LA41.006_Nghiên cứu phát triển và ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy ba chiều cho mục đích dự báo chuyển động bão ở Việt Nam
Nội dung đề tài: “Nghiên cứu phát triển và ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy ba chiều cho mục đích dự báo chuyển động bão ở Việt Nam”
Tính cấp thiết của đề tài
, đặc biệt
đối với những nơi nằm trong vùng hoạt động của bão – xoáy thuận nhiệt đới như
nước ta. Với tốc độ gió cực mạnh gần tâm, bão có thể trực tiếp gây nên những thiệt
hại nặng nề. Bão thường kèm theo mưa lớn có thể gây lũ lụt trên diện rộng và nước
dâng trong bão. Đặc biệt, cùng với xu thế nóng lên của khí hậu toàn cầu, sức tàn
phá và mức độ nguy hiểm của bão cũng tăng lên (Emanuel 2005, [38]). Chính vì
thế, yêu cầu về dự báo và cảnh báo bão chính xác, kịp thời là một trong những
nhiệm vụ quan trọng hàng đầu đối với nhiều cơ quan, ngành chức năng, nhất là đối
với những người làm dự báo nghiệp vụ. Để có thể đưa ra những hướng dẫn phòng
tránh, di dời kịp thời cho người dân, cần dự báo được 1) Quĩ đạo bão: Vị trí của bão
trong tương lai, hướng di chuyển và vùng đổ bộ (nếu có); và 2) Cấu trúc và cường
độ bão: Tốc độ gió cực lại, phân bố gió, vùng mưa và cường độ mưa. Trong hai yêu
cầu trên thì yêu cầu thứ nhất, dự báo quĩ đạo, có thể thực hiện dễ dàng hơn, còn dự
báo cường độ bão vẫn còn là thách thức lớn trên thế giới. Ở nước ta, việc dự báo quĩ
đạo bão có tầm quan trọng đặc biệt. Tuy nhiên, những gì mà chúng ta đạt được vẫn
đang ở mức độ khởi đầu, do đó một trong những nhiệm vụ trọng tâm của ngành khí
tượng thủy văn nước ta hiện nay là nâng cao chất lượng dự báo bão, nhất là quĩ đạo
bão.
Có nhiều phương pháp dự báo quĩ đạo bão:
1) phương pháp synop: chủ yếu sử dụng hệ thống các bản đồ hình thế thời
tiết, dựa trên khái niệm dòng dẫn đường với giả thiết xoáy bão được đặt
vào trường môi trường (dòng nền) và di chuyển cùng với dòng nền này;
2) phương pháp thống kê: dựa trên mối quan hệ thống kê giữa tốc độ và
hướng di chuyển của xoáy bão với các tham số khí tượng khác nhau, qua
đó xây dựng các phương trình dự báo. Một trong những mô hình thống kê
sử dụng các yếu tố thống kê khí hậu và quán tính là CLIPER (CLImatology
and PERsistent). CLIPER được coi là mô hình “không kỹ năng” và thường
được sử dụng để đánh giá mức độ hiệu quả các các mô hình dự báo khác.
3) phương pháp sử dụng các mô hình số trị (hay phương pháp số), dựa trên
việc giải số các phương trình toán học mô tả trạng thái của khí quyển để
đưa ra được các yếu tố thời tiết trong tương lai.
Trong các phương pháp kể trên thì phương pháp số có nhiều ưu điểm nhất,
cho phép dự báo quĩ đạo bão thông qua việc tích phân các phương trình mô tả động
lực học khí quyển một cách khách quan, tính được các biến khí tượng một cách
định lượng. Một trong những điều kiện tiên quyết để mô hình có thể dự báo chính
xác là điều kiện ban đầu (trường ban đầu) mô tả đúng trạng thái thực của khí quyển.
