CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Bão hoạt động trên biển Đông và ảnh hưởng đến Việt Nam Áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) và bão được đánh giá là mô ̣t trong những loại hình thiên tai ảnh hưởng đến nước ta không chỉ gây gió mạnh mà còn sinh ra mưa lớn diện rộng gây ngập lụt nghiêm trọng, nước biển dâng cao. Việt Nam là một đất nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với đường bờ biển kéo dài trên 3200 km và tiếp giáp với biển Đông (thuộc khu vực biển Tây Bắc Thái Bình Dương) là một trong những ổ bão nhiệt đới nhiều nhất trên thế giới. Do bão biển Đông phức tạp về đường đi, cường độ và địa hình nơi bão đi vào nên các hiện tượng thời tiết kèm theo bão cũng khác nhau, có cơn bão gây mưa nhiều và kéo dài, lũ lụt nghiêm trọng, song có cơn bão gió mạnh, mưa lại rất ít.
Trong các cơn bão ảnh hưởng đến Việt Nam, có cơn nguồn gốc phát sinh từ vùng biển phía Đông Philippin, có cơn phát sinh phát triển trên Biển Đông, thậm chí có cơn bão phát sinh ngay trên vịnh Bắc Bộ. Với các cơn bão có nguồn gốc phát sinh khác nhau, khi đi vào đất liền các hiện tượng thời tiết kèm theo bão cũng khác biệt nhau đối với từng vùng trên lãnh thổ Việt Nam. Đặc biệt đối với các tỉnh Miền Trung là nơi hàng năm chịu ảnh hưởng bão nhiều nhất cùng với địa hình dãy Trường Sơn ở phía tây nằm song song với bờ biển; ở sườn đón gió phía đông, hoàn lưu bão thường nhận được hướng gió gần như thẳng góc với sống núi, tạo nên quá trình mưa bão đặc biệt. Hay khi bão vào đất liền cùng với các quá trình xâm nhập của không khí lạnh từ phía bắc xuống, hoặc trong khoảng thời gian ngắn có hai hoặc ba cơn bão ảnh hưởng đến khu vực này gây nên tình hình mưa đặc biệt nghiêm trọng, quá trình mưa do cơn bão trước vừa kết thúc, hoặc chưa chấm dứt, đã bị ảnh hưởng mưa của cơn bão sau.
Đã có nhiều nghiên cứu ở Việt Nam về đặc điểm ảnh hưởng của bão. Theo Nguyễn Văn Khánh và Phạm Đình Thụy (1985) [3] có 72 cơn bão, ATNĐ đổ bộ vào miền Bắc thời kỳ 1956 - 1980 có tới 43 cơn gây ra gió mạnh từ cấp 10 đến cấp 12 và 17 cơn gây ra gió mạnh trên cấp 13, với phạm vi gió mạnh cấp 6 trở lên là khoảng vài trăm km (khoảng 2 độ kinh/vĩ) xung quanh tâm bão, ATNĐ. Bão hoạt động nhiều nhất về số lượng và mạnh nhất về cường độ ở vùng bờ biển Bắc Bộ, hoạt động ít nhất 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ở các vùng bờ biển Ninh Thuận - Bình Thuận, Nam Bộ (Trần Việt Liễn, 1990; Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự, 2010) [4, 5]. Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự (2010) [5] nghiên cứu đặc điểm bão dựa trên số liệu quan trắc cho thấy trung bình mỗi năm nước ta chịu ảnh hưởng của trên 7 cơn bão và ATNĐ.
