Bão hoạt động như thế nào?

1. 

   
   Trong suốt hàng ngàn năm trong lịch sử loài người, những cơn bão được nhắc đến như một kẻ phá hoại hoặc sự nổi giận của mẹ Thiên Nhiên hay hiện thân của sức mạnh Thượng Đế. Bản thân từ "hurricane" xuất phát từ "Hurakan" - một vị thần hủy diệt của người Maya. Thật khó có thể diễn tả hết sức mạnh cũng như sức tàn phá của một cơn bão. Hằng năm, nước ta phải hứng chịu mùa mưa bão kéo dài từ tháng 5 đến tháng 12, với những cơn bão hình thành từ Biển Đông di chuyển và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đất liền, nhất là các tỉnh ven biển. 
   
   Dường như bão đã là một chủ đề quen thuộc đối với mỗi người chúng ta. Vậy bão là gì? Tại sao bão hình thành? Bão hoạt động như thế nào? Và còn điều gì có thể chúng ta chưa biết rõ về bão?
   
   Bão là gì?
   
   Nói chung, bão là trạng thái nhiễu động của khí quyển và là một loại hình thời tiết cực đoan. Bão là hệ thống xoáy thuận nhiệt đới đặc trưng bởi một vùng khí áp thấp tại tâm bão, gió giật mạnh và hệ thống mây phát triển mạnh theo hình xoắn ốc đi kèm với giông và mưa lớn trên diện rộng.
   
   

   
   

   
   

   Tùy theo khu vực hình thành mà thuật ngữ bão có những tên gọi khác nhau.
   

   • Bão hình thành trên Đại Tây Dương: hurricanes
   • Bão hình thành trên Thái Bình Dương: typhoons
   • Bão hình thành trên Ấn Độ Dương: cyclones

   Tại Việt Nam, thuật ngữ "bão" dùng để diễn tả những cơn bão nhiệt đới, một loại thời tiết đặc trưng của các vùng biển nhiệt đới, thường có gió mạnh kèm theo mưa lớn.
   Theo tiêu chuẩn quốc tế , người ta phân chia bão dựa vào sức gió (dựa vào Thang sức gió Beaufort và Thang bão Saffir-Simpson):
   

   • Sức gió dưới 63 km/h gọi là áp thấp nhiệt đới (tropical depression)
   • Sức gió trên 63 km/h (cấp 8) gọi là bão nhiệt đới ("tropical cyclone" hoặc "tropical storm")
   • Sức gió trên 118 km/h (cấp 12) gọi là bão to với cuồng phong (typhoon)
   • Sức gió trên 241 km/h gọi là bão rất to hay siêu bão (super typhoon)

   Mỗi năm trên toàn thế giới phải gánh chịu một mùa mưa bão, trong thời gian này, có từ 40 đến 50 cơn áp thấp nhiệt đới hình thành ở khu vực xung quang đường xích đạo phát triển mạnh lên thành bão. Ở Bắc Bán Cầu, mùa bão bắt đầu từ 1/6 đến 30/11 trong khi ở Nam Bán Cầu, mùa bão thường bắt đầu từ tháng giêng đến tháng 3.
   
   

   

   Thang Bão Saffir - Simpson (Nguồn: houmatoday)

   
   

   
   Bão được hình thành như thế nào?
   
   Để hiểu được bão hoạt động như thế nào? Trước tiên bạn phải hiểu được nguyên lý căn bản về áp suất không khí. Lượng khí trong bầu khí quyển cũng chịu tác dụng của lực hấp dẫn, không khí càng gần bề mặt Trái Đất sẽ có trọng lực lớn hơn so với không khí ở xa bề mặt Trái Đất. Không khí nhận lượng nhiệt chủ yếu từ mặt đất và đại dương chứ không phải từ Mặt Trời. Không khí càng gần bề mặt Trái Đất sẽ có nhiệt độ càng cao hơn so với không khí ở xa bề mặt Trái Đất. 
   
