Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ về “Nghiên cứu đổi mới công nghệ dự báo các đợt rét đậm, rét hại, mưa lớn trong mùa đông ở khu vực phía bắc việt nam hạn đến 10 ngày dựa trên quy luật hoạt động của dòng xiết cận nhiệt đới”, do TS. Trịnh Hoàng Dương làm chủ nhiệm, nhóm thực hiện đề tài đã đánh giá, phân tích và xác định được một số đặc điểm của của dòng xiết cận nhiệt đới Đông Á.
Nhiều nghiên cứu cho thấy dòng xiết cận nhiệt khu vực Đông Á (EASJS) là một trong những đặc điểm của hoàn lưu quy mô lớn có vai trò quan trọng đối với thời tiết, khí hậu Châu Á-Thái Bình Dương. Do đó, hiểu biết về cơ chế và hình thế sy nốp nhằm cải thiện mô hình động lực và khả năng dự báo chính xác sự tiến triển của không khí lạnh (KKL) dẫn đến rét đậm, rét hại khu vực phía Bắc Việt Nam là rất cần thiết. Tuy nhiên, mối quan hệ của hoàn lưu quy mô lớn đối với không khí lạnh ở khu vực Bắc Bộ vẫn cần có những nghiên cập nhật với điều kiện số liệu gần đây trong điều kiện biến đổi khí hậu, nhất là vai trò của EASJS trong các đợt rét.
Dựa trên các đợt rét hại diện rộng ở vùng đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và số liệu tái phân tích ERA5 để tính toán chuẩn sai nhằm trực quan hình thế và nguyên nhân của hoàn lưu qui mô lớn gây ra các đợt rét trên khu vực Bắc Bộ. Các đặc trưng qui mô lớn được chuẩn sai bao gồm: Gió (uv) mực 925 hpa và 200 hpa, nhiệt độ không khí mực 925 hpa, độ cao địa thế vị mực 500hpa và khí áp mực biển trung bình (SLP) trước (6, 4, 2) và sau (2, 4, 6) ngày so với ngày (0) là ngày xảy ra rét hại (nhiệt độ trung bình xuống dưới 13oC (Ttb≤130C) xảy ra trên 2/3 số trạm ở ĐBSH)
Ở tầng dưới
Chuẩn sai SLP và gió mực 925 hpa trước ngày đầu tiên xảy ra rét hại ở khu vực ĐBSH 4-2 ngày cho thấy gió đông bắc hoặc bắc thịnh hành dọc theo kinh tuyến 120oE và thâm nhập vào phía Bắc Việt Nam. Những chuẩn sai gió hướng bắc này cho thấy gradient SLP mạnh trên khu vực Đông Á. Chuẩn sai SLP dương cao ở phía đông Trung Quốc có liên quan đến sự mở rộng về phía đông nam của áp cao Siberia, trong khi chuẩn sai SLP âm ở khu vực Nhật Bản và phía Tây Bắc Thái Bình Dương cho thấy sự mạnh lên của áp thấp Aleutian trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương.
Chuẩn sai gió mực 925 hPa (véc tơ; m/s) và SLP (màu; hPa) tại thời điểm Ttb≤130C (ngày 0) và trước và sau ngày 0 là 2, 4, 6 ngày của các đợt rét hại ở ĐBSH trong thời kỳ 1983-2021.
Ở tầng đối lưu giữa (mực 500 hpa)
Tại ngày xảy ra đợt rét hại diện rộng đầu tiên trên khu vực ĐBSH (ngày 0), chuẩn sai độ cao địa thế vị âm nằm trên khu vực Đông Á (trên khu vực của rãnh khí hậu Đông Á) phù hợp với chuẩn sai nhiệt độ âm trên mực 925 hpa. Ngoài ra, chuẩn sai độ cao địa thế vị dương trên lục địa Á-Âu. Những điều này cho thấy các đợt thâm nhập KKL xuống Bắc Bộ Việt Nam có liên quan đến rãnh Đông Á.
(a) Trung bình HGT (đường; m) và chuẩn sai HGT mực 500-hPa (màu; m); (b) chuẩn sai nhiệt độ không khí mực 925 hPa (màu; oK) tại thời điểm ngày 0
Ở tầng đối lưu trên cao
Chuẩn sai dương của gió vĩ hướng mực 200 hpa trên khu vực cận nhiệt đới Đông Á khoảng vĩ độ 25-35oN trên khu vực EASJS hoạt động trong mùa đông từ trước ngày xảy ra đợt rét diện rộng ở ĐBSH (ngày 0) là 4 ngày. Bên cạnh đó, tốc độ gió vĩ hướng cũng được tăng cường (cường độ của EASJS) trước ngày xảy ra rét hại trên khu vực ĐBSH 4 ngày. Điều này cho thấy EASJS trên mực 200mb được tăng cường, phù hợp với sự tăng cường của rãnh Đông Á. Ngoài ra còn chuẩn sai âm của gió vĩ hướng kéo dài về phía đông ở khoảng vĩ độ 40-45oN.
