TRẦN CƠNG MINH

K

H

Í

I

U

D

■

N

6

S

Y

N

O

P

PHẦN Cơ SỞ

\
■

M

\

•TS5

* * -

■ Ị C ii

ý '.

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI


TRẦN CƠNG MINH

KHÍ TƯỢNG SYNOP
■

(PHẦN C ơ

sử)

NHÀ XUẤT BÀN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI



MỤC
LỤC
í
•

3
9
ĐỐI TƯỢNG CỦA KHÍ TƯỢNG SYNƠP VÀ PHƯƠNG PHÁP
PHÂN TÍCH SYNƠP

Đối tượng của khí tượng học synơp.
Lược sử phát triển cúa khí tượng học synơp.
Thơng tin khí tượng dùng trong phân tích synơp và dự báo
thịi tiết
Cơ quan thời tiết tồn cầu
Hệ thơng truyền tin Lồn cầu
Ngun tắc cơ bản của phương pháp phân tích synơp
Những hạn chế của phương pháp phân tích synơp

13
14
16
22
22

23
26

PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỀN THƠNG TIN KHÍ TƯỢNG DÙNG

TRONG PHÂN TÍCH SYNƠP VÀ Dự BÁO THỜI TIẾT

Đặc điểm của phương pháp biểu diễn thơng tin khí tượng
Phương pháp biểu diễn các thơng tin khí tượng bằng bảng
Phương pháp đồ thị biểu diễn thơng tin khí tượng
Bản đồ synôp
Mặt cắt thẳng đứng không gian và mặt cắt thảng đứng
thời gian.

29
29
30
30
39

ĐẶC TRƯNG C ơ BẢN CỦA TRƯỜNG CÁC YẾU TỐ KHÍ
TƯỢNG

Đặc trưng của các hệ thống khí áp
Sự biến đối của hệ thống khí áp theo chiểu cao
Phương trình khuynh hướng khí áp
Đặc điểm trường gió
Một số đặc trưng của trường gió

41
45
51
55
63


3


3.6.
3.7.

CHƯƠNG 4

Trường các chuyển độnp thẳng dứng
Q-vectơ dùng dể chẩn đốn tác động gây dịng tháng đứng
và hiệu ứng sinh và tan front
KHỐI KHÍ KHÍ QUYEN

4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.

Khái niệm cơ bản vể khối khí
Trung tâm hình thành khối khí
Phân loại khối khí
Q trình hình thành và biến tính của khối khí
Những nhân tố chủ yếu trong q trình biến tính của khối
khí.
4.6. Thời tiết trong khơi khí
4.7. Phân tích khối khí

CHƯƠNG 5


93
94
95
100
101
107
109

FRONT KHỈ QUYỂN

5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
5.10.
5.11.
5.12.
CHƯƠNG 6

Khái niệm cơ bản về front
Phân loại front khí quyển
Sự biến dơi của các yếu tơ khí tượng trong đới front
Độ nghiêng của mặt front tĩnh
Đặc điểm của trường gió và trường áp ở gần front
Đặc điểm của trường biến áp gần front

Sự di động của front
Chuyển dộng thẳng đứng ở gần mặt front
Sự sinh và tan front
Hệ thống thời tiết front
Ánh hưởng của địa hình đối với front
Phân tích front

11
1 12
1

1

119
122
124
1 2f»
127
] 2í>
13(5
14ÍỊ
14?)

ĐỚI FRONT HÀNH TINH TRÊN CAO VÀ DÒNG XIẾT

6.1. Đới front trên cao
6 .2 . Đới front hành tinh trên cao
6.3. Dịng xiết
CHƯƠNG 7


14Í9
1 50
1 5;'5

XOÁY THUẬN VÀ XOÁY NGHỊCH NGOẠI NHIỆT ĐỚI

7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
4

78
91

Khái niệm cơ bản
Phân loại xoáy thuận và xoáy nghịch
Điểu kiện xuất hiện xoáy thuận nhiệt và xoáy thuận front
Các giai đoạn phát triển của xoáy thuận front
Sự phát triển của xoáv nghịch ngoại nhiệt đới
Sự tái sinh xoáy thuận và xoáy nghịch

17:3
17 4
1 7'5
1 8-4
1912
19.5



7.7.
7.8.
7.9.

Sự di chuyển của xoáy thuận và xoáy nghịch
Anh hưởng của địa hình dối với xốy thuận và xốy nghịch
Đặc điểm phân bơ' cúa tổng lượng ozơn trong xốy thuận và
xốy nghịch
7.10. Ví dụ bản đồ chẩn đốn trong phân tích sự phát triển của
xốy thuận

CHƯƠNG 8
8 .1 .
8 .2 .

8.3.
8.4.
8.5.
8 .6 .

8.7.
CHƯƠNG 9

198
200
‘2 0 2

204


HỒN LƯU CHUNG KHÍ QUYỂN

Những nhân tố quy định hồn lưu khí qun
Những quy luật cơ bản của hồn lưu chung khí quyển
Đới khí áp và dới gió hành tinh
Sư đồ hồn lưu chung khí quyển
Các đặc trưng khí hậu của hồn lưu chung khí quyển gần
mặt đất
Hồn lưu trên cao miền ngoại nhiệt đới
Hình thế áp cao ngồn chặn và áp thấp bị cắt

209
210
212
218
220

224
232

PHƯƠNG PHÁP Dự BÁO HÌNH THẾ SYNƠP VÀ Dự BÁO
ĐIỂU KIỆN THỜI TIẾT

9.1.

Nhìíng ngun tắc cơ bản xây dựng các phương pháp dự
báo
9.2. Dự báo hình thê synơp
9.3. Dự b á o điểu kiện thời tiết

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

237
242
254
277

5


LỜI NĨI ĐẦU

Giáo trinh “Khí tượng synơp" gồm hai phần: phần cơ sở và phẩn nhiệt đới được
in thành hai quyến riêng.
Phẩn cơ sớ trong giáo trinh ' Khí tượng synơp” trình bày những kiến thức cơ
bán cúa học thuyết vẽ thời tiết và phương pháp dự báo thời tiết theo học thuyết front.
Ba chương đáu đẻ cập đến nguyên lý xây dựng và công dung của các bán đổ synơp, các
cơng cụ dùng trong phản tích sỵnơp và dự bao thời tiết, đặc điếm của các trường khi
tượng. Trong 4 chương tiếp theo (chương 4,5,6,7) trình bày những kết quả nghiên cứu
gần đây nhất về 4 đối tượng synôp cơ bản: khơi khí, front, xốy thuận, xốy nghịch và
dong xiết. Chương 8 tổng hợp cảc kiên thức từ các chương trước trong các quỵ luật và
dác diêm của hoàn lưu chung khí quyên. Các phương pháp dư báo hinh thê synơp ồ
điều kiện thời tiết lờ nội dung chương cuối (chương 9).
Phấn nhiệt đới trong giáo trinh “Khí tượng synôp" gồm 4 chương trinh bày các
d ặ c điếm cơ bon của hồn lưu miền nhiệt đới như gió mùa, tin phong, dải hội tụ nhiệt
đới. đặc điếm và phương pháp dự báo xoáy thuận nhiệt đới và bão. Chương 5 trinh
bày về hiện tượng dông và phương pháp dự báo hiện tượng thời tiết rất đặc trưng cho
miền nhiệt đới này.
Giáo trình được biên soạn trên cơ sở các sách giáo khoa kinh điên cũng như cập
nhật những kiến thức khí tượng synơp cho đến năm 1998. Tác giả đã cô gắng chọn lọc

những kiến thức cơ bán nhất có liên quan tới các q trinh sỵnơp ở Đông Nam A và
V iệ t N a m

Giáo trinh ‘'Khi tượng synơp" có thè dừng làm sách giáo khoa cho chuyên ngành
khi tượng tại các trường đạt học tổng hợp và sư phạm.
TÁC GIẢ

7


KÝ HIỆU
i

A
Ak
At

Ati
APE
A
B

c
c, C
Cf
M
i )
Cx, Cy
D
D

F
F , F3
FQ
l,f = 2 íisincp
G
H
H
l
ĨJ
K
Ki...,

Thiết diện ngang, diện tích
Hình chiếu trên xích đạo
Bình lưu nhiệt
Bình lưu xốy
Thế năng khả năng
Bán kính Trái Đất
1 /2 độ rộng
Hoàn lưu tốc độ
Tốc độ hav vectơ tốc độ của một hệ thống chuyển động
Tốc độ dịch chuyển front
Tốc độ Rossby
Thành phần tốc độ của hệ thống khí áp theo hướng X và y
Nhiệt dung đăng áp hay nhiệt dung đảng tích
Phân kỳ ngang
Khoảng cách giữa các nút trong lưới tính
Khu vực trong tốn đổ cực; hàm sinh front; hàm lực
Vectơ ngang hay vectơ ba chiều của lực ma sát
Tác động gây chuyển động thảng đứng

Thông số Coriolis
Gia tốc trọng trường
Độ cao đặc trưng; độ cao địa hình (m); thơng lượng nhiệt
trên một đơn vị khối lượng và thời gian
Bề dày thẳng đứng, độ dày lớp; độ cao địa hình núi
Nội năng
Vectơ đơn vị theo hướng X và y
Động năng
Độ cong của đường đẳng áp, đường dòng và qu ỹ đạo
9


