Nghiên cứu về sự biến đổi ngày bắt đầu gió mùa mùa hè trên khu vực nam bộ

Phạm vi nghiên cứu: Để phục vụ cho tính toán chỉ số mưa và đánh giá xu thế biến đổi ngày bắt đầu gió mùa mùa hè nên bộ số liệu tính toán cần có thời gian đủ dài do vậy đề tài đã lựa chọn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM

KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

NGUYỄN THỤY GIA UYÊN

NGHIÊN CỨU VỀ SỰ BIẾN ĐỔI NGÀY BẮT ĐẦU GIÓ

MÙA MÙA HÈ TRÊN KHU VỰC NAM BỘ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KHÍ TƯỢNG HỌC

Mã ngành: 52410221

TP HỒ CHÍ MINH – 11/2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM

KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VỀ SỰ BIẾN ĐỔI NGÀY BẮT ĐẦU GIÓ

MÙA MÙA HÈ TRÊN KHU VỰC NAM BỘ

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thụy Gia Uyên MSSV: 0250010043 Khóa: 2013 – 2017

Giảng viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Thu Hằng

TP HỒ CHÍ MINH – 11/2017

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn đến cô Lê Thị Thu Hằng, cô đã trực tiếp hướng dẫn em, cô đã kiên trì giúp đỡ chỉ bảo tận tình từng bước nghiên cứu, cũng như định hướng chủ đề và tạo điều kiện cho em trong quá trình làm đồ án Em cảm ơn cô

về những kiến thức quý báu, những lời góp ý chân thành để giúp em có thể hoàn thành tốt bài đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn đã cung cấp cho em những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về

cơ sở vật chất trong suốt thời gian học tập và thực hành

Đông thời, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, người than và bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thiện quá trình học tập của mình

Dù em đã cố gắng rất nhiều trong quá trình làm đồ án Tuy nhiên, vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báo của quý Thầy cô và các bạn để cho bài đồ án của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Nguyễn Thụy Gia Uyên

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIÓ MÙA 3

1.1 Gió mùa 3

1.1.1 Khái niệm gió mùa 3

1.1.2 Những nhân tố hình thành gió mùa 5

1.1.3 Biến trình năm của gió mùa 10

1.2 Đặc điểm hoạt động của gió mùa mùa hè 12

1.2.1 Các thành phần của gió mùa mùa hè 12

1.2.2 Cơ chế hoạt động của gió mùa mùa hè 13

1.3 Một số nghiên cứu về hoạt động của gió mùa mùa hè 14

1.3.1 Nghiên cứu trên thế giới 14

1.3.2 Nghiên cứu ở Việt Nam 17

1.4 Đặc điểm địa hình và khí hậu khu vực Nam Bộ 21

1.4.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình 21

1.4.2 Những đặc điểm chính của khí hậu Nam Bộ 22

CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Phương pháp nghiên cứu 25

2.1.1 Tổng hợp các chỉ số gió mùa 25

2.1.2 Các chỉ số gió mùa sử dụng trong đề tài 27

2.2 Số liệu nghiên cứu 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 31

3.1 Ngày bắt đầu gió mùa Nam Bộ 31

3.2 Xây dựng chỉ số gió mùa 35

3.2.1 Thử nghiệm chỉ số gió vĩ hướng – chênh lệch lượng mưa ngày 37

3.2.2 So sánh kết quả các chỉ số 45

3.3 Sự biến động ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ dựa trên chỉ tiêu mưa 47 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC PL.1

ENSO: Dao động nam (El Niño–Southern Oscillation)

RAMS: Mô hình khí quyển khu vực (The Regional Atmospheric Model System) KKL: Không khí lạnh

CCS: Các cộng sự

U850: Gió vĩ hướng mực 850hpa

NOAA: Cơ quan khí quyển và đại dương quốc gia, Mỹ (The National Oceanic and Atmospheric Administration)

PRECIS: Mô hình khí hậu động lực khu vực, Anh (Providing Regional Climates for Impacts Studies)

20C3M: Thí nghiệm mô phỏng khí hậu thế kỷ 20 được thực hiện trong một số mô hình

NCEP: Trung tâm dự báo môi trường quốc gia, Mỹ (National Centers for Environmental Prediction)

NCAR: Trung tâm Nghiên cứu khí quyển quốc gia, Mỹ (National Center for Atmospheric Research)

GFS: Hệ thống dự báo toàn cầu (Global Forecast System)

CMAP: Bộ dữ liệu mưa của Trung tâm dự báo Khí hậu Mỹ (Climate Prediction Center Merged Analysis of Prediction)

OLR: Bức xạ sóng dài đi ra từ đỉnh khí quyển (The Outgoing Longwave Radiation)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Một số chỉ số gió mùa cho khu vực Châu Á và Việt Nam 25

Bảng 2.2 Danh sách các trạm khí tượng được lựa chọn 29

Bảng 3.1 Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ giai đoạn 1985 - 2014 31

Bảng 3.2 Ngày bắt đầu gió mùa trên khu vực Nam Bộ giai đoạn 1985 - 2014 33

Bảng 3.3 Sự chênh lệch lượng mưa ngày giai đoạn 1985 - 2014 36

Bảng 3.4 Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ giai đoạn 1985 - 2014 44

Bảng 3.5 Bảng so sánh giữa chỉ số mưa, chỉ số gió vĩ hướng và chỉ số gió vĩ hướng - chênh lệch lượng mưa ngày giai đoạn 1985 – 2014 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các vùng gió mùa trong khu vực gió mùa châu Á 4

Hình 1.2 Vùng có gió mùa theo Ramage 5

Hình 1.3 Sự phân bố của cán cân bức xạ bề mặt Trái đất trong mùa hè (a) và mùa đông (b) ở bán cầu Bắc 7

Hình 1.4 Vai trò của đối lưu sâu trong quá trình giải phóng tiềm nhiệt tạo nên hoàn lưu gió mùa Đối lưu càng sâu ORL (bức xạ sóng dài đi) càng nhỏ 8

Hình 1.5 Ảnh hưởng sự tự quay của Trái Đất đến hoàn lưu gió mùa 9

Hình 1.6 Chu trình năm của gió mùa của Fein và Stephens 11

Hình 1.7 Sơ đồ các thành phần của gió mùa mùa hè 12

Hình 1.8 Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày trung bình thời kỳ 1951 – 1996 trên khu vực bán đảo Đông Dương 15

Hình 1.9 Bản đồ vị trí địa lý khu vực Nam 21

Hình 3.1 Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ, giai đoạn 1985 – 2014 32

Hình 3.2 Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ giai đoạn 1985 – 2014 34

Hình 3.3 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 1992 37

Hình 3.4 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 1995 37

Hình 3.5 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 1996 38

Hình 3.6 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 1997 39

Hình 3.7 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 1998 40

Hình 3.8 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 1999 40

Hình 3.9 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 2004 41

Hình 3.10 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 2010 42

Hình 3.11 Gió vĩ hướng U850 và tổng lượng mưa ngày năm 2012 43

Hình 3.12 Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ giai đoạn 1985 – 2014 45

Hình 3.13 Hiệu sai và xu thế tuyến tính ngày bắt đầu GMMH giai đoạn 1985 – 2014 47

Hình 3.14 Phân bố thời gian ngày bắt đầu GMMH giai đoạn 1985 - 2014 48

Hình 3.15 Xu thế biến đổi ngày bắt đầu GMMH giai đoạn 1985 – 1994 (Hình a), giai đoạn 1995 – 2004 (Hình b), giai đoạn 2005 - 2014 (Hình c) 50

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, là một bán đảo hẹp ngang nằm trong vùng ranh giới giữa lục địa và biển nơi diễn ra sự giao tranh mạnh mẽ nhất giữa hai hệ thống hoàn lưu quy mô lớn, hoàn lưu tín phong tiêu biểu cho vành đai nhiệt đới

và hoàn lưu gió mùa tiêu biểu cho khu vực Châu Á Vì nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa Châu Á nên khí hậu của Việt Nam chịu chi phối hoàn toàn bởi hệ thống này Gió mùa có ảnh hưởng tới đời sống, sự phát triển kinh tế, xã hội, đặc biệt là nhu cầu phát triển nông nghiệp của nước ta Nghiên cứu các đặc trưng gió mùa giúp hiểu rõ hơn cơ chế hoạt động, nguyên nhân hình thành và xu thế biến đổi của gió mùa

