Nắng mưa là bệnh của trời
6/10/2015NẮNG MƯA LÀ BỆNH CỦA TRỜI
Trần-Đăng Hồng, PhD
Hình 1. Mây vần vũ tạo mưa
Khí hậu biến đổi ở vùng nhiệt đới là do ảnh hưởng tương tác giữa khí quyển và đại dương ở vùng xích đạo. Các diễn biến thời tiết nhiệt đới biến đổi theo thời gian, gồm:
- chu kỳ 24 giờ ngày đêm, theo vị trí xoay của trục trái đất.
- lúc có biến cố thời tiết xảy ra (bảo nhiệt đới, giông bão, cuồng phong, v.v.) kéo dài vài ngày.
- Biến đổi trong mùa hay dao động Madden-Julian MJO.
- Chu kỳ theo mùa do trái đất xoay trên quỹ đạo quanh mặt trời.
- Biến đổi theo năm, hay dao động giữa mùa (intraseasonal oscillation) như hiện tượng El Niño.
Nếu ta có thể tiên đoán chính xác sự biến đổi này sẽ mang lại nhiều lợi ích không những cho dân vùng nhiệt đới mà còn cho vùng xa ngoài nhiệt đới, như tiên đoán chính xác biết trước việc mưa, bão v.v.
Trong những bài trước, chúng tôi đã có đề cập hiện tượng El Niño, hay còn gọi El Niño Dao Động Phương Nam (El Niño Southern Oscillation, ENSO), có chu kỳ 2-7 năm, theo đó nước biển vùng xích đạo đông Thái Bình Dương bị hâm nóng bất thường làm xáo trộn khí hậu toàn thế giới, tạo mưa lũ bão tố hay hạn hán tùy theo vùng địa lý.
Một hiện tượng khí tượng bí ẩn khác, cứ mỗi 30 – 60 ngày, một dao động xảy ra ở vùng xích đạo trên Ấn Độ Dương mang theo mưa và gió trên đường di chuyển. Hiện tượng này được mang tên “Dao động Madden-Julian” (Madden-Julian Oscillation, MJO) là tên hai nhà khoa học Roland Madden và Paul Julian khám phá ra nó năm 1971. MJO không những chỉ ảnh hưởng khí hậu vùng nhiệt đới mà còn gây ảnh hưởng bên ngoài vùng nhiệt đới, như giông bão, mưa theo gió mùa, sóng nhiệt ở vỉ tuyến cao. Hiện tượng El Niño mãnh liệt xảy ra trong năm nay chắc chắn cũng là do sự kiện MJO cùng tương tác gây nên.
Dao động Madden-Julian là khối không khí di chuyển về hướng đông với vận tốc 14-29 km/giờ trên thượng tần khí quyển của Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương. Chính sự vận chuyển này sinh ra mưa dị thường, thường thấy ở phần tây của Ấn Độ Dương.
CHU KỲ MƯA MJO
Hiện tượng khối không khí mang mưa di chuyển về hướng đông trên vùng không khí nóng trải dài từ Ấn Độ Dương tới bờ tây Đại Tây Dương, theo một chu kỳ 30 – 60 ngày, trung bình 48 ngày (Hình 2). Hình trên bản đồ này cho thấy sự dị thường của hiện tượng mưa, theo đó khối không khí khổng lồ mang theo mưa với cường độ vũ lượng khác nhau, vùng xanh lục càng sậm thì cho mưa càng lớn bất thường, còn vùng đỏ đi theo sau thì càng ít mưa hơn bình thường, hay khô ráo. Các nhà khí tượng học chia một chu kỳ MJO 30-60 ngày, hay trung bình 48 ngày, làm 8 giai đoạn, mỗi giai đoạn tương ứng với 6 ngày (48:6 =8). Hình tròn góc mặt trên cùng của Hình 2 là “đồng hồ MJO” quét qua các giai đoạn 1 tới 8 (theo chiều ngược kim đồng hồ), tương ứng với mô tả giai đoạn đang xảy ra thấy bên góc trái.
Một chu kỳ MJO bắt đầu bằng giai đoạn 1, vùng trời gây mưa (màu xanh lục) phát xuất ở vùng tây Ấn Độ Dương. Vùng có lượng mưa tăng cường này di chuyển về hướng đông qua Ấn Độ Dương trong giai đoạn 2 và 3. Ở giai đoạn 4, vùng mưa đến duyên hải lục địa gồm các hải đảo, vùng biển cạn Indonesia và lân cận. Ở các giai đoạn 6, 7 và 8, vùng mưa phát rộng theo hướng đông tiến đến vùng tây Thái Bình Dương, và rồi tan biến mất ở trung tâm Thái Bình Dương (Hình 2).
Hiện tượng MJO lại tái diễn ở vùng tây Ấn Độ Dương với giai đoạn 1, và tiếp tục như trên. Khi một giai đoạn của chu kỳ đi qua, thì phía sau là vùng khô ráo (màu đỏ thắm). Chẳng hạn, ở giai đoạn 6 mưa dữ dội ở bờ biển tây Thái Bình Dương thì vùng Ấn Độ Dương khô ráo. Còn ở giai đoạn 2, ngược lại, khô ráo ở vùng biển tây Thái Bình Dương thì mưa dữ dội ở Ấn Độ Dương (Hình 2).
