Tài liệu Nghiên cứu đánh giá tác động của không khí lạnh đến một số yếu tố khí tượng trên khu vực đồng bằng bắc bộ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHÔNG KHÍ LẠNH ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG TRÊN KHU VỰC ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƯỢNG - KHÍ HẬU HỌC PHÍ THỊ NGÀ HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHÔNG KHÍ LẠNH ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG TRÊN KHU VỰC ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ PHÍ THỊ NGÀ CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƯỢNG - KHÍ HẬU HỌC MÃ SỐ: 60440222 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. VÕ VĂN HÒA 2. TS. CHU THỊ THU HƯỜNG HÀ NỘI, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu, nội dung, kết quả trong luận văn “Nghiên cứu đánh giá tác động của không khí lạnh đến một số yếu tố khí tượng trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ” là công trình do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Võ Văn Hòa và TS. Chu Thị Thu Hường. Nội dung trong luận văn là trung thực, các tài liệu, số liệu trích dẫn đều ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo và chưa được công bố trên công trình nào khác. Nếu có bất cứ sự gian lận trong nội dung nghiên cứu của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng nhà trường. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phí Thị Ngà i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khí tượng - Khí hậu học “Nghiên cứu đánh giá tác động của không khí lạnh đến một số yếu tố khí tượng trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ” đã hoàn thành trong tháng 7 năm 2018. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè. Trước hết tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Võ Văn Hòa, TS. Chu Thị Thu Hường đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Khoa Khí tượng - Thủy văn, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện và hướng dẫn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới đề tài NCKH cấp Nhà nước “Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu tới sự xâm nhập của các đợt lạnh và nóng ấm bất thường trong mùa đông ở khu vực miền núi phía Bắc phục vụ phát triển kinh tế - xã hội”, mã số BĐKH.25/16-20 đã cung cấp số liệu quan trắc khí tượng bề mặt thuộc khu vực đồng bằng Bắc Bộ và phương pháp kiểm tra chất lượng thám sát để tác giả thực hiện luận văn này. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới các thành viên trong gia đình tôi những người tạo cho tôi rất nhiều động lực để học tập và hoàn thành luận văn này. Do thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều, bên cạnh đo nội dung nghiên cứu rộng, phức tạp luận văn khó tránh khỏi những thững thiếu sót. Học viên rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 09 năm 2018 Tác giả Phí Thị Ngà ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KHÔNG KHÍ LẠNH VÀ TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................................ 3 1.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên của khu vực đồng bằng Bắc Bộ .............. 3 1.2. Khái quát về đặc điểm của không khí lạnh ở miền Bắc Việt Nam ............ 4 1.2.1. Nguồn gốc của không khí lạnh ............................................................ 4 1.2.2. Đặc trưng hoạt động theo thời gian .................................................... 5 1.2.3. Đặc trưng về cường độ, hình thế và hệ quả thời tiết đi kèm ............... 6 1.3. Tổng quan nghiên cứu trong nước và ngoài nước ..................................... 8 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ........................................................ 8 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................... 