   Khi không khí nóng lên, các phân tử trong không khí cách xa nhau hơn, làm cho không khí nhẹ hơn, khi đó, luồng không khí nóng ấy sẽ bay lên cao hơn chiếm vị trí của luồng không khi trên cao, vì thế, luồng không khí trên cao sẽ bị đẩy xuống phía dưới, tiếp tục nhận nhiệt lượng từ bề mặt Trái Đất. Vòng tuần hoàn ấy cứ lặp đi lặp lại và càng mạnh hơn, gọi là sự di chuyển của không khí do chênh lệch áp suất, tạo thành một luồng gió ngày càng mạnh hơn.
   
   

   

   Sơ lược cách một cơn bão hình thành (Nguồn: scienceinthenews)

   
   

   Khi vòng tuần hoàn của không khí ấy xảy ra ngoài đại dương, ngoài nhiệt lượng nhận được từ mặt biển, khi nước biển đạt tới một nhiệt độ cần thiết (26 - 27oC) không khí còn được làm ẩm bằng lượng hơi nước bốc lên, biến nó thành luồn không khí nóng chứa đầy hơi nước. Khi luồng khí đó bay lên theo chiều thẳng đứng từ dưới lên đến độ cao khoảng 9000m, nếu gặp phải một luồng gió mạnh thổi theo chiều ngang có cùng vận tốc với luồng không khí thẳng đứng ấy, nó sẽ uốn cong hướng di chuyển thẳng đứng, tạo nên một khu vực trung tâm không có không khí nóng ẩm chính là tâm của cơn bão. Đồng thời, luồng gió mạnh thổi theo chiều ngang ấy cũng giúp duy trì sự di chuyển của luồng không khí nóng ẩm lan rộng ra xung quanh tâm của cơn bão.
   
   Luồng gió mạnh thổi theo chiều ngang với cùng một tốc độ với luồng khí nóng ẩm thổi từ dưới lên này chính là mấu chốt để cơn bão có thể được duy trì, nếu không, cơn bão sẽ dần mất tổ chức và suy yếu dần. Lúc bấy giờ, trung tâm của cơn bão sẽ trở thành một khu vực không có không khí nóng ẩm và có áp suất cao, nó sẽ hút không khí lạnh khô ở độ cao hơn để đẩy xuống phía dưới một cách liên tục để lặp lại quá trình đó, giúp tăng cường tốc độ gió làm cơn bão càng mạnh hơn. Đồng thời, lượng hơi nước được mang lên từ mặt biển sẽ được ngưng kết thành những đám mây bao phủ xung quanh tâm bão, sự ngưng tụ của hơi nước này còn giải phóng ra nhiệt lượng gọi là năng lượng ẩn nhiệt ngưng kết, đây chính là nguồn năng lượng cho hệ thống bão.
   
   

   
   Từ những điều trên, ta rút ra được rằng một cơn bão chỉ hình thành khi có đủ các điều kiện sau:Nhiệt, độ ẩm và động lực để tạo xoáy.
   
   Nhà khí tượng Erik Palmen (1898 - 1985) đã chứng minh được rằng bão chỉ có thể hình thành ở dải vĩ độ 5 đến 20o vĩ hai bên xích đạo, nơi có nhiệt độ nước biển cao từ 26 - 27oC trở lên và lực Coriolis (lực sinh ra do sự tự quay quanh trục của Trái Đất) đủ lớn để hình thành nên luồng gió đủ mạnh trên cao nhằm tạo xoáy cho cơn bão. Năm 1956, Palmen đưa ra 3 điều kiện cơ bản cho sự hình thành của bão như sau:
   
   1. Khu vực đại dương có diện tích đủ lớn với nhiệt độ mặt biển đủ cao (từ 26 - 27oC trở lên) đảm bảo nước bốc hơi đủ mạnh nhằm cung cấp năng lượng ngưng kết lớn cho hệ thống bão.
   2. Vị trí hình thành bão có lực Coriolis đủ lớn để tạo xoáy.
   3. Khả năng làm lạnh nhanh luồn không khí nóng ẩm bay lên tạo ra lượng ẩn nhiệt ngưng tụ đủ để duy trì cơn bão tại thời điểm phát sinh bão
   
   Sau Palmen, năm 1848, nhà khí tượng học Riehl bổ sung thêm 2 điều kiện:
   4. Ở trên cao, trường khí áp phải phân kỳ (dãn ra) đủ để đảm bảo giải tỏa khối lượng không khí hội tụ (tập trung) ở mặt đất.
   5. Ở mặt đất phải có sự nhiễu động áp thấp ban đầu.
   
