BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
TRUNG TÂM DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TRUNG ƯƠNG
BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ NHÂN TỐ NHIỆT ĐỘNG LỰC
CHO DỰ BÁO SỰ HÌNH THÀNH CỦA
XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG
8976
Hà Nội, 2011BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
TRUNG TÂM DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TRUNG ƯƠNG
Tác giả: ThS. Hoàng Phúc Lâm
Cộng tác viên:
ThS.Trần Quang Năng
CN. Trần Thị Thúy Nga
ThS. Vũ Anh Tuấn
ThS. Võ Văn Hòa

CHƯƠNG 1: XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN HÌNH
THÀNH XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI 10

1.1 Đặt vấn đề 10
1.1.1 Khái niệm về xoáy thuận nhiệt đới 10
1.1.2. Sự hình thành và phát triển của xoáy thuận nhiệt đới 11
1.1.3 Tổng quan về một số tham số tiềm năng cho sự hình thành xoáy
thuận nhiệt đới 14

1.2. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt nam 20
1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới 21
1.2.2. Những nghiên cứu trong nước 24
CHƯƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 27

2.1. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu của đề tài 27
2.2 Mục tiêu của đề tài 27
2.3. Nội dung nghiên cứu của đề tài 28
2.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của đề tài 30
2.4.1. Một số đặc trưng thống kê và quy tắc 3-sigma 32
2.4.2. Phương pháp “Dự báo hoàn hảo” 36
2.5. Số liệu 40
2.5.1. Số liệu best track 40
2.5.2. Yêu cầu về đồng bộ số liệu quỹ đạo bão 41
2.5.3. Số liệu tái phân tích 42
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. Các đặc trưng khí hậu và mối quan hệ của các nhân tố nhiệt động
lực với sự hình thành XTNĐ 44

3.1.1. Rãnh gió mùa và dải hội tụ nhiệt đới 46

LỜI CẢM ƠN 154
PHỤ LỤC 155

3 DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mô tả điều kiện hình thành XTNĐ theo Gray [24, 25, 26] 12
Hình 1.2. Phân bố số lượng XTNĐ trên quy mô toàn cầu. 13
H
ình

1.3 Qu
ỹ đạo bão (với
V
max
>
17m
/
s)
t
hời kỳ 1979-1988 [49] 14
Hình 1.4: Khu vực hình thành bão và mối quan hệ với SST 16
Hình 1.5: Trường đường dòng và đẳng áp mực 850mb ngày 23/6/1997 với các
nhân tố rãnh gió mùa, dải hội tụ nhiệt đới và các XTNĐ có cường độ khác nhau [1].20

Hình 2.1. Ý nghĩa của độ lệch chuẩn (với σ
2
> σ
1

Hình 3.29: Biểu đồ xác suất tích lũy của phân kỳ mực 200mb 82
Hình 3.30: Phân kỳ mực 200mb trong các lần hình thành XTNĐ 82
Hình 3.31: Bản đồ trung bình khí hậu phân kỳ mực 200mb 85
Hình 3.32: Biểu đồ tần số của xoáy tương đối mực 850mb 88
Hình 3.33: Biểu đồ xác suất tích lũy của xoáy tương đối mực 850mb 89
Hình 3.34: Xoáy tương đối mực 850mb trong các lần hình thành XTNĐ 89
Hình 3.35: Bản đồ trung bình khí hậu của xoáy tương đối mực 850mb 91
Hình 3.36: Minh họa bản đồ phân bố một số nhân tố tiềm năng với các khoảng
đặc trưng tương ứng 94

4

Hình 3.37: Sản phẩm thể hiện “Khu vực hình thành tiềm năng” 97
Hình 3.38: Bản đồ dự báo 24 giờ tổ hợp xác suất hình thành XTNĐ của mô
hình GSM và GFS 100

Hình 3.39: Dự báo 24 giờ mô hình GSM cho các nhân tố tiềm năng 101
Hình 3.40: Dự báo 24 giờ mô hình GFS cho các nhân tố tiềm năng 103
Hình 4.1: Quỹ đạo của áp thấp nhiệt đới tháng 8/1996 108
Hình 4.2: Bản đồ đường dòng 850mb và độ ẩm tầng đối lưu giữa ngày
12/8/1996 108