14 CHƯƠNG II. MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP VÀ TẬP SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU ......................................................................................................................... 20 2.1. Tập số liệu nghiên cứu ............................................................................. 20 2.2. Phương pháp xử lý số liệu........................................................................ 22 2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 26 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................... 28 3.1. Đặc điểm hoạt động của không khí lạnh trong giai đoạn 1997-2017 ...... 28 3.1.1. Tần suất của không khí lạnh .............................................................. 28 3.1.2. Cường độ của không khí lạnh ............................................................ 31 3.1.3. Các đặc trưng thời tiết của không khí lạnh ảnh hưởng đến khu vực 35 iii 3.2. Biến đổi của yếu tố nhiệt độ trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ vào mùa đông trong giai đoạn 1997-2017 ..................................................................... 37 3.2.1. Nhiệt độ trung bình ngày của các tháng mùa đông .......................... 37 3.2.2. Nhiệt độ tối thấp và tối cao ngày....................................................... 39 3.2.3. Nhiệt độ trung bình tháng .................................................................. 41 3.2.4. Biến đổi số ngày rét đậm rét hại........................................................ 43 3.3. Biến đổi của lượng mưa trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ vào mùa đông trong giai đoạn 1997-2017 .............................................................................. 50 3.4. Biến đổi của trường gió trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ vào mùa đông trong giai đoạn 1997-2017 .............................................................................. 55 3.5. Phân tích nguyên nhân chi phối sự biến đổi trong hoạt động của không khí lạnh trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ ........................................................ 58 3.6. Phân tích cơ chế nhiệt động lực học chi phối đợt lạnh bất thường trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ trong năm 2018 .......................................................... 60 3.6.1. Cơ chế động lực ................................................................................. 64 3.6.2. Cơ chế nhiệt lực ................................................................................. 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 82 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Thông tin về các trạm quan trắc khí tượng bề mặt trên khu vực ĐBBB được thu thập số liệu để phục vụ nghiên cứu...................................... 22 Bảng 3.1. Tổng số đợt không khí lạnh trong các tháng giai đoạn 1997-2017 29 Bảng 3.2. Tổng số các đợt GMĐB và KKLTC trong giai đoạn 1997-2017 ... 32 Bảng 3.3. Tổng số các đợt GMĐB và KKLTC theo từng tháng trong các mùa đông giai đoạn 1997 – 2017 ............................................................................ 34 Bảng 3.4. Số ngày rét đậm, rét hại theo từng tháng (giai đoạn 1997-2017) ... 44 Bảng 3.5. Tổng số ngày rét đậm, rét hại (RDRH) và số ngày rét đậm (RĐ) và rét hại (RH) theo từng mùa đông (giai đoạn 1998-2017) ............................... 45 Bảng 3.6: Giá trị lượng mưa ngày lớn nhất nhất (mm) theo từng tháng của mùa đông trong giai đoạn 1997-2017 ............................................................. 52 Bảng 3.7. Tốc độ gió lớn nhất (m/s) trong tháng I giai đoạn 1998 - 2017 ..... 56 Bảng 3.8. Tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối tháng và tốc độ gió lớn nhất trung bình tháng (m/s) theo từng tháng mùa đông và từng trạm nghiên cứu ........... 57 Bảng 3.9: Bảng hệ số tương quan giữa cường độ của áp cao Siberia, áp thấp Aleut với số đợt không khí lạnh trong từng tháng .......................................... 