Giáo trình khí tượng radar phần 2 nguyễn hướng điền (chủ biên)

Chương nhận biết mục tiêu khí tượng radar thời tiết 4.1 Nhận biết loại mây qua độ phản hồi vô tuyến radar 4.1.1 Nguyên lí nhận biết loại mây qua phản hồi vô tuyến Các quan tr¾c radar tõ qt chiỊu hay qt khèi (volume scan) cung cấp giá trị cường độ PHVT góc cao anten đà chọn tới bán kính quét tối đa radar Các giá trị độ phản hồi vô tuyến (dBz) từ mục tiêu mà cánh sóng anten cắt qua thu nhận hiển thị ảnh PHVT radar chưa số hoá trước có độ phân giải thấp (trong radar thời tiết MRL-1, MRL-2, MRL-5 pixel có kích thước 3030 km) Các tượng thời tiết liên quan đến mây nhận biết vào đặc trưng đo đạc không gian nói Vì ô không gian (pixel) có diện tích lớn nên có nhiều tượng thời tiết bị bỏ qua, quan tâm tượng có cường độ mạnh ô vuông Thời gian để đổi thông tin (độ phân giải thời gian) thông thường 20 đến 30 phút nên có tượng thời tiết qui mô nhỏ không phát Các radar thời tiết sản xuất sau loại đà số hoá ảnh PHVT chúng có độ phân giải cao Trong radar Doppler, tượng thời tiết nhận biết nhờ quan trắc trường gió (hướng tốc độ gió, độ rộng phổ tốc độ gió) Các radar phân cực cho biết thêm trạng thái hạt mây, mưa qua thay đổi độ phân cực sóng phản hồi so với sóng phát Hơn nữa, ngày người ta nghiên cứu kết hợp hình ảnh nhiều radar thu với với ảnh vệ tinh để có ảnh diện rộng, chứa nhiều thông tin phục vụ cho việc phân tích dự báo thời tiết Các pixel không gian radar ngày ứng với ô có kích thước nhỏ (500500m, 250250m,) độ phân giải thời gian vài phút nên tượng thời tiết phát đầy đủ kịp thời, tình trạng bị bỏ qua kể tượng thời tiết có qui mô nhỏ (kích thước vài km, thời gian tồn vài phút) Thông tin lưu giữ xem lại lịch sử phát sinh phát triển trình qui mô nhỏ Vì độ xác việc mô tả tượng thời tiết biến động chúng đầy đủ ảnh hiển thị có màu sắc sinh động Tuy nhiên, nguyên lí nhận biết mây tượng thời tiết qua ảnh PHVT radar đà số hoá giống loại không số hoá trước Nguyên lí nhận biết mây, mưa radar thông dụng dựa vào đặc điểm phản hồi vô tuyến mà radar quan trắc được, là: - Độ cao giới hạn dưới, - Cường độ phản hồi vô tuyến, - Hình dạng cấu trúc ảnh phản hồi hình (mặt cắt ngang PPI mặt cắt thẳng đứng RHI), - Vị trí phản hồi so với radar Mỗi tượng thời tiết liên quan đến mây có đặc điểm riêng Các đặc điểm thường phải tổng kết, đánh giá độ tin cậy sở số liệu quan trắc đối chứng radar trạm khí tượng mặt đất khu vực radar hoạt động Vì tượng thời tiết nhËn biÕt theo sè liƯu radar mang tÝnh x¸c st thống kê có tính địa phương 4.1.2 Nhận biết loại mây Khi ứng dụng vào thực tế, phần lớn độ phản hồi vô tuyến nhỏ 18 dBz coi là mưa mà phản hồi từ hạt mây hạt tán xạ nhỏ khác Tuy nhiên, số liệu phản hồi dùng để xác định độ cao mây dạng mây Dưới đặc điểm vùng PHVT số loại mây: - Phản hồi vô tuyến mây ti (Ci): Hình 4.1 Phản hồi vô tuyến mây Ci thị quét đứng RHI + Trên mặt cắt thẳng đứng PHVT mây Ci thể thành dải hẹp, độ cao > km, khoảng cách gần; + Trên mặt cắt ngang bị phát ; + Độ phản hồi nhá lg Z  -3,0 (Z tÝnh mm6/m3 ) hay Z -30 dBz; + Phản hồi mây Ci phát phạm vi 50 70 km cách trạm radar Hình 4.1 ví dụ hiển thị mây Ci thu radar không số hoá - Phản hồi vô tuyến mây trung (A): + Trên mặt cắt thẳng đứng (RHI) thể