Khoá luận: Áp dụng kỹ thuật Dvorak tính cường độ của các cơn bão hoạt động trên Biển Đông năm 2007 và 2008 Đánh giá kết quả

Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện khoá luận này tôi đà nhận đợc
những sự giúp đỡ tận tình và quý báu của gia đình, thầy cô, bạn
bè và đồng nghiệp. Qua đây, tôi xin đợc gửi lời cảm ơn chân
thành tới Phòng nghiên cứu ứng dụng, Trung tâm Dự báo Khí tợng
Thuỷ văn Trung Ương vì những sự giúp đỡ to lớn về số liệu cũng
nh chuyên môn.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình
của ThS. Nguyễn Thị Thanh Bình Phòng nghiên cứu ứng
dụng, Trung tâm Dự báo Khí tợng Thuỷ văn Trung Ương trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Mặc dù đà cố gắng nhiều nhng trong khuân khổ của một
khoá luận tốt nghiệp thì kết quả của đề tài nghiên cứu này cha
thể nào hoàn chỉnh đợc. Tôi rất mong nhận đợc sự góp ý của
thầy cô và các bạn để luận văn tốt nghiệp này đợc hoàn thiện
hơn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội tháng 5 năm
2009
Sinh viên
Vũ Thị Lan Anh


Mở đầu
BÃo là một hiện tợng thời tiết ảnh hởng rất lớn đến đời sống
ở các nớc vùng nhiệt đới. ở việt Nam, phần lớn các thiệt hại do thiên
tai ®Ịu Ýt nhiỊu liªn quan ®Õn b·o nh ma lín, gió mạnh, lũ lụt
gây ra nhiều thiệt hại về tài sản cũng nh con ngời. Do vậy, dự báo
bÃo và các công tác nghiên cứu phục vụ cho dự báo bÃo luôn đợc

chú trọng.
Với những đặc thù riêng: quy mô của bÃo nhỏ hơn quy mô
synop, phát triển theo chiều thẳng đứng lên tới đỉnh tầng đối lu, cấu trúc của bÃo rất phức tạp. Hơn thế nữa, quá trình hình
thành và phát triển của bÃo đều nằm ở trên đại dơng, nơi có rất
ít số liệu quan trắc truyền thống dẫn đến việc nghiên cứu về
bÃo rất khó khăn. Các thám sát về bÃo tha thớt cũng là khó khăn lớn
cho việc cung cấp số liệu đầu vào cho mô hình dự báo, ảnh hởng
đến độ chính xác trong dự báo bÃo. Với công nghệ phát triển
hiện nay, số liệu vệ tinh đà khắc phục đợc tình trạng trên. Với
vùng phủ rộng kể cả trên khắp các đại dơng, độ phân giải thời
gian và không gian lớn, số liệu vệ tinh đà chứng tỏ tính u việt
trong việc giám sát các hệ thống thời tiết nói chung và bÃo nói
riêng. Với mục đích nghiên cứu khả năng ứng dụng của phơng
pháp Dvorak trong việc xác định tâm và cờng độ XTNĐ, chúng
tôi chọn đề tài: áp dụng kỹ thuật Dvorak tính cờng độ của
các cơn bÃo hoạt động trên Biển Đông năm 2007 và 2008 Đánh giá kết quả. Ngoài phần lời cảm ơn, mục lục, phụ lục và
mở đầu, bố cục của luận văn đợc chia thành 4 chơng:
Chơng 1: Tổng quan về XTNĐ và vệ tinh khí tợng
Chơng 2: Nhận dạng mây bÃo và cách xác định tâm XTNĐ

2


Chơng 3: Xác định cờng độ XTNĐ bằng kỹ thuật Dvorak
Chơng 4: áp dụng kỹ thuật Dvorak để xác định cờng độ
một số cơn bÃo hoạt động trên biển Đông năm 2007 2008. Đánh giá
so với số liệu Best track

Chơng 1
tổng quan về xtnđ và vệ tinh khí tợng

1.1. Xoáy thuận nhiệt đới và BÃo
1.1.1. Định nghĩa
BÃo và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) đợc gọi chung là xoáy thuận
nhiệt đới (XTNĐ). XTNĐ là một vùng gió xoáy, có đờng kính tới hàng
trăm ki-lô-mét, hình thành trên vùng biển nhiệt đới, gió thổi xoáy
vào trung tâm theo hớng ngợc chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu
và theo chiều kim đồng hồ ở Nam bán cầu, áp suất khí quyển
(khí áp) trong XTNĐ thấp hơn nhiều so với xung quanh và thờng là
dới 1000mb [5]. Chuyển động xoáy vào tâm làm đối lu phát triển
mạnh, gây ma to trên một khu vực rộng lớn, đôi khi còn kèm theo
các hiện tợng thời tiết quy mô nhỏ khác nh tố, lốc, vòi rồng Tùy
theo tốc độ gió mạnh nhất vùng gần tâm mà XTNĐ đợc chia thành
ATNĐ hay bÃo [5]. Phân loại bÃo đợc thể hiện trên bảng:
Bảng 1.1. Phân loại bÃo theo cấp gió
Cấp bÃo
áp

thấp

Nhiệt

Gió cực đại

Cấp gió (cấp

(m/s)

Beaufort)

17.1

6-7

3


®íi
B·o

17.2 - 24.4

8-9

B·o m¹nh

24.5 - 32.6

10 - 11

B·o rÊt m¹nh

≥ 32.5

12

Mức độ gây thiệt hại của BÃo nhiều khi không phụ thuộc vào
cờng độ bÃo, vì bÃo có cờng độ yếu hoặc ATNĐ vẫn có thể gây
nên thiệt hại lớn hơn so với các cơn bÃo mạnh. Trên thực tế, các cơn
bÃo yếu hay ATNĐ có thể gây nên thiệt hại rất lớn về ngời và của,
chủ yếu là do ma hay lũ lụt.

