Tác động của Enso đến thời tiết, khí hậu, môi trường và kinh tế- xã hội ở Việt Nam pot

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002 MỞ ĐẦU ENSO EI Nino — Southern Oscillation là tên gọi chung của hiện tượng El Nino và Dao Động Nam, bao gồm pha nóng El

AW

ĐỀ TÀI NGHIÊN CÚU KHOA HỌC ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

TÁC ĐỘNG CỦA ENSO ĐẾN THỜI TIẾT,

KHÍ HẬU, MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

TAP I

Chủ nhiệm đê tai: GS TSKH Nguyễn Đức Ngữ

Các cộng tác viên chính: GS TS Nguyễn Trọng Hiệu

PGS.TS Phạm Vũ Anh

KS Lê Nguyên Tường ThS Pham Thị Thanh Hương

TS Bùi Xuân Thông

TS Nguyễn Doãn Toàn

BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TỔNG CỤC KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN

ĐỀ TÀI NGHIÊN CÚU KHOA HỌC ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

TÁC ĐỘNG CỦA ENSO ĐẾN THỜI TIẾT,

KHÍ HẬU, MÔI TRƯỜNG

VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI Ở VIỆT NAM

BAO CAO TONG KẾT

Chủ nhiệm dé tai: GS TSKH Nguyén Đúc Ngữ

Chủ nhiệm để tài Chủ tịch hội đồng đánh giá chính thức

HME

Thủ trưởng cơ quan chủ trì Thủ trưởng cơ quan quản lý

(ký tên và đóng dấu) +

TL BO TRUCE BO Tad WeuvEN va rbrredéve —

` A WA Seedy One vu HOM

(ký tên và đóng dấu)

Đẻ tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Khái quát đạc điểm hoàn lưu khí quyền và biển khu

vue chau A - Thai Bình Dương

Cơ chế hoạt động của ENSO và quan hệ giữa ENSO

và gió mùa châu Á

Anh hưởng của ENSO đến các yếu tố khí tượng và hiện tượng thời tiết, khí hậu chủ yếu ở Việt Nam

TAP Anh hưởng của ENSO đến chế độ thuỷ van và tài nguyên nước ở Việt Nam

Tác động của ENSO đến một sở lĩnh vực kinh tế - xã

hội và mỏi trường ở Việt Nam

Ứng dụng bước đầu những kết quả nghiên cứu vẻ ENSO vào dự báo khí hậu ngắn hạn ở Việt Nam

Tổng mục lục

Mở dau Tổng quan, phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu hiện tượng ENSO và cơ sở số liệu

Phương pháp luận nghiên cứu hiện tượng ENSO Những kết quả nghiên cứu về ENSO trên thế giới và

Việt Nam

Cơ sở dữ liệu

Tài liệu tham khảo chương I Khái quát đặc điểm hoàn lưu khí quyển và biển khu vuc chau Á - Thái Bình Dương

Trường khí áp và gió trong tầng đối lưu

Trường nhiệt độ tầng đối lưu khu vực chảu Á - Thái

Tài liệu tham khảo chương 2

Cơ chế hoạt động của ENSO và quan hệ giữa ENSO

và gió mùa châu Á

Mở đầu

Diễn biến của các đặc trưng ENSO

Cơ chế vật lý của ENSO Quan hệ ENSO và gió mùa châu A Tài liệu tham khảo chương 3 Ảnh hưởng của ENSO đến các yếu tổ khí tượng và hiện tượng thời tiết, khí hậu chủ yếu ở Việt Nam

Một số thuyết minh vấn tắt Quan hệ ENSO và bão Ảnh hưởng của ENSO đến hoạt động của pho rong lạnh ở Việt Nam

Quan hệ của ENSO và nhiệt độ

Quan hệ ENSO — lượng mưa

Quan hệ ENSO với tốc độ gió trung bình

Ảnh hướng của ENSO đến một số cực trị khí hậu trên

các địa điểm tiêu biểu

Ảnh hưởng của ENSO đến điều kiện khí tượng thuỷ

văn biển khu vực Biển Đông và Việt Nam Kết luận

Tài liệu tham khảo chương 4

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

MỞ ĐẦU

ENSO (EI Nino — Southern Oscillation) là tên gọi chung của hiện tượng El Nino và Dao Động Nam, bao gồm pha nóng (El Nino) và pha lạnh (La Nina) xảy ra trên vùng biển xích đạo Thái Bình Dương, gây ra những biến động mạnh mẽ về thời tiết, khí hậu từ năm này qua năm khác ở nhiều vùng trên thế giới, tác động nghiêm trọng đến kinh tế, xã hội và môi trường ở nhiều quốc gia, nhất là trong các khu vực lân cận thuộc Châu Mỹ và Châu Á - Thái Bình Dương Hiện tượng El Nino đã xuất hiện từ lâu, tuy nhiên chỉ sau khi El Nino 1982 — 1983 xảy ra hoàn toàn bất ngờ, gây hậu quả nặng nề cho nên kinh tế của nhiều nước, người ta mới thực sự quan tâm theo đõi và nghiên cứu về chúng Nhiều chương trình nghiên cứu khoa học được bắt đầu tiến hành sau sự kiện nói trên, trong đó nổi bật nhất là Chương trình nghiên cứu

“Dai dương nhiệt đới và khí quyển toàn cầu” viết tat IA TOGA (The Tropical Oceans and Global Atmosphere) được thực hiện trong thời gian 10 năm (1985 —

1994)

Chương trình TOGA tập trung nhiều nhất vào việc nghiên cứu thực nghiệm

về tương tác đại dương - khí quyển trên khu vực phía Tây Thái Bình Dương xích đạo nơi được mệnh danh là “bể nóng” Thái Bình Dương và có vai trò quan trọng đối với quá trình phát triển của các pha ENSO Khu vực thực nghiệm này có diện tích gần 300.000 km? trong pham vi tir 20°N — 20°S, 130°E — 170°W, duoc bé tri mạng quan trắc tăng cường với sự tham gia của các tàu biển, máy bay, vệ tinh, ra

đa, ngoài các trạm cố định thuộc Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) Đáng chú ý

là thời kỳ quan trắc tăng cường, tập trung được lựa chọn (từ 1/XI/1992 đến

28/11/1993) trùng với thời kỳ gió mùa châu Á hoạt động mạnh nhất, đồng thời được

dự kiến là thời kỳ chuyển tiếp từ pha lạnh sans pha nóng của ENSO bất đầu vào đầu

nam 1991

Nhờ có hệ thống quan trắc khí quyển và đại dương thuộc chương trình

TOGA và các chương trình khảo sát, thực nghiệm khác, người ta đã thu thập được

nhiều số liệu quan trọng, làm cơ sở cho việc triển khai các mô hình lý thuyết về quá trình hình thành, phát triển của hiện tượng ENSO và những tác động của chúng Cũng nhờ có mạng quan trắc này và những kết quả nghiên cứu nói trên, việc theo đõi diễn biến của các yếu tố trong hệ thống khí hậu đại đương - khí quyển khu vực xích đạo Thái Bình Dương được thường xuyên và kịp thời hơn Mặc đù vậy, việc dự báo sự xuất hiện của hiện tượng ENSO mới chỉ được thực hiện từ vài năm gần đây với chất lượng còn thấp (World Climate News Nol3, VI/98) Năm 1992, chương trình nghiên cứu và dự báo khí hậu (A study of Climate Variabilny and Predictability) viét tắt là CLIVAR của Tổ chức Khí tượng Thế giới mà kế hoạch

khoa học của nó mãi tới năm 1995 mới được công bố cho thời kỳ 50 năm nhằm mô

tả và hiểu biết các quá trình vật lý sây ra những biến động khí hậu và khả năng dự báo chúng, trước hết tập trung nhiều hơn vào dự báo biến động mùa, đặc biệt là dự báo hiện tượng EI Nino Cho đến nay, nhìn chung các mô hình dự báo chuẩn sai chứ không phải mô hình hoàn lưu chung khí quyển - đại dương đẩy đủ, được sử dụng để dự báo ENSO (CLIVAR Science Plan, 8-1995)

Hướng nghiên cứu đánh gid tac động và dự báo ảnh hưởng của ENSO đến thời tiết, khí hậu, đặc biệt là những biến động mùa và năm của nhiệt độ và lượng mưa dựa trên số liệu lịch sử và các quan hệ thực nghiệm giữa các yếu tố khí quyển

và đại đương tỏ ra có hiệu quả và được khuyến khích ở nhiều nước, trong đó có Việt

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Nam Nước ta cũng nằm trong khu vực được đánh giá là chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hiện tượng ENSO Những biến động dị thường của thời tiết, nhất là thiên tai bão, lữ, lụt, hạn hán xảy ra liên tiếp, nhất là trong 2 thập kỷ gần đây, gây tổn thất lớn về người và tài sản, ảnh hưởng nặng nề đến sản xuất và đời sống ở một số vùng Chẳng hạn, thiệt hại do thiên tai gây ra trong năm 1997 (El Nino) la 14.000 ty đồng, số người chết và mất tích lên tới trên 3600, trong đó chủ yếu do ảnh hưởng của cơn bão Linda đổ bộ vào bán đảo Cà Mau đầu tháng XI nam 1997 Tống diện tích lúa bị hạn trong hai năm 1997, 1998 lên tới 1.013.087 ha, làm thiệt hại trên 5.000 tỷ đồng Trong các năm 1998, 1999 (La Nina), lũ, lụt đặc biệt lớn xảy ra 0 các khu vực ven biển Trung Trung Bộ, gây thiệt hại lớn về người và tài sản ở các

tỉnh trong khu vực Tuy nhiên, việc nghiên cứu về hiện tượng ENSO và những tác

động của chúng đến thời tiết, khí hậu, môi trường và kinh tế — xã hội ở nước ta còn chưa có hệ thống, đặc biệt là về cơ chế vật lý và những quy luật tác động của hiện tượng ENSO và do đó về khả năng dự báo trước những tác động ấy đối với thời tiết, khí hậu, nhất là thiên tai bão, lũ, hạn hán nhằm phục vụ cho việc phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do chúng gây ra đối với kinh tế — xã hội ở nước ta