thành dải rộng mây Ci, có độ cao giới hạn (chân mây) km Khi có mưa độ cao chân mây kéo dài xuống mặt đất; + Trên mặt cắt ngang (PPI) chúng thể thành màn, lgZ  vµ chiÕm mét diƯn tÝch réng, vµ phát đến < 200 km; + Độ phản hồi tương đối đồng theo hướng Hình 4.2 ví dụ hình ảnh hiển thị mây As mây Ns thu radar không số hoá Hình 4.2 ảnh mây Ns (phần dưới) As (phần trên) thị quét đứng RHI - Phản hồi vô tuyến mây thấp (S): + Trên hình quét thẳng đứng: PHVT thể thành dải hẹp Độ cao vùng có độ PHVT cực đại HMax km Khi có mưa vùng phản hồi kéo dài xuống mặt đất Khi mưa độ cao chân mây H km; + Độ phản hồi đồng nhất; + Trên hình ngang (PPI) vùng PHVT mây thể thành rộng phát r 120 km Giá trị độ phản hồi lgZ = -2 2,5, giới hạn vùng có mây không mây không rõ - Phản hồi vô tuyến mây vũ tầng (Ns): Mây vũ tầng có mưa diện rộng kéo dài, tồn lâu Nếu mưa, hình thẳng đứng (RHI) chúng thể thành dải có độ dày lớn kéo dài xuống mặt đất Độ cao giới hạn mây có vượt km Hình ảnh thị quét đứng tương tự mây Ci dày có độ PHVT lớn Thêm vào đó, gần độ cao mực 00C nhiều tồn dải sáng (tầng tan băng) Trên thị radar số hoá dải màu ứng với độ PHVT lớn, mặt thị quét tròn (PPI) hình vành khuyên có độ phản hồi lớn Sự suất dải sáng- nơi có độ phản hồi tăng đột ngột so với mực xung quanh- đặc điểm quan trọng PHVT mây vũ tầng - Phản hồi vô tuyến mây tích (Cu, Cb): Hình 4.3 ảnh mây Cb quét đứng Trên hình RHI đám mây phát triển thẳng đứng thể rõ hình dạng chúng Độ cao giới hạn hình dạng thay đổi phụ thuộc vào giai đoạn phát triển mây giai đoạn mây vũ tích trước vũ tích độ cao đỉnh mây 13-17 km giai đoạn hình thành với chiều cao mây từ - km, độ phản hồi không đồng theo chiều cao chiều rộng Hình 4.3 ví dụ ảnh hiển thị RHI mây vũ tích thu radar không số hoá Trên thị PPI vùng phản hồi mây đối lưu thể thành đám nằm rải rác có xắp đặt định phụ thuộc vào hình thời tiết Độ phản hồi vô tuyến Z (tính dBz) thường > thay đổi tuỳ theo giai đoạn phát triển Đặc điểm bật PHVT mây tích giới hạn vùng có mây không mây rõ tâm hình có vùng sáng, nhiễu búp sóng phụ quét vào vật gần nơi đặt radar Hình 4.4 ảnh mây Ac, Cb Cc thị quét tròn Hình 4.4 ví dụ hình ảnh hiển thị mây trung tÝch (Ac), vị tÝch (Cb) vµ ti tÝch (Cc) thu radar không số hoá thị quét tròn 4.2 Nhận biết tượng đứt thẳng ®øng cđa giã qua sè liƯu cđa radar kh«ng Doppler Hình 4.5 Minh hoạ tượng đứt gió theo phương thẳng đứng Hiện tượng PHVT mây thị RHI radar thời tiết bị tách trôi khỏi gốc biểu hiện tượng có đứt thẳng đứng gió khí Có thể quan sát di chuyển đám phản hồi độ cao khác (sự thay đổi vị trí đám hình PPI góc cao khác nhau) theo thời gian để xác định xác thay đổi hướng tốc độ gió Hình 4.5 minh hoạ tượng này, sơ đồ hình ảnh đám mây quan sát vào ba thời điểm liên tiếp khác Riêng radar Doppler thay đổi hướng tốc độ gió xem ảnh hiển thị tốc độ gió, chí hình, mà ta không xét 4.3 Nhận biết tượng thời tiết nguy hiểm liên quan đến mây đối lưu mạnh (dông, tố, lốc, vòi rồng) 4.3.1 Dấu hiệu chung phản hồi vô tuyến mây đối lưu có khả gây tượng nguy hiểm Các tượng thời tiết nguy hiểm liên quan đến mây đối lưu mạnh (như dông, tố, lốc, vòi rồng ) nhận biết gián tiếp vào đặc điểm định tính định lượng PHVT mây quan trắc hình dáng cấu trúc phản