Thời gian bão ảnh hưởng đến Việt Nam kéo dài từ tháng 3 đến tháng 12 trong đó các tháng 6 - 10 có tần suất đáng kể, đặc biệt trong 3 tháng 8 - 10 có tần suất lớn. Nguyễn Văn Thắng và cộng sự (2010) [7] phân tích hoạt động của bão ở các đoạn bờ biển cho thấy, trong thời kỳ gần đây tần suất của bão trên đa số đoạn bờ biển phía Bắc bao gồm Bắc Bộ, Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế có xu hướng giảm, trong khi phía Nam, bao gồm Đà Nẵng - Bình Định, Phú Yên - Bình Thuận, Nam Bộ có xu hướng tăng. Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Thắng và cộng sự (2016) [8] trên toàn lãnh thổ Việt Nam, trong thời kỳ 1961 - 2014 có 364 cơn bão, ATNĐ đổ bộ và ảnh hưởng trong đó chiếm tỷ lệ từ 10% trở lên tập trung vào 5 tháng từ tháng 7 đến tháng 11. Tổng tỷ lệ % bão ảnh hưởng so với cả năm của 5 tháng này là 87%, cao nhất vào tháng 9, thấp nhất vào tháng 7.
Thời gian có bão ảnh hưởng sớm nhất ở Bắc Bộ với 3 tháng nhiều bão ảnh hưởng nhất là các tháng 7 - 8 - 9, và lùi dần từ Bắc vào Nam, bão ảnh hưởng tập trung vào các tháng 10 - 11 - 12 ở cực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Tần số bão trung bình năm cao nhất là 2,0 - 2,5 cơn ở vùng Quảng Ninh đến Thanh Hóa; thấp nhất là dưới 0,5 cơn ở vùng Tây Bắc, vùng Bình Thuận đến Cà Mau - Kiên Giang; các vùng còn lại tần số bão dao động từ 0,5 - 1,5 cơn. Tình hình nghiên cứu xác định cường độ bão bằng phương pháp Dvorak trên thế giới và Việt Nam 1. Trên thế giới Bão nhiệt đới trở thành một mối đe dọa ngày càng lớn đối với con người, đặc biệt là khu vực ven biển nơi có dân số đang tăng nhanh.
Trong hơn 20 năm qua, cùng với những tiến bộ của khoa học, việc dự báo đường đi của bão đã đạt nhiều tiến bộ khi sai số dự báo giảm đáng kể. Tuy vậy, việc dự báo cường độ bão vẫn là thách thức rất lớn đối với các nhà khí tượng, nguyên nhân một phần cũng vì cường độ thật của 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bão tại thời điểm dự báo luôn là bài toán khó khi mà các cơn bão thường hình thành ngoài đại dương, nơi mạng lưới quan trắc khí tượng còn rất mỏng. Để xác định cường độ bão thời gian thực, đầu những năm 1970, các nhà khoa học đã phát triển một kỹ thuật dùng để ước lượng cường độ bão sử dụng thông tin từ vệ tinh địa tĩnh, người tiên phong là Vernon Dvorak, sau đó Dvorak được lấy để đặt tên cho phương pháp này - phương pháp Dvorak (Dvorak, 1972; Dvorak, 1973; Dvorak, 1975) [9, 10, 11]. Phương pháp Dvorak với tính chất nguyên thủy là một kỹ thuật bán chủ quan đã được sử dụng tại các trung tâm dự báo nghiệp vụ khí tượng nhiệt đới trên toàn cầu trong hơn 30 năm qua.
