Cảnh báo dông, sét, tố, lốc, mưa đá bằng công nghệ ra đa trên địa bàn tỉnh nghệ an

Đặc san KH CN Nghệ An SỐ 3/2022 [9] HOẠT ĐỘNG KH CN 1 Mở đầu Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã và đang sử dụng, khai thác Ra đa thời tiết JMA 272 cho việc phát hiện, theo dõi các hiện tượng thời tiết n[.]

HOẠT ĐỘNG KH-CN CẢNH BÁO DÔNG, SÉT, TỐ, LỐC, MƯA ĐÁ BẰNG CÔNG NGHỆ RA ĐA TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NGHỆ AN n Phạm Thị Trà My Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ Hàng năm vào thời kỳ giao mùa mùa đông mùa hè, ngày nắng nóng thường xảy trận dông, tố, lốc mưa đá Theo thống kê Đài Khí tượng Thủy văn (KTTV) khu vực Bắc Trung Bộ, khu vực quản lý có 10-20 trận tố lốc, mưa đá xảy năm Đặc điểm tố lốc, mưa đá xuất nhanh, diện hẹp, có sức tàn phá đáng kể Theo Ban Chỉ huy phòng chống thiên tai tỉnh Nghệ An, 10 năm trở lại (từ năm 2010-2021), dông, sét, tố, lốc, mưa đá làm 42 người chết gây thiệt hại hàng chục tỷ đồng Nâng cao khả nhận biết mưa dơng có ý nghĩa quan trọng công tác dự báo, cảnh báo sớm giảm thiểu rủi ro, thiệt hại thiên tai gây Bên cạnh vệ tinh khí tượng thiết bị định vị sét, đa thời tiết đại với độ phân giải cao phương tiện hữu ích để phát hiện, cảnh báo dông theo thời gian thực hiệu Mở đầu Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ sử dụng, khai thác Ra đa thời tiết JMA - 272 cho việc phát hiện, theo dõi tượng thời tiết nguy hiểm quy mô nhỏ từ vài km vuông, tồn vài chục phút (dông, tố, lốc, mưa đá ) đến quy mô lớn hàng ngàn km vuông (các bão mạnh, siêu mạnh, mưa diện rộng ) tồn nhiều liên tục Ra đa quét giám sát 24/24h phát cảnh báo tượng thời tiết nguy hiểm phục vụ dự báo thời tiết hạn ngắn cực ngắn cho tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An Hà Tĩnh Bài báo giới thiệu sử dụng công nghệ đa để cảnh báo dông, tố, lốc, mưa đá khu vực Bắc Trung Bộ nói chung tỉnh Nghệ An nói riêng SỐ 3/2022 Giới thiệu Ra đa thời tiết Vinh Ra đa thời tiết Vinh JMA 272 - thuộc dự án ODA Nhật Bản nhằm tăng cường lực đới phó thiên tai biến đởi khí hậu gây Trạm đặt núi Dũng Quyết, độ cao so với mực nước biển 99m (Hình 1) Mục đích cụ thể xây dựng đờng Trạm Ra đa khí tượng Vinh đại, hoạt động ởn định xác đểnâng cao lực cảnh báo khí tượng bất thường cho địa phương khu vực Bắc Trung Bộ Ra đa JMA-272 trì chếđộ qt khối tởng hợp hai trình quét sau: Thực trình quét cường độ phản hồi vơ tuyến (PHVT) góc nâng đầu α1=0.00; α2=1.00; α3=1.50 với bán kính quét R=400km, độ rộng xung: µ=2µs; sử dụng PRF=300Hz; tớc độ qt 90/s Thực trình qt Doppler 