Hình 4.3: Tổng hợp các nhân tố nhiệt động lực lúc 12z ngày 12/8/1996 110
Hình 4.4: Quỹ đạo của bão số 4 năm 1997 113
Hình 4.5: Ảnh mây vệ tinh bão số 4 (Fritz), tháng 9/1997 113
Hình 4.6: Tổng hợp các nhân tố nhiệt động lực lúc 12z ngày 21/9/1997 115
Hình 4.7: Quỹ đạo của áp thấp nhiệt đới trong tháng 7 năm 2002 118
Hình 4.8: Bản đồ đường dòng và xoáy tương đối mực 850mb ngày 00z
17/7/2002 118


Hình 4.25: Phân tích của mô hình GSM (hàng trên) và GFS (hàng dưới) 00Z
và 12Z ngày 17/11/2011 141

5 DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bão và áp thấp nhiệt đới trong thời kỳ 1928 – 1944, 1947 – 1980 [3].14
Bảng 1.2: Các đặc trưng của 6 nhân tố môi trường tại khu vực hình thành bão
[33] 16

Bảng 2.1. Quy tắc Tchebychev cho phân bố chuẩn 36
Bảng 3.1: Phân bố hình thành các cơn bão theo thời gian trên khu vực biển
Đông có mở rộng đến kinh tuyến 140
0
E giai đoạn 1980 - 2009 45
Bảng 3.2: Thống kê mối quan hệ giữa rãnh áp thấp và sự hình thành XTNĐ .47
Bảng 3.3: Các đặc trưng thống kê của nhiệt độ mặt nước biển 56
Bảng 3.4: Các đặc trưng thống kê của nhiệt độ thế vị tương đương 60
Bảng 3.5: Các đặc trưng thống kê của độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa 65
Bảng 3.6: Các đặc trưng thống kê của năng lượng đối lưu tiềm năng 71
Bảng 3.7: Các đặc trưng thống kê của độ đứt gió v 73
Bảng 3.8: Các đặc trưng thống kê của độ đứt gió u 77
Bảng 3.9: Các đặc trưng thống kê của phân kỳ mực 200mb 81
Bảng 3.10: Các đặc trưng thống kê của xoáy tương đối mực 850mb 88
Bảng 3.11a: Các đặc trưng thống kê của các nhân tố tiềm năng (a – các nhân
tố động lực) 92

Bảng 3.11b: Các đặc trưng thống kê của các nhân tố tiềm năng (b – các nhân
tố nhiệt ẩm) 92


Bảng 4.12: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 05 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 135

Bảng 4.13: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 06 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 136

6

Bảng 4.14: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 13 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GSM 143

Bảng 4.15: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 17 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GSM 144

Bảng 4.16: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 13 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 145

Bảng 4.17: Quy trình dự báo sự hình thành của XTNĐ 00z ngày 17 tháng 11
năm 2011 với số liệu mô hình GFS 146

7

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
BBC: Bắc bán cầu
CAPE: Năng lượng đối lưu tiềm năng
(Convective Available Potential Energy)
ePT: Nhiệt độ thế vị tương đương
(Equivalent Potential Temperature)
FAR: Tỷ lệ cảnh báo khống (False Alarm Ratio)

