Báo cáo nghiên cứu khoa học " ảnh hưởng của Gradient nhiễu động áp suất đến mưa mô phỏng "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

58
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này một ph-ơng trình mới đã đ-ợc xây dựng thành công để tính tốc độ dòng thăng trong sơ đồ tham số hoá đối l-u Kain-Fritsch, trong đó gradient thẳng đứng của nhiễu động áp suất đã đ-ợc đ-a vào. Ph-ơng trình đã cho thấy khả năng của nó trong việc mô phỏng các đợt m-a lớn trên địa hình phức tạp, bao gồm l-ợng m-a, phân bố không gian và phát triển theo thời gian của m-a mô phỏng. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học " ảnh hưởng của Gradient nhiễu động áp suất đến mưa mô phỏng "

T¹p chÝ Khoa häc ®hqghn, KHTN & CN, T.xxII, Sè 1PT., 2006 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng NguyÔn Minh Tr−êng, TrÇn T©n TiÕn Phßng TN Nghiªn cøu Dù b¸o Thêi tiÕt vµ KhÝ hËu, §HKHTN 334 NguyÔn Tr·i, Thanh Xu©n, Hµ néi Tãm t¾t. Trong nghiªn cøu nµy mét ph−¬ng tr×nh míi ®· ®−îc x©y dùng thµnh c«ng ®Ó tÝnh tèc ®é dßng th¨ng trong s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u Kain-Fritsch, trong ®ã gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®· ®−îc ®−a vµo. Ph−¬ng tr×nh ®· cho thÊy kh¶ n¨ng cña nã trong viÖc m« pháng c¸c ®ît m−a lín trªn ®Þa h×nh phøc t¹p, bao gåm l−îng m−a, ph©n bè kh«ng gian vµ ph¸t triÓn theo thêi gian cña m−a m« pháng. Ngoµi ra c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu còng chØ râ sù cÇn thiÕt sö dông l−íi tÝnh ®ñ mÞn ®Ó m« pháng vµ dù b¸o m−a lín trªn c¸c ®Þa h×nh phøc t¹p. 1. Giíi thiÖu ViÖt Nam ®· tõ l©u ®−îc biÕt ®Õn nh− lµ mét khu vùc cã chÕ ®é thêi tiÕt nhiÖt ®íi giã mïa ®iÓn h×nh trong khu vùc §«ng Nam ¸. Sù t−¬ng t¸c cña hoµn l−u miÒn nhiÖt ®íi víi ®Þa h×nh vµ hoµn l−u miÒn ngo¹i nhiÖt ®íi ®em l¹i nh÷ng hËu qu¶ thêi tiÕt phøc t¹p vµ hÕt søc nguy hiÓm. Sù dÞch chuyÓn kinh h−íng theo mïa cña c¸c hÖ thèng hoµn l−u nhiÖt ®íi, ®Æc biÖt lµ khi chóng ®−îc kÝch ho¹t víi sù hiÖn diÖn cña hÖ thèng miÒn «n ®íi, vµo c¸c th¸ng chuyÓn tiÕp d−êng nh− ®· trë thµnh “®Þnh mÖnh” tõ n¨m nµy qua n¨m kh¸c cña thêi tiÕt MiÒn Trung ViÖt Nam. MÆc dï vËy viÖc dù b¸o cho khu vùc l·nh thæ kh«ng lín nµy l¹i gÆp ph¶i nh÷ng khã kh¨n rÊt lín. Cô thÓ h¬n, trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, vµ c¶ trong th¸ng 10 n¨m 2005 nµy, c¸c ph−¬ng tiÖn th«ng tin ®¹i chóng liªn tôc ®−a ra c¸c con sè thèng kª thiÖt h¹i rÊt lín do c¸c h×nh thÕ thêi tiÕt nguy hiÓm g©y ra cho vïng ®Êt nµy. ¶nh h−ëng cña chóng kh«ng chØ t¸c ®éng ®Õn ®êi sèng sinh ho¹t cña c− d©n ®Þa ph−¬ng mµ cßn lµm ¶nh h−ëng tíi kÕ ho¹ch ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi cña trung −¬ng vµ ®Þa ph−¬ng. T×nh h×nh trë nªn phøc t¹p h¬n khi MiÒn Trung ViÖt Nam lµ vïng l·nh thæ hÑp, ®−îc giíi h¹n phÝa t©y bëi d·y Tr−êng S¬n cã ®é cao kho¶ng 1000-2000 mÐt. Do vËy c¸c s«ng ë ®©y rÊt dèc, cã thêi gian tËp trung n−íc nhá. V× thÕ kh«ng cã g× ®¸ng ng¹c nhiªn lµ sau b¶n tin dù b¸o thêi tiÕt víi kh¶ n¨ng m−a lín bao giê còng lµ b¶n tin dù b¸o thñy v¨n víi c¶nh b¸o lò, lò quÐt vµ s¹t lë ®Êt. Tuy nhiªn c¸c b¶n tin dù b¸o h¹n ng¾n, chñ yÕu dïng ph−¬ng ph¸p synèp, th−êng kh«ng chØ ra ®−îc l−îng m−a tÝch luü cô thÓ, vµ h¬n n÷a lµ ph©n bè m−a trªn c¸c s−ên dèc vµ l−u vùc s«ng. §©y cã lÏ còng lµ mét trong c¸c khã kh¨n trong viÖc x©y dùng c¸c ph−¬ng ¸n phßng tr¸nh, cøu hé cña c¸c lùc l−îng chøc n¨ng. Bªn c¹nh ph−¬ng ph¸p synèp, trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ë ViÖt Nam ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c øng dông cña dù b¸o thêi tiÕt b»ng ph−¬ng ph¸p sè. Thµnh tùu lµ rÊt lín 42
43 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng vµ kh«ng thÓ phñ nhËn nh−ng c¸c nhµ dù b¸o còng kh«ng “l¹” g× c¸c mÆt h¹n chÕ cña ph−¬ng ph¸p nµy. §iÓm qua cã thÓ thÊy ®ã lµ møc ®é chÝnh x¸c cña c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu, ®iÒu kiÖn biªn xung quanh lÊy tõ m« h×nh dù b¸o toµn cÇu (®©y lµ khã kh¨n g¾n víi b¶n chÊt to¸n häc cña c¸c bµi to¸n khÝ t−îng, khÝ hËu). C¸c vÊn ®Ò n¶y sinh cïng ®iÒu kiÖn biªn d−íi ¶nh h−ëng th«ng qua c¸c d¹ng t−¬ng t¸c bÒ mÆt, c¸c s¬ ®å tham sè ho¸ vËt lý, vµ nhÊt lµ s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u. S¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u bao th−êng ph¶i gi¶i quyÕt hai mÆt cña mét qu¸ tr×nh ®ã lµ mÆt to¸n häc vµ vËt lý. VÒ mÆt to¸n häc nã lµ c¸ch tÝnh c¸c ¶nh h−ëng cña qu¸ tr×nh qui m« ®èi l−u (®−îc gäi lµ qu¸ tr×nh d−íi l−íi) ®Õn tr¹ng th¸i nhiÖt ®éng lùc cña dßng trung b×nh, vµ c¸c nhµ khÝ t−îng häc th−êng gäi lµ kÐp kÝn ®èi l−u (Arakawa vµ Schubert 1974; Kuo 1974; Fritsch vµ Chappell 1980; Tiedtke 1989). VÒ mÆt vËt lý c¸c nhµ m« h×nh ho¸ th−êng ph¶i x©y dùng m« h×nh m©y kh¸i niÖm, nãi c¸ch kh¸c lµ x©y dùng c¸c t− duy vËt lý chÆt chÏ vÒ sù xuÊt hiÖn, ph¸t triÓn, vµ suy tµn cña c¸c ®¸m m©y ®èi l−u. Trong qu¸ tr×nh nµy c¸c c¸ch tÝnh c¸c ®Æc tr−ng cña m©y còng nh− c¸c qu¸ tr×nh vËt lý x¶y ra trong m©y còng cÇn ph¶i ®−îc ®−a ra (Frank vµ Cohen 1985; Raymond vµ Blyth 1986; Kain vµ Fritsch 1990; Mape 2000). Bªn c¹nh ®ã c¸c hiÖu øng meso- γ cña ®Þa h×nh ®Õn cÊu tróc ®éng lùc cña dßng v−ît ®Þa h×nh nói qui m« meso còng ®· ®−îc nghiªn cøu nhiÒu (Doyle vµ Durran, 2002). Leutbecher vµ Volkert (2000) sö dông m« h×nh kh«ng thuû tÜnh m« pháng sãng nói víi ®é ph©n gi¶i ngang lµ 12, 4 vµ 1,3 km. C¸c kÕt qu¶ thu ®−îc cho thÊy ®é ph©n gi¶i cao nhÊt cho kÕt qu¶ tèt nhÊt khi m« pháng biªn ®é cña c¸c c−ìng bøc v−ît ®Þa h×nh, dÞ th−êng nhiÖt ®é vµ tèc ®é cña c¸c dßng th¨ng vµ gi¸ng. MÆc dï vËy, tån t¹i gi÷a c¸c h−íng nghiªn cøu cã mét yÕu tè quan träng ¶nh h−ëng tíi c¸ch tÝnh dßng th¨ng trong c¸c m« h×nh m©y vÉn ch−a ®−îc tÝnh ®Õn, ®ã lµ gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt, mÆc dï ®· cã nhiÒu b»ng chøng cho thÊy vai trß quan träng cña nã (Klemp vµ Wilhemson 1978 