Biến động mùa và nhiều năm của trường nhiệt độ nước mặt biển và sự hoạt động của bão tại khu vực Biển Đông Đinh Văn ưu, Phạm Hoàng Lâm Khoa Khí tượng - Thủy văn & Hải dương học Đại h
Trang 1Biến động mùa và nhiều năm của trường nhiệt độ nước mặt biển và sự hoạt động của bão tại khu vực
Biển Đông
Đinh Văn ưu, Phạm Hoàng Lâm
Khoa Khí tượng - Thủy văn & Hải dương học
Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội
Tóm tắt Nằm trong khu vực có trữ lượng nhiệt lớn nhất các đại dương, bồn nước
ấm tây Thái Bình Dương bao gồm phần lớn Biển Đông có một vai trò hết sức
quan trọng đối với sự hình thành và biến động của nhiều hiện tượng thời tiết, khí
hậu khu vực cũng như toàn cầu như gió mùa, bão và áp thấp nhiệt đới Những
biến động của trường nhiệt độ nước mặt biển khu vực Biển Đông được thể hiện
rõ nét qua quá trình xâm nhập của lưỡi nước lạnh mùa đông dọc theo rìa tây bồn
nước ấm sát bờ Việt Nam và hiện tượng nước trồi trong gió mùa tây nam cũng
trên khu vực tây Biển Đông
Các kết quả phân tích số liệu cho thấy có những biến động đáng kể của trường
nhiệt độ nước mặt biển và hoạt động của bão nhiệt đới trên khu vực nghiên cứu
đặc biệt trong thập niên gần đây Tuy chưa có được các quan hệ định lượng giữa
các biến động này với các chu kỳ dao động mùa và nhiều năm của các đặc trưng
khí tượng-hải dương khác, song những tác động đáng kể của một số hiện tượng
quy mô toàn cầu như ENSO lên chế độ nhiệt và hoạt động bão đã được ghi
nhận Những mối quan hệ này cần được đi sâu nghiên cứu trong thời gian tới
nhằm mục đích xác lập các quy luật biến động cho phép xây dựng các mô hình
dự báo đáp ứng các yêu cầu khoa học và thực tiễn
1 Mở đầu
Tây Thái Bình Dương là một trong những khu vực hoạt động mạnh của bão nhiệt
đới Do bão nhiệt đới chủ yếu được hình thành trên đại dương nên chịu ảnh hưởng khá lớn của các đặc trưng khí tượng và hải dương toàn cầu cũng như khu vực Sự biến đổi của cấu trúc nhiệt trên bồn nước nóng tây Thái Bình Dương bao gồm một phần Biển
Đông có thể gây ảnh hưởng đến quy luật phát sinh và hoạt động của các cơn bão trên khu vực nghiên cứu Việc xác định được khả năng chẩn đoán và dự báo những biến
động này sẽ mang lại nhiều lợi ích cho các quốc gia có chủ quyền trong khu vực
2 Dữ liệu và phương pháp
Thông tin chi tiết về thời điểm hình thành, phát triển và kết thúc cùng với quỹ
đạo của các cơn bão nhiệt đới tại khu vực tây Thái Bình Dương được Trung tâm Khí tượng và Hải dương của Hải quân Hoa Kỳ (NPMOC/JTWC) tập hợp và công bố Trường nhiệt độ nước mặt biển (SST) trung bình nhiều năm được xây dựng dựa vào kết quả phân tích trung bình 2 tháng với lưới 1/4 độ, sử dụng phương pháp phân tích 3 chiều (VIM) do Đinh Văn Ưu và Brankart (1997) triển khai từ bộ số liệu Atlas đại dương thế
127
Trang 2giới (WOA) Số liệu SST từ những năm 1990 đến năm 2001 được lấy từ bộ số liệu của chương trình WOCE (2001) Ngoài ra các trường số liệu SST và mực biển (SSH) trung bình tháng từ năm 1997 đến nay được cập nhật từ Internet