Thế nhưng điều này không phải lúc nào cũng dễ dàng có được, nhất là đối với
những trường hợp bão hình thành và hoạt động ở các vùng biển nhiệt đới, nơi mà
mạng lưới các trạm quan trắc vô cùng thưa thớt. Thực tế, nếu không có những
nguồn số liệu quan trắc bổ sung khác, như ảnh vệ tinh, radar,… mà chỉ với mạng
lưới quan trắc synop truyền thống thì nhiều cơn bão sẽ không được phát hiện, hoặc
nếu có thì thường không chính xác về vị trí tâm xoáy cũng như cấu trúc và cường
độ. . Mục đích cuối cùng của các phương pháp này là thay thế xoáy phân tích không
chính xác trong trường ban đầu bằng một xoáy nhân tạo mới sao cho có thể mô tả
gần đúng nhất với xoáy bão thực. Một trong những phương pháp ban đầu hóa xoáy
thường được sử dụng là cài xoáy giả (bogus vortex) hay còn gọi là xoáy nhân tạo
(artificial vortex). Phương pháp này bao gồm 2 quá trình: 1) “Tách” xoáy phân tích
ra khỏi trường môi trường và 2) Xây dựng một xoáy nhân tạo dựa trên lý thuyết
hoặc kinh nghiệm và một số thông tin quan trắc bổ sung về bão như vị trí tâm, quĩ
đạo, cường độ, v.v. (từ đây sẽ gọi các thông tin bổ sung này là các chỉ thị bão) để từ
đó kết hợp với trường môi trường. Các phương pháp ban đầu hóa xoáy đã được sử
dụng cho cả những mô hình hai chiều đơn giản như mô hình chính áp đến những
mô hình ba chiều đầy đủ, và thực tế đã chứng tỏ rằng trong đa số trường hợp việc
ban đầu hóa xoáy đã góp phần nâng cao được chất lượng dự báo quĩ đạo bão một
cách đáng kể.
Ở nước ta, trong qui trình dự báo bão hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp
synop và CLIPER, còn kết quả của mô hình số chỉ mang tính tham khảo, nên hạn
dự báo mới chỉ thực hiện cho 24 giờ. Sở dĩ như vậy là vì độ chính xác của quĩ đạo
dự báo bằng mô hình số còn rất hạn chế. Để có thểđưa ra các bản tin dự báo quĩ
đạo bão ở những hạn dài hơn, chẳng hạn hai đến ba ngày hoặc hơn nữa, nhất thiết
phải sử dụng mô hình số. Vì thế, việc sử dụng mô hình số trị trong nghiệp vụ dự
báo bão là một yêu cầu cấp thiết. Hiện tại có hai mô hình được chạy nghiệp vụ tại
trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương là mô hình chính áp WBAR
(Weber 2001 [82]) và mô hình khu vực phân giải cao HRM. Ngoài ra, còn một số
mô hình khu vực khác đã và đang được nghiên cứu, thử nghiệm tại Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên (ĐHKHTN), Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHQGHN), Viện Khí
tượng Thủy Văn và Trung Tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, chẳng
hạn như RAMS, MM5, ETA, WRF. Mô hình WBAR có sử dụng kỹ thuật phân tích
và tạo xoáy nhân tạo. Sơ bộ đánh giá cho thấy trong nhiều trường hợp WBAR cho
kết quả dự báo khả quan, nhất là đối với những cơn bão mạnh, ổn định. Tuy nhiên,
do WBAR là mô hình chính áp nên khi có những hệ thống thời tiết phức tạp, đặc
biệt khi bão bị những hệ thống tà áp mạnh khống chế thì sai số dự báo sẽ rất lớn (Lê
Công Thành, 2004)[16]. Mô hình HRM là một trong những mô hình số dự báo thời
tiết đầu tiên được đưa vào chạy nghiên cứu và nghiệp vụ ở Việt Nam trong khuôn
khổ đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp Nhà nước giai đoạn 2000−2002 do
PGS. TSKH Kiều Thị Xin làm chủ trì (Kiều Thị Xin và nnk (2002) [21]). Mô hình
HRM đã được đánh giá là có kỹ năng dự báo bão khá ổn định (Lê Công Thành,
2004)[16]. Như vậy, việc chọn HRM là mô hình để dự báo quĩ đạo bão là một
phương án khả thi. Tuy nhiên, đối với những cơn bão yếu, sai số dự báo của HRM
vẫn còn khá lớn mà một trong những lý do chính là vị trí và cấu trúc của xoáy bão
trong trường phân tích toàn cầu bị sai lệch so với xoáy bão thực. Vì những lý do nêu
trên, chúng tôi đã chọn phương án nghiên cứu phát triển sơ đồ ban đầu hóa xoáy ba
chiều cho HRM nhằm nâng cao khả năng dự báo quĩ đạo bão ở Việt Nam
