ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Bùi Minh Tuân NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ TRÊN KHU VỰC NAM BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Bùi Minh Tuân NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ TRÊN KHU VỰC NAM BỘ Chuyên ngành: Khí tƣợng và khí hậu học Mã số: 60.44.87 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Minh Trƣờng Hà Nội – 2012 MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ KHU VỰC CHÂU Á 1 1.1. Ý nghĩa của nghiên cứu gió mùa mùa hè 1 1.2. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam 2 1.3. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè trên thế giới 5 1.4. Các chỉ tiêu nghiệp vụ 11 CHƢƠNG 2: NHIỆT ĐỘNG LỰC QUI MÔ LỚN THỜI KÌ BÙNG NỔ GIÓ MÙA QUA SỐ LIỆU TÁI PHÂN TÍCH 13 2.1. Lựa chọn các năm và giai đoạn nghiên cứu 13 2.1.1. Lựa chọn các năm nghiên cứu 13 2.1.2. Lựa chọn các giai đoạn nghiên cứu 14 2.2. Đặc trƣng trƣờng mƣa GPCP giai đoạn bùng nổ gió mùa 15 2.2.1. Đặc trƣng về khu vực phân bố của mƣa 15 2.2.2. Đặc trƣng trƣờng bức xạ sóng dài 16 2.3. Đặc trƣng trƣờng gió tái phân tích 19 2.3.1. Đặc trƣng trƣờng gió ngày bùng nổ gió mùa 19 2.3.2. Đặc trƣng khí hậu của trƣờng gió giai đoạn đầu mùa hè 22 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG MÔ HÌNH RAMS 27 3.1. Các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và cấu hình miền tính 27 3.2. Phân bố mƣa mô phỏng 28 3.2.1. Đặc trƣng phân bố mƣa mô phỏng về diện 28 3.2.2. Đặc trƣng mƣa mô phỏng về lƣợng 31 3.3. Đặc trƣng trƣờng hoàn lƣu mô phỏng 39 3.3.1. Đặc trƣng của hoàn lƣu mực thấp 39 3.3.2. Đặc trƣng hoàn lƣu các mực trên cao 42 3.4. Đặc trƣng của trƣờng nhiệt mô phỏng 47 3.4.1. Đặc trƣng của trƣờng nhiệt mực thấp 47 3.4.2. Đặc trƣng của trƣờng nhiệt mực cao 50 3.5. Vai trò của giải phóng ẩn nhiệt quy mô lớn 53 3.6. Thí nghiệm với mô phỏng không có địa hình 56 3.6.1. Trƣờng mƣa mô phỏng 56 3.6.2. Trƣờng hoàn lƣu mô phỏng 57 3.6.3. Quá trình vận chuyển động lƣợng ngang 59 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG CHỈ SỐ GIÓ MÙA VÀ TRƢỜNG HỢP DỰ BÁO CHO NĂM 2012 63 4.1. Xây dựng các chỉ số gió mùa 63 4.1.1.Chỉ số mƣa 63 4.1.2. Chỉ số gió vĩ hƣớng 64 4.1.3. Chỉ số gradient nhiệt độ mực cao 67 4.2. Áp dụng các chỉ số để dự báo cho trƣờng hợp năm 2012 70 4.2.1. Đặc trƣng trƣờng mƣa quan trắc giai đoạn bùng nổ gió mùa năm 2012 70 4.2.2. Trƣờng mƣa và trƣờng hoàn lƣu dự báo 72 4.2.3. Chỉ số mƣa dự báo 73 4.2.4. Chỉ số gió vĩ hƣớng dự báo 75 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Vai trò của độ ẩm ngƣng kết tới hoàn lƣu quy mô lớn.Nguồn: Webster (1998) 16 Hình 1.2. Hoàn lƣu khí quyển trong mùa hè và mùa đông bắc bán cầu. Nguồn: Webster (1998). 7 Hình 1.3. Dị thƣờng OLR trung bình từ tháng Mƣời Hai tới tháng Hai (a) và hoàn lƣu đƣợc sinh ra theo lí thuyết của Gill (b). Nguồn: Gill (1980). 9 Hình 1.4. Mô hình hoàn lƣu phi tuyến đối xứng (a) và bất đổi xứng (b) của Held-Hou. Nguồn: Held-Hou (1980). 9 Hình 2.1. Mƣa GPCP tích lũy ngày trong ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010 16 Hình 2.2. Trƣờng OLR trung bình pentad tại các thời điểm trƣớc bùng nổ 2 pentad (pentad -2), trƣớc bùng nổ 1 pentad (pentad -1) và pentad bùng nổ (pentad 0). 