bằng mô hình WRF.
3.2.1. Lựa chọn yếu tố cấu thành xoáy giả trong đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả. xoáy giả.
Tr−ớc khi thực hiện các thử nghiệm dự báo bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam, tác giả thực hiện thử nghiệm lựa chọn thành phần của xoáy giả để đ−a vào sơ đồ đồng hóa đạt đ−ợc những cải thiện tối −u nhất. Thử nghiệm đ−ợc áp dụng cho
1
Bão Lêkima ban đầu là một áp thấp nhiệt đới hình thành ở phía Đông đảo Ludzong - Phillipin vào tr−a ngày 29/9/2007, sau đó mạnh lên thành bão (cơn bão số 5). Sau hai ngày hoạt động di chuyển nhanh theo h−ớng Tây Tây Nam, sau đó là h−ớng giữa Tây Nam và Tây Tây Nam với tốc độ 15 - 20 km/h. Bão Lêkima liên tục đổi h−ớng và đạt c−ờng độ t−ơng đối mạnh cấp 11- 12, giật trên cấp 12. Đến khoảng 18h30 ngày 3/10 thì đi vào đất liền thuộc địa phận các tỉnh Quảng Bình – Hà Tĩnh. Bão Lêkima tiếp tục di chuyển theo h−ớng Tây với tốc độ 15km/h và đi sâu vào đất liền rồi suy yếu thành áp thấp nhiệt đới trên lãnh thổ Thái Lan. Đây là cơn bão mạnh, đã gây gió mạnh và m−a lũ lớn cho hầu hết các tỉnh thuộc khu vực Trung Trung Bộ.
Trong nghiên cứu này, tác giả đã tiến hành dự báo 72 giờ quỹ đạo và c−ờng độ cơn bão Lêkima bằng mô hình WRF trong các tr−ờng hợp:
+ Không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (TH1).
+ Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển và gió các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH2).
+ Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển, gió và ẩm các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH3).
+ Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển, gió và nhiệt các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH4).
+ Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển, gió, ẩm và nhiệt độ các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH5).
Kết quả và nhận xét
Sau khi thực hiện các thử nghiệm trên, thu đ−ợc các kết quả về quỹ đạo và c−ờng độ dự báo tại các thời điểm 12Z ngày 30/9/2007, 00Z ngày 01/10/2007 và 00Z ngày 02/10/2007. Hình 3.1 (a, b, c ) biểu diễn đ−ờng đi của cơn bão và Hình 3.2 (a,b,c) biểu diễn c−ờng độ qua thông số khí áp mặt biển tại tâm bão trong các tr−ờng hợp thử nghiệm.
a)
c) Hình 3.1: Quỹ đạo thực và quỹ đạo dự báo của các tr−ờng hợp thử nghiệm đối với cơn
bão Lêkima thời điểm dự báo 12Z ngày 30/9 (a), 00Z ngày 01/10 (b), 00Z ngày 02/10 (c). 1- Track 2- TH1 3- TH2 4- TH3 5- TH4 6- TH5
Pmin 960 965 970 975 980 985 990 995 1000 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Han DB P m in Track TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 a) Pm in 960 965 970 975 980 985 990 995 1000 1005 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Han DB P m in Track TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 b) Pmin 950 960 970 980 990 1000 1010 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Han DB P m in Track TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 c) Hình 3.2: Khí áp mặt biển quan trắc và khí áp mặt biển dự báo tại tâm bão Lêkima của các tr−ờng hợp thử nghiệm. Thời điểm dự báoi 12Z ngày 30/9 (a), 00Z ngày 01/10 (b), 00Z ngày 02/10 (c) (Mb).