hồi, độ phản hồi, độ cao, tốc độ di chuyển Có thể liệt kê dấu hiệu phản hồi vô tuyến mây đối lưu có khả gây tượng nguy hiểm sau: 1) Độ cao đỉnh phản hồi vô tuyến mây lớn khác thường: Hmax > 15 km (đỉnh PHVT mây xuyên thủng đối lưu hạn vượt 3-4 km) 2) độ cao 6-7 km, độ phản hồi cực đại vượt 48 dBz 3) Đường biên đám PHVT rõ, gradient thẳng đứng độ PHVT lớn 4) Phản hồi có hình móc vòng nhẫn gắn vào đám phản hồi mẹ (đám phản hồi lớn) 5) Phản hồi di chuyển với tốc độ lớn 40 knots (trên 74 km/h) 6) Có vùng phản hồi đám phản hồi (dry holes) 7) Tốc độ phát triển đỉnh PHVT lớn 600m/phút 8) Có hội tụ đám phản hồi 9) Một đám phản hồi phát triển mạnh trở nên lớn (Super Cell) gây lốc Các tượng thời tiết nguy hiểm nhận biết xác kết hợp ảnh PHVT với sản phẩm radar Doppler ảnh phân bố tốc độ gió xuyên tâm, độ rộng phổ 4.3.2 Nhận biết dông Dông khí tng hiểu tượng phức hợp mây đối lưu phát triển mạnh (mây dông) khí gây Nó thường kèm theo gió mạnh, mưa rào, sấm sét dội, chí mưa đá, vòi rồng ( vùng vĩ độ cao có có tuyết rơi) 4.3.2.1 Cấu trúc đám mây dông ổ mây dông hình thành xuất vùng rộng mà có dòng chuyển động thẳng đứng tương đối mạnh không khí Thời gian tồn trung bình đám mây dông từ nửa Quá trình phát triển hầu hết dông chia làm giai đoạn: giai đoạn hình thành mây Cu, giai đoạn trưởng thành (chín muồi) giai đoạn tan rà - Giai đoạn hình thành mây Cu: Dòng thăng vượt lên từ mặt đất vài ngàn feets Hơi nước ngưng tụ, hạt mây bắt đầu phát triển lớn dần lên Hạt mưa bắt đầu rơi xuống dòng giáng phát triển Tuy nhiên hạt mưa chưa rơi xuống tới mặt đất mà mây (hình 4.6) Hình 4.6 Các giai đoạn hình thành mây Cu (a), phát triển (b) tan rà (c) mây dông - Giai đoạn trưởng thành: Các hạt mưa rơi xuống dòng giáng tồn tai song song với dòng thăng Dòng giáng mạnh phần mây, phát sinh vùng phân kì hình thành vùng front cỡ nhỏ Những ổ mây hình thành phía bên dòng Mưa mạnh giai đoạn xảy mưa đá - Giai đoạn tan rÃ: Các dòng giáng tản toàn phía mây, làm cho yếu dần tan rà Chỉ xuất mưa nhỏ không kéo dài lâu 4.3.2.2 Những dông đối lưu đơn ổ đa ổ - Những dông đối lưu đơn ổ th­êng, bao gåm mét ỉ m©y nhá, thêi gian tån ngắn - Những dông đối lưu đơn ổ mạnh (siêu ổ) tồn lâu - Những dông đối lưu đa ổ thường bao gồm ổ mây thường hợp lại với Đây ổ mây hoạt động mạnh - Những dông đối lưu đa ổ mạnh bao gồm ổ mây thường vài siêu ổ tất siêu ổ hợp lại với (trường hợp toàn siêu ổ xảy ra) Các ổ mây dông xếp thành dải kết thành mây gần liên tục, rộng khoảng từ 10-50 km, dài vài trăm km dọc theo đường front lạnh, chuyển động ổn định theo hướng di chuyển front Đó đường gió giËt mµ ta sÏ nãi tíi sau Chóng cã thĨ ổ mây thường số ổ mây thường kết hợp với vài siêu ổ tất siêu ổ (trường hợp cuối hiếm) Những dông đa ổ đặc trưng hình thành liên tiếp ổ mây Cu (hình 4.7) Những đám mây hình thành sau khối mây Cu khoảng thời gian từ 10 đến 40 phút Hình 4.8 diễn biến PHVT theo thời gian đám mây dông đơn ổ Hình 4.7 Sơ đồ PHVT đám mây dông đa ổ (các số ghi đường đẳng trị có đơn vị dBz) Hình 4.8 Sơ đồ diễn biến PHVT theo thời gian đám mây dông đơn ổ (các số ghi đường đẳng trị có đơn vị 10 dBz) 4.3.2.3 Các tiêu nhận biết dông Đối với radar không Doppler người ta xây dựng tiêu nhận biết dông tượng mưa