đầu từ những năm giữa của thế kỷ 20 và là một chủ đề thu hút được nhiều sự đầu tư
nghiên cứu của các nhà khoa học khí tượng trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Nhưng cho đến nay vẫn còn nhiều quan điểm khác nhau về cơ chế hình thành và
phát triển XTNĐ, thậ
m trí ngay trên một khu vực nghiên cứu, cũng như một nhân tố
tác động cũng có những nhận định rất khác nhau. Biển Đông nước ta nằm trong khu
vực có nhiều XTNĐ hoạt động. Để nâng cao chất lượng dự báo XTNĐ trên Biển
Đông và vùng lân cận, cần tiếp tục nghiên cứu bài toán sự hình thành của XTNĐ để
đánh giá đầy đủ các đặc trưng, từ đó tìm ra những nhân tố chính tham gia quá trình
hình thành và phát triển củ
a XTNĐ ở khu vực này. Trên cơ sở đó, xây dựng bộ
nhân tố đặc trưng cho bài toán dự báo sự hình thành của XTNĐ và đưa ra quy trình
tạm thời khai thác và sử dụng bộ nhân tố đặc trưng, kết hợp với những số liệu, công
cụ, sản phẩm hiện có tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, để dự
báo sự hình thành của XTNĐ trên khu vực biển Đông m
ở rộng đến kinh tuyến
140
0
E. (Sau đây gọi tắt là khu vực Biển Đông mở rộng ).
Đáp ứng yêu cầu cấp thiết của công tác dự báo bão và áp thấp nhiệt đới
(ATNĐ), ngày 11 tháng 5 năm 2010, Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường đã
ký Quyết định số 857 /QĐ-TNMT phê duyệt Chủ nhiệm, Cơ quan chủ trì và dự toán
kinh phí các đề tài khoa học công nghệ cấp bộ mở mới năm 2010 thuộc chương
trình “Nghiên cứu khoa học và công nghệ nh
ằm nâng cao năng lực dự báo, cảnh
báo các hiện tượng khí tượng thuỷ văn nguy hiểm và phục vụ khí tượng thuỷ văn ở
các địa phương giai đoạn 2010-2015” mã số TNMT.05/10-15 của Bộ Tài nguyên và
Môi trường, trong đó có đề tài “Nghiên cứu xây dựng bộ nhân tố nhiệt động lực cho
dự báo sự hình thành của xoáy thuận nhiệt đới trên khu vực biển Đông”.
Theo quy định của Quy chế báo bão, ATNĐ và lũ, khi t

Chương 4. Thử nghiệm kết quả
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Lời cảm ơn
10 CHƯƠNG 1: XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN HÌNH
THÀNH XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI
1.1 Đặt vấn đề
1.1.1 Khái niệm về xoáy thuận nhiệt đới
Xoáy thuận chia làm hai loại về vị trí địa lý cũng như cấu trúc front, khối
khí, đó là xoáy thuận ngoại nhiệt đới (hay còn gọi là xoáy thuận front) và xoáy
thuận nhiệt đới. Xoáy thuận nhiệt đới là một trong những hệ thống áp thấp quy mô
dưới synop, không kèm theo front, phát sinh trên vùng biển nhiệt đới.
Theo tốc độ gió mạnh nhất ở vùng gần trung tâm xoáy thuận nhiệ
t đới,
WMO quy định phân loại xoáy thuận nhiệt đới thành:
Áp thấp nhiệt đới: Là xoáy thuận nhiệt đới với hoàn lưu mặt đất giới hạn bởi
một hay một số đường đẳng áp khép kín và tốc độ gió lớn nhất ở gần vùng trung
tâm từ 10,8 - 17,2m/s (cấp 6 - cấp 7).
Bão nhiệt đới: Là xoáy thuận nhiệt đới với các đường đẳng áp khép kín và
tốc độ gió lớn nhất ở vùng gần trung tâm t
ừ 17,2 đến 24,4m/s (cấp 8 - cấp 9).
Bão mạnh: Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần trung tâm từ
24,5 - 32,6m/s (cấp 10 - cấp 11).
Bão rất mạnh: Là xoáy thuận nhiệt đới với tốc độ gió lớn nhất vùng gần
trung tâm từ 32,7m/s trở lên (trên cấp 11). [3]
Theo định nghĩa về xoáy thuận nhiệt đới trong “Quy chế báo Áp thấp nhiệt