Với các trường số liệu hiện có, chúng tôi sử dụng các phương pháp phân tích thống kê theo không gian với quy mô mùa và quy mô mười năm đánh giá các quy luật biến động của bão, nhiệt độ nước mặt biển và đặc biệt là tìm hiểu các mối quan hệ tác
động qua lại giữa chúng với nhau
3 Kết quả và thảo luận
3.1 Biến động trường nhiệt nước mặt biển khu vực Biển Đông
Sự khác biệt giữa mùa Hè và mùa Đông của trường nhiệt độ nước mặt và hoàn lưu tại khu vực Biển Đông là rất rõ ràng Vào mùa đông có sự xâm nhập sâu của lưỡi lạnh xuống phía nam, đường đẳng nhiệt 250C xuống tới 80 vĩ bắc (Hình 3.1a) Quá trình này dẫn đến hiện tượng ăn mòn mép tây bắc của bồn nước ấm tồn tại thường xuyên trên khu vực nhiệt đới xích đạo tây Thái Bình Dương Trường gió Đông Bắc thổi với tần suất lớn, mang theo không khí lạnh và hoàn lưu xoáy thuận lớn trên biển đã góp phần lớn sinh ra hiện tượng này Nền nhiệt trung bình mùa đông khá thấp với sự biến động của trường nhiệt độ theo cường độ giảm dần từ phía gần bờ biển Việt Nam ra ngoài khơi Cùng với trường nhiệt độ nước mặt biển, bức tranh hoàn lưu tầng mặt tại khu vực này cũng rất phức tạp Dòng chính là dòng chảy mạnh đi từ phía đông bắc Biển Đông chảy song song với bờ biển Việt Nam với vận tốc có thể lớn hơn 1,0 m/s Bên cạnh xoáy thuận chính còn tồn tại một số xoáy quy mô vừa như trên khu vực Hoàng Sa và Trường
Sa
Vào mùa hè trường nhiệt độ không có nhiều biến động, nền nhiệt tương đối cao mang đặc trưng của vùng biển nhiệt đới, nhiệt độ chỉ dao động xung quanh 290C Tuy nhiên vào thời điểm này có một hiện tượng cục bộ tại khu vực biển miền Trung với tần xuất xảy ra khá thường xuyên từ năm này qua năm khác, đó là hiện tượng nước trồi
Có thể thấy nhiệt độ nước mặt biển tại khu vực biển miền Nam Trung Bộ luôn có xu thế tạo thành một lưỡi lạnh kéo dài ra phía biển theo hướng đông (hình 3.1b) Nếu lấy
đường 280C làm biên ngoài thì vùng nhiệt độ thấp đó có diện tích tương đối lớn, nhiệt
độ nhỏ nhất có thể xuống tới 240C, đó chính là biểu hiện của hiện tượng nước trồi mạnh Hiện tượng nước trồi cũng được phản ánh qua trường hoàn lưu biển với dòng chảy chính đi từ phía nam tạo nên hiện tượng tách bờ cùng với xoáy thuận cục bộ tại khu vực nước trồi Khi theo dõi diễn biến của hiện tượng nước trồi chúng tôi thấy rằng bên cạnh một số năm nước trồi xảy ra với cường độ mạnh, cũng có năm chỉ xảy ra với cường độ yếu, thậm chí hầu như không thấy xảy ra Trong phần tiếp theo chúng tôi sẽ phân tích một ví dụ trên cơ sở các số liệu năm 1997 và 1998 khi hiện tượng El Nino hoạt động mạnh trên khu vực Thái Bình Dương và có tác động toàn cầu
Trang 3Hình 1a: Nhiệt độ tầng mặt mùa đông Hình 1b : Nhiệt độ tầng mặt mùa hè
Hiện tượng lưỡi lạnh xâm nhập sâu xuống phía nam vào mùa Đông và hiện tượng nước trồi xảy ra vào mùa Hè là những đặc trưng quan trọng của khu vực Biển Đông, chúng xảy ra thường xuyên nhưng có diễn biến hết sức phức tạp từ năm này qua năm khác Với tác động của các hiện tượng này lên biến động của bồn nước ấm tây Thái Bình Dương chắc chắn sẽ gây nên những phản ứng khác nhau trong hoàn lưu khí quyển khu vực trong đó có hoạt động của gió mùa và áp thấp nhiệt đới trên khu vực Biển Đông Như đã trình bày ở phần trên chúng tôi đưa ra một số kết quả phân tích trường nhiệt