59 v DANH MỤC HÌNH Hình 3.1. Xu thế biến đổi của GMĐB và KKLTC trong giai đoạn 1997-2017 ......................................................................................................................... 30 Hình 3.2. Tổng số và trung bình số đợt KKL theo từng tháng trong giai đoạn 1997-2017........................................................................................................ 30 Hình 3.3: Xu thế biển đổi của chuẩn sai TNn (các hình bên trên) và TXx (các hình bên dưới) trên khu vực ĐBBB so với TBNN theo thập kỷ đầu (A1, A2), theo thập kỷ sau (B1, B2) và trong hai thập kỷ gần đây (C1, C2) .................. 40 Hình 3.4: Xu thế biển đổi của chuẩn sai số đợt KKL (các hình bên trên) và nhiệt độ trung bình các tháng mùa đông (các hình bên dưới) trên khu vực ĐBBB so với TBNN theo thập kỷ đầu (A1, A2), theo thập kỷ sau (B1, B2) và trong hai thập kỷ gần đây (C1, C2) ................................................................. 42 Hình 3.5. Biến đổi của số đợt KKL và số ngày rét đậm, rét hại so với TBNN giai đoạn 1998 - 2016 ...................................................................................... 49 Hình 3.6: Chuẩn sai tổng lượng mưa các tháng mùa đông trong giai đoạn 1997-2017........................................................................................................ 50 Hình 3.7: Xu thế biến đổi của tổng lượng mưa các tháng và số đợt KKL so với TBNN giai đoạn 1997-2017 ..................................................................... 51 Hình 3.8: Xu thế biển đổi của chuẩn sai số đợt KKL (các hình bên trên) và tổng lượng mưa các tháng mùa đông (các hình bên dưới) trên khu vực ĐBBB so với TBNN theo thập kỷ đầu (A1, A2), theo thập kỷ sau (B1, B2) và trong hai thập kỷ gần đây (C1, C2) .......................................................................... 53 Hình 3.9. Phân bố nhiệt độ lúc 7 giờ các ngày 14/1; 1/2 và 21/2/2008 trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc ....................................................................... 62 Hình 3.10. Bản đồ tái phân tích trường gió mực 10m tại thời điểm 7h ngày 14/1 (a) và 15/1/2008 (b)................................................................................ 65 Hình 3.11. Bản đồ tái phân tích trường xoáy tương đối và trường gió lần lượt các mực 925mb (a) và 850mb (b) thời điểm 7h ngày 14/1/2008.................... 66 vi Hình 3.12. Bản đồ tái phân tích trường xoáy tương đối và trường gió lần lượt các mực 700mb (a) và 500mb (b) thời điểm 7h ngày 14/1/2008.................... 67 Hình 3.13. Bản đồ tái phân tích trường xoáy tương đối và trường gió lần lượt các mực 925mb (a) và 850mb (b) thời điểm 7h ngày 01/02/2008.................. 67 Hình 3.14. Bản đồ tái phân tích trường xoáy tương đối và trường gió lần lượt các mực 700mb (a) và 500mb (b) thời điểm 7h ngày 1/2/2008...................... 68 Hình 3.15. Bản đồ tái phân tích trường xoáy tương đối và trường gió lần lượt các mực 925mb (a) và 850mb (b) thời điểm 7h ngày 21/2/2008.................... 69 Hình 3.16. Bản đồ tái phân tích trường xoáy tương đối và trường gió lần lượt các mực 700mb (a) và 500mb (b) thời điểm 7h ngày 21/2/2008.................... 70 Hình 3.17. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 2m thời điểm 7h ngày 14/1 (a) và ngày 15/1/2008 (b) ............................................................... 71 Hình 3.18. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 850mb thời điểm 7h ngày 14/1 (a) và ngày 15/1/2008 (b) ................................................. 72 Hình 3.19. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 700mb thời điểm 7h ngày 14/1 (a) và ngày 15/1/2008 (b) ................................................. 73 Hình 3.20. