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

NGÀNH: KHÍ TƯỢNG - KHÍ HẬU HỌC MÃ SỐ: 60440222 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. VÕ VĔN HÒA 2. TS. CHU THỊ THU HƯỜNG HÀ NỘI, NĔM 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu, nội dung, kết quả trong luận vĕn “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 Vĕn Hòa và TS. Chu Thị Thu Hường. Nội dung trong luận vĕn 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 vĕn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng nhà trường. TÁC GIẢ LUẬN VĔN Phí Thị Ngà ii LỜI CẢM ƠN Luận vĕn 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 nĕm 2018. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận vĕn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè. Trước hết tác giả luận vĕn xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Võ Vĕn Hòa, TS. Chu Thị Thu Hường đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận vĕn này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Khoa Khí tượng - Thủy vĕn, 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 vĕn. 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 vĕn 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 vĕn này. Do thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều, bên cạnh đo nội dung nghiên cứu rộng, phức tạp luận vĕn 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 vĕn được hoàn thiện hơn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 09 nĕm 2018 Tác giả Phí Thị Ngà iii 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 iv 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 nĕm 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 v 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 vi 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 vii 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 viii 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 tĕng cường KTTV Khí tượng Thủy vĕn RĐ Rét đậm RĐRH Rét đậm, rét hại RH Rét hại R24 Lượng mưa tích lũy ngày TBNN Trung bình nhiều nĕm 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 1 MỞ ĐẦU Trong những nĕm 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, bĕng 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 nĕm gần đây. Thậm chí, ngay giữa mùa đông thì trên khu vực các tỉnh vùng núi phía Bắc lại xuất hiện nhiệt độ tĕng 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 nĕm 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 tĕng 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 vĕn đã đề xuất hướng nghiên cứu “Nghiên cứu đánh giá tác động của không khí lạnh đến một số 2 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. 3 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 ngĕn 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, 4 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 dĕm ngày lại có một đợt không khí lạnh tĕng 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 Siberia- Mongolia. 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 5 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 nĕm 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 nĕm 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 nĕm, 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 6 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 tĕng cường liên tục vùng núi và trung du có thể có bĕng 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 tĕng, 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 nĕm. KKL ảnh hưởng mạnh mẽ nhất từ tháng X đến tháng III nĕm 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 7 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 8 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 nĕm 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 tĕng 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 tĕng, 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 nĕm 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 9 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 30- 350N, 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 10 - Mùa gió mùa mùa đông kéo dài từ tháng XI đến tháng III nĕm 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 kh... khi có ảnh hưởng của KKL, đồng thời là cũng là các yếu tố phản ánh rõ nhất tính cực đoan của thời tiết và thường được đưa ra trong các bản tin dự báo, cũng như được quan tâm của cộng đồng. Cụ thể: - Đối với yếu tố nhiệt độ: các đại lượng như nhiệt độ trung bình ngày, nhiệt độ trung bình tháng, Nhiệt độ tối thấp ngày thấp nhất tháng (TNn) và Nhiệt độ tối cao ngày cao nhất tháng (TXx) sẽ được nghiên cứu đánh giá mức độ biến đổi trong giai đoạn 1997-2017. - Đối với yếu tố mưa: các đại lượng tổng lượng mưa tháng và lượng mưa ngày lớn nhất tháng sẽ được nghiên cứu đánh giá mức độ biến đổi trong giai đoạn 1997-2017. - Đối với yếu tố gió: các đại lượng tốc độ gió trung bình tháng và tốc độ gió lớn nhất trong tháng sẽ được khảo sát. Để chỉ ra được mức độ biến đổi của yếu tố nào đó trong thời gian xảy ra các đợt KKL, việc so sánh giữa giá trị chuẩn sai của yếu tố đó trong các tháng mùa đông với chuẩn sai của trung bình nhiều nĕm (TBNN) được thực hiện. Trong luận vĕn này, khái niệm TBNN được tính cho giai đoạn 1981- 2010 (thời kỳ chuẩn khí hậu được nhiều nghiên cứu sử dụng). Khái niệm mùa đông trong nghiên cứu này được xác định là khoảng thời gian từ tháng IX cho đến tháng V nĕm sau. Việc lựa chọn khoảng thời gian tương đối rộng này là để không bỏ sót bất kỳ đợt KKL nào đã xảy ra 27 trong giai đoạn 1979-2017. Các tháng đầu mùa đông được xác định từ tháng IX đến tháng XI, các tháng chính đông gồm từ tháng XII đến tháng II nĕm sau, các tháng cuối đông được xác định từ tháng III đến tháng V. Để xác định rõ xu thế biến đổi của từng yếu tố nói trên trong giai đoạn 1979-2017, luận vĕn sẽ sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đơn biến dựa trên chuỗi số liệu đưa ra để hiển thị ra đường xu thế. Ngoài ra, kiểm nghiệm Max-Kendall cũng được sử dụng để kiểm chứng xu thế tìm được với xác suất phạm sai lầm là 0.1. Để nhìn rõ hơn về xu thế biến đổi theo từng thập kỷ, việc tính toán xu thế cho giai đoạn 1997-2017 cũng được tách ra cho giai đoạn 1997-2006 và 2007-2017. Để có những phân tích sâu hơn về biến đổi trong hoạt động của KKL theo cường độ, việc thống kê 2 dạng của KKL gồm Gió mùa đông bắc (GMĐB) và KKL tĕng cường sẽ được thực hiện. Do cường độ KKL được xác định bởi tốc độ gió, khi có KKL thường có sự tĕng đồng bộ giữa tốc độ gió trên đất liền và ngoài khơi, vì vậy có thể lấy tốc độ gió quan trắc được tại trạm Bạch Long Vĩ để xác định cường độ KKL. Cụ thể, sẽ có 3 cấp độ cường độ được xem xét là mạnh, trung bình và yếu và việc xác định hoàn toàn dựa trên số liệu tốc độ gió tại trạm Bạch Long Vĩ (không tính đến mức độ giảm nhiệt độ). Tiêu chí xác định như sau: - Đợt GMĐB/KKL mạnh là đợt có gió quan trắc tại Bạch Long vĩ từ cấp 7 trở lên và kéo dài từ 2 phiên quan trắc trở lên, hoặc cấp 6 nhưng kéo dài liên tục trên 8 phiên quan trắc; - Đợt GMĐB/KKL trung bình là đợt có gió quan trắc tại Bạch Long vĩ từ cấp 6 và kéo dài từ 2 phiên quan trắc trở lên hoặc cấp 7 nhưng không kéo dài quá 1 phiên quan trắc; - Đợt GMĐB/KKL yếu là đợt có gió quan trắc tại Bạch Long vĩ từ dưới cấp 6 hoặc cấp 6 nhưng kéo dài không quá 1 phiên quan trắc. 28 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Đặc điểm hoạt động của không khí lạnh trong giai đoạn 1997-2017 3.1.1. Tần suất của không khí lạnh Bảng 3.1 đưa ra kết quả xác định và thống kê số đợt KKL ảnh hưởng tới khu vực ĐBBB trong từng tháng của các mùa đông từ 1997-2017 cũng như so sánh với giá trị TBNN (theo giai đoạn 1981-2010). Dựa vào bảng 3.1, có thể thấy KKL xâm nhập xuống khu vực ĐBBB trung bình là 27 - 29 đợt trong một nĕm. Tuy nhiên, cũng có nĕm số lượng này tĕng lên rất nhiều, đó là nĕm 2010 - 2011 với 37 đợt, nhiều hơn TBNN từ 9 - 10 đợt; nĕm 2003 - 2004 là 33 đợt. Ngược lại, có những nĕm KKL xâm nhập đến khu vực rất ít, như nĕm 1998 - 1999 và nĕm 2015 - 2016 với 23 đợt, ít hơn TBNN 5 đợt. Có thể thấy, trong 20 mùa đông có 11 nĕm có tổng số đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực ít hơn TBNN. Hai nĕm giảm nhiều nhất là nĕm 1998 - 1999 và nĕm 2015 - 2016 là 4.7 đợt, đây cũng là nĕm có tổng số đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến khu vực ít nhất. Tiếp đến là các