TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

ĐỖ KIỀU CHINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ENSO ĐẾN
CƯỜNG ĐỘ BÃO HOẠT ĐỘNG TRÊN KHU VỰC BIỂN
ĐÔNG


HÀ NỘI - NĂM 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

ĐỖ KIỀU CHINH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ENSO ĐẾN
CƯỜNG ĐỘ BÃO HOẠT ĐỘNG TRÊN KHU VỰC BIỂN
ĐÔNG

Chuyên ngành : KHÍ TƯỢNG HỌC
Mã ngành

: D440221

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Bình Phong


HÀ NỘI - NĂM 2017




DANH MỤC VIẾT TẮT
BĐKH

Biến đổi khí hậu

ENSO

El Nino Southern Oscilation – El Nino Dao động Nam

SST

Sea Surface Temperature – Nhiệt độ bề mặt nước biển

XTNĐ

Xoáy thuận nhiệt đới

TBTBD

Tây Bắc Thái Bình Dương

SOI

Chỉ số Dao động Nam

SO

Dao động Nam


nêu mà có thể hy vọng tạo dựng từ đó các mô hình dự báo một số đặc trưng của bão
nhờ vào những dự báo khí hậu đối với hiện tượng ENSO mà hiện nay có thể nhận
được không mấy khó khăn từ các trung tâm khí tượng nhiều nước. Do đó em chọn
đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của ENSO đến cường độ bão trên khu vực biển
Đông” làm đề tài nghiên cứu cho đồ án này.
Bố cục của đồ án ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục,
gồm có 3 chương sau:
Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu.
Chương 2: Cơ sở số liệu và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Một số kết quả nghiên cứu.

10


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1 Khái quát về biển Đông

1.1.1 Vị trí địa lý khu vực biển Đông

Hình 1.1: Vị trí địa lý khu vực biển Đông
Biển Đông là một biển ven lục địa ở khu vực Đông Nam Á, là biển phụ của
Thái Bình Dương nhưng cũng thông với Ấn Độ Dương. Bờ phía Tây biển Đông
giáp với phần lục địa Đông Nam Á (gồm các nước: Singapo, Malaixia, Thái Lan,
Campuchia, và chủ yếu là Việt Nam); phía Bắc giáp biển Hoa Nam và Đông Hải
Trung Quốc; phía Đông ngăn cách với Thái Bình Dương bởi quần đảo Philippin;
phía nam ngăn cách với Ấn Độ Dương bởi quần đảo Indonexia. Như vậy, biển Đông
nằm ở trung tâm Đông Nam Á và trên đường hàng hải quốc tế quan trọng từ Thái
Bình Dương qua Ấn Độ Dương.
11


vực của nó gần như nằm hoàn toàn trong miền nhiệt đới nên lượng bức xạ khá dồi
dào, nhất là trong các tháng mùa hạ.
12


1.2. Tổng quan về bão
1.2.1 Định nghĩa và phân loại bão
Xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) là một vùng gió xoáy, có đường kính tới hàng
trăm kilomet, hình thành trên vùng biển nhiệt đới, gió xoáy vào trung tâm theo
chiều ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu và theo chiều kim đồng hồ ở Nam
bán cầu, khí áp trong XTNĐ thấp hơn nhiều so với xung quanh và thường dưới
1000mb. [12]
Như vậy có thể xem bão là một trận gió xoáy từ các phía thổi vào vùng trung
tâm bão, càng gần trung tâm thì gió càng mạnh, có khi lên đến vài trăm cây số một
giờ, nhưng chính giữa lại là một vùng gió tương đối nhẹ hay lặng gió gọi là mắt
bão. Không khí chung quanh dồn vào giữa không phải theo những đường thẳng mà
theo hình xoắn ốc. Ở Bắc bán cầu, gió xoáy thổi ngược chiều kim đồng hồ. Trong
một trận bão, ở tầng gần mặt đất không khí bốn bề chạy vào giữa, đến vùng giữa
bão thì không khí thổi lên cao, lên đến các tầng cao hơn nữa thì tỏa ra tứ phía. Bão
bắt nguồn từ các vùng biển nhiệt đới, bão chuyển động một khối không khí ẩm rất
lớn. Không khí ẩm đó càng lên cao thì hơi nước mà nó chứa đọng lại thành mây và
mưa càng nhiều, cho nên vùng bão không những có gió mạnh mà lại có mây đặc
phủ kín và mưa nhiều.