10 góc nâng tiếp theo: α4=0.00; α5=0.50; α6=1.00; α7=1.50; α8=2.00; α9=3.00; α10=4.00; α11=6.00; α12=9.00; α13=12.00 Bán Kính qt R=200km; độ rộng xung µ=1µs; sử dụng hai tần số Đặc san KH-CN Nghệ An [9] HOẠT ĐỘNG KH-CN lặp xung PRF1=67Hz; tốc độ quét 90/s Radar JMA-272 tạo sản phẩm: PPI intensity (Z, R); PPI Doppler (Z, R, V, W); RHI intensity (Z, R); RHI doppler (Z, R, V, W); RTI intensity (Z, R); RTI doppler (Z, R, V, W); CAPPI Z (1-15 km); CAPPI R (1-15km); Maximum (Z, R); Echo Top (Z, R); Echo Bottom (Z, R); VIL; SurfaceR; Accumulated R (1-24h), VAD; Wind Shear (4-200km); Thickness (Z, R); CAPPI 3D (Z, R); PPI intensity (Z, R) (samle El); PPI Doppler (Z, R, V, W) (samle El)… Với bán kính hoạt động 400km, khu vực xuất đám mây, ảnh mây hiển thị hình với độ phản hồi vô tuyến khác Căn vào độ phản hồi hình dạng đám mây, dự báo viên nhận biết, cảnh báo, dự báo kịp thời sát tượng thời tiết nguy hiểm Cách xác định ngưỡng xuất dông a Nguyên lý nhận biết tượng dông bằng PHVT: Hiện tượng dông xảy mây đối lưu mây phát triển đến mức độ để xảy q trình tích điện hạt phân chia vùng hạt có điện tích trái dấu mây Muốn phải có độ cao lớn để xuất hạt dạng tinh thể băng hạt phải đủ lớn để có va chạm làm xuất điện tích trái dấu hạt Nguyên lý nhận biết dông PHVT thiết lập mối quan hệ đặc trưng PHVT với xác suất xuất hiện tượng dơng mây đối lưu Đặc trưng độ PHVT Z hay độ cao đỉnh PHVT Hmax hai đặc trưng Mối quan hệ thường thiết lập dạng hàm số Pdơng = F (Z, Hmax) Muốn xuất dơng giá trị Zmax Hmax phải đủ lớn đạt đến ngưỡng giá SỐ 3/2022 Hình 1: Trạm Ra đa thời tiết Vinh trị Giá trị ngưỡng có thểthay đổi theo vị trí địa lý phải xây dựng sở sốliệu đồng trạm đa trạm khí tượng bềmặt khu vực phủ sóng trạm đa thời tiết b Chỉ tiêu xác định tượng dông bằng PHVT: Chỉ tiêu xác định tượng dông giá trị ngưỡng tham sớnào đểcăn vào mà kết luận có dơng hay khơng Do đa Vinh JMA-272 có thời gian hoạt động tương đới ngắn, chưa xác định tiêu địa phương, ngưỡng riêng nên số tiêu tham khảo từ nghiên cứu ứng dụng trước - Chỉ tiêu đơn trị: Chỉ sử dụng đặc trưng Hmax Zmax Các tiêu thường có độ xác không cao - Chỉ tiêu tổng hợp: Thường xây dựng sở hay nhiều đặc trưng Dựa vào sớ liệu đa MRL-5 khơng sớhóa Phù Liễn, Trần Duy Sơn cộng dùng Hmax (độ cao đỉnh PHVT) Z3 đểxây dựng sẵn đờthị biểu diễn mới liên hệ xác suất hình thành dông P(%) với đại lượng Y=HmaxlogZ3 (Bảng 1) Đặc san KH-CN Nghệ An [10] HOẠT ĐỘNG KH-CN Bảng Chỉ tiêu nhận biết dông qua Y TT Giá Trị Y Xác suất có dơng (%) 400 < Y < 600 70-90 300 < Y < 400 600 < Y < 650 60-70 