Kn
K
£
L
Lc
Ls ị
Lh
M
M
N
N

10

Độ cong theo hướng vng góc với đường đẳng áp hay đường
dịng
Sơ' sóng; hằng số
Vectơ đơn vị theo chiểu thẳng đứng


rí
p
p
Q

Độ dài đặc trưng; độ dài bước sóng
Độ dài bước sóng tới hạn
Độ dài bước sóng của đường dịng và quỹ đạo
Độ dài bước sóng dừng; độ dài sóng theo chiểu thảng đứng
Khôi lượng
Yếu tố quy mô; m = ug - fy: mômen tuyệt đối
Số ống nhiệt động lực trong trường đăng áp-đẳng
tích
Hướng vng góc với dường dịng hay đường đẳng áp trong
hệ tọa độ tự nhiên
Vectơ đơn vị theo hưỏng n
Thế năng; xốy thế
Khí ốp
Nhiệt lượng; đặc trưng của khối khí; hàm lực

Q

Vectơ Q

Q2
R(ỉ
R, , ,
Rn
Ri

Ro
s
s
T
Tv
t
t

Hằng sơ'
Hằng số chất khí của khơng khí
khơ
Bán kính đường đảng áp, đưịng địng và quỹ đạo
Bán kính trực giao
Sơ" Richardson
Sơ" Rossby
Tọa độ tiếp tuyến trong hệ tọa độ tự nhiên; đại lượng vô
hướng
Sự biến dạng
Nhiệt độ tuyệt đối
Nhiệt độ ảo
Thời gian
Vectơ đơn vị theo hướng s

Te
TFE
Ư

e- lần thời gian
Thế năng tổng cộng
Tốc độ ngang của dòng cơ


Ư

T h à n h p h ầ n gió t h e o h ư ớ n g X

Ư*

Giá trị trung bình của gió vì hướng theo chiều tháng đứng

bản vĩ hướng


ƯT

G i ó n h iệ t

V

T ố c dộ gió

V. V ị

V e c tờ gió n g a n g

V

T h à n h phần

ýg


Vectơ giỏ địa chuyển

V*

Thành phần gió phi địa chuyển

VK, V*

T h à n h phần

V (;

G i ó g r a d ie n

VN
vx
w
w

Thành phần gió hướng vng góc với đường dịng hay đưịng
đẳng áp
Gió nhiệt
Tốc độ thảng đứng
Thành phẩn gió theo phương thẳng đứng

X

T ọ a độ n g a n g t r o n g h ệ tọa độ Đ e c a c t h ư ờ n g h ư ớ n g v ề p h ía

v à vectơ gió b a c h iê u


gió th e o hướng y

g iô đ ị a c h u y ề n và p h i đ ị a c h u y ể n th e o h ư ớ n g y

đông

y

Tọa độ ngang trong hệ tọa độ Đécac thường hướng lên phía
bắc
Tung độ của đường dịng hay đường dịng tương đơi
Tọa độ thẳng đứng; độ cao hình học
Thể tích riêng; góc
T
Hướng gió; /? = — : thơng số Rossbv

y„ r
z
cx
0

V
_ dT
ỵ ~

Góc; hàm
Gradien nhiệt độ thảng dửng môi trường

~dz


Ya
Yw
A
ô
c
Ck

Gradien đoạn nhiệt khô
Gradien đoạn nhiệt ẩm
Sai phân
Vi phản; biến thiên; biệt sơ'; góc nghiêng
Xốy tương đối
Xốy tương đối địa chuyển

Ct

X o á y n h iệ t

TI
\
0
Bps

Xoáy tuyệt đối
Xoáy tuyệt đối địa chuyển
Nhiệt độ thê vị
Nhiệt độ thế vị ảo

A


H à m b iế n d ạ n g

11


Mật độ khơng khí
Thơng sơ'ổn định
Vectơ ngang của ứng suất nhớt

p
ơ
ĩ
ộ
V
V

Địa thế vị
VI độ địa lý
Hàm dòng MONTGOMERY
Biểu diễn gradien đối với hàng số bể mặt; góc; hàm dịng
hồn lưu phi địa chuyển
Tốc độ góc quay của Trái Đất (vectơ hay vô hướng)

dp
(O= —
dt

Chuyến động thảng đứng trong hệ tọa độ khí áp

X

Nhân vectơ
Vi phân
Tốn tử Nabla ngang

d, d
V - Ị - Ị .
ổx

„V ,

2

c ia

ổy

õõ_ õ_
õ â Toán tử Nabla ba chiều
ât cỳ ả:

=— +— +—

ớ2

â2

Toán tử Laplace

Vectơ được biểu diễn bằng những chữ cái thường với mũi tên ở phía trên và tốr tử
Nabla ký hiệu V.

12


Chương 1

ĐỐI TƯỢNG CỦA KHÍ TƯỢNG SYNƠP
VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SYNƠP
1.1.

ĐỐI TƯỢNG CỦA KHÍ TƯỢNG SYNƠP

Thời tiết là trạng thái của khí quyển trong tầng hoạt dộng của con ngưòi, tại một
khu vực, một thòi điếm (hay thòi đoạn) nhất định và được đặc trưng bỏi tập hợp giá trị
(‘ủa các dại lượng khí tượng và hiện tượng khí quyên. Trạng thái khí quyển được dậc
trưng bới các đại lượng khí tượng là các tính chất vật lý của khí quyển như nhiệt độ, độ
Anì, khi áp. tốc độ và hướng giỏ, lượng mây và các hiện tượng khí quyển như sương mù,
mưa, b ã o , giỏng, lốc, vịi rồng V.V...
Khái niệm thời tiết có quy mơ khơng gian và quy mô thời gian. Hoạt động cúa con
người chủ yếu diễn ra trong lớp dưới cùng của khí quyển - trong tầng đối lưu. Các quá
trình hình thành và biến đối của thòi tiết chủ yếu cũng diễn ra trong lớp khí quyển này.
Nhơ vạy (ỊUV mơ thang đứng éủa khái niệm thời tiết được xem xét trong khí tượng
synơp khoảng 10 1 đến 10lkm. Quy mỏ ngang của thời tiết khoảng 10I-103km nếu xét
theo khu vực có điểu kiện thời tiết tương đối đồng đểu hay khu vực có sự biến đổi lỏn
của thời tiết. Quy mơ thời gian là vài ÉTĨỜhay vài chục giò tuỳ theo sự tồn tại của khu
vực* thời tiết nói trên.
Dối với người sử dụng thơng tin thời tiết khác nhau thì khái niệm thòi tiết hay

diêu kiện thời tiết mang nội dung khác nhau: đối với phần lớn nhân dân thì đó là nhiệt
dộ khơng khí, mưa, giỏ v.v.., dối với người đi biển thì dó là gió gây sóng biển, tầm nhìn
dài, dối với phi cơng thì dó là mây, tầm nhìn xa, sốc máy bay v.v... Chính vi vậy cơ quan
thời tiôt phái bảo đám cung cấp thông tin thời tiết cho rất nhiều rtgười sử dụng với
nhiều nhu cầu khác nhau.
Thịi tiết có những biến dơi có chu kỳ theo ngàv đêm, theo mùa, liên quan với sự tự
quay của Trái Đất trong một ngày và sự quay của Trái Đất xung quanh Mặt Tròi trong
m ột n A m . N h ử n g sự b i ế n đối k h ơ n g có c h u k ỳ c ủ a th ò i t iế t t r ê n t h ự c t ế x ẩ y ra thường

Xuyỏn vì đó chính là quy luật của lự nhiên. Chang hạn, thay cho sự tảng nhiệt độ ban
ngày như biến trình bình thường là sự giảm nhiệt độ tỉo sự xâm nhập lạnh hay mưa rơi
xuồng, gió mạnh lên vào thịi điểm bất kỳ. Chính những sự biến đổi khơng có chu kỳ
của thời tiết và nguyên nhân của chúng là đối tượng của khí tượng synơp. Ngun nhân
của những sự biến dơi khơng có chu kỳ là do sự di chuyển của các khối khí từ khu vực
này sang khu vực khác, sự biến dổi tính chất của chúng dưới tác động bên ngoài và cuối
c ù n g là sự tươ ng t á c g iữ a c á c k h ố i k h í đó t r ê n r a n h giới c ủ a c h ú n g , c á c đới c h u y ê n tiế p

13


hẹp *dới front. Quá trình hình thành và biến đổi khơng có chu kỳ của thời tiết trước hét
liên quan với sự tiến triển và di chuyển của xoáy (xoáy thuận, xốy nghịch), front, khói
khí khí quyển, dịng xiết, đới front hành tinh trên cao, còn được gọi là các đối tương
synơp cơ bản. Khí tượng synơp nghiên cứu các đơì tượng synơp cơ bản nói trên dê xây
dựng phương phốp dự báo sự tiến triển và di chuyển của chúng và trên cơ sở đó dự báo
thời tiết.
Đặc điểm cd bản của các phương pháp nghiên cứu trong khí tượng synơp là các q
trình khí quyển xẩy ra trên những không gian rộng lớn với các đặc điểm địa lý khác
nhau. Sự cần thiết nảy cịn do khơng khí khí quyển ln năm trong trạng thái chuyển
động với tốc độ đâng kể. Trong một ngày đêm các đối tượng synơp có thể di chun tời

1000 km. Tiến trình và sự biến đổi của thời tiết ở khu vực cần dự báo là kết quả tương
tác của các quá trình khí quyển xẩy ra trên một phạm vi rộng lớn. Hạn dự báo (thời
gian từ khi lấy số liệu và phát bản tin dự báo đến khi bắt đầu hiện tượng thời tiết được
dự báo) cảng dài thì quá trình hình thành và biến đơi của thời tiết cần được nghiên cứư
trên phạm vi càng lớn.
Chữ synôp xuất phát từ tiếng Hylạp synơpticot nghía là quan sát đồng thịi. Từ
này nói lên đặc điếm cơ bản cua phương pháp phân tích synơp là dùng bản đồ đế
nghiên cứu các q trình khí qun trên một phạm vi rộng lớn vào cùng một thời điểm.
1.2.