Nhận xét về quỹ đạo
Từ hình vẽ ta nhận thấy đối với quỹ đạo cơn bão Lêkima, tại những thời điểm từ 00 giờ đến 48 giờ, các tr−ờng hợp thử nghiệm đều đ−a ra những dự báo khá giống nhau và gần với quỹ đạo thực. Sau hạn dự báo 48 giờ quỹ đạo bão trong các thử
nghiệm bắt đầu có sự phân tán lớn.Ta thấy rằng thời điểm bắt đầu dự báo càng gần thời điểm bão đổ bộ thì quỹ đạo dự báo càng sát với quỹ đạo thực (Hình 3.1c).
Tr−ờng hợp TH2 và TH3 cho kết quả t−ơng tự nhau ở cả 3 ngày dự báo. Nh− vậy có thể thấy rằng vai trò của tr−ờng ẩm trong sơ đồ đồng hóa không mang lại hiệu quả cao đối với dự báo quỹ đạo bão. Khi xem xét tr−ờng ẩm sau khi tích phân của TH4 và TH2, TH3 thấy rằng TH4 mô tả tr−ờng ẩm không tốt, thậm chí là rất thấp. Vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả đã phát huy hiệu quả trong dự báo quỹ đạo ở các thời điểm ban đầu.
Nhận xét về c−ờng độ
Về mặt c−ờng độ, các thử nghiệm đã cho những cải thiện đáng kể. Nhìn một cách tổng thể, có thể thấy kết quả dự báo c−ờng độ bão của mô hình WRF có thể chia làm 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 từ thời điểm 06 giờ đến 42 giờ. Giai đoạn 2 từ thời điểm 42 giờ đến 72 giờ.
Giai đoạn 1: TH2 và TH3 cho kết quả dự báo áp suất ở tâm bão gần nhất với giá trị quan trắc. Các giá trị khí áp mặt biển tại tâm đều thấp hơn tr−ờng hợp thực nh−ng không nhiều. TH5 lại cho giá trị khí áp rất thấp so với thực tế. Có thời điểm giá trị thấp nhất của TH5 là 958 mb, trong khi giá trị quan trắc chỉ đạt 980 mb. TH4 cho giá trị về c−ờng độ thấp hơn TH2 và TH3 song không quá thấp nh− TH5. Chỉ TH1 có dự báo c−ờng độ cao hơn so với đ−ờng quan trắc nh−ng chênh lệch của nó không quá lớn. Giai đoạn 1, các tr−ờng hợp thử nghiệm áp suất dự báo ở tâm bão phân tán lớn.
Giai đoạn 2: các đ−ờng dự báo rất sát nhau và gần với đ−ờng thực. Nhóm các tr−ờng hợp gần nhất là TH1 và TH5. Các tr−ờng hợp còn lại TH2, TH3 và TH4 có sự khác biệt không đáng kể. Từ đó có thể thấy TH2 và TH3 có thể sử dụng để dự báo c−ờng độ ở cả hai giai đoạn. Riêng với TH1 và TH5 chỉ nên sử dụng ở giai đoạn 2.
Từ những kết quả trên có thể thấy rằng vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả là quan trọng trong cải thiện chất l−ợng dự báo bão, đặc biệt là về c−ờng độ. Tuy nhiên việc chọn yếu tố nào của thành phần xoáy giả để đ−a vào đồng hóa các tr−ờng ban đầu cần xem xét một cách thận trọng. Từ các kết quả thử nghiệm
cho thấy việc lựa chọn TH2 cho dự báo bão trên Biển Đông là hợp lý hơn cả về quỹ đạo, c−ờng độ bão và thời gian tính toán.
3.2.2. Vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả đối với lựa chọn TH2 Qua phân tích cơn bão Lêkima cho thấy lựa chọn tr−ờng khí áp mặt biển và gió các mực để đ−a vào quy trình đồng hóa số liệu 3DVAR của mô hình WRF là tối −u hơn cả về dự báo quỹ đạo, c−ờng độ và thời gian tính toán. Để thấy rõ hơn vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả trong bài toán dự báo bão, sau đây tác giả phân tích chi tiết hơn cho cơn bão Durian đổ bộ vào tỉnh Bến Tre năm 2006.