17 Hình 2.3. Hoàn lƣu mực 850 hPa NCAR/NCEP ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001 2004 và 2010. 20 Hình 2.4. Hoàn lƣu mực 200 hPa NCAR/NCEP ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001 2004 và 2010. 21 Hình 2.5. Hai thành phần trực giao chiếm lƣợng thông tin lớn nhất của trƣờng gió vĩ hƣớng tái phân tích NCAR/NCEP trong ba tháng: tháng Tƣ, tháng Năm, tháng Sáu từ năm 1980 tới 2010. 23 Hình 2.6. Trƣờng nhiệt mực 850 hPa số liệu tái phân tích NCAR/NCEP cho ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010. 24 Hình 2.7. Trƣờng nhiệt trung bình từ mực 500 hPa tới 200 hPa số liệu tái phân tích NCAR/NCEP cho ngày bùng nổ gió mùa các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010. 25 Hình 3.1. Phân bố mƣa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998. 29 Hình 3.2. Phân bố mƣa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999 29 Hình 3.3. Phân bố mƣa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001 30 Hình 3.4. Phân bố mƣa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004 30 Hình 3.5. Phân bố mƣa mô phỏng thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010 31 Hình 3.6. Lƣợng mƣa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 08/05 đến 21/05 năm 1998, đơn vị mm.ngày -1 32 Hình 3.7. Lƣợng mƣa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 08/05 đến 21/05 năm 1998, đơn vị mm.ngày -1 32 Hình 3.8. Lƣợng mƣa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 14/04 đến 23/04 năm 1999, đơn vị mm.ngày -1 33 Hình 3.9. Lƣợng mƣa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 14/04 đến 23/04 năm 1999, đơn vị mm.ngày -1 33 Hình 3.10. Lƣợng mƣa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 02/05 đến 15/05 năm 2001, đơn vị mm.ngày -1 34 Hình 3.11. Lƣợng mƣa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 02/05 đến 15/05 năm 2001, đơn vị mm.ngày -1 34 Hình 3.12. Lƣợng mƣa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 14/05 đến 17/05 năm 2004, đơn vị mm.ngày -1 35 Hình 3.13. Lƣợng mƣa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 04/05 đến 17/05 năm 2004, đơn vị mm.ngày -1 35 Hình 3.14. Lƣợng mƣa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 14/05 đến 27/05 năm 2010, đơn vị mm.ngày -1 36 Hình 3.15. Lƣợng mƣa mô hình tại các trạm Nam Bộ từ 14/05 đến 27/05 năm 2010, đơn vị mm.ngày -1 36 Hình 3.16. Hoàn lƣu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998. 40 Hình 3.17. Hoàn lƣu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999 40 Hình 3.18. Hoàn lƣu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001. 41 Hình 3.19. Hoàn lƣu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004. 41 Hình 3.20. Hoàn lƣu mô phỏng mực 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010. 42 Hình 3.21. Hoàn lƣu mô phỏng mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998. 44 Hình 3.22. Hoàn lƣu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999. 44 Hình 3.23. Hoàn lƣu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001. 45 Hình 3.24. Hoàn lƣu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004. 