b) Phương pháp dịch chuyển xoáy
3.2.1 Vai trò của địa hình đối với cấu trúc trường khí tượng trong bão
Sự phát triển, di chuyển của bão nhiệt đới phụ thuộc nhiều vào môi trường xung quanh bão. Bão, áp thấp hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào đất liền Việt Nam ngoài chịu ảnh hưởng của các hình thế thời tiết quy mô lớn như áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương, ITCZ, nhiệt độ nước biển bề mặt, độ đứt gió các tầng khí quyển còn phụ thuộc vào đặc điểm địa hình ven biển. Trong phần này, luận án nghiên cứu đánh giá vai trò tác động của độ cao địa hình khu vực Việt Nam đến cấu trúc theo phương ngang và phương thẳng đứng của các trường khí tượng trong bão vào các thời điểm đổ bộ, trước và sau khi bão đổ bộ vào khu vực duyên hải Việt Nam.
3.2.1.1 Vai trò của địa hình đối với cấu trúc trường mây
Hình 3.12 biểu diễn kết quả mô phỏng cấu trúc trường mây theo phương ngang của bão Damrey thông qua độ phản hồi vô tuyến vào lúc bão đổ bộ ứng với các thí
nghiệm thay đổi độ cao địa hình. Dựa vào kết quả mô phỏng có thể thấy trong trường hợp tăng độ cao địa hình (Hình 3.12a, c), do tác động của địa hình, cấu trúc trường mây bất đối xứng do các dải mây bị phá vỡ, ngược lại, trong các trường hợp giảm hoặc giữ nguyên độ cao địa hình, cấu trúc trường mây đối xứng hơn (Hình 3.12b, d). Cấu trúc mắt bão trong trường hợp tăng độ cao địa hình không còn rõ như các trường hợp có độ địa hình thấp hơn. Như vậy, do tác động của ma sát bề mặt sinh ra do độ cao địa hình, cấu trúc trường mây và mắt bão bị phá vỡ, địa hình càng cao thì tính chất bất đối xứng của trường mây càng lớn.
Cũng theo Hình 3.12, 3.13 có thể thấy thời gian bão đổ bộ của bão Damrey trong trường hợp giảm độ cao địa hình xảy ra sớm hơn từ 1 đến 2 giờ so với trường hợp mặc định, trong khi trường hợp tăng độ cao địa hình, bão đổ bộ muộn hơn so với trường hợp mặc định khoảng 4 giờ.
Hình 3.14 biểu diễn kết quả mô phỏng trường mây trong bão thời điểm 3 giờ trước khi bão đổ bộ, kết quả cũng cho thấy trong các trường hợp giảm độ cao địa hình cấu trúc trường mây khá đối xứng, phần phía tây và bắc của hoàn lưu bão xuất hiện một số dải mây tách ra khỏi đĩa mây của bão do tác động của địa hình. Trong các trường hợp mặc định và tăng độ cao địa hình, cấu trúc trường mây trong bão bất đối xứng mạnh mẽ ở phần phía tây bắc của đĩa mây, khu vực có độ phản hồi lớn đạt trên 50 dbz xuất hiện ở phần phía tây của đĩa mây nơi bão chịu tác động cưỡng bức của độ cao địa hình (Hình 3.14 a,c). Trường hợp giảm độ cao địa hình, giá trị độ phản hồi của mây tương đối đồng nhất, đặc biệt trong trường hợp giảm độ cao địa hình về 2m (Hình 3.14b). Kết quả mô phỏng chi tiết theo từng giờ được thể hiện trong Phụ lục 1.
Hình 3.12: Cấu trúc trường mây bão Damrey (2017) thông qua độ phản hồi vô tuyến (đơn vị đo: dbz) thời điểm bão đổ bộ trong các trường hợp (a) CTL, (b) TER2m, (c) TER150 và
Hình 3.14: Như Hình 3.12 đối với thời điểm 3h trước khi bão đổ bộ trong các trường hợp (a) CTL, (b) TER2m, (c) TER150 và (d) TER50
Hình 3.15: Như Hình 3.12 đối với thời điểm 3h sau khi bão đổ bộ trong các trường hợp (a) CTL, (b) TER2m, (c) TER150 và (d) TER50
3.2.1.2 Vai trò của địa hình đối với tốc độ gió cực đại và khí áp cực tiểu trong bão
Để nghiên cứu vai trò của địa hình đến trường khí áp cực tiểu (Pmin) và vận tốc gió cực đại (Vmax) tại tâm bão tại độ cao 10m, luận án tiến hành xây dựng mặt cắt qua tâm bão ứng với các thí nghiệm thay đổi độ cao địa hình vào các thời điểm bão đổ bộ (Hình 3.16), 3 giờ trước khi bão đổ bộ (Hình 3.17) và 3 giờ sau khi bão đổ bộ (Hình 3.18). Kết quả cho thấy, ở tất cả các trường hợp, khí áp cực tiểu tại tâm bão lớn nhất trong thí nghiệm độ cao địa hình được tăng nhiều nhất (Hình 3.16c, 3.17c, 3.18c), khí áp cực tiểu nhỏ nhất trong thí nghiệm giảm độ cao địa hình về 2m (Hình 3.16d, 3.17d, 3.18d). Cũng theo các kết quả mô phỏng, khí áp cực tiểu trong các thí nghiệm giảm độ cao địa hình lớn hơn so với trường hợp mặc định và ngược lại. Cụ thể, tại thời điểm 3 giờ trước khi bão đổ bộ, Pmin trong thí nghiệm TER150 đạt giá trị lớn nhất là 987 mb, trong thí nghiệm TER2m đạt giá trị nhỏ nhất là 973 mb, Pmin có giá trị 976mb trong thí nghiệm TER50 và 978 mb trong trường hợp mặc định. Như vậy, Pmin bão sẽ giảm khi tăng độ cao địa hình và tăng lên khi giảm độ cao địa hình. Kết quả mô phỏng chi tiết hơn theo từng giờ được thể hiện trong Phụ lục 2.