nĕm 2001 - 2002, 2004 - 2005, 2006 - 2007, 2013 - 2014 và nĕm 2016 - 2017 ít hơn so với TBNN là 2.7 đợt. Những nĕm có số đợt ít hơn TBNN còn lại đó là các nĕm: 1999 - 2000, 2002 - 2003, 2009 - 2010 và nĕm 2014 - 2015 dao động từ 0.7 - 1.7 đợt. Các nĕm có số đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực cao hơn TBNN, trong đó nĕm 2010 - 2011 là nĕm có nhiều đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực nhất, nhiều hơn so với TBNN là 9.3 đợt. Tiếp đến là nĕm 2003 - 2004 nhiều hơn TBNN 5.3 đợt. Các nĕm còn lại có số đợt KKL cao hơn TBNN đó là các nĕm: 1997 - 1998, 2000 - 2001, 2005 - 2006, 2007 - 2008, 2008 - 2009, 2011 - 2012 và nĕm 2012 - 2013 dao động từ 1.3 - 3.3 đợt. Trong vòng 7 nĕm gần đây (từ nĕm 2010 - 2011 đến nĕm 2016 - 2017), số đợt không khí lạnh giảm dần và có tốc độ giảm khá nhanh, từ nhiều hơn TBNN là 9.3 đợt (nĕm 2010 - 2011) xuống còn ít hơn TBNN là -4.7 đợt (nĕm 2015 - 2016). Với xu thế chung đều giảm như vậy, có thể nói trong chu kì 20 29 nĕm đang xét, số lượng KKL xâm nhập đến Việt Nam 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 [6]. Bảng 3.1. Tổng số đợt không khí lạnh trong các tháng giai đoạn 1997-2017 Tháng/ Mùa đông IX X XI XII I II III IV V Tổng số So với TBNN 1997 – 1998 2 3 2 4 7 4 3 1 3 29 1.3 1998 – 1999 2 1 4 1 3 3 3 2 4 23 -4.7 1999 – 2000 0 1 3 4 4 3 5 4 3 27 -0.7 2000 – 2001 0 2 4 4 4 4 5 4 2 29 1.3 2001 – 2002 0 4 4 4 3 3 2 3 2 25 -2.7 2002 – 2003 1 4 5 4 4 3 2 3 1 27 -0.7 2003 – 2004 1 2 4 5 6 3 5 3 4 33 5.3 2004 – 2005 1 3 2 5 5 4 4 1 0 25 -2.7 2005 – 2006 0 5 4 7 5 5 2 2 1 31 3.3 2006 – 2007 1 1 4 4 7 0 2 3 3 25 -2.7 2007 – 2008 3 2 3 5 4 6 2 1 4 30 2.3 2008 – 2009 0 1 5 5 6 2 5 3 2 29 1.3 2009 – 2010 1 1 5 3 5 2 4 5 0 26 -1.7 2010 – 2011 0 3 4 5 9 2 8 2 4 37 9.3 2011 – 2012 1 4 3 5 5 5 3 3 1 30 2.3 2012 – 2013 2 2 4 6 5 4 2 4 0 29 1.3 2013 – 2014 1 1 5 5 4 4 3 1 1 25 -2.7 2014 – 2015 0 1 5 6 2 3 5 3 1 26 -1.7 2015 – 2016 1 2 2 5 4 4 3 1 1 23 -4.7 2016 – 2017 0 2 4 5 2 3 5 3 1 25 -2.7 Tổng số 17 45 76 92 94 67 73 52 38 554 Trung bình 0.85 2.25 3.8 4.6 4.7 3.35 3.65 2.6 1.9 27.7 Xu thế giảm của các đợt KKL trong nĕm cũng ảnh hưởng đến số lượng của các đợt GMĐB. Cụ thể, trong thời kì 1997-2017, số đợt GMĐB ảnh hưởng đến khu vực có xu thế giảm, tuy nhiên, số đợt KKLTC lại có xu thế tĕng. GMĐB có xu thế giảm là 2.8 đợt/thập kỉ, nhiều hơn một chút so với xu 30 thế tĕng của KKLTC với 2.2 đợt/thập kỉ. Do vậy, tổng số của các đợt GMĐB và KKLTC vẫn cho thấy xu thế giảm theo thời gian. Mặt khác, xu thế giảm của tổng số đợt GMĐB cũng trùng với xu thế giảm của tổng số đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến khu vực (hình 3.1). KKL ảnh hưởng đến nước ta nói chung và ảnh hưởng đến các tỉnh thuộc khu vực Đồng bằng Bắc Bộ nói riêng thường bắt đầu từ tháng IX đến tháng V nĕm tiếp theo, tập trung chủ yếu vào các tháng chính đông từ tháng XII đến tháng II nĕm sau (hình 3.2). Hình 3.1. Xu thế biến đổi của GMĐB và KKLTC trong giai đoạn 1997-2017 Hình 3.2. Tổng số và trung bình số đợt KKL theo từng tháng trong giai đoạn 1997-2017 Từ bảng 3.1 và hình 3.2 có thể thấy trong vòng 20 nĕm, tháng I là tháng có nhiều đợt KKL nhất với 94 đợt trong tổng số 554 đợt, chiếm 17%. Tính trung bình mỗi nĕm, tháng I có khoảng 4.7 đợt xâm nhập lạnh xuống khu vực. 31 Tiếp đến là tháng XII với 92 đợt, chiếm 16.6%, trung bình có 4.6 đợt mỗi nĕm. Tháng XI có tổng 76 đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực chiếm 13.7%, trung bình có 3.8 đợt xâm nhập lạnh xuống khu vực. Ít nhất là tháng IX với 17 đợt, chiếm 3.1%, trung bình có 0.85 đợt mỗi nĕm. Kết quả thống kê trong bảng 3.1 cũng cho thấy nhiều nĕm trong tháng IX không có đợt KKL nào xâm nhập xuống khu vực trong vòng 20 nĕm (1997 - 2007), đó là các mùa đông từ nĕm 1999 đến nĕm 2002, mùa đông nĕm 2005 - 2006, mùa đông nĕm 2008 - 2009, nĕm 2014 - 2015 và nĕm 2016 - 2017. Nĕm 2010 - 2011 là nĕm có nhiều đợt KKL xâm nhập xuống khu vực nhất trong tháng I với 9 đợt. Ngược lại, nĕm 2014 - 2015 và nĕm 2016 - 2017 lại có ít nhất, chỉ có 2 đợt. Đối với các tháng cuối đông, trong 20 nĕm, tháng III và tháng IV lần lượt các tháng có 73 đợt, 52 đợt KKL xâm nhập xuống