Năm 1999, sau su kién El Nino 1997 — 1998, mot El Nino manh nhất thế ký,

Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường quyết định cho triển khai đề tài nghiên cứu

khoa học độc lập cấp nhà nước “Tác động của ENSO đến thời tiết, khí hậu, môi trường và kinh tế - xã hội ở Việt Nam” nhằm nghiên cứu, hiểu rõ cơ chế hoạt động của ENSO và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến thời tiết, khí hậu, đặc biệt là mưa,

nhiệt và các thiên tai như hạn hán, lũ lụt và một số lĩnh vực kinh tế, xã hội, môi

trường ở nước ta, cũng như khả năng dự báo sự biến động của những hiện tượng nói

trên, phục vụ việc xây dựng các phương án dự báo khí tượng thuỷ văn hạn vừa, hạn

dai, phòng ngừa và giảm nhẹ thiệt hại do thiên lai gây ra

Nội dung chủ yếu của để tài gồm:

1 Thu thập tài liệu nghiên cứu trên thế giới và trong nước về ENSO, các tài liệu

về ảnh hưởng của ENSO đến kinh tế, xã hội ở các nước Tổng quan, phân tích

đánh giá các tài liệu thu thập được

2 Thu thập và tổng hợp số liệu về các yếu tố và hiện tượng khí tượng thuỷ văn (KTTV), môi trường và một số lĩnh vực kinh tế, xã hội chịu ảnh hưởng của ENSO khu vực nhiệt đới Thái Bình Dương, Biển Đông và Việt Nam

Nghiên cứu cơ chế hoạt động của ENSO và quan hệ giữa ENSO với các điều kiện KTTV ở nước ta

4 Nghiên cứu đánh giá tác động của ENSO đến một số lĩnh vực kinh tế, xã hội

như nông, lâm, ngư nghiệp, an ninh lương thực, sức khoẻ và môi trường sinh thái

ở Việt Nam

3 Nghiên cứu, xây dựng cơ sở khoa học cho việc dự báo sự biến động của các yếu tố KTTV (mưa, nhiệt) và các hiện tượng thời tiết (bão, hạn hán, lũ lụt ) đo ảnh hưởng của ENSO

6 Kiến nghị các biện pháp phòng tránh

Báo cáo tổng hợp kết quả nghiên cứu của để tài bao gồm 7 chương:

Chương | , 2

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Chương I Tống quan phương pháp luận phương pháp nghiên cứu hiện tượng

ENSO và cơ sở số liệu

Chương 2 Khái quát đạc điểm hoàn lưu khí quyển và biển khu vực Châu Á - Thái Bình Dương

Chương 3 Cơ chế hoạt động của ENSO và quan hệ gitta ENSO và sió mùa Châu A

Chương 4 Anh huong cua ENSO dén cde yếu tố khí tượng và hiện tượng thời tiết

khí hậu chủ yếu ở Việt Nam

Chương Š Anh hưởng của ENSO đến chế độ thuỷ văn và tài nguyên nước ở Việt

Nam

Chương 6, Táu động của ENSO đến một số lĩnh vực kinh tế, xã hội và môi trường ở

Việt Nam

Chương ~ nè dụng bước đầu những kết quả nghiên cứu về ENSO vào dự báo khí

hậu hạn ngăn ở Việt Nam

Những kết qua chủ yếu của để tải là:

1 Đã tông quan được một cách có hệ thống, khá dây đủ, có phân tích đánh giá

về nhữne thông ứn liên quan đến ENSO bao sồm những phương pháp xác vịnh hiện tượng ENSO các đạc trưng của ENSO những đặc điểm và quy

luật hoạt động của ENSO, đặc biệt về các chương trình khảo sát, nghiện cứu thực nghiệm đại dương và khí quyến quy mô lớn khu vực liên quan đến hoạt

động của ENSO trong khoảng nửa thế kỷ qua, nhất là 2 thập KỶ gần dây và những kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của ENSO đến thời tiết, khí hậu ở

vác khu vực khác nhau trên thế giới và trong nước

‘ae Lan đầu tiên thực hiện ở Việt Nam việc nghiên cứu tương đổi toàn điện và có

hệ thống về hiện tượng ENSO, như cơ chế vật lý của ENSO xác định rõ quan hệ giữa Dao Động Nam với Hoàn lưu Walker vai trò của các sóng đại

đương xích đạo Kelvin và Rossby cũng như hoạt động của nước trôi Đông

Thái Bình Dương xích đạo trong cơ chế đó, làm sáng tỏ những nhân tố bất ổn định chủ yếu có vai trò quyết định trong việc khởi động các chủ kỳ ENSO

trong mối quan hệ tương tác khí quyển - đại dương trên khu vực nhiệt đới và

xích đạo Thái Bình Dương và với các khu vực ngoại nhiệt đới Quan hệ giữa ENSO và gió mùa Chau A dae bist IA gió mùa khu vực Đông Nam A làm

vớ sở cho việc phân tích tác động của ENSO đến thời tiết, khí hậu ở nước ta, Kết quá cho thấy, ưong điều kiện EI Nino, hoạt động của gió mùa bị yếu di

trái lạt, trong điều kiện La Nina, gió mùa được lãng cường Trong vác mùa

đồng ENSO, tần số Iront lạnh thường giảm di, nhất là các tháng cuôi mùa

(đối với EL Nino) và nửa sau mùa (đối với La Nina) Thời gian kết thúc mùa

Chuong |

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

- tront lạnh thường sớm hợn bình thường, thời gian gián đoạn front lạnh cũng đài hơn bình thường Tuy nhiên, trong các mùa đông El Nino, các front cực đới ở Đông Á thường thâm nhập sâu hơn về phía vĩ độ thấp, nhiều khi tới Trung Bộ Việt Nam

4 Đã nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của ENSO đến các yếu tố khí hậu và hiện tượng thời tiết, thuỷ văn chủ yếu ở Việt Nam như khí áp, nhiệt độ, lượng mưa, gió, bão, dòng chảy, lũ lụt, hạn hán

5 Đã đánh giá tác động của ENSO đến một số lĩnh vực kinh tế — xã hội và môi trường như nông nghiệp, thuỷ điện, công trình công cộng, tổn thất về người, dịch bệnh, một số sự cố về môi trường sinh thái như sâu bệnh, sạt lở đất, cháy rừng

6 Để tài đã đề xuất những biện pháp phòng tránh nhằm giảm nhẹ thiệt hại do tác động xấu của hiện tượng ENSO đối với kinh tế — xã hội ở nước ta bao gồm các biện pháp cơ bản về công trình và phi công trình và những biện pháp cụ thể đối với từng vùng kinh tế chủ yếu

1 Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, đề tài đã xây dựng được các mô hình dự báo mùa đối với hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới, nhiệt độ, lượng mưa, lưu lượng đòng chảy tại một số địa điểm thuộc lưu vực sông Hồng và hạn hán 6 7 ving trong ca nude, trong cdc diéu kién El Nino va La Nina

Để tài đã cố gắng bám sát nội dung để cương nghiên cứu đã được duyệt, chú trọng những vấn để khoa học cơ bản nhất, có ý nghĩa thực tiễn về cơ chế hoạt động

và quy luật tác động của ENSO đến thời tiết, khí hậu, đặc biệt là thiên tai vé KTTV

ở Việt Nam, phát hiện và phân tích những nhân tố tiểm ẩn trong hệ thống khí quyến

- đại đương có dấu hiệu dự báo về sự tiến triển của hiện tượng ENSO và quan hệ giữa chúng với các yếu tố khí tượng và hiện tượng KTTV, trên cơ sở đó xây đựng các mô hình dự báo tác động của ENSO có khả năng ứng dụng trong dự báo nghiệp

vụ

Các kết quả thu được của đề tài là mới, có độ tin cậy cao, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nhiều kết quả có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế ~

xã hội và trong các hoạt động nghiệp vụ KTTV

Báo cáo này trình bày các kết quả nghiên cứu chủ yếu của đề tài

Mặt dù hiện tượng ENSO đã được nhiều người biết đến, các nhà khoa học đã

quan tâm nghiên cứu về chúng, nhất là trong vài chục năm gần đây, song cho đến

nay, hiện tượng ENSO vẫn là đối tượng thu hút mạnh mẽ sự khám phá khoa học của nhiều nhà nghiên cứu bởi tính bất ổn định và những tác động mạnh mẽ của chúng đến thời tiết, khí hậu và kinh tế, xã hội trên phạm vỉ toàn cầu

Vì thế, vẫn còn nhiều vấn đề về khoa học và thực tiễn liên quan đến cơ chế

và quy luật tác động của ENSO cũng như khả năng dự báo những ảnh hưởng của chúng đến thời tiết, khí hậu và kinh tế, xã hội ở nước ta cần được tiếp tục nghiên cứu chỉ tiết hơn trong thời gian tới

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước vẻ ENSO - 2002

Các tác giả

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU HIỆN TƯỢNG ENSO VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU

1.1 Phương pháp luận nghiên cứu hiện tượng ENSO

1.1.1 Khái niệm và định nghĩa về hiện tượng ENSO

°“ EI Nino” là từ được dùng để chỉ hiện tượng nóng lên dị thường của lớp nước biển bể mặt khu vực xích đạo và nhiệt đới Đông Thái Bình Dương kéo dài khoảng 3 mùa hoặc lâu hơn Hiện tượng El Nino thường xuất hiện 3-4 năm một lần, song cũng có trường hợp xảy ra đày hơn hoặc thưa hơn Ngược với hiện tượng EI

No là hiện tượng La Nina (hay d6i El Nino) khi lớp nước biển bể mặt ở khu vực nói trên lạnh đi dị thường Hiện tượng E1 Nino và hiện tượng La Nina thường xảy ra

kế tiếp nhau, song cũng có nhiều trường hợp sau những hiện tượng này, tình hình trở lại bình thường Đôi khi 2 đợt El Nino hoặc 2 đợt La Nina xảy ra kế tiếp nhau Thông thường, nhiệt độ trung bình năm của lớp nước bên trên vùng nhiệt đới Dong Thai Binh Dương khoảng 21-26°C, trong khi đó, ở vùng biển Tây Thái Bình Duong 28-29°C Gradient nhiệt độ dọc theo xích đạo có hướng từ Tây sang Đông Ở Tây Thái Bình Dương mưa nhiều trong khi đó, ở Đông Thái Bình Dương và các

vùng bờ biển lân cận thuộc Nam Mỹ mưa ít (hình 1.L)