Với mặt cắt đông-tây của vận tốc gió, phân bố vận tốc gió quanh mắt bão bất đối xứng, trong tất cả các thí nghiệm phần phía đông của tâm bão nơi hoàn lưu bão còn ở trên biển trong thời điểm bão đổ bộ có giá trị lớn hơn phần phía tây của cơn bão nơi hoàn lưu bão ở trên đất liền. Tốc độ gió cực đại xuất hiện tại thành mắt bão và có giá trị giảm dần từ 35m/s đến 26m/s khi độ cao cao địa hình giảm (Hình 3.16). Vào thời điểm 3h trước khi bão đổ bộ, phân bố vận tốc gió quanh mắt bão khá đối xứng, giá trị vận tốc giá cực đại ở hai bên thành mắt bão hầu như không có sự chênh lệch (Hình 3.17). Còn vào thời điểm 3h sau khi bão đổ bộ, tốc độ gió giảm rất nhanh do bão không còn nguồn cung cấp ẩm để duy trì cường độ và do tác động phá vỡ cấu trúc của địa hình khi bão đi sâu vào đất liền, giá trị vận tốc gió trong các thí nghiệm giảm độ cao địa hình lớn hơn trong thí nghiệm tăng độ cao địa hình (Hình 3.18)
Hình 3.16: Mặt cắt thẳng đứng của khí áp mực biển (đường đen chấm đậm) và gió mực 10m (đường đen mảnh) qua tâm bão thời điểm bão Damrey (2017) đổ bộ trong các trường
hợp (a) CTL, (b) TER50, (c) TER150 và (d) TER2m
Hình 3.17: Như Hình 3.16 nhưng với thời điểm 3 giờ trước khi bão đổ bộ trong các trường hợp (a) (a) CTL, (b) TER50, (c) TER150 và (d) TER2m
Hình 3.18: Như Hình 3.16 nhưng với thời điểm 3 giờ sau khi bão đổ bộ trong các trường hợp (a) CTL, (b) TER50, (c) TER150 và (d) TER2m
3.2.1.3 Vai trò của địa hình đối với cấu trúc thẳng đứng của trường gió, độ ẩm và tốc độ thẳng đứng
Để xem xét cấu trúc thẳng đứng của bão, luận án xây dựng mặt cắt đông - tây qua tâm bão của trường tốc độ gió (đường liền nét), độ ẩm thông qua tỉ số xáo trộn hơi nước (phủ mầu) và tốc độ thẳng đứng (véc tơ). Kết quả cho thấy, phân bố trường tỉ số xáo trộn hơi quanh mắt bão bất đối xứng, trong tất cả các thí nghiệm phần phía đông của tâm bão nơi hoàn lưu bão còn ở trên biển trong thời điểm bão đổ bộ có giá trị lớn hơn phần phía tây của cơn bão nơi hoàn lưu bão ở trên đất liền. Phần phía tây của tâm bão có phân bố theo không gian không liên tục do cấu trúc mây bị phá vỡ dưới tác động của địa hình. Tốc độ gió cực đại xuất hiện ở độ cao từ 2 km đến 8 km tùy thuộc vào độ cao địa hình mà bão đi qua (Hình 3.19). Ở phần phía dưới của cơn bão tại độ cao 2 km đến 4 km, nơi chịu tác động cưỡng bức của địa hình, tốc độ gió có giá trị lớn đạt 30 m/s đến 40 m/s.
Về dòng thăng trong bão, khu vực phía đông của tâm bão, nơi hoàn lưu bão còn ở trên biển, dòng thăng có giá trị lớn hơn so với phía tây do phía đông bão vẫn được cung cấp năng lượng nhiệt, ẩm từ đại dương. Các thí nghiệm có địa hình cao thì tốc độ dòng thăng cũng có giá trị lớn hơn so với thí nghiệm có địa hình thấp. Như vậy, vào thời điểm bão đổ bộ, độ cao địa hình có vai trò làm tăng tốc độ gió ở mực thấp và tốc độ dòng thăng trong bão.
Hình 3.19: Mặt cắt đông - tây qua tâm bão Damrey (2017) của trường tốc độ gió (đường liền nét), tỉ số xáo trộn (phủ mầu) và tốc độ thẳng đứng (véc tơ) thời điểm đổ bộ trong các