   Cấu tạo của một cơn bão
   
   Vùng trung tâm có áp suất thấp gọi là mắt bão
   Khu vực phụ cận mắt bão gọi là thành mắt bão, đây là nơi có gió giật mạnh nhất hệ thống bão.
   Các đám mây mưa gây mưa giông xung quanh tâm bão gọi là dải mây. Dải mây này đóng một vai trò quan trọng trong chu kỳ bay hơi - ngưng tụ nhằm cung cấp năng lượng để duy trì cơn bão.
   
   

   

   Cấu trúc mặt cắt dọc của một cơn bão (Nguồn: commons.wikimedia)

   
   

   Có thể hình dung bão là một cột xoáy khổng lồ, ở tầng thấp (từ 0 đến 3km so với mặt nước biển) không khí nóng ẩm chuyển động xoắn ốc (ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán Cầu, thuận chiều kim đồng hồ ở Nam Bán Cầu do tác động của lực Coriolis) hội tụ vào tâm bão, chuyển động thẳng đứng lên trên trong thành mắt bão và tỏa ra bên ngoài ở trên đỉnh theo chiều ngược lại. Ở vị trí trung tâm của mắt bão, không khí di chuyển xuống phía dưới thấp, tạo thành một vùng trời quan mây tạnh tại tâm bão.
   
   Không những lực Coriolis ảnh hưởng đến chiều quay của cơn bão mà nó quy định hướng di chuyển của cơn bão. Theo đó, cơn bão hình thành ở Bắc Bán Cầu luôn di chuyển lệch về bên phải, còn bão hình thành ở Nam Bán Cầu luôn di chuyển lệch về bên trái. Chính vì thế, khi bão hình thành ở biển Đông luôn có xu hướng di chuyển về phía đất liền Việt Nam.
   
   
   

   
   Các cơn bão khác nhau có các kích thướt vật lý khác nhau, có cơn bão có kích thướt chỉ với vài cụm mây và gây mưa trên một khu vực nhỏ, có cơn bão lớn với kích thướt các cụm mây và diện tích mưa trải rộng từ hàng trăm đến hàng nghìn km.
   
   Dấu hiệu bắt đầu cơn bão là những nhiễu động nhiệt đới với những cụm mây và sấm chớp. Khu vực này có đặc điểm là có áp suất thấp, gradient áp suất yếu. Phần lớn các nhiễu động này sẽ dần suy yếu và tan biến, nhưng một số nhiễu động được tiếp tục duy trì sẽ hình thành nên một cơn bão. Trong trường hợp này, sấm chớp sẽ cung cấp ẩn nhiệt cho vùng nhiễu động của luồng không khí nóng này. Điều này làm cho mật độ không khí trong vùng nhiễu động giảm xuống, tốc độ gió ngày càng nhanh hơn, luồng không khí lạnh bên trên lao xuống phía dưới nhanh hơn trong khi luồng khí nóng bên dưới cung di chuyển lên bên trên với tốc độ ngày càng nhanh. Những cơn gió mang độ ẩm từ bên dưới sẽ ngưng tụ thành những đám mây làm cụm mây hoạt động mạnh hơn, nhờ đó lượng ẩn nhiệt ngưng tụ sẽ ngày nhiều hơn.
   
   Vòng đời của một cơn bão
   
   Có thể cơn bão không phải là một sinh vật sống, nhưng "con quái vật" này cũng cần nhận được sự nuôi dưỡng liên tục bởi không khí nóng ẩm. Nếu các xáo trộn nhiệt đới tìm đủ lượng "thức ăn" này đồng thời gặp đúng các điều kiện áp suất và gió với độ mạnh tối ưu, nó sẽ "tiến hóa" thành một cơn bão thật sự.
   