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 2m (a) và mực 850mb (b) thời điểm 7h ngày 1/2/2008........................................................... 74 Hình 3.21. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 700mb (a) và 500mb (b) thời điểm 7h ngày 1/2/2008........................................................... 75 Hình 3.22. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 2m thời điểm 7h ngày 20/2 (a) và ngày 21/2/2008 (b) ............................................................... 76 Hình 3.23. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 850mb thời điểm 7h ngày 20/2 (a) và ngày 21/2/2008 (b) ................................................. 77 Hình 3.24. Bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối mực 700mb thời điểm 7h ngày 20/2 (a) và ngày 21/2/2008 (b) ................................................. 77 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu ĐBBB Đồng bằng Bắc Bộ dd Hướng gió ff Tốc độ gió GMĐB Gió mùa đông bắc KKL Không khí lạnh KKLTC Không khí lạnh tăng cường KTTV Khí tượng Thủy văn RĐ Rét đậm RĐRH Rét đậm, rét hại RH Rét hại R24 Lượng mưa tích lũy ngày TBNN Trung bình nhiều năm Td Nhiệt độ điểm sương TN Nhiệt độ tối thấp ngày TNn Nhiệt độ tối thấp ngày nhỏ nhất trong mùa đông T2m Nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét TX Nhiệt độ tối cao ngày TXx Nhiệt độ tối cao ngày cao nhất trong mùa đông ww Hiện tượng thời tiết viii MỞ ĐẦU Trong những năm trở lại đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu mà chế độ khí hậu trên hầu khắp các vùng miền của Việt Nam đã có sự thay đổi đáng kể trong đó có khu vực Đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB). Trong đó, các đợt rét đậm, rét hại kéo dài trong điều kiện khí hậu đang nóng lên toàn cầu, các hiện tượng như mưa tuyết, băng giá, sương muối,… đã xảy ra trên diện rộng. Một số nơi chưa bao giờ xảy ra tuyết rơi lại quan trắc được trong những năm gần đây. Thậm chí, ngay giữa mùa đông thì trên khu vực các tỉnh vùng núi phía Bắc lại xuất hiện nhiệt độ tăng cao kỷ lục 32-34 độ, tạo cảm giác như xuất hiện nắng nóng giữa mùa đông. Ví dụ như đợt rét đậm, rét hại từ 20/1 đến hết ngày 20/2/2008 ở Bắc Bộ nói chung và các tỉnh vùng núi phía Bắc nói riêng là đợt rét kéo dài nhất trong lịch sử quan trắc xảy ra trên lãnh thổ Việt Nam. Đặc biệt, trong đợt rét đậm rét hại này xuất hiện nhiều ngày có rét hại (vùng đồng bằng trung du Bắc Bộ có 31 ngày rét hại) và nhiệt độ trung bình ngày xuống thấp nhất trong chuỗi số liệu lịch sử. Nhiệt độ trung bình ngày ở ngay giữa trung tâm Hà Nội là 7,30C; Sa Pa (Lào Cai) là -0.1oC. Những thay đổi bất thường của hiện tượng không khí lạnh (KKL) nói trên đã gây ra nhiều thiệt hại về người và của cải cho khu vực Bắc Bộ nói chung và khu vực ĐBBB nói riêng, nơi tập trung nhiều hoạt động sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Theo các nghiên cứu về biến đổi khí hậu (BĐKH) ở trong và ngoài nước gần đây, dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, các đợt không khí lạnh bất thường trong mùa đông có xu hướng thay đổi cả về tần suất và cường độ trong những năm tiếp theo. Do đó, đòi hỏi công tác dự báo cần phải được cải tiến hơn nữa để có thể nắm bắt được những hiện tượng này, cũng như cần có các nghiên cứu sâu hơn để tăng cường hiểu biết về mặt cơ chế chi phối, tính chất hoạt động, từ đó đưa ra được các định hướng phát triển công nghệ dự báo. Xuất phát từ những nhận định nêu trên, luận văn đã đề xuất hướng nghiên cứu “Nghiên cứu đánh giá tác động của không khí lạnh đến một số 1 yếu tố khí tượng trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ” với mục tiêu chính là đánh giá được mức độ, xu thế, tính chất hoạt động của KKL trên khu vực ĐBBB để trên cơ sở đó giải thích được nguyên nhân dẫn đến biến đổi của KKL trên khu vực ĐBBB trong 2 thập kỷ gần đây (1997-2017). Đồng thời, đánh giá được tác động của KKL đến nhiệt