- Trang Chủ
- Địa Lý
- Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 7
Xem mẫu
- Ch−¬ng 7. ®Æc TÝnh ba chiÒu cña hoμn l−u khÝ
quyÓn toμn cÇu
7.1 sù BiÕn ®æi vÜ h−íng ë miÒn nhiÖt ®íi
Cho ®Õn nay, ®· cã mét c¸ch tr×nh bμy truyÒn thèng vÒ hoμn l−u khÝ quyÓn toμn
cÇu b»ng c¸ch tËp trung vμo viÖc gi¶i thÝch hoμn l−u trung b×nh vÜ h−íng vμ c¸c
tr−êng trung b×nh vÜ h−íng cña sè c¸c xo¸y. Tuy nhiªn, hoμn l−u khÝ quyÓn toμn cÇu
gÇn nh− lμ kh«ng cã tÝnh ®èi xøng vÜ h−íng. §èt nãng miÒn nhiÖt ®íi cã gi¸ trÞ cùc ®¹i
kh¸c nhau t¹i c¸c kinh ®é. ë miÒn «n ®íi, c¸c xo¸y tøc thêi ®−îc ph©n bè kh«ng ®ång
®Òu trªn c¸c vßng vÜ tuyÕn, mμ ®−îc tËp trung ë vïng riªng víi c¸c quü ®¹o xo¸y
thuËn, ®Æc biÖt lμ ë B¾c B¸n CÇu. Ch−¬ng nμy sÏ m« t¶ tÝnh bÊt ®èi xøng vÜ h−íng cña
hoμn l−u vμ c¸c hÖ qu¶ cña nã.
Nh÷ng chÈn ®o¸n vÒ ho¹t ®éng cña xo¸y dõng vμ xo¸y tøc thêi mμ ta ®· ®Ò cËp
trong nh÷ng ch−¬ng tr−íc Ýt hiÖu qu¶ ë miÒn nhiÖt ®íi. §éng n¨ng xo¸y ë miÒn nhiÖt
®íi nhá h¬n nhiÒu so víi miÒn «n ®íi. T−¬ng tù, c¸c dßng nhiÖt vμ ®éng l−îng cña c¶
xo¸y dõng vμ xo¸y tøc thêi ë miÒn nhiÖt ®íi còng cã gi¸ trÞ nhá. V× vËy, bøc tranh næi
bËt ®ã lμ nhiÖt vμ ®éng l−îng ®−îc vËn chuyÓn, chñ yÕu do chuyÓn ®éng cã tÝnh ®èi
xøng ë miÒn nhiÖt ®íi víi c¸c xo¸y vËn chuyÓn ë miÒn cËn nhiÖt ®íi vμ «n ®íi.
Trong bøc tranh nμy cã mét sè ®iÒu lμ ®óng. Tuy nhiªn nã còng cã thÓ bÞ nhÇm
lÉn. Tr−íc tiªn ta h·y xem c¸c tr−êng ®èt nãng ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 3.8. T¸c ®éng
®èi víi hoμn l−u lμ hoμn toμn kh«ng cã tÝnh ®èi xøng, ®Æc biÖt lμ ë miÒn nhiÖt ®íi. H¬n
n÷a, ë ®©y cã mét sè trung t©m ®èt nãng víi c−êng ®é m¹nh. Trung t©m quan träng
nhÊt lμ trªn vïng §«ng Nam ¸ vμo mïa hÌ vμ ë Indonesia vμo mïa ®«ng. C¸c cùc ®¹i
kh¸c d−êng nh− g¾n liÒn víi c¸c khèi lôc ®Þa. Mét vÊn ®Ò ta cÇn xem xÐt lμ t¹i sao sù
ph©n bè cña ®èt nãng mang tÝnh ®Þa ph−¬ng lín nh− vËy l¹i dÉn ®Õn tÝnh ®èi xøng Ýt
nhiÒu cña hoμn l−u.
Còng cÇn nãi r»ng xem xÐt mét c¸ch chi tiÕt h¬n miÒn nhiÖt ®íi ta thÊy sù thÝch
øng l¹i kh«ng hoμn toμn ®èi xøng. H×nh 7.1 vμ 7.2 biÓu diÔn c¸c vect¬ cña giã trung
b×nh, giã gÇn ®Ønh tÇng ®èi l−u vμ giã t¹i c¸c mùc thÊp. Mùc 150hPa lμ mùc gÇn ®Ønh
tÇng ®èi l−u ë nh÷ng vïng s¸t xÝch ®¹o. ë ®©y giã vÜ h−íng chiÕm −u thÕ trong c¶ hai
mïa. §©y lμ mét nguyªn nh©n trùc tiÕp gi¶i thÝch t¹i sao c¸c xo¸y kh«ng ®ãng gãp
®¸ng kÓ vμo viÖc vËn chuyÓn kinh h−íng ë miÒn nhiÖt ®íi: thμnh phÇn kinh h−íng cña
tr−êng giã xo¸y lμ rÊt nhá.
- 184 -
- H×nh 7.1. Vect¬ giã ngang trung b×nh theo thêi gian v thêi kú th¸ng 12, 1, 2 ®−îc dùa trªn chuçi sè
liÖu 6 n¨m cña Trung t©m dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u. (a) mùc 150hPa, gÇn ®Ønh tÇng ®èi l−u
nhiÖt ®íi: vect¬ tiªu biÓu lµ 20ms-1. (b) mùc 850hPa, phÝa trªn líp biªn khÝ quyÓn: vect¬ tiªu biÓu lµ
10ms-1
Tuy nhiªn, giã vÜ h−íng cña xo¸y kh«ng nhá; ë ®©y cã mét sè cùc ®¹i cña u trªn
toμn cÇu. Vμo th¸ng 12, 1, 2 cã ®íi giã ®«ng m¹nh trªn vïng Indonesia vμ ®íi giã t©y
m¹nh trªn vïng ®«ng Th¸i B×nh D−¬ng vμ §¹i T©y D−¬ng. Do ®ã, giã vÜ h−íng trung
b×nh chøa c¸c thμnh phÇn giã triÖt tiªu lÉn nhau; thùc tÕ t¹i nh÷ng mùc nμy giã trung
b×nh lμ giã t©y (xem H×nh 4.1). Vμo th¸ng 6, 7, 8, thμnh phÇn vÜ h−íng l¹i chiÕm −u
thÕ tuy nhiªn sù ph©n bè c¸c cùc ®¹i l¹i hoμn toμn kh¸c. ë ®©y cã mét khu vùc ®íi giã
®«ng m¹nh kÐo dμi tõ T©y Ch©u Phi tíi ®«ng Indonesia. Mét sè n¬i kh¸c ®íi giã ®«ng
yÕu h¬n vμ cã mét vïng rÊt nhá ®íi giã t©y t−¬ng tù nh− trong c¸c th¸ng 12, 1, 2.
H×nh 7.2.T−¬ng tù nh− H×nh 7.1 nh−ng ®èi víi th¸ng 6, 7, 8
- 185 -
- Trë l¹i víi tr−êng giã mùc thÊp, sù chiÕm −u thÕ t−¬ng tù cña dßng vÜ h−íng so
víi c¸c thμnh phÇn giã kinh h−íng lμ kh¸ râ. Thêi kú th¸ng 12, 1, 2, giã chñ yÕu lμ giã
®«ng víi c¸c khu vùc héi tô Ýt hay nhiÒu t−¬ng øng víi c¸c khu vùc ph©n kú t¹i mùc
150hPa vμ ng−îc l¹i. Vμo th¸ng 6, 7, 8, h×nh thÕ t−¬ng tù cã thÓ thÊy ë hÇu kh¾p miÒn
nhiÖt ®íi. Tuy nhiªn, c¸c tr−êng kh¸c biÖt lín lμ ë Ên §é D−¬ng. ë ®©y ta thÊy dßng
kinh h−íng m¹nh trªn mét d¶i réng song song víi bê biÓn Ch©u Phi nèi liÒn ®íi giã
®«ng ë phÝa nam miÒn cËn nhiÖt ®íi víi ®íi giã t©y ë Ên §é. §íi giã nμy lμ mét phÇn
cña hÖ thèng giã mïa Ch©u ¸, mét hÖ thèng cã quy m« hμnh tinh rÊt quan träng sÏ
®−îc ®Ò cËp trong phÇn sau.
So s¸nh c¸c dßng t¹i mùc 850 vμ 150hPa, ë ®©y cã mét xu thÕ rÊt m¹nh víi héi tô
mùc thÊp ®−îc phèi hîp víi ph©n kú trªn cao vμ ng−îc l¹i. §iÒu nμy phï hîp víi dßng
th¨ng vμ dßng gi¸ng ë mùc gi÷a nèi liÒn hai mùc nμy, vμ cho ta thÊy r»ng thÝch øng
cña miÒn nhiÖt ®íi ®èi víi ®èt nãng ®Þa ph−¬ng bao gåm mét hÖ thèng c¸c hoμn l−u
®¶o ng−îc trªn mÆt c¾t kinh ®é-®é cao. C¸c hoμn l−u nh− vËy ®èi khi ®−îc gäi lμ “hoμn
l−u Walker” vμ lÇn ®Çu tiªn ®−îc chØ ra b»ng c¸ch so s¸nh c¸c sè liÖu khÝ t−îng bÒ
mÆt t¹i tr¹m Darwin, ®«ng-b¾c Australia vμ Tahiti ë miÒn trung Th¸i B×nh D−¬ng.
§Ó gi¶i thÝch cho nh÷ng kÕt qu¶ th¸m s¸t, ng−êi ta nhËn thÊy r»ng c¸c lý thuyÕt
vÒ ®éng lùc häc nhiÖt ®íi nÕu ®em so s¸nh víi c¸c biÓu thøc tùa ®Þa chuyÓn vμ c¸c biÓu
thøc liªn hÖ ®èi víi miÒn «n ®íi lμ kh«ng phï hîp. Lý thuyÕt dùa trªn c¬ së tuyÕn tÝnh
ho¸ l©n cËn tr¹ng th¸i khÝ quyÓn tÜnh, lμ mét c¸ch tiÕp cËn ®¬n gi¶n nhÊt vμ sÏ ®−îc
®Ò cËp tíi trong phÇn nμy. Tuy nhiªn, mét ®iÒu kh«ng ®¬n gi¶n lμ më réng c¸c gi¶
thiÕt rÊt h¹n chÕ cña lý thuyÕt nμy. Nh÷ng thay ®æi nμy chøa trong c¸c nghiÖm sè kh¸
phøc t¹p cña c¸c ph−¬ng tr×nh ®éng lùc ®Çy ®ñ.