90-100 Một loại tiêu khác (thuận lợi cho đa TRS2730) đo góc 0,40-0,60 thểhiện qua Bảng Bảng Khả có dơng theo độ PHVT TT Độ PHVT 10 20 30 40 45 50 55 60 Khả có dơng (%) 20 30 50 70 75 85 90 100 c Một sốdấu hiệu PHVT vùng lốc - Dạng gấp khúc PHVT đường tố - PHVT đám mây dơng lớn có dạng hình móc câu - Dạng có lỗ hổng bao bọc vùng PH mạnh khép kín d Một sớ dấu hiệu PHVT mây có khả gây mưa đá * Trên mặt cắt ngang (PPI): - Đám PHVT với Zmax≥40dB, tồn độc lập di chuyển nhanh (V≥30km) theo hướng ổn định - Dải PHVT mây có lớc với độ phản hời lớn (Z≥40dBz) di chuyển theo hướng cố định liên quan đến hoạt động Fron lạnh hay đới gió Tây thể rõ PPI CAPPI - Có hội tụ dải PHVT với cường độ mạnh * Trên mặt cắt thẳng đứng (RHI): - Dạng ngón tay: Vùng PHVT mạnh có dạng ngón tay xịe từ bàn tay - Vùng PHVT mạnh lơ lửng, bị ́n cong vềmột phía nhơ cao SỐ 3/2022 - Dạng có vùng PHVT ́u nằm phía vùng PHVT mạnh Kết cảnh báo dông Ra đa thời tiết JMA -272 4.1 Trận mưa đá, lốc xoáy xảy vào ngày 5/4/2018 xã giáp ranh hai huyện Kỳ Sơn Tương Dương (Nghệ An) Xu thế: Chiều ngày 5/4/2018, rãnh áp thấp nối với vùng áp thấp phía Tây có trục khoảng 25-26 độ vĩ Bắc tiếp tục bị nén đẩy xuống phía Nam áp cao lạnh lục địa phía Bắc với hoạt động front lạnh lúc 13h có vị trí khoảng 290 N-1180 E, 270 N-1150 E, 25.80 N-1130 E, 26.50 N1100 E, 28.00 N-1080 E Vùng hội tụ gió khu vực phía Tây Bắc Bộ suy yếu Đêm 5/4/2018, tỉnh miền Bắc chịu ảnh hưởng rãnh áp thấp phân tích trên; từ gần sáng ngày mai chịu ảnh hưởng lưỡi áp cao lạnh lục địa; áp giảm, sau tăng; độ ẩm tăng dần Các tỉnh miền Nam nằm rìa phía Tây Nam lưỡi áp cao lạnh lục địa phân tích trên; áp độ ẩm thay đổi Vào khoảng 15h30 ngày 5/4/2018 xảy trận mưa đá, lốc xoáy Mưa đá diễn diện rộng từ xã Chiêu Lưu (huyện Kỳ Sơn) qua địa bàn Cửa Rào, Xá Lượng đến thị trấn Hịa Bình (huyện Tương Dương) Thời gian diễn mưa đá lốc xoáy khoảng 40 phút Trên số liệu đa Vinh lúc 14h57, khu vực phía tây Nghệ An giáp với biên giới Việt - Lào phát vùng PHVT có cường độ mạnh có xu hướng phát triển di chuyển theo hướng Đông Nam (Zmax>50dBz) Đến 15h17, vùng PHVT tiếp tục phát triển di chuyển vào huyện Kỳ Sơn với vận tốc khoảng 20km/h (Zmax=58dbZ), thời điểm này, vùng phản hồi có dạng hình móc câu gắn vào dám PHVT lớn, mặt khác ảnh cắt thẳng đứng độ PHVT cực đại độ cao khoảng 6-7km Zmax>48dBz, đỉnh phản hồi vơ tuyến có nhiều nhánh, Đặc san KH-CN Nghệ An [11] HOẠT ĐỘNG KH-CN phát triển đến độ cao 9km có xu hướng mạnh thêm Nhận định vùng PHVT có khả gây mưa dơng, tố lốc, mưa đá cho khu vực nêu khu vực hướng