Mở đầu cho việc nghiên cứu tương tác đại dương- khí quyển là kết quả của đề tài “Nghiên cứu tương tác biển – khí quyển vùng biển Thuận Hải - Minh Hải” trong chương trình Nhà nước” điều tra tổng hợp điều kiện tự nhiên vùng biển Thuận Hải - Minh Hải” thời kỳ 1978 – 1981. Đề tài đã nêu ra “mô hình lý thuyết của sự tương tác các lớp biên tà áp biển - khí quyển”. Ở mô hình này chưa đề cập đến các tính toán cụ thể các đặc trưng tương tác của biển - khí quyển [4]. Lê Đình Quang (1982), đã nghiên cứu “về một cách tham số hoá lớp biên tà áp dừng của khí quyển” đã xây dựng mô hình lớp biên tà áp của khí quyển.
Trước hết tác giả đã nêu “vài nét tổng quát của động lực khí quyển nhiệt đới”. Khi đánh giá bậc đại lượng của một số tham số khí tượng đến vĩ độ 500 N (theo hướng về xích đạo). Các quy mô đặc trưng chọn lựa mô tả hình thế synốp ở vĩ độ thấp, kể cả những XTNĐ trong thời kỳ phát triển cực đại của chúng. Khi tăng theo vĩ độ (chẳng hạn từ 100N đến 400N) các đặc trưng rối như: tốc độ động lực, góc quay của gió theo độ cao, độ cao của lớp biên và hệ số rối giảm đi rõ rệt.
Đặc biệt hệ số rối ở 100N và 400N tương ứng giảm đi tới hàng chục lần [4]. Lê Đình Quang, Đặng Tùng Mẫn (1986) trong công trình “Mô hình dừng tương tác động lực giữa 2 lớp biên đại dương – khí quyển” đã tính toán các đặc trưng khí tượng - hải văn vùng ven biển Việt Nam và Biển Đông và đã tính toán các đặc trưng tương tác đại dương-khí quyển. Các tác giả đã xây dựng “Mô hình dừng tương tác động lực giữa hai lớp biên đại dương-khí quyển”. Trong mô hình này, việc làm kín hệ phương trình rối có khác với mô hình được đưa ra trước đây bởi phương trình khuếch tán năng lượng rối thành nhiệt bởi một số các biểu thức bán kinh nghiệm và bởi một số tham số ngoài, cũng như điều kiện biên và điều kiện “dán” giữa hai lớp biên đại dương-khí quyển.
Điểm ưu việt của mô hình là việc tính toán và giải hệ phương trình chỉ theo thông tin synốp - cao không tiêu chuẩn. Tác giả cũng đã đưa ra các profin hệ số rối theo mùa (đông và hè) cho 2 lớp biên đại dương-khí quyển trong sự tương tác. Ngoài ra còn có thể tính toán một số đặc trưng như dòng chảy trôi, véc tơ gió ở độ cao bất kỳ và các đặc trưng động lực khác như 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com độ cao lớp biên (độ cao ở đó hệ số rối k đạt cực đại), hệ số địa chuyển, hệ số ma sát địa chuyển, tốc độ động lực, lực căng ma sát rối của khí quyển; độ sâu lớp biên, độ sâu ở đó hệ số rối đạt cực đại của lớp biên biển trong mối tương tác đồng thời [4]. Lê Đình Quang, Bôkhan, Đặng Tùng Mẫn (1987) trong công trình “Một số kết quả nghiên cứu xoáy thuận nhiệt đới trên Biển Đông năm 1986” đã phân tích cơn bão Herbert trên Biển Đông thấy rằng, khi bão vượt qua Philippin vào Biển Đông - một vùng biển lúc đó tương đối ấm hơn (nhiệt độ nước bề mặt > + 280C; thế nhiệt Q* > 0,2.