LƯỢC SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KHÍ TƯỢNG SYNƠP

Khí tượng synơp là khoa học vễ thời tiết và dự báo thịi tiết. Mơn khoa học này
xuất hiện cách đây hơn 150 năm từ khi xuất hiện những bản dồ thòi tiết đầu tiên cho
khu vực Châu Âu vào nửa đẩu thế kỷ 19»
Nhừng thông tin vế các hiện tượng thịi tiết cực đoan như gió mạnh, mưa lốn,
những đợt xâm nhập lạnh đột ngột v.v... đã bắt đầu được thu thập từ thế kỷ thứ nàm
trước công nguyên. Chuyên khảo đầu tiên về thời tiết là của nhà triết học Hy Lạp
A r i s t ô t với t ê n gọi “K h í tượng*'\ t r o n g đó c h ẳ n g h ạ n ô n g g i ả i t h í c h v ị n g t u ầ n h o à n nước

rất gần với khái niệm của chúng ta ngày nay: ” Nước bao quanh Trái Đất bốc hơi do tia
Mặt Trời và nhiệt từ trên xuốhg sẽ bốc lên cao, khi đó nhiệt cung cấp cho nó giảm, hơi
nước lạnh di SC tụ lại và lại trỏ thành nước”.
Thế kỷ 17 trong lịch sử loài người bắt đầu những phát kiến dịa lý lởn. Nhu cầu của
vận tải đường biền dẫn tới sự phát triển rất mạnh của ngành khí tượng. Thời gian này
các nhà khí tượng có khả nàng chuyển từ những quan trắc bằng mát thường sang quan
trắc bằng dụng cụ đo như: nhiệt kế, khí áp biểu, ẩm kế v.v...
Năm 1668 Haddley, giám đốc Đài thiên văn Hy Lạp đã lập bản đồ gió cho các đại
dương bằng cách lấy trung bình các đợt quan trắc riêng lẻ, bản đồ có ý nghĩa trung bình
khí hậu học.

Đê xây dựng bán dồ synơp cần có số liệu của mạng lưới trạm khí tượng quan trác
đồng thời trên một phạm vi rộng lớn. Mạng khí tượng đầu tiên được xây dựng ỏ Ý năm
1654 gồm 10 trạm, năm 1722 ỏ Nga và năm 1724*1735 ỏ Anh. Vào nhộng năm này M.
Lômônôsôv đã có những ý tướng rất sâu sác về phương pháp dự báo thời tiết. Theo ơng
ngun nhân hình thành thời tiết là do các dịng khí (hồn lưu khí quyến) và ông hy
14


vọng về “một học thuvêt vế chuyển động của không khí và nước bao quanh Trái Đất”
(vé khí tượng động lực) sê là cơ sỏ cho các phương pháp dự báo thời tiết.
N ă m 1 7 8 0 m ạ n g lưới q u a n t rắ c k h i tượng do sự hợp tá c q u ố c t ế đ ầ u t iê n g ồ m 39

trạm từ Mỹ tới Uran được thành lập theo sáng kiến của Hội khí tượng Manhêm.
Năm 1826 Brandes (Đức) đã lập bản đồ svnôp đầu tiên. Trên bản đồ điền độ lệch
khí áp so với chuẩn theo sô liệu quan trắc đồng thời trên một sơ" trạm. Thời đó việc thu
thập 80 liệu phái mất vài tháng nên bản đồ khơng có ý nghĩa dự báo.
Năm 1856 ỏ Nga và Pháp bắt đầu có sự trao đơi quốc tế các thơng tin khí tượng.
Nhiều nước đă xuất bản các nguyệt san khí tượng, lập các cảnh báo tố, tổ chức cơ quan
phục vụ thông tin thời tiết. Fitsroi • Giám đốc cơ quan trường áp Anh là người đầu tiên
gọi bản đồ địa ]ý trên đó điển số liệu khí tượng quan trắc đồng thịi là bản đồ synôp.
Cho đến trước năm 1920 * giai đoạn mở đầu của khí tượng synơp, là thời kỳ người
ta thiết lập mối tương quan giữa điều kiện thời tiết với đặc điểm của trường áp. Điều
quan tâm chủ yếu của các nhà khí tượng thời đó là sự di động và phát triển của các khu
vực áp cao và áp thấp. Khi đó khu áp thấp được gọi là xoáy thuận và khu áp cao là xoáy
nghịch. Dầu tiên người ta cho rằng liên quan đến xoáy thuận bao giờ cũng là thời tiết
xấu, với xoáy nghịch là thời tiết tốt. Nhưng ngay từ thời đó người ta cũng thấy là nhiều
trường hợp thời tiết xấu, có khi cả tõTlại liên quan với phần rìa cao áp.
Dầu thế kỷ 2 0 do nhu cầu thực tế, nhất là sự phát triển của hàng không trong
chiến tranh thế giới thứ nhất, phương pháp phân tích trường áp khơng đáp ứng được
nhu cầu thực tế như một phương pháp phân tích và dự báo thời tiết nên đã nhường chổ

cho phương pháp hồn thiện hơn, đó là phương pháp phân tích front.
Sự tồn tại của front khí quyển như đường hội tụ của các dịng khí ở mặt đất đã
được phát hiện từ năm 1980 và danh từ “front” đã dược Angel để xướng từ năm 1915.
Tuy nhiên, cấu trúc front của xốy thuận, sự phân bơ' của các đại lượng khí tượng trong
khu vực front được thiết lập từ những năm 20 của thế kỷ này. Chính là từ thời điểm đó
việc dự báo sự tiến triển và di chuyển của front khí quyển trở thành một khâu khơng
thể thiêu được trong công tác dự báo thời tiết. Tác giả của học thuyết front và các thành
quả đầu tiên của phương pháp phân tích và dự báo front thuộc về trường phái khí
tượng Na Ưv với V.Bjerknes và J.Bjerknes, Bergeron và Solbergd. Các nhà khí tượng
Xơ Viết đã có những đóng góp rất lớn trong sự phát triển học thuyết front. Năm 1934
xuất bản cuốn chuyên khảo của s.p Khrơmơv “ Nhập mơn phân tích khí tượng synơp”
và nám 1948 cuốn “Cơ sỏ khí tượng synơp” ra đời.
Vào nhửng năm 30, cùng với sự phát triển của mạng lưới thám khơng và việc xây
dựng các bản đồ hình thế khí áp trên cao, K.P.Pơgơsian và N.L.Tabơrơvxki đã đề xuất
phương pháp bình lưu động lực trong phân tích front. Các ơng đã chứng minh rằng, q
trình xuất hiện của xốy thuận và xoáv nghịch, front là kết quả của sự tương tác của
các nhân tố bình lưu động lực, quy định sự biến đối của cấu trúc trường nhiệt áp. Việc
áp dụng phương pháp này đã nâng chất lượng dự báo lên 18-20% .
Nhị có sự phát triển mạnh mẻ của khoa học và kỹ thuật vào những năm 50 khí
tượng synơp đã có những phát triển vượt bậc. Khối lượng thơng tin khí tượng tăng gấp
nhiều lần và xuất hiện dạng thông tin mới nhận được từ quan trắc bằng vô tuyến định
vị, cầu thám không cân bằng, tên lửa và vệ tinh khí tượng.
15


