Bão và dự báo bão nhờ vệ tinh

Sự hình thành và phát triển của bão

Bão cũng có một đời sống thực sự: “Có sinh ra, được nuôi dưỡng thì mới lớn lên, hoạt động. Hết nguồn nuôi dưỡng thì bão yếu dần rồi tan biến.

Bão luôn sinh ra trên mặt biển, đặc biệt là biển vùng nhiệt đới. Ban đầu, mặt trời chiếu ánh sáng xuống làm cho nước ở mặt biển bay hơi, tạo ra trên mặt nước biển một lớp không khí chứa hơi nước, tức là không khí ẩm. Trên mặt biển nhiều không khí ẩm này, chỗ nào có áp suất thấp thì nước biển ở chỗ đó bay hơi nhiều hơn, không khí ở chỗ đó có độ ẩm cao hơn xung quanh và dễ bay lên cao hơn. Càng lên cao, khối không khí ẩm đó càng nở ra và lạnh đi. Đến một mức nào đó, hơi nước trong không khí ẩm ngưng tụ lại thành nước rơi xuống. Khi hơi nước ngưng tụ lại thành nước thì toả nhiệt, làm nóng không khí (lượng nhiệt toả ra này bằng lượng nhiệt mà nước ở mặt biển nhận được từ ánh sáng mặt trời để bay hơi). Không khí càng nóng càng dễ bay cao, tạo ra một khoảng trống ở gần mặt biển. Không khí ẩm xung quanh đó bị khoảng trống hút về rồi bay lên cao, nở ra, lạnh đi và hơi nước lại ngưng tụ, toả nhiệt làm nóng không khí... quá trình cứ thế tiếp tục.

Sự hình thành cột khí bay lên cao ban đầu là do ngẫu nhiên tại nơi trên mặt biển có áp suất thấp, từ đó, tạo ra một khối không khí ẩm bay lên cao. Cột không khí bay lên cao này muốn được duy trì liên tục thì xung quanh đó phải có không khí ẩm liên tục chạy vào chân của cột khí. Không khí chuyển động từ mặt biển thẳng lên cao như đã nêu trên còn luôn bị tác động của một lực đặc biệt là lực Coriolis. Đó là lực sinh ra do không khí chuyển động đối với bề mặt trái đất (mặt biển) mà trái đất thì quay rất nhanh quanh trục Bắc - Nam .

Do có kết hợp với lực Coriolis nên không khí có chuyển động xoáy tròn, tức là hoàn lưu. Khi tốc độ hoàn lưu này nhỏ (dưới 17 m/s) người ta gọi đó là áp thấp nhiệt đới, khi tốc độ hoàn lưu lớn người ta gọi là bão.

Trước khi tìm hiểu chi tiết hơn về cấu trúc của bão, trước hết chúng ta cần biết một số đặc điểm của bão như sau:

Bão duy trì và phát triển được là do có không khí ẩm từ mặt biển liên tục bị hút vào chân cột khí và bay lên cao. Không khí càng ẩm, càng bị hút vào nhiều thì, do đó bão càng mạnh.

Muốn có không khí ẩm thì nước ở mặt biển phải bay hơi và muốn bay hơi thì nhiệt độ mặt nước biển phải trên 260C. Vì vậy, khi mặt biển có nhiệt độ dưới 260C thì bão không hình thành. Khi bão đã hình thành ở đâu đó, lúc di chuyển đến nơi có nhiệt độ thấp dưới 260C hoặc có gió lạnh thổi về làm lạnh mặt nước biển thì xem như bão hết được cung cấp năng lượng, bão sẽ yếu dần và tan đi.

Ở trên mặt biển, không khí ẩm chuyển động dễ dàng, ít bị ma sát nhưng khi bão vào đất liền, do sự cản trở của địa hình, cây cối, không khí ẩm không được tiếp tế đầy đủ, bão cũng sẽ tan dần.