Trong những trường hợp bất thường, khi xảy ra hiện tượng El Nino, nhiét do

bề mặt nước biển khu vực nhiệt đới Đông Thái Bình Dương đột ngột tăng lên mạnh

mẽ cao hơn bình thường 4-5°C hoặc nhiều hơn Khu vực có nhiệt độ cao đị thường được mở rộng từ phía Đông đến vùng trung tâm Thái Bình Dương Trong khi đó, khu vực nhiệt đới Tây Thái Bình Dương vốn được coi là “bể nóng” Thái Bình Đương, trở nên lạnh hơn so với bình thường (Hình 1.2) Cùng với sự thay đối về nhiệt độ nước biển, vùng mưa nhiều ở Tây Thái Bình Dương cũng bị dịch chuyển

về phía Đông làm cho khu vực Đông và trung tâm Thái Bình Đương trở nên ấm hơn

và mưa nhiều hơn Trái lại, khu vực Tây Thái Bình Dương vốn nóng và ẩm trở nên

mát và khô hơn (Hình I.3) Lấy hiện tượng El Nino 1997-1998 làm ví dụ: từ tháng

3 năm 1997, nhiệt độ nước biển bề mặt vùng trung tâm và Đông Thái Bình Dương bất đầu tăng lên nhanh chóng đạt cực đại vào tháng 6 năm 1997 Quá trình nóng này duy trì suốt nửa cuối năm 1997 với nhiệt độ mặt nước biển trên 28°C trên toàn khu vực trung tâm và phía Đông xích đạo Thái Bình Dương, vượt 2-5°C so với trung bình nhiều năm (hình 1.4)

Hiện tượng El Nino xảy ra trên khu vực nhiệt đới Thái Bình Dương song,

phạm vỉ ảnh hưởng của nó rất rộng lớn, hầu như toàn cầu, với mức độ khác nhau,

hiệu quả tác động cũng rất đa dạng Tuy vậy, vẫn có thể khái quát những ảnh hưởng chủ yếu của hiện tượng ELI Nino đến thời tiết một số khu vực trên thế giới như sau:

Ở khu vực nhiệt đới Tây Thái Bình Dương và các vùng lân cận thuộc Đông Nam Á, Bắc Australia, các hoạt động giông, bão, giáng thuỷ giảm đi, các vùng phía Bac Australia, Indônêxia, Philippin trở nên khô han dị thường Trái lại, ở vùng nhiệt đới trung tâm và Đông Thái Bình Dương và bờ phía Tây của Nam Mỹ, các vĩ

độ cận nhiệt đới Bắc Mỹ vốn ít mưa và khô lại mưa nhiều và ẩm ướt Khô hạn hon bình thường cũng thường quan sát được ở vùng Đông Nam Châu Phi va Dong Bắc

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

của Nam Mỹ, trong khi đó ở vùng nhiệt đới phía Đông Châu Phi và cận nhiệt đới của Nam Mỹ, mưa ẩm xảy ra nhiều hơn Trong trường hợp xảy ra hiện tượng La Nina, nhiét độ bể mặt nước biển ở vùng xích đạo phía Đông và trung tâm Thái Bình Duong thấp hơn bình thường làm cho vùng này càng ít mưa, khô hạn nghiêm trọng hơn, trong khi ở vùng phía Tây xích đạo TBD và lân cận, hoạt động dông, bão mạnh

mẽ hơn mưa nhiều hơn dẫn đến iñ lụt nghiêm trọng

Những biến động mạnh mẽ, dị thường của thời tiết do hiện tượng El Nino gây ra, đặc biệt ở khu vực nhiệt đới Thái Bình Dương và các vùng lục địa lân cận, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hoại động sản xuất và đời sống của con người Khi

EI Nino xảy ra, sản lượng đánh bắt cá ở vùng biển ngoài khơi Nam Mỹ giảm đi rõ rệt VÌ thế, từ lâu, ngư dân ở các nước Peru, Êcuađo, đã chú ý theo dõi để đối phó

EI Nino là tên mà những thủy thủ ở vùng bờ biển Pêru đặt cho hiện tượng dòng nước ấm chảy về phía Nam ở ngoài khơi bờ biển Pêru và Êcuađo, thường xảy ra vào khoảng thời gian lễ Thiên Chúa Giáng Sinh (la corriente del nino)(tir Nino theo tiếng Tây Ban Nha là biệt danh “chú bé con” còn nếu viết hoa El Nino có nghĩa là Chưa hài đồng (The boy Christ-Child)) con La Nina 1a biét danh “co bé” (the young girl), Hiện tượng EI Nino và La Nina có quan hệ chặt chẽ với sự dao động của khí

áp ở vùng phía Đông và Tây Thái Bình Dương được gọi là Dao động Nam (the Southern Oscillation) Vi thé ngudi ta thuéng goi chung 1a El Nino-Southern Oscillation, viét tat la ENSO

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Hình L L Doi lieve Ném nhiệt Thái Binh Dương trong diễu kiện bình thường

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

24 Trung bình nhiều năm

CC I6ỌC IẢO , IEỮU HỢU 120W IUỦN BU

Hình L2 Nhiệt độ mặt nước biển tháng 10 - (Theo NOAA)

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Hình t3 Đối lưu và Năm nhiệt Thái Bình Dương trong điều kiện Elnino

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Hinh 14 Biến trình năm của nhiệt độ mặt nước biển năm 1997 (đường liền) và trung

bình nhiều năm (đường đứt) ở các vàng NINO 1+2, NINO 3,

NINO 3.4 va NINO 4

(Theo NOQA)

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

1.1.2 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu hiện tượng ENSO

Trong khuôn khổ của để tài này, những vấn để phương pháp luận được xác

định là:

1 Nghiên cứu hiện tượng ENSO trong tổng thể hệ thống khí hậu trái đất, trước hết

trên khu vực Thái Bình Dương `

Khí hậu trái đất luôn có sự biến động tự nhiên ở các quy mô thời gian khác nhau, từ năm này qua năm khác, từ thập kỷ này sang thập kỷ khác và từ thế kỷ này sang thế kỷ khác Trong các biến động đó có những biến động chu kỳ hoặc chuẩn chu kỳ và cả những biến động phi chu kỳ, thậm chí những nhiễu loạn, gây ra bởi nhiều nhân tố khác nhau

ENSO là một hiện tượng thể hiện sự biến động tự nhiên, đị thường trong hệ thống khí hậu ở quy mô thời gian giữa các năm và giữa các thập kỷ Hiện tượng ENSO xuất hiện trên khu vực nhiệt đới và xích đạo Thái Bình Dương, song mối quan hệ giữa ENSO và các thành phần khác trong hệ thống khí hậu cũng như tác động của chúng vượt xa phạm vi Thái Bình Dương

Nghiên cứu cơ chế vật lý và quá trình hình thành, điễn biến của hiện tượng ENSO trên cơ sở sự tương tác giữa khí quyển và đại đương trên khu vực nhiệt đới

và xích đạo Thái Bình Dương, trong mối quan hệ tổng thể của hệ thống khí hậu là cách tiếp cận khoa học, cho phép phát hiện và hiểu rõ hơn vẻ cơ chế vật lý phát sinh

và phát triển của ENSO, sự tương tác giữa ENSO với hoàn lưu khí quyển khu vực và toàn cầu

2 Nghiên cứu hiện tượng ENSO trên cơ sở phản tích những biến đổi dị thường trong hệ thống khí quyển-dại dương khu vực nhiệt đới và xích dạo Thái Bình

Dương

Các thành phần trong hệ thống khí hậu luôn có sự biến động với cường độ khác nhau, ở các quy mô thời gian và không gian khác nhau Những sự biến động này thường có chủ kỳ hoặc chuẩn chu kỳ gây ra bởi một số nhân tố nhất định, và có thể xác định được bằng các phương pháp phân tích thống kê khí hậu

Trên khu vực nhiệt đới và xích đạo Thái Bình Dương, các thành phần trong

hệ thống khí quyển-đại dương cũng có sự biến động tương tự, chẳng hạn những biến động trong mùa, biến động giữa các năm và biến động qua các thập kỷ v.v

Hiện tượng ENSO, về bản chất cũng giống như các thành phần khác trong hệ thống khí hậu, thể hiện sự biến động ở một quy mô nhất định được quy định là dị thường cả về cường độ, tần suất xuất hiện và phạm vi ảnh hưởng của chúng Và do

đó, tất nhiên những nhân tố tác động trong hệ thống khí quyển-đại dương và sự tương tác giữa chúng chỉ phối quá trình hình thành, phát triển của ENSO, nói cách khác, cơ chế vật lý của ENSO có những đặc điểm riêng và có tính độc lập nhất định Nghiên cứu hiện tượng ENSO trước hết là nghiên cứu những biến đổi dị thường của các thành phần trong hoàn lưu khí quyển và biển khu vực xích đạo và nhiệt đới Thái Bình Dương, phân tích các nhân tố tác động và cơ chế tương tác giữa chúng, quy định những đặc điểm hình thành và diễn biến của những biến đổi dị thường đó

3 Nghiên cứu hiện tượng ENSO với sự chú ý đặc biệt những khu vực trọng điểm và những thời kỳ đặc trưng

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Hiện tượng ENSO là hệ quả của sự tương tác khí quyển-đại dương diễn ra dưới sự tác động của nhiều nhân tố trong và ngoài khu vực nhiệt đới Thái Bình Dương, song được thể hiện trực tiếp và mạnh mẽ nhất liên quan đến ENSO là khu vực “bể nóng” Tây Thái Bình, nơi thường xuyên có điều kiện nhiệt ẩm và động lực thuận lợi cho đối lưu phát triển, sự trao đổi nhiệt, ấm và động lượng giữa khí quyển

và biển diễn ra mạnh mẽ nhất, nơi đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình khởi động và phát triển của các đợt ENSO Vì thế, trong khi nghiên cứu sự biến động của các thành phần hoàn lưu khí quyển và biển nhiệt đới và xích đạo Thái Bình Dương

và quan hệ giữa chúng với các khu vực lân cận, cần đặc biệt chú trọng khu vực bể nóng Tây Thái Bình Dương