Ngày nay đà có điều kiện tự động hóa quan trắc khí tượng, truyền tin và xử lý ban
dầu. Sự xuất hiện cùa máy tính thúc đẩy mạnh mẻ sự phát triển của các phương phốp
dự báo bàng phương pháp số’ trị. Kết quả dự báo trường áp và trường gió đơi với khí
quyển tự do bằng phương pháp số trị hiện đang được sử dụng rộng rãi trong nghiệp \ụ
dự báo thời tiết hàng ngày ở nhiều nước. Tuy nhiên, do tính phức tạp của các q trình

xẩy ra trong lớp biên khí quyển nên trong nghiệp vụ dự báo thịi tiết vai trị chính vẩn
thuộc vế các phương pháp phân tích và clự báo synơp.
Trong những năm gần đây, cùng với sự tống của khối lượng, thông tin khí tượng
cịn có sự thay đối về chất lượng. Anh mây vệ tinh trở thành tài liệu không thể thiêu
được trung nghiệp vụ dự báo thòi tiết hiện nay và không những chỉ cung cấp cho ta màn
mây trực quan, mà cịn là cơng cụ phân tích các q trình khí qun. Ví dụ, theo những
tài liệu này ta có thể xác định trường áp, trường gió, khu vực giang thuỷ, vị trí và cáu
trúc của các dối tượng synỏp, kiểm soát sự xuất hiện và phát triển của cốc cơn bão nhiệt
đới trên toàn bộ đại dương thế giỏi.
Các quá trinh thòi tiết ỏ miền nhiệt đới dược nghiên cứu cùng thịi với sự phat
triển của khí tượng học hiện đại do nhu cầu thơng tin khí tượng dùng cho việc lập các
kẽ hoạch quân sự đôi với các phương diện quân ớ Nam Thái Bình Dương, biên A Rập,
v.v... Khí tượng nhiệt đói có nguồn gốc sâu xa từ trường phái khí tượng ngoại nhiệt đổi.
Trong chuyên kháo “Khí tượng nhiệt đới” năm 1954 và gần đây là cuốn “Khí hậu và
thịi tiết miền nhiệt đới” (1979) của H.Riehl là tập hợp các kết quả nghiên cứu thòi cỉó
về các q trình khí quyển nhiệt đới' Tiếp sau là các nghiên cứu về bão, về gió mùa, dai
hội tụ nhiệt đới trên cơ sỏ các tài liệu và khảo sát phối hợp quốc tế trên phạm vi rộng
lởn thuộc miền nhiệt đới. Ramage năm 1979 đã tổng kết các kết q nghiên cửu gió
mùa trong cn “Khí tượng gió mùa”.
Phân tích trường mây và sơ" liệu bức xạ thu nhận dược từ cốc vệ tinh nhân tạo
nhằm mục tiêu phân tích và dự báo trạng thái khí quyển hiện đang là đối tượng nghiên
cứu của các nhà khí tượng thế giới. Việc chinh phục khoảng không gian gần một đất
đang mỏ ra cho khí tượng synơp những chân trời phát triển mới dầy hứa hẹn.
1.3.

THƠNG TIN KHÍ TƯỢNG DÙNG TRONG PHÂN TÍCH SYNƠP VÀ Dự BÁO
THỜI TIẾT

1.3.1. Các d ạ n g th ơ n g tin khí tượng
Tồn bộ cơng tốc phân tích synơp và dự báo các quá trình khi quyên dược tiên

hành trên cơ sỏ các thơng sỏ khí quyển chú yếu thu nhận được từ các quan trác khí
tượng. Tống hợp các thơng tin đó là thịng tin khí tượng ban đẩu. Tiếp đó thơng tin khí
tượng ban đầu được xử lý và biểu diễn bằng các phương pháp thích hợp. Kết quả của
cơng việc xử lý này là các bản dồ synôp, mặt cắt thảng đứng, các bản đồ phân tích và dự
báo cho các thịi đoạn, các số liệu khí hậu v.v...
Các thơng tin khí tượng ban đầu bao gồm khí áp, nhiệt dộ, độ ẩm (đôi khi cả nhiệt
độ mật trải dưới), tốc dộ và hướng gió, hệ thống ngưng kết hơi nước (sương mù, mây,
giáng thủy v.v...), hiện tượng khí quyển (giỏng, bão tuyết, bào bụi v.v...), tốc độ thắng
cỉửng của khơng khí, đỏi khi cả các thơng tin về ô nhiễm không khí khí quyến.
16


Xuất phát từ độc điểm cua các ( Ị UÓ trình hình thành thịi tiết, từ những phương
pháp phàn tích và dự báo,thòi tiết, từ n h u cầu báo đảm th õ n g tin thòi tiết đối với nền
kinh tê quốc dân. đối với thông tin ban đầu cần có các u cấu vế tính đồng bộ, tính ba
c h i ể u , tính tồn c ầ u , tính th ư ờ n g x u y ê n , t in h tức thời, t ín h đ ồ n g thời.
Tinh đồng bộ, các thông un khi tượng phải đầy đủ, thiếu thông tin sẽ gảy khó
khăn trong phân tích các q trình khí quyển và giảm mức chính xác của các dự báo.
Các mơi tương quan của các yếu tố khí tượng theo khơng gian và thịi gian giúp phát
hiện ra các sai sót thơ có thể có trong q trình truyền tin, điền clồ.
Tinh ba chiều, cần thiết là do các đối tượng synơp phát triển trênkhơng gian ba
chiểu, các q trình khí quyển tạo nên thời tiết xẩy ra trong một lớpkhá dầy từmặt
trải dưới đến phần dưới tẩng bình lưu. Ngồi ra u cầu của một sơ' ngành kinh tế lại
cần thơng tin khí tượng hiện tại và thơng tin dự báo trong khí quyển tự do.
u cầu tồn cầu xuất phát từ thực tế là kích thước lành thó có thơng tin ban đầu
phải lớn hơn nhiều lần so với khu vực cần dự báo. Diều đó là do các q trình hình
thành thời tiết có mối tương quan trên khoảng cách lớn và các đôi tượng synôp chuyên
động với tốc độ khá lớn.
1.3.2. Hệ th ố n g q u a n trắ c khí tượng
Hiện nay thỏng tin khí tượng ban đầu nhận được từ các hệ thống:

- Mạng trạm khí tượng mật đất và cao khơng;
- Mạng trạm quan trắc trên tàu, trạm trôi và trạm neo trên biển;
- Mạng trạm vô tuyến định vị ;
- Hệ thơng khí tượng vệ tinh;
- Hệ thơng thám trác thịi tiết bàng máy bay
Ngồi ra có thơ có số liệu từ hệ thơng tên lửa và khinh khí cầu.
Các trạm khí tượng thường xuyên cung cấp số liệu dùng cho cơ quan phục vụ thời
tiết ià các trạm synỏp.
Đài trạm synỏp mặt đất và cao không là đài trạm khí tượng (mặt đất hay cao
khơng) quan trắc và cung cấp các thơng tin khí tượng về trung tâm dự báo đê lập các
bản đồ synơp. Các quan trác ị đài trạm synơp được tiến hành đồng thời trên tồn thế
giới vào các kỳ quan trắc synôp cơ bản là 0 , 6 , 12, 18 giờ (giò quốic tê - giờ GMT (GMTGreenwich Mean Time) là 1,7, 13, 19 giò (theo giò Hà Nội) và vào các kỳ quan trắc phụ
là 3, 9, 15, 21 giờ (giờ GMT) là 4, 1 0 , 16, ‘20 giò (theo giờ Hà Nội).
Quan trắc các hiện tượng khí quyển được tiến hành liên tục.
Tính ba chiếu của các chuyển cỉộng đơi lưu thơng tin khí tượng được bảo đảm nhờ
cốc thám trắc khí áp, nhiột độ, độ ẩm, tốc độ gió và hướng gió theo chiều thẳng đứng
đến độ cao 15-20km tại các đài thám khịng. Do tính biến động của các yếu tơ" khí tượng
trong khí quyển tự do ít hơn so với mặt đất nên số kỳ quan trắc cao khơng chính chỉ có
00 và 1 2 giờ GMT (hay giờ Z) và kỷ quan trắc phụ vào 06 và 18 giị.
Mỗi dài trạm synỏp ngồi những u cầu của một đài trạm khí tượng nói chung
cịn phải bảo đàm những yêu cầu như:
17


• Phái có phương tiện thơng tin nhanh chóng và bào đám tới cơ quan thời tiết trung
ương để kịp thịi chun thóng tin khí tượng để lập bản đồ synơp.
- Độ cao của đài trạm phải xác dịnh chính xác đẽ dẫn giá trị khí áp về mực biển.
• Diêu quan trọng nhất là phải có tập thể quan trác viên có kinh nghiệm và thơng
thạo quan trác bằng máy cũng như quan trắc bằng mát (quan trác lượng và dạng mây,
tầm nhìn ngang...).