Khảo sát tr−ờng khí t−ợng tr−ớc và sau khi đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả.
Hình 3.3 biểu diễn tr−ờng đ−ờng dòng mực 1000mb và 200mb của cơn bão Durian tại thời điểm thực hiện dự báo 00Z ngày 03/12/2006 với tr−ờng hợp không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả và có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả. Hình 3.4 là mặt cắt ngang qua tâm bão của tr−ờng nhiệt độ tr−ớc và sau khi đ−a vào hệ thống đồng hóa của lớp từ mực 1000mb đến 200mb.
Từ Hình 3.3 ta thấy với tr−ờng hợp không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (Hình 3.3a,b), tr−ờng đ−ờng dòng đã không thể hiện đ−ợc độ xoáy tại vùng xoáy bão. C−ờng độ và cấu trúc xoáy bão đã đ−ợc tăng c−ờng và mô tả hoàn thiện hơn đối với tr−ờng hợp có đồng hóa (Hình 3.3c,d). Cấu trúc lõi nóng của cơn bão cũng đ−ợc mô tả rõ hơn trong tr−ờng hợp này, thể hiện ở các đ−ờng đẳng nhiệt vồng lên ở vùng tâm bão (Hình 3.4a,b). Nh− vậy, vai trò của hệ thống đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả đã phát huy tích cực trong việc mô tả và khôi phục lại c−ờng độ, vị trí và cấu trúc lõi nóng của vùng tâm bão.
a) b)
c) d)
Hình 3.3: Tr−ờng đ−ờng dòng mực 1000 mb, 200mb không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (a,b) và có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (c,d) của cơn bão Durian.
a) b)
Hình 3.4: Mặt cắt ngang qua tâm bão của tr−ờng nhiệt độ không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (a) và có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (b) của cơn bão Durian ngày 03/12/2006.
Hình 3.5 mô tả tr−ờng khí áp mực biển tại thời điểm 00h và 24h sau khi tích phân mô hình của hai tr−ờng hợp. Sau khi đồng hóa số liệu xoáy giả, tr−ờng áp tại thời điểm bắt đầu tích phân (Hình 3.5c) đã thấp hơn so với tr−ờng hợp không đồng hóa (Hình 3.5a) khá nhiều. Đ−ờng đẳng áp trong cùng của tr−ờng hợp đồng hóa tr−ờng cài xoáy đạt tới 996 mb trong khi tr−ờng hợp không đồng hóa chỉ đạt tới 1004 mb. Sau 24 giờ tích phân mô hình, tr−ờng áp vẫn tiếp tục đ−ợc tăng c−ờng với cả hai tr−ờng hợp và mạnh hơn đối với tr−ờng hợp có đồng hóa. Điều này mở ra một h−ớng khả quan đối với bài toán dự báo c−ờng độ bão.
a) b)
c) d)
Hình 3.5: Tr−ờng khí áp mực biển tại thời điểm 00h và 24h sau khi tích phân mô hình ứng với các thử nghiệm No_bogus (a,b) và Bogus (c,d).