khu vực với tỉ lệ lần lượt là 13.2% và 9%. Tháng V có 38 đợt xâm nhập lạnh xuống khu vực và chiếm 6.9%.; đặc biệt, có 3 nĕm: 2004 - 2005, 2009 - 2010 và 2014 - 2015 không có đợt KKL nào ảnh hưởng đến khu vực trong tháng V. Trung bình có số đợt KKL của các tháng trong mỗi nĕm dao động trong khoảng từ 0.85 - 4.7 đợt. Tháng IX là tháng đầu mùa có trung bình số đợt ít nhất là 0.85 đợt. Ngược lại, tháng I và tháng XII là hai tháng có trung bình số đợt nhiều nhất, lần lượt là 4.7 và 4.6 đợt. Đối với các tháng cuối đông, trung bình số đợt giảm dần, với tháng III có 3.65 đợt, tháng IV có 2.6 đợt và tháng V có 1.9 đợt, ít hơn khá nhiều so với trung bình nhiều nĕm. Do vậy, có thể thấy số đợt KKL xâm nhập đến khu vực trong những nĕm gần đây có những biến động lớn theo thời gian. 3.1.2. Cường độ của không khí lạnh Trong khoảng thời gian 20 nĕm đang xét, khu vực chịu ảnh hưởng nhiều nhất là những đợt GMĐB có cường độ mạnh và ít nhất là các đợt không khí lạnh tĕng cường có cường độ yếu. Dựa vào số liệu bảng 3.2 có thể thấy những đợt GMĐB cường độ mạnh có 133 đợt chiếm khoảng 24% tổng số đợt xâm nhập lạnh xuống khu vực, trung bình một nĕm có khoảng 6.7 đợt. Tiếp đến là các đợt KKL tĕng cường cường độ mạnh là 105 đợt, chiếm khoảng 32 19%, trung bình một nĕm là 5.3 đợt. Các đợt GMĐB cường độ trung bình, cường độ yếu và các đợt KKL tĕng cường cường độ trung bình lần lượt là 72 đợt, 102 đợt và 91 đợt chiếm tỷ lệ tương ứng là 13%, 18.4% và 16.4%; trung bình số đợt một nĕm là 3.6 đợt, 5.1 đợt và 4.6 đợt. Các đợt KKL cường độ yếu ảnh hưởng đến khu vực ít nhất trong thời gian đang xét với tổng số đợt là 51 đợt chiếm 9.2%, trung bình một nĕm là 2.6 đợt. Bảng 3.2. Tổng số các đợt GMĐB và KKLTC trong giai đoạn 1997-2017 Mùa đông GMĐB KKLTC Tổng số Mạnh TB Yếu Mạnh TB Yếu 1997 - 1998 13 1 7 5 2 1 29 1998 - 1999 9 3 4 2 4 1 23 1999 - 2000 5 4 9 4 4 1 27 2000 - 2001 12 3 1 10 1 2 29 2001 - 2002 6 1 6 6 3 3 25 2002 - 2003 9 4 3 8 3 0 27 2003 - 2004 4 4 11 4 5 5 33 2004 - 2005 4 4 3 3 7 4 25 2005 - 2006 10 2 3 10 4 2 31 2006 - 2007 5 3 6 3 6 2 25 2007 - 2008 5 5 8 4 4 4 30 2008 - 2009 4 3 7 7 7 1 29 2009 - 2010 9 6 2 5 2 2 26 2010 - 2011 5 2 8 9 7 6 37 2011 - 2012 6 4 5 7 5 3 30 2012 - 2013 8 5 4 4 5 3 29 2013 - 2014 2 4 1 3 10 5 25 2014 - 2015 2 4 6 5 5 4 26 2015 - 2016 9 4 4 3 3 0 23 2016 - 2017 6 6 4 3 4 2 25 Tổng số 133 72 102 105 91 51 554 Trung bình 6.7 3.6 5.1 5.3 4.6 2.6 27.7 33 Mùa đông nĕm 1997 - 1998 có nhiều đợt GMĐB mạnh nhất với 13 đợt, nĕm 2000 - 2001 là 12 đợt, cao hơn so với trung bình nhiều nĕm từ 6 – 7 đợt. Nĕm có ít nhất các đợt GMĐB mạnh ảnh hưởng đến khu vực là nĕm 2013 - 2014 và nĕm 2014 - 2015 với 2 đợt, thấp hơn trung bình nhiều nĕm 4 - 5 đợt. Nĕm 2000 - 2001 và nĕm 2005 - 2006 có 10 đợt KKL tĕng cường mạnh xuống khu vực, nĕm 2010 - 2011 là 9 đợt, cao hơn so với TBNN từ 4 - 5 đợt. Ngược lại, nĕm 1998 - 1999 chỉ có 2 đợt KKL tĕng cường mạnh xuống khu vực. Nĕm 2002 - 2003 và nĕm 2015 - 2016 là những nĕm không có đợt KKL tĕng cường cường độ yếu ảnh hưởng đến khu vực; nhưng các nĕm 2003 - 2004, 2010 - 2011 và nĕm 2013 - 2014 lại là các nĕm có nhiều đợt KKL tĕng cường yếu nhất ảnh hưởng đến khu vực với 5 - 6 đợt. Theo số liệu bảng 3.3 cho thấy số đợt KKL xâm nhập xuống khu vực theo từng tháng có sự phân chia rõ ràng qua các thời kỳ của mùa đông: đầu mùa đông, giữa mùa và cuối mùa đông. Các đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực nhiều nhất vào các tháng XII và tháng I là các tháng giữa mùa đông, trong đó tháng I là nhiều nhất có 94 đợt xâm nhập lạnh, tháng XII là 92 đợt. Tiếp đến là các tháng XI, tháng III và tháng II có lần lượt các đợt KKL tương ứng là 76 đợt, 73 đợt và 67 đợt. Các tháng còn lại phổ biến từ 40-50 đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực, riêng tháng IX chỉ có 17 đợt, là tháng có tổng đợt KKL ít nhất trong các tháng mùa đông trong chuỗi số liệu 20 nĕm qua. Các đợt GMĐB mạnh được thống kê ảnh hưởng đến khu vực nhiều nhất là vào tháng III với 26 đợt, tiếp đến là tháng XI là 21 đợt; các tháng XII, tháng I, tháng II và tháng IV phổ biến từ 15-19 đợt; các tháng còn lại từ 4 - 9 đợt, trong đó tháng V có ít đợt GMĐB ảnh