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của thế hệ cảm biến trên các vệ tinh khí tượng mới và khả năng tính toán của máy tính, kết hợp với sự tích lũy lâu năm kinh nghiệm dự báo viên và những thành tựu mới của công nghệ tự động hóa, việc tự động phân tích và ước lượng cường độ bão nhiệt đới bằng các hệ thống máy tính đã trở nên khả thi hơn rất nhiều, đó chính là tiền đề để phương pháp Dvorak cải tiến (ADT) ra đời. Dựa trên phương pháp phân tích Dvorak cổ điển, nhóm phát triển hệ thống tại Trung tâm nghiên cứu vệ tinh CIMSS của Trường đại học Wisconsin đã tiến hành tự động hóa qua 4 mốc chính (Hình 1.1), bao gồm: 1) Phương pháp Dvorak tự động ước lượng cường độ bão, 2) Phương pháp Dvorak khách quan (ODT), 3) Phương pháp Dvorak khách quan có cải tiến (AODT), và cuối cùng là 4) Phương pháp Dvorak cải tiến (ADT) [17].1: Sơ đồ phát triển của phương pháp Dvorak theo thời gian 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Về kỹ thuật, phương pháp Dvorak cổ điển (DT) (Dvorak, 1973) [10] được thực hiện qua 4 bước chính: 1) xác định vị trí tâm bão, ATNĐ, 2) xác định cường độ bão, ATNĐ, 3) chọn ước lượng cường độ tốt nhất và 4) áp dụng một số quy định để đưa ra kết quả ước lượng cường độ cuối cùng. Trong thời kỳ đầu, kỹ thuật này chủ yếu dựa trên lý thuyết nhận dạng mẫu mây với 5 dạng cơ bản: 1) dạng khối mây dày đặc ở trung tâm (CDO), 2) dạng lệch tâm (SHEAR), 3) dạng tâm nhúng đĩa mây (EMBC), 4) dạng có mắt (EYE) và 5) Dạng băng cuốn (CRVBND). Trên thực tế, đây là phương pháp bán chủ quan, sử dụng chủ yếu để đánh giá sự thay đổi 24 giờ của mẫu mây và cường độ để có thể chỉ ra sự thay đổi ngắn hạn của cấu trúc mây, nhược điểm chính của phương pháp là tính chủ quan và trình độ không đồng đều của dự báo viên khi sử dụng kỹ thuật này.
Năm 1984, Dvorak đã cải tiến phương pháp Dvorak cổ điển và phát triển thêm ở một kỹ thuật cao hơn khi kết hợp bổ sung việc xác định các mẫu mây với việc đánh giá, xác định các đặc trưng của mây cụ thể ở đây là nhiệt độ đỉnh mây (Dvorak, 1984) [12]. Việc phân tích cường độ bão không chỉ giới hạn bởi phương pháp định tính nữa mà thay vào đó được định lượng hóa qua việc đánh giá chỉ số tính toán từ kỹ thuật Dvorak dựa trên mẫu mây bão (Tnumber). Phương pháp DD này đã đặt nền tảng cho phương pháp Dvorak khách quan (ODT) sau này khi sử dụng các thuật toán khách quan nhưng vẫn giữ được đặc trưng cơ bản của phương pháp Dvorak cổ điển. Sang đến thập niên 1990, khi số liệu có đầy đủ hơn, độ phân giải ảnh vệ tinh cao hơn, năng lực tính toán của máy tính mạnh hơn đã thúc đẩy phát triển phương pháp Dvorak khách quan (ODT) (Velden và cộng sự, 1998) [18].
Với phương pháp ODT, dự báo viên ở khắp nơi trên thế giới, kể cả trình độ và kĩ năng của từng nơi, từng người có sự chênh lệch, vẫn có thể đưa ra những dự báo mang tính khách quan cao với độ sai lệch về kết quả ở mức tối thiểu. Các kết quả thực nghiệm từ máy bay do thám khí 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tượng cho thấy ước lượng cường độ bão của phương pháp ODT có thể so sánh được với những phân tích đưa ra từ các trung tâm khí tượng của Hoa Kỳ. Tuy nhiên phương pháp này có một nhược điểm lớn, đó là nó chỉ có thể áp dụng được cho những cơn bão mạnh, điều này làm ảnh hưởng đến tính ứng dụng phổ cập của ODT. Ngoài ra phương pháp ODT vẫn cần có dự báo viên khí tượng xác định vị trí tâm bão trước khi sử dụng thuật toán.
Nhược điểm chủ yếu của phương pháp ODT là nó không thể xử lý được các cơn bão yếu. Nhược điểm này sau đó đã được khắc phục bằng phương pháp Dvorak khách quan có cải tiến (AODT). Phương pháp AODT làm việc được với mọi cường độ bão và áp dụng tất cả các luật của phương pháp Dvorak. Phương pháp AODT là bước cải tiến trực tiếp của phương pháp ODT trên ba phương diện chính: 1) phạm vi ứng dụng được mở rộng, bao gồm việc xử lý ATNĐ và các giai đoạn khác nhau của các cơn bão, 2) áp dụng thêm nhiều thuật toán và quy luật của phương pháp Dvorak cổ điển, 3) tích hợp hệ thống tự động xác định tâm bão.