Tình hình diễn biến ảnh h−ởng của cơn bão DURIAN
Tr−a ngày 26/11, một áp thấp nhiệt đới trên khu vực phía đông quần đảo Philippin đã mạnh lên thành bão và có tên quốc tế là DURIAN. Sau khi hình thành bão, bão DURIAN di chuyển theo h−ớng tây tây bắc khoảng 20-25km/giờ và mạnh lên nhanh chóng. Tối ngày 29/11, bão đạt c−ờng độ cực đại (cấp 16). Sáng ngày
về phía tây và suy yếu đi nhanh chóng. Sáng ngày 1/12, bão đi vào biển Đông, c−ờng độ suy giảm xuống cấp 12, cấp 13, bão tiếp tục di chuyển theo h−ớng tây với tốc độ khoảng 15 km/giờ. Tr−a ngày 3/12, khi còn cách đất liền khoảng 450 km về phía đông, bão có dấu hiệu di chuyển dần về phía tây nam. Chiều tối ngày 4/12, khi còn cách đất liền khoảng 120 km về phía đông, bão số 9 lại thay đổi h−ớng đi sang h−ớng tây tây nam c−ờng độ cấp 10, cấp 11, sau đó đi sát đảo Phú Quý với c−ờng độ cấp 11 và di chuyển dọc theo ven biển các tỉnh Nam Trung Bộ và sáng ngày 5/12, vùng tâm bão đi vào các tỉnh Bến Tre-Trà Vinh, tiếp tục đi qua các tỉnh ở miền Tây Nam Bộ. Tối cùng ngày, bão đi xuống vịnh Thái Lan, suy yếu thành vùng áp thấp, di chuyển về phía tây ra khỏi vịnh Thái Lan và không còn ảnh h−ởng đến n−ớc ta.
Phân tích hình thế Synop của cơn bão số 9 DURIAN (0621) tháng 11- 12/2006
Phân tích hình thế Synop hai ngày 3 và 4/12, khi cơn bão ảnh h−ởng đến Việt Nam. Ngày 3/12 cơn bão bắt đầu di chuyển theo h−ớng Tây Nam. Sang ngày 4/12, cơn bão di chuyển theo h−ớng Tây Tây Nam và đi qua các tỉnh miền tây Nam Bộ.
Nhìn vào hệ thống bản đồ của cơn bão thấy có những hệ thống Synop cơ bản sau: bản đồ mặt đất và 850mb có dải thấp xích đạo, cao lạnh lục địa và front. Trên các bản đồ 700mb và 500mb chủ yếu bị khống chế bởi hệ thống cao cận nhiệt đới, dòng xiết gió tây, hệ thống sống rãnh.
Ngày 1 và 2/12, ở tầng bề mặt, áp cao lục địa tăng c−ờng ít thay đổi, hoàn l−u của áp cao này phát triển và mở rộng chủ yếu về phía đông tới vùng biển Nhật Bản và bán đảo Triều Tiên, trong khi vùng biển Đông và bán đảo Đông D−ơng hoàn l−u của áp cao này lùi về phía bắc (đ−ờng đẳng áp 1015mb có vị trí khoảng 19-20° N. Trên cao mực 850 mb và 700 mb áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình D−ơng có xu h−ớng mạnh lên và lấn về phía tây.
Phân tích ngày 3 và 4/12: Sau khi phát triển thành bão, nó đã di chuyển khá nhanh, ngày 1/12 bão đã đi vào biển Đông và liên tục đổi h−ớng. Ngày 3/12 (Hình 3.7), bão có dấu hiệu di chuyển dần về phía tây nam. Trên bản đồ mặt đất cao lạnh vùng Seberi tăng c−ờng nhanh xuống phía nam và ảnh h−ởng đến Việt Nam. Trị số ở
108°E. Trong khi đó vị trí tâm bão ở vào khoảng 14°N-114°E, vì vậy cao lạnh lục địa đã ép cơn bão khó có thể đi lên phía bắc. Sang ngày 4/12 (Hình 3.8), cao lạnh tiếp tục tăng c−ờng nhẹ, phát triển về phía đông nam. Tuy nhiên, nó vẫn duy trì và ổn định ở phía tây nam, cơn bão vẫn có xu h−ớng dịch chuyển xuống và theo h−ớng tây tây nam. Do di chuyển vào khu vực bị ảnh h−ởng của rìa áp cao lạnh và khô nên bão tiếp tục suy yếu dần. Trên ảnh vệ tinh (Hình 3.6), hiện rõ đĩa mây trung tâm, mắt bão tròn và sắc nét.