đá, tố, lốc qua đặc trưng PHVT mây - Chỉ tiêu độc lập: loại tiêu sử dụng đặc trưng PHVT mây radar đo được, ví dụ độ cao cđa ®Ønh PHVT, c­êng ®é PHVT NÕu chØ sư dơng đặc trưng tiêu gọi đơn trị vùng phía bắc Việt Nam, đỉnh phản hồi vượt 16 km lgZ3 3,0 (Z3 ®é ph¶n håi ë mùc H = H0 + km km, H0 độ cao mực 00C) khả có dông vượt 80 % (theo số liệu trạm radar Phù Liễn) Các tiêu đơn trị thường có độ xác không cao Ví dụ, lấy độ cao đỉnh PHVT mây làm tiêu nhận biết dông giai đoạn vũ tích (trưởng thành) mây có độ cao giai đoạn sau dông, tức mây đà chuyển sang giai đoạn tan rà Nếu tiêu xây dựng sử dụng nhiều đại lượng radar cung cấp, gọi tiêu tổng hợp Chẳng hạn trạm radar Phù Liễn, chuyên gia đà dùng Hm (độ cao đỉnh PHVT) Z3 để xây dựng sẵn đồ thị biểu diễn mối quan hệ xác suất hình thành dông P(%) với đại lượng Y=Hm.lgZ3 theo số liệu lịch sử (hình 4.9) Sau đó, có ảnh PHVT mới, ta tính đại lượng Y theo công thức đối chiếu với đồ thị để tìm xác suất hình thành dông (từ giá trị Y trục hoành, chiếu song song với trục tung lên đồ thị lại chiếu tiếp lên trục tung để tìm P) Chỉ tiêu thiết lập dựa nguyên tắc khả gây dông mây định kích thước hạt mây tồn hạt nước dạng rắn Mây cao (Hm lớn) số lượng hạt thể rắn nhiều, độ phản hồi lớn (Z3 lớn) có nhiỊu h¹t cã kÝch th­íc lín P 80 40 -20 -10 O 10 20 30 40 Y Hình 4.9 Xác suất xuất dông theo Y=Hm.lgZ3 Đường 1: r 15 km/h cã tíi cấp 10 Đường tố hình thành không khí lạnh di chuyển nhanh đà đẩy mạnh không khí nóng ẩm phía trước front lên cao, tạo ổ mây đối lưu sâu (thường mây Cb hình đe) dính liền vào thành dải Gió sau front giật tốc độ trung bình phải đạt từ m/s trở lên, lúc mạnh phải tăng lên tới 11 m/s trì thời gian phút Đường tố hình thành gần vùng xoáy mạnh (chẳng hạn bÃo), chuyển động xa khỏi xoáy phía vùng quang mây trước Các đường không khí lạnh phân kì bên vùng xoáy, bị giáng thuỷ kéo xuống gần mặt đất chuyển động xa vùng xoáy, đẩy không khí nóng ẩm lên cao, tạo đám mây đối lưu Khi đà hình thành, đường tố thường di chuyển theo hướng gần vuông góc với Đôi tồn thời gian dài xoáy đà tan không quan trắc thấy ảnh hiển thị radar Thời gian tồn đường tới vài giờ, đường tan đường khác lại xuất Hình 4.10 Phản hồi vô tuyến mây biểu vị trí đường tố Đường tố tượng gió mà radar Doppler thường quan trắc được: hiển thị PPI, thể thành dải gồm nhiều ổ đối lưu (hình 4.10) chuyển động theo hướng vuông góc với dải Chuyển động đường tố tương đối ổn định nên dễ dự báo Dựa vào ®Ỉc tr­ng cđa tr­êng giã ta cịng cã thĨ nhËn biết đường tố: gió phía trước đường tố yếu phía sau nhiều Trong thực tÕ tèc ®é giã ë phÝa sau ®­êng tè nhanh tốc độ di chuyển đường Tuy nhiên, ®­êng tè n»m däc theo ®­êng b¸n kÝnh qt cđa radar (tức chuyển động vuông góc với phương bán kính), ta sÏ khã ph¸t hiƯn nã nÕu chØ dùa vào thông tin gió Doppler Độ rộng phổ tốc độ gió đặc trưng sử dụng để xác định vị trí đường tố tốc độ gió thay đổi mạnh Trên ảnh độ rộng phổ, ta quan trắc đường gió giật di chuyển vuông góc với phương bán kính Đường tố nguy hiểm máy bay cất, hạ cánh Khi đường tố qua điểm gió chuyển hướng tốc độ tăng lên đáng kể Nếu cảnh báo trước đường tố cho sân bay đảm bảo an toàn cho máy bay điều khiển cất hạ cánh Radar DWSR 93C đà có phần mền xử lí để