Hình 2. Mô hình vùng mưa (xanh lục) và nắng ráo (đỏ) di chuyển trên xích đạo từ tây sang đông qua Ấn Độ Dương đến trung tâm Thái Bình Dương rồi tan biến mất. Góc mặt trên cùng là đồng hồ MJO với chu kỳ 48 ngày, gồm 8 giai đoạn, mỗi giai đoạn dài 6 ngày.
GIẢI THÍCH VỀ NẮNG VÀ MƯA TRONG DAO ĐỘNG MJO
Ở cùng một thời điểm, hai giai đoạn của chu kỳ dao động MJO đối nghịch xảy ra cùng lúc. Thí dụ, giai đoạn 2 tạo mưa ở trung tâm Ấn Độ Dương thì ở Thái Bình Dương là giai đoạn 6 với thời tiết khô ráo (Hình 3). Hai hội tụ xảy ra cùng lúc. Hội tụ mưa ở mặt biển và hội tụ nắng ráo ở thượng tầng khí quyển.
Ở giai đoạn hội tụ mưa, hai luồng gió ngược chiều ở mặt biển hội tụ, không khí được đẩy lên cao mang theo hơi nước. Khi gần tới thượng tầng, hơi nước đọng thành mây vào tạo mưa cùng sấm sét. Tại thượng tần khí quyển, luồng gió mất hết hơi nước phân tán theo hai chiều.
Ở hội tụ khô ráo, hai luồng gió khô ngược chiều hội tụ ở thượng tầng khí quyển đẩy chìm khối không khí khô xuống mặt biển, không khí trở nên ấm và khô ráo hơn, trời quang đảng (Hình 3).
Cả hệ thống MJO gồm hai hội tụ nói trên di chuyển từ tây sang đông trong vùng nhiệt đới. Khi hội tụ mưa bão đến địa điểm nào thì nơi đó có mây mù, mưa lớn dị thường hay bão tố. Ngược lại khi hội tụ nắng ráo đến đâu thì mang theo bầu trời quang đảng.
Hình 3. Cấu tạo dao động mưa MJO tại mặt biển (có áp áp xuất 850 mb) với gió ngược chiều hội tụ mưa bão (stormy and wet) tại trung tâm Ấn Độ Dương, và ở thượng tầng khí quyển (ở độ cao 8 km, nơi có áp xuất 200 mb) với hội tụ gió khô tạo nắng ráo (sunny and dry) ở tây Thái Bình Dương. Cả hệ thống khối không khí này di chuyển về hướng đông.
KHÍ ĐỘNG HỌC NHIỆT ĐỚI MJO
Ngoài ảnh hưởng vào hiện tượng mưa vùng nhiệt đới, MJO còn ảnh hưởng đến áp xuất không khí tại mặt biển. Ở Hình 4, chu kỳ áp xuất không khí tại mặt biển với áp xuất thấp có màu lục và áp xuất cao có màu đỏ có liên quan tới chu kỳ mưa. Vùng áp xuất thấp hiện ra ở vùng có mưa. Vùng áp xuất di chuyển về hướng đông dọc theo xích đạo, gọi là “sóng xích đạo Kevin”. Khi đến rặng núi Andes ở Trung và Nam Mỹ ở bờ đông Thái Bình Dương thì bị chận lại, chỉ một phần yếu (màu nhạt) vượt đỉnh núi tiếp tục đông tiến qua Đại Tây Dương, hoàn thành một chu kỳ MJO khoảng 48 ngày. Để ý là phần đuôi của sóng (tức phía tây) bị chẻ làm đôi, một nửa ở mỗi bên đường xích đạo, tạo vùng mưa. Khí áp xuất cực thấp (xanh đậm) bị chận ở sườn tây dãy núi Andes, tạo mưa lớn ở vùng này.
Hình 4. Chu kỳ MJO áp xuất không khí dị thường, áp xuất thấp (màu càng xanh lục càng thấp mang theo mưa) và áp xuất cao (càng đỏ sậm càng cao, trời tốt).
MJO LÀM NƯỚC ĐẠI DƯƠNG NÓNG LÊN
Chu kỳ dao động MJO không những chỉ ảnh hưởng đến khí quyển, mà còn ảnh hưởng đến đại dương, tạo vùng nước ấm gây ra mưa và vùng nước lạnh làm trời quang đảng (Hình 5).
|
|
|
Hình 5. Vùng nước ấm (màu cam) tạo mưa và vùng nước lạnh (màu xanh) tạo trời quang đảng. Vùng nước ấm và vùng nước lạnh di chuyển về hướng đông theo chu kỳ MJO. |
Ngoài ra, hiện tượng MJO cũng còn ảnh hưởng đến các hệ thống khí tượng vùng nhiệt đới khác như:
- Chế độ gió mùa (monsoon) ở Á Châu và gió mùa Tây Phi Châu.
- Bão nhiệt đới.
- El Niño (như năm nay).
- Hội tụ khu Nam Thái Bình Dương (South Pacific Convergence Zone - SPCZ) gây bão tố ngoài vùng nhiệt đới.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Eric Hand (2/10/2015). Storm king. Science Vol. 350 no. 6256 pp. 22-25 , DOI: 10.1126/science.350.6256.22.
Professor Adrian Matthews (Đại học East Anglia, UK). MJO. http://envam1.env.uea.ac.uk/mjo.html
Jon Gottschalck (31/12/2014). What is the MJO, and why do we care? https://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/what-mjo-and-why-do-we-care