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

997-2017, chuẩn sai tổng lượng mưa các tháng mùa đông lại có xu hướng từ thấp hơn TBNN đến xấp xỉ TBNN. 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) Thường trong các tháng mùa đông, trên khu vực ĐBBB chỉ xảy ra một số ngày mưa lớn, mưa lớn cục bộ mà ít khi xảy ra mưa lớn diện rộng, kéo dài 54 nhiều ngày. Tuy nhiên, trong giai đoạn 1997-2017, đã có rất nhiều đợt KKL ảnh hưởng và gây ra các đợt mưa lớn diện rộng trên khu vực với thời gian kéo dài từ 2 ngày trở lên. Cụ thể như: * Đợt mưa từ ngày 8-10/III/2001: Do ảnh hưởng của đợt gió mùa đông bắc cường độ mạnh vào ngày 8/III/2001, nên khu vực Đồng bằng Bắc Bộ đã có mưa vừa đến mưa to và dông với tổng lượng mưa phổ biến từ 70-100mm. * Đợt mưa từ ngày 2-3/XI/2005: Khu vực đã xảy ra đợt mưa lớn diện rộng với tổng lượng mưa đợt phổ biến từ 50-80mm ở các tỉnh phía tây bắc của khu vực và từ 130-330m ở các tỉnh còn lại. Đặc biệt, trong ngày 3/XI, một số nơi quan trắc được mưa ngày lớn hơn 200mm như Thái Bình 289.7mm, Vĕn Lý 232.4mm. * Đợt mưa từ ngày 31/X-3/XI/2008: Đây là trận mưa lớn kỷ lục tại khu vực, nhất là ở khu vực Hà Nội. Nguyên nhân gây mưa chủ yếu là do hoạt động mạnh của đới gió đông nam từ tầng thấp lên đến mực 5000m, từ ngày 2- 3/XI do ảnh hưởng của đợt KKL tĕng cường mạnh kết hợp với hội tụ gió trên cao. Lượng mưa lớn nhất quan trắc được ở các tỉnh phía tây bắc của khu vực với tổng lượng mưa toàn đợt phổ biến từ 400-800mm, ở phía tây nam có lượng mưa ít hơn với tổng lượng mưa toàn đợt phổ biến từ 100-300mm. Trong ngày 31/X, một số nơi quan trắc được lượng mưa ngày rất lớn như Trạm Hà Đông (Hà Nội) là 514.2mm, Láng (Hà Nội) là 347mm, Sơn Tây (Hà Nội) là 215mm. * Đợt mưa từ ngày 28-29/X/2012: Tổng lượng mưa toàn đợt phổ biến từ 70-140mm. Riêng trạm Thái Bình và Vĕn Lý quan trắc được lượng mưa ngày trên 100mm. Tại trạm Thái Bình vào ngày 29/X đã quan trắc được lượng mưa rất lớn là 308.2mm, tổng lượng mưa đợt là 415.9mm. Tại trạm Vĕn Lý, lượng mưa đo được vào ngày 28 và 29/X lần lượt là 161.9 và 168.3mm. * Đợt mưa từ ngày 24-25/V/2016: Mưa lớn tập trung ở phía tây bắc của khu vực với tổng lượng mưa phổ biến từ 200-370mm. Đặc biệt trong ngày 25, đã có những trạm quan trắc được lượng mưa trên 160mm như trạm Hà Đông (Hà Nội) 337.8mm, Láng (Hà Nội) 190.1mm, Hải Dương 167.3mm. 55 * Đợt mưa từ ngày 10-11/X/2017: Tổng lượng mưa phổ biến từ 100- 280mm. Trong ngày 10/X một số nơi có lượng mưa rất lớn như Nam Định 197.2mm, Vĕn Lý 154.4mm, Ninh Bình 160mm. Như vậy, có thể thấy có mối liên hệ rõ ràng giữa chuẩn sai tổng lượng mưa các tháng ảnh hưởng của gió mùa mùa đông và chuẩn sai số đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực. Tổng lượng mưa trong mùa đông 2008-2009 vượt chuẩn nhất và mùa đông 2004-2005 là hụt chuẩn nhất trong vòng 20 nĕm vừa qua. Số ngày có mưa trong các tháng mùa đông nhiều nhất vào các tháng cuối mùa từ tháng III-V và tháng IX, các tháng chính đông ít ngày có mưa, thậm chí có những nĕm trong tháng XI và tháng XII không có ngày nào có mưa. Lượng mưa trong các tháng đầu và cuối mùa đông cao hơn các tháng chính đông, cũng cho ra kết quả tương tự khi xét lượng mưa ngày lớn nhất, số ngày xảy ra mưa lớn trong các tháng. Trong các tháng chính đông, không có ngày nào xảy ra mưa to đến rất to. Mưa lớn diện rộng trên khu vực thường xảy ra theo ngày, ít khi kéo dài thành đợt. Đợt mưa lớn diện rộng điển hình và kỷ lục trong vòng 20 nĕm theo chuỗi số liệu đang xét là đợt mưa từ ngày 31/X- 3/XI/2008, có trạm đã quan trắc được lượng mưa ngày trên 500mm. 3.4. Biến đổi của trường gió trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ vào mùa đông trong giai đoạn 1997-2017 Như đã phân tích ở trên, khi KKL xâm nhập xuống sẽ làm thay đổi một cách cơ bản hệ thống gió đang tồn tại, trong đó có thể thấy rõ ràng sự thay đổi của trường gió về cả hướng và tốc độ, gió hướng lệch bắc và tốc độ tĕng lên. Mức độ tĕng lên của tốc độ gió phụ thuộc vào cường độ của đợt KKL. Trong các phần dưới đây sẽ trình bày kết quả tính toán thống kê cho các đại lượng tốc độ gió lớn nhất. Cụ thể: - Tốc độ gió lớn nhất tháng: là giá trị tốc độ gió lớn nhất được quan trắc trong chuỗi số liệu các giá trị quan trắc gió hàng ngày của tháng xem xét; - Tốc độ gió lớn nhất trung bình tháng: là trung bình cộng của tất cả các giá trị tốc độ gió lớn nhất trong ngày của tháng xem xét; 56 - Tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối tháng: là giá trị tốc độ gió lớn nhất được quan trắc trong chuỗi số liệu các giá trị quan trắc gió hàng ngày của cùng một tháng xem xét trong cả giai đoạn 1997-2017. Bảng 3.7. Tốc độ gió lớn nhất (m/s) trong tháng I giai đoạn 1998 - 2017 Trạm/ Nĕm Láng Sơn Tây Hà Đông Hải Dương Hưng Yên Nam Định Vĕn Lý Ninh Bình Thái Bình 1998 10 8 10 11 7 12 15 8 12 1999 7 8 7 10 7 10 10 7 10 2000 12 9 8 12 7 12 12 9 11 2001 12 8 8 9 8 10 15 9 12 2002 6 8 8 10 8 8 12 7 9 2003 12 10 10 14 10 8 10 13 11 2004 6 8 8 11 11 9 12 11 11 2005 7 8 8 8 9 8 12 6 9 2006 7 5 7 10 10 7 12 6 8 2007 9 7 7 10 11 8 13 7 8 2008 8 6 6 8 10 6 12 7 9 2009 8 6 8 12 8 7 10 6 9 2010 8 5 7 7 7 6 12 7 9 2011 8 4 10 9 11 9 12 7 12 2012 8 4 6 6 7 5 9 7 7 2013 7 4 8 6 7 6 9 6 9 2014 6 4 8 9 9 6 10 7 10 2015 7 4 7 9 9 7 12 6 10 2016 7 5 8 10 9 6 12 9 8 2017 8 5 5 8 7 6 12 8 12 Max 12 10 10 14 11 12 15 13 12 TB 8 6 8 9 9 8 12 8 10 Bảng 3.7 ở trên đưa ra kết quả thống kê tốc độ gió lớn nhất trong tháng I (tháng giữa của chính đông) ghi nhận được tại các trạm vào từng mùa đông trong giai đoạn 1979-2017. Từ bảng số liệu có thể nhận thấy rằng, tốc độ gió lớn nhất ngày duy trì ở mức 5-9m/s (cấp 4, cấp 5). Tốc độ gió lớn nhất quan 57 trắc được tại trạm Vĕn Lý với tốc độ gió lớn nhất trong tháng I dao động phổ biến từ 10-12m/s (cấp 5 cấp 6), có những nĕm quan trắc được tốc độ gió lớn nhất lên đến 15m/s (đạt cấp 7). Trong vòng 20 nĕm qua, tốc độ gió lớn nhất ngày quan trắc được tại trạm Sơn Tây và Hà Đông là 10 m/s (cấp 5), các trạm khác quan trắc được tốc độ gió từ 11-13 m/s (cấp 6), riêng hai trạm Hải Dương và Vĕn Lý quan trắc được giá trị là 14-15 m/s (cấp 7). 