phát cảnh báo tượng nguy hiểm 4.3.4 Nhận biết lốc vòi rồng Lốc xoáy giống bÃo kích thước nhỏ, đường kính vùng xoáy mạnh cỡ vài chục vài trm mét Lốc xoáy có trục thng đứng, không khí lên Lốc khó dự báo Nguyên nhân sinh gió lốc tương tự bÃo: nhng ngày hè nóng nực, mặt đất b đốt nóng không nhau, vùng hấp thụ nhiệt thuận lợi nóng hơn, tạo vùng khí áp giảm tạo dòng thăng; không khí lạnh chung quanh tràn đến bị lực Coriolis làm lệch hướng, tạo tượng gió xoáy Trên hình radar, PHVT vùng có lốc hiển thị có kèm theo giáng thuỷ bụi lên Tuy nhiên, vùng gió xoáy lên nhiều giáng thuỷ mà xung quanh có, vậy, hình PPI ta thấy vùng mây phản hồi yếu đám phản hồi mạnh dạng tròn, giống mắt bÃo Song kích thước nhỏ mà dấu hiệu khó nhận biết Nếu lốc mạnh (thường xảy vùng biển vùng có địa hình phẳng, ma sát), hút lên cao không bụi mà vật nhẹ vất nặng (như cây, giấy, tôn, cá ), quẳng chúng xa khỏi vị trí ban đầu Đó tượng vòi rồng Trong vòi rồng cực mạnh tốc độ gió cực đại đạt tới 128 m/s Vùng PHVT lốc có vòi rồng thường thể thành chỗ lồi gắn vào đám mây mẹ xoáy lại thành dạng móc câu, có khép kín lại thành vòng nhẫn Nhiều phải theo dõi liên tục ảnh phản hồi ta thấy tượng Các đám phản hồi vô tuyến mây đối lưu có dạng đường sóng có khả gây lốc Hình 4.11 Hiển thị PPI xoáy mạnh dạng móc câu (theo Brandes, 1977) Các PHVT dạng móc câu thị PPI (hình 4.11) dấu hiệu radar đặc trưng thường thấy có vòi rồng PHVT dạng móc câu hình thành chuyển động xoáy mạnh mưa xung quanh dòng thăng xoáy vòi rồng Vùng móc câu vùng xoáy mạnh thực sự, mà thực tế vùng mưa xung quanh xoáy Nó có kích thước nhỏ khoảng 10 nm nhỏ so với phần xoáy Ngay với dông cực mạnh, không lớn 15 nm Móc câu xác định mực trung bình xoáy, vượt độ cao 10 km Thường móc câu tìm kiếm mức góc cao nhỏ anten PHVT dạng móc câu tín hiệu khó nhận dạng kích thước tương đối nhỏ thời gian tồn ngắn, nữa, tất vòi rồng tạo ra PHVT dạng móc câu bị mưa bụi trùm lên hết vùng Những cảnh báo lốc radar không Doppler dựa cường độ PHVT, độ cao đỉnh PHVT xoáy hình dạng xoáy hay móc câu PHVT Radar Doppler có thêm sản phẩm gió độ rộng phổ tốc độ gió giúp ích nhiều cho công việc Những vùng hai bên tâm xoáy có gió thổi theo hai hướng ngược Dấu hiệu sử dụng thuật toán TVS (tornadic vortex signature) để phát lốc Trường độ rộng phổ lớn yếu tố đặc trưng xoáy lốc nguy hiểm Những dấu hiệu khác lốc, vòi rồng xoáy nguy hiểm khác cã thĨ nhanh chãng ph¸t hiƯn b»ng c¸ch theo dõi liên tục hiển thị trường PHVT, gió Doppler độ rộng phổ độ cao khác 4.3.5 Nhận biết luồng giáng mạnh không khí Một tượng quan trọng gió xác định radar Doppler luồng giáng (dowburst) không khí Từ tượng TS Ted Fujita (Đại học tổng hợp Chicago) phát vào năm 1974, nghiên cứu cách chi tiết Nhiều vụ tai nạn máy bay xảy rơi vào vùng Nếu luồng giáng có kích thước ngang nhỏ gọi luồng giáng vi mô (microburst), ngược lại vĩ mô (macroburst) Vậy luồng giáng vi mô không khí nguyên nhân gây chúng? Theo Fujita: luồng giáng vi mô không khí vùng dòng giáng với tốc độ lớn phân kì xuống gần mặt đất, tàn phá vùng bán kính km nhỏ Mặt dù kích thước ngang luồng giáng vi mô nhỏ song tốc độ giáng đạt tới 75 m/s Ngược lại, kích thước lớn mà luồng giáng vĩ mô thường có tốc độ không lớn, không nguy hiểm