độ nước mặt biển trong các năm 1997 và 1998 nhằm nêu bật quy mô biến động của các quá trình vừa nêu
Trong thập niên cuối của thế kỷ 20 có một lần hiện tượng ENSO hoạt động mạnh nhất kéo dài từ khoảng tháng 5 năm 1997 đến mùa hè năm 1998 Sự hoạt động của hiện tượng này làm cho trường nhiệt độ nước mặt biển biến đổi một cách đáng kể Vào mùa Đông, so sánh 2 trường nhiệt tháng 1 năm 1997 và tháng 1 năm 1998 có thể thấy
rõ hiện tượng nóng lên đáng kể trong mùa Đông năm 1998 với sự suy yếu của lưỡi lạnh ven bờ tây Biển Đông Trong khi đó vào mùa đông năm 1997, trước khi El Nino xuất hiện, lưỡi lạnh ven bờ tây Biển Đông còn hoạt động khá mạnh Sự hiện diện của nước trồi trong 2 mùa hè cũng cho thấy ảnh hưởng của ENSO lên trường nhiệt độ nước mặt biển khu vực Biển Đông
Mùa Hè năm 1997 khi ENSO bắt đầu hoạt động tương ứng với sự suy yếu của tín phong dẫn đến sự gia tăng của hoạt động gió mùa Tây Nam, điều này có thể thấy rõ sự gia tăng của hoạt động nước trồi trên vùng biển ven bờ miền Trung (hình 3.1g) Lưỡi nước lạnh trong thời kỳ này đã lan theo dòng chảy đến quá trung tâm biển Trong khi vào mùa hè năm 1998, khi kết thúc pha ấm của ENSO, sự tăng cường của tín phong cũng đồng nghĩa với suy yếu hoạt động gió mùa tây-nam dẫn đến sự suy giảm của hiện tượng nước trồi trên vùng biển ven bờ miền Trung Trường nhiệt độ nước mặt biển tháng 8 năm 1998 dẫn ra trên hình 3.1h cho ta thấy mực độ ảnh hưởng của hiện tượng ENSO lên trường nhiệt biển Đông
Trang 4Hình 1c: Nhiệt độ nước mặt tháng 1 năm 1997 Hình 1d: Nhiệt độ nước mặt tháng 1 năm 1998
Hình 1e: Nhiệt độ nước mặt tháng 8 năm 1997 Hình 1f: Nhiệt độ nước mặt tháng 8 năm 1998
Như đã phân tích ở phần trên, sự biến động của trường nhiệt Biển Đông có tác
động làm biến dạng bồn nước nóng tây Thái Bình Dương có thể là một nguyên nhân gây nên biến động của các áp thấp nhiệt đới và báo trên khu vực trong đó có Việt Nam Trong phần tiếp theo chúng tôi dẫn ra một số kết quả phân tích biến động của hoạt
động bão trên khu vực này trong nửa thế kỷ gần đây
Trang 53.2 Biến động của hoạt động bão nhiệt đới tại tây Thái Bình Dương và Biển Đông
Theo số liệu hiện có, trong thời kỳ từ năm 1960 đến năm 1999 (bảng 3.2), sự hoạt
động của các cơn bão nhiệt đới tại khu vực tây Thái Bình Dương có sự biến động tương
đối lớn từ cực đại 35.6 vào thập niên 60 xuống 28.5 ở thập niên 70 và 28.1 ở thập niên
80 rồi trở lại 34.7 vào thập niên 90 Riêng tại khu vực Biển Đông lại có sự khác biệt
đáng kể so với toàn vùng, vào thập niên 60 lại có số cơn bão xuất hiện là ít nhất, vào các thập niên 70 và 80 thì lại nhiều hơn giá trị trung bình và đạt cực đại vào thập niên 90 Trung bình mỗi năm có khoảng 3 cơn bão được hình thành trên Biển Đông, riêng vào thập niên 90, trung bình lên tới 4,6 cơn bão
Bảng 1a Bảng thống kê hoạt động bão trên Biển Đông và tây Thái Bình Dương
Bão phát sinh trên Biển Đông Bão hoạt động trên Biển Đông Bão phát sinh ở
Tây Thái Bình Dương Thời kỳ