1.1.2. Điều kiện hình thành bÃo
Trong lịch sử phát triển của ngành Khí tợng đà có một số học
thuyết giải thích sự hình thành bÃo nhiệt ®íi. Tuy nhiªn cho tíi
nay cha cã mét häc thut nào giải thích đợc một cách triệt để
vấn đề sự hình thành bÃo cũng nh đa ra một phơng pháp dự báo
chính xác. Từ những nghiên cứu lý thuyết và thực tế ngời ta đà đa ra đợc một số điều kiện cơ bản cho sự hình thành của bÃo nh
sau [5]:
- Khu vực đại dơng có diện tích đủ lớn với nhiệt độ mặt
biển cao (từ 26- 27C) bảo đảm nớc bốc hơi mạnh cung cấp năng
lợng lớn cho hệ thống bÃo.
- Thông số Coriolis có giá trị đủ lớn tạo xoáy. BÃo thờng hình
thành trong đới giới hạn vĩ độ 5- 20 hai bên xích đạo.
- Dòng cơ bản có độ đứt thẳng đứng của gió yếu, bảo
đảm sự tập trung của dòng ẩm vào khu vực bÃo trong thời gian
đầu của sự hình thành bÃo.
- ở trên cao, trờng khí áp phải phân kỳ để đảm bảo sự giải
toả khối lợng không khí hội tụ ở mặt đất và duy trì bÃo. Điều này

4


đợc thoả mÃn ở miền nhiệt đới, vì từ mực 500mb trở lên, nhất là
tại mực 200, 300mb thờng xuyên tồn tại áp cao cận nhiệt.
- ở mặt đất phải có nhiễu động áp thấp ban đầu. Những
kết quả thống kê cho thấy 80% các cơn bÃo có liên quan với dải hội
tụ nhiệt đới. Năm dải hội tụ nhiệt đới ít hoạt động thì cũng ít
bÃo.
Nh vậy, điều kiện hình thành, phát triển của bÃo bao hàm
cả hai quá trình động lực và nhiệt lực. Khi một trong hai điều
kiện trên không đảm bảo sẽ xuất hiện sự suy yếu, tan rà của bÃo.

1.1.3. Các giai đoạn phát triển của bÃo
Thời gian tồn tại của bÃo là khoảng thời gian từ khi bÃo hình
thành cho đến khi bÃo tan hoặc bÃo di chuyển tới vùng vĩ độ cao,
trở thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới. Toàn bộ thời gian tồn tại của
bÃo đợc chia thành 4 giai đoạn nh sau [5]:
- Giai đoạn hình thành
BÃo xuất hiện từ mặt biển với sự hình thành của những cụm
mây tích lớn. Tuy nhiên phần lớn bÃo hình thành từ một nhiễu
động từ một vùng khí áp thấp, khoảng 80% cơn bÃo hình thành
có liên quan tới các nhiễu động trên dải hội tụ nhiệt đới. Tuy nhiên,
không phải nhiễu động nào trên dải hội tụ nhiệt đới cũng phát
triển thành bÃo. Quá trình khơi sâu của áp thấp thờng diễn ra
chậm chừng vài giờ, đủ để gió tản mạn trong khu vực rộng lớn đợc
sắp xếp lại, tạo thành các dòng khí xoáy hội tụ đa không khí
nóng ẩm vào tâm. Đây là giai đoạn áp thấp nhiệt đới, gió xoáy
chỉ thấy ở mực thấp. Khi tốc độ gió cực đại tại vùng trung tâm vợt
quá 17.2 m/s, áp thấp nhiệt đới trở thành bÃo.
Trong giai đoạn này hoàn lu mực thấp có thể không phát
hiện đợc trên mạng lới quan trắc và ảnh mây hồng ngoại song thờng thấy rõ trên ảnh mây thị phổ, nhất là khi ảnh có độ phân
giải lớn.

5


- Giai đoạn trẻ
Không phải tất cả các XTNĐ đợc hình thành đều sẽ phát
triển đạt cờng độ bÃo. Trên thực tế cho thấy một số XTNĐ chỉ đạt
mức ATNĐ từ lúc hình thành tới lúc tan rÃ, thậm chí nhiều cơn suy
yếu trong khoảng sau 24h kể từ khi nó đợc hình thành. Khi XTNĐ
phát triển mạnh thì khí ¸p thÊp nhÊt nhanh chãng gi¶m xng díi