C¸ch lý gi¶i quy m« cho thÊy nh÷ng dao ®éng nhiÖt ®é ë miÒn nhiÖt ®íi sÏ nhá
h¬n rÊt nhiÒu so víi miÒn «n ®íi; thùc vËy ta cã
U 2 fUL
(miÒn nhiÖt ®íi), (miÒn «n ®íi) (7.1)
gH gH
trong ®ã H lμ quy m« ®é cao ®Æc tr−ng vμ L lμ quy m« ngang ®Æc tr−ng; / lμ kho¶ng
10-3 ®èi víi miÒn nhiÖt ®íi, lín h¬n mét bËc ®¹i l−îng ®èi víi miÒn «n ®íi. §iÒu nμy cã
nghÜa lμ gradien nhiÖt ®é ngang ë miÒn nhiÖt ®íi lμ rÊt nhá, do ®ã b×nh l−u ngang
kh«ng thÓ c©n b»ng víi ®èt nãng m¹nh quan tr¾c ®−îc trong c¸c khu vùc ®èi l−u. Thay
vμo ®ã ®èt nãng ph¶i ®−îc c©n b»ng do b×nh l−u theo chiÒu th¼ng ®øng, ®ã lμ
g
w (7.2)
Q
R N 2
Dßng th¨ng m¹nh, vμo kho¶ng 3cms-1 cã thÓ thÊy trong nh÷ng khu vùc ®èi l−u n¬i
®èt nãng cã thÓ ®¹t 5Kngμy-1. PhÇn cßn l¹i cña miÒn nhiÖt ®íi, dßng gi¸ng yÕu cì vμo
kho¶ng 0,3 cms-1 cÇn ®Ó c©n b»ng víi lμm l¹nh bøc x¹. TÝnh liªn tôc cho thÊy chuyÓn
®éng th¼ng ®øng sÏ dÇn dÇn t¸c ®éng tíi vËn tèc ngang. §Æc tÝnh cña tr−êng vËn tèc
ngang sÏ ®−îc gi¶i thÝch râ rμng b»ng c¸ch xem xÐt c¸c ph−¬ng tr×nh ®éng l−îng.
Lùc Coriolis b»ng kh«ng trªn xÝch ®¹o nh−ng biÕn ®æi rÊt nhanh theo vÜ ®é. Trong
c¸c ph−¬ng tr×nh ®éng lùc th«ng sè Coriolis cã thÓ ®−îc xÊp xØ b»ng f = y trong ®ã =
- 186 -
- 2/a. XÊp xØ nμy ®«i khi ®−îc gäi lμ “mÆt xÝch ®¹o”. Dïng xÊp xØ nμy, dßng ®−îc
tuyÕn tÝnh ho¸ l©n cËn tr¹ng th¸i dõng trong ®ã c¸c biÕn khÝ quyÓn chØ biÕn ®æi theo
chiÒu th¼ng ®øng. NghiÖm nμy sau ®ã cã thÓ t¸ch ra thμnh mét phÇn phô thuéc vμo
®é cao vμ mét phÇn phô thuéc vμo to¹ ®é ngang vμ thêi gian. PhÇn ngang nμy ®−îc
x¸c ®Þnh bëi c¸c ph−¬ng tr×nh “n−íc n«ng” ®−îc tuyÕn tÝnh ho¸ víi “®é s©u t−¬ng
®−¬ng” thÝch hîp. C¸c ph−¬ng tr×nh nμy cã thÓ viÕt nh− sau
u h ' u
yv g (7.3a)
t x D
v h ' v
yu g (7.3b)
t y D
h ' h'
h 0 .v Q (7.3c)
t D
ë ®©y ph−¬ng tr×nh (7.3c) lμ ph−¬ng tr×nh liªn tôc ®−îc tuyÕn tÝnh ho¸ cho mét líp
máng chÊt láng kh«ng nÐn ®−îc cã ®é dμy ho; Q biÓu diÔn c¸c lùc liªn quan tíi ®èt
nãng. Sù tiªu t¸n d−íi d¹ng ma s¸t Rayleigh hoÆc lμm l¹nh Newton t¸c ®éng lªn c¸c
nhiÔu ®éng còng ®−îc tÝnh ®Õn. C¸ch gi¶i thÝch ®¬n gi¶n nhÊt vÒ ®é s©u t−¬ng ®−¬ng
ho ®−îc ®−a ra b»ng c¸ch coi khÝ quyÓn lμ kh«ng nÐn ®−îc cã tÇn sè Brunt-Vaisala N
kh«ng ®æi vμ biªn trªn cøng t¹i ®é cao H. Khi ®ã c¸c thÓ hiÖn th¼ng ®øng quan träng
nhÊt cã nhiÔu ¸p suÊt vμ vËn tèc ngang biÕn ®æi d−íi d¹ng cos(z/H) vμ vËn tèc th¼ng
®øng nhiÔu biÕn ®æi cã d¹ng sin(z/H). §é s©u t−¬ng ®−¬ng ®−îc x¸c ®Þnh bëi
N2H2
h0 (7.4)
2g
NÕu H lμ ®é cao tÇng ®èi l−u miÒn nhiÖt ®íi, kho¶ng 18km th× ®é dμy t−¬ng ®−¬ng ®Æc
tr−ng lμ kho¶ng 400m. Trong viÖc nhËn c¸c ph−¬ng tr×nh t−¬ng tù nh−ng ®èi víi khÝ
quyÓn nÐn ®−îc víi N biÕn ®æi, v.v…theo chiÒu th¼ng ®øng ®ã tèt h¬n lμ gi¶i bμi to¸n
gi¸ trÞ riªng cho cÊu tróc th¼ng ®øng; ta nhËn ®−îc ®é dμy t−¬ng ®−¬ng t−¬ng tù ®èi
víi c¸c thÓ hiÖn th¼ng ®øng quan träng nhÊt. Ta sÏ giíi h¹n viÖc nghiªn cøu ®èi víi
c¸c thÓ hiÖn th¼ng ®øng quan träng nhÊt chØ cã mét cùc ®¹i vËn tèc th¼ng ®øng ë mùc
gi÷a cña tÇng ®èi l−u, vμ vËn tèc th¼ng ®øng b»ng kh«ng t¹i biªn trªn vμ biªn d−íi
tÇng ®èi l−u. §iÒu kiÖn nμy ®−îc tho¶ m·n v× ph©n bè th¼ng ®øng cña ®èt nãng miÒn
nhiÖt ®íi ®−îc coi nh− t¸c ®éng ®Õn c¸c nhiÔu ®éng cã cÊu tróc kiÓu t−¬ng tù.
Tr−íc khi xem xÐt vÊn ®Ò t¸c ®éng mét c¸ch ®Çy ®ñ, ta h·y xem xÐt mét sè chuyÓn
®éng sãng trong khÝ quyÓn nhiÖt ®íi. C¸c ph−¬ng tr×nh n−íc n«ng m« t¶ sãng träng
tr−êng lan truyÒn víi tèc ®é (gho)1/2. Tuy nhiªn c¸c thÓ hiÖn ë miÒn nhiÖt ®íi quy m«
lín h¬n còng tho¶ m·n vμ chóng chiÕm −u thÕ trong c¸c qu¸ tr×nh quy m« lín t¸c
®éng trë l¹i tíi c¸c cùc ®¹i ®èt nãng riªng lÎ. NghiÖm ®¬n gi¶n nhÊt cña ph−¬ng tr×nh
(7.3a-c) nhËn ®−îc khi hiÖu øng cña ma s¸t vμ ®èt nãng ®−îc bá qua, vμ vËn tèc kinh
h−íng lμ b»ng kh«ng. C¸c ph−¬ng tr×nh nμy trë thμnh
u h '
g (7.5a)
t x
- 187 -
- h '
yu g (7.5b)
y
h ' u
h 0 (7.5c)
t x
HÖ nμy ®−îc tháa m·n víi nghiÖm cã d¹ng sau
u Uy f x c 0 t , h ' Uy f x c 0 t (7.6)
ThÕ vμo ta t×m ®−îc
c 0 gh 0 , h 0 / g
1/ 2 1/ 2
(7.7)
vμ
U
yU (7.8)
y c0
DÔ dμng lÊy tÝch ph©n ph−¬ng tr×nh (7.8) ta ®−îc
2
Uy u 0 exp
2c y (7.9)
0
C¨n ©m ®èi víi co kh«ng phï hîp vÒ mÆt vËt lý v× nã sÏ dÉn tíi c¸c nhiÔu vËn tèc vÜ
h−íng t¨ng theo quy luËt hμm mò khi ®i xa xÝch ®¹o. ViÖc chän c¨n d−¬ng dÉn tíi sù
kh«ng ph©n kú, sãng lan truyÒn vÒ phÝa ®«ng bÞ giíi h¹n trong khu vùc xÝch ®¹o. Quy
m« kinh h−íng cña nh÷ng sãng nμy lμ (2co/)1/2 hay kho¶ng 2000km khi ®é dμy t−¬ng
®−¬ng lμ 400m. Tèc ®é pha vÒ phÝa ®«ng cña c¸c sãng nμy vμo kho¶ng 60ms-1. C¸c
nhiÔu bÞ chÆn nμy ®−îc gäi lμ “sãng Kelvin xÝch ®¹o” vμ lμ mét thμnh phÇn quan träng
cña sù t¸c ®éng trë l¹i cña miÒn khÝ quyÓn nhiÖt ®íi ®èi víi t¸c ®éng nhiÖt ®Þa ph−¬ng.
C¸c d¹ng nghiÖm kh¸c cña sãng xÝch ®¹o trong ph−¬ng tr×nh (7.3a-c) ®−îc t×m
thÊy d−íi d¹ng tæng qu¸t víi v 0. Quan hÖ ph−¬ng sai tæng qu¸t lμ
k 2n 1
2
k2 (7.10)
c
0 c0
trong ®ã n lμ mét sè nguyªn. Quy m« kinh h−íng ®èi víi tÊt c¶ c¸c sãng xÝch ®¹o bÞ
chÆn nh− vËy cã bËc ®¹i l−îng (co/2)1/2, nh−ng tÇn sè vμ do ®ã tèc ®é pha vÒ c¬ b¶n
biÕn ®æi. Quan hÖ ph−¬ng sai ®−îc m« t¶ trªn H×nh 7.3. Quan hÖ ph−¬ng sai sãng
Kelvin còng phï hîp víi ph−¬ng t×nh (7.10) khi n = -1, vμ ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh
7.3. §èi víi n 1, tån t¹i c¸c sãng träng tr−êng xÝch ®¹o tÇn sè cao lan truyÒn hoÆc vÒ
phÝa t©y hoÆc vÒ phÝa ®«ng. Tuy nhiªn, còng cã mét nhãm “sãng hμnh tinh” tÇn sè
thÊp lan truyÒn vÒ phÝa t©y; tèc ®é pha ®Æc tr−ng vμo kho¶ng 20ms-1 khi ho = 400m.
