Website: Email : Tel : 0918.775.368
Chơng I. Tổng quan về dông
1.1. Hiện tợng dông.
Dông là hiện tợng liên quan với mây tích đối lu cho ma rào, gió giật rất mạnh có
hay không có sấm, chớp (Doswell, 1993). Dông là hiện tợng khí tợng đợc đặc trng bởi
sự phóng điện do quá trình tích điện trái dấu giữa phần trên và phần dới của một đám
mây vũ tích hoặc giữa các đám mây vũ tích với nhau hay với mặt đất.
Dông là hiện tợng thời tiết quy mô vừa, có tiềm năng và sức tàn phá mạnh. Dông
có thể phát triển đến mức rất mạnh. Khi đó, dông có thể kèm theo một trong các hiện t-
ợng sau:
Ma lớn và lũ quét, ma đá và còn có thể kèm theo sấm sét.
Vòi rồng: đợc xác định là một cột xoáy lên cao của không khí, đờng kính có thể từ 5
đến 100 m. Cột xoáy này thờng gắn với đám mây vũ tích có sức tàn phá lớn ở mặt đất.
Gió giật, dòng giáng (downburst, microburst)
Dông mạnh chỉ chiếm khoảng 10% tổng số dông xảy ra nhng mức độ thiệt hại
của nó lại chiếm đến 90%.
1.2. Phân loại dông.
Thông thờng ngời ta chia thành hai loại ổ dông:
Dông thờng:
Là loại ổ thờng chiếm u thế nhất.
Hình thành trong môi trờng có tốc độ dòng thăng yếu.
Thờng xảy ra với nhiều ổ dông tơng tự nhau.
Tồn tại trong vòng 1 khoảng giờ.
Có thể gây ra thời tiết nguy hiểm trong thời gian ngắn.
Dông đa ổ:
5
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Là nhóm mây có sắp xếp gồm 2 ữ 6 ổ dông thờng.
Tồn tại trong thời gian dài.
Môi trờng sắp xếp đảm bảo cho dòng đi vào của dông ở mực dới khá mạnh và
tạo front hội tụ gió giật thờng ở phía trái dòng theo hớng di chuyển dẫn tới sự phát triển

của ổ dông mới.
Thờng gây ra thời tiết nguy hiểm.
Dông siêu ổ:
Hình thành trong môi trờng có tốc độ dòng thăng lớn.
Xuất hiện dòng thăng quay theo chiều xoáy thuận (xoáy quy mô vừa).
Thờng tách ra các ổ đơn.
Tồn tại trong vòng 1 ữ 2 giờ.
Hầu nh thờng xuyên gây ra thời tiết nguy hiểm.
1.3. Các giai đoạn phát triển của ổ dông.
Dông đơn ổ gồm một hay nhiều ổ dông trong các giai đoạn phát triển khác nhau.
Loại dông này gây ma không lớn và ít gây tàn phá. Theo Auer (1991) dông đơn ổ có
môi trờng với thế năng có khả năng đối lu (CAPE) và độ đứt gió thẳng đứng trong lớp
từ mặt đất đến độ cao 6 km nhỏ hơn hay bằng 15 kts.
Sự phát triển của ổ dông có thể chia làm 3 giai đoạn theo tốc độ và hớng của
chuyển động thẳng đứng (hình 1.1).
Hình1.1. Các giai đoạn phát triển của ổ dông đơn ổ
6
Website: Email : Tel : 0918.775.368
1. Giai đoạn tháp mây Cu (hay Cu congestus) - đặc trng bởi dòng thăng với tốc
độ 5 ữ 10m/s trong toàn bộ mây. Dòng khí bốc lên cao hội tụ vào ổ dông đang phát
triển từ mấy km xung quanh. Tốc độ dòng thăng 10m/s tại mực 5 km. Dòng hội tụ
trung bình có giá trị 2.10
-3
s
-1
. Trong khi đó hội tụ quy mô mỏng chỉ 10
-6
s
-1
nh vậy cần

