nh (kÕ ho¹ch) quèc tÕ ®· ®îc tãm t¾t trong Smith (1998).
§Ó so s¸nh ph¬ng ph¸p sö dông rada thêi tiÕt vµ vÖ tinh phôc vô sù ph¸n
®o¸n lîng ma tõ xa, Collier (1984) kÕt luËn r»ng nh÷ng ph¬ng ph¸p kü thuËt sö
dông rada vµ vÖ tinh bæ sung cho nhau. Rada thÝch hîp h¬n cho nh÷ng khu vùc cã
diÖn tÝch nhá h¬n 10.000 km2 (quy m« ®iÓn h×nh cña mét hÖ thèng rada mÆt ®Êt riªng
rÏ) vµ nÕu kh«ng cã mét m¹ng líi nh÷ng rada nh thÕ, vÖ tinh thÝch hîp h¬n cho
nh÷ng khu vùc cã diÖn tÝch lín h¬n (H×nh 2.8). Tuy nhiªn, trong c¶ hai trêng hîp,
nh÷ng ®o ®¹c vÒ lîng ma bÒ mÆt cÇn ph¶i ®îc hiÖu chØnh vµ tïy theo môc ®Ých.
H×nh 2.8 So s¸nh ®é chÝnh x¸c cña viÖc íc lîng lîng ma giê b»ng rada ®îc hiÖu chØnh ë mùc mÆt ®Êt
vµ b»ng kü thuËt vÖ tinh (vÏ l¹i pháng theo Collier, 1984)
2.5 Nh÷ng biÕn ®æi theo thêi gian cña sè liÖu gi¸ng thñy
TÝnh hay thay ®æi lµ mét nÐt ®Æc trng thuéc vÒ b¶n chÊt cña khÝ hËu Tr¸i §Êt.
Nh÷ng gi¸ trÞ gi¸ng thñy t¹i tõng ®iÓm ®îc ghi l¹i thÓ hiÖn sù biÕn thiªn lín theo
tõng giê, tõng tuÇn vµ thËm chÝ tõ n¨m nµy sang n¨m kh¸c. Sù biÕn thiªn nµy lín
h¬n nhiÒu sù biÕn thiªn cña tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn kh¸c trong vßng tuÇn hoµn níc.
VÝ dô: bèc h¬i phô thuéc rÊt nhiÒu vµo lîng bøc x¹ ph¸t ra tõ mÆt trêi vµ møc ®é Èm
cña mÆt ®Êt, trong khi dßng ch¶y s«ng ngßi lµ kÕt qu¶ cña sù ph©n bè ®iÒu hßa cña
®Çu vµo lµ gi¸ng thñy. VÒ nguyªn t¾c, ph©n bè cña gi¸ng thñy lµ cã tÝnh chÊt tÊt
®Þnh, liªn quan tíi nh÷ng ®iÒu kiÖn thêi tiÕt synop vµ nh÷ng ®Æc tÝnh cña c¸c khèi
khÝ. Nh÷ng tiÕn bé ®¸ng kÓ ®· thu ®îc nhê viÖc sö dông ph¬ng ph¸p sù b¸o sè trÞ
®Ó ®a ra nh÷ng m« h×nh sè cña hÖ thèng thêi tiÕt phôc vô nh÷ng môc ®Ých dù b¸o
nhng trong thùc tÕ, ®èi víi nh÷ng môc ®Ých cña thñy v¨n häc, sù ph©n tÝch sè liÖu
ma thêng dùa vµo nh÷ng ®Æc trng thèng kª cña chuçi sè liÖu ma quan tr¾c ®îc.
Nh÷ng sù biÕn ®æi cña sè liÖu gi¸ng thñy cã thÓ kÕt hîp ba thµnh phÇn chuçi
thêi gian: ngÉu nhiªn, tuÇn hoµn vµ sù biÕn ®æi l©u dµi. Nh÷ng sù biÕn ®æi ngÉu
43
nguon tai.lieu . vn