Hình 1.2: Cấu trúc bão
13


Ở mỗi vùng XTNĐ được gọi bằng những cái tên khác nhau như: cyclone,
huricane, typhoon... tùy thuộc vào nơi hình thành và hoạt động của nó. Huricane là


8–9

Mức độ ảnh hưởng
(do sức gió)
Cây cối rung chuyển, khó đi
ngược gió. Biển động
Bẻ gẫy cành cây lớn, tốc mái
nhà, không thể đi ngược gió.
Biển động rất mạnh.
Làm đổ cây cối, nhà cửa, cột

89 – 117

10 - 11

điện, gây thiệt hại rất nặng.
Biển động dữ dội làm đắm tàu
thuyền
Sức phá hại cực kỳ lớn. Sóng

Trên 118

Trên 12

biển cực kỳ mạnh làm đắm tàu
biển có trọng tải lớn

14



Gió nhẹ.

2

1,6-3,3

6-11

0,2

Không gây nguy hại.

3

3,4-5,4

12-19

0,6
- Cây nhỏ có lá bắt đầu lay
động. ảnh hưởng đến lúa đang

4

5,5-7,9

20-28

1,0

50-61

4,0

- Biển động. Nguy hiểm đối
với tàu, thuyền.
- Gió làm gãy cành cây, tốc

8

17,2-20,7

62-74

5,5

9

20,8-24,4

75-88

7,0

mái nhà gây thiệt hại về nhà
cửa. Không thể đi ngược gió.
- Biển động rất mạnh. Rất
nguy hiểm đối với tàu, thuyền.
- Làm đổ cây cối, nhà cửa, cột



134-149

14

41,5-46,1

150-166

15

46,2-50,9

167-183

16

51,0-56,0

184-201

17

56,1-61,2

202-220

- Sức phá hoại cực kỳ lớn.
14,0


Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc bão với các thành phần cơ bản: mắt bão,
thành mắt bão và các dải mưa xoắn
16


1.2.3 Sự hình thành bão
Từ đặc điểm trong cấu trúc của bão và từ thực tế quan trắc có thể rút ra các
điều kiện cần thiết cho sự hình thành bão như sau:
Không khí thăng lên trong bão phải nóng hơn không khí môi trường xung
quanh. Mặt khác, tiềm nhiệt ngưng kết là nguồn năng lượng chính cho sự duy trì và
phát triển của bão nên không khí thăng lên phải giàu hơi ẩm. Vì vậy, bão chỉ có thể
duy trì hình thành và phát triển trên các đại dương và vùng biển thoáng, có nhiệt độ
mặt biển lớn hơn 26,5ºC. Điều đó giải thích cho việc tại sao bão chỉ chủ yếu hình
thành ở phía tây các đại dương, nơi không có những hải lưu lạnh và cũng cho thấy
vì sao mùa bão chủ yếu thiên về thời kì cuối mùa nóng khi nhiệt độ mặt nước biển
là cao nhất.
Khác với các nhiễu động nhiệt đới khác, chuyển động xoáy là phần cơ bản
của hoàn lưu bão. Vì thế, bão không thể hình thành và phát triển trong khu vực từ
5°S - 5°N, nơi có lực Coriolis quá nhỏ, không thể cân bằng được với lực gradient
khí áp của vùng áp thấp để tạo ra các chuyển động xoáy thuận, có thể duy trì và có
thể phát triển áp thấp đó lên các áp thấp này bị không khí xung quanh ùa thẳng vào
trung tâm mà đầy lên nhanh chóng.
Đới gió cơ bản vùng nhiệt đới mà trong đó bão hình thành cần phải có độ đứt
thẳng đứng nhỏ, vì độ đứt thẳng đứng của nó ngăn cản sự phát triển của xoáy thuận.
Thực tế cho thấy, ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, khi đới gió tây trên cao bao
trùm lên đới tín phong thì bão khó hình thành. Trái lại, bên trên tín phong có gió
đông dày, thường tới 6 km, thì bão dễ hình thành và phát triển. Đới gió đông càng
dày thì bão càng dễ hình thành và phát triển.
Bão thường phát triển trên một nhiễu động nhiệt đới trên biển. Trên khu vực
Tây Bắc Thái Bình Dương, theo Gray (1968) có tới 85-90% số nhiễu động này hình

•
•
•
•
•

Giai đoạn trước khi bắt đầu
Giai đoạn bắt đầu
Giai đoạn phát triển
Giai đoạn chuyển tiếp
Giai đoạn cực trị
Giai đoạn suy yếu
Giai đoạn tan rã