   

   

   Vong đời của một cơn bão tại Bắc Đại Tây Dương (Nguồn: britannica)

   
   

   Quá trình này có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày thông qua 3 giai đoạn chính để biến một cơn nhiễu động nhiệt đới thành một cơn bão:
   1. Cơn áp thấp nhiệt đới: tốc độ gió dưới 38 mph
   2. Dông tố nhiệt đới: tốc độ gió từ 39 đến 73 mph
   3. Bão: tốc độ gió trên 74 mph
   
   Khi một cơn bão đã được hình thành, con đường duy nhất mà chúng sẽ trải qua là sẽ dần suy yếu và cuối cùng là hoàn toàn tan biến. Khi cơn bão duy chuyển vào vùng biển lạnh hơn ở vĩ độ cao, gradient áp suất giảm, tốc độ gió chậm lại, cơn bão không còn đủ lượng không khí nóng ẩm để duy trì năng lượng cũng như các điều kiện duy trì, nó sẽ suy yếu đi. 
   
   Điều tương tự cũng xảy ra với cơn bão khi cơn bão đổ bộ vào đất liền, lúc đó lượng không khí ẩm không còn, đồng thời do địa hình không đồng đều của đất liền làm giảm tốc độ gió, điều đó khí cơn bão dần thu hẹp diện tích hoạt động vào tâm bão, cuối cùng cơn bão mất hết năng lượng ẩn nhiệt và bị triệt tiêu hoàn toàn.
   
   Ảnh hưởng nguy hiểm của bão
   
   Một ảnh hưởng của cơn bão là gây mưa rất lớn. Một cơn bão lớn có thể trút xuống đất liền hàng trăm mm nước mưa chỉ trong một vài ngày. Lượng nước ấy hoàn toàn có thể gây ra ngập lụt tàn phá trên một diện tích rộng chịu ảnh hường của cơn bão. Đôi khi, gió của cơn bão còn sinh ra hiện tượng lốc xoáy hay vòi rồng, một hiện tượng với những cơn gió xoáy dữ dội hết sức nguy hiểm.
   

   
   

   

   Vòi rồng trong một cơn bão tại Oklahoma, tháng 5 năm 2013 (Nguồn: mashable)

   
   

   Tác động thứ hai của cơn bão là sức gió cực kỳ lớn. Những cơn gió giật mạnh có thể tàn phá tất cả những gì mà nó gặp phải trên đường đi. Gió mạnh có thể làm dừng một chiếc xe đang chạy, làm đổ sập những bức tường và làm cây cối ngã đổ. Cơn gió trong một cơn bão còn đẩy nước tạo thành một bức tường nước phía trước nó, gọi là sóng cồn. Nếu thời gian bão hoạt động trùng hợp với thời điểm thủy triều dâng cao, nó có thể gây sự xối mòn bờ biển, làm vỡ đê bao gây lũ lụt trên diện tích rộng lớn.
   
   
   

   
   Những thiệt hại của cơn bão không chỉ phụ thuộc vào sức mạnh của nó mà còn phụ thuộc vào vị trí trên đất liền mà nó hoạt động. Có trường hợp vùng ảnh hưởng của nó chỉ sượt qua bờ biển, không gây thiệt hại nhiều về người và của. Nhưng cũng có trường hợp bão tiến sâu vào đất liền gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng cho con người.
   
   

   

   Ngâp lụt trên diện rộng tai bang New Orleans do bão Katrina vào tháng 9 năm 2005 (Nguồn:floodsite)

   
   

   Mức độ phá hủy của cơn bão còn phụ thuộc vào nó tiếp xúc với đất liền ở phía bên trái hay bên phải của nó. Bên phải cơn bão có sức tàn phá mạnh hơn do có tốc độ gió mạnh hơn vì tốc độ gió và tốc độ di chuyển của cơn bão được bổ sung từ phía bên phải của cơn bão. Ngược lại, do năng lượng của cơn bão bị gió triệt tiêu ở phía bên trái của nó nên nơi đó cũng gây ra mức độ phá hủy ít hơn.
   