TC TCA TC TCA TC TCA 1960-1969 2 -0.6 7.6 -3.6 35.6 3.8 1970-1979 1.7 -0.9 11.9 0.7 28.5 -3.3 1980-1989 2.1 -0.5 11.4 0.2 28.1 -3.7 1990-1999 4.6 2 14.3 3.1 34.7 2.9
Bảng 1b Số cơn bão trong các năm 2000-2003
Năm Số cơn bão hoạt động trên
Biển Đông
Số cơn bão hoạt động trên Tây Bình Dương
Trong những năm 2000, 2001 và 2002 (bảng 3.1b) tần xuất bão xuất hiện taị tây Thái Bình Dương đều lớn hơn trung bình nhiều năm, tuy nhiên đến năm 2003 số cơn bão lại giảm xuống chỉ còn có 27 cơn
Như vậy có thể thấy có những biến động đáng kể của tần suất hoạt động bão nhiệt đới trong thời gian qua cả trên toàn khu vực tây Thái Bình Dương lẫn Biển Đông
Để tìm ra nguyên nhân, chúng ta có thể xem xét biến động của trường nhiệt độ nước mặt biển trên khu vực, nhưng do chuỗi số liệu nhiệt chưa đủ dài, chúng ta thử tiến hành xem xét mực độ liên quan giữa chúng với các chỉ số khí hậu có ảnh hưởng đến khu vực nghiên cứu
3.3 Sự thay đổi của hoạt động bão nhiệt đới và các chỉ số khí hậu
Hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới xuất hiện ở Tây Thái Bình Dương từ năm
1960 đến năm 2002 được đánh giá bằng độ lệch của từng năm so với trung bình nhiều năm (TCA) Có thể nhận thấy giá trị tần suất bão trong thời gián qua có nhiều biến
động với 3 giai đoạn chính Giai đoạn đầu từ năm 1960 đến năm 1978 có sự biến động
Trang 6mạnh của hoạt động bão, trong thời kỳ này có cả cực đại vào năm 1964 với 44 cơn bão
và cực tiểu vào năm 1977 với 21 cơn bão Giai đoạn thứ hai từ năm 1979 đến năm 1988 tần suất bão có sự biến động không lớn, đường đồ thị biến thiên không có những thay
đổi đáng kể, số cơn bão xuất hiện ở Tây Thái Bình Dương trung bình khoảng 28 cơn Giai đoạn cuối cùng là từ năm 1989 đến nay, số cơn bão hoạt động và thay đổi qua từng năm tương đối mạnh, trung bình vào khoảng 33 cơn
Tỷ lệ số cơn bão xuất hiện trên Biển Đông so với các vùng khác thuộc Tây Thái Bình Dương là tương đối lớn, điều đó nói lên rằng Biển Đông là khu vực bão hoạt động mạnh và tại đây cũng có những biến động tương đối phức tạp Có thể thấy đến gần một nửa số cơn bão hoạt động trên Biển Đông được phát sinh tại chỗ Như vậy điều kiện hải dương khu vực Biển Đông có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng phát sinh bão nhiệt đới trên toàn khu vực
So sánh dị thường chỉ số dao động Nam (SOIA) – một chỉ số đồng hành của ENSO- có thể thấy xu thế biến đổi của SOIA cũng tương tự như TCA (hình 3.3a) Vào những năm có chỉ số SOIA thấp cũng đồng thời là những năm mà có ít bão xuất hiện tại khu vực Tây Thái Bình Dương Như vậy vào những năm có hiện tượng El Nino xuất hiện có thể sẽ làm cho sự hoạt động của các cơn bão tại khu vực này giảm đi
Tuy nhiên mối tương quan giữa hoạt động của bão và hiện tượng El Nino chưa thật rõ ràng, chúng ta chỉ bước đầu tìm hiểu được sự tương quan này một cách định tính qua đó đặt ra những hướng nghiên cứu tiếp theo cho phép tính toán và dự báo chúng
Với số liệu hiện có về nhiệt độ nước mặt biển 14 năm trở lại đây tại khu vực Biển