độ trung bình, nhiệt độ thấp nhất, lượng mưa, tốc độ gió và các hiện tượng khí tượng trên khu vực ĐBBB. 2 CHƯƠNG I. ĐẶC ĐIỂM CỦA KHÔNG KHÍ LẠNH VÀ TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên của khu vực đồng bằng Bắc Bộ Địa hình ĐBBB nhìn chung thấp và bằng phẳng, độ dốc nhỏ do quá trình tam giác châu tạo thành, độ nghiêng từ Tây Bắc sang Đông Nam, với nhiều dòng sông uốn khúc quanh co, tuy nhiên độ nghiêng diễn ra không đều đặn do ảnh hưởng bởi các cồn cát cao đến 4-5m vùng bờ biển. Trừ một vài ngọn núi còn sót lại, độ cao tuyệt đối của địa hình không quá 100m. Vùng ĐBBB bao gồm toàn bộ châu thổ và trung du Bắc Bộ. Hai bên bờ các sông, đặc biệt là sông Hồng có các sống đất cao do nước lũ bồi đắp. Với tính chất địa hình ngăn cách thành ô do không được bồi đắp đều nên xuất hiện nhiều ô trũng trong khu vực. Dọc theo bờ biển có các dải cồn cát được hình thành trên đó đã hình thành các làng mạc. Khu vực ĐBBB có hệ thống đê lớn nhất cả nước, địa hình vùng của sông ven biển thấp do vậy xuất hiện tượng xâm nhập mặn vào sâu trong đất liền khiến cho những vùng đất này trở lên chua mặn khó canh tác. Và hình thành các rừng ngập mặn có tác dụng chắn sóng. Khu vực này giáp liền với vịnh Bắc Bộ ở phía Đông Nam; các phía khác bao quanh bởi các vùng núi Bắc Bộ. Khu vực ĐBBB có mạng lưới sông suối dày đặc, ruộng đất phì nhiêu, thực vật phong phú, thích hợp với đời sống và sản xuất. ĐBBB là một trong những vùng kinh tế có tầm quan trọng đặc biệt trong phân công lao động của Việt Nam. Đây là vùng có vị trí địa lí và điều kiện tự nhiên thuận lợi, tài nguyên đa dạng và phong phú, dân cư đông đúc nguôn nhân lực dồi dào, mặt bằng dân trí cao. Địa hình tương đối bằng phẳng với hệ thống sông ngòi dày đặc đã tạo điều kiện thuận lợi để phát triển hệ thống giao thông thuỷ bộ và cơ sở hạ tầng của vùng. Về vị trí địa lý, khu vực ĐBBB nằm ở phía nam miền Bắc, với vị trí phía Bắc giáp khu vực Đông Bắc, phía Tây Bắc giáp với khu vực Việt Bắc, 3 phía Nam giáp với khu vực Tây Bắc và Bắc Trung Bộ. Đồng bằng thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, từ các thềm phù sa cổ 10-15m xuống đến các bãi bồi 2-4m ở trung tâm rồi các bãi triều hàng ngày còn ngập nước triều. Khu vực ĐBBB là một vùng đất rộng lớn nằm quanh khu vực hạ lưu sông Hồng thuộc miền Bắc Việt Nam, vùng đất bao gồm các tỉnh và thành phố: Hà Nội, Bắc Ninh, Hà Nam, Hưng Yên, Hải Dương, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình. Diện tích tự nhiên: 11.383,1 km2; Dân số: 14.885.00 người. 1.2. Khái quát về đặc điểm của không khí lạnh ở miền Bắc Việt Nam 1.2.1. Nguồn gốc của không khí lạnh Rất nhiều nghiên cứu trong nước đã chỉ ra rằng những đợt KKL xâm nhập xuống Việt Nam đều bắt nguồn từ ba áp cao có trung tâm tại Hoa Đông, Siberia và Thanh-Tạng: Áp cao Hoa Đông là một áp cao đặc biệt, tại các lớp gần mặt đất, nó là một áp cao lạnh lục địa có trung tâm ở khu vực Sơn Đông, trị số khí áp trung tâm tháng XI đạt trên 1025mb. Còn ở các tầng cao, nó tồn tại như một trung tâm áp cao động lực tách ra từ rìa phía tây của lưỡi áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương đang ở trong giai đoạn suy yếu, rút ra phía đông và lùi xuống phía nam. Từ cuối tháng IX, áp cao Hoa Đông đã bắt đầu hình thành và mạnh lên nhanh chóng. Tháng X, tháng XI nó đã khống chế một khu vực rộng lớn gồm phía đông lục địa Trung Quốc, khu vực bắc Biển Đông và bắc Việt Nam nên đã duy trì ở Miền Bắc Việt Nam một kiểu thời tiết ổn định, bầu trời trong xanh, hầu như thường xuyên có gió đông bắc, trời se lạnh - thời tiết mùa thu. Ở rìa phía nam của áp cao Hoa Đông, lưỡi áp cao lạnh này ảnh hưởng tới miền Bắc Việt Nam với dăm ngày lại có một đợt không khí lạnh tăng cường, không gây ra những đột biết thời tiết đáng kể. Tần suất của front lạnh trong thời kì này rất nhỏ so với giữa và cuối mùa đông. Áp cao Siberia cũng hình thành từ rất sớm ở phía vùng SiberiaMongolia. Từ tháng X, tháng XI áp cao này đã rất mạnh, nhưng không khí lạnh từ áp cao trong thời kì này chủ yếu đi ra phía đông và cuốn hút vào áp 4 thấp Aleut mà ít khi đi về phía nam. Từ cuối tháng XI sang tháng XII, khi rãnh Đông Á mạnh và sâu xuống thì không khí lạnh từ áp cao Siberia dưới sự “dẫn dắt” của rãnh Đông Á đã có những đợt chuyển hướng đi về phía đông nam và phía nam, kèm theo front lạnh, xâm nhập xuống các vĩ độ thấp, ảnh hưởng đến Việt Nam. Áp cao Thanh-Tạng tồn tại quanh năm trên vùng cao nguyên Thanh Hải - Tây Tạng. Mùa đông áp cao cũng khá mạnh, đôi khi hòa nhập với áp cao Siberia nhưng rồi lại tách ra mỗi khi chúng suy yếu. Mùa hè áp cao này suy yếu đi nhưng vẫn luôn luôn tồn tại như một áp cao độc lập. Không kể thời gian nào trong năm mỗi khi áp cao mạnh lên và có điều kiện hoàn lưu thuận lợi, không khí lạnh từ áp cao Thanh-Tạng lại trượt xuống vùng châu thổ và đồng bằng Hoa Nam. Từ đây nó lại có cơ hội xâm nhập xuống Việt Nam hoặc di chuyển sang phía đông. Không khí lạnh từ áp cao Siberia hay áp cao Thanh-Tạng di chuyển xuống Việt Nam đều bị chặn lại ở sườn phía bắc của dãy núi Nam Lĩnh, phía nam lục địa Trung Quốc, gần như có hướng đông - tây ở trong khoảng vĩ tuyến 25 - 28oN. Không khí lạnh tích tụ ở đây rồi hình thành front tĩnh, được gọi là front tĩnh Hoa Nam. Khi không khí lạnh tích tụ đủ mạnh thì đẩy front tĩnh vượt qua dãy núi tiếp tục đi về phía nam và ảnh hưởng đến Việt Nam. Các đợt front lạnh di chuyển xuống các vĩ độ cận nhiệt đới cũng thường hòa nhập với front tĩnh Hoa Nam thành một front mạnh trước khi tràn xuống miền Bắc Việt Nam. 1.2.2. Đặc trưng hoạt động theo thời gian Hàng năm, từ tháng IX đến tháng V, KKL từ lục địa châu Á thường xâm nhập xuống Miền Bắc Việt Nam thành từng đợt. KKL là một trong những hệ thống thời tiết chiếm vị trí quan trọng trong mùa đông ở Việt Nam. KKL hoạt động thường kèm theo front lạnh mạnh, gây nên rét đậm, rét hại, gió đông bắc mạnh, đặc biệt các tháng chính đông. Trong các tháng chuyển tiếp, KKL tuy không mạnh nhưng lại tạo ra những đợt mưa rào và dông mạnh 5 trên diện rộng, thậm chí gây nên mưa đá, lốc, tố. Khi KKL kết hợp với các hệ thống thời tiết khác như: dải hội tụ nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới,... thường gây ra mưa lớn. KKL được hình thành từ vùng Sebiria-Mông Cổ, trung tâm của nó trùng với trung tâm lạnh ở hồ Bai-can. Mùa hè nó nằm trong khoảng 50-700N, mùa đông trong khoảng từ 40-500N và 950E. Nó là một trong những khí đoàn mạnh nhất vào mùa đông ở bắc bán cầu. Trong mùa đông, khí áp trung tâm có khi lên tới 1070 mb và phát triển theo chiều thẳng đứng có thể đạt tới đỉnh tầng đối lưu. Thời tiết trong khí đoàn này rất ổn định, nhiệt độ không khí rất thấp, độ ẩm nhỏ, tầng thấp có lớp nghịch nhiệt, biên độ nhiệt độ ngày lớn, nhiều khi lên tới 200C. Vùng trung tâm có dòng giáng động lực, cho nên bầu trời từ ít đến quang mây. Ban đêm mặt đệm bức xạ mạnh làm nhiệt độ càng hạ thấp gây nên mù và sương mù bức xạ. 1.2.3. Đặc trưng về cường độ, hình thế và hệ quả thời tiết đi kèm Đầu mùa đông, KKL di chuyển trên lục địa nên chỉ bị biến tính về nhiệt độ, còn độ ẩm gần như không thay đổi. Khi đó, khu vực nằm sâu trong lưỡi cao lạnh khô, thời tiết điển hình là: trời ít mây đến quang mây, gió nhẹ, khô hanh. Ở Bắc Bộ nhất là vùng núi phía bắc thường có sương mù bức xạ vào đêm và sáng. Những đợt không khí lạnh tăng cường liên tục vùng núi và trung du có thể có băng giá và sương muối. Cuối mùa đông, KKL di chuyển trên mặt đệm là biển nên bị nóng và ẩm lên. Thông thường khi tới Biển Đông, trên bản đồ mặt đất xuất hiện một vùng áp cao riêng biệt, không khí lạnh bị biến tính dần, nhiệt độ và độ ẩm tăng, tầng kết nhiệt ổn định. Thời tiết miền Bắc khi đó khá đặc biệt, bầu trời u ám và đầy mây, chủ yếu là mây St hoặc Sc, có mưa nhỏ và mưa phùn. Có thể nói KKL ảnh