Nh÷ng sãng nμy cïng víi sãng Kelvin lμ thμnh phÇn rÊt quan träng cña sù thÝch øng
trë l¹i cña miÒn nhiÖt ®íi ®èi víi sù ®èt nãng ®Þa ph−¬ng. Víi thÓ hiÖn n = 0 lμ sãng
träng tr−êng-sãng Rossby hçn hîp. §èi víi k lμ d−¬ng vμ lín, nh÷ng sãng nμy cã cÊu
tróc t−¬ng tù nh− nh÷ng sãng träng tr−êng lan truyÒn vÒ phÝa ®«ng. Tuy nhiªn, ®èi
víi tr−êng hîp k ©m, nh÷ng sãng nμy cã thÓ hiÖn lan truyÒn vÒ phÝa t©y chËm vμ
t−¬ng tù nh− sãng hμnh tinh.
- 188 -
- B©y giê ta h·y xem xÐt dßng bÞ t¸c ®éng bëi cùc ®¹i ®èt nãng ®Þa ph−¬ng trong thμnh
phÇn cña c¸c sãng bÞ chÆn ë xÝch ®¹o nμy. Bμi to¸n nμy kh¸c Ýt nhiÒu so víi bμi to¸n
cña miÒn «n ®íi ®−îc ®Ò cËp trong môc 6.2. ë ®©y, sù t¸c ®éng trë l¹i ®èi víi dßng t¸c
®éng ®−îc xem xÐt trong c¸c thμnh phÇn sãng Rossby mμ c¸c thμnh phÇn sãng nμy cã
tèc ®é pha b»ng kh«ng t−¬ng øng víi dßng t¸c ®éng.
H×nh 7.3. Quan hÖ ph−¬ng sai theo ph−¬ng tr×nh (7.10) ®èi víi nghiÖm d¹ng sãng bÞ chÆn ë xÝch ®¹o
trong c¸c ph−¬ng tr×nh n−íc n«ng tuyÕn tÝnh trªn mÆt xÝch ®¹o. §¬n vÞ tÇn sè lµ vµ ®¬n vÞ sè
sãng lµ a-1. Hä c¸c ®−êng cong nµy chÞu sù chi phèi bëi th«ng sè co/(a) cã gi¸ trÞ lµ 0,134 trong
tr−êng hîp tÝnh nµy
Trong tr−êng hîp trªn xÝch ®¹o, tèc ®é pha cña tÊt c¶ c¸c sãng ®−îc biÓu diÔn trªn
H×nh 7.3 lín h¬n tèc ®é dßng vÜ h−íng ®Æc tr−ng ë tÇng ®èi l−u, vμ do ®ã nã kh«ng cã ý
nghÜa trong viÖc t×m nghiÖm d−íi d¹ng sãng, nh÷ng nghiÖm nμy lμ dõng t−¬ng øng víi
c¸c t¸c ®éng. Thay vμo ®ã, c¸c nghiÖm cã thÓ ®−îc thiÕt lËp sao cho dßng vÜ h−íng
b»ng kh«ng nh−ng sãng Kelvin lan truyÒn vÒ phÝa ®«ng tõ khu vùc t¸c ®éng trong khi
sãng hμnh tinh lan truyÒn vÒ phÝa t©y. Nh÷ng nghiÖm dõng cã thÓ ®−îc thiÕt lËp nÕu
tån t¹i mét sè tiªu t¸n trong hÖ ®Ó c¸c nhiÔu u, v vμ h ' suy yÕu theo quy m« thêi gian
D. Khi ®ã nhiÔu ®éng suy yÕu ë ngoμi khu vùc t¸c ®éng trªn mét quy m« kh«ng gian
lμ L = (cgxD) trong ®ã cgx = k lμ thμnh phÇn vÜ h−íng cña vËn tèc nhãm sãng. §èi
víi sãng Kelvin th× quy m« nμy lμ lín. LÊy D lμ 5 ngμy, ta cã L = 26000km. Do ®ã sãng
Kelvin b¾t nguån tõ c¸c cùc ®¹i ®èt nãng ®¬n lÎ xuÊt hiÖn nhiÒu ë miÒn nhiÖt ®íi. Sù
më réng vÒ phÝa t©y cña qu¸ tr×nh thÝch øng nμy sÏ suy gi¶m nhanh chãng; gi¸ trÞ L
®Æc tr−ng vμo kho¶ng 8000km.
NghiÖm ®Æc tr−ng ®èi víi bμi to¸n t¸c ®éng ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 7.4. ë ®©y cã
sù ph©n kú mùc thÊp trong khu vùc ®èt nãng. Tuy nhiªn, khu vùc ph©n kú nμy chiÕm
−u thÕ bëi thμnh phÇn ux. Giã kinh h−íng b»ng kh«ng ë phÝa ®«ng cña vïng ®èt
nãng, tr−êng hîp nμy phï hîp víi sãng Kelvin, vμ nh×n chung cã gi¸ trÞ nhá ë phÝa t©y
cña khu vùc ®èt nãng. Do ®ã qu¸ tr×nh thÝch øng chÝnh bao gåm sù chuyÓn ®æi vÜ
- 189 -
- h−íng cña hoμn l−u Walker víi hai xo¸y thuËn ë phÇn phÝa t©y-b¾c vμ t©y-nam cña
khu vùc ®èt nãng. Dßng nhiÖt kinh h−íng bÊt kú sÏ cã gi¸ trÞ nhá vμ tr¸i dÊu ë c¸c
mùc cao vμ mùc thÊp. Mét kÕt luËn quan träng lμ nh÷ng cùc ®¹i ®èt nãng ®Þa ph−¬ng
®−îc ®¸nh dÊu trªn H×nh 3.8 sÏ cã t¸c ®éng nhá ®èi víi vËn chuyÓn nhiÖt kinh h−íng
ra khái miÒn nhiÖt ®íi. H¬n n÷a, sù vËn chuyÓn nhiÖt kinh h−íng chiÕm −u thÕ bëi sù
vËn chuyÓn nhiÖt trung b×nh. §èt nãng ®Þa ph−¬ng sÏ dÉn tíi sù chuyÓn ®æi vÜ h−íng
vμ g¾n víi vËn chuyÓn nhiÖt vÜ h−íng.
H×nh 7.4. TÝnh tuyÕn tÝnh ®èi víi c¸c cùc ®¹i ®èt nãng ®Þa ph−¬ng cã t©m ë xÝch ®¹o, biÓu diÔn vect¬
giã mùc thÊp vµ c¸c ®−êng ®¼ng trÞ cña nhiÔu ®éng khÝ ¸p. Tuy nhiªn, c¸c tr−êng mùc cao cã d¹ng
t−¬ng tù nh−ng ®æi dÊu. H×nh vÏ nµy dùa vµo nghiÖm sè cña hÖ ph−¬ng tr×nh n−íc n«ng tuyÕn tÝnh;
c¸c vect¬ giã ®−îc vÏ víi tû lÖ bÊt kú sao cho gi¸ trÞ cùc ®¹i ®¹t 10m/s.
Mét nghiÖm t−¬ng tù cã thÓ ®−îc t×m ra khi cùc ®¹i ®èt nãng n»m c¸ch xa xÝch
®¹o. PhÇn ®èt nãng cã thÓ chia thμnh phÇn ®èi xøng qua xÝch ®¹o (t−¬ng tù nh− trªn
H×nh 7.4) vμ phÇn phi ®èi xøng, vμ sù thÝch øng trë l¹i ®èi víi mçi phÇn nμy bÞ lång
ghÐp lªn nhau. H×nh 7.5 minh ho¹ mét d¹ng nghiÖm nh− vËy. VÒ phÝa ®«ng cña khu
vùc t¸c ®éng, chØ cã phÇn ®èi xøng lμ cã hiÖu øng vμ nghiÖm nμy ®−îc biÓu diÔn trªn
H×nh 7.3. VÒ phÝa t©y cña c¸c cùc ®¹i ®èt nãng, phÇn bÊt ®èi xøng lín trong xo¸y
thuËn còng nh− ë phÝa khu vùc ®èt nãng ph¸t triÓn víi xo¸y thuËn ë cïng b¸n cÇu khi
cùc ®¹i ®èt nãng nμy chiÕm −u thÕ. NghiÖm nμy cã nh÷ng ®iÓm t−¬ng tù ®èi víi hoμn
l−u mïa hÌ ë khu vùc Ên §é, ta sÏ ®Ò cËp l¹i vÊn ®Ò nμy trong phÇn tíi. Giã kinh
h−íng m¹nh h¬n do ®ã nghiÖm trung b×nh vÜ h−íng cho thÊy hoμn l−u Hadley ®ãng
vai trß quan träng trªn miÒn xÝch ®¹o. Dßng th¨ng m¹nh nhÊt ë vïng l©n cËn cña cùc
®¹i ®èt nãng, phÝa b¾c xÝch ®¹o, vμ dßng gi¸ng m¹nh ë phÝa nam xÝch ®¹o trong b¸n
cÇu mïa ®«ng. Nh÷ng kÕt qu¶ nμy cã m« h×nh chung t−¬ng tù nh− lý thuyÕt ®èi xøng
trong môc 4.2 mÆc dï trong bμi to¸n tuyÕn tÝnh ho¸ nμy kh«ng xuÊt hiÖn giã vÜ h−íng
cËn nhiÖt ®íi m¹nh g¾n liÒn víi hoμn l−u Hadley bëi v× ë ®©y kh«ng cã b×nh l−u kinh
h−íng cña momen ®éng l−îng.
§ã còng lμ mét kÕt luËn trong phÇn nμy mang tÝnh c¶nh b¸o. Sù ph©n tÝch thÓ
hiÖn th¼ng ®øng trong ®ã lý thuyÕt cña phÇn nμy dùa trªn c¬ së tuyÕn tÝnh ho¸ l©n
cËn tr¹ng th¸i kh«ng chuyÓn ®éng. §©y lμ mét gi¶ thiÕt rÊt h¹n chÕ chØ cã thÓ ®−îc
tháa m·n trong tr−êng hîp tèc ®é giã rÊt nhÑ vμ c¸c t¸c ®éng lμ yÕu. Nh÷ng nghiÖm
nh− vËy thùc chÊt mang tÝnh ®Þnh tÝnh, t−¬ng tù nh− c¸c nhiÔu quy m« lín quan tr¾c
®−îc trong hoμn l−u miÒn nhiÖt ®íi. Tuy nhiªn, nh÷ng m« h×nh phi tuyÕn phøc t¹p
- 190 -
- h¬n (vμ c¸c m« h×nh sè tæng qu¸t) ph¶i ®−îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh nh÷ng chi tiÕt mang
tÝnh ®Þnh tÝnh cña c¸c qu¸ tr×nh thÝch øng ®èi víi t¸c ®éng cã biªn ®é lín víi cÊu tróc
th¼ng ®øng tæng qu¸t. MÆc dï sãng cã cÊu tróc t−¬ng tù sãng Kelvin vμ sãng hμnh
tinh ®−îc ®Ò cËp ë ®©y quan tr¾c thÊy ë tÇng ®èi l−u, tèc ®é pha cña chóng vμ cÊu tróc
chi tiÕt kh«ng phï hîp víi lý thuyÕt ®¬n gi¶n nμy. HiÖu øng cña c¸c qu¸ tr×nh håi tiÕp
gi÷a dßng quy m« lín vμ ®èi l−u Èm còng nh− c¸c qu¸ tr×nh líp biªn x¶y ra trong thùc
tÕ còng ®−îc xem xÐt. Nh÷ng vÊn ®Ò nμy n»m trong phÇn ®éng lùc häc khÝ quyÓn miÒn
nhiÖt ®íi víi nh÷ng th¶o luËn ®Çy ®ñ h¬n.