có cơ chế thúc đẩy sự hội tụ này. Cũng nh cơ chế địa phơng (hay cơ chế quy mô vừa) cơ
chế thúc đẩy này có thể chính là chuyển động đối lu. Trong giai đoạn này có sự tập
trung ma hay băng (hoặc cả hai) trong dòng thăng phía trên mực băng kết. Nhiễu rada
đầu tiên xuất hiện gần mực băng kết. ít khi thấy chớp trong giai đoạn này.
2. Giai đoạn trởng thành - đặc trng bởi sự phát triển của cả hai dòng thăng và
dòng giáng ít nhất là trong phần dới của ổ dông. Giai đoạn này bắt đầu khi ma bắt đầu
rơi từ chân mây. Dòng thăng có thể phát triển tiếp và đạt cờng độ cực đại ở phần trên
mây với tốc độ vợt quá 25m/s. Vợt quá mực cân bằng dòng thăng phân kỳ và toả ra
trong phần mây hình đe. Tuỳ thuộc vào cờng độ dòng thăng đỉnh mây do chuyển động
quán tính có thể xuất hiện vợt quá đỉnh mây hình đe.
Ma đợc xác định bởi cỡ của hạt nớc hay hạt băng, chúng có thể lớn lên và nhiều
đến mức dòng thăng không giữ đợc chúng lơ lửng trong mây. Tuy nhiên, ma không thể
hình thành trong dòng thăng và rơi xuống đất mà là trong dòng giáng. Dòng giáng cùng
với ma xảy ra theo hai hớng: ma sát do các hạt ma và lạnh đi của không khí cha bão
hoà do bốc hơi các hạt mây và hạt ma. Dòng thăng và dòng giáng đạt cờng độ cực đại
chớp thờng có tần suất lớn nhất trong suốt ổ dông, ma mạnh nhất, cờng độ nhiễu rada
cực đại và đỉnh mây ở cao nhất.
3. Giai đoạn tan rã - giai đoạn trởng thành của dông thờng không kéo dài vì môi
trờng của loại dông này không có khả năng duy trì dòng thăng của dông hay phát triển
nhanh một dòng thăng mới. Dòng giáng đi ra ở mực dới mở rộng và cắt chân dòng
thăng, cắt nguồn không khí nóng ẩm. Điều đó là do dông không di chuyển kịp front gió
giật của nó và giữ không khí lớp biên nóng ẩm mà không có nguồn cung cấp ẩm và lực
nổi, dòng thăng không thể duy trì và nhanh chóng giảm yếu. Ma trong dông giảm, mặc
dù ma vẫn còn duy trì dòng giáng yếu dần. Sau đó, giai đoạn tan rã của dông đợc thống
7
Website: Email : Tel : 0918.775.368
trị bởi dòng giáng. Các hạt ma còn sót lại có thể bổ sung thêm những phần tử mây trong
dòng giáng. Sau khi ma tạnh phần mây hình đe còn giữ lại dấu vết của ổ mây dông sau
đó cũng mất đi do quá trình thăng hoa.
1.4. Những điều kiện hình thành và phát triển của mây dông.