người ta quan tâm Tất mây đối lưu hình thành dòng không khí ẩm chuyển động lên, ngưng kết tạo thành hạt mây Khi hạt nước mây đủ lớn, chúng rơi xuống thành mưa rào mưa dông Do tính bảo toàn khối lượng không khí mà dòng thăng có vùng dòng giáng đan xen Trong nhiều đám mây, mây dông mạnh, người ta quan trắc thấy luồng giáng mạnh Có ba nguyên nhân chủ yếu gây nên luồng giáng: luồng giáng mưa mạnh, luồng giáng không khí lạnh trình bốc hạt mưa rơi vào vùng không khí chưa bÃo hoà luồng giáng không khí lạnh hạt băng tan rơi vào vùng không khí ấm (khi đó, không khí lạnh, nặng hơn, chìm xuống dưới, thêm vào lại bị xuống theo mưa, tạo nên luồng giáng) Thực tế cho thấy dòng giáng không thẳng đứng, tốc độ gió phân kì gần mặt đất không phía Tương tự vậy, dông di chuyển ngang với vận tốc gió toả gần mặt đất từ dòng giáng không đều, gió phía dòng giáng mạnh nhiều so với gió phía bên Nếu dông chuyển động nhanh phía trước dòng giáng, gió mặt ®Êt cã h­íng trïng víi h­íng di chun cđa d«ng, phía sau gió có gió thổi ngược lại yếu Giữa hai phía hình thành đường đứt gió Đường đứt có độ đứt hai phía đạt tới 10 m/s lớn Trên hiển thị radar cần phân biệt luồng giáng ẩm với luồng giáng khô Khi luồng giáng mạnh có kèm theo lượng mưa đáng kể, chuyển động ngang hạt mưa xác định gió ngang luồng giáng tạo Vì luồng giáng không khí kèm theo mưa dƠ ph¸t hiƯn bëi c¸c radar Doppler Cịng cã nhiỊu trường hợp không mây mà ta quan trắc thấy luồng giáng lớp biên khí có hạt bụi hay côn trùng nhỏ cho ta PHVT ®đ ®Ĩ ph¸t hiƯn lng gi¸ng Radar Doppler cã thĨ xác định tốc độ gió xuyên tâm mục tiêu chuyển động vùng quan trắc Không phụ thuộc vào vị trí radar so với luồng giáng, radar phải quan trắc gió vào gần radar giã ®i xa radar HiƯn radar Doppler DWSR 93C đà có phần mền xử lí tự động phát cảnh báo luồng giáng không khí theo tiêu đà định trước 4.4 Nhận biết bÃo Khi bÃo đổ lên bờ, cường độ bị giảm bị cắt nguồn cung cấp ẩm ma sát bề mặt tăng lên Thời tiết nguy hiểm vòi rồng, đường gió giật, mưa đá thường kèm theo với đổ bÃo Do bÃo tồn lâu (vài ngày) có quỹ đạo chuyển động dự báo nên bÃo thường cảnh báo trước 4.4.1 Cấu trúc trường PHVT mây mưa bÃo Nhìn chung trường mây thể hình radar bÃo điển hình bao gồm thành phần sau đây: - Đường gió giật (đường tố) trước bÃo, - Các dải đối lưu bên ngoài, - Các dải mây hình xoắn chắn mưa, - Tường mây mắt bÃo mắt bÃo, - Đuôi bÃo Hình 4.12 Trường PHVT bÃo radar Doppler Guam quan trắc (ảnh Tom Yoshida, 2002) Cụ thĨ cÊu tróc thĨ hiƯn râ nh­ sau: 1) §­êng gió giật trước bÃo Hình 4.13 Xoắn loga góc Quan trắc nhiều bÃo tác giả nhận thấy đến vài ngày trước bÃo đổ vào đất liền, vào khoảng 300-700 km trước tâm bÃo xuất dải gồm đám mây đối lưu mạnh, có độ phản hồi mạnh, độ cao đỉnh PHVT lớn, cho dông mưa rào Những dải gọi đường gió giật trước bÃo Những đám mây xếp theo dải hẹp, dài đến hàng trăm km Đường gió giật độc lập tồn vài giờ, xếp vuông góc với hướng di chuyển bÃo thường di chun theo h­íng hÇu nh­ trïng víi h­íng di chuyển tâm bÃo Đây dấu hiệu tốt để có định hướng ban đầu hướng di chuyển bÃo Khi bÃo đổi hướng vị trí đường gió giật thay đổi Độ dày, hình dáng đường gió giật không liên quan đến cường độ hay đặc điểm khác bÃo Đường gió giật tồn biển