Ngoài khu vực “bể nóng” Tây Thái Bình Dương, một số khu vực khác có thể chứa đựng tập trung các mối quan hệ của sự biến động giữa các thành phần hoàn lưu khí quyển liên quan đến các chu trình ENSO, nhất là những biểu hiện mang dấu hiệu tiểm ấn về khả năng dự báo cũng được cần xác định và đặc biệt quan tâm

Mặc dù hiện tượng ENSO là biểu hiện dị thường của sự biến động trong hệ

thống khí hậu và, trên thực tế, trong nửa thế kỷ qua chưa tìm được các đợt ENSO nào hoàn toàn giống nhau, việc xác định các thời kỳ đặc trưng, then chốt trong cơ chế vật lý và quy luật tác động của ENSO là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, nhất là đối với công tác dự báo, cảnh báo và phòng tránh những tác động tiêu cực của hiện tượng ENSO

4 Phân tích so sánh các quan hệ tương tác giữa các thành phân hoàn lưu khí

quyển và biển trong các dợt ENSO tiêu biểu nhất và sự tương phản trong các quá trình vật lý và quy luật tác động của hiện tượng EL Nio và La Nina

Hiện tượng ENSO diễn ra trong mối quan hệ tác động phức tạp của nhiều nhân tố trong và ngoài khu vực Thái Bình Dương, trong đó có cả những nhân tố gây nhiễu loạn Điều đó được thể hiện trong sự đa đạng của những sự kiện ENSO quan trắc được ít nhất trong khoảng 50 năm qua Vì vậy, trong khi tiến hành phân tích tổng hợp các mối quan hệ tương tác giữa các thành phần hoàn lưu khí quyển và biển khu vực Thái Bình Dương, trong quá trình hình thành và phát triển của ENSO nói chung, việc phân tích so sánh chúng trong những đợt ENSO (El Nimo và La Nia) mạnh và tiêu biểu trong thời gian quan trắc sẽ giúp làm sáng tỏ những đặc điểm chủ yếu trong cơ chế vật lý và quá trình diễn biến của các sự kiện ENSO

5 Nghiên cứu hiện tượng ENSO phải gắn liên với việc xây dựng cơ sở khoa học, tăng cường tiểm lực theo đối, cảnh báo dự báo và thông tin về ENSO, phục vụ yêu

cầu phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại khai thác các mặt thuận lợi, phục vụ phát triển

bền vững kinh tếxã hội của đất nước

Đây cũng chính là mục đích của đề tài nghiên cứu Trên cơ sở hiểu biết rõ về

cơ chế vật lý và quá trình điên biến cũng như tác động của ENSO đến thời tiết, khí hậu, đặc biệt là tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan như bão, mưa lớn, lũ lụt, hạn hán v.v ở nước ta, nghiên cứu xây dựng các phương pháp dự báo, cảnh báo, cơ sở thông tin khoa học về ENSO, bồi dưỡng, nâng cao trình độ cán bộ khoa học kỹ thuật như một bộ phận trong chương trình phục vụ thong tin va dự báo khí hậu nghiệp vụ lâu dài

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

1.2 Những kết quả nghiên cứu về ENSO trên thế giới và ở Việt Nam

Người ta đã nhận biết được hiện tượng EI Nino từ lâu do những ảnh hưởng xấu của nó đến sản xuất, nhất là nghề cá ở vùng biển ngoài khơi Nam Mỹ Cho đến

1985, trước khi triển khai chương trình “khí quyển toàn cầu và đại đương nhiệt đới” (The Tropical Oceans and Global Atmosphere-TOGA) người ta chỉ hiểu sơ lược hình ảnh về El Nino thông qua số liệu quan trắc ít ỏi và chậm chạp thu được sau khi chúng đã xảy ra Những quá trình động lực học trong hệ thống khí quyển-đại dương, nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ENSO chưa được nghiên cứu và làm sáng tỏ

Nhờ hệ thống quan trắc khí quyển và đại dương thuộc chương trình TOGA

và nhiều chương trình khảo sát, nghiên cứu khác tiến hành trong khoảng 10 năm (1985-1994) của TOGA, cùng với những nghiên cứu riêng lẻ sau này, các quá trình hình thành, phát triển và những tác động của ENSO đến thời tiết và khí hậu đần dần được sáng tỏ hơn

Có thể quy nạp những kết quả nghiên cứu chủ yếu về ENSO vào 6 nhóm nội dung sau đây:

I Định nghĩa về ENSO, những chỉ số đặc trưng phản ánh hiện tượng ENSO trên khu vực xích đạo Thái Binh Duong và diễn biến của chúng trong khoảng SỐ năm qua

2 Các chương trình nghiên cứu, khảo sát thực nghiệm khí quyển và đại dương khu

vực Thái Bình Dương

3 Cơ chế vật lý của ENSO

+ Quan hệ giữa ENSO và gió mùa Châu Á

5 Ảnh hưởng của ENSO đến sự biến động của thời tiết, khí hậu, các yếu tố khí tượng, thuỷ văn, hải văn ở các khu vực

6 Khả năng dự báo ENSO và những ứng dụng của chúng

1.2.1 Định nghĩa về ENSO, những chỉ số đặc trưng phản ánh hiện tượng ENSO

Người ta phát hiện ra rằng, hiện tuong El Nino có liên quan đến sự đao động của khí áp mặt biển giữa Đông và Tay khu vực xích đạo Thái Bình Dương Người đầu tiên có công phải kể đến là Gibert I.Walker (1904), nhà khí tượng người Anh,

nguyên giám đốc Đài quan trắc khí tượng ở Ấn Độ Trong quá trình nghiên cứu và

thực nghiệm suốt 30 năm liền nhằm cải tiến dự báo gió mùa ở Ấn Độ, ông đã phát

hiện sự tồn tại của dao động về khí áp ở 2 phía Đông và Tây của khu vực xích đạo

Thái Bình Dương mà ông gọi là Dao động Nam (Southern Oscillation viết tắt là SO)

và coi đó là một dạng dao động khí hậu giữa các năm Ông cũng không loại trừ ảnh

hưởng của hoạt động mặt trời đến sự đao động này và cho rằng các quá trình đại dương đóng vai trò chủ yếu, song không có điều kiện nghiên cứu sâu hơn vì thiếu

số liệu quạn trắc

Hon 40 nam sau dé, Jacob » Bjerknes (1966), trong khi khảo sát các điều kiện

khí tượng có liên quan đến hiện tượng El Nino ở dọc bờ phía Tây Nam Mỹ đã thừa nhận El Nino có liên quan đến sự dao động cỡ lớn trong hoàn lưu tín phong ở bán cầu Bắc và Nam khu vực Thái Bình Dương -và ông đã nhanh chóng gắn sự dao động này của tín phong với Dao động Nam (Bjerknes, 1969) Bjerknes đã đưa ra giả thuyết là El Nino và Dao động Nam là kết quả của sự tổ hợp giữa hoàn lưu khí quyển Đông và Tây khu vực Thái Bình Dương cũng như giữa đồng chảy và cấu trúc

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

là hoàn lưu Walker Gradient nhiệt độ theo chiều Đông-Tay càng lớn, hoàn lưu Walker càng mạnh Ngược lại, sự giảm đi của gradient nhiệt độ theo chiều Đông- Tây sẽ dẫn đến sự suy yếu của hoàn lưu Walker (hình 1.5)

Dao động Nam là sự dao động quy mô lớn từ năm này qua năm khác trong trường khí áp mặt biển giữa vùng gần phía bắc Australia và vùng trung tâm Thái Bình Dương Hiện tượng E] Nino và Dao động Nam có quan hệ chặt chẽ với nhau,

có thể coi chúng là những thành phần của cùng một hiện tượng nên được gọi chung

14 El Nino-Southern Oscillation viét tắt là ENSO Trong trường hợp đó, người ta gọi hiện tượng EL Nino là ENSO nóng (hoặc pha nóng), hiện tượng La Nma là ENSO lạnh (hoặc pha lạnh) ENSO là biểu hiện của sự biến động khí hậu ngắn hạn mạnh

mẽ nhất trong hệ thống khí hậu trái đất

Trong những điều kiện bình thường, khí áp mặt biển ở vùng trung tâm và phía Đông khu vực xích đạo Thái Bình Dương cao hơn khí áp mặt biển ở khu vực phía Tây nơi được mệnh danh là “bể nóng” Thái Bình Dương Những điểu kiện nhiệt độ và khí áp như trên duy trì hoàn lưu Walker với gió Đông ở tầng thấp, gió Tây ở trên cao, không.khí đi lên ở vùng phía Tây và đi xuống ở phía Đông Thái Bình Dương Cường độ của hoàn lưu Walker có thể được đặc trưng bởi chênh lệch khí áp giữa vùng trung tâm và vùng phía Tây của Thái Bình Dương (hoặc bằng độ lệch của trị số khí áp so với giá trị trung bình của trạm đơn) đại điện cho vùng phía Tây (thường lấy trạm Darwin ở phía bắc Australia) và vùng trung tâm (thường lấy tram Tahiti trén quan dao Society (Society Islands)) của Thái Bình Dương

Hiệu số khí áp giữa trạm Tahiti và trạm Darwin có giá trị đương càng lớn thì hoàn lưu Walker càng mạnh Hiệu số khí áp dương giữa hai trạm trên càng nhỏ thì hoàn lưu Walker càng yếu Trong trường hợp hiệu số khí áp giữa hai trạm trên có giá trị âm, không khí ở tầng thấp có thể chuyển động theo chiều ngược lại, nghĩa là

từ Tây sang Đông Vì thế người ta dùng nó như một chỉ số để đánh giá cường độ của hoàn lưu Walker cũng như của hiện tượng ENSO, gọi là chỉ số Dao động Nam

(Southem Oscillation Index viết tắt là SOI

Chỉ số Dao động Nam (SOD giữa Tahiti và Darwin được tính như sau:

SOI;.p=(Ps(Tahiti)-Ps(Darwin))/5(Ps(Tahiti)-Ps(Darwin))

Trong đó Ps =(p-p)/8, p và ö lần lượt là trị số khí áp mặt biển trung bình

tháng và độ lệch tiêu chuẩn, T và D là ký hiệu trạm Tahiti và trạm Darwin

Nhìn chung, giá trị âm của T-D SOI tương ứng với thời kỳ ENSO nóng, giá trị đương của T-D SOI ứng với thời kỳ ENSO lạnh Người ta đã tính trị số mùa