a,b; Finley vµ c¸c §TG 2001; Cai vµ Wakimoto 2001). Nguyªn nh©n lµ do c¸c nhµ khÝ t−îng ch−a x©y dùng ®−îc ph−¬ng tr×nh tÝnh tèc ®é dßng th¨ng cã tÝnh ®Õn vai trß cña gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt mét c¸ch t−êng minh. §©y còng chÝnh lµ lý do mµ trong nghiªn cøu nµy sÏ giíi thiÖu mét ph−¬ng tr×nh míi tÝnh tèc ®é dßng th¨ng, sö dông gradient cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt, cô thÓ cña ph−¬ng ph¸p ®−îc ®−a ra trong phÇn d−íi ®©y (Tr−êng vµ c¸c §TG 2005). 2. Ph−¬ng ph¸p Trong s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u Kain-Fritsch tèc ®é dßng th¨ng ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh g ⎛ Tu − T0 ⎞ 2 1 dwu ⎜ ⎟ = (1) 2 dz 1 + 0.5 ⎜ T0 ⎟ ⎝ ⎠ trong ®ã w, T lµ tèc ®é th¼ng ®øng vµ nhiÖt ®é, c¸c chØ sè “u” chØ dßng th¨ng, “0” chØ m«i tr−êng qui m« synèp. Trong ph−¬ng tr×nh (1) hÖ sè 0.5 ®−îc ®−a vµo ®Ó gi¶i thÝch cho vai trß cña gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt, mÆc dï nã kh«ng ®−îc gi¶i thÝch mét c¸ch râ rµng (Anthes, 1977). HÖ sè nµy cho thÊy nã lu«n cã gi¸ trÞ theo mét tû
NguyÔn Minh Tr−êng, TrÇn T©n TiÕn 44 lÖ nhÊt ®Þnh víi lùc næi nh−ng ng−îc dÊu, mÆc dï theo Xu vµ Randall (2001) th× ®iÒu nµy lµ kh«ng ®óng, nh−ng ®−îc ®−a vµo v× cho ®Õn nay c¸c nhµ khÝ t−îng ch−a t×m ®−îc c¸ch ®−a gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt vµo ph−¬ng tr×nh tÝnh tèc ®é dßng th¨ng mét c¸ch t−êng minh. Theo quan ®iÓm cña c¸c nhµ nghiªn cøu ®èi l−u khÝ quyÓn, khi ph¸t triÓn c¸c s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u cÇn tr¸nh t¨ng bËc tù do cña s¬ ®å. Hay nãi c¸ch kh¸c c¸c ph−¬ng tr×nh sö dông trong s¬ ®å cµng cã quan hÖ gÇn gòi víi c¸c ph−¬ng tr×nh nhiÖt ®éng lùc häc cña m« h×nh cµng tèt. Trong nghiªn cøu nµy ®Ó t×m ra ph−¬ng tr×nh míi tÝnh tèc ®é dßng th¨ng trong s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u Kain-Fritsch sö dông cho m« h×nh RAMS chóng ta xuÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh cho dßng Boussinesq dõng, mét chiÒu, kh«ng rèi nh− sau θ′ ∂π ′ ∂w − θ0 =g w (2) θ0 ∂z ∂z trong ®ã θ , π lµ nhiÖt ®é thÕ vÞ vµ hµm Exner, dÊu g¹ch trªn chØ trung b×nh « l−íi. §Ó thuËn tiÖn khi tÝnh to¸n dßng th¨ng cÇn biÓu diÔn qua nhiÖt ®é tuyÖt ®èi thay cho nhiÖt ®é thÕ vÞ, dùa trªn mèi quan hÖ gi÷a thÓ tÝch riªng víi c¸c ®Æc tr−ng nhiÖt ®éng lùc kh¸c (Pielke, 1984) α ′ θ ′ Cv p′ α ′ T ′ p′ =− ≈− , ®ång thêi sÏ thu ®−îc α 0 θ 0 C p p0 α 0 T0 p0 θ ′ T ′ p′ ⎛ Cv ⎞ = − ⎜1 − ⎟ (3) θ 0 T0 p0 ⎜ C p ⎟ ⎝ ⎠ trong ®ã Cv, Cp, α lµ nhiÖt dung ®¼ng tÝch, nhiÖt dung ®¼ng ¸p, vµ thÓ tÝch riªng. §−a (3) vµo (2) sÏ nhËn ®−îc ⎡ T ′ p ′ ⎛ C v ⎞⎤ ⎟⎥ − θ 0 ∂π ′ ∂w ⎜1 − = g⎢ − w (4) ⎢ T0 p 0 ⎜ C p ⎟⎥ ∂z ∂z ⎝ ⎠⎦ ⎣ Theo ®Þnh nghÜa trung b×nh « l−íi, vµ nhiÔu ®éng qui m« võa (Pielke, 1984) cã thÓ suy diÔn ph−¬ng tr×nh (4) nh− sau ( Awu + Bwr ) ⎡ A(Tu − T0 ) A( pu − p 0 ) ⎛ C v ⎞⎤ ( Awu + Bwr ) ∂ ⎜1 − ⎟⎥ + = g⎢ − ⎜C ⎟⎥ ∂z ⎢ T0 p0 ⎝ ⎠⎦ ⎣ p (5) ⎡ B(Tr − T0 ) B( p r − p 0 ) ⎛ C v ⎟⎥ − θ 0 ∂A(π u − π 0 ) − θ 0 ∂B(π r − π 0 ) ⎞⎤ ⎜1 − − g⎢ ⎜C ⎟⎥ ∂z ∂z ⎢ T0 p0 ⎝ ⎠⎦ ⎣ p trong ®ã A, B lµ tû lÖ diÖn tÝch dßng th¨ng vµ diÖn tÝch ngoµi dßng th¨ng trªn diÖn tÝch « l−íi vµ A + B =1. ChØ sè “u” chØ dßng th¨ng, “r” chØ c¸c ®Æc tr−ng ngoµi dßng th¨ng. Trong qu¸ tr×nh suy diÔn ph−¬ng tr×nh (5) ®· sö dông c¸c quan hÖ Φ ′ = Φ − Φ 0 , Φ = AΦ u + BΦ r , víi Φ lµ biÕn bÊt kú. L−u ý r»ng thµnh phÇn thø nhÊt vµ
45 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng thø ba trong vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh (5) lµ lùc næi vµ lùc g©y ra bëi gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt trong dßng th¨ng (t¹m gäi lµ lùc dßng th¨ng). Thµnh phÇn thø hai vµ thø t− lµ lùc næi vµ lùc g©y ra bëi gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt ngoµi dßng th¨ng (t¹m gäi lµ lùc hÖ thèng). VÕ tr¸i cña ph−¬ng tr×nh (5) cã thÓ viÕt ( Awu + Bwr ) ∂ ( Awu + Bwr ) = Awu ∂Awu ∂Awu ∂Bwr ∂Bwr + Bwr + Awu + Bwr (6) ∂z ∂z ∂z ∂z ∂z trong ®ã thµnh phÇn thø nhÊt bªn vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh trªn m« t¶ tèc ®é biÕn ®æi ®éng l−îng cña dßng th¨ng theo chiÒu th¼ng ®øng. Thµnh phÇn thø t− m« t¶ tèc ®é biÕn ®æi ®éng l−îng ngoµi dßng th¨ng theo chiÒu th¼ng ®øng. VÒ mÆt ý nghÜa vËt lý chóng ph¶i ®−îc g©y ra bëi c¸c lùc t−¬ng øng. So s¸nh víi ph−¬ng tr×nh (29) vµ (30) trong Lappen vµ Randall (2001) thµnh phÇn thø hai vµ thø ba t−¬ng øng víi dßng thæi vµo vµ thæi ra, do vËy ph−¬ng tr×nh (6) cã thÓ t¸ch lµm hai thµnh phÇn t−¬ng øng, trong ®ã cho dßng th¨ng cã thÓ viÕt ⎡ A(Tu − T0 ) A( pu − p 0 ) ⎛ C v ⎞⎤ ⎟ − θ ∂A(π u − π 0 ) + Ent (7) ∂Awu ⎜1 − = g⎢ − ⎜ C ⎟⎥ 0 Awu ∂z ∂z ⎢ p ⎠⎥ T0 p0 ⎝ ⎣ ⎦ Trong ®ã Ent lµ dßng thæi vµo ®· ®−îc tham sè ho¸ trong s¬ ®å gèc, dßng thæi ra ®−îc xem lµ Ýt ¶nh h−ëng ®Õn vËn tèc dßng th¨ng. NÕu gi¶ thiÕt r»ng ¸p suÊt cña dßng th¨ng thÝch øng ngay víi ¸p suÊt « l−íi (Anthes, 1977) sÏ cã ( ) ( ) ⎡ A(Tu − T0 ) A p − p 0 ⎛ C v ⎞⎤ ⎟ − θ ∂A π − π 0 + Ent ∂Awu ⎜1 − = g⎢ − ⎜ C ⎟⎥ 0 Awu (8) ∂z ∂z ⎢ p ⎠⎥ T0 p0 ⎝ ⎣ ⎦ Víi vÕ ph¶i ®· biÕt, cã thÓ viÕt l¹i (8) d−íi d¹ng mét ph−¬ng tr×nh ®¹o hµm th−êng d−íi d¹ng quen thuéc ( ) ( ) ⎡ A(Tu − T0 ) A p − p 0 ⎛ C v ⎞⎤ ⎟⎥ − θ 0 ∂A π − π 0 + Ent 1 dA 2 wu 2 ⎜1 − = g⎢ − (9) ⎜C ⎟⎥ ∂z 2 dz 2 ⎢ T0 p0 ⎝ ⎠⎦ ⎣ p So s¸nh ph−¬ng tr×nh (1) vµ ph−¬ng tr×nh (9) cã thÓ thÊy sù kh¸c biÖt rÊt lín, bao gåm: 1. §¸ng l−u ý nhÊt lµ gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®· ®−îc ®−a vµo ph−¬ng tr×nh tÝnh tèc ®é dßng th¨ng mét c¸ch t−êng minh, ®iÒu mµ tr−íc ®©y ch−a x©y dùng ®−îc. 2. Ngoµi ra cÇn chó ý lµ thµnh phÇn lùc næi ®· ®−îc hiÖu chØnh ®i mét l−îng tû lÖ víi sù chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a nhiÖt ®é qui m« l−íi vµ qui m« synèp. §iÒu nµy lµ phï hîp vÒ mÆt vËt lý v× lùc næi trong dßng th¨ng sÏ phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng n¬i mµ nã tån t¹i (tøc lµ nhiÖt ®é « l−íi).