Nam Bộ là vùng đồng bằng rộng lớn trải rộng suốt từ chân các cao nguyên cực nam Trung Bộ đến mũi Cà Mau, với khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo có hai mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa Ngày bắt đầu mùa mưa tại Nam Bộ có sự dao động lớn giữa các năm và giữa các khu vực Việc nghiên cứu ngày bùng nổ gió mùa mùa hè có vai trò quan trọng trong việc xác định thời kỳ bắt đầu mùa mưa của khu vực Chính vì vậy, đồ án tập trung nghiên cứu với chủ đề “ Nghiên cứu về sự biến đổi ngày bắt đầu gió mùa mùa hè trên khu vực Nam Bộ”

Mục tiêu của đề tài:

- Mục tiêu 1: Lựa chọn được chỉ số phù hợp để xác định ngày bắt đầu của GMMH trên khu vực Nam Bộ

- Mục tiêu 2: Xác định được ngày bắt đầu của GMMH trên khu vực Nam Bộ giai đoạn 20 năm

Phạm vi nghiên cứu: Để phục vụ cho tính toán chỉ số mưa và đánh giá xu thế biến đổi ngày bắt đầu gió mùa mùa hè nên bộ số liệu tính toán cần có thời gian đủ dài

do vậy đề tài đã lựa chọn được bộ số liệu mưa ngày của 16/29 trạm khí tượng Nam Bộ

có số liệu đầy đủ trong giai đoạn 30 năm năm từ 1985 đến 2014 Và sử dụng số liệu tái phân tích vận tốc gió vĩ hướng u (m/s) trên mực đẳng áp 850hpa giai đoạn từ năm

1985 – 2014 được lấy từ website của phòng thí nghiệm nghiên cứu hệ thống Trái Đất NOAA: https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.pressure.html

Và sử dụng một số phương pháp nghiên cứu như sau:

- Chỉ số gió vĩ hướng: Giá trị trung bình của trường gió vĩ hướng mực 850 hPa trong miền (10oN – 15oN; 100oE –110oE) đạt trên 0,5 m/s và duy trì liên tục trong ít nhất ba ngày tiếp theo

- Chỉ số mưa: Ngày bùng nổ gió mùa là ngày mưa xuất hiện trên 50% các trạm trên tổng số trạm tại Nam Bộ; lượng mưa đo được ở các trạm phải đạt trên 5mm/ngày

và duy trì trong ít nhất 3 ngày tiếp theo

- Sau khi sử dụng chỉ số mưa, chỉ số gió vĩ hướng và kết hợp giữa chỉ số gió vĩ hướng U850 và chênh lệch lượng mưa ngày để xác định ngày bắt đầu GMMH giai đoạn trong từng năm 1985 - 2014 Từ đó, so sánh kết quả ba chỉ tiêu, áp dụng tính hiệu sai ngày bắt đầu GMMH cho khu vực Nam Bộ, vẽ biểu đồ thể hiện xu thế ngày bắt đầu GMMH giai đoạn 1985 – 2014 để đánh giá về sự biến đổi của ngày bắt đầu GMMH và nhận xét ngày bắt đầu GMMH đến sớm hay muộn trên toàn khu vực Nam

Chương 2: Số liệu và phương pháp nghiên cứu Ở đây trình bày về phương pháp và số liệu nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu Chương này trình bày về ngày bắt đầu gió mùa Nam Bộ, xây dựng chỉ số gió mùa và sự biến động ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ dựa trên chỉ tiêu mưa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIÓ MÙA 1.1 Gió mùa

1.1.1 Khái niệm gió mùa

Theo Khromov (1957): “Gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu chung khí quyển trên một phạm vi đáng kể của bề mặt Trái đất, trong đó ở mọi nơi gió thịnh hành chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông” Về hướng gió, Khromov còn đưa ra một chỉ tiêu định lượng

là góc tạo bởi hướng gió thịnh hành giữa mùa đông và mùa hè phải lớn hơn hoặc bằng

1200 và góc này được gọi là góc gió mùa [13]

K Ramage (1971) cũng thống nhất với định nghĩa này và đưa ra một số chỉ tiêu định lượng cụ thể Theo ông, khu vực được gọi là có gió mùa nếu hoàn lưu bề mặt trong tháng 1 và tháng 7 thỏa mãn bốn tiêu chuẩn sau:

- Hướng gió thịnh hành tháng giêng và tháng bảy phải lệch nhau một góc lớn hơn hoặc bằng 1200

- Tần suất trung bình của hướng gió thịnh hành tháng giêng và tháng bảy phải vượt quá 40%

- Ít xảy ra sự thay thế giữa xoáy thuận mặt đất xoáy nghịch mặt đất vào mùa đông cũng như mùa hè (Klein,1957)

- Tốc độ trung bình của gió tổng hợp của ít nhất một trong hai tháng nói trên phải vượt quá 3 m/s (Ramage,1971)

Matsumoto (1995) dùng số liệu phát xạ sóng dài nhận được từ tài liệu vệ tinh NOAA quan trắc trong 12 năm (1975-1987) và tốc độ gió vĩ hướng tại mực 200 và 850mb với độ phân giải 2,5 x 2,5 độ kinh vĩ để nghiên cứu sự khác biệt gió mùa ở Đông Nam Á và gió mùa ở Tây Thái Bình Dương Sử dụng số liệu phản xạ sóng dài (OLR) có thể phân biệt được thời kỳ ẩm (mùa mưa) và thời kỳ khô (mùa khô) và trong chế độ gió mùa theo nguyên tắc là mùa mưa nhiều mây có lượng bức xạ sóng dài nhỏ ( OLR(min) < 240W/m2) Theo số liệu tính thì lượng bức xạ sóng dài này đặc trưng cho thời kỳ từ tháng 5 đến tháng 10 (hay từ tháng 11 đến tháng 4) là thời kỳ mưa gió mùa đối với mọi nơi trong khu vực gió mùa [13]

Matsumôtô xác định lượng bức xạ sóng dài cực đại (OLRmax) trong thời kỳ từ

5 ngày thứ nhất đến thứ 73 trong năm thì DD= OLRmax – OLRmin ≥ 60W/m2 và sử

dụng như chỉ tiêu bổ sung để xác dịnh sự thịnh hành của gió mùa Sử dụng hai chỉ tiêu nói trên có thể phân biệt các vùng gió mùa nằm trong khu vực gió mùa giới hạn như trên hình 1.1

Trong khu vực này gió mùa Đông Nam Á (SEAM- Southeast Asia Monsoon) trải dài từ phần đông biển A Rập qua Ấn Độ, vịnh Bengal tới Đông Dương, vùng gió mùa Bắc Australia và Indonesia (NAIM- North Australia- Indonesia) kéo dài theo vĩ hướng từ Indonesia đến Biển San Hô trong dải giới hạn bởi 5-20o

S Ranh giới giữa SEAM và NAIM ở gần xích đạo , khoảng giữa đảo Sumatra và Borneo Vùng gió mùa WNPM nằm giữa 120-150oE và 10-20oN phân biệt với SEAM bằng ranh giới là Biển Đông

Hình 1.1 Các vùng gió mùa trong khu vực gió mùa châu Á (SEAM, WNPM, NAIM) và hai vùng mưa ngoại nhiệt đới MAIU ở Trung Quốc và BAIU ở Nhật Bản Và TIBU trên cao nguyên Tây Tạng Vùng có độ cao hơn 3000m được tô

sẫm[13]

Trong hình vẽ, chỉ có vùng trong hình chữ nhật là thoả mãn tất cả các tiêu chí của định nghĩa trên Ngoài ra giới hạn phía bắc của vùng có gió mùa trên Bắc bán cầu