(tháng II, IV, V) của T-D SOI cho thời kỳ từ 1876 đến 1996 để nghiên cứu diễn

biến của hiện tượng ENSO trong các thập kỷ gần đây Kết quả đã làm cho người ta chú ý, trong thời kỳ từ 1990 đến 1995, chỉ số T-D SOI liên tục có giá trị âm Ban Liên Chính Phủ về biến đổi khí hậu (TPCC) cho rằng đó là ENSO nóng dài nhất và

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

là trạng thái không bình thường chưa từng có trong khoảng 120 năm qua (hình 1.6) Tuy T-D SOI phản ánh trực tiếp độ lệch của khí áp mặt biển ở Tahiti và Darwin, song trên thực tế, người ta đã nhận thấy mối quan hệ khá chặt chế giữa trị số T-D SOI với những dị thường khí hậu ở nhiều vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khác nhau trên thế giới Tương quan này thể hiện trong nhiều yếu tố khác nhau như nhiệt độ, lượng mưa v.v (Halfert và Ropelewski,1992) Chẳng hạn, hạn hán nghiêm trọng ở

Australia Indonexia, nói chung, đi liên với độ lệch âm lớn của SOI Vì vậy nhiều

người coi chỉ số Dao động Nam là một đầu vào quan trọng đối với nhiều mô hình

dự baó mùa cho các vùng nhiệt đới bị ảnh hưởng của ENSO

Ở những vùng này, các quan hệ thống kê, bao gồm các tương quan tré (lag correlations) là cơ sở cho việc xây dựng các phương pháp dự báo vùng

Normand (1953) nghiên cứu ảnh hưởng của gió mùa châu Á đến dự báo ENSO đã tính hệ số tương quan của SOI mùa đông (tháng XI, I, ID với SOI mùa hè tiếp theo (tháng VI, VH, VHI và hệ số tương quan của SOI mùa hè (tháng VI, VIL,

XI với SOI mùa đông (tháng XH, [, II) tiếp theo trong thời kỳ 1935-1990 và thấy rằng quan hệ giữa SOI mùa hè với SOI mùa đông tiếp theo là rất tốt (r=0.7) và đi đến kết luận là ENSO có thể là một chỉ thị tốt về một mùa đông dị thường sắp tới ít nhất là 6 tháng trước, song lại rất ít có quan hệ với những sự kiện xảy ra trước đó (hình 1.7) Đặc trưng phan ánh trực tiếp nhất hiện tượng E1 Nino và La Nina là mức

độ đị thường của nhiệt độ nước biển ở vùng trung tâm và Đông Thái Bình Dương

Năm 1978, Quinn và những người cộng tác đã đưa ra một danh sách hiện tuong El Nino từ năm 1726 cùng với chỉ tiêu về cường độ của hiện tượng này theo

thang độ +‡ cấp: mạnh, trung bình, yếu và rất yếu, đựa trên những hiện tượng đọc bờ biển Nam XIỹ Tuy nhiên, những định nghĩa dựa trên cơ sở ban đầu của hiện tượng thường mang Ý nghĩa định tính Năm 1983, nhóm công tác của Uỷ Ban khoa học nghién cifu dai duong (Scientific Commitee on Oceanic Research Working Group) dua ra mot dinh nghia vé El Nino c6 tinh dinh luong hon, theo d6 “El Nino 1a su xuất hiện của nước ấm đị thường doc bd bién Ecuado và Péru dén tan phia Nam Lima (12°S) Theo dinh nghia nay, độ lệch dương của nhiệt độ trung bình nước biển

bể mặt phải vượt quá 1 độ lệch tiêu chuẩn ít nhất là 4 tháng liên tiếp Độ lệch của nhiệt độ trung bình này phải xảy ra ít nhất tại 3 hoặc 5 trạm ven biển Pêru.” Tuy nhiên định nghĩa này chỉ xem xét hiện tượng xảy ra ở ven biển Nam Mỹ và đã không được các nhà khoa học chấp nhận

Trên thực tế, sự nóng lên mạnh mẽ của nước biển cùng với sự thay đổi có tính dị thường của nhiều yếu tố liên quan khác xảy ra trên toàn vùng nhiệt đới phía Đông, thậm chí tới vùng trung tâm Thái Bình Dương Nhiều hoạt động khoa học có liên quan đến El Nino được tiến hành trên-khu vực 5°N-5°S, 150°W-90°W được gọi

là khu vực Nino-3 Cơ quan khí tượng Nhật Bản đã đưa ra một phương thức tương đối khách quan để xác định hiện tượng El Nino và được sự đồng tình của cộng đồng các nhà nghiên cứu về EI Nino Đó là: phân tích nhiệt độ trung bình tháng của nước biển bể mặt (SST) trên lưới 2°x2°, tính toán độ lệch của SST tháng trung bình cho khu vực 4?N-4°S, 150°W-90°W (xấp xỉ khu vực Nino-3), xác định thời gian, trong

đó giá trị trung bình trượt 5 tháng của độ lệch SST tháng ở khu vực nói trên >0.5°C kéo đài ít nhất 6 tháng liên tục

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Dé tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Hình 1.6 — Biến trình nhiều năm (1876 - 1996) của chỉ số Dao Động Nam

(Theo BMRC - Melbourne, Australia)

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

_ Bang 1.1: Céc mia dong El Nino, La Nina và không có ENSO

(Theo Quinn, 1978 và Trung tâm dự báo khí hau 1987-1997)

Từ đó, Trenbert và Hoar (1996a) đã đề nghị một khu vực mở rộng hơn về phía Tây

và về phía Nam, thực tế là khu vực mở rộng của Nino-3 và Nino-4, được gọi là Nino-3.5 là vùng cơ bản của El Nino (1996a) Đối với khu vực này, giá trị khởi điểm để xác định hiện tượng E1 Nho là 0.3°C

Trung tâm dự báo khí hậu thuộc cơ quan quốc gia về đại dương và khí quyển của Hoa Kỳ (NOAA) cũng chấp nhận ý nghĩa quan trọng của SSŠT ở trên khu vực nói trên và giới thiệu một chỉ số mới về SST gọi là NïNo-3.4 cho khu vực 5°N-5°S, 170°W-120°W (NOAA IV/1996) (hinh 1.8)

Trén co sé phuong phdp tinh va khu vic NiNo noi trén, NOAA da dua ra két quả tính chuỗi số liệu độ lệch SST tháng trung bình trượt 5 tháng cho khu vực NINO-3 va NINO-3.5 (hinh 1.9)

Trong suốt thời kỳ 1990-1994, vùng trung tâm Thái Bình Dương nóng hon bình thường; trong đó các pha nóng xuất hiện khá gần nhau có đỉnh vào mùa xuân

(của bán cầu Bắc) các năm 1992, 1993 và 1994,

Cùng với hiện tượng nóng lên dị thường của nước biển, đối lưu phát triển mạnh ở khu vực trung tâm và Đông Thái Bình Dương, gắn liền với sự suy yếu của gió Đông ở tầng thấp dọc theo xích đạo Các dự báo về nhiệt độ nước biển ở vùng NINO-3 trong thời kỳ này đều rất kém với những thiếu sót đáng chú ý của tất cả các

Hình 1.7 Các tường quan trẻ của chỉ số SOI:

Hình trên là chỉ số SOI mùa đông (dường liên) với SOI mùa

hạ kế tiếp (đường đứt) (Hệ số tương quan = 0.21) Hình dưới là chỉ số SÓI mùa hạ (dường lién) voi SOL mua đong kế tiếp (đường đứt) (Hệ số tương quan = 0.70)

(Theo Websier và Yang, 1992)

20

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Đông bán cầu Bắc Nguyên nhân của nó đến nay vẫn chưa được sáng tỏ Nhiều câu hỏi còn đang được đặt ra, trong đó có những vấn đề chỉ có thể trả lời trên cơ sở những nghiên cứu đầy đủ hơn, với phạm vi nghiên cứu rộng hơn, kể cả nghiên cứu

sự biến động thập kỷ và thế kỷ của ENSO và sự biến đổi khí hậu hiện đại do tác động của con người

Halpert va Ropelewski, 1989 va Trung tâm dự báo khí hậu, 1987-1996 đã sử dụng 3 tham số đặc trưng cho sự dị thường của khí quyển và đại đương liên quan đến ENSO Các tham số này được lựa chon đựa trên cơ sở các kỷ lục thời tiết lịch sử

và dùng để định nghĩa hiện tượng ENSO Đó là độ lệch lớn nhất của SST trung bình mùa đông ở xích đạo Thái Bình Dương, độ lớn của chênh lệch khí áp mặt biển trung bình mùa đông giữa Tahiti và Darwin so với độ lệch tiêu chuẩn (chỉ số Dao động Nam SOI) và vị trí trung bình của đường đẳng trị nhiệt độ nước biển 28°C giữa 3N và S°S Hiện tượng ENSO được coi là mạnh khi các trị số về SSTA và SOI bằng hoặc lớn hơn ¡ độ lệch tiêu chuẩn và coi là yếu đến trung bình khi chúng nhỏ hơn I

độ lệch tiểu chuẩn của các chỉ số tương ứng Kết quả phân loại ENSO theo SSTA có

4 mùa đông EI Nino và 3 mùa đông La Nina duoc coi là mạnh, phân loại theo SOI

có 2 mùa đông El No và 3 mùa đông La Nina được coi là mạnh Còn lại là các miia dong El Nino va La Nina yếu và trung bình (bảng 1.2 và 1.3)

Các mùa đông ELI Nino mạnh có giá trị trung bình của độ lệch SST ở vùng Nino-3 và Nino-4 >1.56°C Các mùa đông La Nina mạnh có độ lệch SST ở vùng Nino-3 và Nino-4 <- 1.33°C Tương tự như vậy, đối với SOI là <-2.3 và >1.8