hưởng đến nước ta hầu như quanh năm. KKL ảnh hưởng mạnh mẽ nhất từ tháng X đến tháng III năm sau. Tháng KKL hoạt động ít nhất cũng có từ 1-2 đợt, tháng nhiều có từ 4-5 đợt, thậm chí có 6-7 đợt. KKL xâm nhập mạnh khi ở trên cao, gần dãy Uran, có một sống nóng và ở 6 Đông Á có một rãnh lạnh trục nằm dọc theo duyên hải phía đông Trung Hoa. Rãnh này càng rõ và càng tiến xa xuống phía nam thì sự xâm nhập của KKL càng mạnh. Khi front lạnh vượt qua dãy núi Nam Lĩnh tới Miền Bắc Việt Nam thì xuất hiện một chuỗi xoáy thuận gồm: xoáy thuận Nhật Bản, áp thấp Aleut, còn cao áp Sibrea đóng vai trò một cao áp kết thúc. Vì vậy front gần như đi song song với đường đẳng áp ngoài rìa của cao áp Siberia. Tuỳ theo thời kỳ, đường đi, cường độ, tốc độ di chuyển của KKL mà hệ quả thời tiết của nó sẽ có những biểu hiện khác nhau. Hơn nữa, hệ quả thời tiết của nó còn phụ thuộc nhiều đến sự kết hợp đồng thời với các hệ thống thời tiết khác khi ảnh hưởng đến Việt Nam. Có thể nói, hệ quả thời tiết của nó đối với khu vực rất phong phú. Nhìn chung, khi ảnh hưởng đến khu vực, KKL thường biểu hiện dưới các dạng hình thế sau: a) Rìa phía nam lưỡi cao lạnh kèm theo front lạnh Sau khi hình thành trên lục địa Trung Quốc, front lạnh di chuyển về phía nam hoặc đông nam. Ở vĩ độ cao, nó di chuyển với tốc độ khá đều đặn (trung bình 600-1000 km/ngày). Tới Hoa Nam (25-270N) gặp những dãy núi cao, front lạnh thường dừng lại ở đây tạo thành front tĩnh Côn Minh từ 2-3 ngày (cá biệt đến 10 ngày), gây nên những đợt mưa dài ở vùng Hoa Nam. Có thể front tan ngay ở đây, nhưng cũng có thể front tràn qua Nam Lĩnh rồi ảnh hưởng đến Miền Bắc nước ta. Tới Việt Nam front lạnh di chuyển với tốc độ khác nhau, KKL sau front lùa theo những thung lũng giữa các dãy núi đông bắc tràn nhanh xuống Đồng bằng Bắc Bộ. Ở phía tây gặp dãy núi Hoàng Liên Sơn với độ cao trung bình khoảng 1500m chạy từ biên giới Việt Trung đến Hoà Bình, front lạnh dừng lại và biến thành front tĩnh. Trong trường hợp áp cao sau front có cường độ mạnh và có đường đi lệch tây thì khoảng 1-2 ngày sau, phần front này lại tràn qua khu Tây Bắc và dừng lại ở phía đông các dãy núi ở Thượng Lào. Phần phía đông của front lạnh di chuyển trên mặt đệm bằng phẳng hơn nên tốc độ lớn hơn, nó tiếp tục tràn xuống vĩ độ thấp. Tới 7 Trung Bộ front lạnh dừng lại phía đông dãy Trường Sơn rồi nằm dọc theo vĩ tuyến 160N và hầu hết front lạnh tan đi ở đây. Từ tháng XII đến tháng II năm sau là thời kì KKL hoạt động mạnh nhất, lúc này rìa tây nam lưỡi cao lạnh có front lạnh xâm nhập tới Bình Định, Phú Yên, qua cả cao nguyên Nam Trung Bộ. Khi đó, các khu vực nằm sâu trong phần phía nam của lưỡi cao áp lạnh thường không mưa, riêng vùng rìa lưỡi cao áp lạnh này thời tiết nhiều mây, có mưa, mưa rào và dông. b) Rìa phía nam lưỡi cao lạnh kèm theo đường đứt Trong một số trường hợp KKL không đủ mạnh, không thể hình thành front mà chỉ có thể là đường đứt và nó chỉ xuống đến Bắc Bộ hoặc phía bắc Khu Bốn cũ. Hình thế này gây nên mưa rào và dông rải rác hoặc nhiều nơi từ Bắc Bộ đến Hà Tĩnh. Gió đông bắc trên vịnh Bắc Bộ thường đạt tới cấp 5-6. Hình thế thời tiết này thường xảy ra vào thời kỳ đầu và cuối mùa đông, đặc biệt là các tháng V, tháng VI. c) Không khí lạnh tăng cường Khi trên vịnh Bắc Bộ vẫn còn đang chịu ảnh hưởng của đợt KKL xâm nhập từ trước, gió vẫn có hướng lệch bắc, nhưng tốc độ đã suy yếu, nay lại có một đợt KKL xâm nhập tiếp làm cho tốc độ gió tăng, nhiệt độ giảm. 1.3. Tổng quan nghiên cứu trong nước và ngoài nước 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Có thể nói, vấn đề nghiên cứu về gió mùa mùa đông trên khu vực Châu Á nói chung và gió mùa đông bắc trên khu vực Đông Á nói riêng (trong đó có miền Bắc Việt Nam) đã được thực hiện ở trên thế giới từ những năm 1949 của thế kỷ trước, và cho đến nay vẫn đang là vấn đề được nhiều nhà khí tượng học quan tâm nghiên cứu. Có