Sử dụng đồng thời quan trắc quy mô lớn và quy mô bão trong việc tăng cường thông tin ban đầu cho bài toán dự báo xoáy thuận nhiệt đới bằng mô hình số trị

Bài báo đưa ra một phương pháp tăng cường thông tin ban đầu một cách khách quan cho mô hình dự báo số trị khu vực WRF-ARW của NCEP (Trung tâm nghiên cứu môi trường quốc gia, Mỹ) ứng dụng trong dự báo bão bằng phương pháp đồng hóa tổ hợp lọc Kalman (LETKF). Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sử dụng đồng thời quan trắc quy mô lớn và quy mô bão trong việc tăng cường thông tin ban đầu cho bài toán dự báo xoáy thuận nhiệt đới bằng mô hình số trịTạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 224-235Sử dụng đồng thời quan trắc quy mô lớn và quy mô bão trongviệc tăng cường thông tin ban đầu cho bài toán dự báo xoáythuận nhiệt đới bằng mô hình số trịDư Đức Tiến1,*, Ngô Đức Thành2, Kiều Quốc Chánh31Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương2Trường đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội,Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam3Đại học Indiana, Hoa KỳNhận ngày 08 tháng 8 năm 2016Chỉnh sửa ngày 26 tháng 8 năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 16 tháng12 năm 2016Tóm tắt: Sử dụng đồng thời thông tin quan trắc hòa hợp từ quy mô lớn đến quy mô bão, bài báo đưa ramột phương pháp tăng cường thông tin ban đầu một cách khách quan cho mô hình dự báo số trị khu vựcWRF-ARW của NCEP (Trung tâm nghiên cứu môi trường quốc gia, Mỹ) ứng dụng trong dự báo bão bằngphương pháp đồng hóa tổ hợp lọc Kalman (LETKF). Thông tin quy mô bão được tạo ra dựa trên việc xâydựng mô hình xoáy 3 chiều đầy đủ từ thông tin phân tích bão thực tế trong nghiệp vụ của NCEP. Thôngtin quan trắc quy mô lớn là số liệu gió tại các mực trên cao tính toán từ sự dịch chuyển của mây do trungtâm CIMSS (Trường đại học Wisconsin, Mỹ) cung cấp. Các dẫn giải về phương pháp sẽ được giới thiệucùng một số kết quả thử nghiệm ban đầu với trường hợp cơn bão Usagi năm 2013 hoạt động trên khu vựcTây Bắc Thái Bình Dương (TBTBD). Một số kết quả bước đầu cho thấy tính hiệu quả của phương phápđồng hóa đồng thời các thông tin ở các quy mô khác nhau trong dự báo quỹ đạo và cường độ của cơn bão.Từ khóa: Ban đầu hóa bão, đồng hóa tổ hợp, cấu trúc bão 3 chiều.mô hình số sẽ hết sức hạn chế, các thông tinquy mô vừa và quy mô đối lưu của các đặctrưng ban đầu của bão sẽ bị làm trơn đi, dẫn tớicác kết quả tích phân sẽ không phản ánh đượcđúng những diễn biến của hiện tượng này [8].Để khắc phục hạn chế thiếu hụt quan trắc trênbiển, bên cạnh các quan trắc từ số liệu vệ tinhđịa tĩnh những năm 1950-1960, từ những năm1980, các thám sát thẳng đứng từ các đầu đođược mang trên các vệ tinh cực đã được pháttriển, điển hình nhất và vẫn sử dụng đến thờiđiểm hiện tại là các số liệu AMSU và HIRS đểđo đạc các profile thẳng đứng liên quan đến1. Bài toán tăng cường cấu trúc xoáy banđầu cho mô hình số trong dự báo bão*Một trong những nguyên nhân gây ra sai sốdự báo bão, đặc biệt đến cường độ bão là cấutrúc ban đầu của bão chưa được mô tả tốt chocác mô hình số trị do sự thiếu hụt quan trắc trênbiển. Khi đó các thông tin sử dụng trong việcphân tích trường ban đầu đặc biệt liên quan đếncác hoàn lưu quanh khu vực tâm bão cho các_______*Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-936067015Email: duductien@gmail.com224D.Đ. Tiến và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 224-235nhiệt độ và độ ẩm của khí quyển [13]. Ngoài ra,từ số liệu của vệ tinh địa tĩnh cho phép chiếtsuất đưa vào mô hình trường gió trên cao thôngqua việc xác định sự dịch chuyển của các phầntử mây mỏng hoặc tựa trong suốt giữa cáckhoảng thời gian liên tiếp nhau [10]. Mặc dù đãcó sự bổ sung cấu trúc khí quyển trên biển từ sốliệu vệ tinh, tuy nhiên các đặc trưng động lực bachiều phân giải cao vẫn hết sức hạn chế để có thểđáp ứng được bài toán mô phỏng và dự báo xoáythuận nhiệt đới/bão với quy mô không gianngang dưới 10km. Riêng dữ liệu về bão từ cácthám sát sử dụng máy bay bay vào bão và đo đạc(dropsonde) mặc dù có chất lượng thông tin caonhưng chi phí hết sức đắt đỏ và do đó rất hạn chếtrong công tác nghiệp vụ.Nhận thức được vai trò quan trọng của cấutrúc nhiệt-động lực của bão ban đầu đến kết quảmô phỏng và dự báo bão và do bản thân sựthiếu hụt quan trắc đã dẫn tới các phân tíchtrường qui mô lớn thường quá yếu so với thựctế [8], lớp bài toán ban đầu hóa xoáy (TropicalCyclone Initialization) đã ra đời với nguyên tắcchính là đưa được vào thông tin xoáy có cấutrúc thật hơn thay thế cấu trúc xoáy không thậtdo các quan trắc hiện tại chưa đảm bảo việc thểhiện cấu trúc thật của bão trong trường ban đầu.Phương pháp cài xoáy lý tưởng vào trường banđầu của mô hình hoặc các xoáy lý tưởng (bogusvortex, model vortex, synthetic vortex) đượcgọi chung là bogus. Các xoáy lý tưởng đượcxây dựng dựa trên các thông tin quan trắc vềbão, bao gồm vị trí có áp suất mực biển cựctiểu, tốc độ gió bề mặt cực đại Vmax, áp suấtmực biển cực tiểu Pmin, bán kính gió cực đại,bán kính gió 15kts hoặc 30kts. Hiện nay có 3lớp phương pháp ban đầu hóa xoáy bão chínhgồm: i) phương pháp bogus thực nghiệm, ii)phương pháp ban đầu hóa động lực và iii)phương pháp bogus khách quan.1.1. Phương pháp bogus thực nghiệmPhương pháp bogus thực nghiệm giả thiếtxoáy ban đầu là một xoáy nhiễu trên trường quymô lớn và cần phải thay thế xoáy nhiễu này bởi225một xoáy có cấu trúc phù hợp ...