bằng mụ hỡnh số
Cú thể núi rằng trước khi hệ thống mụ hỡnh HRM được đưa vào dự bỏo nghiệp vụ, việc dự bỏo thời tiết núi chung, dự bỏo bóo núi riờng, ở Việt Nam chủ yếu được thực hiện bằng phương phỏp synụp. Cho đến cuối năm 1997, ngoài cỏc nguồn số
liệu synốp truyền thống được dựng để vẽ bản đồ hỡnh thế thời tiết hàng ngày, chỳng ta mới bắt đầu sử dụng sản phẩm của mụ hỡnh số toàn cầu do Cơ quan Khớ tượng Nhật Bản (JMA) cung cấp thụng qua hợp tỏc song phương.
Trờn thực tế, vào khoảng những năm bảy mươi của thế kỷ hai mươi, ở Việt Nam đó cú một nhúm nghiờn cứu xõy dựng mụ hỡnh số nhằm ứng dụng trong dự
bỏo quĩ đạo bóo gồm cỏc nhà khoa học đầu ngành do PGS. TS Trịnh Văn Thư
(nguyờn là Phú Tổng cục trưởng Tổng cục Khớ tượng Thủy văn) đứng đầu. Đỏng chỳ ý nhất liờn quan đến thành tựu của nhúm này cú thể kểđến cụng trỡnh của Trịnh Văn Thư và Krishnamurti (1992) [78]. Trong cụng trỡnh này cỏc tỏc giả đó nghiờn cứu ban đầu húa xoỏy bóo cho một mụ hỡnh nước nụng một mực để dự bỏo quĩ đạo hai cơn bóo Betty (1987) và Dan (1989) trờn khu vực Biển Đụng. Về cơ bản, xoỏy nhõn tạo là một xoỏy Rankine sửa đổi với số mũ là -0.6, trường độ cao nhận được bằng cỏch giải phương trỡnh giú gradient. Song vỡ nhiều lý do khỏc nhau mà chủ
yếu là sự hạn chế về khả năng tớnh toỏn của mỏy tớnh, những kết quả nghiờn cứu của họ cũng chưa thểđưa vào nghiệp vụ.
Kể từ sau năm 2000, nhờ sự phỏt triển của cụng nghệ thụng tin, hệ thống Internet và nhiều điều kiện khỏc, cỏc mụ hỡnh số dự bỏo thời tiết, bóo đó được
chớnh ỏp WBAR (Weber, 2001 [82]). Mụ hỡnh WBAR được Phan Văn Tõn và nnk. (2002)[14,15] khảo sỏt với một số trường hợp bóo và nhận định mụ hỡnh này cú khả
năng dự bỏo quĩ đạo bóo cho khu vực Tõy Bắc Thỏi Bỡnh Dương và Biển Đụng. Là một mụ hỡnh số trị đầu tiờn được đưa vào dự bỏo quĩ đạo bóo nghiệp vụ ở Việt Nam, WBAR đó được nhiều tỏc giả trong nước nghiờn cứu cải tiến, hiệu chỉnh nhằm mục đớch dự bỏo quĩ đạo bóo cho khu vực Biển Đụng. Bựi Hoàng Hải, Phan Văn Tõn (2002) [3], đó khảo sỏt 9 phương ỏn ban đầu húa khỏc nhau của WBAR với ba trường hợp bóo và nhận thấy việc thay đổi cỏc phương ỏn ban đầu húa cú ảnh hưởng lớn đến quĩđạo dự bỏo và phụ thuộc vào từng tỡnh huống bóo cụ thể. Vừ Văn Hũa (2005) [4, 5] đó thử nghiệm WBAR trờn một số lượng trường hợp bóo tương
đối lớn. Kết quả nhận được cú tớnh ứng dụng cao vỡ cho phộp lựa chọn cỏc dạng phõn bố giú tiếp tuyến cũng như cấu hỡnh cỏch tớnh trung bỡnh lớp sõu (DLM) hoặc mực dũng dẫn tựy theo cường độ của bóo.
Nguyễn Thị Minh Phương (2003) [8], (2005) [9] cũng thử nghiệm thay đổi cỏch tớnh toỏn cỏc tham số bỏn kớnh giú hiệu chỉnh lớn nhất và cụng thức tớnh thành phần xoỏy bất đối xứng của xoỏy nhõn tạo của một mụ hỡnh chớnh ỏp. Tuy vậy số
lượng trường hợp bóo thử nghiệm cũn ớt và việc thay đổi cũn mang tớnh kinh nghiệm. Mụ hỡnh chớnh ỏp đó cải tiến (tỏc giả ký hiệu là BARO_PH) đó được tỏc giả thử nghiệm đỏnh giỏ cho cỏc cơn bóo hoạt động trờn khu vực Biển Đụng mựa bóo 2005 (Nguyễn Thị Minh Phương, 2007) [10]. Kết quả thử nghiệm cho thấy BARO_PH cú chất lượng dự bỏo tương đương thậm chớ tốt hơn so với cỏc mụ hỡnh nghiệp vụ trờn thế giới của Úc và Hoa kỳ (Bảng 1.3.1).
Bảng 1.3.1: Sai số vị trớ của một số mụ hỡnh trong nước và trờn thế giới mựa bóo 2005 (trớch từ Nguyễn Thị Minh Phương, 2007 [10])
Sai số vị trớ (Km) Mụ hỡnh 12h 24h 36h 48h JTWC 82.6 115.5 163.1 219.9 TC-LAPS 90.4 143.7 197.8 295.0 BARO_PH 81.1 134.5 164.9 212.6
Nhỡn chung, hầu hết cỏc nghiờn cứu kể trờn đều nhằm điều chỉnh cỏc tham số, phương ỏn ban đầu húa khỏc nhau của cỏc mụ hỡnh chớnh ỏp để tỡm được những bộ
tham số thớch hợp cho dự bỏo quĩ đạo bóo ở Việt Nam. Tuy vậy, qua cỏc thử
nghiệm của mỡnh, Lờ Cụng Thành và Kiều Thị Xin (2003) [17] đó nhận định một mụ hỡnh chớnh ỏp chỉ cú thể cho kết quả dự bỏo tương đối tốt đối với những cơn bóo mạnh, cú quĩ đạo thẳng, nhưng sẽ cho sai số lớn đối với những trường hợp bóo đổi hướng.
Ngoài cỏc mụ chớnh ỏp, một số mụ hỡnh ba chiều đầy đủ cũng được cỏc tỏc giả
nghiờn cứu khả năng dự bỏo quĩ đạo bóo. Mụ hỡnh đầu tiờn cần được nhắc đến là mụ hỡnh khu vực phõn giải cao HRM, hiện đang được chạy nghiệp vụ tại Trung tõm dự bỏo khớ tượng thủy văn Trung ương. Sản phẩm dự bỏo của HRM được dựng như
một nguồn thụng tin tham khảo chớnh cho cỏc bản tin dự bỏo, trong đú cú thụng tin dự bỏo đường đi của bóo. Kiều Thị Xin và nnk. (2002) [20] đó thử nghiệm mụ hỡnh HRM để dự bỏo quĩ đạo cơn bóo Durian (2001). Sai số dự bỏo được so sỏnh với cỏc kết quả của dự bỏo cơn bóo Emily của cỏc mụ hỡnh của Mỹ. Theo cỏc tỏc giả, mặc dự HRM là mụ hỡnh dự bỏo thời tiết nhưng nú cũng cú khả năng dự bỏo quĩ đạo bóo cho khu vực Việt Nam – Biển Đụng. Để nõng cao chất lượng dự bỏo, cỏc tỏc giảđó
đề xuất cần cải thiện chất lượng số liệu trường ban đầu do cỏc thỏm sỏt nghốo nàn trờn biển Đụng. Những nghiờn cứu của Lờ Cụng Thành, 2004 [16] cho thấy HRM cú kỹ năng dự bỏo cao hơn cỏc mụ hỡnh WBAR và Dengler, và cú thể nắm bắt được những trường hợp bóo cú quĩđạo phức tạp mà cỏc mụ hỡnh chớnh ỏp khụng nắm bắt
được.