Khi bÃo di chuyển di chuyển theo, vào gần bờ tan đường khác lại xuất Đường gió giật không xuất bÃo vào đất liền 2) Vùng đối lưu bên Vùng gồm đám mây đối lưu xếp không theo trật tự định Cũng có chúng xếp thành đường cong song không giúp ích cho việc xác định đặc điểm bÃo nói chung tâm bÃo nói riêng 3) Các dải mây hình xoắn chắn mưa Các dải mây hình xoắn gần đám phản hồi vùng mưa, phân bố theo đường cong hội tụ lại tâm bÃo Senn Hoser (1959 ) đà phát phản hồi dải mây phân bố theo đường xoắn loga xác định phương trình dạng: r = Aetg (4.3) lnr = lnA + tg (4.4) A số; r, toạ độ cực điểm đường cong mà ta xét quan hệ với tâm xoáy O; góc tiếp tuyến đường xoáy điểm có toạ độ r, tiếp tuyến đường tròn có tâm tâm xoáy bán kính r, gọi góc thổi vào hay góc xuyên (hình 4.13) Xen dải xoắn vùng phản hồi hình dáng định gọi chắn mưa Lá chắn mưa có mưa tương đối nhẹ so với mưa dải xoắn bán cầu Bắc, dải xoắn có chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ xung quanh tâm bÃo Bằng cách ngoại suy dải xoắn ước lượng vị trí tâm xoáy phù hợp với vị trí mà số liệu độc lập vệ tinh synốp phát 4) Mắt bÃo tường mây mắt bÃo (Eye and eye wall) Trong bÃo mạnh mắt bÃo vùng có dòng giáng, mây, mưa phản hồi vô tuyến mây Tường mây mắt bÃo có tiết diện ngang hình tròn elíp Tiết diện thấy rõ dùng mặt cắt ngang CAPPI Nếu dùng mặt cắt PPI tiết diện nhìn thấy không hoàn toàn tiết diện ngang mà tiết diƯn ë gãc nghiªng b»ng gãc cao cđa anten L­u ý trường hợp mắt bÃo rộng tiết diện ngang tiết diện nghiêng có khác đáng kể Mắt kiến tạo tốc độ gió vượt 33 m/s Trong bÃo yếu (thường gặp nhiều), mắt kiến tạo phần Vì quan trắc CAPPI PPI thấy phần tường mây dạng cung phần vòng xoắn Muốn tìm vùng mắt bÃo phải ngoại suy phần cuối dải xoắn bên Ngay đà có mắt hoàn chỉnh bÃo xa không nhìn toàn mắt mà thấy phần nhỏ mắt bÃo hoàn chỉnh Mắt bÃo thường có xu thu nhỏ lại vài trước đến bờ biển hoàn toàn bị sau bÃo vào đất liền 5) Đuôi bÃo Phía sau mắt bÃo dải mây xoắn thường dÃn Song tượng bị phát chúng thường cách xa radar Việc kéo dài dải mây xoắn thường xảy phía bên phải quỹ đạo chuyển động bÃo thường thể đường gồm phản hồi đám mây đối lưu mạnh 4.4.2 Quan hệ đặc điểm phản hồi vô tuyến mây bÃo với cường độ bÃo - Mắt bÃo hình tròn coi dấu hiệu bÃo mạnh Mắt bÃo hình dáng rõ ràng dấu hiệu bÃo yếu - Nói chung bÃo mạnh có nhiều dải xoắn - Góc thổi vào giảm cường độ tăng - Những bÃo yếu với áp suất trung tâm khoảng 950 mb độ dày dải xoắn lớn - Tường mây mắt bÃo có quan hệ không rõ ràng với cường độ bÃo Tuy nhiên xu xác định tường mây dày xoáy yếu Tường mây cao bÃo mạnh Một số tác giả đà cố gắng tìm công thức tính cường độ bÃo theo đặc điểm phản hồi quan trắc Những yếu tố để thành lập công thức tính cường độ bÃo là: Đường kính mắt bÃo, độ cao tường mây mắt bÃo, độ rộng tường mây mắt bÃo, góc thổi vào nhỏ dải xoắn Zhou Ducheng (1981) đà đưa công thức tính cường độ bÃo dựa yếu tố đà nói mắt bÃo xuất hình: Y = 31,6613 0,1501X1 + 1,4710X2 + 0,1033X3 – 0,3375X4 , (4.5) ®ã: Y- c­êng ®é b·o tÝnh b»ng tèc ®é giã cùc ®¹i (m/s), X1- đường kính vùng mắt bÃo (km), X2- độ cao tường mây (km), X3- độ rộng tường mây (km), X4- góc thổi vào nhỏ (tính độ) dải xoắn mưa Khi mắt bÃo không xuất hình công thức viÕt