H×nh 7.5. T−¬ng tù nh− H×nh 7.4 nh−ng biÓu diÔn khÝ ¸p mÆt ®Êt vµ vect¬ giã bÒ mÆt trong tr−êng hîp
cùc ®¹i ®èt nãng ë 10oN vÒ phÝa b¾c xÝch ®¹o
7.2 Hoμn l−u giã mïa
Mét trong nh÷ng dao ®éng lín vμ ®Òu ®Æn nhÊt kh¸c víi tÝnh ®èi xøng vÜ h−íng ë
miÒn nhiÖt ®íi lμ hoμn l−u giã mïa mïa hÌ Ch©u ¸. “Giã mïa” cã nghÜa lμ sù thay ®æi
theo mïa cña hoμn l−u. Tuy nhiªn, giã mïa mïa hÌ ë Ên §é vμ §«ng Nam ¸ lμ mét
thμnh phÇn chiÕm −u thÕ cña hoμn l−u vμ cã tÇm quan träng lín ®èi víi con ng−êi vμ
ho¹t ®éng kinh tÕ mμ ng−êi ta th−êng gäi mét c¸ch ®¬n gi¶n lμ “giã mïa”. Hoμn l−u
nμy chñ yÕu g¾n liÒn víi sù biÕn ®æi cña sù ph©n bè ®èt nãng gi÷a mïa ®«ng vμ mïa
hÌ. Nh−ng víi nh÷ng hiÖu øng kh¸c, ch¼ng h¹n nh− c¸c qu¸ tr×nh håi tiÕp gi÷a hoμn
l−u quy m« lín vμ sù gi¶i phãng Èn nhiÖt trong ®èi l−u quy m« m©y tÝch, ¶nh h−ëng
cña ®Þa h×nh còng ®ãng mét vai trß quan träng g©y nªn sù phøc t¹p cña giã mïa Ch©u
¸ vμ v× vËy thμnh phÇn cña hoμn l−u th¸ng 6, 7, 8 cßn ch−a ®−îc hiÓu biÕt ®Çy ®ñ.
§Æc ®iÓm c¬ b¶n cña giã mïa ®−îc minh ho¹ ®Çy ®ñ trªn H×nh 7.2. Trong suèt
thêi kú th¸ng 6, 7, 8, mét xo¸y nghÞch m¹nh ë mùc 150hPa n»m ë gÇn gi÷a Ên §é.
Xo¸y nghÞch nμy kÐo rÊt dμi theo chiÒu vÜ h−íng. ¶nh h−ëng cña nã rÊt râ trªn vïng
kho¶ng 900 kinh, tõ B¾c Phi ®Õn phÝa t©y Th¸i B×nh D−¬ng. Ph¹m vi kinh h−íng
kho¶ng 3000 km. VÒ phÝa nam cña xo¸y, giã ®«ng m¹nh n»m ë gÇn xÝch ®¹o; ®ãng gãp
®¸ng kÓ vμo ®íi giã ®«ng trung b×nh vÜ h−íng trong suèt mïa nμy. Giã mùc thÊp,
ch¼ng h¹n t¹i mùc 850hPa, cã xu h−íng h×nh thμnh hoμn l−u xo¸y thuËn. Tuy nhiªn
- 191 -
- ®Æc ®iÓm næi bËt nhÊt ë mùc thÊp lμ dßng xiÕt v−ît xÝch ®¹o däc theo miÒn duyªn h¶i
phÝa ®«ng Ch©u Phi vμ tõ ®ã c¾t ngang qua biÓn ArËp tíi Ên §é. Qu¸ tr×nh ®èt nãng
®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 3.8(b); khu vùc ®èt nãng cùc ®¹i ë miÒn §«ng Nam ¸ lμ mét
trong nh÷ng ®Æc ®iÓm næi bËt nhÊt trªn h×nh vÏ nμy. Khu vùc ®èt nãng cùc ®¹i ®ã liªn
quan chÆt chÏ víi khu vùc gi¸ng thñy theo mïa trªn thÕ giíi lμm cho giã mïa ®ãng vai
trß ®¸ng kÓ tíi ho¹t ®éng cña con ng−êi.
Hoμn l−u giã mïa mïa hÌ lμ hoμn l−u nhiÖt sinh ra do sù chªnh lÖch nhiÖt ®é
gi÷a c¸c khu vùc lôc ®Þa vμo mïa hÌ ë B¾c B¸n CÇu vμ c¸c ®¹i d−¬ng l¹nh h¬n ë Nam
B¸n CÇu. ë ®©y cã ®iÒu phøc t¹p ta cã thÓ nhËn thÊy râ tõ sè liÖu th¸m s¸t r»ng hoμn
l−u giã mïa m¹nh l¹i kh«ng thÓ hiÖn trªn c¸c khu vùc lôc ®Þa cËn nhiÖt ®íi, ch¼ng
h¹n nh− ë phÝa b¾c n−íc óc hay Nam Mü. ë ®©y cã mét qu¸ tr×nh håi tiÕp phøc t¹p
gi÷a tr−êng ®−êng dßng vμ sù ®èt nãng, ®Æc biÖt lμ sù t−¬ng t¸c gi÷a ®èi l−u Èm vμ
dßng quy m« lín, sù t−¬ng t¸c nμy Ýt ®−îc hiÓu biÕt nh−ng cã thÓ ch¾c ch¾n r»ng giã
mïa Ch©u ¸ ®iÓn h×nh h¬n so víi hoμn l−u giã mïa trªn c¸c lôc ®Þa kh¸c. §Þa h×nh
®Æc biÖt cña khu vùc nμy còng lμm biÕn ®æi hoμn l−u mét c¸ch ®¸ng kÓ. KÕt qu¶ lμ giã
mïa lμ mét hÖ thèng thêi tiÕt rÊt phøc t¹p. M« t¶ ®Þnh l−îng vÒ giã mïa kh«ng thÓ
thùc hiÖn ®−îc b»ng nh÷ng m« h×nh ®¬n gi¶n mμ ph¶i dïng m« h×nh hoμn l−u toμn
cÇu ®Çy ®ñ. Do vËy trong môc nμy chØ tr×nh bμy mét c¸ch ng¾n gän.
H×nh 7.6. S¬ ®å minh ho¹ hoµn l−u giã mïa lý t−ëng: (a) dßng khÝ g©y nªn do ¶nh h−ëng bëi lôc ®Þa
nãng phÝa b¾c xÝch ®¹o vµ ®¹i d−¬ng l¹nh ë phÝa nam xÝch ®¹o; (b) HiÖu øng cña ®Þa h×nh c¾t ngang
qua xÝch ®¹o; (c) HiÖu øng cña ®Þa h×nh nói phÝa b¾c khu vùc ®èt nãng
Tr−íc tiªn h·y xem xÐt h×nh thÕ biÓu diÔn trªn H×nh 7.6, trong ®ã khèi lôc ®Þa
nãng n»m ë phÝa b¾c xÝch ®¹o vμ ®¹i d−¬ng l¹nh h¬n n»m ë phÝa nam xÝch ®¹o. Hoμn
l−u Hadley bÊt ®èi xøng tr×nh bμy trong môc 4.2 cho ta mét vÝ dô vÒ tÝnh ®èi xøng vÜ
- 192 -
- h−íng cña mét hoμn l−u giã mïa lý t−ëng. Dßng v−ît xÝch ®¹o ë mùc thÊp ®−îc h×nh
thμnh do sù ph©n bè ®èt nãng. Do nh÷ng ¶nh h−ëng kÕt hîp cña lùc gradien khÝ ¸p,
lùc ma s¸t vμ lùc Coriolis , phÇn tö khÝ cã ®é xo¸y t−¬ng ®èi ©m, tøc lμ xo¸y thuËn ë
Nam B¸n CÇu vμ xo¸y nghÞch ë B¾c B¸n CÇu. Sù héi tô kh«ng khÝ Èm t¹i c¸c mùc
thÊp ë khu vùc ®èt nãng dÉn tíi sù h×nh thμnh ®èi l−u vμ gi¶i phãng Èn nhiÖt, do ®ã
t¹o qu¸ tr×nh håi tiÕp d−¬ng, lμm t¨ng c−êng hoμn l−u giã mïa. §ång thêi dÞ th−êng
nãng trªn lôc ®Þa do c©n b»ng giã nhiÖt, lμm t¨ng xo¸y xo¸y nghÞch theo chiÒu cao do
®ã xo¸y nghÞch trªn cao m¹nh sÏ n»m trªn ¸p thÊp nãng mùc thÊp.
B©y giê ta xem xÐt hiÖu øng cña c¸c d·y nói cao n»m däc xÝch ®¹o ®èi víi hoμn l−u
nμy. §Þa h×nh ch¾n nμy lμ c¸c cao nguyªn ë §«ng Phi n¬i ®é cao trung b×nh cña lôc ®Þa
kho¶ng tõ 1-2km n»m s¸t biÓn. D·y nói mùc thÊp lμm cho c¸c dßng vÜ h−íng bÊt kú bÞ
chÆn t¹i xÝch ®¹o. Víi hiÖu øng t−¬ng tù nh− sù h×nh thμnh c¸c dßng ch¶y biªn phÝa
t©y trong ®¹i d−¬ng (xem môc 10.5), dßng h−íng vÒ phÝa b¾c ®−îc tËp trung trong mét
dßng xiÕt mùc thÊp däc theo ch©n cña c¸c d·y nói. Dßng xiÕt §«ng Phi mùc thÊp lμ
mét ®Æc ®iÓm næi bËt trªn H×nh 7.2(b) cã ¶nh h−ëng lín ®èi víi dßng khèi l−îng mùc
thÊp v−ît xÝch ®¹o vμo mïa hÌ. Giã mùc thÊp m¹nh còng ¶nh h−ëng tíi sù bèc h¬i
n−íc trªn biÓn ArËp, vμ t¨ng c−êng ®èi l−u ë phÇn b¾c lôc ®Þa. Nã l¹i t¹o ra mét qu¸
tr×nh håi tiÕp d−¬ng kh¸c lμm ph¸t triÓn hoμn l−u giã mïa.