Một số mụ hỡnh ba chiều đầy đủ khỏc cũng được cỏc tỏc giả khỏc nghiờn cứu khả năng dự bỏo bóo. Trần Tõn Tiến và nnk. (2004) [18] đó sử dụng mụ hỡnh khu vực hạn chế ETA và thử nghiệm dự bỏo mưa và quĩđạo bóo cho khu vực Việt Nam.
MM5 cho dự bỏo hạn ngắn ở Việt Nam, đó cú nhận định là “khi trong miền tớnh cú sự hoạt động của xoỏy thuận nhiệt đới nhất thiết phải sử dụng chức năng cài xoỏy của mụ hỡnh” và cần cú những nghiờn cứu chuyờn sõu về cỏc sơ đồ ban đầu húa xoỏy để ỏp dụng vào dự bỏo quĩ đạo bóo. Phan Văn Tõn và Bựi Hoàng Hải[12] (2003), Đặng Thị Hồng Nga và cộng sự (2006)[7], đó nghiờn cứu ỏp dụng sơđồ ban
đầu húa xoỏy của TC-LAPS vào mụ hỡnh MM5 và đạt được những kết quả khả
quan. Tuy vậy, cỏc cụng trỡnh kể trờn mới chỉ dừng ở mức độ nghiờn cứu trờn một số lượng cỏc trường hợp bóo tương đối ớt.
Túm lại, cú thể núi rằng khả năng ỏp dụng mụ hỡnh số trị vào dự bỏo quĩ đạo bóo ở Việt Nam là hiện thực, và cần thiết phải nghiờn cứu phỏt triển sơ đồ ban đầu húa xoỏy, đặc biệt là sơđồ ban đầu húa xoỏy cho một mụ hỡnh ba chiều đầy đủ.
Nhận thấy ở Việt Nam hiện nay cú khỏ nhiều mụ hỡnh số ba chiều được nghiờn cứu, thử nghiệm và ỏp dụng, như MM5, WRF, HRM, RAMS, ETA,… Mỗi mụ hỡnh đều cú những ưu, nhược điểm riờng của mỡnh và chưa cú cụng trỡnh nào chỉ ra sự hơn kộm của chỳng. Hơn nữa, cỏc mụ hỡnh khỏc nhau sẽ cú những đặc
điểm khỏc nhau vềđộng lực học và vật lý, như hệ tọa độ, phương phỏp sai phõn,… Cú nghĩa là khụng thể xõy dựng một sơ đồ ban đầu húa xoỏy ỏp dụng chung cho mọi mụ hỡnh. Điều đú làm nảy sinh vấn đề cần lựa chọn một mụ hỡnh để xõy dựng sơ đồ ban đầu húa của luận ỏn. Qua quỏ trỡnh tỡm hiểu chỳng tụi nhận thấy trong số
CHƯƠNG 2 :
NGHIấN CỨU PHÁT TRIỂN SƠ ĐỒ BAN
ĐẦU HểA XOÁY BA CHIỀU
Như đó đề cập trong Chương 1, bài toỏn ban đầu húa xoỏy bóo cú thể chia thành cỏc bài toỏn nhỏ: Phõn tớch xoỏy, xõy dựng xoỏy nhõn tạo và kết hợp xoỏy nhõn tạo với trường ban đầu. Chương này sẽ mụ tả phương phỏp phõn tớch xoỏy và xõy dựng xoỏy nhõn tạo để từ đú ỏp dụng xõy dựng sơ đồ ban đầu húa xoỏy trong chương 3.