(BBC) có tần suất luân phiên của xoáy thuận và xoáy nghịch bề mặt trong mùa hè và

mùa đông nhỏ Đây là một tiêu chí rất quan trọng trong định nghĩa của Ramage, bởi vì xét sự thay đổi gió theo mùa phải loại bỏ chuyển động quy mô nhỏ Như vậy, vùng có gió mùa chủ yếu trên Trái đất theo định nghĩa của Ramage được giới hạn trong trong phạm vi từ 250S - 350N và từ 300W-1700E, chiếm hầu hết vùng nhiệt đới của bán cầu Đông

Có thể nói rằng, hoàn lưu gió mùa gắn liền với hoàn lưu đất - biển có quy mô không gian khoảng một nửa diện tích vùng nhiệt đới và quy mô thời gian là chu kì năm Hình 1.1 cũng chỉ ra rằng, phần chủ yếu của diện tích lục địa trong khu vực gió mùa thuộc BBC và mở rộng ra đại dương phía đông và phía nam của vùng này Như vậy, trong mùa hè ở BBC, gió biển thổi từ NBC vào vùng lục địa nóng trên Nam Á và Bắc Phi tương ứng với gradient nhiệt độ đất - biển Trong mùa đông ở BBC, với sự đảo ngược của gradient nhiệt độ đất - biển, gió đất quy mô lớn lại thổi từ lục địa BBC

ra đại dương Nam bán cầu (NBC)

1.1.2 Những nhân tố hình thành gió mùa

Có ba nhân tố cơ bản hình thành gió mùa là: sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương, sự chuyển pha của hơi nước và sự quay của Trái Đất [7]

1.1.2.1 Sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương

Hình 1.1 Vùng có gió mùa theo Ramage

Hình 1.2 Vùng có gió mùa theo Ramage [13].

Như đã biết, bề mặt Trái đất nóng lên không đều do sự phân bố không đều của năng lượng bức xạ Mặt trời tới và do chính bề mặt Sự nóng lên không đều đã gây nên những dòng chảy trong khí quyển và cả trong đại dương Hoạt động của gió mùa có liên quan chặt chẽ với sự nóng lên không đều giữa các khu vực khác nhau trên Trái đất

đó Sự đốt nóng không đều tại các khu vực khác nhau được minh hoạ trong hình 1.3

Trong hình 1.3, những đường cong phía trên biểu thị sự phân bố theo vĩ độ của bức xạ Mặt trời tới, còn đường cong phía dưới biểu thị sự phân bố theo vĩ độ của bức

xạ đi Hai đường cong này gần như đối lập với nhau qua trục toạ độ, khi năng lượng bức xạ tới lớn thì năng lượng bức xạ đi cũng lớn Năng lượng bức xạ bề mặt nhận được phụ thuộc vào:

- Cường độ của bức xạ Mặt trời tới;

- Độ dài ngày;

- Hình dạng của Trái đất;

- Độ nghiêng của trục Trái đất;

- Sự tự quay của Trái đất xung quanh Mặt trời

Cán cân bức xạ được biểu thị bởi hai đường cong trong hai hình phía dưới Theo hình vẽ, vào mùa hè ở bán cầu Bắc, thời gian ban ngày ở vùng cực dài cùng với

sự đốt nóng mạnh mẽ của Mặt trời ở vĩ độ thấp, cán cân bức xạ dương, tạo nên một một nền nhiệt cao và ổn định trên toàn bán cầu; còn vào mùa đông, cán cân bức xạ âm, tạo nên một nền nhiệt thấp trên toàn bán cầu Như vậy, giữa hai bán cầu có sự chênh lệch bức xạ nhiệt nên đã tạo ra sự vận chuyển nhiệt từ bán cầu mùa hè sang bán cầu mùa đông Sự vận chuyển này thông qua các dòng khí và hải lưu

Bên cạnh đó, sự vận chuyển nhiệt xuống những lớp dưới sâu và không khí bên trên xảy ra trên những vùng lục địa và vùng đại dương cũng đóng một vai trò quan trọng đối với cán cân nhiệt bề mặt

Hình 1.3 Sự phân bố của cán cân bức xạ bề mặt Trái đất trong mùa hè (a) và

mùa đông (b) ở bán cầu Bắc [13]

1.1.2.2 Sự chuyển pha của hơi nước

Hoàn lưu gió mùa còn chịu ảnh hưởng của năng lượng bức xạ Mặt trời được lưu giữ trong nước Phần lớn năng lượng này cung cấp cho quá trình bốc hơi và được giải phóng khi có sự ngưng kết (Hình 1.4) Tiềm nhiệt được giải phóng ra làm cho không khí đi lên nóng hơn và chuyển động đối lưu được tăng cường, độ cao đối lưu được nâng lên, cường độ và phạm vi của hoàn lưu gió mùa cũng mạnh hơn và mở rộng hơn Thực tế cho thấy, sự giải phóng tiềm nhiệt của không khí nóng ẩm trên lục địa bị đốt nóng mạnh đến mức mà nhiệt độ không khí trên vùng cận nhiệt đới bán cầu Bắc (khu vực gió mùa) lớn hơn nhiều so với nhiệt độ không khí trên vùng xích đạo Không khí thăng lên trong vùng cận nhiệt đới của bán cầu mùa hè được đặc trưng bởi mây đối

lưu rất dày và mưa lớn Dòng khí ở trên cao rất mạnh hướng về phía không khí lạnh ở bán cầu Nam dưới tác động của lực gradient khí áp Như vậy, các đặc tính của gió mùa cũng chịu ảnh hưởng rất mạnh của quá trình ẩm

Hình 1.4 Vai trò của đối lưu sâu trong quá trình giải phóng tiềm nhiệt tạo nên hoàn lưu gió mùa Đối lưu càng sâu ORL (bức xạ sóng dài đi) càng nhỏ [13]

Nguyên nhân của chuyển động đối lưu ở vùng đại dương - lục địa khá phức tạp, nhưng rõ ràng rằng, chuyển động đối lưu liên quan chặt chẽ với nhiệt độ nước biển và chịu ảnh hưởng của dao động nhiệt ngày đêm Vào ban ngày, nhiệt độ bề mặt đất tăng lên mạnh mẽ, kết hợp với trữ lượng ẩm lớn của vùng biển làm cho không khí có nhiệt

độ tương đương lớn, độ bất ổn định lớn

1.1.2.3 Sự quay của trái đất

Tác động quay của Trái đất đối với hoàn lưu gió mùa được mô phỏng trong hình 1.5 Trong hình vẽ, lục địa bán cầu Bắc được mô tả giống như một tam giác cầu Hình 1.5a biểu thị sự phân bố nhiệt tập trung trên vùng lục địa trong mùa hè Hình 1.5b biểu thị sự chuyển động của không khí theo phương ngang khi không xét tới hiệu ứng tự quay của Trái đất tại hai tầng đối lưu dưới và trên Tại mỗi tầng, các mũi tên

chỉ hướng gió, độ dày sít của mũi tên chỉ tốc độ gió Gió có tốc độ lớn nhất ở giữa khối không khí, nơi có nhiệt độ cao nhất ở tầng đối lưu dưới và nơi có nhiệt độ thấp nhất ở tầng đối lưu trên, hay ở trong vùng có gradient khí áp lớn nhất Dòng hội tụ trong tầng đối lưu dưới và phân kì trong tầng đối lưu trên

Hình 1.5 Ảnh hưởng sự tự quay của Trái Đất đến hoàn lưu gió mùa [13]

Ảnh hưởng của lực Coriolis tới hoàn lưu gió mùa được minh họa trên hình 1.5c

Từ hình vẽ ta thấy, gió vẫn thổi về phía lục địa bị đốt nóng ở tầng thấp và thổi ra khỏi khu vực này ở tầng cao, nhưng hướng gió trở nên phức tạp hơn do sự uốn lượn của các dòng không khí thực

Sự uốn lượn sinh ra do lực Coriolis đã làm lệch hướng chuyển động về bên phải trên bán cầu Bắc và về bên trái trên bán cầu Nam Độ lớn của lực này tăng dần từ xích đạo đến cực và đạt cực đại ở vùng cực Vì vậy, tại vùng vĩ độ thấp dòng khí chuyển động theo hướng của lực gradient khí áp giữa áp cao và áp thấp, còn tại những vùng vĩ