   
   

   
   

   Theo dõi một cơn bão
   
   Các nhà khí tượng học dùng các tín hiệu từ vệ tinh cũng như các du thập thu thập bởi các máy bay đặc biệt nhằm giám sát và theo dõi sự phát triển và hướng di chuyển của một cơn bão.
   Trên mặt đất, Trung tâm khí tượng chuyên dụng của từng lãnh thổ hình thành nên một mạng lưới của tổ chức Khí tượng thủy văn toàn cầu, mạng lưới này có nhiệm vụ theo dõi và thông bão cho công chúng biết về diễn biến của các hiện tượng thời tiết nguy hiểm.
   
   Vệ tinh thời tiết sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau nhằm thu thập các thông tin khác nhau về một cơn bão. Các vệ tinh ấy theo dõi hình thái các đám mây và cấu trúc lưu thông của không khí, trong khi đó, các radar đo đạc tốc độ gió, lượng mưa cũng như phạm vi mưa. Người ta còn dùng các cảm biến hồng ngoại nhằm phát hiện ra sự thay đổi nhiệt độ trong cơn bão cũng như tại bề mặt của các đám mây.
   
   
   

   

   Ảnh theo dõi hoạt động của bão Sandy (Ảnh bởi Cliffmass, Weather Blog)

   
   Cơ quan săn bão Hurricane Hunter là thành viên thứ 53 của tổ chức dự báo thời tiết trực thuộc căn cứ không quân Keesler tại Biloxi. Kể từ năm 1865, nhóm săn bão này đã sử dụng máy bay phản lực cánh quạt C-130 Hercules để bay vào trong những cơn bão. C-130 Hercules được trang bị những cảm biến thời tiết vô cùng nhạy bén, nó có nhiệm vụ thăm dò những cơn bão mỗi ngày tại bất cứ nơi nào trên biển từ giữa Đại Tây Dương đến Hawaii. Nó sẽ thu thập những thông tin về tốc độ gió, lượng mưa và áp suất không khí trong cơn bão, sau đó chuyển về trung tâm dự báo bão tại Florida. Các nhà khí tượng sẽ dùng những thông tin này để tạo thành một mô hình sự báo trên máy tính. 
   
   

   

   Chiếc phản lực C-130 Hercules dùng để bay vào trong cơn bão

   
   Sau đó họ sẽ kết hợp với các dữ liệu thống kê trong quá khứ với mô hình cơn bão ảo để dự báo con đường di chuyển cũng như là cường độ của một cơn bão khi nó đổ bộ vào đất liền. Với dữ liệu này, các quốc gia có vùng chịu ảnh hưởng của cơn bão có thể cảnh báo cho cư dân khu vực ven biển nhằm làm giảm những hậu quả do cơn bão gây ra cho con người.
   Ngoài ra, nhờ những dữ liệu thu thập trong quá khứ, các nhà khí tượng học còn có thể đưa ra dự báo về số lượng cơn bão sẽ diễn ra trong tương lai cũng như nghiên cứu về các xu hướng khí hậu toàn cầu.
   
   

   

   Bảng đồ những cơn bão và hướng đi của chúng trong quá khứ (Nguồn: Weather.com)

   
   Đặt tên một cơn bão
   
   Thật ra, tên của các cơn bão được đặt bởi các nhà khí tượng học chứ không phải do giới truyền thông tự đặt tên. Việc đặt tên một cơn bão xuất phát từ tình huống khi có nhiều cơn bão đang hoạt động tại cùng một thời điểm, người ta phải đặt tên chúng để phân biệt chúng với nhau.
   
   Vài trăm năm trước, người dân ở Tây Ấn thường đặt tên cho cơn bão bằng tên vị thánh có ngày bổn mạng tương ứng với ngày mà cơn bão đổ bộ vào đất liền. Nếu một cơn bão đến vào ngày kỷ niệm của một cơn bão trước đó, người ta vẫn dùng tên vị Thánh ấy nhưng có đánh số phía sau để đặt tên cho cơn bão này. Một thí dụ là vào ngày 13/9/1876, cơn bão đổ bộ vào Puerto được đặt tên là bão San Felipe, sau đó cơn bão đến vào ngày 13/9/1928 được đặt tên là San Felipe 2.
   