hưởng đến khu vực nhất là 4 đợt. Trong khi đó, các đợt GMĐB cường độ trung bình và yếu tập trung nhiều vào các tháng cuối đông từ tháng III đến tháng V hàng nĕm với các đợt GMĐB cường độ TB phổ biến từ 11-14 đợt, tương ứng các đợt GMĐB yếu từ 15-20 đợt. Các tháng khác trong mùa đông phổ biến từ 4-8 đợt. Các đợt KKL tĕng cường cường độ mạnh ảnh hưởng đến khu vực cũng tập trung nhiều vào các 34 tháng giữa mùa đông. Tháng XII là tháng có số đợt KKL tĕng cường nhiều nhất trong vòng 20 nĕm là 31 đợt, tiếp đến là tháng I với 29 đợt. Tháng XI có 21 đợt KKL tĕng cường mạnh, tháng X là 13 đợt. Tháng II và tháng III có tương ứng 7 và 4 đợt KKL tĕng cường mạnh. Riêng tháng IX, IV và tháng V không thống kê được đợt KKL tĕng cường mạnh nào xâm nhập xuống khu vực. Khác với phân bố các đợt GMĐB cường độ trung bình và yếu, các đợt KKL tĕng cường trung bình và yếu ảnh hưởng đến khu vực tập trung vào các tháng giữa mùa đông. Tháng I có nhiều đợt KKL tĕng cường cường độ trung bình và yếu nhất với tương ứng là 24 và 10 đợt. Tháng XII có 22 đợt KKL tĕng cường trung bình; các tháng XI, II và tháng III phổ biến từ 10-15 đợt; tháng X là 4 đợt và tháng IV là 2 đợt. Riêng tháng IX và tháng V không có đợt KKL tĕng cường trung bình ảnh hưởng đến khu vực. Các đợt KKL tĕng cường yếu từ tháng XI - tháng III phổ biến từ 7- 10 đợt, các tháng còn lại phổ biến từ 1-3 đợt. Bảng 3.3. Tổng số các đợt GMĐB và KKLTC theo từng tháng trong các mùa đông giai đoạn 1997 – 2017 Tháng GMĐB KKLTC Tổng số Trung bình Mạnh TB Yếu Mạnh TB Yếu IX 6 4 6 0 0 1 17 0.9 X 9 6 11 13 4 2 45 2.3 XI 21 5 4 21 15 10 76 3.8 XII 19 5 8 31 22 7 92 4.6 I 15 7 9 29 24 10 94 4.7 II 18 8 11 7 14 9 67 3.4 III 26 11 15 4 10 7 73 3.7 IV 15 14 18 0 2 3 52 2.6 V 4 12 20 0 0 2 38 1.9 Như vậy, theo thống kê tần suất và cường độ không khí lạnh xuống Việt Nam theo từng tháng trong 20 nĕm, từ mùa đông nĕm 1997 - 1998 đến nĕm 2016 - 2017 thì trong các tháng cuối đông, cụ thể là từ tháng III đến 35 tháng V, số đợt xâm nhập của không khí lạnh giảm và cường độ xuất hiện không khí lạnh mạnh cũng giảm đáng kể. Đồng thời, trong khoảng thời gian này, trung tâm áp cao lạnh cũng dịch chuyển lệch sang phía đông so với các tháng trong thời kì đầu đông và giữa đông. Sự dịch chuyển này khiến không khí lạnh xuống nước ta bị biến tính, không khí ẩm hơn, kèm theo nhiệt độ cũng không cao bằng các tháng ở hai thời kì trước. Đây là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến sự xâm nhập lạnh ở tầng thấp trong các tháng cuối đông. 3.1.3. Các đặc trưng thời tiết của không khí lạnh ảnh hưởng đến khu vực KKL ảnh hưởng đến khu vực tập trung từ tháng IX đến tháng V nĕm sau với các đặc trưng thời tiết có thể được chia thành 3 thời kỳ sau: Thời kỳ đầu mùa; Thời kỳ chính mùa; Thời kỳ cuối mùa. Tuy nhiên, trong chuỗi số liệu từ nĕm 1997 - 2017 cũng đã ghi nhận được 8 đợt xâm nhập lạnh trái mùa vào tháng VI và tháng VIII. a. Thời kỳ đầu mùa từ tháng IX đến tháng XI Trong thời kỳ này, các đợt KKL tràn xuống khu vực thường di chuyển theo hướng bắc – nam và biến tính khi đi qua lục địa Trung Quốc. Mặc dù nhiệt độ của nó đã tĕng lên rất nhiều so với ban đầu, nhưng khi đến nước ta nó vẫn giữ được đặc tính cực đới lạnh. Do quá trình biến tính khi đi qua lục địa khối không khí trở nên khô, tạo thành mùa khô hanh đặc trưng ở khu vực trong thời kỳ này. Do thời tiết khu vực trong thời kỳ này đặc trưng là ít đến quang mây, ban ngày có nắng, nhiệt độ ban ngày có thể lên khá cao, nhưng về ban đêm, mặt đất phát xạ sóng dài rất mạnh làm nhiệt độ giảm đi nhanh chóng và đạt trị số khá thấp. Vì vậy biên độ nhiệt ngày đêm ở khu vực là lớn nhất, thường đạt trên 100C, thậm chí có nơi 14 - 150C. Cũng do sự lạnh đi về ban đêm nên trong thời kỳ này thường xuất hiện những lớp sương mù vào buổi sáng gọi là sương mù bức xạ và chỉ tồn tại cho đến khi nắng lên. Vào tháng IX và X, khi mặt đệm còn tương đối nóng, KKL tràn về có thể gây ra những xáo trộn mạnh mẽ khiến các dòng khí ẩm chuyển động đối lưu lên cao, do đó 36 có thể gây ra mưa rào và dông, đôi khi kèm theo tố lốc, mưa đá. Tháng XI, KKL tràn về chỉ gây mưa nhỏ hoặc ít mưa. b. Thời kỳ chính mùa từ tháng XII đến tháng II nĕm