45 Hình 3.25. Hoàn lƣu mực 200 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010. 46 Hình 3.26. Trƣờng nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1998.47 Hình 3.27. Trƣờng nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 1999.48 Hình 3.28. Trƣờng nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2001.48 Hình 3.29. Trƣờng nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2004.49 Hình 3.30. Trƣờng nhiệt mực mô phỏng 850 hPa thời kì bùng nổ gió mùa năm 2010.49 Hình 3.31. Trƣờng nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 1998. 50 Hình 3.32. Trƣờng nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 1999. 51 Hình 3.33. Trƣờng nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 2001. 51 Hình 3.34. Trƣờng nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 2004. 52 Hình 3.35. Trƣờng nhiệt mô phỏng trung bình mực 500 – 200 hPa năm 2010. 52 Hình 3.37. Tốc độ giải phóng ẩn nhiệt do đối lƣu trung bình năm ngày trƣớc thời điểm bùng nổ gió mùa trung bình từ 80 o E – 100 o E, đơn vị K.s -1 . 55 Hình 3.38. Mƣa mô phỏng trong các trƣờng hợp không có địa hình bởi mô hình RAMS, đơn vị mm.ngày -1 . 57 Hình 3.39. Trƣờng gió mô phỏng trong các trƣờng hợp không có địa hình bởi mô hình RAMS, đơn vị mm.ngày -1 . 58 Hình 3.40. Vận chuyển momen động lƣợng tƣơng đối của khí quyển mô phỏng có địa hình năm ngày trƣớc bùng nổ gió mùa, trung bình từ 50 o E – 140 o E, đơn vị 10 22 g.m.s -1 . 60 Hình 3.41. Vận chuyển momen động lƣợng tƣơng đối của khí quyển mô phỏng không địa hình năm ngày trƣớc bùng nổ gió mùa, trung bình từ 50 o E – 140 o E, đơn vị 10 22 g.m.s -1 61 Hình 4.2. Trung bình gió vĩ hƣớng mực 850 hPa khu vực (10 o N-15 o N, 100 o E-110 o E) mô phỏng bởi RAMS. 65 Hình 4.3. Trung bình gió vĩ hƣớng mực 850 hPa khu vực (10 o N-15 o N, 100 o E-110 o E) số liệu tái phân tích NCAR/NCEP . 66 Hình 4.4. Đồ thị của nhiệt độ trung bình từ 500 tới 200 hPa, đƣờng đứt là miền (100 o E-110 o E; 5 o S-5 o N) và đƣờng liền là (100 o E-110 o E;15 o N-25 o N) mô phỏng bởi RAMS. 68 Hình 4.5. Đồ thị của nhiệt độ trung bình từ 500 tới 200 hPa, đƣờng đứt là miền (100 o E-110 o E; 5 o S-5 o N) và đƣờng liền là (100 o E-110 o E;15 o N-25 o N) số liệu tái phân tích NCAR/NCEP . 69 Hình 4.6. Lƣợng mƣa quan trắc tại các trạm Nam Bộ từ 01/05 đến 15/05 năm 2012, đơn vị mm.ngày -1 71 Hình 4.7. Lƣợng mƣa tích lũy ngày trung bình từ (5 o N – 15 o N, 100 o E – 110 o E ), đơn vị mm.ngày -1 . Nguồn: CPC (Gauge – Based) Unified Precipitation. http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/Global_Monsoons/Asian_Monsoons/ 71 Hình 4.8. Trƣờng mƣa dự báo thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ 2012. 72 Hình 4.9. Trƣờng hoàn lƣu mực 850 hPa dự báo cho thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ 2012. 73 Hình 4.10. Trung bình gió vĩ hƣớng mực 850 hPa khu vực (10 o N – 15 o N, 100 o E – 110 o E) số liệu dự báo (trái) và số liệu tái phân tích NCAR/NCEP (phải). 75 Hình 4.11. Trung bình gió vĩ hƣớng mực 850 hPa khu vực (10 o N – 15 o N, 100 o E – 110 o E) số liệu dự báo (trái) và số liệu tái phân tích NCAR/NCEP (phải). 