phòng, tránh và giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây nên.
1.1.2. Sự hình thành và phát triển của xoáy thuận nhiệt đới
Bão chỉ hình thành khi có sự phối hợp của các nhân tố nhiệt động lực và
trong hình thế synốp nhất định. Theo Palmén [18], có 3 điều kiện cơ bản cho sự
hình thành bão:
• Khu vực đại dương với nhiệt độ mặt biển cao (từ 26 - 27
o
C) bảo đảm nước
bốc hơi mạnh cung cấp năng lượng ngưng kết lớn cho hệ thống bão.
• Thông số Coriolis có giá trị đủ lớn tạo xoáy. Bão thường hình thành trong
đới giới hạn bởi vĩ độ 5 - 20
o
hai bên xích đạo.
• Dòng môi trường có độ đứt thẳng đứng của gió yếu, bảo đảm sự tập trung
của dòng ẩm vào khu vực bão trong thời gian đầu của sự hình thành bão.
Bên cạnh đó cũng có những điều kiện môi trường khác có đóng góp vào quá
trình hình thành của bão như:
• Ở trên cao, trường khí áp phải phân kỳ để bảo đảm sự giải tỏa khối lượng
không khí hội tụ ở mặ
t đất và duy trì bão như ta đã nói trong phần về trường
các yếu tố khí tượng. Điều đó thường được thoả mãn ở miền nhiệt đới, vì từ
mực500 mb trở lên, nhất là tại mực 200, 300mb thường xuyên tồn tại áp cao
cận nhiệt đới.
• Ở mặt đất phải có nhiễu động áp thấp ban đầu. Những kết quả thống kê cho
thấy 80% các cơn bão có liên quan với dải h
ội tụ nhiệt đới. Năm dải hội tụ
nhiệt đới ít hoạt động thì cũng ít bão.
Cũng có những nghiên cứu khác về điều kiện hình thành của bão như Gray
[24, 25, 26]. Nhìn chung để bão có thể hình thành và phát triển thì môi trường cần
đạt được các điều kiện như: nền nhiệt độ nước đại dương ≥ 26,5°C từ bề mặt nước

cường độ bão chỉ giới hạn trong phạm vi bán kính 30 – 50 km thì trong giai đoạn
chín muồi này, phạm vi của chúng có thể mở rộng tới trên 300 km. Bão trong giai
đoạn chín muồi cũng tr
ải qua các thời kỳ tăng cường và suy yếu không đều, kéo dài
trong vài ngày, thường đó là trường hợp bão tương tác với hoàn lưu ôn đới. Khi bão
di chuyển vào đất liền do điều kiện địa hình, lực ma sát tăng lên và nhất là khả năng
cung cấp ẩm cho bão bị mất đi nên cường độ của bão giảm rất nhanh. Sau một thời
gian ngắn (khoảng từ 1 - 2 ngày) thì bão tan rã hoàn toàn, đôi khi có thể tồn tại dưới
dạng m
ột áp thấp nhiệt đới và cho mưa lớn trên một phạm vi rộng. Trên biển, bão
cũng có thể bị tan rã khi gặp vùng nước lạnh như ở Tây Bắc Thái Bình Dương.
13

Xét về tần suất và khu vực hình thành bão, tính trung bình cho toàn cầu hàng
năm có 80 cơn bão. Khoảng 51% số cơn bão toàn cầu xuất hiện ở Bắc Thái Bình
Dương (trong đó 33% ở Tây Bắc Thái Bình Dương và 18% ở Đông Bắc Thái Bình
Dương). Số bão ở Bắc Bán Cầu chiếm 69% số bão toàn cầu, phần còn lại của số
lượng bão toàn cầu xuất hiện ở Nam Bán Cầu. Ở Nam Bán Cầu cực đại bão vào
tháng 1, ở B
ắc Bán Cầu vào tháng 8 và tháng 10 [49].