1000mb. Giã cã cờng độ bÃo hình thành một dải bao quanh trung
tâm xoáy. Mô hình mây biến đổi từ dải đờng tố sang dạng xoáy
về phía trung tâm. ở phía dới thấp, dòng hội tụ vào tâm có thể
cha bao quát phạm vi lớn nhng trên cao có thể có dòng phân kỳ từ
tâm xoáy.
- Giai đoạn chín muồi
Đặc điểm của giai đoạn này là khí áp ở tâm bÃo không tiếp
tục giảm và tốc độ gió cực đại cũng ngừng tăng lên. Phạm vi hoàn
lu bÃo với tốc độ gió mạnh më réng (cã thĨ tíi 300km). Khu vùc thêi
tiÕt xÊu nhất thờng nằm ở phía phải so với hớng dịch chuyển của
bÃo. BÃo trong giai đoạn chín muồi trải qua các thời kỳ tăng cờng
và suy yếu không đều, kéo dài trong vài ngày, thờng đó là trờng
hợp bÃo tơng tác với các hoàn lu ôn đới.
- Giai đoạn tan rÃ
Khi bÃo di chuyển vào đất liền do điều kiện địa hình, lực
ma sát tăng lên và nhất là khả năng cung cấp ẩm cho bÃo bị mất
đi nên kích thíc cđa b·o gi¶m rÊt nhanh. Sau mét thêi gian ngắn
(khoảng từ 1- 2 ngày) thì bÃo tan rà hoàn toàn, đôi khi có thể tồn
tại dới dạng một áp thấp nhiệt đới và cho ma lớn trên một phạm vi
rộng. Trên biển, bÃo cũng có thể bị suy yếu khi gặp vùng nớc lạnh
nh ở Tây Bắc Thái Bình Dơng. Trên đất liền và trên biển bÃo có
thể di chuyển theo dòng dẫn đờng vòng quanh rìa cao áp cận
nhiệt và đi vào miền ôn đới, không khí lạnh xâm nhập vào khu
vực bÃo, hệ thống front xuất hiện và bÃo trở thành xoáy ngoại
thuận nhiệt đới.

6


1.1.4. Sự di chuyển của bÃo

Tốc độ và hớng di chuyển của bÃo phụ thuộc vào sự tơng tác
rất phức tạp giữa hoàn lu nội tại của cơn bÃo và hoµn lu cđa khÝ
qun xung quanh. Néi lùc xt hiƯn ngay trong hoàn lu xoáy của
bÃo. Nội lực có xu híng kÐo b·o ë mäi vÜ ®é lƯch vỊ cùc. Khi bản
thân nội lực rất lớn bÃo có thể di chuyển độc lập, không phụ thuộc
vào ngoại lực. Ngoại lực là lực đợc sinh ra do không khí xung quanh
tác động lên mọi phần tử của bÃo và lôi kéo nó đi. Trong vùng
nhiệt đới (nơi sinh ra ngoại lực lớn nhất) có tính chất quyết định
sự di chuyển của bÃo. Ngoại lực là nguyên nhân chính làm cho bÃo
di chuyển với tốc độ lớn hơn hoặc chậm hơn, lệch hớng lên phía
Bắc hoặc xuống phía Nam và gây ra tính phức tạp trong chuyển
động của bÃo.
1.1.5. Mùa bÃo trên khu vực Biển Đông nớc ta
Việt Nam nằm bên bờ biển Đông là một bộ phận của ổ bÃo
Tây Bắc Thái Bình Dơng với trung bình hàng năm có khoảng 2728 cơn bÃo hoạt động. Tần suất xuất hiện bÃo tăng dần từ tháng 2
(0.2 cơn) và đạt cực đại vào tháng 7 (5.5 cơn) sau đó giảm dần
đến tháng 1 năm sau. BÃo hoạt động nhiều từ tháng 5- 12, nhng
tập trung chủ yếu vào 4 tháng 7, 8, 9, 10, trung bình mỗi tháng
có 4- 5 cơn [5].
BÃo hoạt động trên biển Đông hàng năm trung bình 9- 10
cơn, tần suất xuất hiện thờng muộn hơn 1- 2 tháng và cũng kết
thúc vào tháng 11- 12 hoặc tháng 1 năm sau. Khoảng 50% tổng
số cơn bÃo hoạt động trên Biển Đông đợc hình thành từ khu vực
Tây Thái Bình Dơng, số còn lại hình thành ngay trên Biển Đông
[5]. BÃo hình thành trên biển Đông và ảnh hởng tới Việt Nam thờng
không mạnh so với bÃo hình thành ở Tây Bắc Thái Bình Dơng
song có đờng đi phức tạp, khó dự đoán hơn.
1.2. Vệ tinh khí tợng - øng dơng cđa sè liƯu vƯ tinh trong
nghiƯp vơ ph©n tÝch XTNĐ

7


Vệ tinh khí tợng là vệ tinh nhân tạo của Trái Đất thực hiện
các quan trắc khí tợng thông qua bức xạ điện từ từ khí quyển và
truyền các quan trắc này về Trái Đất [6]. Do đó, sự phát triển của
khí tợng vệ tinh gắn liền với sự phát triĨn cđa vƯ tinh khÝ tỵng. VƯ
tinh khÝ tỵng cã một vai trò rất to lớn đối với theo dõi, phân tích
và dự báo bÃo, số liệu vệ tinh cho phép ta quan trắc bÃo ở những
khu vực không có quan trắc mặt đất.
1.2.1. Các loại vệ tinh khí tợng
Căn cứ vào quỹ đạo và độ cao mà ngời ta chia vệ tinh khí tợng thành 2 loại là vệ tinh quỹ đạo cực và vệ tinh địa tĩnh [6].
- Vệ tinh quỹ đạo cực
Vệ tinh quỹ đạo cực là vệ tinh bay ở độ cao khoảng 850km,
có quỹ đạo gần nh song song với các đờng kinh tuyến của trái
đất, nghiêng một góc gần 90 (nh NOAA: 98, METEOR: 99.6,)
so với mặt phẳng xích đạo và góc nghiêng đó gần nh không đổi
trong quá trình hoạt động. Vệ tinh cực có u điểm là chụp trực
tiếp đợc ảnh mây ở phía dới nó với độ phân giải rất cao nên
chúng cho ta thông tin chi tiết về mây, về các cơn bÃo tố hung
dữ và những hệ thống thời tiết khắc nghiệt.
Hiện tại các vệ tinh quỹ đạo cực trong hệ thống quan trắc
toàn cầu gồm vệ tinh của 3 quốc gia chủ quản: (1) Nga có loạt vệ
tinh METEOR, RESURS, và OKEAN (OKEAN-4 có đặt ra-đa), trong
đó METEOR 3-5 hoạt động từ 1991, METEOR 2-21 hoạt động từ
1993; (2) Hoa Kỳ có loạt vệ tinh NOAA, dựa trên hệ thống TIROS-N,
hoạt động từ năm 1978 cho đến nay đà là NOAA-17, hoạt động từ
2002; (3) Trung Quốc có FY-1C, vệ tinh thứ 3 trong loạt vệ tinh quỹ
đạo Phong-vân đang hoạt động. Chúng bay ở độ cao từ 850
đến 900 km.