NguyÔn Minh Tr−êng, TrÇn T©n TiÕn 46 3. M« h×nh vµ thùc nghiÖm sè Trong nghiªn cøu nµy m« h×nh dù b¸o qui m« võa RAMS (The Regional Atmospheric Modeling System) ®−îc sö dông ®Ó thö nghiÖm dù b¸o m−a cho ®ît m−a lín tõ 24 ®Õn 26 th¸ng 11 n¨m 2004. C¸c ®Æc ®iÓm to¸n lý c¬ b¶n cña m« h×nh ®−îc m« t¶ chi tiÕt trong Pielke vµ c¸c §TG (1992) vµ Cotton vµ c¸c §TG (2003). CÊu h×nh l−íi ®−îc x©y dùng ®Ó ®èi chiÕu kÕt qu¶ dù b¸o ®−îc ®−a ra trong B¶ng 1. L−u ý r»ng trong tr−êng hîp sö dông ba l−íi lång th× s¬ ®å ®èi l−u trong l−íi thø ba ®· ®−îc t¾t, v× l−íi thø ba cã kÝch th−íc l−íi 2 km chØ ®Ó m« t¶ chi tiÕt dßng v−ît ®Þa h×nh. Tuy nhiªn l−íi nµy còng bao phñ hÇu hÕt khu vùc cÇn quan t©m. §iÒu kiÖn ban ®Çu lµ c¸c tr−êng ph©n tÝch toµn cÇu AVN lóc 00Z ®−îc cung cÊp bëi Trung t©m Quèc gia Dù b¸o M«i tr−êng (NCEP), Hoa Kú, bao gåm hai thµnh phÇn giã ngang, nhiÖt ®é, ®é Èm t−¬ng ®èi vµ ®é cao ®Þa thÕ vÞ cho 26 mÆt ®¼ng ¸p. §é ph©n gi¶i ngang cña ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ ®iÒu kiÖn biªn lµ 10 x 10. §iÒu kiÖn biªn ®−îc cËp nhËt 6 h mét lÇn cho c¸c biÕn dù b¸o trong m« h×nh RAMS, sö dông tr−êng dù b¸o toµn cÇu AVN. S¬ ®å ®èi l−u bao gåm s¬ ®å Kain-Fritsch gèc vµ s¬ ®å ®· ®−îc c¶i tiÕn c¸ch tÝnh tèc ®é dßng th¨ng nh− ®· chØ ra trong Môc 2. B¶ng 1: C¸c thùc nghiÖm sè. Tr−êng hîp Sè ®iÓm l−íi T©m l−íi KÝch th−íc l−íi S¬ ®å ®èi l−u 150N-1090E I I: 94 x 90 40 km BËt 0 0 II: 54 x 46 15.5 N-108.5 E 10 km BËt 150N-1090E II I: 94 x 90 40 km BËt 0 0 II: 54 x 46 15.5 N-108.5 E 10 km BËt 15.50N-108.50E III: 147 x 152 2 km T¾t 4. KÕt qu¶ tÝnh to¸n Cho ®Õn 00Z ngµy 24 th¸ng 11 n¨m 2004 b·o Muifa ®ang di chuyÓn vÒ phÝa nam trong khi kh«ng khÝ l¹nh lôc ®Þa Ch©u ¸ ®ang lÊn xuèng phÝa b¾c ViÖt Nam, kÕt qu¶ lµ t¹o ra mét vïng héi tô giã m¹nh däc bê biÓn MiÒn Trung ViÖt Nam (H×nh 1a) n¬i cã ®Þa h×nh nói cao thuéc d·y Tr−êng S¬n ch¹y song song víi ®−êng bê (H×nh 1b).