18


1.3.2 Cơ chế vật lý của ENSO
a) Dao động Nam và hoàn lưu Walker
Dao động Nam (Southern Oscillation) là sự dao động của khí áp quy mô lớn,
từ năm này qua năm khác ở 2 phía Đông và Tây của khu vực xích đạo Thái Bình
Dương.
Nhà khoa học người Anh Gilbert I. Walker vào cuối những năm 20 của thế kỷ
trước nhận thấy mối quan hệ giữa khí áp 2 bờ Đông-Tây của Thái Bình Dương và
nhận thấy khi khí áp bờ Đông Thái Bình Dương giảm mạnh thì thường xảy ra hạn
hán ở khu vực Indonesia, Austraulia, Ấn Độ. Tuy nhiên khi đó ông chưa đủ thông
tin để chứng minh mối quan hệ này.
Hơn 40 năm sau, nhà khí tượng Na Uy Jacob Bjerknes (1966) thừa nhận có sự
dao động cỡ lớn trong hoàn lưu tín phong của Bán cầu Bắc và Nam Thái Bình
Dương và ông cho rằng nó liên quan đến Dao động Nam. Ông là người kết nối Dao

của nêm nhiệt lớn hơn, trái lại, khi hoàn lưu Walker yếu đi, nước trồi bị hạn chế, độ
nghiêng của nêm nhiệt giảm đi.
b) Tương tác đại dương - khí quyển
Tương tác đại dương - khí quyển là quá trình trao đổi nhiệt, ẩm, động lượng,
năng lượng giữa lớp nước bề mặt đại dương với lớp không khí bên trên, chủ yếu
thông qua hoạt động đối lưu và các xoáy khí quyển.
Trên khu vực phía Tây xích đạo Thái Bình Dương (vùng bể nóng (the warm
pool)), nơi có hội tụ của gió Đông và gió Tây tầng thấp, thường diễn ra hoạt động
đối lưu sâu trong nhánh phía Tây của hoàn lưu Walker. Mây, mưa nhiều và lượng
bức xạ phát xạ sóng dài (OLR) từ mặt biển thường không vượt quá 240w/m2. Do
đó, lượng bức sóng ngắn từ mặt trời (Qsw) thường nhỏ hơn lượng tiềm nhiệt bốc
hơi (Qe).
Trái lại, ở vùng xích đạo phía Đông Thái Bình Dương, trong nhánh phía Đông
của Hoàn lưu Walker thường có chuyển động giáng của không khí, hoạt động đối
20


lưu bị hạn chế, ít mây, mưa. Lượng bức xạ phát xạ sóng dài từ mặt biển thường đạt
những giá trị cực đại (>280w/m2). Bức xạ sóng ngắn từ mặt trời cũng đạt những giá
trị lớn nhất và thường lớn hơn lượng tiềm nhiệt bốc hơi.
Khi hoàn lưu Walker hoạt động yếu hơn bình thường (gió Đông tầng thấp yếu,
trong khi gió Tây ở vùng phía Tây Thái Bình Dương xích đạo phát triển mạnh lên),
vùng đối lưu sâu ở Tây Thái Bình Dương bị dịch chuyển về phía Đông đến trung
tâm Thái Bình Dương, làm tăng cường các chuyển động xoáy của khí quyển ở vùng
này, lượng mây và mưa tăng lên; OLR giảm, lượng nhiệt và lượng ẩm từ đại dương
chuyển vào khí quyển giảm đi. Trái lại, ở vùng phía Tây Thái Bình Dương xích đạo,
đối lưu bị hạn chế, lượng mây và mưa giảm đi; OLR tăng, lượng nhiệt và ẩm từ đại
dương chuyển vào khí quyển tăng lên.
c) Cơ chế hoạt động của ENSO
Nhiệt độ trung bình năm của lớp nước bên trên vùng nhiệt đới Đông Thái

Đây là một vấn đề khá phức tạp, tuy đã có nhiều cách lý giải được đưa ra
nhưng không hoàn toàn giống nhau và tồn tại nhiều điểm không rõ ràng. Kết quả
nghiên cứu của các tác giả [1][7][15] có thể nêu ra một số nguyên nhân sau:
- Sự biến động của áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương về cường độ, phạm
vi và vị trí tâm áp cao, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của tín phong 2 bán cầu.
-Sự bạo phát gió Tây trên vùng biển xích đạo Tây Thái Bình Dương, liên quan
đến hoạt động của các áp cao Nam Ấn Độ Dương và áp cao Châu Úc.
-Dao động trong mùa Madden - Julian (MJO) với chu kỳ 30 - 60 ngày trên khu
vực Đông Ấn Độ Dương và Tây Thái Bình Dương xích đạo.
-Hoạt động dị thường của các xoáy thuận nhiệt đới trên vùng biển xa xích đạo,
khu vực trung tâm Thái Bình Dương, liên quan đến hoạt động của đới gió Tây vĩ độ
trung bình.
22