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 Trạm/ Tháng Láng Sơn Tây Hà Đông Hải Dương Hưng Yên Nam Định Vĕn Lý Ninh Bình Thái Bình Lớn nhất tháng II 13 12 11 12 12 10 18 9 12 III 14 16 17 19 12 10 16 10 14 IV 16 24 20 14 12 20 33 14 21 V 16 19 18 16 15 18 21 10 18 IX 12 18 14 18 18 19 33 20 22 X 12 14 11 20 18 17 30 15 31 XI 16 15 13 17 16 14 17 14 20 XII 12 12 15 15 14 12 15 12 13 Trung bình tháng II 8.4 8.0 8.2 9.2 8.5 7.1 12.4 6.8 10.1 III 8.9 8.3 8.9 10.7 9.0 7.5 12.4 7.0 10.0 IV 9.6 9.8 10.2 10.5 9.3 8.9 13.7 7.4 12.0 V 10.7 11.3 10.4 11.8 10.8 9.7 13.2 8.6 11.9 IX 8.4 8.4 8.6 12.1 10.0 8.8 15.1 9.3 12.1 X 8.6 7.7 7.1 11.1 9.3 9.0 13.8 8.8 11.5 XI 10.0 7.5 8.5 10.8 9.3 8.4 12.5 8.4 11.0 XII 8.5 6.5 7.6 10.5 9.4 7.9 11.9 8.1 9.9 Để có cái nhìn bao quát hơn về tốc độ gió lớn nhất tại trạm theo từng tháng trong mùa đông, bảng 3.8 đưa ra kết quả thống kê xác định giá trị tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối tháng và tốc độ gió lớn nhất trung bình tháng theo từng tháng mùa đông và tại từng trạm nghiên cứu. Từ bảng 3.8 có thể thấy gió mạnh thường được quan trắc thấy tại trạm Vĕn Lý, tiếp đến là trạm Thái Bình và Hải Dương. Tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối tháng và trung bình tháng ở các 58 trạm vào các tháng đầu và cuối mùa đông (tháng IV, tháng V, tháng IX và tháng X) thường cao hơn vào các tháng chính đông. Theo kết quả thống kê trên bảng 3.8, tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối tháng quan trắc được ở các trạm dao động phổ biến từ 12-18m/s (cấp 6-cấp 8). Trạm Vĕn Lý đã quan trắc được tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối rất mạnh trong tháng IV và tháng IX là 33m/s (cấp 12). Một số trạm quan trắc được tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối trong các tháng đạt cấp 9 đó là: Trạm Sơn Tây vào tháng IV là 24m/s, Thái Bình vào tháng IV và tháng IX là 21 và 22m/s. Riêng trạm Nam Định trong tháng II và tháng III quan trắc được tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối chỉ là 10m/s, đạt cấp 5. Xét đến tốc độ gió lớn nhất trung bình tháng, trạm Vĕn Lý quan trắc được các giá trị lớn nhất trong các trạm thuộc khu vực Đồng bằng Bắc Bộ với các giá trị dao động từ 11.9 (đạt cấp 6) đến 15.1m/s (đạt cấp 7), trong đó giá trị 15.1m/s xảy ra trong tháng IX. Tiếp đến là trạm Hải Dương và Thái Bình với tốc độ lớn nhất trung bình tháng dao động từ 9.2 (đạt cấp 5) đến 12.1m/s (đạt cấp 6). Tại các trạm khác, tốc độ gió lớn nhất trung bình tháng dao động phổ biến từ 7 - 10m/s (đạt cấp 5), riêng trạm Sơn Tây trong tháng V đã quan trắc được tốc độ gió lớn nhất trung bình tháng là 11.3m/s (đạt cấp 6). 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 Như đã biết, nguyên nhân chính của những đợt xâm nhập lạnh đến nước ta trong mùa đông đều từ áp cao Siberia. Đây là một trung tâm áp cao hoạt động trong mùa đông ở khu vực Á- Âu. Khí áp trung tâm của áp cao này có thể lên tới 1083 mb, cao hơn trị số khí áp trung bình nhiều nĕm khoảng 40mb. Ngoài áp cao Siberia thì áp thấp Aleut cũng có tác động đến số đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến nước ta. Sự mở rộng hơn hay thu hẹp hơn phạm vi ảnh hưởng của hai trung tâm khí áp này trong các tháng đều ảnh hưởng đến số đợt không khí lạnh. Bảng 3.10 dưới đây cho biết về hệ số tương quan giữa độ cao địa thế vị trung bình vùng trung tâm của áp cao Siberia (40- 60oN, 70-110oE) và vùng trung tâm của áp thấp Aleut (50- 60oN, 170-150oW) 59 mực 1000mb với tổng số đợt không khí lạnh trong các tháng trong giai đoạn 1979-2015. 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 Tháng 9 10 11 12 1 2 3 4 5 Các tháng cuối đông Áp cao Siberia 0,25 0,17 -0,15 0,56 0,61 0,65 0,44 0,42 0,17 0,51 Áp thấp Aleut -0,43 -0,36 0,26 -0,15 0,15 -0,30 -0,33 -0,03 -0,15 -0,33 Từ bảng 3.9 có thể thấy các tháng giữa đông có hệ số tương quan cao nhất đối với áp cao Siberia vì đây là các tháng có nhiều đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến nước ta nhiều nhất và là các tháng áp cao này có cường độ mạnh nhất. Điều này cũng xảy ra tương tự với áp thấp Aleut, chỉ có riêng tháng I là có tương quan dương nhưng không nhiều. Điều này được lý giải là do trong tháng này, cường độ của áp thấp này có giảm nhẹ so với các tháng khác và đồng thời số đợt không khí lạnh cũng tĕng. Hệ số tương quan thấp nhất rơi vào các tháng đầu đông, cụ thể là vào tháng IX vì khi đó cường độ của hai trung tâm áp cao này còn yếu, đồng thời số đợt không khí lạnh cũng còn ít. Càng tiến về các tháng tiếp theo, hệ số tương quan càng tĕng và bắt đầu giảm dần từ tháng III - khi sang giai đoạn cuối đông. Với các tháng cuối đông, ở áp cao Siberia, tương quan của tháng III là cao nhất, còn các tháng còn lại thì giảm dần. Điều đó cho thấy cường độ của áp cao Siberia cũng giảm dần và số đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến nước ta cũng giảm dần. Tuy nhiên, với áp thấp Aleut lại khác, hệ số tương quan của áp thấp này tĕng từ tháng III đến tháng IV, nhưng sau đó lại giảm ở tháng V. Điều này thể hiện áp thấp này có cường độ giảm đi trong các tháng cuối đông. Tuy nhiên, ở tháng IV, cường độ của áp thấp Aleut lại có sự giảm mạnh hơn là tháng V và giảm mạnh hơn hẳn so với tháng III. Ở cuối bảng là hệ số tương quan của tổng số đợt không khí lạnh ở các tháng cuối đông với độ cao địa thế 60 vị vùng trung tâm của hai trung tâm khí áp đang xét. Từ các giá trị hệ số tương quan này, có thể thấy cường độ trung bình của áp cao Siberia và áp thấp Aleut trong các tháng cuối đông cũng khá mạnh, tổng số đợt không khí lạnh cũng lớn, gần bằng với tháng XII - tháng đầu tiên trong các tháng giữa đông. 3.6. Phân tích cơ chế nhiệt động lực học chi phối đợt lạnh bất thường trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ trong nĕm 2018 Các phân tích ở trên đã cho thấy những thay đổi trong hoạt động của KKL trên khu vực ĐBBB chịu sự tác động của nhiều hệ thống khí áp chi phối, đặc biệt là Áp cao Siberia. Tuy