3. Xu thế biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè khu vực Việt Nam
TỐI ƯU HÓA TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN TRONG MỘT PHƯƠNG PHÁP BAN ĐẦU HÓA XOÁY ĐỘNG LỰC
BAN ĐẦU HÓA XOÁY ĐỘNG LỰC
Nguyễn Văn Hiệp(1), (2), Yi-Leng Chen(2)
(1) Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường
(2)Trường Đại học Tổng hợp Hawaii, Hawaii, Hoa Kỳ
Phương pháp ban đầu hóa xoáy động lực bằng chạy lặp của Nguyễn Văn Hiệp và Yi- Leng Chen đã thể hiện được một sốưu điểm đáng chú ý trong việc tạo ra trường ban đầu cho mô hình số. Đặc biệt phương pháp có thể ban đầu hóa khá phù hợp các trường nhiệt ẩm phi
đối xứng trong bão, việc ban đầu hóa phù hợp các trường này đã và đang là một thách thức với các nhà khoa học trên thế giới. Phương pháp cũng thể hiện ưu điểm trong dự báo quỹđạo và cường độ bão. Tuy nhiên, thời gian tính toán quá dài ngay cả với siêu máy tính mạnh là một trong những hạn chế lớn nhất của phương pháp. Với cả hai cách tiếp cận là cải tiến công nghệ và cải tiến vật lý, chúng tôi đã giảm đáng kể thời gian tính toán của phương pháp. Ở
góc độ công nghệ, thay vì chạy lặp với toàn bộ miền tính, các miền tính đệm có kích thước tương đương với vùng ảnh hưởng của bão được tạo ra cho quá trình chạy lặp. Sau khi xoáy trong mô hình phát triển tới cường độ xoáy bão thực tế, xoáy bão được chuyển từ các miền
đệm sang miền tính lớn để thực hiện dự báo.Về cách tiếp cận vật lý, chúng tôi đã tiến hành nhiều thử nghiệm để tìm ra các quá trình mang tính quyết định tới việc phát triển xoáy bão trong phương pháp ban đầu hóa. Các hiệu chỉnh vật lý trong tạo xoáy đã được thực hiện để
giảm số vòng lặp xuống một nửa. Kết hợp cải tiến về mặt công nghệ và hiệu chỉnh vật lý giảm thời gian ban đầu hóa xoáy khoảng 5 tới 10 lần. Việc cải tiến đáng kể thời gian thực hiện ban
đầu hóa xoáy tăng tiềm năng ứng dụng phương pháp trong nghiên cứu và dần tiến tới các
ứng dụng trong dự báo bão nghiệp vụ. Các thử nghiệm vật lý cho thấy đối lưu giúp vận chuyển năng lượng từ mặt biển và giúp tập trung năng lượng ẩn nhiệt từ môi trường để hình thành tâm nóng trong bão, từ đó giúp bão phát triển trong quá trình tạo xoáy của phương pháp ban đầu hóa.
1. Mởđầu
Ban đầu hóa xoáy đã và đang được nghiên cứu ở trong nước cũng như trên thế giới nhằm cải thiện chất lượng trường ban đầu của mô hình số dự báo bão. Một trong những hướng tiếp cận của ban đầu hóa xoáy là ban đầu hóa xoáy bằng phương pháp tích phân mô hình. Công trình của Kurihara và các cộng tác viên [1] là một điển hình của phương pháp này. Trong phương pháp, các tác giả xây dựng thành phần đối xứng của bão bằng cách tích phân phiên bản đối xứng của mô hình bão GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory). Thành phần phi đối xứng của xoáy bão được xây dựng bằng việc tích phân phương trình xoáy chính áp trên mặt Beta với điều kiện ban đầu lấy từ xoáy đối xứng đã xây dựng trước đó [2].
Gần đây, Nguyễn Văn Hiệp và Yi-Leng Chen [3] xây dựng một phương pháp ban đầu hóa xoáy động lực bằng chạy lặp mô hình. Trong quá trình chạy lặp, tại mỗi vòng lặp, mô hình trước hết được tích phân cho một khoảng thời gian một giờ. Sau đó, cấu trúc xoáy tại thời điểm cuối của thời gian tích phân vòng lặp trước được sử dụng để hiệu chỉnh xoáy tại thời điểm ban đầu của vòng lặp sau. Quá trình lặp được thực hiện tới khi xoáy bão phát triển tới cường độ quan trắc. Phương pháp đã thể hiện được một sốưu điểm đáng chú ý trong việc tạo ra trường ban đầu cho mô hình số. Đặc biệt
34 Tập 1: Khí tượng - Khí hậu, Khí tượng Nông nghiệp và Biến đổi Khí hậu
phương pháp có thể ban đầu hóa khá phù hợp các trường nhiệt ẩm phi đối xứng trong bão, việc ban đầu hóa phù hợp các trường này đã và đang là một thách thức với các nhà khoa học trên thế giới. Phương pháp cũng thể hiện ưu điểm trong dự báo quỹđạo và cường độ bão [3]. Tuy nhiên, thời gian tính toán quá dài ngay cả với siêu máy tính mạnh là một trong những hạn chế lớn nhất của phương pháp. Trong báo cáo này, các tác giả trình bày những nghiên cứu cải tiến nhằm giảm thiểu thời gian tính toán của phương pháp. Đồng thời, báo cáo cũng sẽ đề cập tới những yếu tố cơ bản quyết định việc phát triển xoáy bão trong quá trình ban đầu hóa.