độ cao hơn, dòng khí sẽ chuyển động uốn lượn nhiều hơn Kết quả là tạo ra một dòng chuyển động ngược chiều kim đồng hồ trong vùng áp thấp và thuận chiều kim đồng hồ trong vùng áp cao ở bán cầu Bắc, còn bán cầu Nam thì ngược lại

1.1.3 Biến trình năm của gió mùa

Biến trình năm của gió mùa [7] tuân theo hoạt động biểu kiến của Mặt trời Hình 1.6 chỉ ra những mặt cắt thẳng đứng trường chuyển động dọc theo kinh tuyến

900E cho các tháng đặc trưng, còn nhiệt độ bề mặt (đường cong liền nét) và lượng mưa (các cột) được dẫn ra bên dưới mỗi mặt cắt thẳng đứng đó

Trong tháng 4 (Hình 1.6a), lục địa bán cầu Bắc bắt đầu được đốt nóng và tạo ra dòng thăng yếu Dòng thăng mạnh và mưa chủ yếu xảy ra ở khu vực gần xích đạo, nơi không khí nóng và ẩm nhất Trong rãnh thấp xích đạo, dòng thăng này phát triển lên đến gần đỉnh tầng đối lưu

Sang tháng 5-6, khi chuyển động biểu kiến của Mặt trời dịch dần lên phía bắc,

vĩ tuyến có bức xạ Mặt trời cực đại (kí hiệu là Smax) dịch dần lên phía bắc, bề mặt lục địa ở đây bị đốt nóng mạnh hơn nên dòng thăng cũng mạnh hơn Trữ lượng ẩm do bình lưu trên đất liền tăng lên khi gió bề mặt thổi từ biển vào Lúc này, nhánh trên cao của vòng hoàn lưu Hadley đủ mạnh, dưới tác động của lực Coriolis dòng gió này sẽ bị lệch hướng và tạo ra dòng xiết gió đông ở phía bắc xích đạo (kí hiệu là E) và dòng xiết gió tây (kí hiệu là W) ở phía nam xích đạo (Hình 1.6b)

Hình 1.6 Chu trình năm của gió mùa của Fein và Stephens [7]

Đến tháng 6-7, không khí trên lục địa càng trở nên nóng hơn, gradient khí áp mạnh hơn, gió mùa mạnh nhất trong năm xảy ra vào thời kì này đã mang tới một lượng ẩm lớn, gây nên mưa lớn ở đây Hoàn lưu mạnh mẽ này đã tạo ra dòng xiết gió đông và gió tây rất mạnh dưới tác động của lực Coriolis (Hình 1.6c)

Sang tháng 9, chuyển động biểu kiến của Mặt trời dịch về phía nam, cường độ gió mùa giảm, vùng mưa lớn thu nhỏ và dịch ra đại dương xích đạo (Hình 1.6d)

Cuối cùng đến tháng 12 (Hình 1.6e), hoạt động biểu kiến của Mặt trời đã ở bán cầu Nam Đối lưu và mưa lại thiết lập ở khu vực có nhiệt độ mặt nước biển cực đại

Mặc dù gió mùa có một chu trình biến động năm như vừa nói, nhưng nó không phải là một cơ chế ổn định mà nó có những biến động nhất định Do nhiệt độ của các vùng, miền rộng lớn trên bề mặt Trái đất có những biến động về phạm vi cũng như cường độ, dẫn đến những biến động của hoàn lưu chung của khí quyển, trong đó có gió mùa

1.2 Đặc điểm hoạt động của gió mùa mùa hè

1.2.1 Các thành phần của gió mùa mùa hè

Hình 1.7 Sơ đồ các thành phần của gió mùa mùa hè

- Áp cao Mascarene

- Áp cao Nam Thái Bình Dương và áp cao Châu Úc

- Áp cao Tây Bắc Thái Bình Dương

- Áp cao Tây Tạng

- Áp thấp Nam Á và áp thấp Trung Hoa

- ITCZ và rãnh gió mùa ( MST)

- Front Meiyu

- Dòng xiết Somalia

- Dòng xiết vượt xích đạo ở nam Biển Đông

- Dòng xiết gió đông nhiệt đới phía nam Áp cao Tây Tạng

- Dòng xiết gió tây cận nhiệt đới và đới gió tây vĩ độ trung bình ở rìa phía bắc

áp cao Thái Bình Dương (TBD),

- Ngoài ra, tín phong BBC cũng là một thành phần quan trọng Nó không những hội tụ với tín phong NBC trên dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ) mà nó còn

là một dòng không khí biển nóng ẩm, hợp lưu với tín phong NBC đi lên tạo thành một đới gió mùa mùa hè (GMMH) mạnh hội tụ vào rãnh gió mùa (MST) và front Meiyu

1.2.2 Cơ chế hoạt động của gió mùa mùa hè

Từ cuối tháng 4, gió đông - đông nam từ áp cao châu Úc và áp cao cận nhiệt đới Nam TBD đã vượt qua xích đạo ở nam Biển Đông và lên hợp lưu với tín phong BBC, tạo thành đới gió mùa tây nam đầu tiên của mùa hè (tháng 5), thổi vào vùng duyên hải phía nam rồi đi sâu lên lục địa phía đông Trung Quốc

Tín phong từ áp cao Mascarene vượt xích đạo đi lên vùng biển Đông Phi rồi chuyển hướng về phía đông, một phần hội tụ vào MST ở Nam Á, phần còn lại vượt qua bán đảo Đông Dương hội tụ với tín phong BBC tạo thành ITCZ ở nam Biển Đông Hoặc cùng với gió đông nam từ áp cao châu Úc và áp cao Nam TBD vượt xích đạo ở nam Biển Đông đi lên hợp lưu với tín phong BBC rồi đổ vào vùng front Meiyu

Từ khu vực MST và ITCZ đối lưu sâu phát triển, đưa không khí thăng lên rất cao, tới độ cao của áp cao Tây Tạng Ở trên cao, theo hoàn lưu xoáy nghịch ở rìa phía nam của áp cao Tây Tạng không khí đi về phía tây (dòng xiết gió đông nhiệt đới) rồi tây nam, vượt xích đạo xuống NBC, quay lại phía đông nam và giáng xuống dải AC Mascarene, tạo thành một vòng hoàn lưu khép kín ở phía nam của hệ thống

Từ áp cao Tây Tạng, một phần hoàn lưu xoáy nghịch đi về phía bắc, giáng xuống lục địa châu Á, tạo thành một vòng hoàn lưu kinh hướng khép kín ở phía bắc

Từ vùng front Meiyu, không khí nhiệt đới trượt lên trên nêm KKL và tiếp tục thăng lên ở khoảng giữa tầng đối lưu rồi cũng tách thành hai phần, một phần giáng xuống lục địa châu Á, khép kín vòng hoàn lưu kinh hướng phía bắc, phần còn lại hòa vào dòng gió tây vĩ độ trung bình ở rìa phía bắc của áp cao TBD đi về phía đông Ở rìa phía đông của áp cao này, theo hoàn lưu xoáy nghịch, gió chuyển hướng xuống phía nam và toả ra, một phần đi về phía tây rồi giáng xuống, bổ sung cho tín phong ở rìa phía nam của áp cao này, phần còn lại vượt xích đạo xuống NBC rồi giáng xuống

vùng áp cao cận nhiệt đới nam TBD và áp cao Châu Úc tạo thành một vòng hoàn lưu khép kín ở phía nam của hệ thống

1.3 Một số nghiên cứu về hoạt động của gió mùa mùa hè

1.3.1 Nghiên cứu trên thế giới

Khi nghiên cứu về gió mùa mùa hè đã có rất nhiều tác giả trên thế giới đi sâu vào phân tích những đặc điểm hoạt động với các phương pháp nghiên cứu khác nhau Trong