Một vài điều kiện cho sự phát triển của mây dông:
Hội tụ của không khí mực thấp.
Các đới gió thổi vào địa hình.
Sự phân kỳ khối lợng trên cao.
Độ đứt gió theo chiều thẳng đứng cũng là một nhân tố động lực quan trọng giúp cho
sự phát triển mạnh mẽ của khối mây dông. Khi độ đứt theo chiều thẳng đứng không lớn
thì mây dông thờng không phát triển mạnh hoặc không thể thành các dông đa ổ có sắp
xếp hoặc dông mạnh siêu ổ.
Những điều kiện phù hợp tạo thành độ bất ổn định lớn trong khí quyển thuận lợi
cho sự hình thành và phát triển của mây dông thờng là tổ hợp phức tạp của nhiều nhân
tố cùng tác động. Nếu tách biệt riêng ra từng nhân tố thì có thể xếp chúng thành hai
loại: những nhân tố nhiệt lực và những nhân tố động lực. Tuy nhiên, chúng ta phải nhấn
mạnh rằng, các nhân tố đó không khi nào tác động một cách độc lập và không phải lúc
nào ta cũng có thể dễ dàng xếp chúng vào loại nhân tố nhiệt lực hay nhân tố động lực.
1.4.1. Những điều kiện nhiệt lực.
Trong khí quyển, nhiệt và ẩm là hai đại lợng vật lý có quan hệ mật thiết với
nhau: nhiệt càng cao thì khả năng tàng trữ hơi nớc trong không khí càng lớn, ngợc lại
không khí càng giàu hơi ẩm thì lợng nhiệt tiềm ẩn trong nó (tiềm nhiệt) càng nhiều.
Tiềm nhiệt này sẽ đợc giải phóng khi hơi nớc chuyển pha sang thể lỏng hay từ thể lỏng
sang thể rắn và ngợc lại. Vì vậy, khi xem xét các điều kiện nhiệt lực của khí quyển thì
cả nhiệt và ẩm đều phải đợc xem xét đồng thời trong mối quan hệ hữu cơ với nhau vì
tiềm nhiệt của nớc lớn hơn nhiều so với hiển nhiệt nên không khí ẩm tàng trữ một
8
Website: Email : Tel : 0918.775.368
nguồn năng lợng nhiều hơn hẳn không khí khô. Nói khác đi, ẩm bao giờ cũng có vai trò
đặc biệt quan trọng trong các vấn đề nhiệt lực khí quyển.
Những điều kiện nhiệt lực thuận lợi cho sự hình thành và phát triển của mây
dông:
Lớp ẩm dày trong không khí sát mặt đất: trong lớp khí quyển sát mặt đất có một l-
ợng hơi nớc cần thiết, đủ để cho độ cao mực ngng kết (LCL) và mực đối lu tự do (LFC)

tơng đối thấp. Có nh vậy thì thế năng ngăn cản đối lu (CIN) mới không lớn. Trong điều
kiện nớc ta, độ cao thích hợp của LCL khoảng 300 ữ 600 m, của LFC khoảng 1000 ữ
1800 m, trên bề mặt lúc 7h sáng T
d
20
0
C, e 15g/kg.
Lớp ẩm phải có bề dày cần thiết, đảm bảo một trữ lợng hơi nớc với tiềm nhiệt đủ lớn
cho quá trình phát triển của mây dông. Thông thờng, bề dày lớp ẩm cần thiết là 500 ữ
1000 m hoặc tốt hơn là 1000 ữ 1500 m. Khi mây dông hình thành và phát triển, lớp ẩm
tầng thấp dày sẽ bảo đảm cho dòng siết cuốn hút không khí nóng ẩm vào đám mây
dông đợc mạnh mẽ và liên tục. Nh vậy, dòng thăng trong mây dông mới đợc nuôi dỡng
để phát triển không ngừng và duy trì bền vững. Nói cách khác, tiềm nhiệt của lớp ẩm
tầng thấp này chính là nguồn năng lợng chủ yếu để khối mây dông có thể hình thành.
Cần nhớ rằng, lớp ẩm chủ yếu phải nằm trong khí quyển tầng thấp. Nếu các lớp khí
quyển cao hơn mà ẩm hơn khí quyển tầng thấp thì đối lu ban đầu dù có thể đợc hình
thành vì một nguyên nhân nào đó rồi cũng sẽ không thể duy trì và phát triển đợc. Bởi vì
nh chúng ta đã biết, không khí ẩm thăng lên đoạn nhiệt, nhiệt độ của nó sẽ giảm ít hơn
so với không khí khô
d
<
w
.
Lớp ổn định ngăn chặn nằm trên lớp ẩm mực thấp có tác dụng tạo sự ổn định ban
đầu, ngăn cản sự phát tán của hơi nớc lên các lớp trên cao. Đó là lớp khí quyển có tầng
kết ổn định ẩm. Nếu lớp ngăn chặn yếu dễ bị phá vỡ thì hơi ẩm cha tích luỹ đợc đủ đã
bị phá tan dần lên các tầng cao.
9
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Tầng kết của khí quyển phải đảm bảo độ bất ổn định ẩm