Cao nguyªn T©y T¹ng vμ d·y Himalaya còng ®ãng mét vai trß quan träng trong
hoμn l−u giã mïa, ®ã lμ vËt ch−íng ng¹i ng¨n chÆn hoμn toμn thμnh phÇn kinh h−íng
cña giã mùc thÊp. ChuyÓn ®éng th¨ng vμ m−a r¬i khi dßng mùc thÊp gÆp ®Þa h×nh nói,
c¶ hai nh©n tè ®ã t¨ng c−êng ®é ®èt nãng vμ ®ång thêi h¹n chÕ khu vùc nãng ë vïng
phÝa nam cao nguyªn T©y T¹ng. §ång thêi, nh− ng−êi ta gi¶ thiÕt dßng hiÓn nhiÖt
sinh ra do sù ®èt nãng cña mÆt trêi ®−îc cao nguyªn T©y T¹ng hÊp thô, t¹o ra mét
nguån nhiÖt trªn cao lμm m¹nh thªm xo¸y nghÞch trªn cao.
H×nh 7.7. Xo¸y thÕ Ertel trªn mÆt 360K trong khu vùc giã mïa th¸ng 7/1990, tÝnh tõ sè liÖu cña M.
Masutani ë Trung t©m dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u. Vïng ®Ëm biÓu diÔn gi¸ trÞ n»m trong
kho¶ng 0,75 vµ 1,5 PVU. H×nh vÏ nµy n»m trong vïng tõ 0oE ®Õn 140oE vµ tõ 20oS ®Õn 50oN
Nh÷ng gi¶i thÝch ®Þnh l−îng cho sù tån t¹i cña hoμn l−u giã mïa chñ yÕu thÓ hiÖn
trong c¸c qu¸ tr×nh håi tiÕp gi÷a hoμn l−u quy m« lín vμ nguån nhiÖt ë §«ng Nam ¸.
Tuy nhiªn, so s¸nh H×nh 3.8(b) víi H×nh 7.2 ta thÊy khu vùc ®èt nãng m¹nh ®−îc giíi
h¹n trong khu vùc nhá h¬n nhiÒu so víi ph¹m vi cña xo¸y nghÞch giã mïa trªn cao.
- 193 -
- VÊn ®Ò ®Æt ra lμ nh©n tè nμo chi phèi quy m« kh«ng gian cña hoμn l−u giã mïa?
Nh÷ng gi¶ thiÕt tuyÕn tÝnh trong môc tr−íc cho ta mét c¸ch dù b¸o lý thuyÕt ®¬n gi¶n
nhÊt. Hoμn l−u giã mïa gièng nh− d¹ng biÓu diÔn trªn H×nh 7.5, cho thÊy sù thÝch
øng cña khÝ quyÓn nhiÖt ®íi ®èi víi c¸c cùc ®¹i ®èt nãng n»m ë phÝa b¾c xÝch ®¹o. Quy
m« kinh h−íng vÒ c¬ b¶n lμ b¸n kÝnh Rossby xÝch ®¹o, (2co/)1/2. Quy m« vÜ h−íng theo
lý thuyÕt nμy, liªn quan víi quy m« thêi gian ma s¸t vμ c¸c thμnh phÇn vÜ h−íng cña
vËn tèc nhãm sãng, tøc lμ L = cgxD. ý t−ëng nμy cho thÊy sù tr¶i dμi theo chiÒu vÜ
tuyÕn cña hoμn l−u giã mïa trªn cao, tuy gi¶ thiÕt ®ã cã thÓ qu¸ th« ®Ó cã thÓ ®−a ra
nh÷ng −íc l−îng b»ng sè ®èi víi c¸c quy m« nμy. CÇn nhËn thÊy lμ hoμn l−u giã mïa
cã tÝnh phi tuyÕn lín vμ do ®ã viÖc ¸p dông lý thuyÕt tuyÕn tÝnh lμ kh«ng ®¸ng tin cËy.
§iÒu nμy ®−îc minh ho¹ trªn H×nh 7.7, h×nh nμy biÓu diÔn xo¸y thÕ Ertel liªn quan
víi hoμn l−u giã mïa trªn cao. TÝnh phi tuyÕn ®−îc biÓu diÔn b»ng sù biÕn d¹ng m¹nh
cña c¸c ®−êng ®¼ng xo¸y thÕ vμ gãc gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng trÞ nμy víi c¸c vect¬ vËn tèc.
7.3 §íi xo¸y vμ dßng xiÕt miÒn «n ®íi
ë miÒn «n ®íi, sù ph©n bè cña ®éng n¨ng xo¸y tøc thêi vμ c¸c sè h¹ng xo¸y kh¸c
lμ kh«ng ®ång ®Òu. H¬n n÷a, ho¹t ®éng cña qu¸ tr×nh tøc thêi cã tÇn sè cao ®−îc tËp
trung ë nh÷ng khu vùc riªng. Sù ph©n chia sè liÖu dùa theo tÇn sè ®i kÌm víi viÖc ¸p
dông mét phÐp läc sè, nh− m« t¶ trong môc 5.1. Ta sÏ ph©n chia c¸c qu¸ tr×nh tÇn sè
cao mμ chu kú cña nã nhá h¬n 6-10 ngμy vμ c¸c qu¸ tr×nh tÇn sè thÊp cã chu kú dμi
h¬n. H×nh 7.8(a) biÓu diÔn ®éng n¨ng xo¸y cña qu¸ tr×nh tÇn sè cao vμo c¸c th¸ng mïa
®«ng. Tr−êng nμy chiÕm −u thÕ bëi hai cùc ®¹i kÐo dμi theo vÜ tuyÕn ë miÒn «n ®íi,
mét cùc ®¹i trªn §¹i T©y D−¬ng vμ mét cùc ®¹i trªn Th¸i B×nh D−¬ng. M« h×nh t−¬ng
tù ®−îc thiÕt lËp khi ta xem xÐt c¸c ®¹i l−îng kh¸c cña xo¸y. Mét sè vÝ dô ®−îc biÓu
diÔn trªn H×nh 7.8. Mét cÆp cùc ®¹i t−¬ng tù còng xuÊt hiÖn trong biÕn ®æi cña ®é cao
®Þa thÕ vÞ. C¸c dßng nhiÖt cho thÊy cùc ®¹i cña ®éng n¨ng quan hÖ chÆt chÏ víi bÊt æn
®Þnh tμ ¸p. Ch¼ng h¹n, trªn H×nh 7.8 (c) biÓu diÔn dßng nhiÖt theo chiÒu th¼ng ®øng ë
mùc 700hPa. Dßng nμy gÇn nh− cã h−íng ®i lªn ë mäi n¬i víi gi¸ trÞ cùc ®¹i ë vïng cùc
t©y cña ®éng n¨ng cùc ®¹i. Ta ®· biÕt trong môc 5.3, nh÷ng dßng nhiÖt h−íng lªn nh−
vËy lμ mét ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt cho sù chuyÓn thÕ n¨ng kh¶ n¨ng thμnh ®éng n¨ng.
Cuèi cïng H×nh 7.8 (d) biÓu diÔn dßng ®éng l−îng h−íng cùc u ' v ' ë mùc 250hPa. Gi¸
trÞ lín nhÊt l¹i xuÊt hiÖn gÇn víi gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®éng n¨ng xo¸y. Tuy nhiªn, h×nh
thÕ nμy kh¸ phøc t¹p. Dßng ®éng l−îng h−íng cùc lín ®¹t ®−îc ë phÝa nam vμ gÇn cùc
®«ng cña cùc ®¹i ®éng n¨ng. ë phÇn cã vÞ trÝ h−íng cùc lμ mét cùc ®¹i yÕu cña dßng
®éng l−îng h−íng xÝch ®¹o.
Quan hÖ gi÷a sù chuyÓn ®æi n¨ng l−îng tμ ¸p vμ cùc ®¹i cña ho¹t ®éng xo¸y tøc
thêi cho thÊy cã thÓ cã mét sù liªn hÖ gi÷a hÖ thèng thêi tiÕt quy m« syn«p vμ sù ph©n
bè ho¹t ®éng xo¸y. H×nh 7.9 biÓu diÔn c¸c quü ®¹o cña trung t©m hÖ thèng ¸p mÆt ®Êt
chÝnh quan tr¾c ®−îc trong mét mïa ®«ng ë §¹i T©y D−¬ng. Ch¹y trªn c¸c quü ®¹o
nμy lμ ®−êng ®¼ng trÞ cña ®é cao ®Þa thÕ vÞ vÏ qua 90m ë mùc 250hPa. Khu vùc h×nh
thμnh xo¸y thuËn n»m vÒ phÝa cùc t©y cña khu vùc cã ho¹t ®éng xo¸y cùc ®¹i, n»m s¸t
bê biÓn phÝa ®«ng cña B¾c Mü. Sau ®ã, quü ®¹o cña c¸c ¸p thÊp cã xu h−íng di chuyÓn
- 194 -
- gÇn vÒ phÝa trôc chÝnh cña biÕn ®æi ®é cao ®Þa thÕ vÞ. C¸c xo¸y thuËn nμy suy yÕu vμ
®Çy lªn chñ yÕu khi di chuyÓn vÒ phÝa ®«ng §¹i T©y D−¬ng, n¬i c¸c ho¹t ®éng xo¸y
suy gi¶m. Quan hÖ chÆt chÏ gi÷a quü ®¹o cña nh÷ng ¸p thÊp vμ biÕn ®æi xo¸y bá qua
nhiÔu tÇn sè cao sÏ cho ta ‘quü ®¹o xo¸y’. Quan hÖ t−¬ng tù còng ®−îc ph¸t hiÖn ®èi
víi Th¸i B×nh D−¬ng.
H×nh 7.8. KÕt qu¶ thèng kª ®−êng ®i cña xo¸y tøc thêi cã tÇn suÊt kh¸c nhau ®èi víi B¾c B¸n CÇu
'2 '2
u v / 2 .
thêi kú th¸ng 12, 1, 2. Dùa theo tµi liÖu 6 n¨m cña ECMWF. (a) ®éng n¨ng xo¸y
Kho¶ng gi÷a ®−êng ®¼ng trÞ lµ 25m2s-2, vïng cã gi¸ trÞ v−ît qu¸ 100m2s-2 ®−îc t« ®Ëm. (b) ph−¬ng sai
1/ 2
2
Z'
®é cao ®Þa thÕ vÞ . Kho¶ng gi÷a ®−êng ®¼ng cao lµ 15m, gi¸ trÞ v−ît qu¸ 90m ®−îc t« ®Ëm
Sù xuÊt hiÖn cña c¸c quü ®¹o xo¸y thuËn riªng biÖt cã thÓ cã quan hÖ theo mét
c¸ch nμo ®ã víi sù biÕn ®æi m¹nh theo chiÒu vÜ h−íng cña nh÷ng ®Æc tÝnh bÒ mÆt ë B¾c
B¸n CÇu.