47 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng b a H×nh 1: Tr−êng giã t¹i 48.25m lóc 00Z ngµy 24 th¸ng 11 n¨m 2004 (a), vµ ®é cao ®Þa h×nh l−íi 2 (b). KÕt qu¶ cña sù t−¬ng t¸c gi÷a hoµn l−u giã víi ®Þa h×nh ®· t¹o ra mét hÖ thèng m©y ®èi l−u c−ìng bøc ph¸t triÓn m¹nh cã thÓ quan s¸t thÊy râ trªn ¶nh m©y vÖ tinh tõ ngµy 24 cho ®Õn 1125Z ngµy 25, sau ®ã hÖ thèng m©y nµy dÇn dÇn tan r· thµnh mµn m©y Ci nh− cã thÓ thÊy trªn H×nh 2. §iÒu ®¸ng l−u ý lµ tõ ngµy 24 sang ngµy 25 ®· cã sù më réng râ rÖt vÒ phÝa b¾c cña hÖ thèng m©y ®èi l−u. Sù xuÊt hiÖn vµ ph©n bè trong kh«ng gian cña hÖ thèng m©y nãi chung ®Òu bÞ giíi h¹n trong miÒn l−íi 2, trong ®ã s¬ ®å ®èi l−u ®−îc kÝch ho¹t, vµ do vËy c¸c kÕt qu¶ tiÕp theo ®©y chØ ®−a ra cho l−íi 2. a b
NguyÔn Minh Tr−êng, TrÇn T©n TiÕn 48 d c H×nh 2: ¶nh m©y vÖ tinh lóc 1125Z, ngµy 24 (a); 2325Z, ngµy 24 (b); 1125Z, ngµy 25 (c); vµ 2325Z, ngµy 25 (d). KÝch th−íc ¶nh t−¬ng ®−¬ng víi l−íi 2. Phï hîp víi sù h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn cña hÖ thèng m©y ®èi l−u lµ trong thùc tÕ ®· x¶y ra mét ®ît m−a lín tËp trung hÇu nh− trong hai ngµy 24 vµ 25 trªn khu vùc trung vµ nam Trung Bé. L−îng m−a tÝch luü 48 giê ®o ®−îc ë mét sè tr¹m thêi tiÕt mÆt ®Êt nh− sau: 656 mm (HuÕ, 16.420N-107.570E), 544 mm (A L−íi, 16.210N-107.280E), 720 mm (Nam §«ng, 16.170N-107.710E), 721 mm (Th−îng NhËt, 16.120N-107.680E), 584 mm (HiÖp §øc, 15.580N-108.120E), vµ 520 mm (S¬n Giang, 15.130N-108.520E). Trong ®ã cã 18 tr¹m cã l−îng m−a tÝch luü 48 h ®¹t trªn 200 mm. Trong nghiªn cøu nµy sö dông sè liÖu m−a ®o ®¹c t¹i 51 tr¹m thêi tiÕt mÆt ®Êt, kÕt qu¶ ph©n tÝch l−îng m−a tÝch luü ®−îc chØ ra trong H×nh 3, trong ®ã thÊy râ sù më réng vÒ phÝa b¾c cña vïng m−a lín. a b
49 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng c d H×nh 3: Ph©n tÝch trong kh«ng gian l−îng m−a tÝch luü sau 12 h (a); 24 h (b); 36 h (c); vµ 48 h (d). 4.1. Tæng l−îng m−a (tr−êng hîp I) Tæng l−îng m−a tÝch luü dù b¸o (TASR) sö dông s¬ ®å ®èi l−u gèc ®−îc ®−a ra trong H×nh 4 cho 12, 24, 36 vµ 48 giê dù b¸o, trong ®ã phÇn lín lµ m−a ®èi l−u. Ph©n bè kh«ng gian cña TASR trong tr−êng hîp nµy lµ cã thÓ chÊp nhËn ®−îc khi so s¸nh víi ¶nh m©y vÖ tinh. Tuy nhiªn, cùc ®¹i 48 h cña TASR chØ ®¹t kho¶ng 180 mm, thÊp h¬n nhiÒu so víi cùc ®¹i m−a quan tr¾c, mÆc dï l−íi 2 cã ®é ph©n gi¶i ngang 10 km t−¬ng ®−¬ng víi qui m« cña c¸c tæ chøc ®èi l−u. §iÒu ®¸ng l−u ý lµ vïng m−a cùc ®¹i n»m däc theo bê biÓn vµ kh«ng quan s¸t thÊy cã sù më réng vÒ phÝa b¾c cña vïng m−a lín, kÕt qu¶ nµy kh«ng phï hîp tèt víi kÕt qu¶ quan tr¾c m−a t¹i c¸c tr¹m thêi tiÕt mÆt ®Êt nh− ®· nãi ë trªn. b a
NguyÔn Minh Tr−êng, TrÇn T©n TiÕn 50 d c H×nh 4: M−a m« pháng tÝch luü sau 12 (a), 24 (b), 36 (c), vµ 48 h (c) (mm), sö dông s¬ ®å ®èi l−u gèc Sö dông s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u Kain-Fritsch c¶i tiÕn, c¸c kÕt qu¶ ph©n bè trong kh«ng gian cña TASR ®−îc ®−a ra trong H×nh 5. So s¸nh víi kÕt qu¶ cho bëi s¬ ®å gèc cã thÓ thÊy sù c¶i thiÖn rÊt ®¸ng kÓ. §ã lµ vïng m−a cùc ®¹i ®· di chuyÓn s©u vµo trong lôc ®Þa, vïng cã l−îng m−a m« pháng lín ®· t¨ng lªn, vµ ®iÒu rÊt quan träng lµ quan s¸t thÊy râ sù di chuyÓn vÒ phÝa b¾c cña vïng m−a lín trong TASR. §iÒu nµy cho thÊy s¬ ®å c¶i tiÕn cã kh¶ n¨ng m« pháng tèt h¬n sù ph¸t triÓn theo thêi gian vµ ph©n bè trong kh«ng gian cña hÖ thèng m©y ®èi l−u so víi s¬ ®å gèc. b a