10-6 jun/m2), cộng với các điều kiện động lực trên cao thuận lợi, bão nhanh chóng mạnh lên xuống, vận tốc gió cực đại tăng lên (Vmax ~ 28 m/s) và di chuyển chậm về phía Tây. Do cơ chế nước trồi và xáo trộn, nhiệt độ nước biển hạ đi nhanh chóng (T0 < 260C), dự trữ nhiệt của lớp tựa đồng nhất giảm xuống gần giá trị 0. Mối quan hệ ngược bắt đầu phát huy tác dụng, bão tiếp tục di chuyển lên trên vùng có nhiệt độ nước biển thấp hơn từ 1,5 - 20C so với phần phía đông của Biển Đông. Điều này làm bão yế đi, tuy rằng trên cao còn điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của bão.
Nghiên cứu tương tác đại dương-khí quyển trong sự nảy sinh, tiến triển của XTNĐ trên Biển Đông và mối quan hệ ngược, lần đầu tiên ở Việt Nam đã được đề cập đến trong đề tài hợp tác Việt Xô về khí tượng nhiệt đới và bão thời kỳ 1981 - 1985; 1986 - 1990 và tiếp tục trong thời kỳ 1991 - 1995 bởi Lê Đình Quang và các cộng tác viên của đề tài. Khi nghiên cứu và tính toán các đặc trưng nhiệt động lực của XTNĐ phát triển trên Biển Đông trong mô hình bão tổ hợp trên Biển Đông, Lê Đình Quang và các cộng tác viên đã đề cập đến các điều kiện để áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) phát triển thành bão trên Biển Đông [4]. Lê Đình Quang (1997), trong đề tài cấp Tổng cục KTTV “Ảnh hưởng của nhiệt độ nước biển bề mặt đến cường độ và hướng di chuyển của XTNĐ trên Biển Đông (1995 – 1997)” đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nước biển bề mặt (SST) và hiện tượng nước trồi đến cường độ, hướng di chuyển của XTNĐ trên Biển Đông và đưa ra kết luận chủ yếu như sau: Nhiệt độ nước biển ảnh hưởng đến XTNĐ nhưng chỉ là điều kiện cần, tuy nhiên cũng là điều kiện quan trọng. Các 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XTNĐ khi di chuyển trên “sống nóng” nhiệt độ nước biển bề mặt thì phát triển lên (hoặc duy trì), còn khi di chuyển trên rãnh lạnh nhiệt độ - ngược lại bão sẽ đầy lên hoặc tan đi.
Đã xây dựng các phương trình tương quan giữa cường độ bão và SST. Nước trồi ở ngoài khơi vùng biển nam Trung Bộ Việt Nam là một thực thể tồn tại và có thể “chính nó” là nguyên nhân làm cho bão (nếu còn duy trì cường độ) ít đi vào vùng bờ biển này [4]. Lê Đình Quang (2000) “ Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt nước biển đến xoáy thuận nhiệt đới hoạt động trên biển Đông” đã chỉ ra rằng vai trò và ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt biển đến XTNĐ hoạt động trên biển Đông như sau: - SST chỉ là điều kiện cần nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc nảy sinh XTNĐ và phát triển nó thành bão. - Trung bình SST trên Biển Đông cực đại vào tháng 8 khá trùng với tháng có tần suất cực đại nảy sinh của ATNĐ và bão trên Biển Đông - XTNĐ hoạt động trên biển đông khi di chuyển sống nóng thì tương ứng là giai đoạn XTNĐ phát triển mạnh lên.
Ngược lại cường độ XTNĐ giảm đi khi di chuyển theo rãnh lạnh của SST, thậm chí trong điều kiện các nhân tố động lực thuận lợi cho sự phát triển của XTNĐ. - Hiện tượng nước trồi ở ven biển Việt Nam không phải tồn tại nhất thời mà nó trùng với tâm lạnh của SST, nó cản trở sinh ra XTNĐ hoặc làm giảm cường độ bão khi di chuyển qua. - Sau khi bão di chuyển qua để lại “vết nước lạnh” trên vùng nó qua [4]. Trần Tân Tiến và cộng sự trong đề tài cấp Nhà nước “Xây dựng công nghệ dự báo liên hoàn bão, nước dâng và sóng ở Việt Nam bằng mô hình số với thời gian dự báo trước 3 ngày” đã xây dựng được tổ hợp các mô hình dự báo liên hoàn bão, nước dâng cho Việt Nam [9].