- Vệ tinh địa tĩnh

8


Vệ tinh địa tĩnh hoạt động trong vành đai xích đạo ở độ
cao khoảng 36.000 km trên một điểm cố định so với bề mặt trái
đất, với góc nhìn khoảng 17.4, có cùng tốc độ quay của trái đất
mỗi vòng trong một ngày đêm, nghĩa là đồng bộ với địa cầu,
làm cho nó nh là tĩnh lại bên trên một điểm cố định ở đờng xích
đạo. Điều đó cho phép nó quan sát liên tục thời tiết từ 70 độ vĩ
bắc đến 70 độ vĩ nam, nghĩa là 1/4 diện tích của toàn địa
cầu. Do tính chất tĩnh tại trên một điểm cố định nên chúng có
thể quan sát thời tiết trên một vùng cố định trong suốt ngày đêm,
cứ 30 phút một quan sát bức xạ thị phổ và bức xạ hồng ngoại với
độ phân giải 5 km. Vệ tinh địa tĩnh đo đạc theo thời gian thực,
nghĩa là chúng truyền các ảnh về hệ thống thu nhận ở mặt đất
ngay khi máy ghi hình ghi đợc hình. Sự liên tiếp các ảnh từ
những vệ tinh này có thể hiện lên màn hình liên tiếp, tạo ra ảnh
động, cho ta biết sự di chuyển của mây, cho phép các dự báo
viên theo dõi đợc sự tiến triển của các hệ thống thời tiết lớn nh
front, các cơn dông và bÃo. Dựa vào sự di chuyển của mây ta còn
có thể xác định đợc hớng và tốc độ gió. Điều quan trọng và lý thú
nhất với dự báo viên thời tiết là vẽ ra và giám sát đợc cờng độ và
quỹ đạo bÃo gần sát với thời gian thực.
Hiện tại các vệ tinh địa tĩnh trong hệ quan trắc toàn cầu
gồm các vệ tinh của Châu Âu hoạt động ở kinh độ 0 và 63E
(EUMETSAT), của Nga hoạt động ở 76E, của Trung Quốc (FY-2C và
D) hoạt động ở 105E và 860E, của Nhật Bản (MTSAT-1R) hoạt
động ở 140E, và các vệ tinh của Mỹ GOES hoạt động ở 135W

và 75W...
Hình 1.1 là hai dạng quỹ đạo của vệ tinh thám sát Trái Đất
(vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo cực)

9


Hình 1.1: Hai dạng quỹ đạo của vệ tinh thám sát Trái Đất
a- Địa tĩnh (H= 36.000km)

b- Địa cực (H= 200- 1000km)

1.2.2. Các kênh phổ thông dụng đợc áp dụng trong nghiệp
vụ phân tích XTNĐ
- Kênh thị phổ (VIS)
Các ảnh thị phổ (VIS) là bản ghi của ánh sáng thị phổ tán xạ
hoặc phản xạ từ Trái Đất hoặc các đám mây về phía vệ tinh.
Kênh thị phổ cung cấp khá rõ về cấu trúc trờng mây. Trên ảnh thị
phổ, các cụm mây dày đặc cho màu sáng chói, các cụm mây
đối lu cho màu trắng sáng, mây dạng tầng (Stratus) có nhiều hạt
mây nên nó phản xạ bức xạ mặt trời nhiều, do đó mây có màu
sáng chói, mây dạng sợi (Cirrus) có mật độ hạt tha nên khó thấy
hơn [6]. Trong việc xác định tâm bÃo dạng lệch tâm hoặc xoắn
mây tầng thấp thì sử dụng ảnh VIS là một lợi thế rất lớn. Tuy nhiên
, dùng ảnh VIS để phân biệt giữa mây tầng cao, mây tầng
trung và mây tầng thấp là khá khó khăn vì chúng cùng có albeđo
tơng tự nh nhau, do vậy cùng cho màu trắng sáng, trong trờng hợp
này, ta cần kết hợp với ảnh mây hồng ngoại để phân tích. Trong
thời gian ban đêm không có ảnh VIS, ngời phân tích nên sử dụng
kết hợp cả ảnh hồng ngoại nhiệt và ảnh trên kênh 3.7 m để nhận

dạng mây. Hình 1.2 thể hiện rất rõ vùng mây đối lu và các xoắn
mây tầng thấp trên ảnh thị phổ.