nhiên, trên thực tế khi KKL ảnh hưởng đến khu vực ĐBBB, còn có sự tham gia của nhiều hình thế thời tiết khác. Chính sự kết hợp này tạo ra nhiều hệ quả thời tiết khác nhau cũng như làm thay đổi cường độ của khối KKL. Câu hỏi đặt ra là có hay không nhiều dạng cơ chế nhiệt động lực, hay chỉ có một dạng cơ chế nhiệt động lực chung gây ra tính bất thường của các đợt KKL trong mùa đông. Phần dưới đây sẽ đi sâu phân tích chi tiết cơ chế nhiệt động lực và vật lý chi phối tính bất thường trong đợt lạnh kỷ lục kéo dài từ 14/1 đến 20/2/2008. Đây là đợt không khí lạnh không chỉ gây bất thường về cường độ mà còn gây bất thường về mức độ kéo dài trong mùa đông. Rạng sáng 13/1/2008, một khối không khí lạnh mạnh kèm theo front lạnh di chuyển chậm xuống biên giới phía Bắc Việt Nam. Ngày và đêm 13/1 ảnh hưởng đến phía Đông Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, sau đó ảnh hưởng đến hầu hết phía Tây Bắc Bộ, Trung Trung Bộ và Nam Trung Bộ. Ở các tỉnh Bắc Bộ và Thanh Hóa có mưa nhỏ rải rác; các tỉnh ven biển Trung Bộ có mưa, phía Nam có nơi mưa vừa, mưa to. Nhiệt độ trung bình ngày ở Bắc Bộ giảm 7-90C (T24 ở Lạng Sơn: 9,90C, Hà Nội: 10,40C), Bắc và Trung Trung Bộ giảm 3-50C (T24 ở Thanh Hóa: 5,40C). Sáng sớm ngày 15/1, không khí lạnh tiếp tục tĕng cường bắt đầu gây ra đợt rét đậm rét hại kéo dài nhất trong lịch sử quan trắc ở các tỉnh Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và Trung Trung Bộ. 61 Sau đó, không khí lạnh liên tục được tĕng cường xuống miền Bắc nước ta vào các ngày 21/1, 26/1, 30/1, 6/2, 8/2, 11/2, 14/2 và 17/2/2008 đã gây ra đợt rét đậm, rét hại kéo dài 38 ngày (tính đến hết ngày 20/02/2008). Đây là đợt rét đậm, rét hại kéo dài nhất từ trước tới nay ở miền Bắc. Trước đó là đợt rét đậm vào tháng 1 và tháng 2 nĕm 1989 (kéo dài 31 ngày). Đáng lưu ý là tháng giêng nhiệt độ trung bình ở miền Bắc phổ biến thấp hơn mức bình thường từ 1,2-1,30C, song nửa đầu tháng nhiệt độ phổ biến cao hơn từ 1-20C và nửa cuối tháng thấp hơn từ 2-40C; còn 20 ngày đầu tháng 2 thấp hơn từ 5-60C. Đợt rét đậm rét hại vừa qua, ở vùng núi và trung du Bắc Bộ đã xảy ra 31 ngày rét hại, đáng chú ý là ngày 1/2/2008 là ngày rét nhất trong đợt rét này với nhiệt độ trung bình ngày phổ biến từ 6-80C (Lạng Sơn 3,90C; Cao bằng 5,30C), đây là ngày có nhiệt độ trung bình ngày thấp nhất trong chuỗi số liệu nhiều nĕm. Tại Sa Pa nhiệt độ trung bình ngày đã xuống thấp kỷ lục -0.10C (ngày 14/2). Riêng khu vực Tây Bắc và Bắc Trung Bộ thời gian xảy ra rét đậm, rét hại muộn hơn (kể từ sau ngày 22/1), trong đó Lai Châu có 7 ngày rét hại, 4 ngày rét đậm (kể từ ngày 9/2), Sơn La có 24 rét hại (kể từ ngày 28/1), còn các tỉnh Bắc Trung Bộ có 22 ngày rét đậm, rét hại, trong đó số ngày rét hại chiếm tới 2/3. Đợt rét đậm, rét hại này còn ảnh hưởng tới các tỉnh phía Bắc của Trung Trung Bộ với 6 ngày rét hại và 15 ngày rét đậm (kể từ ngày 31/1), Thừa Thiên Huế có 6 ngày rét đậm (kể từ ngày 9/2). Trong đợt rét đậm rét hại này nhiệt độ thấp nhất tại một số nơi thuộc vùng núi cao Bắc Bộ xuống dưới 00C như: Sa Pa: -1,00C; Mẫu Sơn (Lạng Sơn): -2,00C; vùng đồng bằng trung du Bắc Bộ từ 4-7oC (Hà Nội 6,70C); Bắc Trung Bộ từ 5-100C. Có tới 25 ngày xảy ra mưa nhỏ mưa phùn, nhiều hơn nĕm 1989 (7 ngày). Bĕng tuyết đã xuất hiện ở các vùng núi cao thuộc Lạng Sơn, Lào Cai, Hà Giang, Sơn La, Lai Châu và kéo dài trong nhiều ngày liên tục. Đây là nĕm có bĕng tuyết xuất hiện trên diện rộng và kéo dài nhất từ trước cho đến thời điểm này (2/2008). 62 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 Ngày 21/2/2008, thời tiết ấm lên nhanh chóng và kết thúc đợt rét đậm rét hại ở Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ với nhiệt độ thấp nhất phổ biến 10-130C, nhiệt độ cao nhất đã lên tới 21-240C, một số nơi cao hơn như Hòa Bình là 26.00C; Vĩnh Yên (Vĩnh Phúc) là 25.40C;. Việt Trì (Phú Thọ) là 25,80C; Cao Bằng là 24,60C; Thái Nguyên là 25,30C; ... Hình 3.9 mô tả phân bố nhiệt độ thấp nhất trong các ngày 14/1 (thời điểm bắt đầu bước vào đợt rét đậm, rét hại), ngày 1/2 (thời điểm nhiệt độ xuống thấp nhất) và ngày 21/2 (thời điểm kết thúc đợt rét đậm, rét hại) trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc trong đợt rét đậm rét hại kỷ lục này. Vậy đâu là nguyên nhân gây ra đợt rét đậm, rét hại kéo dài lần này? Trước tiên phải đề cập đến nguồn gốc khối không khí lạnh đã chi phối thời tiết nước ta (nguyên nhân chính), sau đó mới đề cập đến các nguyên nhân khác. Từ đây chúng tôi tìm ra được 3 nguyên nhân sau: 1) Nguyên nhân thứ nhất (nguyên nhân chính): xuất phát từ nguồn gốc và cường độ khối không khí. Thông thường, trong những tháng mùa đông, không khí lạnh ảnh hưởng tới nước ta theo 3 nguồn gốc khác nhau: 1. là từ trung tâm áp cao Siberia; 2. là từ không khí lạnh cực đới từ bắc cực di chuyển xuống và 3. là từ không khí 63 lạnh di chuyển từ phía châu Âu đi sang. Trong 3 nguồn gốc trên thì nguồn gốc 1 và 2 là những nguồn gốc chủ đạo và gây ảnh hưởng mạnh nhất và giảm nhiệt độ mạnh nhất tới nước ta một khi chúng mở rộng về phía nam, điều này một phần là do thời gian và quãng đường nó di chuyển xuống là khá ngắn, mặt khác cũng bắt nguồn từ vị trí địa lý của chúng. Còn không khí lạnh có nguồn gốc từ Châu Âu đi sang, trải qua một quãng đường và thời gian di chuyển khá dài nên khi đến khu vực Siberia thường yếu đi và tĩnh lại ở đó đồng thời chờ đợi sự bổ sung không khí lạnh ở đây hoặc ở Bắc Cực đi xuống, khi đủ lớn chúng mới bắt đầu phát triển xuống phía nam. Quay trở lại với 9 đợt không khí lạnh bổ sung và tĕng cường từ giữa tháng 1/2008 đến ngày 20/2/2008, khi xem xét bản đồ khí áp mặt đất Âu-Á các ngày trước thời điểm một ngày khi không khi lạnh ảnh hưởng tới nước ta thì chỉ có duy nhất một đợt ngày 10/2 là có nguồn gốc từ bên châu Âu đi sang và được bổ sung thêm không khí lạnh vốn có ở Siberia, 8 đợt còn lại đều có nguồn gốc phát triển ngay tại khu vực Siberia và được bổ sung từ Bắc Cực. Nguyên nhân quan trọng nhất đó là do khối không khí lạnh này có cường độ rất mạnh (khí áp trung tâm ở mặt đất lớn hơn 1070mb và