51 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng d c H×nh 5: Gièng H×nh 4, nh−ng sö dông s¬ ®å ®èi l−u c¶i tiÕn. 4.2. Tæng l−îng m−a (tr−êng hîp II) Nh− ®· chØ ra trong B¶ng 1, s¬ ®å ®èi l−u cho l−íi 3 trong tr−êng hîp nµy ®−îc t¾t ®Ó ®¶m b¶o r»ng s¬ ®å ®èi l−u lµ t−¬ng tù nhau cho c¶ hai tr−êng hîp. MÆc dï vËy trong tr−êng hîp sö dông s¬ ®å ®èi l−u gèc, TASR ®· lín h¬n rÊt nhiÒu so víi tr−êng hîp thø nhÊt, gÊp kho¶ng 1,5 lÇn, ®¹t cùc ®¹i kho¶ng 270 mm (H×nh 6). KÕt qu¶ nµy chØ râ sù cÇn thiÕt ph¶i sö dông l−íi cã ®é ph©n gi¶i ®ñ mÞn ®Ó m« pháng vµ dù b¸o tèt h¬n nh÷ng tr−êng hîp m−a lín trªn ®Þa h×nh phøc t¹p. Ngoµi ra víi cÊu h×nh l−íi nh− vËy, vïng m−a lín cña TASR ®· di chuyÓn s©u vµo trong lôc ®Þa, nh−ng rÊt thó vÞ lµ sù më réng vÒ phÝa b¾c lµ kh«ng quan s¸t thÊy râ. b a
NguyÔn Minh Tr−êng, TrÇn T©n TiÕn 52 d c H×nh 6: Gièng H×nh 4, nh−ng sö dông 3 l−íi lång. Còng víi cÊu h×nh 3 l−íi lång nh−ng sö dông s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u Kain- Fritsch c¶i tiÕn, kÕt qu¶ m« pháng m−a tÝch luü ®−îc chØ ra trong H×nh 7. So s¸nh víi H×nh 3 cã thÓ thÊy ngay tõ h×nh vÏ lµ ®©y lµ tr−êng hîp cho kÕt qu¶ m« pháng tèt nhÊt trong sè c¸c thùc nghiÖm: l−îng m−a m« pháng gÇn víi thùc tÕ nhÊt, vïng m−a cùc ®¹i n»m s©u trong ®Êt liÒn, vµ cã sù dÞch chuyÓn vÒ phÝa b¾c cña d¶i m−a lín cña TASR. §©y lµ diÔn biÕn rÊt s¸t víi thùc tÕ quan tr¾c ®−îc t¹i c¸c tr¹m thêi tiÕt mÆt ®Êt trong nh÷ng ngµy nµy. b a
53 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng c d H×nh 7: Gièng H×nh 6, nh−ng sö dông s¬ ®å ®èi l−u c¶i tiÕn. 5. KÕt luËn Víi c¸c kÕt qu¶ nãi trªn cã thÓ thÊy lµ ph−¬ng tr×nh míi tÝnh tèc ®é dßng th¨ng ®· ®−îc x©y dùng thµnh c«ng trong nghiªn cøu nµy, qua ®ã thÓ hiÖn vai trß quan träng cña gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn c¸ch tÝnh tèc ®é dßng th¨ng nãi riªng vµ kÕt qu¶ m−a m« pháng nãi chung. S¬ ®å ®èi l−u Kain-Fritsch c¶i tiÕn cho kÕt qu¶ tèt h¬n h¼n so víi s¬ ®å gèc trªn c¸c khÝa c¹nh l−îng m−a, ph©n bè kh«ng gian cña l−îng m−a, vµ ®Æc biÖt lµ diÔn biÕn theo thêi gian cña ph©n bè m−a m« pháng trong kh«ng gian. Ngoµi ra, nghiªn cøu nµy mét lÇn n÷a cho thÊy sù cÇn thiÕt ph¶i sö dông l−íi m« h×nh ®ñ mÞn ®Ó m« pháng hay dù b¸o c¸c ®ît m−a lín trªn ®Þa h×nh phøc t¹p. Tµi liÖu tham kh¶o 1. Anthes, R. A., 1977: A cumulus parameterization scheme utilizing a one-dimensional cloud model. Mon. Wea. Rev., 105, 1977, 270-286. 2. Arakawa, A., and W. H. Schubert, Interaction of a cumulus cloud ensemble with the large- scale environment. Part I. J. Atmos. Sci., 31, 1974, 674-701. 3. Cai, H., and R. M. Wakimoto, Retrieved pressure field and its influence on the propagation of a supercell thunderstorm. Mon. Wea. Rev., 129, 2001, 2695-2713. 4. Cotton, W. R., R. A. Pielke Sr., R. L. Walko, G. E. Liston, C. J. Tremback, H. Jiang, R. L. McAnelly, J. Y. Harrington, M. E. Nicholls, G. G. Carrio, and J. P. McFadden, RAMS 2001,: Current status and future directions. Meteorol. Atmos. Phys., 2003, 82, 5-29. 5. Doyle, J. D., and D. R. Durran, The dynamics of mountain-wave-induced rotors. J. Atmos. Sci., 59, 2002, 186-201.