' T ' . Kho¶ng gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng trÞ 0,05 KPas-1,
H×nh 7.8 (tiÕp) (c) Dßng nhiÖt rèi th¼ng ®øng
' '
vïng ®Ëm cã gi¸ trÞ nhá h¬n –0,2 KPas-1. (d) Dßng ®éng l−îng h−íng vÒ phÝa b¾c u v . Kho¶ng gi÷a
c¸c ®−êng ®¼ng trÞ 10m2s-2. C¸c ®−êng ®¼ng trÞ nÐt ®øt biÓu diÔn dßng ®éng l−îng h−íng xÝch ®¹o
- 195 -
- Trong phÇn sau ta sÏ xem xÐt mét c¸ch chÝnh x¸c h¬n quan hÖ ®ã ë møc ®é nh−
thÕ nμo. Nam B¸n CÇu cã c¸c ®Æc tÝnh bÒ mÆt ®ång nhÊt h¬n, ®Æc biÖt lμ phÝa nam vÜ
®é 40oS, n¬i diÔn ra sù chuyÓn ®æi hÇu hÕt n¨ng l−îng tμ ¸p. V× thÕ ng−êi ta vÉn quan
tr¾c thÊy mét cÊu tróc quü ®¹o xo¸y thuËn t−¬ng tù nh− ë B¾c B¸n CÇu. H×nh 7.10
còng t−¬ng tù H×nh 7.8 chØ kh¸c lμ nã biÓu diÔn cho vïng Nam B¸n CÇu trong mïa
®«ng (th¸ng 6, 7, 8). ë ®©y xuÊt hiÖn mét cùc ®¹i riªng biÖt trong ®éng n¨ng xo¸y läc
qua tÇn sè cao ë nam §¹i T©y D−¬ng vμ Ên §é D−¬ng, vμ mét cùc tiÓu ë nam Th¸i
B×nh D−¬ng. C¸c kÕt qu¶ thèng kª kh¸c cho thÊy nh÷ng biÕn ®æi t−¬ng tù däc theo
‘quü ®¹o xo¸y thuËn’ nh− ®· quan s¸t thÊy ë B¾c B¸n CÇu, ®ã lμ mét cùc ®¹i cña biÕn
®æi ®é cao ®Þa thÕ vÞ bÞ kÐo dμi ra, dßng nhiÖt th¼ng ®øng lín ë c¸c mùc thÊp vμ cÊu
tróc l−ìng cùc cña dßng ®éng l−îng h−íng cùc ë phÝa cuèi dßng cña quü ®¹o xo¸y
thuËn.
H×nh 7.9. QuÜ ®¹o cña c¸c t©m ¸p thÊp ë B¾c §¹i T©y D−¬ng thêi gian tõ 12/1985 ®Õn 2/1986. Vïng
1/ 2
'2
®Ëm biÓu diÔn khu vùc cã tÇn sè cao Z v−ît qu¸ 90m theo ph©n tÝch cña Trung t©m dù b¸o thêi
tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u trong cïng thêi kú.
Nh÷ng cè g¾ng t×m kiÕm mèi t−¬ng quan gi÷a ®−êng ®i cña c¸c hÖ thèng syn«p víi
c¸c cùc ®¹i kh¸c ë Nam B¸n CÇu Ýt thÊy h¬n so víi B¾c B¸n CÇu. ë ®©y cã mét xu
h−íng xo¾n èc h−íng cùc ®èi víi c¸c hÖ thèng xo¸y thuËn tõ nh÷ng khu vùc h×nh
thμnh xo¸y thuËn ë vÒ phÝa xÝch ®¹o cña quü ®¹o xo¸y thuËn tíi nh÷ng khu vùc xo¸y
suy yÕu ë c¸c r·nh n»m xung quanh vïng cùc, khu vùc trung t©m khÝ ¸p thÊp xung
quanh bê biÓn Nam Cùc. §©y lμ kÕt qu¶ cña sù cè g¾ng nh»m x¸c ®Þnh c¸c trung t©m
hÖ thèng thêi tiÕt quy m« syn«p b»ng c¸ch tÝnh trung b×nh ®èi víi c¸c cùc trÞ trong
tr−êng khÝ ¸p mÆt ®Êt. V× tr−êng giã bÒ mÆt m¹nh xung quanh khu vùc tμ ¸p ë Nam
B¸n CÇu, ë ®©y cã mét xu thÕ tù nhiªn ®èi víi c¸c trung t©m khÝ ¸p thÊp lμ di chuyÓn
h−íng cùc vμ ®èi víi c¸c trung t©m khÝ ¸p cao lμ sù di chuyÓn h−íng xÝch ®¹o. Tuy
nhiªn, quü ®¹o xo¾n èc cña c¸c hÖ thèng thêi tiÕt nμy d−êng nh− lμ cã thËt. Nªn gäi ®ã
lμ c¸c khu vùc tÇn suÊt xo¸y lín h¬n lμ c¸c quü ®¹o xo¸y thuËn. Tuy nhiªn, thuËt ng÷
quü ®¹o xo¸y vÉn ®−îc dïng tuy nã kh«ng hoμn toμn chÝnh x¸c.
Mçi mét khu vùc xo¸y trong ba khu vùc chÝnh ®Òu cã biÕn ®æi theo mïa riªng biÖt.
Quü ®¹o xo¸y thuËn vïng §¹i T©y D−¬ng phÇn lín thÓ hiÖn trong mïa ®«ng vμ Ýt thÓ
hiÖn trong mïa hÌ. VÞ trÝ thùc cña nã biÕn ®æi rÊt Ýt. Quü ®¹o xo¸y thuËn vïng Th¸i
- 196 -
- B×nh D−¬ng thÓ hiÖn râ trong nh÷ng mïa chuyÓn tiÕp, th¸ng 3, 4, 5 vμ th¸ng 9, 10, 11
vμ thÓ hiÖn yÕu h¬n trong mïa ®«ng vμ rÊt yÕu trong mïa hÌ. V× vËy, ë ®©y cã mét sù
biÕn ®æi râ rÖt theo chu kú nöa n¨m vμ mét n¨m. Quü ®¹o xo¸y thuËn ë Nam B¸n CÇu
cho thÊy rÊt Ýt cã sù biÕn ®æi theo mïa, mÆc dï ë mét møc ®é nμo ®ã vÉn thÓ hiÖn t¹i
c¸c vÜ ®é thÊp h¬n trong mïa ®«ng so víi c¸c mïa cßn l¹i, vμ Ýt thÓ hiÖn râ trong th¸ng
3, 4, 5.
H×nh 7.10. T−¬ng tù H×nh 7.8 nh−ng biÓu diÔn cho Nam B¸n CÇu thêi kú mïa hÌ: (a) ®éng n¨ng xo¸y
1/ 2
'2 '2 '2
u v / 2 ; (b) ®é lÖch cña ®é cao ®Þa thÕ vÞ Z
Mét lÇn n÷a, chu kú mïa l¹i thÓ hiÖn theo thêi ®o¹n nöa n¨m vμ mét n¨m. §iÓm
quan träng nhÊt ®ã lμ ®èi víi c¶ ba khu vùc xo¸y thuËn, vÞ trÝ cña sù b¾t ®Çu ë mçi
khu vùc gÇn nh− kh«ng phô thuéc vμo mïa, mÆc dï c−êng ®é vμ ®é dμi cña khu vùc
xo¸y thuËn biÕn ®æi.
H×nh 7.10. (tiÕp) (c) dßng nhiÖt rèi th¼ng ®øng T ; (d) dßng ®éng l−îng h−íng vÒ phÝa b¾c u v .
' ' ' '
C¸c ký hiÖu nh− H×nh 7.8 riªng tr−êng hîp (c) kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng trÞ lµ 0,2 hPa vµ
vïng ®Ëm cã gi¸ trÞ nhá h¬n 1hPa
- 197 -
- Nh÷ng khu vùc xo¸y thuËn xuÊt hiÖn g¾n liÒn víi dßng xiÕt tÇng ®èi l−u. §Æc biÖt
vμo mïa ®«ng B¾c B¸n CÇu, dßng vÜ h−íng biÕn ®æi ®¸ng kÓ theo h−íng kinh tuyÕn.
H×nh 7.11 biÓu diÔn tèc ®é giã trung b×nh, t−¬ng øng víi khi ¸p suÊt ë c¶ hai b¸n cÇu
cho mïa ®«ng vμ mïa hÌ. Vμo mïa ®«ng B¾c B¸n CÇu, dßng xiÕt m¹nh nhÊt cã vÞ trÝ ë
phÝa t©y Th¸i B×nh D−¬ng víi mét dßng xiÕt ng¾n vμ yÕu h¬n ë bê biÓn phÝa ®«ng cña
B¾c Mü vμ phÝa t©y §¹i T©y D−¬ng.
H×nh 7.11. Tèc ®é giã vÜ h−íng trung b×nh theo thêi gian gi÷a mùc 1000hPa vµ 150hPa. Kho¶ng gi÷a
®−êng ®¼ng trÞ lµ 5ms-1. Vïng ®Ëm cã gi¸ trÞ v−ît qu¸ 20ms-1. (a) Mïa ®«ng B¾c B¸n CÇu; (b) Mïa hÌ
Nam B¸n CÇu
Mét dßng xiÕt thø ba n»m trªn khu vùc ArËp. Vμo mïa hÌ, nh÷ng dßng xiÕt nμy
yÕu h¬n nh−ng xuÊt hiÖn gÇn nh− ë trªn cïng mét vÞ trÝ. Dßng xiÕt Nam B¸n CÇu cã
chu tr×nh mïa nhá h¬n. §©y lμ dßng xiÕt m¹nh nhÊt ë vïng nam §¹i T©y D−¬ng vμ
Ên §é D−¬ng. §Æc biÖt vμo mïa ®«ng (th¸ng 6, 7, 8) ë ®©y cã mét cùc tiÓu tèc ®é giã ë
l©n cËn New Zealand, víi dßng cã ®é dμy trung b×nh t¸ch ra vÒ phÝa b¾c vμ phÝa nam.
So s¸nh gi÷a H×nh 7.11 víi sè l−îng xo¸y tøc thêi ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 7.8 vμ
H×nh 7.9 ta thÊy nh÷ng khu vùc xo¸y thuËn ë B¾c B¸n CÇu m¹nh nhÊt gÇn kinh ®é
thuéc cöa ra cña dßng xiÕt nh−ng lÖch vÒ r×a phÝa cùc. Khu vùc xo¸y thuËn ë §¹i T©y
D−¬ng kh¸ phï hîp víi h×nh thÕ nμy. ë Nam B¸n CÇu, khu vùc xo¸y thuËn kÐo dμi
h¬n vμ nã b¾t ®Çu gÇn nh− cïng pha víi sù t¨ng nhanh cña ®é dÇy ®íi giã trung b×nh.