Trung bình gió vĩ hướng (đường; m/s) và chuẩn sai gió vĩ hướng tại mực 200 hPa (màu; hPa) tại thời điểm Ttb≤130C (ngày 0), trước và sau ngày 0 là 2, 4 và 6 ngày của các đợt rét hại diện rộng trong thời kỳ 1983-2021.
Vùng chuẩn sai dương (màu vàng) và âm (màu xanh) của tốc độ gió vĩ hướng khá rõ ràng từ khoảng mực 700 hpa đến tầng cao cho thấy KKL thâm nhập xuống Bắc Bộ, EASJS mạnh dần lên từ mực 700mb đến tầng cao trước 4-2 ngày.
Mặt cắt vĩ hướng, kinh độ 1050E của chuẩn sai vĩ hướng tại thời điểm Ttb≤130C (ngày 0), trước và sau ngày 0 là 2, 4 và 6 ngày của các đợt rét hại diện rộng trong thời kỳ 1983-2021.
Như phân tích ở trên, thâm nhập KKL xuống Bắc Bộ liên quan đến cường độ áp cao Siberia (ACSB), áp thấp Aleutian (ATAL), rãnh Đông Á, và EASJS. Do đó, ở đây nghiên cứu khảo sát vai trò của các đặc trưng qui mô lớn liên quan đến các đợt rét ở Bắc Bộ. Các đặc trưng qui mô lớn được định nghĩa: (1) Dựa trên chuẩn sai dương của SLP, cường độ của ACSB trong các tháng mùa đông (tháng 12, 1 và 2) được định nghĩa miền kinh vĩ độ được giới hạn (40-60°N và 80 – 120°E). (2) Cường độ của áp thấp Aleutian (ATAL) được định nghĩa là SLP với miền kinh vĩ độ giới hạn (25 – 75°N và 160oE – 130°W); (3) Chênh lệch giữa cường độ ACSB và ATAL được gọi là CLSBAL; (4) Dựa trên tương quan giữa nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ với gió vĩ hướng, cũng như chuẩn sai gió vĩ hướng trong các ngày xảy ra các đợt rét hại diện rộng, cường độ của EASJS được định nghĩa là tốc độ vĩ hướng mực 200 hpa và miền được giới hạn (25-350N, 60-125oE); (5) Sự dịch chuyển (DC) của EASJS được định nghĩa là chênh lệch gió vĩ hướng mực 200hpa tại hai vùng (25-300N, 60-125oE) và (30-350N, 60-125oE); (6) Sử dụng hệ số tương quan và hồi qui tuyến tính để đánh giá mối tương quan tuyến tính của nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ với các đặc trưng qui mô lớn, gồm: ACSB, CLSBAL, ATAL, DC và EASJS.
Các năm được lựa chọn cho tính toán hệ số tương quan dựa trên các đợt rét hại diện rộng trên khu vực ĐBSH, cụ thể: Trong tháng 12 có 11 năm (1983-1984; 1987, 1991-1992; 1999; 2002; 2004-2005; 2013; 2018), độ dài chuỗi là 341 ngày. Trong tháng 1, bao gồm 25 năm (1983-1985; 1989; 1992; 194-1996; 1998-2006; 2008-2013; 2015; 2016; 2018) với độ dài chuỗi 775 ngày. Trong tháng 2, bao gồm 15 năm (1983-1984; 1988-1990; 1994-1996; 1998; 2000; 2004-2005; 2008; 2010; 2014) với độ dài chuỗi 424 ngày.
Kết quả cho thấy mối tương quan khá thấp giữa ATAL với nhiệt độ trung bình vùng ĐBSH. Trong khi, trong tháng 12, tương quan nghịch khá cao của ACSB, CLSBAL với nhiệt độ trễ 3-5 ngày. Tương tự, trong tháng 1 và 2, tương quan nghịch khá cao của ACSB, CLSBAL với nhiệt độ trễ 3-5 ngày. EASJS luân có hệ số tương quan nghịch cao nhưng thấp hơn tại thời gian trễ từ 1-2 ngày và 6 ngày. Điều này cho thấy, ACSB mạnh và CLSBAL cao, thì nhiệt độ ở Bắc Bộ thấp hơn. Đối với EASJS, mặc dù hệ số tương quan nghịch thấp hơn tại thời gian trễ 1-2 ngày và 6 ngày, nhưng vẫn đạt độ tin cậy thống kê 95%. Điều này cho thấy EASJS mạnh lên, thì nhiệt độ ở Bắc Bộ cũng có xu hướng giảm, hay EASJS biến động liên tục tương đối đồng pha với nhiệt độ ở Bắc Bộ. Tương quan cũng được thực hiện tương tự đối với nhiệt độ trung bình vùng núi Đông Bắc Bộ và Tây Bắc Bộ và kết quả tương quan hoàn toàn tương tự như đối với khu vực ĐBSH.