phát triển lên độ cao 3 km) và duy trì trong một khoảng thời gian dài. 2) Nguyên nhân thứ 2: Sự tĕng cường và bổ sung liên tục của khối không khí lạnh Quay ngược trở lại về tính chất tĕng cường của không khí lạnh lần này như đã trình bày ở phần trên có thể thấy: Trong khoảng thời gian từ 13/1 đến 31/1, đã có 4 đợt tĕng cường là trong các ngày 13, 21, 26 và 30/1, như vậy có thể thấy rõ ràng là nhiệt độ trong khoảng thời gian tháng 1 không ở mức rét hại khốc liệt và kỷ lục như ở trong tháng 2 chính là do tần suất bổ sung của không khí lạnh là khá dài, trung bình khoảng 5-7 ngày. Từ ngày 30/1, không khí lạnh cường độ trung bình đã bổ sung xuống và gây ra đợt rét kỷ lục nhất trong những ngày đầu tháng 2, tiếp theo đó từ ngày 5 đến ngày 20/2, rét đậm, rét hại kéo dài do thời gian tĕng cường của không khí lạnh trong thời điểm này khá ngắn chỉ từ 2-3 ngày 64 3) Nguyên nhân thứ 3: Một nguyên nhân nữa cũng đóng vai trò quan trọng trong đợt giảm nhiệt độ kỷ lục từ ngày 31/1 đến ngày 4/2/2008 đó chính là hoạt động mạnh của dòng xiết gió tây trên cao gây ra mưa nhỏ, mưa phùn trong những ngày đó. Trên cơ sở phân tích cụ thể nguyên nhân gây ra đợt rét đậm, rét hại kỷ lục, chúng tôi đi sâu phân tích để thấy rõ được cơ chế nhiệt động lực và vật lý gây ra đợt rét đậm rét hại kỷ lục này thông qua việc phân tích các bản đồ tái phân tích JRA25 (thể hiện lại trường các yếu tố khí tượng) trong các ngày bắt đầu (14/1), xảy ra mạnh mẽ nhất (1/2/2008) và ngày kết thúc (21/2), làm cơ sở cho việc phân tích cơ chế nhiệt động lực và vật lý chi phối tính bất thường của đợt lạnh này trong mùa đông ở các tỉnh miền núi phía Bắc. 3.6.1. Cơ chế động lực Hình 3.10 đưa ra bản đồ tái phân tích mực 10m tại thời điểm 7 giờ các ngày 14/1 trước khi không khí lạnh gây rét đậm, rét hại và ngày 15/1 khi các tỉnh miền núi phía Bắc bắt đầu đợt rét đậm, rét hại. Trên hình 3.10a cho thấy một khối không khí lạnh đã bắt đầu ảnh hưởng đến khu vực các tỉnh phía đông Bắc Bộ nhưng chưa gây được gió đông bắc mạnh trên vịnh Bắc Bộ (gió đông bắc quan trắc được là 10-11m/s). Trung tâm khối không khí lạnh nằm lệch về phía Đông Bắc Trung Quốc, đây cũng là hướng tác động đến khu vực vùng núi phía Đông Bắc Việt Nam. Cũng trên bản đồ tái phân tích này nhận thấy một xoáy thuận nhiệt đới đang hoạt động trên vùng biển ngoài khơi các tỉnh Nam Trung Bộ là nguyên nhân khiến KKL di chuyển lệch hơn. Sang ngày 15/1/2008 (hình 3.10b), lúc này một khối không khí lạnh khác lại được bổ sung và có sự thay đổi khác hoàn toàn so với ngày hôm trước khi hướng tác động lần này theo hướng Bắc - Nam, di chuyển hoàn toàn trên lục địa Trung Quốc và khu vực với các đường đẳng áp dày xít (gradient khí áp lớn) đã mở rộng sâu xuống lãnh thổ Việt Nam. Cường độ gió đông bắc tại thời điểm 7 giờ sáng vẫn chỉ ở mức cấp 5, nhưng tối cùng ngày đã mạnh lên cấp 6-7. 65 (a) (b) 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) Bản đồ tái phân tích (hình 3.3) mô tả độ xoáy dương và gió (hướng gió) ở các mực 925mb và 850mb tại thời điểm 7 giờ ngày 14/1 (ngày bắt đầu đợt rét đậm trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc). Trên bản đồ tái phân tích mực 925mb ( hình 3.3a) cho thấy khu vực có độ xoáy dương tập trung trên khu vực vùng biển phía Bắc quần đảo Trường Sa mà không thấy ở bất cứ điểm nào trên lãnh thổ Việt Nam nói chung và khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng. Gió đông bắc từ khối không khí lạnh vẫn thể hiện rõ ở mực này trên khu vực các tỉnh vùng núi phía Bắc. Sang bản đồ tái phân tích mực 850mb (hình 3.3b) đã khác đi hoàn toàn khi trên bản đồ mực này không còn thấy có ảnh hưởng của khồi không khí lạnh phía Bắc. Hướng gió thịnh hành trên toàn bộ khu vực Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng chuyển hoàn toàn sang hướng Đông Nam. Như vậy có thể đánh giá tại thời điểm này khối không khí lạnh khi ảnh hưởng đến miền Bắc Việt nam phát triển ở độ cao thấp dưới 1500 mét. Điều này cũng đồng nghĩa với việc khi không khí lạnh tràn về, khả nĕng thĕng lên của phần tử không khí là không có (bị ngĕn bởi lớp không khí mực 1500 mét). 66 (a) (b) 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 Bản đồ tái phân tích (hình 3.12) mô tả độ xoáy dương và gió (hướng gió) ở các mực 700mb và 500mb tại thời điểm 7 giờ ngày 14/1/2008. Trên bản đồ tái phân tích mực 700mb (hình 3.12a), khu vực có độ xoáy dương lớn hơn 4x10-5/s (khả nĕng gây mưa) quan sát thấy chạy dọc theo vĩ tuyến 26-28 độ vĩ Bắc (cách khu vực vùng núi Bắc Bộ khoảng 200km về phía Bắc). Một lưỡi áp cao cận nhiệt đới có trục đi qua khu vực Trung Trung Bộ và hướng gió thịnh hành trên khu vực này hoàn toàn chuyển sang hướng Tây Nam tuy nhiên với độ dày xít không lớn (tốc độ gió không mạnh). Trên bản đồ tái phân tích mực 500mb (hình 3.12b) khu vực có độ xoáy dương lớn hơn 4x10-5/s lúc này lui gần hơn về phía các tỉnh vùng núi và độ dày của các đường đẳng tốc độ gió cũng dày xít hơn trên khu vực vùng núi Bắc Bộ. Đây là điều kiện tiên quyết khiến khả nĕng thĕng lên của các phần tử không khí ở các tầng không khí thấp hơn bị ngĕn cản. Như vậy cơ chế động lực gây rét đậm, rét hại trên khu vực miền núi Bắc Bộ chính là ảnh hưởng của khối không khí lạnh có kết hợp với hoạt động của đới gió Đông Bắc mạnh tầng thấp làm thĕng lên các phân từ không khí bị ngĕn cản lại bởi một khối không khí có bản chất nóng ẩm trên mực 1500 mét. Sự ngĕn cản này thường hình thành nên một lớp nghịch nhiệt duy trì nêm lạnh ở các tầng không khí bên dưới. 67 (a) (b) 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 (a) (b) 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 Bản đồ tái phân tích (hình 3.13) mô tả độ xoáy dương và gió (hướng gió) ở các mực 925mb và 850mb tại thời điểm 7 giờ ngày 01/02/2008 (đây là thời điểm rét nhất trong đợt rét đậm, rét hại trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc trong đợt này). Trên bản đồ tái phân tích mực 925mb (hình 3.13a) cho thấy trên khu vực Bắc Bộ nói chung và khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng hướng gió không hoàn toàn