Hình 1.2. Phân bố số lượng XTNĐ trên quy mô toàn cầu.
Trên miền Bắc Thái Bình Dương, có thể thấy hai trung tâm hoạt động của
bão: một ở phía tây và một ở phía đông Thái Bình Dương. Trung tâm bão phía đông
có tần số cực đại tới 303 cơn bão trong vòng 100 năm trong dải từ 5 - 20
o
N và tập
trung vào khu vực sát bờ tây Trung Mỹ. Trung tâm hoạt động bão phía tây có tần
suất cực đại nhỏ hơn so với trung tâm hoạt động bão phía đông (230 cơn) nhưng mở
rất rộng theo hướng kinh tuyến. Nhiều cơn bão di chuyển từ vĩ độ 10 - 15

hình thành bão là từ giữa tháng 7 đến giữa tháng 12 và cực đại vào tháng 9.
Bảng 1.1 Bão và áp thấp nhiệt đới trong thời kỳ 1928 – 1944, 1947 – 1980 [3]

Về đường đi, bão hình thành trên biển nhiệt đới và thường di chuyển theo
hướng Tây và hướng cực, mặc dù đường đi của những cơn bão riêng lẻ có thể là
thất thường. Mức độ dầy đặc của quỹ đạo các cơn bão trên hình 1.3 ở Đông Bán
Cầu cũng cho ta thấy hình ảnh phân bố tần số bão ở đây thời kỳ 1979-1988. Mặt
khác, ta thấy trên 50% số bão có quỹ đạo hình parabol nằ
m ngang hướng đỉnh về
phía tây, ở Bắc Bán Cầu theo chiều kim đồng hồ còn ở Nam Bán Cầu ngược chiều
kim đồng hồ. Một nửa còn lại có chuyển động hướng cực và các chuyển động dạng
bất thường, có khi thắt nút nhiều lần.

H
ình

1.3 Qu
ỹ đạo bão (với
V
max
>
17m
/
s)
t
hời kỳ 1979-1988 [49]

1.1.3 Tổng quan về một số tham số tiềm năng cho sự hình thành xoáy thuận
nhiệt đới
1.1.3.1 Nhiệt độ mặt nước biển

động hơn so với khu vực 28
0
C.

16

Hình 1.4: Khu vực hình thành bão và mối quan hệ với SST
(theo trang web:
Hurr_Structure_Energetics/SST/SST.html)
Tác giả Lê Đình Quang khi nghiên cứu về vai trò của bão trong sự tương tác
nhiệt động lực của khí quyển và đại dương trên phạm vi Biển Đông đã đưa ra kết
luận: “XTNĐ khi di chuyển trên mặt biển có nhiệt độ bề mặt > 28
0
C thì phát triển,
trên vùng nhiệt độ bề mặt dưới 26
0
C sẽ đầy lên nhanh chóng” [6]
1.1.3.2 Độ đứt gió theo chiều thẳng đứng giữa hai mực 850 – 200 mb
Sự hình thành xoáy thuận nhiệt đới thường xảy ra ở môi trường có độ đứt gió
thẳng đứng yếu bởi vì độ đứt gió thẳng đứng mà lớn sẽ ngăn chặn sự phát triển đối
lưu, do đó hạn chế khả năng tạo thành một trung tâm với một nhân ấm và xoáy lớn
ở mực trên cao [17]. Không giống như nhiệ
t độ mặt nước biển, sự thay đổi độ đứt
thẳng đứng chỉ xảy ra trong quy mô thời gian rất ngắn (quy mô ngày hay nhỏ hơn).
Thêm nữa, vị trí hình thành xoáy thuận nhiệt đới thường có tương quan khá tốt với
các khu vực có độ đứt vĩ hướng thấp. Trong công trình của mình, Kevin Cheung đã
chỉ ra rằng: “Đối với cả hai tham số độ đứt, phân bố các giá trị chuẩn tại vị trí hình
thành XTNĐ
tương tự như đã tính toán các giá trị trung bình trong khu vực, ngoại
trừ những dao động lớn hơn tồn tại trong thời gian trước. Độ đứt trung bình theo

17

giáng bên trong hệ thống. Nếu ở tầng thấp đối lưu quá khô, sự bốc hơi sẽ làm tăng
cường lạnh và sau đó sẽ làm tăng cường dòng giáng, do đó ngăn chặn sự phát triển
và duy trì đối lưu. Một cơ chế khác đó là ở tầng thấp đối lưu quá khô sẽ ngăn chặn
hoàn toàn đối lưu do các phần tử đi lên sẽ làm tăng cường không khí khô.
Cũng theo nghiên c
ứu của Kevin Cheung cho thấy trong hầu hết các trường
hợp có các giá trị độ ẩm tương đối trung bình lớn hơn 50% tại thời điểm hình thành
và “giá trị độ ẩm tương đối trung bình trong tất cả các trường hợp nghiên cứu là
61,8% và sự phân bố này có độ lệch chuẩn là 11,3%.”[33]
1.1.3.4. Xoáy tương đối trên mực 850mb
Bão là vùng áp thấp có hoàn lưu xoáy thuận mạnh, nên sự phát sinh của bão
tất nhiên có liên quan với sự nảy sinh của độ
xoáy dương. Nếu xem gần đúng điều
kiện khí quyển nhiệt đới là chính áp và bỏ qua gradien nằm ngang của chuyển động
thẳng đứng thì phương trình độ xoáy viết dưới dạng sau:
d ζ/d t = - ( Ω +2ωsinφ).∆
H
V
Từ phương trình này ta thấy rằng, bão phát sinh ở nơi cách xích đạo một
khoảng cách nhất định. Ở xa xích đạo (Bắc Bán Cầu) sinφ > 0, nếu có hội tụ (∆
H
V
<0) thì d ζ/d t >0, có điều kiện sinh xoáy thuận. Trong trường hợp không có hội tụ
ngang của dòng khí, thì độ xoáy tương đối ζ >0 cũng có thể nảy sinh trong dòng khí
có thành phần chuyển động hướng Nam d ζ/d t=-β√. Nhưng nói chung sự phát triển
của độ xoáy dương trong trường hợp này chậm và không thể hình thành bão. Như
vậy vùng hội tụ của gió tín phong ở hai bán cầu có tầm quan trọng lớn đến sự hình
thành bão.

Phân kỳ mạnh tại tầng đối lưu trên ở gần khu vực có sự tăng cường nhiễu
động tầng thấp làm tăng cường khả năng phát triển thành đối lưu sâu, rồi sau đó sẽ
là quá trình tạo xoáy ở mự
c giữa. Những nghiên cứu trước đây của Challa và Pfeffer
[13] chỉ ra tầm quan trọng của rãnh thấp ở bên trên tầng đối lưu trên cao trên khu
vực nhiệt đới (TUTT) trong sự hình thành XTNĐ. Theo đó, các tác giả đưa ra giả
thuyết rằng những nhiễu động dạng sóng trong khí quyển tầng cao có thể thúc đẩy
sự hình thành XTNĐ, còn theo kết luận của Kevin Cheung [33] thì “hầu hết các
trường hợp đều có giá trị phân kỳ mực 200 mb vào khoả
ng 3–4x10
-6
s
-1
”
1.1.3.6. Năng lượng đối lưu tiềm năng
Như đã biết, CAPE cho chúng ta biết rằng đó là năng lượng tiềm ẩn trong khí
quyển mà nếu một phần tử thăng lên được phía trên mực đối lưu tự do có thể nhận
được. CAPE có liên quan trực tiếp tới tốc độ thẳng đứng tiềm năng bên trong một
dòng thăng; nghĩa là giá trị CAPE lớn đồng nghĩa với việc các hi
ện tượng thời tiết
nguy hiểm như dông, bão có nhiều khả năng xảy ra hơn. Thông thường trong một
cơn dông giá trị CAPE ở vào khoảng trên 1000J/kg, và trong những dòng thăng
phát triển mạnh mẽ như bão có thể tính được giá trị CAPE trên 5000J/kg. Tuy nhiên
sẽ không có một giá trị CAPE cụ thể nào có thể cho ta biết được rằng liệu có hiện
tượng thời tiết nào xảy ra không.
CAPE cũng được xem là một trong những nhân tố đóng góp cho quá trình
hình thành c
ủa XTNĐ. Một mô hình kinh nghiệm về sự tăng cường của một khối
mây đối lưu có tổ chức và xoáy bão thông qua sự bất ổn của khí quyển do đốt nóng
và cưỡng bức từ bề mặt được nhiều người thừa nhận [14, 50]. Trong cơ chế này,