• Đề đảm bảo tính đối chiếu của các tài liệu synôp điền trên bản dồ, các máy và
dụng cụ quan trác của tất cả các đài trạm trong mạng lưới tốt nhất là phái cùng loại,
được đột đúng quy cách và thường xuyên được kiểm tra đối chiếu với máy và dụng cạ
chuân mầu.
- Cuối cùng yêu cầu rất quan trọng với đài trạm synôp là phải báo đảm tính tiêu
biểu của đài trạm.
Tính tiêu biểu của đài trạm chi có thể đạt được nếu vị trí của dài trạm tiêu biểu
cho khu vực dặt đài trạm về những đặc điểm địa lý tự nhiôn sao cho những số liệu quan
trác nhặn dược phải dặc trưng cho điểu kiện thịi tiết trong tồn khu vực. Những đài
trạm nằm trong điều kiện mặt trải dưới đồng nhất (thảo nguyên, đảo hay bán đảo gần
biến v.v...) có tính tiêu biểu lớn nhất. Các đài trạm ỏ vùng dồi núi ít tiêu biểu nhất.
Riêng dối vớì một sơ đài trạm với mục đích phục vụ đặc biệt như dài trạm sân bay, hai
cảng, sườn núi... thì tính tiêu biểu của đài trạm không dật ra. Những tài liệu quan trác
của những dài trạm không tiêu biêu, đôi khi còn dược dùng như dấu hiệu báo trước cho
sự biến đổi cua thời tiết trong phạm vi tương đôi lớn (chẳng hạn như báo trước sự hình
thành của sương mù, sự mạnh lên của gió với hưỏng nhất định, sự xấu đi của thời
tiết..).
Chất lượng dự báo thòi tiết phụ thuộc nhiều vào khơi lượng và chất lượng thịng
tin khí tượng nhận được từ các dài trạm synôp. Tất nhiên, không thể phát triển vô hạn
các đài trạm synôp do những vấn để vể kinh tế, kỹ thuật. Mạng lưới synơp tối ưu phài
đầm báo tính tiêu biểu của đài trạm. Theo yêu cầu về tính tiêu biểu thi ỏ miền cỏ mật
đệm đồng nhất, khoảng cách giữa các đài trạm có thể lỏn hơn ỏ miến có mặt đệm bị
chia cắt ít đồng nhất. Với mục đích nghiên cửu và dự báo thịi tiết thì mạng lưới đài
trạm tơi ưu một mặt phái đám bâo làm sao cho sai số khi nội suy gió trị các yếu tố khi
tượng không vượt quá giới hạn cho phép, mặt khác thông tin của tất cả các đài trạm khí
tượng có the điền trên bán dổ nền của bản đồ synỏp với tỷ lệ tương ứng và bảo đảm
dể dọc.
Theo nguyên tÁc, các đài trạm synơp mặt đất có khoảng cách tối ưu không quá
100*150 km và các dài trạm trên không có khoảng cách khơng q 300 km. Trên hình
1.1 là phân bô"các đài trạm quan trác synôp mật đất và cao khơng trên tồn thế giỏi. Ta

thấy mạng lưới đài trạm khí tượng dày đặc nhất ớ khu vực Châu Ấu. Trên các dại
dương, miên cực, sa mac, cốc khu vực khó tới, khó khăn đơi với đời sống con Iìgưịi, sơ
t r ạ m t h ư a th ó t. Ố m ồ i nước d ề u có {Siạng lưới đ à i t r ạ m k h í tư ợ ng q u ố c g ia , m ộ t s ố t ro n g

đó dược chọn vào mạng lưới quốc tế, số cịn lại có ý nghía cục bộ và cung cấp số liệu lập
bán đồ bô trợ. Các đài trạm thuộc mạng lưới quốc tế khơng những truyền thơng tin khí
tượng tơi trung tâm dự báo trong nước, mà cịn truyền tới các trung tủm dự báo khu vực
và từ dó thơng tin được truyền đi trên tồn thế giỏi.


T r o n b ả n dồ s y n ô p . c á c đ à i tr ạ m k lìí tương được b iể u th ị k h ô n g th e o t ê n gọi m à
tho o b i ế u sô q u ố c tê g ồ m 5 chừ sơ T r o n g đó. h a i c h ữ sô đ a u là c h i sô k h u v ự c lớn, ba chừ
sô s a u là c h i sò c u a đ à i t r ạ m t r o n g k h u vực đó ( H ì n h 1 . 1 ) .

Bề mặt Trái ỉ)ất được chia làm 6 khu vực lớn. mồi khu vực dếu có phẩn dất hển và
vũng biến phụ cận: Châu Phi (khu vực I), Châu Á và Táy Thái Bình Dương (khu vực II).
Nỉiiin Mỹ (khu vực 111), BÁí* và Trung Mỹ (khu vực IV), Châu Ảu (khu vực V), Táy Nam
Thái Bình Dương (khu vực VI). Mật độ các trạm khí tượng đáy đặc nhất là ỏ Châu Âu,
Nam Phi, Bắc và Trung Mỹ. rất thưa ỏ Bác A, Tây Nam Thái Binh Dương, Châu Nam
Cực. Trên các đại dương sơ trạm khí tượng cịn ít hơn nhiêu và hiện nay đang được tăng
cưởng bàng các trạm khí tượng tự dộng, đó là các trạm "trơi".
Đến nay mạng lưới quan trắc khí tượng tồn cầu bao gồm hơn 9000 trạm trẽn đất
liền trong cỉó cỏ 3000 trạm synỏp bê mặt, trên 600 trạm khí tượng cao khơng và trên
600 trạm đo gió trên cao bàng vơ tun. Trên biển có 7000 trạm quan trắc trên tàu
thúy và 350 trạm quan trắc tự động, 600 trạm phao trơi theo dịng biến và cuối cùng là
hàng nghìn báo cáo thời tiết từ các chuyến bay trên khắp hành tinh. Việt Nam có 500
trạm khí tượng thúy vản, 10 0 0 diêm đo mưa phân bố ỏ đổng bằng, miền núi và hải đảo.
Ngoài nguồn số liệu và các thơng tm khí tượng thu nhận dược do quan trác mặt
dát và thám trác trên không, các trung tâm dự báo thịi tiết cịn thu nhận được các
nguồn sơ liệu khác do quan trắc trạng thái khí quyên bằng máy bay, bằng ra đa khí

tượng và bủng hệ thơng các vệ tinh khí tuợng.

K h u vực I I
ệ

Á

B ìn h D ư ơ n g .

•

4 8600-99999

— ________ aauoq-saaaa
H inh 1.1. Phàn bò các khu vực theo chỉ số các trạm synôp trên Trái Đất.
Đièm (.) là các trạm khl tượng Oưòng liền nét lá ranh giởi các khu vực trạm với chỉ sô trạm.

19


1 . 3 . 2 . 1 . T h á m t r ắ c th ờ i tiể t b ằ n g m á y b a y

Quan trác loại này được tiến hành từ các máy bay với mục đích nghiên cứu khoa
học và với mục đích đậc biệt, chủ yếu phục vụ hoạt động hàng khơng.
Thám trắc bằng máy bay có thể thực hiện dưới ba hình thức:
- Thám trắc khi máy bay ỏ độ cao nào đó và sau dó hạ cánh.
- Thám trắc theo tuyến bay thường xuyên có kết hợp với thám trác khi máy bay
lên xuống.
•
Thám trác ngay trên các máy bay bay trên các tuyển xác định (máy bay hành

khách và máy bay vận tải).
Thơng tin khí tượng thu dược từ thám trác bằng máy bay có ưu điểm là chọn dược
thòi điểm và tuyến nghiên cứu điểu kiện thòi tiết và do đó có thế liên tục theo dỏi
được tất cả các chi tiết biến đối của thòi tiết và các tin tức phù hợp với yêu cầu của
hàng khơng.
Hộ tlìơng tên lửa và khinh khí cầu khí tượng đo khí áp, nhiệt độ, gió đến độ cao
70*100km.
1 . 3 . ‘2 . 2 . T h á m t r ắ c b ằ n g th iế t b ị v ỏ tu y ế n

Những thiết bị vô tuyến không những được dùng rộng rãi trong việc truyền thơng
tin khí tượng và truyền các bàn đồ synỏp đã được các trung tâm dự báo phân tích về các
địa phương (bàng phường pháp truyền ảnh-facximin) mà còn được dùng đế quan trac
mây, giáng thuỷ, hướng và tốc độ gió; ghi nhận những hiện tượng thời tiết dặc biệt như
giơng, bão, vịi rồng. Trên cơ sở mối liên quan giữa loại nhiễu vơ tuyến và sự phóng điện
trong các cơn giông, người ta tiến hành ghi những hiện tượng điện khí quyến. Thơng tin
vể hiện tượng diện khí quyển được dùng với mục đích xác định ổ giơng và điểu chính vị
trí của front khí quyển liên quan với giông.
Quan trắc bàng thiết bị vô tuyến định vị được tiến hành với mục đích phát hiện hệ
thống mây và giáng thủy, cấu trúc của bão theo chiểu ngang cũng như theo chiều tháng
đứng. Những máy vô tuyến định vị hiện đại có khả năng phát hiện hệ thống mây và
giáng thủy trong phạm vi bán kính khoảng 500 km cách điểm quan trác, trong khi dó
tầm bao quát bàng mắt chỉ giới hạn trong phạm vi với bán kính khoảng 10 km. Quan
trác bảng vơ tuyến định vị có thể xác định được nhiều chi tiết của hộ thống mây và
giáng thủy của các loại front và của các cơn bão. về mặt nghiệp vụ, sử cỉụng vô tuyến
định vị có thê dự báo các đơi tượng di chuyển như ổ giơng, đưịng front, trung tâm bão,
vịi rồng với thời hạn cực ngắn (khoảng 2,3 giờ trước). Dự báo cực ngán có ý nghía lớn
nhất là đối vói những hiện tượng thời tiết đặc biệt nguy hiểm gây thiệt hại lớn vế người
và của cải vật chất như giơng, bão, vịi rồng.
1 . 3 . 2 . 3 .H ệ

t h ố n g vệ m ill k h i tư ợ ng

Hệ thống vộ tinh khí tượng bao gồm các vệ tinh nhân tạo Trái Đất hoạt dộng trên
những quỹ đạo khác nhau và bộ phận thu nhận sô" liệu truyền về từ vệ tinh. Cùng với
mạng lưới quan trắc mặt đất, trạm trên các đảo, mạng lưới quan trắc thám khơng và
quan trác bằng rada khí tượng, hệ thơng các vệ tinh khí tượng góp phẩn báo đám thông
20


tin vê trư ờ n g c á c y ế u tố k h í tư ợ ng tro n g k h ô n g g ia n b a c h iể u c h o c á c p h â n t íc h v ã dự
b á o thờ i t iế t ỏ c á c v ù n g k h á c n h a u t m i T r á i Đ ấ t ( H ì n h 1 .2 ). T h ô n g t in Lừ h ệ th õ n g vệ
t i n h n g à y c à n g đ ó n g v a i t r ò q u a n trọ n g tr o n g n g h i ệ p v ụ (lự h ả o thời tiết.