10


Hình 1.2: ảnh thị phổ của mây bÃo dạng lệch tâm
- Kênh hồng ngoại nhiệt (IR)
ảnh IR thu đợc do sự phát xạ từ Trái Đất và khí quyển của nó
ở các bớc sóng hồng ngoại nhiệt (10-12m) và cho ta thông tin về
nhiệt độ của bề mặt hoặc mây ở phía dới [6]. Các ảnh hồng
ngoại nhiệt cho ta nhiệt độ của đất và biển hoặc của các đỉnh
của các đám mây trên chúng. Các vùng đối lu phát triển của hệ
thống mây bÃo đợc quan sát khá rõ trên kênh phổ này. Các đỉnh
mây lạnh có màu trắng sáng, còn mây ở mực thấp hơn thì ấm
hơn nên có màu xám. ảnh hồng ngoại có thể đợc xử lý để cho ra
ảnh tăng cờng màu. ảnh IR có cả trong thời gian ban ngày lẫn ban
đêm. Cùng với ảnh VIS, ảnh IR cũng là ảnh đợc dùng để tính toán
cờng độ của XTNĐ, song, nhợc điểm của nó là rất khó xác định
các hoàn lu tầng thấp. Bảng 1.2 là bảng màu quy ớc trên ảnh hồng
ngoại tăng cờng màu.
Bảng 1.2: Bảng màu quy ớc trên ảnh hồng ngoại [6]
Màu
Lục lam tối

Nhiệt độ

Nhiệt độ

(C)

(F)

-32 đến -

- 25 đến -

Dòng xiết và mây

43

45

hình đe

11

Đối tợng


Lam

- 43 đến

-45 đến

-54

-65

Xanh lơ

- 54 đến

-65 đến

Mây dòng xiết

nhẹ

-60

-76

dầy

Xanh lơ tối

- 60 đến

-76 đến -

Đỉnh mây dông

-64

83

mạnh

- 64 đến

- 83 đến -

Xanh lá cây
tối
Xanh lá
cây
Nâu

-70

94

- 70 đến

- 94 đến -

Đỉnh dông nguy

105

hiểm

-105 đến

Đỉnh mây bÃo

-114

mạnh

-76
- 76 đến 81

Vàng

- 81 đến -

-114 đến -

90

130

Hình 1.3: ảnh hồng ngoại

12


- Kênh 3.7 m
Thế hệ vệ tinh địa tĩnh MTSAT-1R bắt đầu cung cấp ảnh
ở kênh phổ này. Phối hợp ảnh ở kênh 3.7m và ảnh IR có thể xác
định đợc mây tầng thấp trong thời gian ban đêm. Nhờ vậy, thời
gian không có ảnh VIS vẫn có thể xác định đợc hoàn lu tầng
thấp. Hình 1.4 là ảnh một dạng mây bÃo trên kênh 3.7m.

Hình 1.4: ảnh trên kênh 3.7 m
- ảnh sóng ngắn
ảnh sóng ngắn bao gồm một số kênh thông dụng nh kênh

36-37 GHz và kênh từ 85-91 GHz cũng là một công cụ hỗ trợ rất
nhiều trong việc xác định tâm bÃo.

13


Hình 1.5: Vị trí tơng đối của mắt bÃo trên ¶nh 85 GHz
- Sè liƯu QuikScat
Sè liƯu quan tr¾c giã từ vệ tinh QuikScat rất hữu ích trong
việc hỗ trợ xác định tâm bÃo. Tuy nhiên giá trị gió của loại quan
trắc này không dùng để tính toán cờng độ bÃo.
Hình 1.6 là một ví dụ về tốc độ và hớng gió nhận đợc từ tán
xạ phản hồi của QuikScat gần đảo Nam Georgia ngày 13/09/1999.

Hình 1.6: Tốc độ và hớng gió gần đảo Nam Georgia ngày
13/09/1999

14


Chơng 2
Nhận dạng mây bÃo và cách xác định tâm XTnđ
Ngày nay việc ứng dụng số liệu vệ tinh vào trong công tác
nghiệp vụ dự báo đà trở thành một nguồn thông tin quan trọng hỗ
trợ đắc lực giúp tăng cờng độ chính xác của các bản tin dự báo.
Đối với nghiệp vụ phân tích và dự báo XTNĐ thì số liệu vệ tinh lại
có thế mạnh hơn bất cứ nguồn số liệu nào khác. Nó cho phép
giám sát liên tục cả về mặt không gian và thời gian các đối tợng
thời tiết có quy mô synôp và một số đối tợng có quy mô nhỏ hơn.
Phân tích trên nguồn số liệu vệ tinh liên tục giúp xác định đợc sự

bắt đầu hình thành của XTNĐ, các quá trình phát triển của
chúng, để từ đó giúp các nhà dự báo phân tích đợc vị trí tâm,
mức độ phát triển , và giúp họ đa ra những dự báo, cảnh báo tốt
hơn.
Phân tích, xác định vị trí tâm XTNĐ trên ảnh mây vệ
tinh, để từ đó đánh giá đợc cờng độ XTNĐ là một trong các bớc
khởi đầu quan trọng của quy trình nghiệp vụ dự báo bÃo. Quy
trình này tuy không rắc rối, phức tạp nhiều, nhng đòi hỏi ngời
phân tích phải có đợc những hiểu biết nhất định về cấu trúc
hệ thống mây của XTNĐ. Bởi lẽ, khi ngời phân tích nhận định
đúng dạng mây của XTNĐ, thì họ mới có thể xác định đợc vị trí
tâm chính xác của XTNĐ.
Nhìn chung tổ chức mây của xoáy thuận nhiệt đới bao gồm
những đặc điểm sau [3]:
- Khối mây đậm đặc xung quanh tâm hoặc khối mây
đậm đặc phủ vùng tâm (Central Dense Overcast - CDO).
- Các cụm mây đối lu (Cb) nằm trên các xoắn hớng tâm.
- Mây tầng cao (Ci, Cs) toả ra bên ngoài vùng mây đối lu do
dòng thăng.
- Vùng quang mây nơi mắt bÃo.