d
< <
w
tồn tại một lớp
dày, từ bên trên mực LFC, để cho giá trị của thế năng gây đối lu CAPE luôn dơng và đủ
lớn, thúc đẩy dòng thăng phát triển tới độ cao lớn.
1.4.2. Những điều kiện động lực.
Những nguyên nhân động lực đợc tạo ra do kết quả chuyển động của không khí.
Các nguyên nhân động lực tác động đến quá trình hình thành và phát triển của mây
dông thông qua ảnh hởng của nó tới chuyển động thăng giáng trong đám mây dông và
tới việc làm thay đổi điều kiện nhiệt ẩm liên quan đến hoạt động của dông.
1.5. Sử dụng chỉ số bất ổn định của khí quyển để dự báo dông.
Khả năng đối lu của môi trờng có thể đợc biểu diễn bằng số đơn trị đợc gọi là
chỉ số bất ổn định. Chỉ tiêu bất ổn định của khí quyển có thể đợc dùng để dự báo dông.
Một số chỉ số dự báo dông đợc xác định bằng cách dùng tổ hợp các đại trng T, Td, ,
e
,
w
, r , v.v... tại các mực áp suất khác nhau. Xây dựng các chỉ số và tổ hợp các chỉ số
để dự báo dông mang lại kết quả dự báo cao, các chỉ số có thể tính toán từ kết quả của
các mô hình dự báo thời tiết nh ETA Sau đây chúng ta bàn về 3 chỉ số để dự báo
dông đó là: chỉ số TT , chỉ số KI , chỉ số Boyd.
1.5.1 Chi số Boyd
Công thức toán học của chỉ số Boyd:
Boyd = 0.1(Z
700
Z
1000
)- T
700

-200
Trong đó:
Z
700
là độ cao địa thế vị ở mực 700 mb
Z
100
là độ cao địa thế vị ở mực 1000 mb
T
700
là nhiệt độ tại mục 700
Chỉ số Boyd mô tả profile nhiệt độ thẳng đứng giữa mực 1000 và mực 700mb
1.5.2. Chỉ số KI:
10
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Công thức toán học của chỉ số KI:
KI = (T
850
-T
500
)+T
d850
-(T
700
T
d700
)
Trong đó:
T
850

là nhiệt độ tại mực 850 mb
T
500
là nhiệt độ tại mực 500 mb
T
700
là nhiệt độ tại mực 700 mb
T
d850
là nhiệt độ điểm xơng tại mực 850 mb
T
d700
là nhiệt độ điểm xơng tại mực 700 mb
1.5.3. Chỉ số TT:
Công thức toán học của chỉ số TT:
TT = T
850
T
500
+T
d850
-T
500