Khi ®ã ho¹t ®éng cña xo¸y m¹nh nhÊt h¬i lÖch vÒ phÝa xÝch ®¹o cña dßng xiÕt. V× khu
vùc xo¸y thuËn ë §¹i T©y D−¬ng ®−îc quan tr¾c chi tiÕt h¬n vμ cã ®Çy ®ñ sè liÖu h¬n
so víi c¸c khu vùc xo¸y thuËn kh¸c, nhiÒu t¸c gi¶ ®· xem nã nh− lμ khu vùc xo¸y
thuËn ‘chuÈn’ so s¸nh víi c¸c khu vùc xo¸y thuËn ë Th¸i B×nh D−¬ng vμ Nam B¸n
CÇu cã thÓ kh¸c biÖt Ýt nhiÒu. Tuy nhiªn, nã cã thÓ t−¬ng tù khu vùc ho¹t ®éng xo¸y
thuËn ë §¹i T©y D−¬ng. Trong môc 5.5 ®· m« t¶ chu tr×nh cña mét nhiÔu ®éng ®¬n
bÊt æn ®Þnh tμ ¸p lý t−ëng ho¸. Sù t¨ng biªn ®é cña sãng ®−îc ®Æc tr−ng bëi c¸c dßng
nhiÖt h−íng cùc vμ h−íng lªn trªn cao lín, phèi hîp víi sù chuyÓn ®æi thÕ n¨ng kh¶
n¨ng thμnh ®éng n¨ng xo¸y. Khi sãng æn ®Þnh vμ suy yÕu th× nh÷ng dßng nhiÖt nμy
trë nªn t−¬ng ®èi nhá, tuy nhiªn sù suy yÕu chÝnh ¸p liªn quan víi sù chuyÓn ®æi
m¹nh tõ xo¸y sang ®éng n¨ng vÜ h−íng trë nªn quan träng. Nh÷ng sù chuyÓn ®æi nμy
- 198 -
- ®ßi hái c¸c dßng nhiÖt h−íng cùc ph¶i lín, víi sù héi tô cña ®éng l−îng vÜ h−íng cña
dßng xiÕt c¬ b¶n tÇng ®èi l−u.
H×nh 7.11. (tiÕp) (c) Th¸ng 12, 1, 2 Nam B¸n CÇu; (d) Th¸ng 6, 7, 8 Nam B¸n CÇu. H×nh vÏ dùa trªn
chuçi sè liÖu 6 n¨m cña Trung t©m dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u
Ng−êi ®äc sÏ nhËn thÊy r»ng sù m« t¶ dao ®éng cña c¸c dßng xo¸y nμy vμ biÕn ®æi
cña nã theo thêi gian th«ng qua mét chu tr×nh tμ ¸p t−¬ng tù víi dao ®éng cña c¸c
dßng xo¸y vμ biÕn ®æi cña nã theo kh«ng gian khi nã ®i qua bÊt kú mét trong ba khu
vùc xo¸y thuËn chÝnh cña tÇng ®èi l−u. §èi víi khu vùc xo¸y thuËn ng¾n ë §¹i T©y
D−¬ng, sù bè trÝ cña c¸c quü ®¹o xo¸y thuËn vμ khu vùc sinh xo¸y thuËn tËp trung
gÇn phÇn phÝa t©y cña khu vùc xo¸y thuËn ®Çy lªn ë phÝa ®«ng lμm cho sù gi¶i thÝch
nμy trë nªn dÔ hiÓu. §é dμi cña khu vùc xo¸y thuËn ®Æc tr−ng cho kho¶ng c¸ch mμ
mét ¸p thÊp ®iÓn h×nh ë b¾c §¹i T©y D−¬ng ph¸t triÓn råi suy yÕu. Khu vùc xo¸y
thuËn ë Nam B¸n CÇu kÐo dμi h¬n do nguyªn nh©n kh¸c. Nh÷ng xo¸y thuËn cã xu thÕ
di chuyÓn xo¾n èc h−íng cùc c¾t ngang qua khu vùc xo¸y thuËn nμy; ë ®©y cã sù ph¸t
triÓn xo¸y thuËn chiÕm −u thÕ hÇu kh¾p §¹i T©y D−¬ng vμ miÒn t©y Ên §é D−¬ng vμ
sù suy yÕu c¸c hÖ thèng nμy chiÕm −u thÕ ë phÇn cùc ®«ng cña khu vùc nμy.
MËt ®é ho¹t ®éng vμ ph¸t triÓn cña xo¸y thuËn trong nh÷ng khu vùc quü ®¹o
xo¸y thuËn cho thÊy nh÷ng khu vùc nμy cã ®é bÊt æn ®Þnh tμ ¸p lín h¬n. Lý thuyÕt
tuyÕn tÝnh cho ta mét sè th−íc ®o vÒ ®é bÊt æn ®Þnh tμ ¸p lín h¬n. Ch¼ng h¹n nh−, tèc
®é ph¸t triÓn cña mét cùc ®¹i tμ ¸p bÊt æn ®Þnh nhÊt theo lý thuyÕt Eady lμ
f U
0,31 (7.11)
N z
(xem ph−¬ng tr×nh (5.52)) trong ®ã U lμ tèc ®é giã vÜ h−íng cña dßng nÒn. Trªn H×nh
7.12 cho thÊy mét vïng nhá cña sè h¹ng nμy víi U/z ®−îc lÊy lμ |v|/z, −íc l−îng
gi÷a mùc 700hPa vμ 850hPa cho mïa ®«ng cña B¾c B¸n CÇu. Nh÷ng cùc ®¹i nμy cã
tèc ®é ph¸t triÓn gÇn víi b¾t ®Çu cña nh÷ng quü ®¹o xo¸y thuËn trªn §¹i T©y D−¬ng
vμ Th¸i B×nh D−¬ng.
- 199 -
- H×nh 7.12. §−êng ®¼ng trÞ cña tèc ®é ph¸t triÓn tµ ¸p Eady t¹i mùc 775hPa theo ph−¬ng tr×nh (7.11)
thêi kú mïa ®«ng. C¸c khu vùc n»m d−íi bÒ mÆt ®Êt ®−îc b«i ®en. Kho¶ng gi÷a ®−êng ®¼ng trÞ lµ 0,1
ngµy -1, vïng ®Ëm cã gi¸ trÞ lín h¬n 0,5 ngµy-1. H×nh vÏ dùa theo chuçi sè liÖu 6 n¨m cña Trung t©m
dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u (P.J.Valdes)
7.4 T−¬ng t¸c gi÷a xo¸y tøc thêi vμ xo¸y dõng
Môc tiªu cña môc nμy lμ t×m c¸ch gi¶i thÝch t¹i sao d¶i xo¸y thuËn miÒn «n ®íi bÞ
ph¸ vì thμnh nh÷ng quü ®¹o xo¸y thuËn rêi r¹c. Thùc tÕ, phÇn lín vÊn ®Ò ë ®©y liªn
quan víi nh÷ng mèi quan hÖ t−¬ng thÝch gi÷a c¸c hoμn l−u cã ®Æc tr−ng thèng kª kh¸c
nhau; vμ sÏ rÊt khã kh¨n ®Ó ®−a ra mét lêi kh¼ng ®Þnh ch¾c ch¾n vÒ c¸c mèi quan hÖ
s©u s¾c cña hiÖn t−îng. §iÒu nμy ®ßi hái nh÷ng ph©n tÝch sè liÖu chi tiÕt phøc t¹p h¬n
vμ h¬n ®ã lμ nh÷ng thùc nghiÖm sè.
Tõ nh÷ng môc tr−íc ta ®· thÊy r»ng quü ®¹o xo¸y thuËn ë B¾c B¸n CÇu cã liªn hÖ
nh− thÕ nμo víi dßng xiÕt c¬ b¶n trong tÇng ®èi l−u. Mèi liªn hÖ nμy thùc tÕ phï hîp
víi ph©n bè cña nh÷ng vïng sinh xo¸y thuËn gÇn dßng xiÕt chø kh«ng ph¶i lμ mét
quan hÖ ngÉu nhiªn. §øng trªn quan ®iÓm cña lý thuyÕt tùa ®Þa chuyÓn th× ph−¬ng
tr×nh ®éng l−îng trung b×nh theo thêi gian cã d¹ng
v.u fv a (7.12a)
v.v fu a (7.12b)
Nh÷ng ph−¬ng tr×nh nμy lμ m« t¶ nh÷ng biÕn ®æi thμnh phÇn phi ®Þa chuyÓn cña giã
khi h¹t chÊt láng di chuyÓn theo quü ®¹o trung b×nh cña nã. Víi môc tiªu ®Æt ra ë ®©y
th× sù biÕn ®æi cña f lμ kh«ng ®ãng vai trß quan träng so víi sù biÕn ®æi tèc ®é giã. C¸c
dßng xiÕt chñ yÕu cã tÝnh vÜ h−íng, phÇn lín lμ th¼ng vμ cã c−êng ®é m¹nh nhÊt gÇn
®Ønh tÇng ®èi l−u. XÐt ph−¬ng tr×nh (7.12a). Quan hÖ nμy cho thÊy cã dßng phi ®Þa
chuyÓn h−íng cùc ë cöa vμo vμ dßng phi ®Þa chuyÓn h−íng xÝch ®¹o ë cöa ra cña dßng
xiÕt. Thμnh phÇn giã phi ®Þa chuyÓn sÏ cã gi¸ trÞ nhá khi c¸ch xa dßng xiÕt. H×nh 7.13
biÓu diÔn vect¬ tèc ®é giã vμ vect¬ giã phi ®Þa chuyÓn mùc cao tÇng ®èi l−u B¾c B¸n
CÇu vμo mïa ®«ng. §iÒu nμy kh¼ng ®Þnh r»ng m« h×nh tæng qu¸t nμy kh¸ phï hîp.
- 200 -
- H×nh 7.13. §−êng ®¼ng tèc cña giã trung b×nh mùc 250hPa thêi kú mïa ®«ng B¾c B¸n CÇu vµ vect¬
giã phi ®Þa chuyÓn ë cïng mùc. Kho¶ng gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng trÞ 10ms-1, vïng ®Ëm cã gi¸ trÞ lín h¬n
30ms-1. Vect¬ giã ®Æc tr−ng lµ 5ms-1. H×nh vÏ dùa theo chuçi sè liÖu 6 n¨m cña Trung t©m dù b¸o thêi
tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u
Tr−êng giã phi ®Þa chuyÓn nμy ph©n kú ë phÇn h−íng vÒ phÝa xÝch ®¹o cña cöa
vμo cña dßng xiÕt vμ phÇn h−íng vÒ phÝa cùc cña cöa ra cña dßng xiÕt. TÝnh liªn tôc
cña khÝ quyÓn ®ßi hái ë ®©y ph¶i cã chuyÓn ®éng th¨ng ë nh÷ng mùc gi÷a cña tÇng ®èi
l−u phÝa d−íi nh÷ng khu vùc ph©n kú nμy. (§é æn ®Þnh tÜnh lín cña nh÷ng mùc phÝa
trªn t©m cña dßng xiÕt cho thÊy r»ng vËn tèc th¼ng ®øng t¹o nªn ë tÇng b×nh l−u sÏ
nhá h¬n nhiÒu). Do ®ã hoμn l−u kinh h−íng sÏ ®−îc thiÕt lËp ë c¸c khu vùc cöa vμo vμ
cöa ra cña dßng xiÕt, víi chuyÓn ®éng th¨ng ë phÇn gi÷a tÇng lμ phÇn h−íng vÒ phÝa
xÝch ®¹o cña cöa vμo cña dßng xiÕt vμ phÇn h−íng vÒ phÝa cùc cña cöa ra cña dßng
xiÕt. Trong c¶ hai khu vùc nμy, sÏ cã sù h×nh thμnh xo¸y xo¸y thuËn do sù kÐo dμi
theo chiÒu th¼ng ®øng cña xo¸y ë c¸c mùc thÊp cña tÇng ®èi l−u vμ do ®ã lμ xu thÕ
h×nh thμnh xo¸y thuËn. M« h×nh bÊt æn ®Þnh tμ ¸p cña Eady ®· ®Ò cËp trong môc 5
cho thÊy tèc ®é ph¸t triÓn cña c¸c nhiÔu tμ ¸p bÊt æn ®Þnh nhÊt tû lÖ víi th«ng sè
Coriolis f (xem ph−¬ng tr×nh (5.52)). Do ®ã hiÖu øng sinh xo¸y thuËn ®−îc quan t©m
®Æc biÖt ë vïng vÜ ®é cao, ®ã lμ phÇn h−íng vÒ phÝa cùc cña cöa ra cña dßng xiÕt.