sau Thời kỳ này được gọi là thời kỳ chính đông, là những tháng có nhiệt độ thấp nhất trong nĕm và cũng là thời kỳ có nhiều đợt xâm nhập lạnh nhất trong nĕm. Vào thời kỳ này ở các vĩ độ trung bình dòng xiết gió tây phát triển rất mạnh. KKL tràn về di chuyển theo hướng đông bắc - tây nam bị biến tính qua biển nên ấm hơn một chút và lượng ẩm tĕng lên rõ rệt. Sự lạnh đi của bề mặt trong giai đoạn này khiến cho nhiệt độ lớp không khí tiếp giáp cũng giảm đi nhiều, làm cho độ ẩm nhanh chóng đạt trạng thái bão hoà. Ở khu vực vào tháng XII, KKL tràn về vẫn còn gây ra hanh khô và các đợt rét đậm đầu mùa. Các đợt rét đậm, rét hại đều tập trung vào thời kỳ này. c. Thời kỳ cuối mùa từ tháng III đến tháng V Thời kỳ này là thời kỳ chuyển tiếp và bắt đầu của mùa hạ. Áp thấp phía Tây bắt đầu phát triển và mở rộng về phía Đông gây nên những đợt nóng sớm. Bề mặt đất bị đốt nóng, nhiệt độ tĕng và ở mức khá cao. Khi áp cao lạnh lục địa di chuyển xuống phía nam sẽ nén áp thấp phía tây gây ra hiện tượng nắng bừng lên, nhiệt độ tĕng cao và nắng nực thường thấy trước khi KKL tràn về. Quá trình nén động lực của hệ thống áp cao lạnh phía bắc trong quá trình di chuyển xuống phía nam đã làm thay đổi cấu trúc của áp thấp nóng tạo thành các rãnh thấp với sự khác biệt của trường nhiệt, ẩm so với nguồn gốc của nhiệt lực ban đầu của nó, tạo nên thuận lợi cho sự phát triển dòng không khí đi lên của khối không khí nóng ẩm gây quá trình mưa bất ổn định, mưa rào và kèm theo dông. Tuỳ thuộc vào vị trí trục rãnh và mức độ nén của áp cao lạnh phía bắc mà lượng mưa sẽ khác nhau khi KKL xâm nhập. Vào tháng III, là thời kỳ chuyển tiếp của gió mùa, do đó khi KKL tràn về có thể vẫn xuất hiện những đợt mưa nhỏ, mưa phùn và rét, đồng thời 37 những cơn dông đầu mùa sớm nhất cũng thấy xuất hiện trong tháng này khi có KKL tràn về. d. Các đợt KKL trái mùa Trong giai đoạn từ nĕm 1997-2017, đã có 8 đợt xâm nhập lạnh trái mùa vào tháng VI và tháng VIII. Thời gian cụ thể như sau: + Có 5 đợt gió mùa đông bắc cường độ trung bình trong tháng VI vào ngày 09/VI/1997; ngày 04/VI/1998, ngày 12/VI/2000, ngày 01/VI/2010 và ngày 10/VI/2013. + Có 3 đợt GMĐB cường độ yếu trong tháng VIII vào ngày 29/VIII/1998; ngày 25/VIII/2001 và ngày 16/VIII/2003. Đặc trưng thời tiết ở khu vực trong các đợt xâm nhập lạnh trái mùa là gây mưa rào và dông diện rộng. Lượng mưa đạt mức mưa vừa đến mưa to, có nơi mưa rất to. 3.2. Biến đổi của yếu tố nhiệt độ trên khu vực đồng bằng Bắc Bộ vào mùa đông trong giai đoạn 1997-2017 3.2.1. Nhiệt độ trung bình ngày của các tháng mùa đông Sự biến đổi của các yếu tố nhiệt độ khi KKL ảnh hưởng phụ thuộc vào cường độ của KKL xâm nhập xuống khu vực, có hoặc không có kết hợp với hình thế thời tiết khác. Thông thường khi KKL ảnh hưởng đến khu vực sẽ làm giảm nhiệt độ ở trên khu vực, nhưng cũng có những đợt xâm nhập lạnh làm nhiệt độ trên khu vực không thay đổi thậm chí tĕng nhẹ. Mức giảm nhiệt độ trung bình theo thống kê trong vòng 20 nĕm gần đây (1997-2017) phổ biến từ 2-50C, đối với các đợt KKL tĕng cường từ 1-30C. Đặc biệt có những trường hợp KKL cường độ mạnh và KKL tĕng cường mạnh làm nhiệt độ giảm sâu từ 8 - 110C. Cụ thể cho các tháng đầu mùa, giữa mùa và cuối mùa đông như sau: - Tháng IX: do trong tháng IX khu vực chủ yếu ảnh hưởng của các đợt gió mùa đông bắc (GMĐB), không có đợt KKL tĕng cường mạnh và trung bình nào nên mức độ giảm nhiệt độ trung bình ngày phổ biến từ 2-40C. Khi đợt KKL tĕng cường yếu thì nhiệt độ trung bình ngày ít thay đổi. Ngoại trừ 38 trường hợp đợt KKL xảy ra vào ngày 5/9/1998 đã làm nhiệt độ trung bình ngày trên khu vực giảm từ 5-60C. - Tháng X: Các đợt xâm nhập lạnh trong tháng X thường làm cho nhiệt độ trung bình ngày giảm từ 2-50C, các đợt KKL tĕng cường yếu thì mức giảm ít hơn, phổ biến từ 1 - 30C. Trường hợp đặc biệt, đợt GMĐB cường độ mạnh làm giảm nhiệt độ trung bình từ 6 - 80C như đợt GMĐB vào ngày 13/10/2003. - Tháng XI: các đợt GMĐB trong tháng XI thường làm giảm nhiệt độ trung bình ngày từ 3-50C. KKL tĕng cường ảnh hưởng đến khu vực thì mức giảm nhiệt độ ít hơn, phổ biến từ 1-30C. Đối với các trường hợp khi khu vực ảnh hưởng của GMĐB cường độ mạnh và trung bình thì mức