thể chia các nghiên cứu ngoài nước thành 2 giai đoạn như sau: 1.3.1.1. Giai đoạn từ 1949 - 1970 Đây là giai đoạn có nhiều nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khí 8 tượng kỳ cựu của Trung Quốc như Chu Bính Hải, Diệp Đốc Chính, Cao Do Hỷ, Đào Thi Ngôn, Cố Chấn Triều, Chu Bảo Trân,… [18, 19, 20, 21] đã nghiên cứu và đúc kết một số vấn đề quan trọng sau đây của gió mùa mùa đông Đông Á như sau: a) Các trung tâm khí áp mặt đất và dòng xiết trên cao - Gió mùa Đông Á bị chi phối bởi các trung tâm khí áp vĩ mô trong cơ chế hoàn lưu chung của hành tinh. Cụ thể, Trên bản đồ đẳng áp Âu-Á tháng I, tiêu biểu cho mùa đông, áp cao lục địa châu Á phát triển mạnh mẽ nhất, chiếm cứ phần lớn vùng lục địa phía Tây Bắc châu Á, áp thấp Aleuts (Tale) khơi sâu chiếm cứ đại dương phía Đông Bắc, áp cao Thái Bình Dương lùi về phía bờ biển châu Mỹ, trong khi dải áp thấp xích đạo di chuyển theo biểu kiến của mặt trời lùi về bán cầu Nam. - Mùa đông, những đường dòng liên tục nối liền trung tâm cao áp Siberia với rãnh nội chí tuyến ở bán cầu Nam, không khí lạnh từ các vĩ độ cực đới của lục địa châu Á xâm nhập vào vùng nhiệt đới. Mặc dù bị biến tính rất nhiều trong quá trình di chuyển từ Bắc xuống Nam, song thuộc tính của không khí cực đới vẫn rất rõ rệt so với không khí nhiệt đới - Trên khu vực nội chí tuyến tín phong thổi từ rìa cao áp Thái Bình Dương theo hướng Đông Bắc về phía xích đạo. Cùng với sự xê dịch của áp cao Thái Bình Dương, đới tín phong cũng có sự dịch chuyển theo mùa. - Trên cao cũng có nhiều đặc điểm quan trọng về hình thế hoàn lưu. Trên bản đồ đẳng cao mực 500 hPa tháng I, tồn tại một tâm thấp ở gần Bắc cực, hai rãnh thấp hướng về phía bờ biển Caspien và bờ biển châu Á. Gió Tây chiếm ưu thế trên toàn bộ đại lục từ Bắc cực đến vĩ tuyến 180N. Ở khoảng 30350N, gió Tây trên cao có vận tốc rất lớn, được gọi là dòng xiết gió Tây. Ở khu vực cao nguyên Tây Tạng, dòng xiết tách làm hai, lượn quanh cao nguyên rồi nhập lại ở phía Đông, đi ra biển Nhật Bản. b) Xoáy thuận ôn đới, rãnh Đông Á và quá trình xâm nhập lạnh 9 - Mùa gió mùa mùa đông kéo dài từ tháng XI đến tháng III năm sau. Ở trên cao Đông Á hình thành một hình thế hai rãnh một sống, đó là rãnh châu Âu, sống Uran và rãnh Đông Á. - Khi trục rãnh Đông Á khơi sâu và nằm dọc theo bờ Đông châu Á không khí lạnh xâm nhập sâu về phía Nam. Sống Uran càng nhô lên phía Bắc làm cho bờ phía sau của rãnh Đông Á càng dốc thì sự xâm nhập lạnh càng mạnh. Không khí lạnh tràn xuống theo hướng từ Bắc - Nam vào đầu và giữa mùa đông: tháng XII, tháng I. Vào nửa cuối mùa đông, tháng II và tháng III, xoáy thuận hành tinh yếu đi, rãnh Đông Á không còn sâu như trước nữa, quỹ đạo không khí lạnh lệch Đông, dòng khí đi qua các vùng ven biển theo hướng Đông Bắc vào Việt Nam và các nước Đông Nam Á. Vì lẽ đó, về sau các nhà khí tượng đã tính tốc độ di chuyển của sóng Rossby để dự báo hạn dài dựa vào hai đặc trưng quan trọng: thời điểm mà rãnh Đông Á có độ sâu lớn nhất và độ nghiêng và hình thế của bờ Tây rãnh Đông Á là dòng dẫn đường áp cao giáp mặt đất. - Sống áp cao Uran càng mạnh và nhô lên phía Bắc thì bờ rãnh càng dốc. Trên cao khu vực từ Bắc Ấn Độ sang tận Bắc Việt Nam, gió cực đại lên tới 45m/s, hình thành dòng xiết trong đới gió tây ôn đới. Vào thời kỳ xâm nhập lạnh mạnh nhất dòng xiết này cũng mạnh nhất. - Ở lớp thấp về mùa đông áp cao Siberia lạnh, khô bao quát phạm vi rộng lớn từ Đông Âu sang tới Đông Á. Áp cao Siberia được tăng cường và phát triển nhờ bốn khối khí sau: + Khối khí hình thành ở phía Tây Bắc Bắc Băng Dương, tới Siberia từ phía Tây Bắc + Khối khí hình thành ở phía Bắc Bắc Băng Dương, tới Siberia từ phía Bắc. + Khối khí hình thành ngay trên bề mặt băng tuyết của Sibêri và Mông Cổ do phát xạ gây lạnh trong điều kiện trời quang mây của cao áp. Khi áp cao lạnh này di chuyển xuống phía Nam gây thời tiết rất lạnh ở Trung Quốc. 10