đó, Nikki và Alan (2007) đã tiến hành một loạt những thí nghiệm với mô hình toàn cầu, ở đó các trường đầu vào được thay đổi như: loại bỏ hoàn toàn địa hình, cho địa hình là hình chữ nhật hoặc thay đổi trường nhiệt độ mặt biển như là hàm của vĩ độ…

để tính toán tác động của từng yếu tố này tới sự bùng nổ gió mùa Đồng thời, nghiên cứu này cũng cho thấy sự đốt nóng bề mặt không phải là nguyên nhân chính dẫn đến bùng nổ gió mùa [17]

Liang và ccs (1999) đã đề xuất chỉ số gió mùa mùa hè cho khu vực Biển Đông

sử dụng gió mực 850 hPa của NCEP và bức xạ sóng dài để nghiên cứu sự biến động ngày bắt đầu và cường độ GMMH trên khu vực này Tác giả đã chỉ ra được sự biến động mùa của GMMH có đặc trưng của dạng hai đỉnh và sự biến động trên năm về cường độ và thời gian bắt đầu GMMH có mối liên hệ với chuẩn sai nhiệt độ bề mặt biển Tuy nhiên khác với nhiều nghiên cứu, tác giả đã chỉ ra: GMMH sẽ bắt đầu sớm hơn, mạnh hơn trong những năm El Nino và bắt đầu muộn hơn, yếu hơn trong những năm La Nina [16]

Zhang và ccs (2002) đã tiến hành nghiên cứu ngày bắt đầu GMMH trên khu vực bán đảo Đông Dương với số liệu sử dụng là lượng mưa ngày tại 30 trạm quan trắc

và bộ số liệu tái phân tích ngày của NCEP/NCAR trong thời kỳ 1951 – 1996 Để xác định ngày bắt đầu GMMH cho từng năm riêng lẻ theo quan trắc trên khu vực này, tác giả đã quy ước ngày bắt đầu GMMH là ngày mà lượng mưa trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa trung bình khu vực (Hình 1.8) thỏa mãn đồng thời hai chỉ tiêu: (1) Lượng mưa ngày > 5 mm/ngày và duy trì liên tục trong 5 ngày; (2) trong 20 ngày liên tiếp kể từ ngày thỏa mãn chỉ tiêu (1) có hơn 10 ngày mà lượng mưa lớn hơn 5mm/ngày Các kết quả bước đầu nghiên cứu của tác giả cũng chỉ ra: Ngày bắt đầu có quan hệ mật thiết với El Nino và La Nina, GMMH bắt đầu sớm trong các năm La Nina

và xuất hiện muộn trong các năm El Nino [20]

Hình 1.8 Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày trung bình thời kỳ 1951 –

1996 trên khu vực bán đảo Đông Dương [20]

Zeng và Lu (2004) đã đề xuất chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (NPWI) để xác định ngày bắt đầu, kết thúc gió mùa chung cho toàn cầu trong thời kỳ 1988 – 1997 với giá trị ngưỡng là tỷ lệ Golden (0,618)

, trong đó PW là nước ngưng kết ngày tại mỗi điểm lưới có độ phân giải 1o x 1o và PWmax và PWmin là nước ngưng kết ngày cực đại năm và cực tiểu năm trong 10 năm tại mỗi điểm lưới Đây là lần đầu tiên, ngày bắt đầu và kết thúc GMMH được xác định chung cho toàn cầu sử dụng một biến duy nhất là số liệu nước ngưng kết ngày toàn cầu có độ phân giải 1o x 1o Với chỉ số này, các tác giả đã chỉ ra được ngày bắt đầu và kết thúc GMMH

ở các khu vực Châu Á, Đông Á, Nam Mỹ, Bắc Phi, Úc và Indonesia, cận nhiệt đới Nam Mỹ Đối với khu vực GMMH Châu Á, tác giả chỉ ra được GMMH xảy ra sớm nhất từ đầu tháng V trên bán đảo Đông Dương (ngày thứ 120 – 130) đến đầu tháng VII trên cao nguyên Tây Tạng (ngày thứ 180) và thời gian kết thúc GMMH (trừ phía nam đảo Ấn Độ) là từ đầu tháng IX (ngày 250) đến giữa tháng X (ngày 290 – 300) Tác giả cũng chỉ ra rằng: Khó để phân biệt ngày kết thúc GMMH và ngày bắt đầu gió mùa mùa đông nên việc xác định ngày kết thúc GMMH sử dụng các nguồn số liệu khác nhau có thể không đáng tin cậy như ngày bắt đầu gió mùa và cần có các nghiên cứu sâu hơn [19]

Sự biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, tác động lớn đến sự biến đổi các đặc điểm gió mùa và làm biến đổi hoàn lưu quy mô lớn

Uchiyama và Kitoh (2004) đã áp dụng chỉ số tương tự như chỉ số của Wang và LinHo (2002) để nghiên cứu mùa mưa Baiu – changma – Meiyu trên khu vực Đông Á (Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc) trong bối cảnh ấm lên toàn cầu đã thu được kết quả là ngày bắt đầu không thay đổi nhiều, nhưng ngày kết thúc bị chậm rõ ràng ở khu vực gần Nhật Bản Tuy nhiên, tác giả cũng chỉ ra rằng: Việc sử dụng đại lượng lượng mưa trung bình hậu tương đối của Wang và LinHo (2002) đôi khi không xác định được thời gian bắt đầu và kết thúc của mùa mưa mùa hè ở một phần lớn khu vực Châu

Á do độ lệch của mô hình cũng như lượng mưa mùa hè ít hơn hoặc lượng mưa mùa đông lớn hơn so với quan trắc [20]

Zhang (2010) đã cải tiến phương pháp của Zeng và Lu (2004) bằng cách kết hợp nước ngưng kết với hệ thống hoàn lưu gió mùa trong việc xác định ngày bắt đầu

và kết thúc hệ thống gió mùa Á - Úc Zhang cho rằng bằng cách kết hợp cả điều kiện gió và ẩm, người ta có thể mong đợi một mô tả tốt hơn hệ thống gió mùa Do vậy, Zhang đã sửa đổi phương pháp của Zeng và Lu (2004) bằng cách xem xét sâu hơn nữa

sự đảo ngược theo mùa của hoàn lưu gió mực 850hPa với bộ số liệu tác giả sử dụng là

số liệu tái phân tích ngày và tháng ERA-40 trong thời kỳ 1958 – 2001 Để xem xét sự biến đổi trong tương lai của ngày bắt đầu và thời gian mùa GMMH Châu Á và Châu

Úc, tác giả đã phân tích kết quả từ hai thí nghiệm sử dụng mô hình GFDL-CM2.0 (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory – Phòng thí nghiệm địa vật lý động lực học chất lỏng): Thí nghiệm 1 thực hiện mô phỏng lại khí hậu hiện tại thời kỳ 1986 – 1995 (20C3M), thí nghiệm 2 thực hiện mô phỏng cho giai đoạn tương lai (2086 – 2095) với kịch bản phát thải cao A2 Kết quả cho thấy, ấm lên toàn cầu có có thể làm thay đổi các đặc điểm gió mùa: Ngày bắt đầu gió mùa xảy ra sớm hơn trên hầu hết các khu vực (Khoảng 10 ngày ở Bán đảo Đông Dương) nhưng sự thay đổi về thời gian kéo dài giai đoạn gió mùa là khác nhau giữa các khu vực Ở Châu Á, thời gian xảy ra gió mùa tăng lên ở phía tây bắc, nhưng giảm ở phía đông bắc và một số khu vực trong đất liền Ở Châu Úc, GMMH có sự thâm nhập về phía Nam sâu hơn trong điều kiện ấm lên toàn cầu [21]

Inoue và Ueda (2011) đã tiến hành nghiên cứu sự biến đổi của ngày bắt đầu GMMH Châu Á trong thế kỷ 21 so với thời kỳ 1981 – 1999 bằng phương pháp tổ hợp