Đông chúng tôi thử nghiệm đánh giá dị thường của chúng (và tìm mối liên hệ với các chỉ số khí hậu khu vực như SOI Có thể thấy rằng từ năm 1990 đến nay (hình 3.3c, 3.3d) trường nhiệt độ nước mặt biển biến động khá mạnh trong cả mùa hè cũng như mùa đông với cực đại vào năm 1998, năm kết thúc của El Nino
-15 -10 -5 0 5 10 15
WPTCOC SCSTCOC SCSTCGE
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Hình 3a: Đồ thị biến thiên độ lệch trung bình nhiều năm
của hoạt động bão và chỉ số dao động nam (SOI)
ở Tây Thái Bình Dương
- TCA: Độ lệch trung bình nhiều năm của hoạt
động bão,
- SOIA: Độ lệch trung bình nhiều năm của chỉ số
dao động nam
Hình 3b: Đồ thị biến thiên độ lệch trung bình nhiều năm của hoạt động bão ở Tây Thái Bình Dương và Biển Đông
- WPTCOC: Bão hoạt động ở Tây Thái Bình Dương
- SCSTCOC: Bão hoạt động ở Biển Đông
- SCSTCGE: Bão phát sinh ở Biển Đông
Trang 7-1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5
January February November December
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
August September
Hình 3c: Đồ thị biến thiên độ lệch trung bình nhiều
năm của nhiệt độ nước mặt vào thời kỳ mùa hè
(Tháng 6 đến tháng 9) ở Biển Đông
Hình 3d: Đồ thị biến thiên độ lệch trung bình nhiều năm của nhiệt độ nước mặt vào thời kỳ mùa đông (Tháng 11
đến tháng 2) ở Biển Đông
4 Kết luận
Tây Thái Bình Dương với sự hiện diện của bồn nước ấm trên mặt biển cũng là khu vực có những biến động khá phức tạp của các điều kiện khí tượng cũng như hải dương trong đó có hoạt động mạnh của các cơn bão nhiệt đới
Biển Đông nằm trong khu vực này, lại có những điều kiện tự nhiên khá đặc biệt, vì vậy các đặc trưng khí tượng và hải dương chịu tác động của hoạt động gió mùa Một
đặc điểm khá nổi bật đối với trường nhiệt độ nước mặt biển là sự hình thành lưỡi lạnh xâm nhập sâu xuống phía nam vào mùa đông và hiện tượng nước trồi gần bờ vùng biển Trung Bộ và Nam Trung Bộ Các hiện tượng này dẫn đến sự biến động về phạm vi và cường độ của bồn nước ấm tây Thái Bình Dương trên khu vực Biển Đông, từ đó gây ảnh hưởng đến hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới trên toàn khu vực
Hiện tượng ENSO được thể hiện qua chỉ số dao động Nam (SOI) có những quan
hệ nhất định đối với sự hoạt động của bão nhiệt đới trên khu vực tây Thái Bình Dương
và Biển Đông Nhìn chung 40 năm trở lại đây, tuy hoạt động bão biến động không theo quy luật nhất định, nhưng có thể dễ dàng thấy khi hiện tượng El Nino hoạt động mạnh thì sự hoạt động của bão nhiệt đới trên toàn khu vực giảm Những biến động của trường nhiệt độ nước mặt biển và hoàn lưu trên Biển Đông trong các thời kỳ này là
đáng kể Tương quan giữa hiện tượng El Nino cũng như các quá trình thời tiết khí hậu quy mô lớn đến điều kiện hải dương Biển Đông còn chưa được nghiên cứu kỹ, nhưng căn cứ theo xu thế biến động của chúng có thể thấy sự cần thiết phải nghiên cứu kỹ hơn các quy luật biến động của trường nhiệt Biển Đông và những hiện tượng khu vực có liên quan như gió mùa để có thể tiến tới dự báo chúng
Tài liệu tham khảo