nh­ sau: Y = 73,3686 – 0,3904X1t + 0,0630X2t, (4.6) ®ã: Y- c­êng ®é b·o tÝnh b»ng tèc độ gió cực đại (m/s), X1- góc thổi vào (tính độ) dải xoắn mưa, X2- độ rộng dải xoắn (km) Theo tác giả phương trình sử dụng tâm bÃo biển phạm vi 350 km cách radar Sai số tuyệt đối trung bình tính theo số liệu lịch sử thời kì 1967-1980 số liệu nghiệp vụ từ 1981 khoảng m/s 4.4.3 Trường gió bÃo quan trắc thị PPI thị CAPPI radar Doppler DWSR Khi quan trắc bÃo thị PPI ta dùng biến Z có cấu trúc phản hồi vô tuyến mây bÃo đà trình bày Nếu ta dùng biến V cấu trúc trường gió Doppler (còn gọi gió xuyên tâm) bÃo Đây trường gió quan trắc góc cao định nên gió khoảng cách tới radar khác độ cao khác Đối với radar Doppler DWSR-2500C, không phát đường số sử dụng lệnh unfond off để dò tìm Trường hợp muốn khảo sát thay đổi gió theo độ cao tầng thấp bÃo dùng VAD dạng bảng dạng đồ thị Để mô tả kỹ trường gió Doppler nói chung bÃo nói riêng người ta thường dùng thị CAPPI với biến V Khác với thị PPI, thị cho biết trường gió độ cao xác định cần thiết cho việc phân tích gió bÃo, cảnh báo mức độ nguy hiểm đưa biện pháp phòng ngừa Việc xác định vị trí tâm bÃo theo thị khó khăn không dùng thuật toán đặc biệt xây dựng phần mềm ứng dụng Trong trường hợp phần mềm chuyên dụng để tìm tâm bÃo nên dùng thị PPI(Z) CAPPI(Z) để xác định vị trí Nó tâm hình học vùng mắt bÃo điểm hội tụ dải xoắn Nếu có hai hay nhiều radar thời tiết quan trắc mắt bÃo xác định vị trí tâm mắt bÃo ưu tiên lấy số liệu radar cách tâm bÃo gần Nếu hai radar phát mắt bÃo cách tâm mắt bÃo khoảng cách ưu tiên lấy số liệu vị trí tâm mắt bÃo radar mà quÃng đường truyền sóng từ mắt bÃo đến radar bị đám phản hồi che khuất (năng lượng phản hồi bị suy yếu hơn) Chương phân tích ảNH HIểN THị RAĐA Phân tích ảnh mô hiển thị tốc độ gió Doppler Các ảnh trình bày mục Brown Wood lập trình vẽ máy tính [14] hầu hết ảnh trường gió giả định đồng mặt ngang đổi hướng tốc độ theo độ cao theo qui luật đơn giản, trừ ảnh gió bề mặt (gió gần mặt đất) có bất đồng ngang ảnh số 1: Radar nằm tâm ảnh Đường số vạch màu trắng hình chữ S Anten radar giả định có góc cao (góc nâng) để đến vòng tròn cùng, độ cao tia sóng đạt 24 kft Dựa vào màu hiển thị thang màu hình ta biết phần phía tây đường số 0, gió có tốc độ âm, tức vận tốc gió có thành phần xuyên tâm hướng phía radar, phần phía đông ngược lại, gió có tốc độ dương, tức gió có thành phần xuyên tâm hướng xa radar Theo qui tắc xác định hướng tốc độ gió ảnh hiển thị Doppler, ta thu profiles hướng tốc độ gió sơ đồ phần bên trái hình Cụ thể: gió có tốc độ không đổi, 40 kt độ cao, hướng thay đổi tuyến tÝnh tõ 1800 (giã ... 00C, độ cao đối lưu hạn ) Loại tiêu thông dụng là: Tính Y = H -22 lgZ3 (4.1) NÕu Y  H -22 (lgZ3)min (4 .2) ®ã, H -22 độ cao mặt đẳng nhiệt 22 C đo bóng thám không ngày hôm Vùng lấy đặc trưng PHVT mây... vận tốc gió có thành phần xuyên tâm hướng phía radar, phần phía đông ngược lại, gió có tốc độ dương, tức gió có thành phần xuyên tâm hướng xa radar Theo qui tắc xác định hướng tốc độ gió ảnh... vào vị trí radar so với luồng giáng, radar phải quan trắc gió vào gần radar gió xa radar HiÖn radar Doppler DWSR – 93C đà có phần mền xử lí tự động phát cảnh báo luồng giáng không khí theo tiêu