15


- Trong một số trờng hợp có thể có các xoắn mây tầng thấp
bên rìa những vùng mây đối lu phát triển mạnh.
2.1. Các mẫu hình mây XTNĐ và đặc trng của chúng
Mẫu hình hệ thống mây của XTNĐ ứng với mỗi giai đoạn
phát triển của XTNĐ có những dạng nhất định, tuỳ thuộc vào giai
đoạn phát triển, điều kiện môi trờng hoạt động và nội lực của

XTNĐ. Tuy nhiên trong nhiều trờng hợp, tại thời điểm phân tích
thì mẫu hình mây có thể biến đổi hình dạng ít nhiều, nhng
nhìn chung chúng ta vẫn có thể nhận dạng ra và quy về dạng
chuẩn để xác định tốt đợc vị trí tâm XTNĐ. Dới đây là đặc trng mây XTNĐ trong từng giai đoạn phát triển.
2.1.1. Giai đoạn hình thành XTNĐ
Trong giai đoạn đầu của quá trình hình thành XTNĐ, mẫu
hình mây phổ biến gồm có dạng các cụm mây đối lu (Cb) và
dạng xoáy mây tầng thấp (Low Level Cloud Vortex LCL) [1].


Dạng các cụm mây đối lu (Cb): Các cụm mây đối lu

dạng này có thể đợc hình thành quanh tâm hệ thống mây XTNĐ
(Cụm mây đối lu không có tổ chức) hoặc là các cụm mây đối lu
hình thành sắp xếp thành các dải cong mây có cấu trúc (cụm
mây đối lu có tổ chức).


Dạng các xoáy mây tầng thấp (Low Level Cloud Vortex):

Dạng tồn tại một xoáy mây khá rõ ở tầng thấp nhng trên cao không
có xoáy xuất hiện.
2.1.2. Giai đoạn phát triển
Mẫu hình mây trong trong giai đoạn này gồm có một
trong những dạng sau: Dạng đĩa mây lệch tâm (Shear), dạng
băng cuốn (Curved band), dạng khối mây dày đặc trung tâm
(Central Dense Overcast CDO) và dạng tâm nhúng đĩa mây
(Embeded center) [1].

16

Dạng đĩa mây lệch tâm (Shear): Dạng lệch tâm là

dạng thờng gặp khi XTNĐ phát triển ở giai đoạn đầu hoặc khi
XTNĐ bắt đầu yếu đi. Dạng này rất dễ phân biệt với các dạng
khác bởi các xoắn mây tầng thấp. Biểu hiện của dạng này là vùng
mây đối lu phát triển với một rìa sắc nét và rìa bên kia có mây
Ci toả về một phía. ở phía gần rìa sắc nét của vùng mây đối lu
ngời ta thờng quan sát đợc dạng những đờng cong mây tầng
thấp. Vị trí tâm của hệ thống mây đợc xác định theo những đờng mây tầng thấp nằm ngoài khối mây đậm đặc. Dạng mây
này thờng xuất hiện khi môi trờng XTNĐ tồn tại có độ đứt gió
thẳng đứng lớn.


Dạng băng cuốn (Curved band): Đây là dạng hay gặp

nhất của các loại mẫu mây XTNĐ. Biểu hiện của dạng này là mây
đối lu tập trung thành những đờng cong mây. Tâm của hệ
thống mây đợc chỉ ra bởi điểm tập trung của các dải mây uốn
cong có dạng đờng cong xoáy thuận (bắc bán cầu) hoặc đờng
cong xoáy nghịch (nam bán cầu). XTNĐ càng mạnh thì dải băng
cuốn càng xoắn chặt quanh tâm.


Dạng khối mây dày đặc trung tâm (CDO): Dạng CDO là

dạng có mây đối lu phát triển dày đặc ở vùng trung tâm của hệ

thống mây. Bên rìa ngoài của khối mây dày đặc trung tâm có
biểu hiện xoắn mây khá rõ. Dạng này tâm của hệ thống mây
đợc xác định nằm ngay vùng tâm của khối mây dày đặc. Nếu
khối mây đậm đặc này có rìa xung quanh sắc nét phân biệt
đợc rõ với vùng xung quanh gọi là dạng CDO phân định và ngợc lại
nếu rìa khối mây dày đặc này mà thô, khó phân biệt với vùng
mây xung quanh bên ngoài khối gọi là dạng CDO không phân
định.