độ thế vị tương đương. Nhiệt độ thế vị tương đương giữ không đổi trong quá trình
biến đổ
i đoạn nhiệt ẩm, nó là một tham số thuận lợi đặc trưng cho biến đổi trạng
thái của không khí ẩm bão hòa. [16]
Trong quá trình hình thành của XTNĐ, nhiệt và ẩm ở tầng đối lưu được xem
là những nhân tố có tác động quan trọng, quyết định việc có hay không hình thành
đối lưu ẩm trong khí quyển. Khi tồn tại đối lưu thì tại các lớp khí quyển khác nhau
sẽ có sự xâm nhập của không khí ở môi trường xung quanh vào không khí
đối lưu.
Nếu không khí ở môi trường xung quanh nóng và ẩm, sự ngưng kết và giải phóng
ẩn nhiệt sẽ bổ sung năng lượng cho khối khí đối lưu và dòng thăng được tăng
cường. Do đó, không khí nóng và ẩm ở tầng khí quyển thấp được xem là một nhân
tố thuận lợi cho quá trình hình thành của XTNĐ.
1.1.3.8. Rãnh gió mùa và dải hội tụ nhiệt đới
Atkinson [28] đã cho rằng các hình thế synop liên quan đến sự hình thành
của bão ở
khu vực bắc Đại tây dương là rất đa dạng. Còn ở khu vực tây bắc Thái
bình dương thì rãnh gió mùa tầng thấp là hình thế synop chủ yếu của sự hình thành
bão. 85 - 90% các cơn bão được hình thành trong rãnh này, còn rãnh ở trên tầng đối
20

lưu cao chỉ có vai trò phụ (đối với 10 - 15% các cơn bão). Trong tất cả các khu vực
phát triển của bão, hầu hết các cơn bão là kết quả của sự mạnh lên của các nhiễu
động xoáy được hình thành trong rãnh gió mùa tầng thấp.
Dải hội tụ nhiệt đới là dải hội tụ khối lượng của hai đới gió mùa mùa hè
trong khu vực nội chí tuyến: Phía bắc dải là tín phong BBC, phía nam dải là tín
phong NBC vượt xích đạo đi lên.
Rãnh gió mùa ở trên Biển đông và lân cận, Rãnh
gió mùa cũng là một dải hội tụ khối lượng của hai đới gió (có thể ở trong hoặc ở
ngoài khu vực nội chí tuyến): Phía bắc dải là đới gió đông bắc đến đông của khối

ề lực Coriolis và nhiệt động
lực đã tồn tại trên một khu vực biển nhất định, trong một thời gian dài, thì các tham
số xoáy tầng thấp và độ đứt thẳng đứng có thể thay đổi đáng kể theo những quy mô
không gian và thời gian nhỏ hơn rất nhiều [25, 42]. Do đó, năm 1975, Gray đã giả
thiết rằng sự hình thành XTNĐ sẽ xuất hiện khi xoáy tầng thấp trên trung bình và
độ đứt gió thẳng đứ
ng quy mô địa phương yếu [25].
Một vài nghiên cứu gần đây về lĩnh vực này cho thấy sự hình thành XTNĐ
có xu hướng xuất hiện cùng với giai đoạn tăng cường của dòng thăng quy mô lớn
đồng thời với đối lưu sâu [60]. Trong giai đoạn hình thành, qua quan sát cho thấy sự
hình thành của xoáy xuất hiện cùng với sự hình thành của hệ thống đối lưu quy mô
vừa trong khu vực có tồn tại nhiễ
u động nhiệt đới [60, 52]. Xoáy ban đầu được tạo
thành từ hệ thống đối lưu quy mô vừa [15, 20]. Để một khu vực đối lưu rộng
khoảng vài trăm km như hệ thống đối lưu quy mô vừa phát triển và tồn tại, phải có
hội tụ tầng thấp và đối lưu sâu trên quy mô synôp hoặc lớn hơn, thường là nhờ vào
các tác nhân từ bên ngoài [27]
Hầu hết các nghiên cứu về sự hình thành củ
a XTNĐ đều đưa ra những nhận
định, đề xuất khác nhau về các cơ chế khí quyển có thể cung cấp ngoại lực (tương
tự như lực nâng quy mô lớn) cho quá trình tạo thành hệ thống đối lưu quy mô vừa,
và do đó là xoáy đối lưu quy mô vừa. Một số nhà khoa học cho rằng nhân tố môi
trường xuất hiện ở tầng thấp như hai công trình của Lee [38] và Zehr [60] đã lập
luận rằng các khu v
ực hội tụ của các dòng khí tầng thấp được tăng cường, thường
được xem như là những nhiễu động sóng tầng thấp, là nguyên nhân thúc đẩy quá
trình hình thành của XTNĐ. Zehr, trong nghiên cứu năm 1992, đã nhận xét: “hầu
hết các nhiễu động sóng có liên quan đến các trường hợp tạo thành của XTNĐ ở
khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương đều có thành phần gió Tây” [60]. Do đó, ông
nhận định rằng nhiều nhiễu động nhiệt đớ