76 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Dị thƣờng nhiệt độ mặt nƣớc biển trung bình trƣợt ba tháng tại vùng Niño 3.4 (5 o N–5 o S, 120 o W–170 o W). Nguồn http://www.cpc.ncep.NCAR/NCEP .gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml. 14 Bảng 2.2. Thời gian mô phỏng giai đoạn bùng nổ gió mùa mùa hè của các năm 1998, 1999, 2001, 2004 và 2010. 15 Bảng 4.1. Ngày bùng nổ gió mùa đƣợc xác định bởi chỉ số mƣa quan trắc và mƣa mô phỏng 64 Bàng 4.2. Ngày bùng nổ gió mùa dựa vào chỉ số gió vĩ hƣớng mô phỏng và tái phân tích NCAR/NCEP. 67 Bảng 4.3. Ngày bùng nổ gió mùa dựa vào chỉ số gradient nhiệt độ mô phỏng và gradient nhiệt độ tái phân tích NCAR/NCEP 70 Bảng 4.4. Lƣợng mƣa dự báo tại các trạm Nam Bộ từ 04/05 đến 09/05 năm 2012, đơn vị mm.ngày -1 . Các số bôi đậm chỉ giá trị mƣa trên 5 mm.ngày -1 74 DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT BAO: Bảo Lộc BMT: Buôn Ma Thuột CAM: Cà Mau CAN: Cần Thơ DAL: Đà Lạt DAR: DarkNong ENSO: Dao động nam (El Niño–Southern Oscillation) GPCP: Mƣa phân tích toàn cầu của NOAA (Global Precipitation Climatology Project) NOAA: Cơ Quan Khí Quyển và Đại Dƣơng Quốc Gia Hoa Kì (National Oceanic and Atmospheric Administration) PCR: Hồi quy thành phần chính (Principle Component Regression) PHU: Phú Quốc PLE: Pleiku RAC: Rạch Giá RAMS: Mô hình khí quyển khu vực (the Regional Atmospheric Model System) SOI: Chỉ số dao động nam (Southern Oscillation Index) VUN: Vũng Tàu [...]... quan về bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Châu Á Chƣơng 2: Nhiệt động lực qui mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa qua số liệu tái phân tích Chƣơng 3: Kết quả mô bằng mô hình RAMS Chƣơng 4: Xây dựng chỉ số gió mùa và trƣờng hợp dự báo cho năm 2012 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ KHU VỰC CHÂU Á 1.1 Ý nghĩa của nghiên cứu gió mùa mùa hè Gió mùa mùa hè Châu Á là hệ thống gió mùa lớn nhất và đặc trƣng... trong khí quy n), do đó dẫn đến những dự báo chƣa chính xác Từ những thực tiễn trên, nghiên cứu gió mùa ở Việt Nam đặt ra là một nhu cầu cấp thiết, có vai trò quan trọng nhiều mặt Vì vậy tôi đề xuất đề tài:“ Nghiên cứu một số đặc trưng nhiệt động lực quy mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ nhằm hƣớng đến vấn đề quan trọng này 1.2 Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam Nam Bộ nằm... đích nghiên cứu vì chỉ số hoàn lƣu phải đƣợc tính trung bình cho toàn bộ các tháng hoạt động của gió mùa tây nam và không nói đến ngày bùng nổ gió mùa mùa hè trên khu vực Nam Bộ Ngoài ra các nghiên cứu ở Việt Nam thƣờng chỉ sử dụng số liệu gió vĩ hƣớng tái phân tích mực 850 hPa để nghiên cứu gió mùa, và nhƣ vậy rất có thể sẽ không đầy đủ vì cơ chế vật lý của gió mùa mùa hè, nhất là bùng nổ gió mùa, ... động đƣợc đƣa ra thƣờng bỏ qua các đặc trƣng quy mô lớn và chƣa loại đi đƣợc tác động gây nhiễu của các yếu tố địa phƣơng Do đó, kết quả đạt đƣợc của nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam là chƣa cao và chƣa phù hợp với nhu cầu đặt ra 4 1.3 Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè trên thế giới Đặc trƣng bùng nổ và cơ chế nhiệt động lực của gió mùa luôn là vấn đề chính của các nghiên cứu về