Thông tin vệ tinh bao gồm những thành phần sau: dạng và phân bô mây, cường độ
giáng thuỷ, đới giông hoạt dộng, nhiệt độ mặt t r á i (lưỏi và giới hạn trên cưa mây, phân
bố tháng đứng của nhiệt độ và độ ảm c ủ a khí quyến, c á c thành phần cân bằng bửc xạ
liệ thống Trái Dất - khí quyến và gidi hạn bảng và tuyết phủ. Thơng tin vệ tinh có thê
thu nhận cá ngày và dêm nhờ thiết bị vô tuyến truyền hình khoảng bức xạ nhìn thấy và
1>ức xạ hồng ngoại. Trong thơng tin khí tượng những bức anh màn mây bao phủ Trái
bất thực sự là bân dồ tự nhiên giúp ta phân tích được cấu trúc của đổì tượng synơp.
Tivn các ảnh mảy vệ t i n h thế hiộn rõ dải rnâv dạng xoáy trong xoáy thuận, màn mây
bao quanh mắt bão. hệ thống mây front nóng và front lạnh, hệ thống inâv trong chuồi
Xốv thuận và xoáy nghịch, hệ thống mây front dài hội tụ nhiệt đỏi.

Hình 1.2. Hệ thống quan trắc thời tiết hiện đại: vệ tinh từ trèn cao nhặn và chuyển vể các trung tâm

thời tiết kết quả quan trác từ các trạm trôi trên biển, tầu biến, cầu thám không, máy bay, rađa. Các
vệ tinh khác chụp màn mảy bao phu Trái Đất.

21

Hiện nay, các hộ thơng vộ tinh khí tuựng thường (ỉước phóng lên các độ cao 600,
1100*1300 và 36000 km theo quĩ đạo trịn hay hơi có dạng êlíp dọc theo vỉ tuyến (q
dạo xích đạo) hay dọc theo kinh tuyến (qui đạo cực). Vệ tinh bay theo qui đạo xích đạo
thường là vệ tinh ốn dịnh vối tốc độ quay bàng tốc dộ quay của Trái Đất và khi dó vệ
tinh như treo trên khu vực nhất định. Điều đó tạo khá nảng quan trác liên tục theo thịi
gian tất cả các hiện tượng, đặc biệt là các cơn bão trên khu vực đó. Với q đạo trịn, độ
cao của vệ tinh không thay đổi, những bức ảnh chụp sẽ có cùng tỷ lộ và khi dó khơng
cần phải hiệu chỉnh sự thay đối độ cao đốì với ảnh như trong trường hợp vệ tinh bay
theo quĩ đạo hình êlíp.
Độ cao của quĩ đạo vệ tinh phải cán cứ vào những điều kiện tôi Ưu thỏa mãn yêu
cầu vể dải bao quát và độ lớn của vật phân biệt trên ảnh vệ tinh. Kỹ thuật hiện đại tạo
khả nàng chỉ cẩn sử dụng ba vệ tinh bay theo quĩ đạo tròn (bay qua cực) ở độ cao 10 0 0 km
có thể kiểm sốt được suốt ngày đêm các cơn bão hoạt động trên đại dương thế giới.
Từ độ cao 1500 km cỏ thể chụp toàn bộ Trái Đất trong một khống thịi gian ngắn.
Sau khi thu nhận ảnh ta có thể gắn ảnh vào tọa độ địa lý và có thể sử dụng cho nhiều
mục đích khác nhau. Hiện nay, thơng tin vệ tinh khơng những có ý nghĩa to lớn vổ mật
lý thuyết mà cịn có tầm quan trọng trong thực tiễn. Điểu đó thúc đây sự hình thành
một chun ngành khí tượng mới - chun ngành khí tương vệ tinh.
1.4.

Cơ QUAN THỜI TIẾT TỒN CẦU

Cơ quan thịi tiết tồn cầu thuộc Tổ chức khí tượng thê giới (WMO-Workl
Meteorological Orgnization) thành lập năm 1967. Hệ thống này bảo đảm cho tất cà các
quốc gia thành viên WMO thơng tin khí tượng ban đầu và thơng tin đã xử lý thô rần
cho nghiệp vụ dự báo thời tiết và nghiên cứu khoa học.
Cơ quan thời tiết toàn cầu gồin ba bộ phận:
1/ Hệ thống quan trác toàn cầu gồm mạng lưới đài trạm khí tượng và cao khơng

củng như các cơng cụ thu nhận thơng tin khí tượng.
2/ Hệ thống xử lý số liệu toàn cầu gồm các trung tâm khí tượng có chức năng xứ lý.
quản lý và lưu trữ số liệu khí tượng đó là ba Trung tâm chính ở Matxcơva, Washington
và Melbourne.
3/ Hệ thơng truyền tin khí tượng tồn cầu có nhiệm vụ trao đơi sô liệu quan trác
và tài liệu đà xử lý.
1.5.

HỆ THỐNG TRUYỀN TIN TỒN CẦU

Hệ thống này có chức nồng thu nhận số liệu quan trác, truyền và trao dôi thông
tin khí tượng đã xử lý giữa các trung tâm thời tiết lớn.
Hệ thống truyền tin toàn cầu được tổ chức thành ba cấp cơ bản:
- Hệ thống truyền tin toàn cầu với các hệ thống khu vực.
* Hệ thống truyền tin khu vực;
* Hệ thống truyền tin quốc gia.
22


Hệ thơng truyền tin tồn cầu có Iihiệm vụ báo đầm trao đối nhanh và chính xác
các sơ liệu quan trác cần cho phân tích và dự báo trong quy mõ tồn cầu cùng như trao
đỏi thơng tin với các trung tám xử lý số liệu. Theo hệ thống này có thế truyền thơng tin
theo mọi hưởng trên tồn cáu. Trung tâm truyền tin khu vực là hệ thống liên hệ báo
đám thu nhận và truyền thơng tin khí tượng trong khu vực, trao đôi và truyền thông
tin (lã được xử lý cho các trung tâm trong khu vực và trung tâm kế cận.
1.6.

NGUYÊN TẮC c ơ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÁN TÍCH SYNƠP

Nhiệm vụ của phương pháp phân tích synơp là xuất phát từ sự phân bỏ* trong khí

qun của các vếu tị khí tượng cơ bàn (được điển trên bán đồ svnơp) phát hiện vị trí,
tính chất và chuyên dộng cua các đối tượng synôp cơ bản: khối khí, front và các xốy
(nhiều dộng khí quyển). Phần tích hệ thông các bản đồ synôp theo thời gian nhàm mục
đích: từ vị trí và tính chất của các đối tượng synỏp nêu trên trong thời gian đã qua và
trong hiện tại đế dự đốn vị trí và tính chất của chúng trong tương lai, nghía là thực
lìiện được dự báo hình thế svnơp. Trên cơ sớ dự báo hình thô synôp để tiến tới dự báo
điểu kiện thời tiết cần cho thực tiễn.
Mục đích của phân tích synơp chi có thê dạt được khi phân tích synơp được tiến
hành trên cơ sơ các quy luật vật lý và phải cỏ tính tống hợp. Phân tích synơp khơng chi
giới hạn trong việc mô tả, hệ thống các hiện tượng mà phải tìm được nhùng mối tương
quan vật lý giữa các hiện tượng và đế cuối cùng tìm ra nguyên nhân của chế độ thời
tiết. Việc phát hiện vị trí và tính chất của các đối tượng synơp khơng chỉ dựa vào một
yếu tố khí tượng nào dó mà phải xem xét nhửng yếu tố này trong thê tống hợp tuân
theo những mối liên quan vật lý giữa chúng.
Khi phân tích hình thế synơp, dự báo viên phải tn theo một cách chặt chẽ 5
nguyên tíic sau:
1 . Nguyên tắc đối chiếu.
2. Nguyên tắc tiôu biểu.
3. Nguyên tác lôgich vật lý,
4. Nguyên tắc lịch sử liên tục.
5. Nguyên tác ba chiều.
Ta lần lượt xét thực chất của nhũng nguyên tắc này.
1.6.1« Ngun tắc đối chiếu
Đẽ có thơ xác định vị trí, tính chất và sự di chuyển của các đối tượng synơp, trước
hỏt ta phải nhìn bao qt trên bản đồ thời tiết, đối chiếu, so sánh các yếu tố khí tượng
theo không gian cùng như thời gian. Trên cùng một bản đồ ta phái đơì chiếu so sánh:
*Giá trị của một yếu tố khí tượng nào đó trên các trạm khác nhau.
• Giá trị của những yếu tỏ khí tượng khác nhau trên cùng một đài trạm.
- Giá trị của những yếu tố khí tượng khác nhau trên các đài trạm khác nhau.
Việc đối chiếu, so sánh dôi với giá trị tức thời trôn một bản đồ thùi tiết nào đó,