Đinh Văn Ưu và cộng sự có nhiều nghiên cứu về tương tác khí quyển đại dương như: Trao đổi năng lượng cơ học ở lớp biên khí quyển trên biển (1980), giáo trình tương tác biển khí quyển (2003), xây dựng mô hình tính toán và dự báo vận 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chuyển và bồi, xói bùn cát đáy tại đới ven bờ trong điều kiện tác động của bão (2008). Nghiên cứu về tương tác biển-khí quyển ảnh hưởng tới cường độ và quỹ đạo XTNĐ bằng mô hình đại dương-khí quyển còn chưa nhiều và chưa thực sự tương xứng với vai trò của chúng ở nước ta. 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG II. MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC KHÍ QUYỂN ĐẠI DƯƠNG TỚI DỰ BÁO CƯỜNG ĐỘ, QUỸ ĐẠO BÃO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 2.1 Mô hình WRF 2.1 Tổng quan về mô hình WRF Mô hình Nghiên cứu và Dự báo WRF (Weather Research and Forecast) là mô hình đang được phát triển từ những đặc tính ưu việt nhất của mô hình MM5 với sự cộng tác của nhiều cơ quan tổ chức lớn trên thế giới, chủ yếu là: Phòng nghiên cứu Khí tượng qui mô nhỏ và qui mô vừa của trung tâm quốc gia nghiên cứu Khí quyển Mỹ (NCAR/MMM), trung tâm quốc gia dự báo môi trường (NOAA/NCEP), phòng thí nghiệm phương pháp dự báo (NOAA /FSL), trung tâm phân tích và dự báo bão của trường đại học Oklahoma (CAPS), cơ quan thời tiết hàng không Mỹ (AFWA) và các trung tâm khí tượng quốc tế như Học viện khoa học khí tượng của Trung Quốc CAMS, Cơ quan thời tiết trung ương của Đài Loan, Cơ quan khí tượng Hàn Quốc (KMA).
Hiện nay, mô hình WRF đang được sử dụng rộng rãi trong dự báo thời tiết nghiệp vụ cũng như trong nghiên cứu ở nhiều quốc gia trên thế giới, cụ thể: tại Mỹ, mô hình WRF đang được chạy nghiệp vụ tại NCEP (từ năm 2004) và AFWA (từ tháng 7/2006). Mô hình này cũng đang được chạy nghiệp vụ tại KMA (2006), tại Ấn Độ, Đài Loan và Israel (từ năm 2007). Ngoài ra, một số nước khác đang sử dụng WRF trong nghiên cứu và dự định sử dụng mô hình này trong nghiệp vụ như Trung Quốc, Niu-di- lân, Bra-xin.4 của mô hình WRF ra đời tháng 4 năm 2012, bao gồm các chức năng chính sau: hệ phương trình động lực học bất thuỷ tĩnh nén được đầy đủ; các sơ đồ vật lý được tích hợp cho những ứng dụng ở quy mô từ mét đến hàng nghìn km và có mã nguồn mở để người sử dụng, cũng như các nhà nghiên cứu có thể đưa thêm các sơ đồ vật lý vào mô hình; điều kiện biên di động; hệ thống đồng hoá số liệu 4DVAR; kỹ thuật lồng ghép miền tính di động [1]. 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Cấu trúc của mô hình WRF Sơ đồ mô tả cấu trúc các thành phần của mô hình WRF Hình 2.
Cấu trúc tổng quan của mô hình WRF.