Cuối cùng, kết quả phân loại các mùa đông theo vị trí đường đẳng SST 28°C trong vùng từ 5?N đến 5°S cho thấy, đối với hiện tượng E] Nino, đường phân chia là kinh tuyến 150°W và đối với hiện tượng La Nina là kinh tuyến 180° Vị trí của đường dang tri SST được chọn trên cơ sở khí hậu học của các hiện tượng E1 Nino mạnh và La Nina mạnh cho thấy, nói chung, chỉ trong thời kỳ El Nino mạnh, đường đẳng trị SST 28°C mới nằm ở phía Đông kinh tuyến 150°W, trong khi đó, chi trong thời kỳ La Nina mạnh, đường đẳng trị SST 28°C mới nằm ở phía Tây kinh tuyến 180° Kết quả phân bố rất thống nhất theo cách phân loại này, trong đó có 7 El Nino đường 28°C ở phía Đông và 5 El Nino ở phía Tây kinh tuyến 150°W, 6 La Nina ở phía Đông và 4 La Nina ở phía Tây kinh tuyến 180° (bảng 1.4)

Bảng 1 2: Phân loại các mùa đông ENSO theo SSTA

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Bảng 1.3: Phân loại các mùa đông ENSO theo SOI

Bang 1.4: Phan loai mia dong ENSO theo đường đẳng trị SST 28°C

trên khu vực xích đạo Thái Bình Dương (5°N-5°S)

Phía Đông kinh Phía Tâykinh | Phía Đông kinh Phía Tây kinh -

tuyến 150W; tuyến l50°W | tuyến 180° | tuyén 180° _

Vương Thiệu Vũ (Đại học Bắc Kinh Trung Quốc) đã xác định được 114 đợt

El Nino trong thoi ky 1470-1879 dựa trên nhiệt độ nước biển khu vực phía Đông _ xích dạo Thái Bình Dương (0°-10°S, 90°-180°W) va chi s6 Dao Dong Nam va cho rằng chu kỳ lặp lại trung bình là 4,5 năm/1 đợt

Năm 1987, Trung tâm chẩn đoán khí hậu (CDC) thuộc NOAA-CIRES va

Trường Đại học Tổng hợp Colorado ở Boulder (Klaus Wobter, 1987) đã đưa ra một chỉ số tổng hợp của ENSO, viết tất là MEI (Multivariate ENSO Index) MEI bao gồm Š yếu tố với 6 biến số là khí áp mặt biển, gió (vĩ hướng và kinh hướng), nhiệt

độ mặt nước biển, nhiệt độ không khí bề mặt và tổng lượng mây và được tính riêng

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

đối với từng yếu tố cho thời kỳ 2 tháng một và trượt 12 lần (tháng I/tháng II, tháng I/tháng II, tháng IH/háng IV tháng X/háng XI, tháng XLtháng XI) sau đó tổng hợp lại bằng việc chuẩn hoá (normalizing) phương sai tổng cộng (total variance) của mỗi trường rồi rút ra từng thành phần trên ma trận hiệp phương sai (co-variance matrix) của các trường tổng hợp (combined fields) Có thể hiểu MEI là trung bình gia trọng của các đặc trưng chủ yếu của ENSO bao hàm trong 6 biến số nói trên Hiển nhiên là MEI phản ánh đặc trưng của ENSO trong sự tương tác khí

quyển-đại dương CDC đã tính MEI trong thời kỳ từ 1950 đến 1998 (hình 1.10)

Các giá trị dương (độ lệch chuẩn đương) của MEI đặc trưng cho pha ENSO nóng (El Nino), các giá trị âm của MEI đặc trưng cho pha ENSO lạnh (La Nina)

Từ đồ thị điễn biến của ENSO trong khoảng nửa thế ký qua, có thể thấy trong thời kỳ từ 1950 đến giữa thập kỷ 70, số lần xuất hiện E1 Nino va La Nina có

vẻ như tương đương, nhưng từ nửa cuối thập kỷ 70 đến nay, EI Nino xuất hiện nhiều hơn La Nina

Phân tích chỉ số MEI cho 7 lần ElI Nino mạnh nhất kể từ 1950 đến nay là 1957/58, 1965/66, 1972/73, 1982/83, 1986/87, 1991/92 và 1997/98 cho thấy trong biến trình năm của chúng đều có 2 đỉnh tuy mức độ nổi bật không giống nhau,

trong đó đỉnh chính xuất hiện vào thời kỳ Đông Xuân (tháng XII-IV) của năm thứ

2 định phụ xuất hiện vào mùa hè (tháng VI-VIHI) của năm thứ nhất Riêng El Nino 1997/98 có 2 đỉnh với giá trị tương đương (độ lệch chuẩn +2.9) xuất hiện vào tháng

7/8 năm 1997 và tháng II, tháng HI năm 1998, thời gian có độ lệch chuẩn lớn hơn

2ö kéo dài cả năm (từ tháng V, VI/1997 đến tháng IV, V/1998) thể hiện sự nóng lên mạnh mẽ xuất hiện sớm và duy trì lâu ở vùng phía Đông Thái Bình Dương xích đạo Tuy nhiên trị số độ lệch chuẩn +3.5 của đỉnh MEI vào tháng HI năm 1983 trong chu k¥ El Nino 1982/83 là cao nhất trong thế kỷ Theo định nghĩa ở trên thì thời gian kéo dài của một chu kỳ E1 Nino là thời gian liên tục có độ lệch chuẩn dương (chí số MEI lớn hơn 0) Đối với 7 lần El Nino manh nhất nói trên, nhìn chung các pha nóng đều bắt đầu từ mùa xuân (tháng II, tháng IV) năm thứ nhất, song thời gian kết thúc không giống nhau: El Nino 82/83 kết thúc vào mùa thu (tháng IX, tháng X) năm thứ hai (kéo dài khoảng 18 tháng), El Nino 97/98 kết thúc vào tháng VII, thang VIHI (16 tháng), song cũng có những lần kéo dài hơn như E1 Nino 57/58,

86/87, 91/92 tới mùa đông xuân năm thứ ba và ngắn hơn như E1 Nino 65/66, 72/73

kết thúc vào tháng IV, tháng V của năm thứ hai chỉ có 14 tháng (hình 1.1L) Trung tâm chẩn đoán khí hậu (CDC) thuộc NOAA-CIRES cũng tnh chỉ số MEI cho 7 lần

La Nina mạnh nhất trong nửa thế kỷ qua Đó là các La Nina 1949/50, 1954/55, 1964/65, 1970/71, 1973/74, 1975/76, 1988/89 Hầu hết các La Nina này có trị số MEI thấp nhất vào mùa thu (tháng VIH, tháng IX, tháng X) của năm thứ nhất với gid tri <-16, cfc La Nina 1973/74, 1975/76 có trị số MEI-26, đặc biệt La Nina 1954/55 có trị số MEI thấp kỹ lục (-2.5ễ) xảy ra vào mùa hè (tháng V, tháng VT) của năm thứ hai

Tương tự với các lần El Nino mạnh nhất, các lần La Nina mạnh nhất cũng bắt đầu vào mùa xuân (tháng HE, IV, V), riêng La Nina 1998/99 bất đầu vào tháng 8/98, muộn hơn 4-5 tháng Thời gian kết thúc cũng không giống nhau, đa số các La Nina kéo dài sang mùa Đông-Xuân năm thứ ba, riêng các La Nina 1964/65

1975/76 kết thúc sớm hơn, ngay từ mùa xuân và La Nina 1988/89 kết thúc từ mùa

thu năm thứ hai (hình 1.12)

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Một số tác giả đã sử dụng lượng mưa hoặc trực tiếp hơn là bức xạ phát xa sóng đài (Outgoing Longwave Radiation) đo được bằng vệ tinh từ không trung, đặc trưng cho cường độ đối lưu, hoặc kết hop cả lượng mưa và bức xạ phát xa sóng dài, gọi là chỉ số mưa bức xạ phát xa song dai (Outgoing Longwave Radiation

Precipitation Index, viết tất là ,OPD để đánh giá ENSO Shukla (1987, 1991) đã

phân tích chuỗi số liệu mưa ở Ấn Độ thời kỳ 1871-1990 và có nhận xét rằng, những

năm hạn ở Ấn Độ có liên quan đến pha nóng của ENSO và những năm lụt gắn liền

với các pha lạnh (hình 1.13) Điểu đó cho thấy hoạt động đối lưu ở vùng bể nóng Tay Thái Bình Dương có thể ảnh hưởng đến cường độ và phân bố của giải mưa gió

mia 6 Chau A (Huang va Li, 1988)

Kripalani va Kulkarni, 1996 da tinh chỉ số mưa gió mùa Ấn Độ (tháng VI đến tháng EX) viết tất là IMR trong thời kỳ 1880-1990 Trong biến trình nhiều năm của [MR thể hiện rõ những thời kỳ mưa trên trung bình (1880-1895 và 1930-1963)

và những thời kỳ mưa dưới trung bình (1895-1930 và 1963 -1990) Các giá trị chuẩn hoá của IMR (the standardized IMR) đối với 14 lần El Nino trong thời kỳ mưa dưới trung bình và 9 lần El Nino trong thời kỳ mưa trên trung bình lần lượt là - 1.5 và -0.4 Sự chênh lệch đó là nổi bật với mức 1% cho thấy tác động của EI Nino trong thời kỳ mưa dưới trung bình nghiêm trọng hơn so với tác động của chúng trong thời kỳ mưa trên trung bình Một phân tích tương tự như vậy đối với mưa Ở Indonesia cho thấy các chuẩn sai trung bình của lượng mưa đối với 7 lần El Nino xảy ra trong thời kỳ mưa dưới trung bình là -1.1, trong khi đó đối với 6 trường hợp

El Nino trong thoi ky mua trên trung bình là -0.7 Chênh lệch này không có sự nổi bật thống kê cho thấy, El Nino có thể gây ra hạn hán ở Indonesia cả trong thời kỳ mưa dưới trung bình và trong thời kỳ mưa trên trung bình (Kripalani và Kulkami,

1976) Điều đó cũng giải thích vì sao El Nmo 1997 gay hạn hán nang 6 Indonexia,

trong khi đó ở Ấn Độ không bị hạn (từ sau 1990, lượng mưa gió mùa ở Ấn Độ đang

có xu thế tăng và trên trung bình)