Vùng biển nhiệt đới, gần xích đạo có nhiều ánh nắng mặt trời, mặt nước biển ấm nhất là vào mùa hè, nên bão hay sinh ra ở vùng này, do đó gọi là bão nhiệt đới. Cần chú ý, là vì trái đất tự quay theo trục Bắc - Nam nên vị trí càng xa hai cực (tức là càng gần xích đạo) thì gia tốc thẳng của chuyển động quay càng lớn, lực Coriolis cũng lớn. Lực này đảo chiều khi đi từ nửa bán cầu Bắc đến nửa bán cầu Nam . Vì vậy, bão ở Bắc bán cầu gió xoáy ngược chiều kim đồng hồ còn bão ở Nam bán cầu, gió xoáy theo chiều kim đồng hồ.

Bão là một hiện tượng gió xoáy mạnh rất đặc biệt trong tự nhiên, tuy có những quy luật nhất định song phụ thuộc rất nhiều vào những yếu tố mang tính ngẫu nhiên. Xét về đại thể, cấu trúc của bão gồm các phần sau (xem hình 2 và 3):

Mắt bão:Là vùng ở tâm của hoàn lưu bão, thường có hình trụ tròn, đường kính có thể từ 8 km đến 200 km tuỳ theo bão yếu hay mạnh. Vùng mắt bão là nơi tương đối yên tĩnh, không có mây, chỉ có dòng không khí đi xuống chậm (dòng giáng). Nhiệt độ phía trên của mắt bão nóng hơn xung quanh cỡ 100C, phía dưới có nhiệt độ bình thường gần như nhiệt độ mặt nước biển xung quanh. Khi bão đến vào ban đêm người đứng phía dưới mắt bão có thể nhìn thấy trời sao ở bên trên.

Tường của mắt bão:Quanh mắt bão là mây dựng đứng như bức tường, có thể cao đến 15 km, dày đến hàng chục kilômét. Gió xoáy ở đây là mạnh nhất, mưa rơi nặng nhất và gây tác hại nhiều nhất.

Vùng mây mù đậm đặc:Vùng này ở trên, từ mắt bão hướng ra ngoài. Nhìn ảnh vệ tinh chụp từ trên cao xuống, vùng này có màu trắng, giữa có hình tròn đen đó là mắt bão. Phía ngoài của vùng này là dòng thổi ra nằm ở nửa trên của tầng bình lưu, và chiều xoáy ngược với chiều xoáy bên trong và rộng ra ngoài với bán kính vài trăm kilômét.

Phía dưới vùng mây mù đậm đặc, bên ngoài mắt bão còn có các dải mưa hình xoắn, cùng chiều xoắn với gió. Những dải mưa hình xoắn này gây ra mưa lớn, tố lốc rất mạnh. Giữa các dải mưa hình xoắn này là dải không mưa, không có gió mạnh.

Do cấu trúc của bão như vậy, khi đưa thông tin về bão người ta thường nói tốc độ gió (cấp của bão) là tốc độ gió lớn nhất ở vùng tường mắt bão và vị trí, tốc độ di chuyển của bão là vị trí, tốc độ di chuyển của mắt bão (tâm bão).

Khi bão đến tức là mắt bão tiến lại gần, nếu đứng ở nơi có tâm bão đi qua, trước hết ta thấy có gió mạnh thổi theo một chiều, khi tâm bão càng đến gần thì gió càng mạnh, mưa từng đợt (ứng với các dải mưa), rồi gió mạnh nhất (ứng với tường mắt bão). Sau đó, có một lúc lặng yên (ứng với mắt bão). Nhưng sau lúc lặng yên đó là lúc có gió cực mạnh với chiều ngược lại, thường gọi là bão đổi chiều, rồi tiếp tục các đợt gió mạnh, mưa rơi, dần dần yếu đi cho đến lúc bão đã đi qua.

Không hiểu rõ về cấu trúc của cơn bão, khi bão đến, gió rất to rồi lặng yên, có người tưởng là đã hết bão, nhưng đó là lúc tạm lắng ở mắt bão, sau đó bão đổi chiều mới làm cho nhà cửa, cây cối đổ, gãy mạnh hơn, tai hại nhiều hơn.

