Nghiên cứu tính toán trường gió thực từ gió thành phần xuyên tâm quan trắc được bởi mạng lưới ra đa thời tiết đốp-le

Ở Việt Nam, do hiện tượng thời tiết nguy hiểm xuất hiện ngày càng tăng về tần xuất và tính nguy hiểm nên nhu cầu dự báo cực ngắn từ lâu đã trở nên cấp thiết. Vì nhu cầu đó mà việc hiểu biết đầy đủ về cấu trúc gió bên trong của hệ thống mây đối lưu càng quan trọng hơn. Mặc dù chúng ta đã có nguồn số quan trắc gió trong khí quyển tự do là thám không vô tuyến và Pilot nhưng độ phân giải số liệu của nó rất hạn chế. Vậy để đáp ứng nhu cầu về nguồn số liệu gió phục vụ bài toán phát hiện, theo dõi, cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm liên quan đến mây đối lưu, chúng ta cần phải khai thác số liệu gió đốp le. Tuy đã có rất nhiều công trình nghiên cứu khai thác sản phẩm ra đa đốp le, nhưng chủ yếu là sử dụng số liệu phản hồi vô tuyến mà chưa quan tâm nhiều đến việc khai thác số liệu gió.

Các phần mềm thương mại chuyên dụng (có bản quyền) được trang bị theo hệ thống quan trắc hiện nay cài đặt ở trạm ra đa đốp le chỉ mới hiển thị được một vài loại ảnh sản phẩm (chủ yếu là thành phần tốc độ xuyên tâm) như: Radial Velocity Plan Position Indicator - PPI (V) là sản phẩm tốc độ đốp le quét với góc nâng cố định (dạng mặt nón); Radial Velocity Constant Altitude Plan Position Indicator CAPPI (V) là sản phẩm tốc độ đốp le đồng độ cao; Velocity Azimuth Display Radial velocity-VAD Radial velocity là sản phẩm hiển thị tốc độ gió theo hướng phương vị.

Vì thế, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính toán trường gió thực từ gió thành phần xuyên tâm quan trắc được bởi mạng lưới ra đa thời tiết đốp-le” trong thời gian từ năm 2015 đến 2017. Chủ nhiệm đề tài là ThS. Đào Thị Loan.

Một số kết quả nổi bật của nghiên cứu:

- Trong quá trình tính toán, đề tài cũng đã hoàn thành việc giải mã và trích xuất số liệu gió đốp le. Điều này cho phép người sử dụng có thể chủ động khai thác file số liệu gốc đã bị nén phục vụ nhiều mục đích khác nhau mà không phụ thuộc vào các phần mềm có bản quyền của hãng. Kết hợp việc xử lý nhiễu và tốc độ vượt ngưỡng, số liệu đầu vào được xử lý loại bỏ nhiều sai số trước khi đưa vào chương trình tính toán. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp dị thường, chương trình xử lý gió vượt ngưỡng cũng không hoàn toàn loại bỏ được.

- Sau khi tính toán, hiệu chỉnh và trích xuất được 3 thành phần tốc độ u, v, w tính từ gió xuyên tâm của ra đa đốp le, đề tài đã xây dựng thành công phần mềm chiết xuất, tích hợp trường phản hồi vô tuyến với trường gió ngang, thẳng đứng và hiển thị dạng ảnh. Phần mềm kết nối toàn bộ hệ thống các chương trình của đề tài từ công đoạn xử lý số liệu đầu vào đến khi chiết xuất, tích hợp, hiển thị sản phẩm theo yêu cầu người sử dụng phục vụ mục đích cảnh báo thời tiết nguy hiểm. Sản phẩm từ phần mềm của đề tài có một số đặc điểm ưu việt hơn sản phẩm của phần mềm của hãng EEC ở chỗ phong phú về số lượng và hiển thị phân bố trường gió xác thực hơn. Phần mềm này có mã nguồn mở, dễ sử dụng, là công cụ tiện dụng có thể trợ giúp cho người sử dụng sản phẩm gió đốp le trong việc cảnh báo hiện tượng thời tiết nguy hiểm.

- Kết quả chiết xuất và hiển thị trường gió ngang và thẳng đứng đã được đề tài sử dụng thử nghiệm để phân tích đặc điểm trường gió trong dông đơn ổ, đa ổ, xoáy thuận nhiệt đới nhằm cảnh báo hiện tượng thời tiết nguy hiểm và cường độ bão trong các khu vực bán kính quét gió của 4 trạm ra đa thời tiết đốp le Đông Hà, Tam Kỳ, Nha Trang, Nhà Bè. Qua thử nghiệm phân tích, sản phẩm của đề tài được đánh giá là có khả năng triển khai áp dụng rộng rãi cho nghiệp vụ và nghiên cứu.

- Hiện tại, việc phân tích đặc điểm trường gió trong xoáy thuận nhiệt đới mới chỉ được so sánh ước lượng với phân tích của Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương mà chưa thể có những đánh giá so sánh khác. Hơn nữa, đề tài dựa vào phân bố trường gió trên các mặt cắt ngang từ 1km trở lên để xác định cấp gió trong bão cũng chưa thật hợp lý, cần phải có những nghiên cứu chuyên sâu hơn để khai thác trường gió ở mực thấp từ số liệu ra đa.

- Bên cạnh đó, đề tài đã đề xuất được dự thảo “Quy định về chế độ quan trắc của ra đa thời tiết đốp le”, trong đó có quy đinh cụ thể về các chế độ quét khối và chế quan trắc gió đốp le đối với ra đa băng sóng S, C, X. Trong thời gian thực hiện đề tài, Quy định đã được áp dụng thử với cả 4 trạm ra đa thời tiết đốp le trong vòng 1 tháng và có báo cáo phân tích quan trắc thử nghiệm đầy đủ.

Kết quả quan trọng và chủ yếu của đề tài là tạo ra được số liệu gió 3 chiều u, v, w từ nguồn số liệu gió quan trắc 24/24h hàng ngày bởi mạng lưới ra đa thời tiết đốp-le ở Việt Nam. Với nguồn số liệu thời gian gần thực này, hoàn toàn có thể triển khai tiếp theo các công trình nghiên cứu sâu hơn về phân bố trường gió trong khí quyển tự do, trong các hệ thống thời tiết… phục vụ các mục đích khác nhau mà từ trước chúng ta không có điều kiện quan tâm đến. Chẳng hạn, chúng ta có thể nghiên cứu cảnh báo dông, nghiên cứu cảnh báo cường độ bão và phạm vi ảnh hưởng của bão bằng thông tin ra đa thời tiết đốp le. Với các trạm ra đa thời tiết đốp-le: sản phẩm hiển thị gió thực giúp cho quan trắc viên dễ dàng phát hiện, theo dõi, cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm một cách kịp thời hơn. Với các đơn vị sử dụng số liệu ra đa đốp le vì mục đích dự báo: giúp họ có công cụ khai thác thuận tiện số liệu gió đốple, trợ giúp cảnh báo sớm các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, trợ giúp cảnh báo tốc độ gió trong bão, có thể sử dụng bổ sung nguồn số liệu gió đưa vàocác mô hình dự báo thời tiết số trị.

Việc tính toán trường gió thực 3 chiều từ gió xuyên tâm quan trắc bởi 1 ra đa đốp le có thể mang lại hiệu quả cao khi khai thác mạng lưới quan trắc ra đa hiện có, phù hợp với điều kiện hiện tại của Việt Nam là chưa có mạng lưới trạm ra đa thời tiết đốp le dày đặc.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14919/2017) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.T.T (NASATI)