cùng như đối với những giá trị kế tiếp nhau trên nhừng bản đồ lập thứ tự theo thòi
gian. Chàng hạn, khi vẻ các dường đẳng áp chúng ta không những chỉ đối chiếu so sánh


cốc giá trị khí áp của các đài trạm mà cịn tính đến hướng và tốc độ gió ị các đài trạm
đó; khi xác định vị trí và tính chất của front ta phải đối chiếu, so sánh giá trị của hàng
loạt các yếu tố khí tượng như: nhiệt độ, gió, mây, độ ẩm, giáng thủy, khuynh hướng khí
áp trên từng đài trạm cùng như trên một loạt các đài trạm. Tất nhiên ta không thê đôi
chiếu, so sánh một cách chi tiết tất cả các yếu tố khí tượng tại tất cả các trạm. Việc này
không thực hiện được do thịi gian phân tích để dự báo có hạn, mặt khác thực tế các yếu
tố khí tượng chỉ cỏ sự đột biến trong một khu vực nhất định, chẳng hạn dọc theo front,
tại khu vực giông, bão... Nên nhớ rằng trên một phạm vi lớn trong một khối khí bao
quát hàng loạt đài trạm đặc tính thồi tiết đồng nhất.
Đối chiếu, so sánh giá trị các yếu tơ" khí tượng của một hay nhiểu đài trạm trên
nhửng bản đồ lập kế tiếp nhau ta sẽ phát hiện được quy luật di chuyển và phát triển
của các đối tượng synỏp cơ bản.
Khi phân tích các bản đồ cần nhìn bao qt một lượt và nếu có khái niệm vê q
trình khí quyển phát triển trưốc đó ta sẽ dễ dàng xác định dược những khu vực đặc biệt
cần chú ý đó là khu vực trung tâm của xốy thuận, xốy nghịch, khu vực có front đi
qua, ở những khu vực này dự báo viên phải tập trung chú ý, so sánh, đối chiếu chi tiết
giá trị của các yếu tố khí tượng.
1.6.2« N gun tắc tiê u biểu
Như ta đã biết, các q trình synịp phát triển trên một phạm vi rộng lớn nhưng
khi phản tích chúng ta chỉ có thể cốn cứ vào sô' liệu của từng đài trạm khí tượng. Chính
vì vậy các đài trạm cung cấp thơng tin synơp càng có tính tiêu biểu cho một khu vực
càng rộng lớn càng tốt. Trong trường hợp lý tương, khoảng không gian giữa các đài
trạm đều được sô" liệu của các trạm tiêu biểu thể hiện rõ trạng thái khí qun và khơng
điểm nào trên bản đồ ta khơng biết được trạng thái khí quvển. Thực tế, mức độ tiêu
biểu của các đải trạm khí tượng khác nhau do ảnh hưởng của đặc điểm mặt trải dưới
(đồi núi, sông hồ, mặt biển). Các trạm đồng bằng, trên đại dương có tính tiêu biểu lớn

hờn là các trạm ở miền đồi núi và ở s â u trong lục địa đo ảnh hưòng đồng nhất c ủ a mặt
trải dưới miền đồng bằng và đại dương.
Trong một sô" trường hợp, từng yếu tố khí tượng cũng ít có tính tiêu biểu. Chảng
hạn, nhiệt độ lớp khơng khí sát đất chịu ảnh hưởng lớn của sự khác biệt mặt trải dưới
và trong trường hdp đó rất khó xác định vị trí của các khổì khí căn cứ vào tính nhiệt.
Cũng có thể các kỳ quan trác có tính tiêu biểu khác nhau. Chảng hạn nìùa đỏng số liệu
kỳ quan trác buổi sáng ít tiêu biểu hơn kỳ quan trắc buổi trưa. Điều đó là do phát xạ
ban đêm san bằng sự khác biệt nhiệt độ giữa các khơi khí. Đối vói tính bất ổn định của
khối khí thì căn cứ vào số liệu kỳ quan trắc buổi sáng dễ nhận ra khối khí ổn định, cịn
số liệu kỳ quan trắc ban ngày sẽ dễ phát hiện khối khí bất ổn định.
Khi tiến hành phân tích synơp, dụ báo viên phải đặc biệt chú ý đến tính tiêu biểu
của các trạm khí tượng đế từ đó có nhận định tổng quát về trạng thái khí quyển ỏ các
khu vực khác nhau. Mặt khác, dự báo viên phải phân biệt được sự khác biệt của yếu tố
khí tượng ở các trạm do ít tính tiêu biêu và sự khác biệt do chính các q trình synơp
gây nên (sự khác biệt nhiệt dộ trong các khơi khí, đổi hướng gió khi có front đi qua
trạm), vỏi quan điểm đó dự báo viên rất cần nắm vững đặc điểm địa lý tự nhiên của
mạng lưới đài trạm synôp.
24


1.6.3. N g u y ên tắ c lôgich vật lý
Kết quả phan tích synơp phái dẫn tới việc giài thích ngun nhân các q trình
s y n ị p . N h ử n g k ế t l u ậ n (ió p h a i p h ù hợp với c á c q u y l u ậ t v ậ t lý q u y đ ị n h c á c q u á t r ì n h

dó. Các đối tương synơp cơ ban: front, khơi khí và xốy di chuyến, phát triển và tương
tác với nhau theo những quy luật vật lý nhất định (quy luật nhiệt dộng lực học, động
học, tình học...). Nhúng kết quả phân tích trái với các quy luật đó tất nhiên là những
kết quá sai.
ChAng hạn, trong khối khí ổn định thì mây dạng tầng phái (lặc trưng trên tồn bộ
khơi khí. Trong khối khí đó có giơng thì hoặc có thê sơ" liệu quan trác sai hoặc có thê do

đặc* điếm địa phương: giơng địa hình hay trạm ớ gần front lạnh. Các đôi tượng svnôp cơ
ban di chuyển tịnh tiến vói một tốc độ nhất định. Các đối tượng này không tự nhiên
xuất hiện hay mất di, sự xuất hiện một đối tượng mới không có liên quan với đối tượng
cù trơn bán đồ chửng tỏ phán tích của ta có thể sai, nhưng cùng có thê trên thực tế xuất
hiện đối tượng synỏp mới. Theo dõi các bức ảnh mây vệ tinh liên tiếp theo thòi gian ta
(lễ dâng phân biệt dược front vần tổn tại và front mới xuất hiện trong trường hợp
trường mây front biỏu hiện rị. Cuối cùng, phản tích synỏp phái gán liền với dặc diêm
hồn lưu chung khí quyến trong mùa. Đặc trưng thế hiện ớ sự sáp xếp các trung tâm
tác dộng của khí quyên (các trung tâm cao áp và thấp áp trung bình nhiều nàm), các
dịng và các khỏi khí cơ bán. Phải phân tích các dối tượng synơp như là một khâu trong
hồn lưu chung khí quyển vì chúng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.

1.6.4. N g u y ên tắ c lịch sử liên tụ e
Các đối tượng synôp di chuyển và phát triển trong khoảng thịi gian nhất định.
Hình thế synơp hiện tại chính là kết quả phát triển của các hình thế synơp dà qua.
Chính vì vạv phân tích synơp vừa phải có tính lơgich vật lý, vừa phái đảm bảo tính lịch
sứ lien tục.
Trước khi bát tay vào phân tích bản dồ hiện tại, (lự báo viên phai chú trọng dến
các bán đồ của các kỳ quan trác trước để nhạn biết hình thế synơp dã qua và xu hướng
phát triển tiếp theo. Khi phân tích bản đồ hiện tại dự báo viên dỗ dàng phát hiện dược
rác sai sót của sơ liệu trơn bân dồ hiện tại và bơ sung cho phân tích các bân đồ đă qua.
Làm như vậy dự báo viên sò tiết kiệm được thời gian và tránh được nhửng sai lẩm lớn
trong phán tích hình thế synỏp mới. Tốt nhất là dự báo viên chính bảo đảm những
những khâu phân tích chú chốt liên tục trong nhiều ngày đêm liến nhàm đảm bảo tính
lịch sứ liên tục của các phân tích synơp.