di chuyển Đến 15h27, vùng PHVT di chuyển đến khu vực từ xã Chiêu Lưu (huyện Kỳ Sơn) gây dơng lốc mưa đá Sau tiếp tục di chuyển qua địa bàn Cửa Rào, Xá Lượng đến thị trấn Hịa Bình (huyện Tương Dương) gây dông lốc mưa đá cho khu vực Đến 16h, vùng PHVT có dấu hiệu suy giảm gây mưa lớn gió mạnh cho khu vực theo hướng di chuyển Hình Mặt cắt thẳng đứng qua đám mây dông ngày 5/4/2018 4.2 Trận mưa đá, lốc xoáy xảy vào ngày 06/4/2019 địa bàn xã Na Ngoi, huyện Kỳ Sơn Xu thế: Do ảnh hưởng rãnh thấp có trục 24-27 vĩ độ Bắc nối với vùng áp thấp phía Tây có xu hướng mở rộng phía Đơng Nam, áp tăng; độ ẩm giảm dần Vào khoảng 14h40 ngày 6/4/2019 xảy dơng mạnh kèm mưa đá lốc xốy Mưa đá diễn xã Na Ngoi (huyện Kỳ Sơn) Thời gian diễn mưa đá lốc xoáy khoảng 40 phút Trên số liệu đa Vinh lúc 14h17, khu vực phía Tây Nghệ An giáp với biên giới Việt - Lào phát vùng PHVT có cường độ mạnh có xu hướng phát triển di chuyển theo hướng Đông Nam (Zmax>50dBz) Đến 14h40, vùng PHVT tiếp tục phát triển di chuyển vào huyện Kỳ Sơn với vận tốc khoảng 10km/h (Zmax=54dbZ) Hình Diễn biến trường phản hồi vô tuyến mây đa Vinh chiều ngày 6/4/2019 SỐ 3/2022 Đặc san KH-CN Nghệ An [12] HOẠT ĐỘNG KH-CN thời điểm này, vùng phản hồi có dạng hình móc câu gắn vào dám PHVT lớn, mặt khác ảnh cắt thẳng dứng độ PHVT cực đại độ cao khoảng 6-7km Zmax>48dBz, đỉnh phản hồi vơ tuyến có nhiều nhánh, phát triển đến độ cao 9km có xu hướng mạnh thêm Nhận định vùng PHVT có khả gây mưa dơng, tố lốc, mưa đá cho khu vực nêu khu vực hướng di chuyển Đến 14h40, vùng PHVT di chuyển đến khu vực từ xã Na Ngoi (huyện Kỳ Sơn) gây dông lốc mưa đá Đến 17h, vùng PHVT có dấu hiệu suy giảm gây mưa rào gió mạnh cho khu vực theo hướng di chuyển 4.3 Trận mưa đá, lốc xoáy xảy vào ngày 21/4/2020 địa bàn xã huyện Kỳ Sơn, Tương Dương Xu thế: Chiều ngày 21/4/2020, rãnh áp thấp nối với vùng áp thấp phía Tây có trục khoảng 25-26 độ vĩ Bắc tiếp tục bị nén đẩy xuống phía Nam áp cao lạnh lục địa phía Bắc Vào khoảng 15h00 ngày 21/4/2020, xảy trận mưa đá, lốc xoáy Mưa đá diễn diện rộng từ Thị trấn Mường Xén, xã Hữu Kiệm, Hữu Lập, Phà Đánh Tà Cạ huyện Kỳ Sơn qua địa bàn Cửa Rào, Xá Lượng đến thị trấn Hịa Bình (huyện Tương Dương) Thời gian diễn mưa đá lốc xoáy khoảng 40 phút Trên số liệu đa Vinh lúc 15h47, khu vực phía Tây Nghệ An giáp với biên giới Việt - Lào phát vùng PHVT có cường độ mạnh có xu hướng phát triển di chuyển theo hướng Đông Nam (Zmax>50dBz) Đến 15h47, vùng PHVT tiếp tục phát triển di chuyển vào huyện Kỳ Sơn với vận tốc khoảng 20km/h (Zmax=58dbZ) Tại thời điểm này, vùng