đa mô hình sử dụng thông tin gió vĩ hướng mực 850 hPa Số liệu sử dụng là số liệu gió

ngày thời kỳ 1981 – 1999 của 20C3M và số liệu gió ngày giai đoạn 2081 – 2099 dựa trên kịch bản trung bình A1B từ 19 mô hình hoàn lưu chung kết hợp đại dương khí quyển thuộc dự án CMIP3 Để tính toán tổ hợp, số liệu từ các mô hình đã được nội suy

về cùng lưới có độ phân giải 2,5o x 2,5o Tại mỗi điểm lưới, tác giả đã sử dụng chỉ tiêu xác định ngày bắt đầu GMMH là ngày mà U850 hPa chuyển từ gió đông sang gió tây trong khoảng từ tháng III đến tháng VII Với phương pháp và số liệu trên, tác giả đã chỉ ra được ngày bắt đầu GMMH trên vịnh Bengal, bán đảo Đông Dương và Biển Đông vào cuối thế kỷ 21 sẽ bị chậm trễ 5 đến 10 ngày so với những ngày cuối cùng của thế kỷ 20 Sự biến đổi này có thể liên quan đến sự chậm trễ của việc đảo chiều của gradient nhiệt kinh hướng ở đỉnh tầng đối lưu giữa lục địa Á – Âu và phía bắc Ấn Độ Dương [14]

1.3.2 Nghiên cứu ở Việt Nam

Cùng với các nghiên cứu trên thế giới về đặc điểm GMMH cũng như ngày bắt đầu, ở Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu đề tài này

Nguyễn Thị Hiền Thuận (2001) đã sử dụng số liệu gió mực 850 hPa từ cơ sở dữ liệu nhiệt đới của Trung tâm nghiên cứu thuộc Cơ quan khí tượng Úc để tiến hành nghiên cứu GMMH trong thời kỳ đầu mùa ở Tây Nguyên và Nam Bộ Tác giả đã xác định ngày bắt đầu GMMH trên cơ sở phân tích số liệu gió, tính ổn định, liên tục và độ dày của lớp gió lệch tây Kết quả cho thấy: Có thể sử dụng gió mực 850 hPa để nghiên cứu ngày bắt đầu GMMH trên khu vực này Gió tây nam trên vùng đông nam vịnh Bengal ngoài khơi của Ấn Độ thường hình thành và phát triển sớm hơn vùng phía Nam Việt Nam khoảng trên 10 ngày Đặc biệt, sự hình thành các nhiễu động trên vùng Bengal hay hoạt động của dải thấp xích đạo thường kéo theo những đợt gió mùa bộc phát Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Việc kết hợp giữa các chỉ tiêu về gió và mưa cho thời kỳ bắt đầu mùa mưa cần được nghiên cứu sâu hơn [6]

Nguyễn Thị Hiền Thuận (2006) sử dụng số liệu quan trắc mưa ngày kết hợp với

số liệu của các trung tâm quốc tế khác nhau bao gồm: Số liệu mưa CMAP, OLR của NOAA, khí áp mực biển và gió mực 850 hPa của NCEP/NCAR với độ phân giải 2,5o

x 2,5o để nghiên cứu về hoạt động của GMMH trên khu vực Nam Bộ Trên cơ sở tính toán pentad của các đặc trưng trung bình khu vực Nam Bộ, tác giả chỉ ra rằng: OLR có diễn biến ngược với lượng mưa và U850 hPa Ngoài ra, tác giả cho thấy: Nếu lấy

ngưỡng lượng mưa quan trắc lớn hơn hoặc bằng 5 mm/ngày là ngưỡng bắt đầu mùa mưa và U850 ≥ 1 m/s là ngưỡng bắt đầu GMMH thì ngày bắt đầu mùa mưa gần trùng khớp với ngày bắt đầu gió mùa (P27 - P28) và có sự khác biệt đối với ngày kết thúc; ngày kết thúc mùa mưa ở khu vực Nam Bộ muộn hơn so với ngày kết thúc GMMH Như vậy, các kết quả nghiên cứu của tác giả đã chỉ ra rằng: Có thể sử dụng chỉ tiêu kết hợp giữa lượng mưa và thành phần gió vĩ hướng mực 850 hPa để xác định ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ [7]

Trong nghiên cứu của Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Thị Hiền Thuận đã đề xuất chỉ số hoàn lưu (CSHL) dựa trên thành phần U850 hPa để nghiên cứu tính biến động của GMMH ở khu vực này và mối quan hệ giữa gió mùa và ENSO Bộ số liệu tác giả

sử dụng là số liệu tháng có độ phân giải 2,5o x 2,5o bao gồm: Số liệu mưa CMAP và số liệu gió mực 1000 hPa, 850 hPa của NCEP/NCAR Kết quả cho thấy: CSHL đã đánh giá được hoạt động của GMMH trên các khu vực này và xác định được mối quan hệ giữa gió mùa và ENSO Trong những năm gió mùa yếu thường trùng với thời kỳ El Nino, còn những năm gió mùa mạnh trùng với năm La Nina hoặc trung tính; không có năm El Nino nào có gió mùa mạnh [8]

Trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Hiền Thuận (2007) đã chỉ ra ảnh hưởng của hoạt động ENSO đến GMMH trên Nam Bộ có mức độ khác nhau tùy thuộc vào các giai đoạn phát triển của ENSO, tác giả cũng sử dụng các chỉ số gió mùa để phản ánh các hoạt động của gió mùa [5]

Nguyễn Minh Trường và cộng sự (2011) đã sử dụng mô hình RAMS để chỉ ra rằng gió mùa trên khu vực Việt Nam chịu ảnh hưởng bởi cả ba hệ thống gió mùa Ấn

Độ, gió mùa Đông Á và gió mùa Tây Bắc TBD: Bùng nổ gió mùa khu vực Nam Bộ xảy ra sau khoảng bốn ngày so với sự xuất hiện của xoáy kép Sri Lanka, xoáy kép này

có vai trò quan trọng trong việc tăng cường gió tây mực thấp sang phía đông, cho thấy đây một cách xác định tham khảo trong dự báo bùng nổ gió mùa [4]

Trần Quang Đức (2011) đã sử dụng số liệu U850 hPa của NCAR/NCEP để nghiên cứu một số đặc trưng GMMH cơ bản trên khu vực Việt Nam trong thời kỳ

1950 – 2010 Kết quả cho thấy: Ngày bắt đầu và kết thúc GMMH càng ngày càng dịch chuyển về đầu năm, với mức trung bình khoảng hơn 5 ngày đối với ngày bắt đầu và

hơn 3 ngày đối với kết thúc trong 50 năm; số nhịp gió mùa tăng lên và cường độ gió mùa giảm đi trong 50 năm qua [10]

Trần Việt Liễn (2008) đã chỉ ra được GMMH trên khu vực nước ta bắt đầu trung bình vào hậu 28 (16 – 20/V) và kết thúc khoảng hậu 58 (13 – 17/X) hàng năm Thông qua việc tính toán hệ số tương quan giữa các CSGM và số liệu mưa của 175 trạm của cả nước, tác giả bước đầu xem xét được các CSGM có quan hệ tốt với diễn biến của khí hậu Việt Nam, đặc biệt là mưa nhằm phục vụ yêu cầu nghiên cứu dự báo gió mùa Bộ số liệu được tác giả sử dụng trong nghiên cứu để tính các CSGM là bộ số liệu của NCEP/NCAR (1961 – 2000) bao gồm các trường: gió mực 850 hPa, 200 hPa

và OLR Các kết quả tính toán của tác giả cũng cho thấy: Các CSGM chỉ dựa vào gió

vĩ hướng một khu vực của mặt 850 mb có khả năng phản ánh sát hơn diễn biến và ảnh hưởng của gió mùa trên các khu vực nhỏ, có cơ chế tác động phức tạp [11]

Bùi Minh Tuân (2012) dựa trên kết quả phân tích trường số liệu tái phân tích và mưa quan trắc của các năm 1998, 1999, 2001, 2004, 2010 đã chỉ ra gió mùa thường xuyên xuất hiện sớm trong các năm La Nina và xuất hiện muộn trong các năm El Nino Lượng mưa quan trắc trong các năm El Nino thường thấp hơn so với các năm La Nina [3]