1.6.5. N g u y ên tắ c ba c h iề u
Các dôi tượng synôp cơ ban là những thực thể phát triển theo cả ba chiều. Bân đồ
thời tiết mặt đất (trừ mây) chỉ cho ta hình dung trương nhiệt, áp, ẩm của lớp khơng khí
gần mặt đất. Các bản đồ hình thế khí áp trên cao và các mặt cat sẽ cho ta hình dung rõ

nét về sự phát triển của khối khí. front và xốy thuận theo chiểu cao. Front khỏng thẽ
chi là một dường trôn bán đồ mà phái được hình dung như một lớp chuyển tiếp có độ
nghiêng nhất định. Xốy thuận có độ nghiêng trong giai đoạn trẻ và khi cường độ còn
mạnh. Bân thân trường khí áp cùng có sự biến dối lớn theo chiều cao khi trường nhiệt
25


theo chiểu ngang không đồng nhất. Đối VỚI những khu vực khơng có số liệu cao khỏng
ta có thê căn cử vào một số hiện tượng ỏ mật đất đô suy luận vế trạng thái của lóp
khơng khí trên cao. Những sô" liệu gián tiếp cơ bản nhất là dạng và chun (lộng của
mây, tầm nhìn xa, khuynh hướng khí áp, độ giặt của gió. Dạng mây cho ta bÀnp chứng
về sự ơn định của khối khí, vê lớp nghịch nhiệt, độ cao mực ngưng kết và vể các quá
trinh liên quan với front và đặc trưng của front đó. Tâm nhìn xa và độ giặt của gió có
liên quan với độ ơn dịnlì của khơi khí. Khuvnh hướng khí áp chí sự thay thế của khơi
khí có tích nhiệt khác nhau ỏ trên cao khi phân tích synơp, dự báo viên cần sử dụng các
tài liệu bản dồ và m ặt cát đế có hình dung đầy đủ nhất về các đối tượng synôp như
những vật thể ba chiều nhơ trong thực tế của bán thân chúng.
1.7.

NHỮNG HẠN CHẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SYNƠP

Phương pháp phân tích synơp (gọi tát là phương pháp synơp), ban dầu
pháp phân tích khí áp và từ khống năm 1920 tối nay là phương pháp phân
Phương pháp phân tích front đã được hồn thiện dần, đã chứng minh tính
của nó trong hơn một th ế kỷ qua và hiện là phương pháp chủ yếu, có hiệu
nghiệp vụ dự báo thời tiết.

là phương
tích front.
dúng đán

quả trong

Tuy nhiên, phương pháp synơp có một sơ" m ặt hạn chế nhất định. Trước hét là do
tính phức tạp a các q .trình khí quyến, sau đó là do tính hạn chế cua bán t h â n các
bán đổ synơp, cống cụ chính của phương pháp synơp.
Khi nghiên cứu các q trình khí quyến bằng các bản dồ synơp, trước hêt ta tìm
những mơi liên quan vật lý giữa các mặt khác nhau của một quá trình, mối liên quan
giữa các quá trình khác nhau hoặc mối liên quan giữa các q trình dó vỏi những nhân
tố bên ngồi ảnh hướng đến q trình và sau dó giải thích những hiện tượng quan trắc
dược bằng những quy luật vật lý. Do tính phức tạp và ngẫu nhiên của các q trình
synơp, thực tế việc phân tích chúng một cách chi tiết và toàn diện rất khỏ khán và các
quy luật khí tượng động lực học chú yếu chỉ được sử dụng một cách định tính. Nhiều
kết luận định tính gần đây dà được thay thế bằng những tinh tốn định lượng. Đóng
thời, phương hướng dự báo thịi tiết bàng phương pháp số trị dựa vào việc giai hệ các
phương trình thúy động và nhiệt dộng đang khẳng định nhiều m ặt ưu việt, nhất là tính
khách quan của phương pháp dự báo. 0 một số nước cốc bản đồ dự báo hình thế khí áp
từ mực 850 mb trỏ lên được lập bằng phương pháp số trị.
Mặt hạn chế thứ hai của phương pháp synơp là tính gián đoạn của các bản đồ
synôp trong không gian và theo thịi gian. Như ỏ trơn dà nêu 1*0 , trong khí tượng synơp
ta chú trọng đến các* q trình và các trường yếu tơ khí tượng tron quy mỏ lớn. Trường
các yếu tỏ khí tượng này (chang hạn trường áp, trường nhiệt, trường £10), được coi là
trường liên tục, không rời rạc. Thực tế, các bản đồ synôp chỉ cho sơ liệu của trường yếu
tơ khí tượng rịi rạc tại các trạm cách nhau khoang 100-150 km hay hơn nữa. Các quan
trác khí tượng tại các trạm khơng nhũng khơng trùng chập lơn nhau mị cịn bỏ trơng
một phần khống khơng gian nằm ngồi phạm vi tiêu biểu của các dài trạm. Theo
chiểu cao, các thám trắc chỉ được tiến hành tỏi độ cao 20*25 km và các bản dồ hình thè
khí áp cùng chi lập cho những một đẳng áp chuẩn. Trạng thái khí quyển ờ tầng cao hon
và giữa các mạt đang áp chuẩn không dược thế hiện trên các bản đồ synôp. Nếu ta biết
26

ỉ;mj.r lừ ỉìiặt dal chỉ quan trắc 10*20% màn mây bao quanh Trái Đất, mạng lưới trạm
khi uíọng ờ trẽn các đại dương, các sa mạc, núi cao và các vùng cực rấ t thưa thổt thì sẽ
CÌIHỊĨ rị tính gián đoạn theo không gian của các bản đồ synôp. Ngày nay các bức ánh
ruày vộ tinh va các tài liệu thu nhận từ vệ tinh khí tượng cho ta một sô trường liên tục
như t rường mây. trương n h i ệ t v.v... đà khác phục mộ t p h ầ n h ạ n c h ế này.

Như ta dà biết, các bản đồ synôp được lập bơYi lần trong một ngày, cịn các bản đổ
khu vực và bán đồ bố trự được lập nhiều gấp dôi, trên thực tế là vẫn có sự gián đoạn về
mật thời gian Sự gián đoạn vê m ặt thời gian như vậy khơng khỏi gây khó khăn cho
việc theo đỏi diễn biên cúa các q trình synơp, đặc biệt là đơi vói những q trinh xảy
r» trong thời gian ngăn như vịi rồng hoặc bão quy mơ rấ t nhỏ v.v... Thời gian hình
th/inh và plìát triển của các hệ thống thịi tiết đó có thể lọt vào khoảng thịi gian giửa
car kỳ quan trác synôp và không được phản ánh trên bản đồ. Đê khác phục mặt hạn
chỏ nàv. trong nghiên cứu synôp và nghiệp vụ dự báo thời tiết người ta coi trường yếu
tỏ khí tượng là liên tục và chỉ gián đoạn khi qua các front khí quyển. Trên cơ sở quan
diem này người ta đùng phương pháp nội suy và ngoại suy theo không gian, thời gian
và plìán tích bản đồ bàng họ các đường dáng trị vối những khoảng trị ỒÔ khác nhau
tương ứng VỚI từng yếu tố khí tượng (chẳng hạn qua 5hPa; 2,5hPa; 2hPa... đối với
trường áp, qua 1-2UC dôi với trường nhiệt). Ngồi ra, mạng lưới trạm khí tượng mặt đất,
trạm cao khơng và trạm quan trắc mây bang rađa khí tượng đă lấp bớt những khoảng
trống thiếu sô liệu trên bán đổ.
Hơn chục năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học vũ trụ, hệ thơng vệ
tinh khí tượng bát đầu hoạt dộng và ngày càng hoàn thiện đã đem lại những sơ" liệu
quan trác khí tượng rất q giá và có ảnh hưởng lớn trong q trình hồn thiện phương
pháp svnôp. Từ nám 1965, lần đầu tiên trong lịch sử khí tượng con người có khả năng
quan sát màn máy gần như đồng thời trên toàn bộ bể m ặt Trái Đất và thu thập những
sỏ liệu vê gió, nhiệt độ ỏ những nơi khơng có quan trắc m ật đất hay đài trạm thưa thớt.
Dưới óng kính máy truyền hình của hệ thơng vệ tinh khí tượng các cơn bão được theo
dõi. giám sát chặt chẽ từ khi hình thành cho đến khi tan rã. Hiện nay những tấm ảnh

màn mây vệ tinh thực sự trở thành tài liệu không thể thiếu được trong nghiên cứu
synỏp và nghiệp vụ dự báo thời tiết. Nhiều mơ hình ]ý thuyết về xoáy, front, hệ thống
mây front, hộ thống mây dạng xoáy trong báo đã được minh chứng băng những ảnh
mây toàn cành Trái Đất do vệ tinh chụp cách Trái Đất khống vài vạn km.
Phương pháp synơp hiện đại với việc sử dụng thơng tin khí tượng ngày càng phong
phú trên cơ sở những thành tựu kỹ thuật hiện đại, kể cả vệ tinh khí tượng, được sự hỗ
trự của những phương pháp số trị, phương pháp thống kê vật lý vẫn chiếm vị trí trọng
yêu trong nghiệp vụ dự báo và nghiên cứu thòi tiết, ở miên nhiệt dới, nơi hệ thửc dịa
chuyến không thực hiện tốt và quan hộ giữa trường áp và trường gió khơng chật chẽ
như ỏ miền ỏn đới, phương pháp sô* trị đang trong giai đoạn thử nghiệm và phát triển.
Tại khu vực này, phương pháp synơp với sự coi trọng phân tích trường dòng và sử dụng
các tài liệu bò trợ như m ặt cắt không gian và thời gian cũng như vận dạng những hiếu
biết ngày càng sâu sắc và toàn diện về sự hoạt động của gió mùa, cao áp cận nhiệt, bão
nhiệt dới v.v... thực tê đang là phương pháp dự báo, nghiên cứu thịi tiêt có hiệu quả,
dáng tin cậy và dang được tiếp tục hoàn thiện.

27