NguyÔn Minh Tr−êng, TrÇn T©n TiÕn 54 6. Finley, C.A., W. R. Cotton, and R. A. Pielke Sr., Numerical simulation of tornadogenesis in a high-precipitation supercell. Part I: Storm evolution and transition into a bow echo. J. Atmos. Sci., 58, 2001, 1597-1629. 7. Frank, W. M., and C. Cohen, Properties of tropical cloud ensembles estimated using a cloud model and an observed updraft population. J. Atmos. Sci., 42, 1985, 1911-1928. 8. Fritsch, J. M., and C. F. Chappell, Numerical prediction of convectively driven mesoscale pressure systems. Part I: Convective parameterization. J. Atmos. Sci., 37, 1980, 1722-1733. 9. Kain, J. S., and J. M. Fritsch, A one-dimensional entraining/detraining plume model and its application in convective parameterization. J. Atmos. Sci., 47, 1990, 2784-2802. 10. Klemp, J. B., and R. B. Wilhelmson, The simulation of three-dimensional convective storm dynamics. J. Atmos. Sci., 35, 1978a, 1070-1096. 11. Klemp, J. B., and R. B. Wilhelmson, Simulations of right- and left-moving storms produced through storm splitting. J. Atmos. Sci., 35, 1978b, 1097-1110. 12. Kuo, H. L., Further studies of the parameterization of the influence of cumulus convection on large scale flow. J. Atmos. Sci., 31, 1974, 1232-1240. 13. Lappen, Cara-Lyn, and D. A. Randall, Toward a unified parameterization of the boundary layer and moist convection. Part I: A new type of mass-flux model. J. Atmos. Sci., 58, 2001, 2021-2036. 14. Leutbecher, M., and H. Volkert, The propagation of mountain waves in to the stratosphere: Quantitative evaluation of three-dimensional simulations. J. Atmos. Sci., 57, 2000, 3090- 3108. 15. Mapes, B. E., Convective inhibition, subgrid-scale triggering energy, and stratiform instability in a toy tropical wave model. J. Atmos. Sci., 57, 2000, 1515-1535. 16. Pielke, R. A., Mesoscale Meteorological Modeling. Academic Press, 1984, 612pp. 17. Pielke, R. A., W. R. Cotton, R. L. Walko, C. J. Tremback, W. A. Lyons, L. D. Grasso, M. E. Nicholls, M. D. Moran, D. A. Wesley, T. J. Lee, and J. H. Copeland, 1992: A comprehensive meteorological modeling system RAMS. Meteorol. Atmos. Phys., 49, 69-91. 18. Raymond, D. J., and A. M. Blyth, A stochastic mixing model for nonprecipitating cumulus clouds. J. Atmos. Sci., 43, 1986, 2708-2718. 19. Tiedtke, M., A comprehensive mass flux scheme for cumulus parameterization in large- scale model. Mon. Wea. Rev., 117, 1989, 1779-1800. 20. Truong, N. M., Tien, T. T, Pielke, R. A., and Castro, C. L, 2005: A diagnostic equation used to compute updraft velocity and its influence on simulated precipitation (Submitted to Mon. Wea. Rev.). 21. Xu, Kuan-Man, and D. A. Randall, Updraft and downdraft statistics of simulated tropical and midlatitude cumulus convection. J. Atmos. Sci., 58, 2001, 1630-1649.
55 ¶nh h−ëng cña Gradient nhiÔu ®éng ¸p suÊt ®Õn m−a m« pháng VNU. JOURNAL OF SCIENCE, Nat., Sci., & Tech., T.xXII, n01AP., 2006 The influence of the vertical gradient of pressure perturbation on simulated precipitation Nguyen Minh Truong, Tran Tan Tien Laboratory for Weather and Climate Forecasting Research In the present study a new diagnostic equation is successfully derived to compute updraft velocity in the Kain-Fritsch convective parameterization scheme, where the vertical gradient of pressure perturbation is explicitly taken into account. The new equation shows its reliability in capturing the horizontal distribution and temporal evolution of the simulated precipitation in the heavy rainfall period from 24 to 26 November, 2004. Moreover, according to the results it is necessary to use fine enough grid configuration to simulate or predict heavy rainfall over complex terrains.