Trên bản đồ 850mb ngày 3/12 (Hình3.9), cao cận nhiệt phát triển mạnh về phía tây nam. L−ỡi cao cận nhiệt có trị số 152 dam v−ơn tới vị trí thấp nhất 11°N và xa nhất 96°E, vị trí tâm bão vẫn ở khoảng 14°N-114°E. L−ỡi cao cận nhiệt đã bao lấy cơn bão, khiến cơn bão tiếp tục di chuyển đi xuống theo h−ớng tây nam và tây tây nam.
Trên bản đồ 500mb (Hình 3.10, 3.11), có sự xuất hiện một rãnh nông, phía tr−ớc rãnh gió mạnh hơn nên có sự hội tụ khối l−ợng, không khí giáng xuống, tạo điều kiện cho áp cao lạnh lục địa đ−ợc tăng c−ờng. Các đ−ờng đẳng áp t−ơng đối ken xít, tốc độ gió tây mạnh nên cao lạnh lục địa có khả năng đ−ợc tăng c−ờng mạnh.
Đến cuối ngày 4/12, cơn bão đã tiến gần vào đất liền, do vậy nó sẽ nhanh chóng suy yếu và tan rã do ảnh h−ởng của không khí lạnh và ma sát địa hình.
Tóm lại: Qua những phân tích trên cho thấy đây là cơn bão t−ơng đối mạnh (trục cơn bão t−ơng đối thẳng đứng từ mực thấp đến cao) và có quỹ đạo phức tạp. Sự phức tạp về quỹ đạo của cơn bão là do xuất hiện đồng thời nhiều hình thế synop. Tại mực mặt đất, cao lạnh lục địa tăng c−ờng và phát triển về phía nam và đông nam. Trên cao, cao áp cận nhiệt phát triển mạnh theo h−ớng tây -tây nam khiến cơn bão chỉ có thể đi xuống phía nam. Kết hợp với đới gió Tây hội tụ trên mực 500mb, duy trì l−ỡi áp cao lục địa ổn định. Thêm vào đó dòng dẫn đ−ờng của cao áp cận nhiệt t−ơng đối mạnh so với cơn bão do vậy dù có c−ờng độ mạnh nh−ng so với cao cận nhiệt, nó vẫn là cơn bão yếu và bị chi phối chủ yếu bởi dòng dẫn đ−ờng [1], [9].
Hình 3.8. Bản đồ mặt đất lúc 00Z ngày 04/12/2006
Hình 3.10. Bản đồ đẳng áp mực 850 mb lúc 00Z ngày 04/12/2006
Quay lại với những kết quả dự báo số trị của cơn bão Durian với hai tr−ờng hợp thử nghiệm No_bogus và Bogus. Hình 3.12 biểu diễn kết quả dự báo của cơn bão tại thời điểm dự báo 00Z ngày ngày 03/12/2006.
Hình 3.12: Quỹ đạo thực (1) và quỹ đạo dự báo của các thử nghiệm Bogus (2) và No_bogus (3) đối với bão Durian tại thời điểm dự báo 00Z ngày 03/12/2006 .
Từ hình vẽ cho thấy tr−ờng hợp đồng hóa số liệu tr−ờng đã cài xoáy giả đã thể hiện khá tốt tại tất cả các thời điểm dự báo (Hình 3.12). ở đây, kết quả mô hình của tr−ờng hợp Bogus đã mô tả đ−ợc hình thế cao lạnh lục địa lấn sâu xuống phía nam hơn tr−ờng hợp No_bogus (Hình 3.5). Cụ thể, đ−ờng đẳng áp 1016 mb trong tr−ờng hợp Bogus đã lấn tới vị trí 12.6°N và mở rộng hơn về phía đông nam. Trong khi với tr−ờng hợp No_bogus, đ−ờng đẳng áp 1016 mb mới chỉ v−ơn tới 17.6°N và có c−ờng