Để xem xét rõ hơn về vai trò của EASJS đến các đợt rét đậm, rét hại vùng khí hậu và diễn biến của từng trạm khí tượng, nghiên cứu đã phân ngưỡng nhiệt độ ngày trung bình vùng khí hậu (trên 15oC, 15-13oC, 13-11oC, 11-9oC và dưới 7oC). Kết quả cho thấy nhìn chung khi nhiệt độ trên ba vùng Bắc Bộ (ĐBSH, vùng núi ĐBB và TBB) hạ thấp cường độ của EASJS mạnh hơn. Cụ thể, trong tháng 12, cường độ EASJS (tốc độ gió vĩ hướng mực 200 hpa trung bình miền (25-350N và 60-135oE)) có trị số khoảng từ 48,9 – 49,1 m/s tại ngưỡng nhiệt độ trên 150C của ba vùng Bắc Bộ, nhưng đã được tăng cường đáng kể tại các ngưỡng nhiệt độ khác thấp hơn 15oC (cường độ EASJS khoảng từ 49,7 m/s đến 55,8 m/s). Trong tháng 1, cường độ EASJS khoảng 50,4-52,7m/s, nhưng ngưỡng nhiệt độ khác thấp hơn 15oC trong khoảng từ 52,4 đến 58,2 m/s. Trong tháng 2, cường độ EASJS khoảng 50,1-50,6 m/s, nhưng ngưỡng nhiệt độ khác thấp hơn 15oC khoảng từ 52,5 đến 58,2m/s.
Để lượng hóa rõ hơn vai trò và mức độ quan hệ giữa ba đặc trưng quy mô lớn với nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ, nghiên cứu đã tiến hành xắp xếp thành chuỗi dài của của các đặc trưng theo các tháng, năm dựa trên đợt rét hại diện rộng ở ĐBSH (1596 ngày), tương ứng tại thời gian tương quan trễ 4 ngày của nhiệt độ trung bình ở ba vùng Bắc Bộ (ĐBSH, vùng núi ĐBB, TBB). Tất cả các biến được chuẩn hóa theo độ dài của chuỗi 1596 ngày để đảm bảo rằng không còn thứ nguyên, nhằm nhận dạng rõ hơn về mức độ quan hệ của các đặc trưng trong hồi quy chuẩn hóa. Kết quả cho thấy hệ số phương trình hồi quy của nhiệt độ trung bình vùng ĐBSH với ACSB, EASJS và CLSBAL lần lượt là -0,428, -0,307 và -0,003. Tương tự cho ĐBB (TBB) là -0,443 (-0.167), -0.274 (-0.060), và -0,002 (0,019). Điều này cho thấy ACSB, CLSBAL và EASJS cao hơn, nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ sẽ thấp hơn, và vai trò của ACSB cao hơn đáng kể, sau đó đến EASJS.
Từ những phân tích diễn biến của chuẩn sai các đặc trưng qui mô lớn ở và mối quan hệ của ba đặc trưng qui mô lớn của ACSB, ATAL và EASJS với nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ cho thấy: (1) Phân chuẩn sai các đặc trưng qui mô lớn đối với sự thâm nhập KKL xuống Bắc Bộ cho thấy vai trò liên quan đến cường độ áp cao Siberia (ACSB), áp thấp Aleutian (ATAL), rãnh Đông Á, và EASJS; (2) Phân tích tương quan giữa các đăc trưng ACSB, ATAL, CLSBAL, EASJS với nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ trong tháng 12, 1, và 2 cho thấy tương quan nghịch khá chặt chẽ giữa ACSB, EASJS và CLSBAL với nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ tại thời điểm trễ 3-5 ngày. Điều này cho thấy ACSB, EAJSJ, và CLSBAL cao hơn trước 3-5 ngày, nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ giảm thấp hơn; (3) Phân tích hồi quy của các đặc trưng ACSB, ATAL, CLSBAL, EASJS với nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ cho thấy ảnh hưởng của EASJS đến nhiệt độ trung bình vùng Bắc Bộ đứng thứ 2 sau ACSB trong ba đặc trưng quy mô lớn được xem xét; (4) ACSB, ATAL, và EASJS biến động mạnh, yếu có thể liên quan với nhau và gợi ý rằng có thể mối quan hệ của ba đặc trưng qui mô lớn này là một trong những nguyên nhân duy trì trạng thái rét đậm, rét hại kéo dài. Vấn đề này, nghiên cứu chưa có điều kiện phân tích cơ chế về mối quan hệ của chúng và cần có những phân tích sâu hơn.