Nh÷ng lËp luËn nμy sÏ trë nªn quen thuéc víi c¸c nhμ khÝ t−îng syn«p. §©y lμ
mét c¸ch ¸p dông ®èi víi dßng trung b×nh theo thêi gian cña “lý thuyÕt ph¸t triÓn”
®−îc cô thÓ ho¸ trong qu¸ tr×nh tiÒn dù b¸o thêi tiÕt sè ®Ó x¸c ®Þnh nh÷ng khu vùc
h×nh thμnh hoÆc kh¬i s©u cña xo¸y thuËn. Cã thÓ thÊy r»ng hoμn l−u kinh h−íng cã
liªn quan chÆt chÏ víi dßng xiÕt c¬ b¶n tÇng ®èi l−u sÏ phï hîp víi bÊt æn ®Þnh tμ ¸p
cña khu vùc cöa ra cña dßng xiÕt, n¬i quan s¸t thÊy c¸c quü ®¹o xo¸y thuËn. Mét vÊn
®Ò kh¸c lμ riªng hiÖu øng nμy liÖu cã kh¶ n¨ng khëi t¹o c¸c quü ®¹o xo¸y thuËn hay
kh«ng. H¬n n÷a, ng−êi ta cã thÓ lËp luËn r»ng sù tån t¹i cña khu vùc bÊt æn ®Þnh tμ
¸p t¨ng c−êng sÏ lμm gi¶m ®é ®øt giã th¼ng ®øng, vμ do ®ã dÉn tíi cöa ra cña dßng
xiÕt ë c¸c mùc trªn cao.
- 201 -
- B©y giê h·y xem xÐt nh÷ng ®Æc tÝnh cña c¸c xo¸y tøc thêi. Coi dßng ë phÇn trªn
tÇng ®èi l−u lμ hai chiÒu vμ gÇn nh− kh«ng ph©n kú. T−¬ng quan gi÷a hai thμnh phÇn
nhiÔu cña giã cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng tens¬ nh− sau
'2
C u u 'v' (7.13)
u 'v' v'
2
ta cã thÓ viÕt d−íi d¹ng tæng cña mét tens¬ chÐo vμ ®èi xøng nh− sau
K 0 M N
0 K N M
C (7.14)
2 2 2 2
trong ®ã K u ' v ' / 2, M u ' v ' / 2 vμ N u ' v ' . Tens¬ ®Çu tiªn tÝnh ®éng n¨ng
cña c¸c xo¸y tøc thêi. Tens¬ thø hai cho ta th«ng tin vÒ h×nh d¹ng cña xo¸y nÕu ta sö
dông c«ng thøc cña môc 5.2. Ta sÏ xÐt tens¬ bËc hai nμy d−íi d¹ng tens¬ “kh«ng ®¼ng
h−íng”. §é nghiªng cña xo¸y ®−îc cho bëi c«ng thøc (5.10). NÕu vËn tèc liªn hÖ víi
trôc quay th«ng qua gãc theo c«ng thøc sau
N
1
tan 1
(7.15)
M
2
cã nghÜa lμ nã liªn hÖ víi c¸c trôc song song víi trôc lín vμ trôc nhá cña xo¸y, khi ®ã
tens¬ kh«ng ®¼ng h−íng ®−îc chÐo ho¸. Thμnh phÇn cña vËn tèc xo¸y song song víi
trôc lín cña xo¸y ®−îc ký hiÖu lμ u ' , cßn thμnh phÇn song song víi trôc nhá cña xo¸y
ˆ
'
ˆ
ký hiÖu lμ v . §é lÖch trung b×nh cña xo¸y so víi d¹ng trßn ®−îc x¸c ®Þnh bëi c¸c nh©n
1/ 2
tè chÐo ho¸, cã ®é lín M M 2 N 2
ˆ ˆ
. §¹i l−îng M / K ®−îc xem nh− lμ th−íc ®o
kh«ng thø nguyªn ®èi víi tÝnh kh«ng ®¼ng h−íng cña xo¸y, nã biÕn ®æi tõ 0 khi c¸c
2
xo¸y lμ h×nh trßn vμ t¨ng dÇn tíi 1 khi c¸c xo¸y bÞ kÐo dμi ra sao cho v ' dÇn tíi 0.
ˆ
H×nh 7.14. Tens¬ t−¬ng quan vËn tèc t¹i mùc 250hPa thêi kú mïa ®«ng: (a) c¸c xo¸y tÇn sè cao; (b)
c¸c xo¸y tÇn sè thÊp. §−êng ®¼ng trÞ biÓu diÔn K, kho¶ng gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng trÞ 50m2s-2, trong ®ã
ˆ
vect¬ song song víi trôc chÝnh A vµ cã ®é dµi tû lÖ víi M ; vect¬ tiªu biÓu lµ 25m2s-2. H×nh vÏ dùa
theo chuçi sè liÖu 6 n¨m cña Trung t©m dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u
- 202 -
- Nh÷ng ®Æc tÝnh cña tens¬ t−¬ng quan vËn tèc cã thÓ ®−îc biÓu diÔn trªn mét ®å
thÞ trong ®ã c¸c ®−êng ®¼ng trÞ cña K ®−îc vÏ ë phÝa trªn cña vect¬ biÓu thÞ h−íng cña
chiÒu réng theo trôc chÝnh cña c¸c xo¸y tøc thêi trung b×nh, vμ chiÒu dμi cña nh÷ng
ˆ
xo¸y nμy tû lÖ víi M . Trªn H×nh 7.14 so s¸nh kÕt qu¶ ®èi víi c¸c xo¸y tÇn sè cao víi
kÕt qu¶ ®èi víi c¸c xo¸y tÇn sè thÊp vμo mïa ®«ng B¾c B¸n CÇu. Nh÷ng xo¸y tÇn sè
cao m¹nh nhÊt trong hai khu vùc quü ®¹o xo¸y thuËn, trªn Th¸i B×nh D−¬ng vμ trªn
§¹i T©y D−¬ng. Chóng më réng theo chiÒu kinh h−íng nh−ng chóng cã xu h−íng ph¸t
triÓn ®é nghiªng h¬n ë r×a phÝa nam cña ®o¹n cuèi quü ®¹o xo¸y thuËn. C¸c xo¸y tÇn
sè thÊp chñ yÕu bÞ kÐo dμi theo chiÒu vÜ h−íng; ë ®©y cã mét xu thÕ ®èi víi nh÷ng gi¸
trÞ lín nhÊt lμ n»m trong khu vùc cöa ra cña dßng xiÕt. Ta sÏ trë l¹i vÊn ®Ò vÒ biÕn ®æi
tÇn sè thÊp trong Ch−¬ng 8.
§iÒu ®Çu tiªn liªn quan ®Õn tÊt c¶ nh÷ng nghiªn cøu nμy lμ c¸ch dßng trung b×nh
v bÞ biÕn ®æi bëi xo¸y vμ sù vËn chuyÓn cña c¸c xo¸y. VÊn ®Ò trë nªn phøc t¹p h¬n
trong tr−êng hîp dßng trung b×nh biÕn ®æi theo c¶ hai chiÒu vÜ h−íng vμ kinh h−íng.
C¸ch tiÕp cËn kh¶ thi sÏ xuÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh (7.12a, b), bá qua lùc ma s¸t cßn
tèc ®é giã ®−îc biÓu diÔn lμ tæng cña tèc ®é giã trung b×nh céng víi thμnh phÇn nhiÔu
cña nã
2
v.u u ' / 2 u ' v ' fv a (7.16a)
y
x
v
'2
v.v u ' v ' fu a (7.16b)
x
y
T¸c ®éng cña xo¸y tøc thêi cã thÓ ®−îc c©n b»ng nhê gia tèc cña dßng trung b×nh
(sè h¹ng ®Çu tiªn vÕ tr¸i trong ph−¬ng tr×nh) hoÆc nhê dßng phi ®Þa chuyÓn. MÆt kh¸c,
2
sè h¹ng xo¸y lín nhÊt trong c¸c ph−¬ng tr×nh nμy lμ v ' vμ sè h¹ng nμy sÏ ®−îc c©n
y
b»ng víi fu a chø kh«ng ph¶i do biÕn ®éng cña dßng trung b×nh. Giã phi ®Þa chuyÓn cã
thÓ ®−îc lo¹i bá khái c©n nμy nhê kÕt hîp c¸c ph−¬ng tr×nh (7.12a, b) ®Ó cã ®−îc
ph−¬ng tr×nh xo¸y. Sù biÕn ®æi cña xo¸y trung b×nh sÏ ®−îc c©n b»ng do sù ph©n kú
cña c¸c dßng xo¸y rèi. §©y kh«ng ph¶i lμ mét nghiÖm thùc v× sù ph©n kú dßng xo¸y
xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh lÊy ®¹o hμm bËc cao, qu¸ tr×nh nμy dï sao còng g©y nªn c¸c
nhiÔu. C¸c thμnh phÇn cña tens¬ rèi kh«ng ®¼ng h−íng g©y ra c¸c khã kh¨n liªn tiÕp.
Ph−¬ng tr×nh xo¸y lÊy trung b×nh theo thêi gian, kh«ng tÝnh ®Õn ma s¸t cã thÓ viÕt
d−íi d¹ng
v. . v ' ' 0 (7.17)
Sau mét sè thao t¸c sö dông ' v 'x u 'y , ph©n kú dßng xo¸y rèi tøc thêi cã thÓ biÓu
diÔn l¹i d−íi d¹ng
v ' ' M y N x , M x N y (7.18)
do ®ã
. v ' ' 2M xy N xx N yy (7.19)
- 203 -
nguon tai.lieu . vn