thịnh hành theo hướng Đông Bắc mà ngả dần sang hướng Đông Đông Bắc tạo điều kiện cho khả nĕng cung cấp ẩm từ biển vào là lớn hơn rất nhiều. Cũng trên bản đồ này quan sát thấy khu vực vùng núi Đông Bắc đã xuất hiện những khu vực có độ xoáy dương lớn 68 hơn 4x10-5/s. Đây là điều kiện tiên quyết để mưa có khả nĕng xảy ra trên khu vực này. Trên bản đồ tái phân tích mực 850mb (hình 3.13b), một điều rất dễ nhận thấy là một front lạnh xuất hiện trên khu vực vùng núi Tây Bắc và Việt Bắc. Việc xuất hiện front lạnh này cũng là lý do khiến khả nĕng thĕng lên của các phần tử không khí trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Hướng gió thịnh hành trên toàn bộ khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc có hướng Đông Nam duy trì cho khả nĕng cung cấp ẩm cho toàn khu vực. Suốt dọc các tỉnh vùng núi phía Bắc đã có nhiều điểm xuất hiện độ xoáy dương có giá trị lớn hơn 4x10-5/s. (a) (b) 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 Bản đồ tái phân tích (hình 3.14) mô tả độ xoáy dương và gió (hướng gió) ở các mực 700mb và 500mb tại thời điểm 7 giờ ngày 1/2/2008. Trên bản đồ tái phân tích mực 700mb (hình 3.14a) cho thấy một lưỡi áp cao cận nhiệt đới đang trải dài về phía Tây và có trục hơi nghiêng về phía Nam (hướng Đông Bắc-Tây Nam) đi qua khu vực Trung Trung Bộ. Khu vực các tỉnh Bắc Bộ (trong đó có các tỉnh miền núi phía Bắc) nằm trọn trong khu vực dòng xiết gió Tây Nam trên cao, kèm theo đó là khu vực có độ xoáy dương trải dài theo trục dòng xiết và nằm ngay trên phần phía Bắc của vùng núi Bắc Bộ. Độ dày xít của các đường đẳng tốc là tương đối lớn chứng tỏ tốc độ gió ở mực này là tương đối mạnh. Trên bản đồ tái phân tích mực 500mb (hình 3.14b). Lúc này khu vực có độ xoáy dương mở rộng ra nhiều trên khu vực phía Bắc với độ xoáy cũng mạnh hơn lên rất nhiều. Vùng trung tâm đã đạt khoảng 10x10-5/s - 69 12x4x10-5/s. Dòng xiết gió Tây Nam trên cao thể hiện rõ ràng hơn sơ với trên mực 700mb. Như vậy, ngày rét nhất trong đợt rét đậm, rét hại kỷ lục và kéo dài trên khu vực Bắc Bộ thì cơ chế động lực gây rét đậm, rét hại trên khu vực các tỉnh miền núi phía bắc, ngoài các nhân tố như đã phân tích như trong ngày 14/1/2008 nhưng với cường độ mạnh hơn thì còn có thêm một số yếu tố: xuất hiện front lạnh trên mực 1500 mét trên khu vực biên giới phía Bắc (đây là nhân tố quyết định khả nĕng thĕng lên cưỡng bức của các phần tử không khí tĕng lên); độ xoáy dương trên toàn khu vực miền núi trong lớp không khí 1000-2000 mét cũng tĕng đáng kể làm tĕng khả nĕng gây mưa. Không khí lạnh gây tình trạng rét đậm, rét hại lại có thêm nhân tố là mưa làm tĕng tình trạng rét đậm, rét hại lên rất nhiều. (a) (b) 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 Bản đồ tái phân tích (hình 3.15) mô tả độ xoáy dương và gió (hướng gió) ở các mực 925mb và 850mb tại thời điểm 7 giờ ngày 21/2/2008 (ngày kết thúc đợt rét đậm trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc). Trên bản đồ tái phân tích mực 925mb (hình 3.15a) cho thấy trung tâm khối áp cao lạnh không còn nằm trên lục địa Trung Quốc mà di chuyển sang hẳn khu vực phía Nam Nhật Bản. Gió hướng thịnh hành trên toàn bộ khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc chuyển hoàn toàn sang hướng Đông làm biến tính đi hoàn toàn bản chất 70 của khối không khí lạnh. Trên bản đồ tái phân tích mực 850mb (hình 3.15b) thay thế hoàn toàn khối không khí lạnh tầng thấp lại là một lưỡi áp cao cận nhiêt đới trải dài về phía Tây và bao trùm lên khu vực các tỉnh Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng với bản chất là nóng và ẩm. Như vậy khả nĕng thĕng lên cưỡng bức từ khối không khí lạnh của các phần tử khí là mất đi hoàn toàn. Bản đồ tái phân tích (hình 3.16) mô tả độ xoáy dương và gió (hướng gió) ở các mực 700mb và 500mb tại thời điểm 7 giờ ngày 21/2/2008. Trên bản đồ tái phân tích mực 700mb (hình 3.16a) không còn xuất hiện dòng xiết trong đới gió Tây trên cao mà chủ đạo là gió có hướng thịnh hành Tây Nam trên khu vực Bắc Bộ. Thay vào đó là một vùng hội tụ gió giữa rìa phía Tây của lưỡi áp cao cận nhiệt đới và các nhiễu động gió Tây cận nhiệt đới. Trên bản đồ mực 700mb lúc này hội tụ gió là không mạnh. Trên bản đồ tái phân tích mực 500mb (hình 3.16b) thấy rõ hơn vùng hội tụ gió như đã phân tích trên mực 700mb. (a) (b) 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 Như vậy, cơ chế động lực và vật lý chi phối tính bất thường của đợt lạnh kỷ lục trên các tỉnh miền núi Bắc Bộ kéo dài từ 14/1 đến 20/2/2008 chính là ảnh hưởng của khối không khí lạnh tầng thấp có bản chất lạnh và khô phát triển đủ dày đến độ cao trên 1000 mét và được thĕng lên cưỡng bức. Sau đó bị 71 chặn lại bởi khối không khí có bản chất nóng, ẩm trên mực 1500 mét tạo ra một lớp nghịch nhiệt trên độ cao này ngĕn cản khả nĕng nóng lên của nhiệt độ không khí ở các tầng không khí bên dưới. Sự ngĕn cản của các tầng không khí trên cao chính là nguyên nhân duy trì lớp nghịch nhiệt trên mực 1500 mét và làm nó trở nên dày hơn. Cơ chế động lực gây mức độ kéo dài của đợt lạnh bất thường này chính là do mức độ tĕng cường liên tục cúa các sóng lạnh từ khối không khí lạnh phía Bắc. 3.6.2. Cơ chế nhiệt lực Từ thực tế phân tích đợt lạnh bất thường kéo dài từ ngày 14/1 đến hết ngày 20/2/2008 trên khu vực các tỉnh Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng cho thấy cũng có đóng góp lớn của cơ chế nhiệt lực và vật lý chi phối tính bất thường của đợt lạnh này. Hình 3.17, bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối ở độ cao 2 mét tại thời điểm 7 giờ sáng trong các ngày 14/1 (ngày bắt đầu xảy ra rét đậm, rét hại) và ngày 15/1/2008 (ngày xảy ra rét đậm, rét hại). Trên bản đồ tái phân tích ngày 14/1/2008 (hình 3.17a) cho thấy lúc này ngoại trừ khu vực Tây Bắc Bắc Bộ có độ ẩm tương đối cao, sát mức độ ẩm bão hòa 90-100% thì toàn bộ khu vực miền núi Việt Bắc và Đông Bắc độ ẩm tương đối lại dao động trong khoảng 80% (chênh lệch giữa nhiệt độ và nhiệt độ điểm sương là tương đối lớn). (a) (b) 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) 72 Chỉ một ngày sau đó, trên bản đồ tái phân tích ngày 15/1 (hình 3.18a), độ ẩm tương đối ở trạng thái gần bão hòa (đường nhiệt độ và nhiệt độ điểm sương là tương đối gần nhau, đôi lúc là chập vào nhau) đã mở rộng ra toàn bộ khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc. Trên thực tế quan trắc được thì vào thời điểm 7 giờ sáng các ngày 14 và 15/1/2008 chỉ quan sát thấy một vài nơi có mưa với lượng không lớn. (a) (b) 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) Hình 3.18 đưa ra bản đồ tái phân tích trường ẩm tương đối ở độ cao 1500 mét tại thời điểm 7 giờ sáng các ngày 14/1 và ngày 15/1/2008. Tại thời điểm 7 giờ sáng ngày 14/1 (hình 3.18a) cho thấy trên toàn bộ khu vực Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng, độ ẩm cũng đạt đến trạng thái bão hòa, khu vực có độ ẩm thấp lúc này chỉ quan sát thấy trên khu vực lục địa Trung Quốc nơi đang tồn tại một khối không khí lạnh. Cũng trên hình cho thấy một dải ẩm có độ ẩm tương đối lớn chạy dọc theo vùng biển Bắc Biển Đông và khu vực biển Vịnh Bắc Bộ đang bổ sung cho khu vực các tỉnh Bắc Bộ. Sang ngày 15/1 (hình 3.18b), mức độ bão hòa độ ẩm trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc đã giảm xuống, nguồn cung cấp ẩm từ biển vào như trong ngày 14/1 đã không còn và tách rời thành các trung tâm ẩm khác nhau. Tuy nhiên vẫn có một nguồn bổ sung ẩm từ vịnh Bắc Bộ cho khu vực các tỉnh miền núi Việt Bắc và Đông Bắc. 73 (a) (b) 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) Hình 3.19 đưa ra bản đồ tái phân tích trường ẩm tương đối ở độ cao 3000 mét tại thời điểm 7 giờ sáng các ngày 14/1 và ngày 15/1/2008. Trên bản đồ tái phân tích ngày 14/1 (hình 3.19a) lúc này độ ẩm tương đối đã giảm đi đáng kể, dưới 50% trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc (ngoại trừ vùng núi Đông Bắc ở mức 60%). Trong khi đó trên khu vực lục địa Trung Quốc độ ẩm tương đối lúc này cũng giảm nhưng không đáng kể, bao trùm vẫn là khu vực có độ ẩm trên 80%. Sang ngày 15/1 (hình 3.19b), độ ẩm tương đối lúc này trên toàn bộ khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc giảm đồng đều hơn và dao động dưới 40%, trong khi đó khu vực có độ ẩm lớn và đạt đến ngưỡng bão hòa lại mở rộng trên khu vực phía Đông Bắc Trung Quốc. Điều này cho thấy rõ ràng khi vượt qua tầng không khí 1500 mét, độ ẩm trong không khí giảm rất nhanh trong cả 2 ngày trước và trong khi xảy ra rét đậm, rét hại trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc. Như vây, quá trình giảm nhiệt mạnh trên khu vực vùng núi các tỉnh Bắc Bộ chính là quá trình lan truyền nhiệt (lượng nhiệt được lan truyền từ phía Bắc xuống phía Nam) từ khối không khí lạnh mạnh phía Bắc cộng thêm với ảnh hưởng bị chia cắt mạnh của địa hình các tỉnh miền núi phía Bắc. Tuy nhiên điều kiện tiên quyết để nhiệt độ có xu hướng giảm mạnh lại chính là một lớp ẩm dày từ bề mặt đất lên đến độ cao 1500 mét luôn ở trong trạng thái 74 bão hòa hoặc gần bão hòa. Lớp ẩm này có tác dụng ngĕn cản khả nĕng đốt nóng của mặt trời làm tĕng nhiệt độ trong các lớp không khí thấp hơn. (a) (b) 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 Bây giờ chúng ta tìm hiểu xem cơ chế nhiệt lực vào ngày rét nhất của đợt rét đậm rét hại kéo dài kỷ lục này là như thế nào. Hình 3.12, bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tại mực 2 mét và tại mực 1500 mét cùng thời điểm lúc 7 giờ của ngày 1/2/2008 (ngày xảy ra rét nhất trong đợt rét đậm, rét hại này). Trên bản đồ tái phân tích mực 2 mét (hình 3.12, bên trái) cho thấy một trường ẩm đã đạt đến trạng thái bão hòa bao trùm một vùng lãnh thổ rộng lớn phía lục địa Trung Quốc và miền Bắc Việt Nam, nguồn ẩm được đưa vào khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc từ hướng biển với một dải ẩm xuất phát trên khu vực phía Đông Hồng Kông (Trung Quốc) kéo sang khu vực Bắc vịnh Bắc Bộ. Trên bản đồ tái phân tích mực 850mb (hình 3.12, bên phải) trường ẩm bão hòa lúc này phân tách thành 2 trung tâm một trên khu vực Bắc Bộ Việt Nam và một trên lục địa phía Bắc Trung Quốc. Nguồn ẩm cung cấp cho các tỉnh miền núi phía Bắc lúc này lại từ 2 nguồn khác nhau, một nguồn từ vùng biển vịnh Bắc Bộ, trong khi đó xuất hiện thêm một nguồn thứ hai từ khu vực vịnh Ben Gan đưa sang xuất phát từ đới gió tây nam cận nhiệt đới. 75 (a) (b) 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 Hình 3.21 đưa ra bản đồ tái phân tích trường ẩm tương đối ở độ cao 3000 mét và 5000 mét tại thời điểm 7 giờ sáng cùng ngày 1/2/2008. Trên bản đồ hình 3.21a cho thấy một điều rất rõ ràng là trường ẩm bão hòa vẫn còn tồn tại trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc, ngoại trừ một phần rất nhỏ trên khu vực phía Đông Bắc (vùng núi Quảng Ninh). Một vệt ẩm bão hòa kéo dài từ phía Tây Nam khu vực đi lên cho thấy rõ ràng vệt ẩm này đem lại từ phía vịnh Ben Gan đưa lại từ đới gió Tây Nam. Lên đến độ cao 5000 mét khu vực ẩm bão hòa co gọn lại trên khu vực vùng núi Tây Bắc Bắc Bộ (hình 3.21b). Các khu vực khác độ ẩm giảm tương đối nhanh. Như vậy, cơ chế nhiệt lực ở đây ngoài việc lan truyền nhiệt làm giảm nhiệt từ khối không khí lạnh phía Bắc và ảnh hưởng của địa hình thì độ dày của lớp ẩm bão hòa trên khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc lại là một nhân tố ảnh hưởng đáng kể gây giảm sâu nhiệt độ ở các tầng thấp hơn. Hình 3.22, bản đồ tái phân tích trường độ ẩm tương đối ở độ cao 2 mét tại thời điểm 7 giờ sáng trong các ngày 20/2 (ngày xảy ra rét đậm, rét hại) và ngày 21/2/2008 (ngày kết thúc đợt rét đậm, rét hại kéo dài kỷ lục). TRên bản đồ tái phân tích ngày 20/2 (hình 3.22a) cho thấy lúc này trên toàn bộ khu vực Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng bao trùm vẫn là một trường ẩm bão hòa. Tuy nhiên, đây chỉ là khu vực ẩm còn duy trì bởi nội 76 tại khối không khí và không thấy rõ nguồn cung cấp ẩm cho cho khu vực này. Trên khu vực lãnh thổ Trung Quốc không còn quan sát được vùng ẩm rộng lớn trên khu vực phía Đông Bắc và phía Đông nữa. (a) (b) 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) Sang ngày 21/2 (hình 