   Trong thế chiến II, các nhân viên khí tượng chỉ lấy tên của nam để đặt tên cho bão. Những cái tên này giống một bí danh được tạo thành bằng cách xếp các tên đàn ông theo thứ tự bản chữ cái. Giống như cách đặt tên của người dân Tây Ấn, cách đặt tên này vẫn bị hạn chế về số lượng tên. Đến đầu những năm 1950, người ta bắt đầu chỉ dùng tên nữ giới theo thứ tự bảng chữ cái để lần lượt đặt tên cho cơn bão. Đến cuối những năm 1970, người ta kết hợp xen kẽ cả tên nam và nữ để đặt tên cho các cơn bão. Cho đến nay, tổ chức khí tượng thế giới (WMO) vẫn còn dùng cách này để đặt tên cho các cơn bão.
   
   

   

   Bão New England vào tháng 9 năm 1938 gây ra cái chết cho hơn 800 người Mỹ (Nguồn:hurricanes-blizzards-noreasters.com)

   
   

   Theo đó, cơn bão đầu tiên trong mùa bão sẽ có tên bắt đầu bằng chữ cái A, cơn bão sau đó sẽ có tên bắt đầu bằng chữ cái B và cứ tiếp tục như thế. Các cơn bão hình thành tại các vùng lãnh thổ khác nhau trên thế giới sẽ mang những cái tên chịu ảnh hưởng của các nên văn hóa của các quốc gia tại khu vực bão hình thành.
   
   Các cơn bão hình thành tại Thái Bình Dương sẽ có tên khác với các cơn bão tại Đại Tây Dương. Thí dụ, cơn bão đầu tiên trong mùa bão năm 2001 tại Thái Bình Dương mang tên là Adoft. Trong khí đó, cơn bão đầu tiên trong mùa bão năm 2001 tại Đại Tây Dương có tên là Allison.
   
   Từ năm 2011, người ta đặt tên những cơn bão theo danh sách có sẵn theo từng khu vực bão hình thành trực thuộc WMO, mỗi khu vực sẽ có một danh sách tên bão khác nhau. Nếu một cơn bão gây ra hậu quả nặng nề tại một quốc gia, quốc gia đó có quyền yêu cầu WMO loại bỏ tên cơn bão đó ra khỏi danh sách tên bão. Khi đó, người ta sẽ không dùng tên đó để đặt cho bất cứ cơn bão nào khác trong suốt 10 năm tiếp theo. Danh sách đó sẽ được
   
   Tên những cơn bão mà Việt Nam đóng góp vào danh sách quốc tế bao gồm: Son-Tinh, Trami, Lekima, Halong, Bavi, Vamco, Conson, Songda, Sonca, Saola.
   
   

   

   Tên những cơn bão (nếu có) trong mùa bão năm 2013 tại Đại Tây Dương (Nguồn: wjla.com)

   
   

   Cuộc chiến của con người chống lại thiên nhiên trong tương lai
   Theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại, các nhà khí tượng học cũng áp dụng nhiều biện pháp để theo dõi sự hình thành và giám sát hoạt động của những cơn bão. Ngoài ra, họ còn nghiên cứu những lớp trầm tích để phân tích bằng chứng về những cơn bão đã xảy ra trong quá khứ, điều đó không chỉ giúp các nhà khí tượng học hiểu rõ hơn về tình hình khí hậu toàn cầu mà thông qua những nghiên cứu đó, các nhà khoa học còn có những số liệu thống kê để đánh giá xu hướng thời tiết hiện nay. Tất cả những nghiên cứu đó đều nhằm mục đích dự báo được sự hình thành và hoạt động của những cơn bão, nhằm chủ động hơn trong việc đối phó với bão. giúp giảm tỷ lệ tử vong và những thiệt hại do cơn thịnh nộ của mẹ thiên nhiên giáng xuống con người.
   
   

   

   
   

   Nguồn: howstuffworks.com và tổng hợp từ Internet