gió mùa mùa hè. .. đề tài cũng cho thấy thời điểm bùng nổ gió mùa trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ thƣờng gắn với thời kỳ có xoáy thuận hoạt động trên khu vực vịnh Bengal Tƣơng tự nhƣ vậy là các bộ chỉ số gió mùa với các nghiên cứu của Trần Việt Liễn (2007) [5] Các chỉ số đƣợc xây dựng chủ yếu dựa trên trƣờng gió tái phân tích mực 850 hPa nhằm xác định thời điểm bùng nổ và kết thúc của gió mùa Đồng thời tìm hiểu mối liên... này trùng với thời điểm xuất hiện mƣa tại vịnh Bengal và nam Biển Đông, và là những khu vực xuất hiện mƣa mùa hè sớm nhất của gió mùa mùa hè châu Á Gió mùa mùa hè Ấn Độ thƣờng xuất hiện muộn hơn sau đó khoảng hai tuần Tuy nhiên, ngày bắt đầu mùa mƣa tại Nam Bộ có sự dao động lớn giữa các năm và phân bố mƣa giữa các khu vực cũng không hoàn toàn giống nhau Gió mùa mùa hè Ấn Độ và gió mùa mùa hè Đông Á là... của gió tây mực thấp và sự quay ngƣợc trở lại phía nam của gió đông mực cao 2.3.2 Đặc trưng khí hậu của trường gió giai đoạn đầu mùa hè Tới thời điểm hiện tại, việc phân chia các khu vực gió mùa khu vực Châu Á vẫn còn nhiều tranh cãi Quan điểm truyền thống cho rằng gió mùa khu vực Việt Nam là sự mở rộng sang phía đông của gió mùa Ấn Độ, nhƣng cũng có nhiều ý kiến cho rằng gió mùa mùa hè khu vực Việt Nam. .. cho tất cả các khu vực gió mùa trên thế giới Đối với khu vực gió mùa Á – Úc, cơ quan này đƣa ra ba chỉ số gió mùa sau: - Chỉ số gió mùa Á – Úc (Webster – Yang, 1992 [33]): Chỉ số này sử dụng giá trị gió vĩ hƣớng mực 850 hPa trừ đi gió vĩ hƣớng mực 200 hPA tại khu vực 0o –20oN, 40oE – 110oE để đại diện cho sự hoạt động của gió mùa Á – Úc - Chỉ số gió mùa Nam Á (Goswami, 1999 [12]): Chỉ số này sử dụng... trong khu vực giao tranh của hai hệ thống gió mùa lớn là hệ gió mùa mùa hè Nam Á và gió mùa mùa hè Đông Á, do đó mƣa gió mùa ở Nam Bộ có diễn biến phức tạp do chịu tác động của cả hai hệ thống này Theo trung bình khí hậu, mùa mƣa tại Nam Bộ bắt đầu vào cuối tháng Tƣ tới đầu tháng Năm, đƣợc đánh dấu bởi sự hình thành của gió tây nam nhiệt đới thổi từ vịnh Bengal sang Theo rất nhiều nghiên cứu trên thế... cao khí quy n Khi lên đƣợc các tầng trên cao, khí ô nhiễm sẽ lan tỏa rất nhanh ra toàn cầu Do đó nghiên cứu gió mùa có vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu ô nhiễm môi trƣờng 1 Về mặt khoa học, nghiên cứu gió mùa là nghiên cứu hệ thống hoàn lƣu quy mô lớn, chứa đựng trong đó các hệ thống thời tiết quy mô nhỏ hơn Nghiên cứu gió mùa giúp hiểu rõ hơn những cơ chế hình thành và vận động của khí quy n, . Nghiên cứu một số đặc trưng nhiệt động lực quy mô lớn thời kì bùng nổ gió mùa mùa hè khu vực Nam Bộ nhằm hƣớng đến vấn đề quan trọng này. 1.2. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam. VỀ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ KHU VỰC CHÂU Á 1 1.1. Ý nghĩa của nghiên cứu gió mùa mùa hè 1 1.2. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè ở Việt Nam 2 1.3. Thực tiễn nghiên cứu gió mùa mùa hè trên. Bùi Minh Tuân NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘNG LỰC QUY MÔ LỚN THỜI KỲ BÙNG NỔ GIÓ MÙA MÙA HÈ TRÊN KHU VỰC NAM BỘ Chuyên ngành: Khí tƣợng và khí hậu học Mã số: 60.44.87 LUẬN