Bùi Minh Tuân - Nguyễn Minh Trường (2013) cũng xây dựng được ba chỉ số xác định ngày bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ: Chỉ số mưa, chỉ số gió vĩ hướng, chỉ số gradient kinh hướng của nhiệt độ [1]

Chỉ số mưa, với hai chỉ tiêu: Ngày bùng nổ gió mùa là ngày mưa xuất hiện trên 50% các trạm trên tổng số trạm tại Nam Bộ; lượng mưa đo được ở các trạm phải đạt trên 5mm/ngày và duy trì trong ít nhất 3 ngày tiếp theo

Chỉ số gió vĩ hướng, với hai chỉ tiêu: Giá trị trung bình của trường gió vĩ hướng mực 850 hPa trong miền (10oN – 15oN; 100oE –110oE) đạt trên 0,5 m/s và duy trì liên tục trong ít nhất ba ngày tiếp theo

Chỉ số gradient kinh hướng của nhiệt độ: Nghiên cứu chọn giá trị nhiệt độ trung bình 500 hPa – 200 hpa tại hai khu vực (100oE– 110oE; 15oN – 25oN) và (100oE – 110oE; 5oS – 5oN) để làm chỉ số chỉ thị cho sự bùng nổ gió mùa Ngày bùng nổ được

quy ước là ngày giá trị nhiệt độ của khu vực phía bắc lớn hơn khu vực phía nam và sự chênh lệch này kéo dài ít nhất ba ngày tiếp theo

Trong đó, Bùi Minh Tuân (2015) sử dụng mô hình WRF với số liệu GFS để dự báo ngày bùng nổ GMMH khu vực Nam Bộ năm 2012 Kết quả cho thấy WRF đã dự báo tôt được sự phát triển của trường hoàn lưu quy mô lớn giai đoạn bùng nổ GMMH tại Nam Bộ hạn 3 ngày Những đặc trưng này bao gồm sự xuất hiện của xoáy kép Sri Lanka, sự rút lui của áp cao cận nhiệt đới Tây Bắc Thái Bình Dương sang phía đông

và gió tây nam từ Ấn Độ Dương phát triển sang khu vực bán đảo Đông Dương Đồng thời mô hình WRF cũng dự báo tốt sự xuất hiện của mưa bùng nổ GMMH tại Nam Bộ

cả về diện mưa và lượng mưa [2]

Trương Thị Thanh Thủy (2015) đã sử dụng kết quả đầu ra của mô hình PRECIS với điều kiện biên và điều kiện ban đầu của mô hình toàn cầu HadCM3 để nghiên cứu

dự tính một số đặc trưng GMMH trên khu vực Việt Nam trong thế kỉ 21 so với thời kỳ chuẩn 1986 – 2005 Kết quả cho thấy GMMH ở khu vực Nam Bộ có thể đến muộn hơn so với thời kỳ chuẩn 1986 – 2005 do tác động của biến đổi khí hậu [12]

Qua các nghiên cứu trong nước và ngoài nước, có thể thấy các nghiên cứu về thời kì bùng nổ gió mùa còn rất ít, chủ yếu nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức đánh giá định tính những xu thế biến đổi [3] Trên lãnh thổ Việt Nam, có thể thấy gió mùa mùa

hè đã ảnh hưởng rất nhiều, đặc biệt ảnh hưởng đến lượng mưa ở Tây Nguyên và Nam

Bộ, gây nắng nóng ở Trung Bộ, thậm chí còn ảnh hưởng đến lượng mưa ở Đông Bắc Trung Quốc Ngoài việc nghiên cứu về ngày bùng nổ gió mùa, các tác giả còn nghiên cứu về đặc trưng của gió mùa mùa hè, các tác động của quá trình vận chuyển ẩm, sự ảnh hưởng của ENSO đến gió mùa mùa hè trên các khu vực nghiên cứu Tuy nhiên, việc nghiên cứu về sự biến đổi ngày bùng nổ GMMH trên khu vực Nam Bộ còn hạn chế Do đó, đồ án đưa ra đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu về sự biến đổi ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ”

1.4 Đặc điểm địa hình và khí hậu khu vực Nam Bộ

1.4.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình

- Vị trí địa lý

Hình 1.9 Bản đồ vị trí địa lý khu vực Nam [22]

Nam Bộ thuộc khu vực phía cực nam của Việt Nam Bao gồm 19 tỉnh được chia thành 2 khu vực là Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ Miền Đông Nam Bộ bao gồm 6 tỉnh và thành phố trực thuộc trung ương: Tp Hồ Chí Minh, Bình Phước, Tây Ninh, Đồng Nai, Bà Rịa – Vũng Tàu; miền Tây Nam Bộ bao gồm 13 tỉnh và thành phố: Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, thành phố Cần Thơ, Sóc Trăng, Bến Tre, Bạc Liêu, Cà Mau, An Giang, và Kiên Giang Các điểm cực của đồng bằng trên đất liền, điểm cực Tây 106°26´Đ (xã Mỹ Đức, Thị xã Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang), cực Đông ở 107°35´Đ (xã Bình Châu, huyện Xuyên Mộc, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu), cực Bắc ở 12°10´B (xã Bù Gia Mập, huyện Phước Long, tỉnh Bình Phước), cực

Nam ở 8°33´B (huyện Đất Mũi, huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau) Ngoài ra, còn có các đảo xa bờ của Việt Nam như đảo Phú Quốc, quần đảo Thổ Chu, Côn Đảo Toàn khu vực có diện tích: 64.112 km2 (Đông Nam Bộ - 23.564 km2; Tây Nam Bộ - 39.717 km2) (Nguồn: Internet), chiếm 19.17% diện tích cả nước Phía Tây giáp với vịnh Thái Lan, phía Đông – Đông Nam giáp với Biển Đông, phía Bắc – Tây Bắc giáp với Campuchia,

và một phần phía Đông Bắc giáp với Tây Nguyên và Nam Trung Bộ

- Đặc điểm địa hình

Địa hình toàn vùng Nam Bộ khá bằng phẳng, bao gồm 2 khu vực

Đông Nam Bộ nằm trên vùng bình nguyên và đồng bằng, là nơi chuyển tiếp từ cao nguyên Nam Trung Bộ đến đồng bằng sông Cửu Long với những vùng đất đồi gò, phía nam (nơi thấp nhất) có độ cao trung bình 20-200m, độ dốc phổ biến không quá

150 Trên đất liền có các loại đá ốp- lát, sét gạch ngói, cát thủy tinh, cao lanh, titan, puzlan Địa hình thuận lợi cho việc xây dụng cơ bản và phát triển công nghiệp [14]

Tây Nam Bộ (vùng đồng bằng sông Cửu Long) được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển, được bồi tụ trên một vịnh biển lớn; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo

bờ biển Những hoạt động hỗn hợp của sông và biển đã hình thành những vạt đất phù

sa phì nhiêu dọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số giồng cát ven biển và đất phèn trên trầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên –

Hà Tiên, tây nam sông Hậu và bán đảo Cà Mau Địa hình của vùng tương đối bằng phẳng, độ cao trung bình so với mực mước biển từ 3 - 5m, có khu vực chỉ cao 0,5 - 1m

so với mặt nước biển, đọ dốc trung bình là 1cm/km Đây là một trong những đông bằng châu thôt rộng và phì nhiêu của Đông Nam Á và thế giới (trong đó đất phù sa chiếm 29,7% diện tích toàn vùng, đất phèn chiếm 40%, đất mặn chiếm 16,7%, đất xám

và các loại đất khác chiếm 13,6%) phù hợp cho phát triển nông nghiệp [14]

1.4.2 Những đặc điểm chính của khí hậu Nam Bộ

1.4.2.1 Đặc điểm khí hậu Nam Bộ

Nam Bộ đặc trưng bởi khí hậu nhiệt đới gió mùa và cận xích đạo, có hai mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa (Nguyễn Thị Hiền Thuận, 2007) [5]