Tahl.S Kestin, David J.Karoly, Jun-Ichi Yano thuộc Trung tâm nghiên cứu khí hậu, Trường Đại bọc Tổng hợp Monash ở Menbuốc, Australia và Nicola.A.Rayner thuộc Trung tam Hadley, Co quan khí tượng ở Braknell, (Anh) đã tiến hành phân tích tính biến động theo thời gian của ENSO thông qua các chỉ số SOI và SST ở khu vực Nino-3 và RAIN (chỉ số mưa Thái Bình Dương nhiệt đới) bằng các phương pháp phân tích tần suất-thời gian (phương pháp biến đối Fourier cửa số (Windowed Fourier Transform), phương pháp phân tích sóng con (wavelet Analysis) và phương pháp cửa sổ prony (Windowed Prony`s Method)) Chỉ số mưa

(RAIN) (theo WrighD) được sử đụng là lượng mưa mùa (3 tháng: XI, I, M và HL, IV,

V) ở vùng trung tâm Thái Bình Dương xích đạo trong thời kỳ 1893-1983 Các dạng phổ thu “được qua kiểm nghiệm chặt chế bằng phương pháp tính đồng dang (uncentered pattem correlation, Harman, 1976) giữa các đôi phổ cho thấy có sự phù hợp tốt giữa các phương pháp nói trên cũng như với các chuỗi số liệu SOI, SST và RANN và chúng có các dạng phổ rất giống nhau, thể hiện sự tồn tại một ưu thế đơn với sự biến đổi liên tục tần suất trong khoảng chu kỳ 2-8 năm, mà không có nhiều dạng kép với các tần suất không đổi Ngoài ra, các chuỗi số liệu SOI, SST và RAIN nói trên có tương quan với nhau cao trong cùng thời kỳ và các hệ số tương quan này thay đổi theo thời gian,

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Hình 111 Biên trình năm của chỉ xố MEI trong 7 năm Elnino mạnh nhất kể từ 1950

l (Theo Trung Tâm chẩn đoán khí hậu thuộc NOOA_CIRES)

Biến trình năm của chỉ số MEI trong 7 ndm Lanina mạnh nhất kể từ 1949

(Theo Trung Tâm chẩn doán khí hậu thuộc NOAA_CIRES)

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

z Hình l.13 Quan hệ giữa ENSO và lượng mua mùa hạ ở Án Độ

(Cột đen đậm là năm: Elnino Cột đen trắng là năm Lanina)

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

- Một trong những yếu tố phản ánh hoạt động đối lưu nhiệt đới, đặc biệt ở vùng nhiệt đới Thái Bình Dương có liên quan đến hiện tượng ENSO, đồng thời là một đặc trưng phản ánh sự phân bố mưa đối lưu ở nhiệt đới là bức xạ phát xạ sóng đài (the outgoing longwave radiation viết tắt là OLR)

Thông thường, khi hoạt động đối lưu yếu, lượng bức xạ phát xạ sóng đài từ mặt đất lớn, ngược lại, khi đối lưu phát triển, lượng mây đối lưu tăng lên, lượng bức

xạ phát xạ sóng đài giảm đi

Ở khu vực xích đạo và nhiệt đới Thái Bình Dương, thông thường vùng cực tiểu của OLR nằm ở phía Tây Thái Bình Dương xích đạo, ứng với vùng đối lưu mạnh, vùng cực đại của OLR nằm ở phía Đông Thái Bình Dương nơi có dòng giáng (hình 1.14) Trong điều kiện El Nino, vùng đối lưu mạnh ở phía Tây dịch chuyển về phía Đông, phù hợp với sự dịch chuyển của bể nóng Thái Bình Dương, đối lưu tăng lên ở vùng phía Đông và trung tâm Thái Bình Dương, lượng bức xạ phát xạ sóng dài giảm di (AOLR<0), trái lại ở vùng phía Tây đối lưu giảm đi, lượng bức xạ phát xạ sóng đài tăng lên Trong điều kiện La Nina, tình hình diễn ra ngược lại, vùng phía Tây Thái Bình Dương đối lưu tăng lên, OLR giảm đi, còn ở vùng phía Đông đối lưu giảm đi, OLR tăng lên (hình 1.15)

1.2.2 Các chương trình nghiên cứu, khảo sát thực nghiệm khí quyển và đại

dương khu vực Thái Bình Dương:

Như trên đã nói, việc nghiên cứu và quan trắc ENSO một cách có hệ thống

và tương đối toàn diện được thực hiện nhờ chương trình TOGA (1985-1994) Thực

ra trước TOGA, các nhà khoa học đã tiến hành nhiều chương trình quan trắc và thực nghiệm trên các vùng đại đương nhiệt đới Các chương trình quan trắc và thực nghiệm này đóng vai trò cơ bản trong việc nghiên cứu về động lực của đại dương trong cơ chế của ENSO Đó là chương trình thực nghiệm Bắc Đại Tây Dương (The North Pacific Experiment Program) (NORPAX) do Quy Khoa Hoc Quốc gia (National Science Foundation) và phòng Nghiên cứu Hải dương thuộc Hải quân Hoa Kỳ tiến hành (1971-1980) Lan đầu tiên, một hệ thống quan trắc đại dương được thiết lập gồm các máy đo nhiệt-áp tự ghi lắp đặt trên các tàu biển và thiết bị quan trắc mực nước biển ở các trạm đảo Ngoài ra, còn 6 chương trình quan trọng khác trong lĩnh vực khảo sát, thực nghiệm đại dương tiến hành trước chương trình TOGA là: chương trình thực nghiệm Ân Độ Duong (Indian Ocean Experiment INDEX-1976-1979), chương trình thực nghiệm con thoi gitta Hawai va Tahiti (Hawai to Tahiti Shuttle Experiment, 1979-1980), chuong trinh nghiên cứu khí hậu Thái Bình Dương xich dao (Equatorial Pacific Ocean Climate Studies-EPOCS-1979 -1994), chương trình thực nghiệm động lực xích đạo Thái Bình Dương (Pacific Equatorial Ocean Dynamics Experiment-PEQUOD-1981-1983), chương trình tương tác mùa của Đại Tây Dương xích dao (Seasonal Response of Equatorial Alanuc-SEQUAL-1983-1984) và chương trình nhiệt nội chí tuyến (Tropic Heat), 1984-1987 Các chương trình nghiên cứu và thực nghiệm nói trên đã cung cấp cơ sở

số liệu cho việc hiểu biết đầy đủ hơn về biến trình năm và biến đổi qua các năm của nhiều yếu tố ở vùng nhiệt đới thuộc 3 đại dương nói trên, đồng thời tạo sự chú ý nhiều hơn vào việc nghiên cứu động lực học ở vùng xích đạo đại dương trong cơ chế ENSO Chẳng hạn, giả thuyết về sóng Kelvin xích đạo của Wyrtki (1975) và bản chất của sóng ấy đã là đề tài tranh luận sôi nổi giữa các nhà lý thuyết và thực

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

hành Song nhờ vào việc phân tích các số liệu về mực nước biển và các yếu tố khác của lớp nước gần mặt thu được từ các chương trình NORPAX, EPOCS và PEQUOD, những vấn để trên đã được khẳng định Phân tích các số liệu thu thập được lần đầu tiên từ các trạm phao neo trên vùng Thái Bình Dương xích đạo năm

1979, trong thời kỳ tiến hành chương trình thực nghiệm thời tiết toàn cầu (Global Weather Experiment), đầu những năm 1980, chương trình EPOCS của NOAA đã khởi sự việc đo đạc đài hạn các yếu tố nhiệt độ và dòng chảy không khí bề mặt và lớp nước bên trên ở vùng xích đạo dựa vào mạng trạm phao neo, nhằm xác định biến trình năm của độ sâu nêm nhiệt và tốc độ dòng chảy ngầm xich dao (Halpern, 1987) để theo đõi sự xuất hiện của các sóng Kelvin (Philander và Seigel, 1985) Những kết quả đo đạc này đã khẳng định vai trò của hệ thống trạm phao trong việc theo đõi lâu dài, có hiệu quả, phục vụ việc mô tả và dự báo hiện tượng EI Nino, đặc biệt là từ sau EI Nino 1982-1983 Lần đầu tiên, các thông tin về sự tăng lên của độ sâu nêm nhiệt, sự mất đi của đồng chảy ngầm xích đạo, và sự xuất hiện của dòng nước ấm El Nino hướng về phía đông dọc theo xích đạo đã thu thập được nhờ hệ thống trạm phao này Các kết quả đơ đạc về gió trong thời kỳ chương trình SEQUAL đã cung cấp số liệu cho việc xác định yêu cầu hiểu biết về áp lực gió trung bình tháng, theo lý thuyết chuyển động tuyến tính cưỡng bức của Cane và

Sarachik (1978), với độ chính xác khoảng 0.1N/mỶ, trên các vùng có chiều rộng

500km đối với các mô hình động lực để tái lập sự xê dịch của nêm nhiệt khoảng

Šm đồng thời cũng cho thấy tầm quan trọng về độ chính xác của các thông tin về

áp lực gió trong vùng ống dẫn sóng xich dao (the equatorial wave guide) Chương trình PEQUOD cũng nghiên cửu nhiều hiện tượng khác nhau ở nhiệt đới và cho thấy có sự biến động rất mạnh mẽ của khí quyển với các quy mô ngắn hạn (chẳng hạn giữa chu kỳ 2 tháng và những nhiễu loạn đáng kể trong các vectơ gió thành phần), qua đó phát hiện ra nhiều khoảng trống trong chuỗi số liệu gió lịch sử, đặc biệt ở vùng nhiệt đới Thái Bình Dương mà Wyrtki và Meyers đã công bố trước đó

Chương trình TOGA tập trung vào việc thực nghiệm hiện trường trên một vùng địa lý xác định, trong một thời gian hạn chế để thu thập số liệu nhằm làm sáng

tỏ các quá trình vật lý cụ thể, về động lực học của khí quyển và đại dương Những

nỗ lực được tập trung nhiều nhất vào việc nghiên cứu thực nghiệm tương tác khí quyển-đại đương (Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment-COARE) trén khu vực phía Tây Thái Bình Dương xích đạo, nơi đựơc mệnh danh là bể nóng (warm pool) Thái Bình Dương với nhiệt độ nước bể mặt trên 29°C và [a mot trong các khu vực quan trọng nhất đối với quá trình phát triển của các chu kỳ ENSO

(Edward Sarachik et al 1996)