giảm nhiệt độ trung bình phổ biến từ 6-80C. - Tháng XII: các GMĐB trong tháng XII thường làm giảm nhiệt độ trung bình ngày từ 4 - 60C. Khi KKL tĕng cường ảnh hưởng đến khu vực thì mức giảm nhiệt độ ít hơn, phổ biến từ 1 - 30C. Một số trường hợp làm giảm nhiệt độ sâu như đợt GMĐB cường độ mạnh vào ngày 08/12/2002 và ngày 03/12/1998 đã làm giảm 8 - 110C - Tháng I: Theo thống kê 20 nĕm gần đây, khi chịu ảnh hưởng của các đợt GMĐB cường độ mạnh, nhiệt độ trung bình ngày trên khu vực giảm phổ biến từ 5 - 70C. Đặc biệt có những trường hợp khi KKL xâm nhập xuống kết hợp với hội tụ gió trên cao gây mưa dông mạnh làm nền nhiệt độ trung bình ngày giảm sâu từ 8 - 100C. Ví dụ như các đợt KKL cường độ mạnh vào các ngày: 03/02/1998; ngày 25/01/2001; ngày 05/03/2007 và ngày 16/02/2006. Khi ảnh hưởng của các đợt GMĐB cường độ trung bình và yếu, mức giảm nhiệt độ trung bình ngày trong tháng I phổ biến từ 2 - 50C và nhiều trường hợp nhiệt độ ít thay đổi. Nói chung, nếu khu vực chịu ảnh hưởng của KKL tĕng cường thì nền nhiệt độ trung bình ngày thường không giảm nhiều, mức giảm nhiệt độ do KKL tĕng cường ít hơn so với các đợt GMĐB. - Tháng II: Mức giảm nhiệt độ trung bình phổ biến từ 2 - 50C. Cá biệt trong những trường hợp nhiệt độ có thể giảm sâu từ 7 - 90C, cụ thể là các đợt xâm nhập lạnh vào các ngày 16/02/2006 và ngày 3/2/2004. 39 - Tháng III: Mức giảm nhiệt độ trung bình phổ biến từ 2 - 60C. Khi ảnh hưởng của các đợt GMĐB cường độ trung bình và các đợt KKL tĕng cường yếu thì mức giảm thấp hơn, phổ biến từ 1 - 30C. Những trường hợp cá biệt được xét cụ thể dưới đây đã làm nhiệt độ giảm từ 7 - 110C, đó là các đợt xâm nhập lạnh vào các ngày 5/3/2003, ngày 12/3/2005, ngày 18/3/2003 và ngày 5/3/2007. - Tháng IV: mức giảm nhiệt độ trung bình phổ biến từ 3 - 50C. Còn khi ảnh hưởng của các đợt KKL tĕng cường thì mức giảm nhiệt độ ít hơn, phổ biến từ 1 - 20C, nhiều trường hợp nhiệt độ trung bình ít thay đổi. Một số trường hợp đặc biệt được xét đến trong tháng IV làm nền nhiệt độ giảm sâu từ 8 - 100C đó là những đợt KKL vào ngày 10/4/2001 và ngày 2/4/2007. - Tháng V: KKL xâm nhập xuống khu vực thường làm cho nền nhiệt độ trung bình giảm từ 1 - 30C. Tuy nhiên, có một số trường hợp đặc biệt có thể làm giảm sâu nhiệt độ trung bình ngày như đợt GMĐB vào ngày 23/5/1998 đã làm nhiệt độ giảm sâu 10 - 120C. 3.2.2. Nhiệt độ tối thấp và tối cao ngày Hình 3.3 đưa ra kết quả tính toán xu thế chuẩn sai nhiệt độ tối thấp ngày thấp nhất trong mùa đông (gọi tắt là TNn) của từng nĕm so với TBNN của thập kỷ đầu tiên 1997-2006 (A1), thập kỷ tiếp theo 2007-2017 (B1) và cho cả giai đoạn 1997-2017 (C1) và cùng chuẩn sai nhiệt độ tối cao ngày cao nhất trong mùa đông (gọi tắt là TXx) của từng nĕm so với TBNN của thập kỷ đầu tiên 1997-2006 (A2), thập kỷ tiếp theo 2007-2017 (B2) và cho cả giai đoạn 1997-2017 (C2). Từ hình 3.1 có thể thấy, trong thập kỷ đầu, trong khi TNn có xu hướng giảm dần và ở mức thấp hơn TBNN với khoảng chung là dưới 1.00C thì TXx có xu hướng tĕng dần lên tuy nhiên vẫn ở mức thấp hơn TBNN từ 0.3-1.50C. Trong thập kỷ sau, cả TNn và TXx đều có xu hướng cao hơn TBNN. Mức tĕng lên của TXx mạnh hơn so với TNn. Theo đường xu thế ở biểu đồ B1 và B2, thì TNn đang có xu hướng tĕng lên khoảng 1.00C, trong khi đó TXx là khoảng gần 2.00C. 40 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) Kết quả này cho thấy xu thế ấm lên của mùa đông trong 10 nĕm trở lại đây trên khu vực ĐBBB. Nếu xem xét cho cả giai đoạn 1997-2017, thì cả TXx và TNn đều có xu hướng tĕng lên cao hơn TBNN, trong đó mức dao động của TNn ít hơn so với TXx. Nếu xem xét kỹ cho từng nĕm (từng mùa đông), thì có sự biến đổi TNn mạnh mẽ vào mùa đông 1999-2000 và mùa 41 đông 2000-2001. Trong khi mùa đông nĕm 1999-2000, TNn thấp hơn TBNN khoảng 3.00C, thì sang mùa đông nĕm 2000-2001, TNn trên khu vực lại cao hơn TBNN gần 3.00C. Kết quả tương tự cũng được tìm thấy trong hai mùa đông liền nhau nĕm 2015-2016 và 2016-2017. Trong khi mùa đông nĕm 2015-2016 TNn giảm xuống và thấp hơn TBNN khoảng 2.00C thì sang mùa đông liền kề sau 2016-2017, TNn tĕng lên nhanh, cao hơn TBNN gần 4.00C. Sự biến đổi mạnh mẽ của TXx cũng xảy ra trong hai mùa