Trong đó:
T
850
là nhiệt độ tại mực 850 mb
T
500

là nhiệt độ tại mực 500 mb
T
d850
là nhiệt độ điểm xơng tại mực 850 mb
CHƯƠNG II. mô hình eta và tính toán các chỉ số dông
theo mô hình eta
11
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Mô hình khu vực hạn chế ETA do Trờng đại học Belgrade v viện Khí t ợng
Thuỷ văn Federal-Belgrade cùng với Trung tâm Khí tợng Quốc gia Mỹ xây dựng,
nó đợc áp dụng cho đối tợng đặc biệt l khu vực có địa hình núi. Mô hình liên tục
đợc thay đổi thông qua các hội thảo h ng năm của các chuyên gia về mô hình trên
thế giới đang sử dụng ETA. Mô hình ETA hiện nay đợc NCEP cải tiến trở th nh
một trong các mô hình số trị chạy nghiệp vụ dự báo ngắn hạn tại Mỹ. Trên thế giới
có nhiều nớc sử dụng nh Nam T, Hy Lạp, Rumani, Nam Phi, ấn Độ, Italy, các nớc
Nam Mỹ.... Phiên bản mới nhất của mô hình ETA không thủy tĩnh đợc ho n thiện
v sử dụng tại Đại học Tổng hợp Hy Lạp đứng đầu l giáo s G.Kaloss. Hiện nay
nhóm nghiên cứu dự báo khí tợng Trờng đại học KHTN ĐHQGHN với sự giúp
đỡ của GS. G.Kaloss đã áp dụng th nh công mô hình n y v o thử nghiệm dự báo
thời tiết ở Việt Nam. Trong phạm vi báo cáo niên luận, chúng tôi không trình bày
chi tiết về mô hình ETA. Chúng tôi chỉ nghiên cứu kết quả của mô hình ETA sử
dụng để dự báo dông có tốt hay không.
2.1. Hệ phơng trình thuỷ nhiệt động lực học của mô hình ETA không thuỷ tĩnh.
2.1.1. Hệ phơng trình cơ bản.
Trớc hết ta xét hệ tọa độ thẳng đứng sigma:
à

=
t
(2.1.1)

Trong đó:
l áp suất thủy tĩnh,
à l hiệu số giữa áp suất thủy tĩnh bề mặt v đỉnh mô hình, tức l :
à =
s

t
(2.1.2)
với:

s
v
t
l áp suất thủy tĩnh tại bề mặt v đỉnh của mô hình.
12
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Với hệ tọa độ n y thì hệ ph ơng trình nhiệt động lực bất thủy tĩnh có dạng
sau (Janjic và nnk, 2001):
1. Phơng trình cho xu thế khí áp:


à=

à



d)(
t
1

0
v
(2.1.3)
2. Phơng trình trạng thái:
RTp
=
(2.1.4)
3. Phơng trình của độ cao địa thế vị:

+=
1

s
d
p
RT

(2.1.5)
4. Phơng trình của các th nh phần gió ngang:

Fk.fp)1(
dt
d
+ì++=


v
v

(2.1.6)

5. Phơng trình của xu thế nhiệt độ:

( )
( )
pp
0
p
c
Q
t
1
t
p
c
d1p
c
T
T=
t
T
+








+



+








à+

+

















vvv

(2.1.7)

+=


1
p
(2.1.8)
6. Phơng trình của tốc độ thẳng đứng:









++


=

=



tg

1
dt
d
g
1
w


v
(2.1.9)
13
Website: Email : Tel : 0918.775.368









++


==


w
w
t

w
g
1
dt
dw
g
1


v
(2.1.10)
7. Phơng trình đối với tỷ số hỗn hợp phơng trình dự báo có dạng:
S
dt
dq
=
(2.1.11)
Với:
S l nguồn ẩm,
v l vector gió ngang,
p l áp suất không thủy tĩnh,
R l hằng số khí của không khí khô,
T l nhiệt độ,
l địa thế vị,

s
l địa thế vị tại bề mặt đất.
Hệ phơng trình (2.1.3) ữ (2.1.11) l hệ ph ơng trình thuỷ nhiệt động lực học
cho khí quyển không thuỷ tĩnh. Trờng hợp = 0, mô hình trở về trờng hợp thuỷ
tĩnh. Trong khí quyển rối, thì các phơng trình chuyển động, nhập nhiệt, ẩm có

thêm các th nh phần mô tả xáo trộn rối thẳng đứng.
Ta chuyển đổi hệ phơng trình trên trong hệ tọa độ
=


=
..
PP
PP
S
TS
T
,
( )
( )
Trf
TSrf
S
P0P
PZP


=

Trong đó:
P
T
l áp suất tại đỉnh của mô hình,
Ps l áp suất bề mặt
14