Phõn tớch xoỏy nhằm tỏch xoỏy phõn tớch (xoỏy tồn tại trong trường phõn tớch toàn cầu) ra khỏi trường mụi trường của nú. Quỏ trỡnh phõn tớch loại bỏ xoỏy ban
đầu được thực hiện nhờ sử dụng phương phỏp tỏch xoỏy của Smith và Weber (1995) [81]. Phương phỏp này đó được ỏp dụng khỏ thành cụng trong nhiều sơ đồ
ban đầu húa xoỏy cho cỏc mụ hỡnh WBAR (Weber, 2001)[82], TC-LAPS (Davidson và Weber, 2000) [29]
Việc xõy dựng xoỏy nhõn tạo được lựa chọn ở đõy dựa trờn lý thuyết xoỏy cõn bằng ba chiều do Smith (2005) [75] đề xuất. Theo phương phỏp này, khi cho trước một phõn bố giú lý thuyết và phõn bố của cỏc yếu tố mụi trường, cú thể tớnh được phõn bố theo bỏn kớnh và độ cao của khớ ỏp, mật độ và nhiệt độ. Để khảo sỏt tớnh hợp lý cũng như khả năng ỏp dụng của lý thuyết này cho sơ đồ ban đầu húa xoỏy, chương này cũng sẽ mụ tả những nghiờn cứu lý tưởng sử dụng mộ hỡnh Nghiờn cứu và Dự bỏo Thời tiết (WRF).
mực mụ hỡnh của miền phõn tớch, một trường vụ hướng bất kỳfijđược xem là tổng của thành phần trường mụi trường fijE và thành phần xoỏy fijV .
fij = fijE + fijV (2.1.1)
Thành phần trường mụi trường lại cú thể được tỏch ra cỏc thành phần trường mụi trường qui mụ lớn fijEL và trường mụi trường qui mụ nhỏ fijES cũn thành phần xoỏy được tỏch ra thành phần xoỏy đối xứng fijVS và phi đối xứng fijVA :
fij = (fijEL+ fijES) + (fijVS + fijVA) (2.1.2) Trường mụi trường qui mụ lớn được xỏc định bằng cỏch phõn tớch chuỗi Fourier thụng qua phương phỏp lặp Barnes (1964) [24] để tỏch bỏ cỏc súng cú bước súng ngắn hơn một bước súng cho trước. Thành phần sau khi tỏch trường qui mụ lớn ra khỏi trường ban đầu bao gồm trường mụi trường qui mụ nhỏ, trường xoỏy đối xứng và phi đối xứng. Cỏc thành phần xoỏy đối xứng và phi đối xứng được xỏc định thụng qua việc phõn tớch Fourier theo phương vị xung quanh tõm xoỏy phõn tớch (được xỏc định là cực đại của độ xoỏy, nhiệt độ hoặc cực tiểu của khớ ỏp mực biển). Thành phần xoỏy đối xứng được lấy là thành phần súng số 0 trong phõn tớch Fourier – cú giỏ trị là hằng số tại một vũng bỏn kớnh. Thành phần xoỏy phi đối xứng được lấy là thành phần súng số 1. Trường cũn lại sau khi trừđi thành phần xoỏy được coi là trường mụi trường qui mụ nhỏ. Quỏ trỡnh này được thực hiện cho từng mực mụ hỡnh cho lần lượt cỏc biến: tốc độ giú u,v; nhiệt độ t. Sơ đồ khụng ban đầu húa trường độ cao địa thế vị (trường sẽđược mụ hỡnh xỏc định từ cõn bằng thủy tĩnh) và trường độ ẩm (chưa được đưa vào nghiờn cứu này và được xem là khụng ảnh hưởng nhiều đến quỹ đạo bóo). Cỏc mục tiếp theo sẽ trỡnh bày chi tiết qui trỡnh phõn tớch xoỏy trong HRM_TC.