đông liền kề 2000-2001 và 2001-2002. Điều này cho thấy rằng mức độ khắc nghiệt của thời tiết thông qua sự biến đổi yếu tố nhiệt độ cực trị ngày càng tĕng lên. Cộng theo đó là mức tĕng của TXx trong vòng khoảng 6 nĕm gần đây khá nhanh có thể là một minh chứng rõ ràng nhất cho thấy nguyên nhân là do sự suy yếu trong hoạt động của KKL, còn có thêm tác động của biến đổi khí hậu gây lên sự nóng lên toàn cầu, xu hướng gia tĕng các đợt nóng bất thường trong mùa đông và hiệu ứng đảo nhiệt đô thị trên khu vực ĐBBB nơi đang có tốc độ đô thị hóa và công nghệ hóa mạnh mẽ. 3.2.3. Nhiệt độ trung bình tháng Tương tự hình 3.3, hình 3.4 đưa ra kết quả tính toán xu thế chuẩn sai số đợt KKL trong mùa đông của từng nĕm so với TBNN của thập kỷ đầu tiên 1997-2006 (A1), thập kỷ tiếp theo 2007-2017 (B1) và cho cả giai đoạn 1997- 2017 (C1) cùng với xu thế chuẩn sai nhiệt độ trung bình tháng trong cả mùa đông của từng nĕm so với TBNN của thập kỷ đầu tiên 1997-2006 (A2), thập kỷ tiếp theo 2007-2017 (B2) và cho cả giai đoạn 1997-2017 (C2). Từ hình 3.2 có thể thấy trong thập kỷ đầu, số đợt KKL có xu hướng tĕng dần lên theo thời gian từ thấp hơn TBNN đến cao hơn TBNN từ 2-4 đợt. Sự thay đổi của nhiệt độ trung bình các tháng ảnh hưởng của KKL trong thập kỷ này trên khu vực ĐBBB ở mức ít thay đổi và thấp hơn TBNN từ 0.1-0.20C. So sánh hai biểu đồ A1 và A2 cho thấy, sự biến đổi của nhiệt độ trung bình ngược pha với số đợt KKL, đặc biệt trong nĕm 2003 và 2007, khi số đợt KKL tĕng mạnh so với TBNN (từ 3-5 đợt) thì nhiệt độ trung bình các tháng ảnh hưởng của KKL giảm mạnh so với TBNN (từ 0.3-0.50C). Trong thập kỷ sau, khi số đợt KKL 42 có xu hướng giảm dần từ mức cao hơn TBNN xuống thấp hơn TBNN từ 2-4 đợt thì nhiệt độ trung bình trên khu vực lại có xu hướng tĕng từ mức thấp hơn TBNN từ 0.2-0.40C lên cao hơn TBNN từ 0.4-0.60C. Đặc biệt vào mùa đông nĕm 2010-2011, số đợt KKL tĕng lên so với TBNN khoảng 9 đợt thì nhiệt độ trung bình giảm khoảng 1.00C so với TBNN. Nguyên nhân là do trong mùa đông nĕm 2010-2011 có xuất hiện một số đợt nắng nóng bất thường trong mùa đông. 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) 43 Đánh giá chung cho hai thập kỷ gần đây cho thấy sự ngược pha rõ ràng giữa sự thay đổi số đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực và nhiệt độ trung bình của các tháng ảnh hưởng của KKL. Trong khi số đợt KKL có xu hướng giảm dần từ mức xấp xỉ cao hơn TBNN xuống mức xấp xỉ thấp hơn TBNN thì nhiệt độ trung bình các tháng ảnh hưởng của KKL lại có xu hướng tĕng lên từ mức thấp hơn TBNN lên mức cao hơn TBNN từ 0.2-0.40C. Nguyên nhân là chính do tác động của BĐKH nên nhiệt độ trung bình trong các tháng mùa đông có xu hướng tĕng lên, cộng thêm hiệu ứng xuất hiện một số đợt nắng nóng bất thường trong mùa đông trong 10 nĕm trở lại đây. 3.2.4. Biến đổi số ngày rét đậm rét hại Khi đánh giá tác động của KKL các yếu tố khí tượng, ngoài đánh giá tác động đến các yếu tố trung bình thì cần xem xét đến mức độ ảnh hưởng dẫn đến các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, cực đoan. Về yếu tố nhiệt độ, nhất là vào các tháng mùa đông thì cần xét đến mức giảm nhiệt độ đến khi xảy ra rét đậm, rét hại. Rét đậm, rét hại, thậm chí nhiệt độ có thể xuống thấp hơn nhiều có thể gây ra tuyết, bĕng giá, sương muối được coi là một trong những hiện tượng thời tiết nguy hiểm vì ảnh hưởng và thiệt hại rất lớn đến cuộc sống và sản xuất của con người. Bảng 3.4 đưa ra kết quả tính toán số ngày rét đậm, rét hại giai đoạn 1997- 2017. Từ bảng 3.8 có thể thấy rét đậm, rét hại thường hay xảy ra ở khu vực ĐBBB vào các tháng chính đông, từ tháng XII nĕm trước đến tháng II nĕm sau. Theo số liệu thống kê từ mùa đông nĕm 1997-1998 đến nĕm 2016- 2017, trên khu vực số ngày rét đậm nhiều hơn số ngày rét hại, có khoảng từ 200-240 ngày rét đậm và khoảng 160- 200 ngày rét hại, tổng số ngày rét đậm, rét hại phổ biến từ 400-440 ngày. Xét đến các ngày rét đậm, trạm Hà Đông (Hà Nội) quan trắc được nhiều nhất trên khu vực là 244 ngày, tiếp đến là 2 trạm Hưng Yên và Thái Bình là 239 ngày. Trạm Láng quan trắc được số ngày rét đậm ít nhất là 20...hân 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.