1 Đinh Văn Ưu, Phạm Văn Huấn, Đoàn Văn Bộ, Nguyễn Thọ Sáo, 1999 Mô hình 3 chiều (3D) nghiên cứu biến động cấu trúc nhiệt muối và hoàn lưu Biển Đông trong điều kiện gió mùa
biến đổi, Tuyển tập Hội nghị khoa học Biển toàn quốc lần thứ IV, tập I, Hà Nội, 1999
2 Lê Đình Quang, 1991 Mô hình bão (thời kỳ Tropical Storm) tổ hợp trên Biển Đông, Tuyển
tập Hội nghị khoa học Biển toàn quốc lần thứ III, tập 2, Hà Nội, 1991
Trang 83 Nguyễn Doãn Toàn Sự biến đổi của nhiệt độ nước bề mặt vùng thềm lục địa Việt Nam thời
kỳ Elnino 1982 ư 1983 và 1986 ư 1987, Tuyển tập Hội nghị khoa học Biển toàn quốc lần thứ
III, tập 2 , Hà Nội, 1991
4 Vùng nước trồi mạnh Nam Trung Bộ, 1997, Tuyển tập các công trình nghiên cứu vùng nước
trồi mạnh Nam Trung Bộ, Viện Hải Dương học
5 Dinh Van Uu and J-M, Brankart, Seasonal variation of temperature and salinity fields and
water masses in the Bien Dong (South China Sea), J Mathematical and computer
Modeling, No 12., 1997
6 Dinh van Uu, 1998 The seasonal variability of the circulation anh thermohaline structure
of the Bien Dong (South China) sea in the condition of reversing monsoon winds Proceeding
of the IV International Scientific Symposium, IOC/WESTPAC, Okinawa
7 Dinh Van Uu, Development and application of the three-dimensional Basin-Scale model to investigate the seasonal and general circulation in the West Pacific marginal seas in the
condition of Monsoon, Proceeding of V IOC/WESTPAC Scientific Symposium, Seoul, August
2001, CD-ROM (8 pp), 2001
8 NPMOC /JTWC (Naval Pacific Meteorology and Oceanography Center ư Joint Typhoon
Warning Center) Website: https://metoc.npmoc.navy.mil/jtwc.html
9 WOCE (World Ocean Circulation Experment) Global Data, 2001 Topex/Poseidon Sea
Surface Height and AVHRR Sea Surface Temperature Jet Propulsion Laboratory, Physical
Oceanography Distributed Active Archive Center, NASA.
VNU JOURNAL OF SCIENCE, Nat., Sci., & Tech., T.xXI, n 0 3AP., 2005
Seasonal to decadal variability of the tropical cyclone activity and sea surface temperature
iN the Bien Dong
Dinh Van Uu, Pham Hoang Lam
Department of Hydro-Meteorology & Oceanography
College of Science, VNU
The West Pacific warm pool contain majority of Bien Dong that have important role with the formation and variation of local and global climate phonomena such as moonsoon, typhoon and tropical cyclone Variation of Bien Dong sea surface temperature field is presented by the trespassing of cool tongue to the south in the winter and the upwelling in the summer along the west past of the Sea
The analysis results show that the sea surface temperature and tropical cyclone activity changed significantly in that region, especially in the last decades Although quantitative relationship between these variations and seasonal and annually variability of meteorological and oceanographical characteristics has define not yet, but global-scale ENSO significantly influences on the heat regime and tropical cyclone activity is also recognized Analyzing these interactions is important for improuved understanding of their physics and providing the initial condition for prediction model