3.22b) cũng tương từ như khi phân tích vào sáng ngày 20/2. Trên toàn bộ khu vực Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng bao trùm vẫn là một trường ẩm bão hòa tuy nhiên cũng không thấy rõ được nguồn cung cấp ẩm cho khu vực Bắc Bộ nói chung và miền núi phía Bắc nói riêng. Như vậy nguồn cung cấp ẩm cho khu vực đã không còn trong 2 ngày cuối cùng của đợt rét đậm rét hại này cũng là nguyên nhân khiến nhiệt độ trên toàn khu vực có dấu hiệu tĕng lên. Hình 3.23 đưa ra bản đồ tái phân tích trường ẩm tương đối ở độ cao 1500 mét tại thời điểm 7 giờ sáng các ngày 20/2 và ngày 21/2/2008. Tại thời điểm 7 giờ sáng ngày 20/2 (hình 3.23a) khu vực có độ ẩm tương đối bão hòa không còn mở rộng trên toàn bộ khu vực Bắc Bộ nữa mà co gọn lại trên một diện tích hẹp hơn là toàn bộ khu vực các tỉnh miền núi và trung du Bắc Bộ. Nguồn ẩm từ biển Đông để cung cấp cho khu vực không còn như khi bắt đầu đợt rét đậm, rét hại. Trên cả một vùng lãnh thổ rộng lớn phía Trung Quốc độ ẩm tương đối cũng giảm đi đáng kể trên độ cao này. Sang ngày 21/2 (hình 3.23b) chúng ta thấy rõ hơn quá trình thu hẹp vùng độ ẩm tương đối bão hòa trên khu vực Bắc Bộ khi mà chỉ còn một diện tích rất nhỏ lớp ẩm bão hòa còn 77 duy trì được trên khu vưc phía Bắc biên giới nước ta. Nguồn cung cấp ẩm từ biển không còn và độ ẩm cũng đã giảm đi hơn một nửa. (a) (b) 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) 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) Hình 3.24 đưa ra bản đồ tái phân tích trường ẩm tương đối ở độ cao 3000 mét tại thời điểm 7 giờ sáng các ngày 20/2 và ngày 21/2/2008. Trên bản đồ hình 3.24a lúc này trường độ ẩm tương đối đã giảm đi đáng kể, hầu hết các tỉnh miền núi Việt Bắc và Đông Bắc độ ẩm đã giảm xuống dưới 70%, chỉ còn lại các tỉnh miền núi Tây Bắc và vùng núi phía Tây còn duy trì được độ ẩm tương đối khoảng 80%. Trên khu vực vịnh Ben Gan, nguồn cung cấp ẩm chính cho khu vực miền núi phía Bắc, độ ẩm đã khô đi rất nhiều chỉ còn dao 78 động 20-40%, là quá nhỏ để có thể bố sung ẩm cho các tỉnh miền núi phía Bắc. Sang ngày 21/2 (hình 3.24b) tình hình cũng gần tương tự như trong ngày 20/2 nhưng với vùng ẩm còn thu hẹp diện tích hơn cả ngày 20/2. Như vậy, quá trình phá vỡ cấu trúc trường ẩm theo chiều cao chính là cơ chế nhiệt lực chính tác động làm cho quá trình duy trì trường nhiệt độ thấp trên khu vực các tỉnh miền núi Bắc Bộ không còn. Một nguyên nhân khác cũng tác động đến cơ chế nhiệt lực chi phối tính bất thường của đợt lạnh này chính là không còn quá trình lan truyền nhiệt ở phía bắc theo phương ngang để duy trì độ ổn định của trường nhiệt độ (không còn khả nĕng tĕng cường đều đặn của các đợt không khí lạnh ở phía Bắc), Như vậy, qua phân tích trường nhiệt, ẩm trên khu vực các tỉnh Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng trong các ngày bắt đầu, ngày xảy ra nhiệt độ thấp nhất và ngày kết thúc của đợt rét đậm rét hại bất thường và kéo dài gây nên nhiều kỷ lục trên khu vực Bắc Bộ nói chung và các tỉnh miền núi Bắc Bộ nói riêng chúng tôi nhận thấy cơ chế nhiệt lực và vật lý chi phối tính bất thường của đợt lạnh này được thể hiện ở một số điểm sau + Quá trình lan truyền nhiệt theo phương ngang đảm bảo tính đồng nhất của trường nhiệt từ khối không khí lạnh phía bắc. Mức độ chia cắt mạnh của địa hình các tỉnh miền núi phía bắc là nguyên nhân gián tiếp khiến mực độ giảm nhiệt thêm mạnh mẽ hơn. + Phân bố trường nhiệt ẩm theo chiều thẳng đứng đảm bảo một lớp ẩm tương đối dày (đến độ cao 1500 mét) để duy trì nền nhiệt thấp sẵn có ở các tầng không khí thấp hơn. Lớp ẩm này càng dày thì phân bố trường nhiệt trên mực bề mặt càng thấp. + Dòng xiết gió Tây trên cao duy trì dày trên khu vực Bắc Bộ, nguồn cung cấp ẩm thứ hai cho khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc, là nguyên nhân khiến mức độ giảm nhiệt mạnh mẽ ở tầng thấp gây nên tính bất thường của một đợt lạnh. 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong khoảng thời gian 20 nĕm, từ mùa đông nĕm 1997 - 1998 đến mùa đông nĕm 2016 - 2017, trung bình có khoảng 27 - 29 đợt không khí lạnh xâm nhập đến khu vực, số đợt xâm nhập của không khí lạnh giảm và cường độ xuất hiện không khí lạnh mạnh đã và đang giảm dần, trong 5 nĕm gần đây thì giảm mạnh. Điều này thể hiện áp cao Siberia đang yếu dần đi, điển hình là trong 7 nĕm gần đây. Các đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực từ tháng IX đến tháng V nĕm sau, tập trung nhiều vào các tháng giữa mùa đông. Tuy nhiên cũng có những đợt xâm nhập lạnh trái mùa vào tháng VI và tháng VIII gây mưa lớn và dông cho khu vực. Thời gian bắt đầu đợt xâm nhập lạnh và thời gian kết thúc của KKL có nhiều biến động và phụ thuộc vào các nĕm ENSO. Vào những nĕm El Nino, mùa đông thường đến sớm và kết thúc cũng sớm hơn. Ngược lại, vào những nĕm có La Nina thì mùa đông lại đến muộn hơn và kết thúc muộn hơn so với những nĕm ENSO trung tính. Nguyên nhân chính dẫn đến những sự thay đổi trong hoạt động của KKL trong 2 thập kỷ gần đây là do sự thay đổi trong hoạt động của áp cao lạnh Siberia và áp thấp Aleut trong đó vai trò chính là của áp cao lạnh Siberia. Sự thay đổi về thời gian hoạt động và cường độ của áp cao lạnh này quyết định tới khả nĕng xuất hiện sớm hay muộn, kết thúc sớm hay muộn của các đợt KKL ảnh hưởng tới khu vực ĐBBB. Nguyên nhân chính của sự thay đổi này là do tác động của BĐKH toàn cầu dẫn đến thay đổi về cường độ của áp cao lạnh Siberia và hoạt động của áp cao cận nhiệt đới Tây Bắc Thái Bình Dương, ITCZ, Sự kết hợp của KKL với các hình thế thời tiết tiết này trong 2 thập kỷ gần đây đã gây ra nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan trên khu vực ĐBBB như sự xuất hiện của tuyết và bĕng giá đã trở nên thường xuyên hơn trong mùa đông ở khu vực vùng núi phía Bắc trong vài nĕm trở lại đây. 80 Rét đậm, rét hại và nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối mùa đông xảy ra vào các tháng chính đông từ tháng XII đến tháng II nĕm sau, với đa số các ngày rét đậm nhiều hơn số ngày rét hại. Đợt rét đậm, rét hại kỷ lục nhất trong vòng 