phản hồi có dạng hình móc câu gắn vào dám PHVT lớn, mặt khác ảnh cắt thẳng dứng độ PHVT cực đại độ cao khoảng 6-7km Zmax >48dBz, đỉnh SỐ 3/2022 phản hồi vô tuyến có nhiều nhánh, phát triển đến độ cao 9km có xu hướng mạnh thêm Nhận định vùng PHVT có khả gây mưa dơng, tố lốc, mưa đá cho khu vực nêu khu vực hướng di chuyển Đến 16h37, vùng PHVT di chuyển đến khu vực từ xã Chiêu Lưu (huyện Kỳ Sơn) gây dông lốc mưa đá Sau tiếp tục di chuyển qua địa bàn Cửa Rào, Yên Na, Xá Lượng, Tam Thái xã Lượng Minh, huyện Tương Dương gây dông lốc mưa đá cho khu vực Đến 17h, vùng PHVT có dấu hiệu suy giảm gây mưa lớn gió mạnh cho khu vực theo hướng di chuyển Kết luận Dưới tác động biến đổi khí hậu, tượng KTTV nguy hiểm có xu hướng gia tăng tần suất cường độ, có tượng dơng, tố, lốc, mưa đá Mặc dù tượng xảy diện hẹp gây thiệt hại lớn khu vực Bắc Trung Bộ Ra đa cơng cụ có hiệu việc cảnh báo dông, tố, lốc, mưa đá sở độ PHVT Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ sử dụng công nghệ để cảnh báo tượng để góp phần giảm thiểu thiệt hại gây khu vực./ Tài liệu tham khảo: Wang,X.; Liao,R.; Li,J.; He,J.; Wang,G.; Xu,Z.; Wang,H Thunderstorm identification algorithm research based on simulated airborne weather rađa reflectivity data.J.Wirel Commun Networking 2020 37 https://doi.org/10.1186/s13638-020-1651-6 Uman, M.A, The Lightning Discharge, Dover Publications, Inc Mineola, New York, 1987 Hoàng Thị Thu Hương, Sử dụng sản phẩm Radar thời tiết JMA-272 cảnh báo tượng thời tiết nguy hiểm, Tạp chí KTTV, số 7/2018 Trần Duy Sơn (2009), Nghiên cứu xây dựng quy trình phát theo dõi tượng thời tiết nguy hiểm tốlốc mưa lớn cục bộ, mưa đá bằng hệ thống radar thời tiết TRS2730, Đềtài nghiên cứu khoa học Phùng Kiến Quốc - Trần Tùng Lâm - Đỗ Thị Ánh Huyền, Thử nghiệm cảnh báo dông cho khu vực Việt Nam phương pháp kết hợp sản phẩm đa thời tiết liệu sét, Tạp chí KTTV, số 3/2021 Đặc san KH-CN Nghệ An [13] ... dơng, tố, lốc, mưa đá Mặc dù tượng xảy diện hẹp gây thiệt hại lớn khu vực Bắc Trung Bộ Ra đa cơng cụ có hiệu việc cảnh báo dông, tố, lốc, mưa đá sở độ PHVT Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ sử dụng công. .. 6/4/2019 xảy dơng mạnh kèm mưa đá lốc xốy Mưa đá diễn xã Na Ngoi (huyện Kỳ Sơn) Thời gian diễn mưa đá lốc xoáy khoảng 40 phút Trên số liệu đa Vinh lúc 14h17, khu vực phía Tây Nghệ An giáp với biên giới... nằm phía vùng PHVT mạnh Kết cảnh báo dông Ra đa thời tiết JMA -272 4.1 Trận mưa đá, lốc xoáy xảy vào ngày 5/4/2018 xã giáp ranh hai huyện Kỳ Sơn Tương Dương (Nghệ An) Xu thế: Chiều ngày 5/4/2018,