Dạng tâm nhúng đĩa mây (Embeded center): Trong

thời gian ban đêm không có ảnh VIS, dạng tâm nhúng đĩa mây
là dạng trên ảnh IR ngời ta quan sát đợc một vùng mây lạnh phủ

17


toàn bộ bên trên hệ thống mây. Vùng phủ mây lạnh có thể là vùng
đỉnh mây đối lu hoặc vùng mây Ci khá dày và lạnh toả ra từ
mây đối lu trong XTNĐ.
2.1.3. Giai đoạn cực đại
Đối với giai đoạn phát triển cực đại của XTNĐ, chỉ tồn tại một
dạng duy nhất là dạng có mắt. Mắt đợc hình thành khi mà tốc
độ dòng thăng ở tâm XTNĐ rất lớn, trờng mây đối lu xung quanh
tâm dày đặc, phát triển đôi khi đạt trên 16km [1]. Trên ảnh vệ
tinh, vùng mắt bÃo đợc thể hiện nh là vùng quang mây nằm giữa
vùng mây đối lu phát triển bao kín xung quanh. Lúc này, cờng
độ của bÃo phụ thuộc vào độ sắc nét của mắt và mức độ phát
triển của đối lu xung quanh mắt bÃo. Mắt càng nhỏ và sắc nét

thì cờng độ của bÃo càng mạnh, mắt to và rìa không sắc nét
thì mức độ phát triển cực đại yếu hơn. Tuỳ thuộc vào phân bố
nhiệt độ của vùng mắt bÃo, ngời ta chia hình dạng mắt bÃo thành
các dạng nhỏ sau:
- Dạng mắt to và sắc nét: Cờng độ bÃo dạng này kém mạnh
bằng dạng trên. Dạng này kích thớc đờng kính của mắt bÃo phải
lớn hơn 3/4 độ.
- Dạng mắt xơ và thô: Mắt bÃo không có dạng hình tròn,
rìa mắt bÃo với tờng mây dày đặc xung quanh bị xơ.
- Dạng mắt bÃo hình thành từ dải mây uốn cong: Dải mây
uốn cong hình thành lên mắt bÃo với độ dài của dải xoắn mây
đạt ít nhất là một vòng quanh tâm.

2.1.4. Giai đoạn suy yếu
Giai đoạn suy yếu xoáy thuận nhiệt đới thờng có các dạng
sau đây:

18




Dạng đĩa mây lệch tâm (Shear): Vị trí tâm của hệ

thống mây đợc xác định bởi xoắn mây tầng thấp nằm bên
ngoài khối mây dày đặc.


Dạng xoáy mây tầng thấp (Low Level Cloud Vortex LCL):

Mây ở tầng thấp hình thành xoắn mây khá rõ chỉ tâm của hệ
thống mây xoáy thuận nhiệt đới.


Dạng xoáy thuận ngoại nhiệt đới: xoáy thuận nhiệt đới

suy yếu kết hợp với vùng mây front lạnh phía bắc tạo thành xoáy
thuận ngoại nhiệt đới.
2.2. Sử dụng thông tin vệ tinh trong việc xác định tâm
XTNĐ
Tâm hệ thống mây đợc xác định là trọng tâm của tất cả
các đờng cong hoặc dải xoắn của hệ thống mây [1].
Để xác định chính xác vị trí tâm XTNĐ, ngời phân tích
cần phải tiến hành phân tích ảnh trên nhiều kênh phổ khác nhau
trên nguyên tắc tham khảo càng nhiều nguồn thông tin càng tốt.
2.2.1. Vị trí tâm trong giai đoạn phát triển ban đầu của
XTNĐ
Trong nghiệp vụ, việc xác định tâm và cờng độ trong giai
đoạn phát triển ban đầu bao giờ cũng khó khăn. Ngời phân tích
phải liên tục theo dõi và nắm rõ những dấu hiệu ban đầu hình
thành XTNĐ. Những dấu hiệu này đợc quan trắc khoảng 1 1/2
ngày trớc khi nhiễu động đạt đến cờng độ XTNĐ. Vào thời điểm
này nhiễu động đợc phân loại là T1. Giai đoạn T1 đầu tiên xuất
hiện khi mà cụm mây đối lu sâu biểu hiện thành đờng hoặc
dải cong theo 3 đặc điểm sau (hình 2.1) [1]:
- Phải tồn tại liên tục ít nhất là 12 giờ.

19

- Tâm hệ thống mây xác định trong vùng mây có đờng
kính 2 1/2 hoặc có đờng kính nhỏ hơn nhng đà tồn tại liên tục
trong vòng 6 giờ.
- Vùng mây lạnh, dày đặc bao phủ vùng > 1 1/2 xuất hiện
cách tâm < 2. Vùng phủ mây có thể xuất hiện đờng mây Cb
ôm lấy tâm.
Trong trờng hợp này thì tâm hệ thống mây đợc xác định
theo nguyên tắc sau:
- Tâm hệ thống mây nằm trong vùng tơng đối ấm (ít mây)
đợc bao quanh bởi dải xoắn hoặc dải mây dày đặc (-31C) có
xu hớng cuốn quanh vùng ít mây đó. Nếu chồng xoắn logarit 10
độ thì dải mây cong phải chiếm ít nhất 1/5 xung quanh xoắn
logarit.
- Tâm hệ thống mây có thể xác định dựa trên các đờng
cong mây Ci hoặc nằm ngay sát cạnh vùng phủ mây dày đặc (31C).
- Tâm hệ thống mây có thể đợc xác định dựa trên các đờng xoắn mây tầng thấp bên cạnh vùng phủ mây dày đặc.
Nhìn chung trong giai đoạn ban đầu việc sử dụng ảnh VIS
để xác định là rất quan trọng, nhất là trờng hợp xoắn mây chỉ
biểu hiện ở những đờng mây tầng thấp. Giai đoạn ban đầu tổ
chức mây cha tốt, động lực của XTNĐ cha rõ ràng nên việc nhận
dạng, xác định vị trí tâm và cờng độ là vô cùng khó khăn. Tuy
nhiên, đây lại là một giai đoạn rất quan trọng. Nhận dạng tốt một
XTNĐ bắt đầu hình thành đóng vai trò quan trọng trong công tác
dự báo cảnh báo. Một ®iỊu quan träng trong nghiƯp vơ dù b¸o ®Ĩ
gi¸m s¸t tốt giai đoạn ban đầu hình thành là khi thấy một vùng
mây phát triển có tổ chức và có dấu hiệu của một trong ba dạng
trên, ngời phân tích phải theo dõi sát sao trên các nguồn số liệu
ảnh vệ tinh cũng nh nguồn số liệu quan trắc khác. Nếu vïng m©y