20 nĕm qua xảy ra vào đầu nĕm 2011 với tổng số ngày là 30 ngày, trong đó có 23 ngày rét hại. Rét đậm, rét hại xảy ra ít nhất vào mùa đông 2016-2017. Đây cũng là một chứng minh cho những biến đổi bất thường của thời tiết, đặc biệt là các hiện tượng cực đoan. Có những nĕm, mùa đông “ấm” với ít ngày xảy ra rét đậm, rét hại nhưng xen kẽ là những nĕm có mùa đông rất lạnh với nhiều ngày liên tục nhiệt độ giảm sâu. Phân tích được mối tương quan cùng chiều khá rõ ràng giữa số đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực và tổng số ngày rét đậm, rét hại trong các mùa đông. Đối với yếu tố nhiệt độ, mức giảm nhiệt độ trung bình ngày sau khi ảnh hưởng của gió mùa đông bắc thường từ 2-50C, đối với các đợt KKL tĕng cường ở mức thấp hơn từ 1-30C. Tuy nhiên, có đợt xâm nhập lạnh cường độ mạnh có thể làm giảm nhiệt độ từ 8-110C. Các giá trị TNn chủ yếu tập trung vào một trong 3 tháng chính đông, từ tháng XII đến tháng II nĕm sau, và có giá trị trung bình dao động từ 6-110C. Đối với lượng mưa, có mối tương quan cùng chiều khá rõ ràng giữa chuẩn sai tổng lượng mưa các tháng ảnh hưởng của gió mùa mùa đông và chuẩn sai số đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực. Tổng lượng mưa trong mùa đông 2008-2009 vượt chuẩn nhất và mùa đông 2004-2005 là hụt chuẩn nhất. Số ngày có mưa trong các tháng mùa đông nhiều nhất vào các tháng cuối mùa từ tháng III-V và tháng IX, các tháng chính đông ít ngày có mưa. Tổng lượng mưa, lượng mưa ngày lớn nhất và số ngày xảy ra mưa lớn trong các tháng đầu và cuối mùa đông cao hơn các tháng chính đông. Trong các tháng chính đông, có rất ít ngày xảy ra mưa to đến rất to. Mưa lớn diện rộng trên khu vực thường xảy ra theo ngày, ít khi kéo dài thành đợt. Đợt mưa lớn diện rộng từ ngày 31/X – 3/XI/2008 là đợt điển hình và kỷ lục trong vòng 20 nĕm qua. Đối với yếu tố gió, khi KKL xâm nhập xuống Việt Nam làm thay đổi một cách cơ bản hệ thống gió đang tồn tại ở khu vực ĐBBB, trở thành hệ 81 thống gió có hướng lệch bắc và tốc độ tĕng lên. Tốc độ gió lớn nhất quan trắc được tại trạm Vĕn Lý, tiếp đến là trạm Thái Bình và Hải Dương. Tốc độ gió lớn nhất tuyệt đối và trung bình ở các trạm vào các tháng đầu và cuối mùa đông (tháng IV, tháng V, tháng IX và tháng X) thường cao hơn vào các tháng chính đông. Nếu xem xét kỹ theo thập kỷ đầu tiên (1997-2006) và thập kỷ tiếp theo (2007-2017) thì TXx và TNn có xu hướng tĕng trong cả hai thập kỷ trong đó TXx tĕng nhanh hơn so với TNn, trong khi số đợt KKL tĕng trong thập kỷ đầu tiên và giảm nhanh trong thập kỷ 2007-2017. Nhiệt độ trung bình các tháng mùa đông ít biến đổi trong thập kỷ đầu tiên nhưng lại tĕng nhanh trong thập kỷ 2007-2017. Tổng lượng mưa trong các tháng mùa đông có xu thế giảm trong cả 2 thập kỷ trong đó giảm nhanh hơn trong thập kỷ đầu tiên. KIẾN NGHỊ Cần tiếp tục nghiên cứu đánh giá tác động của KKL đến một số hiện tượng thời tiết và yếu tố khí tượng cực đoan khác như dông, gió giật, mưa đá, ... trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ. Cần tiếp tục nghiên cứu bóc tách được ảnh hưởng của KKL hoạt động đơn thuần với KKL có kết hợp với các hình thế thời tiết khác tới sự thay đổi của một số yếu tố khí tượng cực trị như TTx, TNn, mưa ngày cực đại, ... Cần tiếp tục nghiên cứu mối quan hệ giữa áp cao lạnh Siberia và áp thấp Aleut và một số trung tâm khí áp toàn cầu khác với hoạt động của KKL trên khu vực Bắc Bộ nói chung và khu vực đồng bằng Bắc Bộ nói riêng. 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: 1. Phạm Vũ Anh, 1997. Về những đặc điểm synop ở khu vực châu Á gió mùa, Tổng cục Khí tượng Thuỷ vĕn. 2. Phạm Vũ Anh, Nguyễn Viết Lành, 2010: Giáo trình Khí tượng synop, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. 3. Trần Công Minh, 2003: Giáo trình Khí tượng synop nhiệt đới, Đại học Quốc gia Hà Nội. 4. Trần Công Minh, 2006. Khí tượng nhiệt đới, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội. 5. Phạm Thị Thanh Hương, 2012. Nghiên cứu khả nĕng dự báo các hiện tượng thời tiết cực đoan trong gió mùa mùa đông ở miền Bắc Việt Nam. Đề tài khoa học cấp Bộ. 6. Chu Thị Thu Hường, 2015: Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến cường độ vi phạm hoạt động của áp cao Siberia, Tạp chí Khí tượng Thủy vĕn, Số 651, pp.15-21. 7. Nguyễn Trọng Hiệu, 1999. Khái quát về hoàn lưu trên khu vực Đông Á và Nam Á, Viện KTTV, Hà Nội. 8. Vũ Bội Kiếm, 1967, 1968. Các trung tâm tác động đến gió mùa Đông Á, Tạp chí KTTV. 9. Vũ Bội Kiếm, 1974. Mô hình hoá gió mùa mùa đông ở Đông Á, Tạp chí KTTV. 10. Trung tâm Khí tượng Thủy vĕn Trung ương, 2016: Đặc điểm khí tượng thủy vĕn trong từng nĕm, Trung tâm Khí tượng Thủy vĕn Quốc Gia. 11. Tuyển tập các báo cáo tại hội nghị tổng kết công tác nghiên cứu dự báo và phục vụ dự báo khí tượng thủy vĕn, 2000. 12. Kiều Thị Xin, Phan Vĕn Tân, Phạm Thị Thanh Hương, 1997. Về hoàn lưu gió mùa mùa hè ở Đông Á, quan hệ giữa nó với XTNĐ và ENSO, Tập báo 83 cáo công trình NCKH, Hội nghị KH lần thứ VI, Viện KTTV, Hà Nội, Tập 1, tr. 294-299. Tiếng Anh: 13. Bin Wang, 2006. The Asian momsoon – Praxia Publishing, Chlester, UK, 14. Bingyi Wu và Jia Wang, 2002: Winter Arctic Oscillation, Siberian high and East Asian Winter Monsoon, Geophysical Research letters, vol.29, no.19, doi:10.1029/2002GL015373, 15. Proceeding of the third WMO international workshop on Monsoon (IWM- III), Hangzhou, China, November, 2004 16. Proceeding of the Fourth WMO international workshop on Monsoon (IWM-IV), Beijing, China, October, 2008. 17. Sirapong Sooktawee, UsaHumphries, Atsamon Limsakul và Prungchan Wongwises, 2014: Atmosphere 2014, 5, pp 101 – 121; doi:10.3390/atmos5010101. Tiếng Trung Quốc: 18. Chu Bính Hải, 1965, Khí hậu Trung Quốc, Nhà xuất bản khoa học Trung Quốc 19. Diệp Đốc Chính, 1963, Khái quát về hoàn lưu khí quyển mùa đông ở Trung Quốc. Khí tượng học báo. 20. Ma Khai Ngọc và CTV, 1990. Chẩn đoán khí hậu. tr 95-99. Nhà xuất bản Khí tượng, Trung Quốc. 21. Trương Dưỡng Tài, nnk, 1991, Khái quát về thiên tai khí tượng nông nghiệp ở Trung Quốc – Nhà xuất bản khí tượng Trung Quốc.