Xét về mặt năng lượng, bão là một máy nhiệt, lấy nhiệt năng từ năng lượng mặt trời, biến nhiệt năng này thành cơ năng là gió mạnh và nhiệt toả vào không khí. Theo tính toán của các nhà khoa học, thì một cơn bão nhiệt đới trong một ngày có thể toả ra từ 50 đến 200 exajoule (1 exajoule = 1018 joule), công suất tương đương một petawatt (1 petawatt = 1015 watt). Năng lượng cơn bão toả ra trong một ngày tương đương 70 lần năng lượng mà con người trên toàn thế giới tiêu thụ trong một ngày, bằng 200 lần năng lượng điện cả thế giới sản xuất ra trong một ngày. Trong 20 phút năng lượng cơn bão toả ra có thể bằng vụ nổ của quả bom nguyên tử 10 megaton (1 triệu tấn TNT).

Hiện nay, chưa có cách tận dụng năng lượng của cơn bão cũng như chưa có cách hữu hiệu để chế ngự bão. Trước đây, Mỹ đã có thử nghiệm làm yếu bão bằng cách rải muối iôt bạc để làm lạnh các dải mưa bên ngoài, lúc đó, tường mắt bão sẽ co lại chập vào nhau và gió sẽ giảm. Tuy nhiên, các thử nghiệm này chưa đi đến kết quả có thể triển khai được.

Vệ tinh nhân tạo giúp dự báo bão như thế nào?

Như vậy, việc hình thành và phát triển của bão phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, áp suất, không khí... trên mặt biển. Hiện nay đã có một hệ thống các vệ tinh thời tiết, cung cấp các thông số hình ảnh chi tiết trên toàn mặt đất. Các vệ tinh đã dùng các kỹ thuật:

Chụp ảnh bằng ánh sáng thường:Mỗi ảnh cho thấy rõ mây trên bầu trời ở khoảng 1/3 quả địa cầu, nhờ đó chỗ nào bắt đầu có mây tụ lại chuyển động theo hình xoắn ốc... thì vệ tinh phát hiện ra ngay. Tuy nhiên, chụp ảnh bằng ánh sáng thường chỉ quan sát được bầu trời vào ban ngày.

Chụp ảnh bằng ánh sáng hồng ngoại gần và hồng ngoại xa:Ảnh ánh sáng thường là ảnh phản chiếu ánh sáng mặt trời của vật cần chụp. ảnh hồng ngoại là ảnh tia hồng ngoại do vật cần chụp phát ra. Với ảnh hồng ngoại và phân tích được theo bước sóng hồng ngoại phát ra, người ta có thể chụp ảnh được mây, biết được nhiệt độ của mây, của mặt nước biển... ảnh hồng ngoại có thể chụp vào cả ban ngày lẫn ban đêm, việc theo dõi không bị gián đoạn bởi trời tối, mây mù...

Theo dõi áp suất:Vệ tinh cũng cho phép lập bản đồ áp suất, biết được nơi nào áp suất cao, nơi nào áp suất thấp.

Việc theo dõi các thông số liên quan đến bão có sự trợ giúp rất đắc lực của vệ tinh, song những thông số đo đạc ở mặt đất cũng rất quan trọng.

Từ những yếu tố cơ bản liên quan tới sự hình thành và phát triển của bão, các nhà dự báo đã xây dựng các chương trình dự báo bão. Khi bắt đầu biểu hiện có một cơn bão sẽ hình thành, người ta đưa các số liệu cần thiết như nhiệt độ, áp suất, vị trí... vào thành dữ liệu ban đầu để tính toán bằng máy tính và luôn được bổ sung điều chỉnh theo số liệu thực tế hàng ngày. Nhờ đó, việc dự báo đường đi, các thông số đặc trưng của bão có thể sớm được 5-10 ngày. Tuy nhiên, diễn biến của bão rất phức tạp và có nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Độ chính xác của dự báo còn phụ thuộc vào chương trình, kinh nghiệm của những trung tâm dự báo, do đó mỗi quốc gia đều phải có dự báo bão cho nước mình, có tham khảo dự báo của các trung tâm lớn trong khu vực?