viết: “57% bão, 58% những cơn bão trung bình, 83% những cơn bão mạnh ở
khu
vực Đại Tây Dương từ năm 1967 đến 1991 hình thành trong sóng Đông” [37].
Trong khi đó, ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, Ritchie E. A đã chỉ ra rằng chỉ
có “khoảng 10 – 15% số trường hợp hình thành XTNĐ trong các năm 1990 – 1992
là do sóng Đông” [52]. Đến năm 1999, trong công trình của mình, Richie và
Holland đã xác định được 5 đặc tính đó là các thành phần hoàn lưu mực thấp ở Tây
bắc Thái Bình Dương: đường đứt gió mùa, khu vực hội tụ gió mùa, khu vực đối lưu
gió mùa, sóng đ
ông và sự phân tán năng lượng của sóng Rossby dựa trên bộ số liệu
8 năm. Hai thành phần đầu tiên kể trên liên quan đến 71% sự phát triển của tất cả
các XTNĐ (42% tương ứng với đường đứt gió mùa và 29% tương ứng với khu vực
hội tụ gió mùa). Hơn nữa, khu vực gió mùa và các thành phần làm suy giảm năng
lượng được phát hiện tương ứng đối với các trường hợp đặc biệt trong khu vực h
ội
tụ gió mùa và thành phần này chiếm tới 82% tổng số XTNĐ hình thành. Các hệ
thống đối lưu quy mô vừa cũng được cho rằng có liên quan khá mật thiết đối với sự
phát triển trong đường đứt gió mùa và các thành phần hội tụ, và ở khu vực hội tụ thì
các hệ thống đối lưu quy mô vừa đó sẽ phát triển nhanh hơn. Một cách tương đối,
sự hình thành XTNĐ trong sóng đông (chiếm 18% trường h
ợp trong tổng số) không
23

tương ứng với rãnh trên cao với các hệ thống đối lưu quy mô vừa ít phát triển hơn.
Cơ chế hình thành chủ yếu trong thành phần này là độ bất ổn định chính áp. [53]
Năm 1997, Briegel và Frank đã kiểm tra những quá trình hội tụ quy mô lớn
đối với sự hình thành các XTNĐ trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, tiến hành
xác định tổng hợp các dòng hoàn lưu mực 200 – 850mb trong các năm từ 1988 đến
1989 và phát hiện ra một rãnh tầng cao tồn t
ại trên khu vực tây bắc và sự tăng

ng đối giữa 500
và 700mb, năng lượng đối lưu tiềm năng và phân kỳ mực 200mb.
Thời điểm và vị trí hình thành của mỗi XTNĐ được xác định một cách khách
quan dựa trên bộ số liệu best track với điều kiện là khi tốc độ gió cực đại đạt 25kts
(khoảng 13m/s). Nếu một XTNĐ mạnh lên và tốc độ gió cực đại đạt ngay 30kts thì