Trong mùa đông, không khí lạnh ảnh hưởng đến khu vực phía Nam bằng hai cách: có thể xuống trực tiếp theo hướng gần như Bắc – Nam (đầu mùa) hoặc thâm

nhập xuống phía Đông – Đông Bắc (cuối mùa) Về bản chất đây chính là tín phong ở Nam Bộ Nhiệt độ trung bình trên 250C, lượng mưa rất thấp, chiếm khoảng 5 – 10% tổng lượng mưa năm Trong các tháng mùa hè, gió Tây – Tây Nam thịnh hành trên khu vực Nam Bộ Thời kỳ nóng nhất trong năm xảy ra vào các tháng IV – V, nhiệt độ trung bình tháng ở mức 27.5 – 28.00C

Hạn “Bà Chần”, hiện tượng ít mưa trong mùa mưa, xảy ra khá thường xuyên trong các tháng mùa mưa ở Nam Bộ, liên quan tới sự lấn át của tín phong khi gió mùa Tây Nam tạm suy yếu Trong mùa hè thường xảy ra dông nhiệt đôi khi kèm theo gió xoáy, lốc Tuy ít bị ảnh hưởng trực tiếp của bão nhưng lượng mưa do bão và dải hội tụ nhiệt đới đem lại là đáng kể, ảnh hưởng này rõ nhất vào các tháng cuối mùa mưa, tháng X – XI

Vào mùa hè, khi những đợt GMMH hoạt động mạnh trên lãnh thổ nước ta kết hợp với các hình thế khác như đới gió tây trên cao hoạt động mạnh, gió từ áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương, áp thấp Nam Á làm cho khu vực Nam Bộ, Tây Nguyên chịu ảnh hưởng sớm nhất của đợt gió mùa mùa hè Kèm theo những đợt mưa lớn kéo dài trên diện rộng có thể dẫn đến nguy cơ ngập lụt, ảnh hưởng lớn đến đời sống sản xuất, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp của vùng

Nằm trong miền khí hậu phía Nam với nền nhiệt đới ẩm có tính chất cận xích đạo thể hiện rõ rệt Nam Bộ có nhiệt độ cao, ổn định trong toàn vùng, trung bình là 28

độ C Chế độ nắng cao, số giờ nắng trung bình cả năm từ 2.226 - 2.790 giờ, ít có bão hoặc nhiễu loạn thời tiết, không gặp thời tiết quá lạnh Một năm có hai mùa: mùa mưa

từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 Trong đó, miền Đông Nam

Bộ thuộc vùng khí hậu tương đối điều hòa, ít thay đổi, ít có thiên tai, lượng mưa dồi dào, trung bình khoảng 1.500 – 2.000 mm/năm Bên cạnh đó, miền Tây Nam Bộ có nhiệt độ trung bình hàng năm là 24 – 270C, lượng mưa trung bình từ 1.700 – 2.000 mm/năm [14]

1.4.2.2 Những hệ thống thời tiết chính trong mùa hè

Gió mùa Tây Nam: từ khoảng giữa tháng V đến đầu tháng X, đây cũng là thời

kỳ mưa nhiều ở Nam Bộ, lượng mưa thời kỳ này chiếm 70 – 80% tổng lượng mưa năm [5]

Áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương – Tín phong: thể hiện rõ trong các giai đoạn chuyển tiếp giữa các mùa gió mùa, đặc biệt là vào thời kỳ chuyển tiếp từ gió mùa Đông Bắc sang mùa gió mùa Tây Nam ( tháng III – tháng V) Tín phong cũng thường quan trắc được vào mùa khô, xen giữa các đợt không khí lạnh Tín phong và áp cao cận nhiệt đới rất đặc trưng cho khí hậu Nam Bộ

Dải hội tụ nhiệt đới, bão và áp thấp nhiệt đới: vai trò của dải hội tụ nhiệt đới rất đáng kể trong việc cung cấp lượng mưa đều trên diện rộng, nhất là khi dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với một hoặc vài xoáy thuận nhiệt đới và gió mùa Tây Nam có cường độ trung bình trở lên

CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Tổng hợp các chỉ số gió mùa

Chỉ số gió mùa cơ bản có ba loại là chỉ số hoàn lưu, chỉ số mưa, chỉ số đối lưu [11]

- Chỉ số hoàn lưu là chỉ số được xây dựng dựa trên trường gió

- Chỉ số mưa là chỉ số được xây dựng dựa trên lượng mưa trung bình nhiều năm

- Chỉ số đối lưu là chỉ số được xây dựng dựa trên bức xạ sóng dài đi ra

Ba chỉ số trên luôn được sử dụng trong các nghiên cứu Trong đó, có sự kết hợp giữa trường mưa và trường gió [1, 3, 7, 21]; trường gió kết hợp với trường bức xạ sóng dài [17]

Bảng 2.1 Một số chỉ số gió mùa cho khu vực Châu Á và Việt Nam [10,11,16] Tên chỉ số Tác giả Dạng chỉ số Miền áp dụng Xác định

Nhiệt đới Châu

Á

U850-U200 (0-20oN, 40-110oE) DU2

(SEAMI)

Wang và Fan (1999)

Hoàn lưu vĩ hướng

Đông Nam Á U850(5-15oN,

90-130oE)- U850(22.5-32.5oN,110-140oE)

(EAMI)

Lau và ccs

(2000)

Hoàn lưu vĩ hướng

U200(40-50oN,110-150oU200(25-35oN, 110-150oE)

(2001)

Hoàn lưu vĩ hướng

40-80oE)-

U850(20-30oN,

60-90oE) WNPMI Wang và ccs

(2001)

Hoàn lưu vĩ hướng

Tây Bắc Thái Bình Dương

Australia U850(0-10o

S,120-150oE) SCSSM Wang và ccs

(2004)

Hoàn lưu vĩ hướng

Biển Đông U850(5-15o

N,110-s) SCSMI Wang và ccs Hoàn lưu vĩ

hướng

Biển Đông

U850(5-15°N,110-25°N,110-120°E)

(1998)

Hoàn lưu vĩ hướng

Mùa hè Đông Á

U850(10-20oN,100-150oU850(25-35oN, 100-150oE)

55oE) SSII Wang và Fan Hoàn lưu kinh

hướng

Ấn Độ Dương V850(5-15o

N,120-145oE)+V850(5o

S-5oN, 90-120oE) MHI

(HSACEL)

Goswami và ccs (1999)

Hoàn lưu kinh hướng

Nam Á (Harley cell)

V850-V200 (10-30oN, 70-

100-140°E)

hướng 95-115°E) – U 850

(20-27.5°N, 120°E)

Nam Bộ - Việt Nam

U850 (10-150N, 100-1100E)

Thanh Thủy (2015)

Hoàn lưu vĩ hướng

Nam Bộ - Việt Nam

U850 (9-12,50N, 104- 1100E)

U850, V859, U200, V200 là thành phần gió vĩ hướng và kinh hướng của vectơ gió; OLR là phát xạ sóng dài đo từ ngoài khí quyển

Mỗi chỉ số gió mùa đều có ưu điểm và nhược điểm riêng Vì mỗi chỉ số phản ánh những đặc trưng nhiệt động lực khác nhau của gió mùa nên nhiều nghiên cứu đã kết hợp nhiều chỉ số để tạo ra một chỉ số cuối cùng hoặc lựa chọn cũng như đề xuất các chỉ số phù hợp cho bài toán của mình, riêng trong bài nghiên cứu này sử dụng chỉ

số mưa và chỉ số gió vĩ hướng (u) mực 850hpa của tác giả Bùi Minh Tuân (2012) để thực hiện

2.1.2 Các chỉ số gió mùa sử dụng trong đề tài

Chỉ số gió vĩ hướng và chỉ số mưa được sử dụng phổ biến trong các bài nghiên cứu Trong đó, nghiên cứu theo chỉ số gió vĩ hướng của tác giả Liang và ccs (1999) [16]; Nguyễn Thị Hiền Thuận (2001, 2007) [6, 5], chỉ số mưa của tác giả Zhang và ccs (2002) [20], Nguyễn Thị Hiền Thuận (2006) [7] Sự biến đổi ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ trong nghiên cứu này xác định thông qua chỉ số của tác giả Bùi