20

tồn tại liên tục trên 12h thì phải đa ra thông tin cảnh báo về sự
hình thành của XTNĐ.

Hình 2.1: Giai đoạn phát triển ban đầu của XTNĐ và vị trí tâm
tơng

ứng

Sau giai đoạn phát triển ban đầu, ngời ta chia hệ thống
mây thành 5 dạng chính, với mỗi dạng có một cách xác định tâm
khác nhau.
2.2.2. Dạng băng cuốn (Curved band)
Đối với mây bÃo dạng băng cuốn, cách xác định tâm giống
nh minh hoạ trên hình 2.2. Tâm bÃo chính là điểm tập trung của

21


trục dải mây uốn cong. Để xác định rõ dải xoắn chính ngời
phân tích cần tham khảo cả ảnh IR và ảnh VIS.

Hình 2.2: Dạng băng cuốn
2.2.3. Dạng lệch tâm (Shear)
Với dạng lệch tâm đôi khi rất khó quan sát trên ảnh hồng
ngoại (hình 2.3, ảnh bên phải) do biểu hiện xoắn là những dải
mây tầng thấp. Trong khi đó trên ảnh thị phổ thì xoắn mây
quan sát khá rõ. Dạng lệch tâm có tâm nằm trong điểm tập
trung của xoắn mây tầng thấp. Tuy nhiên trong thời gian ban

đêm không có ảnh VIS thì việc xác định tâm cho dạng này thực
sự khó khăn. Trên ảnh IR đối với dạng này thì tâm XTNĐ bao giờ
cũng nằm gần rìa sắc nét của khối mây đối lu phát triển đối
diện với rìa có mây Ci toả ra.

22


Vị trí của tâm có thể tham khảo trên những xoắn mây
tầng nh kênh 3,7m (của vệ tinh MTSAT-1R) và các ảnh vi sóng nh
kênh 37 GHz, 85 GHz.

Hình 2.3: Dạng lệch tâm (Shear). ảnh VIS phía trên bên
trái, ảnh IR phía trên bên phải.
2.2.4. Dạng có mắt (Eye)
So với các dạng mây bÃo thì dạng có mắt giúp ngời phân
tích xác định tâm có độ chính xác cao hơn. Tâm bÃo chính là
vùng quang mây nơi mắt bÃo (Hình 2.5). Thông thờng dạng có
mắt biểu hiện rõ trên hầu hết các kênh phổ. Tuy nhiên biểu hiện
của mắt nh độ sắc nét của rìa hay phạm vi to nhỏ lại có sự khác
nhau giữa các kênh. Mắt đợc hình khi tốc độ dòng thăng trong
XTNĐ lớn, tờng mây đối lu xung quang mắt bÃo dày đặc và phát
triển lên tới đỉnh tầng đối lu. Khi mắt bÃo hình thành thì trong
vùng mắt bÃo có dòng giáng. Cờng độ trong giai đoạn này xác

23


định bởi hình dạng của mắt và sự chênh lệch nhiệt độ tại vùng
mắt và nhiệt độ đỉnh mây đối lu xung quanh mắt bÃo.

Hình 2.4: Mô tả cấu trúc của bÃo trong trờng hợp có
mắt
Mắt bÃo đợc xác định theo một trong các đặc điểm sau
đây [3]:
(1) Điểm nóng (đen) nằm trong khối mây lạnh, dày đặc.
(2) Điểm trong vùng phủ mây lạnh, dày đặc thì tâm nằm
ở giữa đờng cong dải mây lạnh hơn (dày hơn) mà uốn cong ít
nhất nửa vòng quanh điểm với đờng kính dải cong 1 1/2 hoặc
nhỏ hơn.
(3)

Một dải xoắn cuộn quanh điểm nóng (đen) với đờng

kính dải cong khoảng 1 1/2 hoặc nhỏ hơn. Dải mây uốn cong ít
nhất một vòng quanh ®êng cong xo¾n logarit 10.

24


Hình 2.5: Dạng có mắt
2.2.5. Dạng tâm phủ mây (CDO- VIS; Emb- IR)
Dạng này có tâm nằm trong vùng phủ mây, xác định tâm
với dạng này thờng khá khó khăn, đặc biệt khi vùng phủ mây rộng
thì độ chính xác càng giảm. Để xác định tốt tâm XTNĐ cần phải
phối hợp nhiều kênh phổ khác nhau. Hình 2.6 mô tả vị trí tâm tơng đối của dạng mây CDO.
Ưu tiên đầu tiên vẫn là xác định trên ảnh VIS và ảnh IR,
ngoài ra có thể kết hợp phân tích với ảnh vi sóng. Khi phối hợp
nhiều kênh phổ thì cấu trúc hệ thống mây đợc phản ánh rõ hơn.

25