Toàn bộ khu vực nghiên cứu thực nghiệm của COARE với diện tích gần 300.000km? tir 20°S-20°N, 130°E-170°W được bố trí mạng trạm quan trắc tăng cường, có sự tham gia của tàu biển, máy bay, vệ tỉnh, rada cùng với các trạm cố định thuộc WMO (hình 1.16 và 1.17) Đáng chú ý nhất là thời kỳ quan trắc tập trung 4 tháng từ ngày 1 tháng XI năm 1992 đến 28 tháng II năm 1993-thời kỳ gió

mùa mùa đông ở Châu Á hoạt động mạnh nhất, được dự kiến là thời kỳ có sự tương

tác mạnh mẽ nhất giữa không khí và biển, đồng thời cũng trùng với thời kỳ chuyển tiếp từ pha lạnh sang pha nóng của hiện tượng ENSO bắt đầu vào đầu năm 1991 Thời kỳ quan trắc tăng cường tiến hành từ tháng IX nam 1991 đến tháng V năm

1994 với sự tham gia của 19 nước và vùng lãnh thổ Mục đích của chương trình

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

COARE là làm sáng tỏ mối quan hệ tương tác không khí và biển quy mô vừa và quy mô synop trong vùng bể nóng Thái Bình Dương, với hệ thống khí quyển-đại

dương quy mô lớn và ở trạng thái tần số thấp, đặc biệt là về sự trao đổi nhiệt, ẩm và

động lượng giữa không khí và biển ở vùng bể nóng do tác động của đại đương và khí quyển quy mô vừa và quy mô synop, cũng như các cấu trúc và hình thái của các thành phần quy mô vừa và quy mô synop ở vùng này Kết quả quan trắc cho thấy khu vực chịu ảnh hưởng của các điều kiện khí quyển và đại đương trong vùng

bể nóng Thái Bình Dương là rất rộng lớn, khẳng định các giả thuyết về vai trò của

sự tương tác biển-không khí trong thời kỳ TOGA COARE của vùng này đối với sự đao động trong mùa Các dao động khí quyển trong mùa đã xảy ra đồng thời với một số đợt gió tây thịnh hành, bao gồm đợt bột phát gió tây mạnh mẽ trong khu vực quan trắc tập trung từ ngày 20 tháng XII năm 1992 đến 3 tháng I nam 1993 Đợt bột phát này đã tạo ra một sóng Kelvin-xích đạo chuyển động về phía đông,

làm cho nêm nhiệt ở đây bị đẩy xuống sâu hơn, nước biển ngang theo xích

đạo Thái Bình Dương ấm lên Các dòng nước ấm trên mặt nước cũng bị đẩy

vẻ phía đông đồng thời với sự lạnh đi ở vùng phía Tây Thái Bình Dương do sự

trao đổi nhiệt giữa biển và không khí và sự xáo trộn của lớp nước bên trên Cũng từ những kết quả quan trắc mưa bằng Rada Doppler và tính thông lượng

ẩm giữa biển và không khí, người ta đã phát hiện ra rằng, khoảng 15% lượng

mưa lớn trên vùng bể nóng xảy ra trong điều kiện đối lưu nông tham gia vào

chu trình tuần hoàn ẩm địa phương chứ không phải đến từ hội tụ ẩm quy mô

lớn Lượng mưa này thường được gọi là “mưa nóng” (warm rain) có ý nghĩa quan trọng đối với việc mô hình hoá quá trình thích ứng của khí quyển quy

mô lớn đối với hoạt động đối lưu ở vùng này (Johnson et al, 1996, Lin và Johnson 1996a).Các hiện tượng mưa lớn được đánh giá là nguyên nhân gây ra những biến đổi nhiệt độ và độ mặn và do đó điều chỉnh sự xáo trộn lớp nước

bể mặt cũng như thông lượng nhiệt và đông lượng ở đây Trong thời kỳ bột phát của gió tây mạnh vào tháng XII năm 1992, lớp nước xáo trộn trở nên sâu hơn và lạnh hơn, trái lại, khi sự bột phát gió tây ngừng lại, mưa lớn làm cho lớp nước xáo trộn trở thành rất mỏng, cho phép nó nóng lên nhanh chóng, đạt gần đến mức thịnh hành trước khi xảy ra bột phát Dòng chảy mặt hướng đông mạnh đo áp lực của sự bạo phát gió tây làm tăng sự gián đoạn thẳng đứng (vertical shear) Điều đó làm duy trì sự xáo trộn bên dưới lớp nước xáo

trộn gần bể mặt khoảng vài ngày sau khi sự bạo phát ngừng hẳn, làm cho

vùng bể nóng trở nên nhạy cảm hơn đối với tác động nhiệt, động học của sự bao phat gid tay (Smyth et al 1996 a,b)

Trước chương trình COARE, người ta vẫn nghĩ rằng hoàn lưu khí quyển nhiệt đới có thể duy trì những dao động trong mùa 40-60 ngày (dao động Madden- Julian) mà không có bất cứ sự tác động nào của đại đương Các quan trắc thuộc chương trình COARE cho thấy rất rõ sự dao động trong mùa là hiện tượng song đôi, các quá trình đại đương có quan hệ chặt chẽ với các quá trình khí quyển theo các pha, tạo nên sự phản hồi qua lại, có ảnh hưởng mạnh mẽ đến cường độ và phạm vi của các đao động Các quan trắc của COARE và những mô phỏng số trị đã khẳng định một giả thuyết rằng chu trình thuỷ văn có ảnh hưởng quan trọng về nhiệt động học đối với lớp nước bên trên của đại dương Sự biến đổi của lượng mưa cục

Để tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Hình 1.14 Biến trình năm của phân bố bức xạ phát xụ sống dài trung bình tháng (OLR) (Theo Webster, 1995 )

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

20S

Hình 1.15 Đá lệch bức xa phát xạ sống dài trung bình nhìa đông đ khu vực Thái Bình

Dương trong các pha ENSO lanh (1976, 84, 89, 96) (a), cde pha ENSG

1054

Hinh 1.16 Sơ để cấu trúc các khu vực thực nghiệm của TOGA_COARE

LSD - khu vực quan trắc quy nô lớn OSA - khu vực quan trắc vòng ngoài

IFA - khu vực quan trắc tng CƯỜNG

: Hình 1.17 — Sơ dễ hệ thông quanh ác tăng cường khí vực Thái Bình Dưỡng

thuộc chương trình TÓCA

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước về ENSO - 2002

Ngay sau khi kết thúc chương trình COARE, tháng II] nam 1993, chương trình thực nghiệm trung tâm Thái Bình Dương (Central Pacific Experiment-CEPEX) được triển khai trên khu vực từ 160°E đến 155°W và kéo dài 1 tháng Chương trình CEPEX nhằm nghiên cứu, kiểm nghiệm giả thuyết về sự lạnh đi đo bức xa hạn chế nhiệt độ mặt nước biển (Newell 1979, 1986) và giả thuyết rằng sự giảm đi của bức

xạ tới của mặt trời bởi mây tỉ là nhân tố hạn chế quan trọng đối với nhiệt độ mặt nước biển (Ramanathan và Collin 1991) Các yếu tố được đo đạc gồm bức xạ, độ

ẩm và các đặc trưng vật lý quyết định sự thay đổi của nhiệt độ mặt nước biển do sự thay đổi bức xạ trong khí quyển, được thực hiện bởi các tàu thuỷ, máy bay, vệ tỉnh

và các trạm thuộc mạng lưới TOGA-TẠO (Tropical Atmosphere/Ocean) Tuy nhiên kết quả nghiên cứu cho thấy sự lạnh đi do bức xạ không đủ để hạn chế nhiệt

độ mặt nước biển và cũng không đưa ra được kết luận về vai trò quan trọng của mây

tí trong việc hạn chế này

Một chương trình khác được tiến hành trong thời kỳ TOGA COARE do NOAA và NSF phối hợp thực hiện là chương trình thực nghiệm Thái Binh Duong xfch dao (Equatorial Pacific Experiment-EqPac) Chuong trình EqPac nhằm mục đích kiểm tra các quá trình vật lý và sinh vật trong vùng lưỡi lạnh Thái Bình Dương xích đạo để xác định chu trình cac-bon và những ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng đến các hệ sinh vật, cũng như ảnh hưởng của hai yếu tố này đến thông lượng

cac-bon Chương trình được tiến hành trên khu vực từ 95°W đến 170W, LO°N-10°S

và thực hiện theo hai giai đoạn: từ tháng II đến tháng V/1992, khi nước tương đối

ấm và từ tháng VIII đến tháng X/1992 là thời kỳ quay trở lại các điều kiện của lưỡi lạnh bình thường ở vùng Đông Thái Bình Dương

Chương trình EqPac đã phát hiện ra rằng các nhân tố vật lý trong đại dương như sự biến động của nêm nhiệt, các sóng nhiệt đới không ổn định và các pha nóng lạnh của ENSO là những nhân tố chủ yếu kiểm soát các quá trình biến động hoá học và sinh học ở đây (Murray et al.1994) Chương trình cũng xác mỉnh rằng sự thải đioxide carbon vào khí quyển biến động theo các pha của ENSO: ít hơn trong điều kiện ấm, khi nêm nhiệt tương đối sâu và nước biển giàu carbon trao đổi với bề mặt ít hiệu quả nhất, và nhiều hơn trong điều kiện lạnh Các chất dinh dưỡng lớn (Macro-Nutrients) như Nitrat, cũng nhiều hơn trong thời kỳ lạnh

Trên vùng biển nhiệt đới Đại Tây Dương, trong thời kỳ 1990-1993 cũng tiến hành một chương trình thực nghiệm liên quan với chương trình TOGA COARE có tên là Chương trình thực nghiệm nhiệt đới Tây Đại Tây Dương (Western Tropical

Atlantic Experiment-WESTRAX) (Brown et al.1992) Chương trình WESTRAX

nhằm nghiên cứu cơ chế vận tải thông lượng nhiệt, muối và động lượng qua xích đạo và qua xoấy (cross-gyre) mà những nghiên cứu trước đó cho rằng các dòng chảy ở phía tây là liên tục từ xích đạo đến vùng biển Caribê trong thời kỳ mùa đông bắc bán cầu và là cơ chế vận tải chủ yếu của các thông lượng nói trên WESTRAX

đã phát hiện một vài cơ chế mới của việc trạo đổi vật chất qua xích đạo và qua xoáy