1.3.3 Các chỉ số xác định hiện tượng ENSO
Dao động khí áp theo chiều Đông - Tây xích đạo Thái Bình Dương và nhiệt độ
mặt nước biển các vùng NINO là 2 dấu hiệu dễ được nhận thấy khi xảy ra hiện
tượng ENSO. Các nhà khoa học đã lấy 2 thông số này làm chỉ tiêu định lượng trong
việc nghiên cứu hiện tượng ENSO đó là:
a) Chỉ số dao động Nam SOI (Southern Oscillation Index)
Sự biến động của áp suát bề mặt trong các thời kì ENSO được xác định bằng
chỉ số dao động Nam (SOI).
Dao động Nam (SO) là dao động quy mô lớn từ năm này qua năm khác của
trường khí áp mặt biển giữa vùng phía đông và phía tây xích đạo Thái Bình Dương.
Để đánh giá độ lớn của Dao động Nam, người ta sử dụng chỉ số Dao động
Nam (SOI). Chỉ số này dựa trên hiệu khí áp giữa mực trạm Tahiti, đại diện cho vùng
trung tâm xích đạo Thái Bình Dương và trạm Darwin, đặc trưng cho vùng Tây Thái
Bình Dương xích đạo. Cụ thể :
SOI=10

biển giữa Đông và Tây Thái Bình Dương xích đạo thường biến đổi mạnh mẽ, đặc
biệt là ở vùng biển phía đông. Trong thời kỳ El Nino, SSTA ở vùng phía đông xích
đạo TBD thường cao hơn trong thời kỳ La Nina.
Dưới đây là một số chỉ số có liên quan đến nhiệt độ mặt nước biển (Sea
Surface Temperature Anomaly - SSTA) thường được dùng trong nghiên cứu ENSO
trên thế giới và ở Việt Nam:
Trên thế giới:
•

Thời kỳ ENSO được xác định là những tháng có SSTA (Dị thường nhiệt độ mặt

nước biển) khu vực Nino3 (Hình 1) vượt ngưỡng ± 1°C, (Cơ quan Khí tượng Úc).
• Thời kì ENSO được xác định theo trung bình trượt 5 tháng của SSTA khu vực
Nino3.4 với ngưỡng các pha ENSO là ± 0,4 °C và có 6 tháng liên tiếp vượt ngưỡng
này (Viện Nghiên cứu Quốc tế về Khí hậu và Xã hội IRI).
•
Thời kì El Nino là giai đoạn có trung bình trượt 5 tháng SSTA khu vực Nino3.4
vượt giới hạn 0,4°C ít nhất 6 tháng (1999, WMOUNESCO). Tuy nhiên nghiên cứu
cho rằng định nghĩa cần được phát triển thêm.
• Thời kỳ ENSO là thời kỳ có trung bình trượt 5 tháng của SSTA khu vực (4°N-4°S,
150°W-90°W) vượt ngưỡng -0,5° ÷ +0,5°C kéo dài ít nhất 6 tháng (Cơ quan Khí
tượng Nhật Bản).
• El Nino là thời kì có trung bình trượt 5 tháng của SSTA khu vực Nino3 vượt 0,5°C
•

kéo dài 6 tháng và có ít nhất 1 tháng có SSTA vượt 1°C (Pao-Shin Chu và Jianxin).
Thời kì ENSO được xác định theo trung bình trượt 3 tháng SSTA khu vực Nino3.4
với ngưỡng ± 0,5°C và phải đạt ít nhất 5 tháng. Ngưỡng với ENSO trung bình là
±1°C, và với ENSO mạnh là ±1,5°C (Trung tâm Dự báo Khí hậu Hoa Kỳ, CPC).
Ở Việt Nam:

1.3.4 Phân vùng NINO
Để theo dõi các hoạt động của ENSO và xác định các thời kỳ ENSO, các nhà
khoa học thường sử dụng các chỉ số ENSO dựa trên thay đổi nhiệt độ mặt nước biển
đối với các khu vực biển Thái Bình Dương, người ta chia vùng xích đạo Thái Bình
Dương thành các vùng NINO dựa trên sự thay đổi của nhiệt độ bề mặt biển. Các
vùng NINO được phân chia như sau :

•

NINO 1+2 : Vùng có tọa độ (0-10°S, 80-90°S)
Vùng ấm lên đầu tiên khi El Nino phát triển.

•

NINO 3: Vùng có tọa độ (5°S-5°N, 150°W-90°W)
Vùng nhiệt đới TBD có biên độ nhiệt bề mặt nước biển lớn nhất trong thời
gian diễn ra hiện tượng El Nino.
25