Nghiên cứu ứng dụng các sản phẩm của radar thời tiết vào công tác dự báo, cảnh báo mưa dông khu vực sân bay Đà Nẵng

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất do thiên tai gây ra trong khu vực châu Á. Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với bờ biển trải dài hơn 3.500km, mỗi năm có từ 5-7 cơn bão gây ảnh hưởng đến thời tiết của nước ta. Các hiện tượng thời tiết nguy hiểm cũng thường xuyên xảy ra trên phạm vi cả nước như: mưa lớn diện rộng, mưa đá, dông mạnh và tố lốc gây thiệt hại lớn về tài sản cũng như tính mạng của con người, làm ảnh hưởng đến quá trình phát triển kinh tế của đất nước.

Mưa dông xa phía Tây sân bay Đà Nẵng

Dự báo thời tiết đặc biệt là Dự báo, cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm nhằm giảm thiểu thiệt hại do chúng gây ra là một việc hết sức cần thiết và cấp bách. Radar thời tiết là thiết bị sử dụng sóng vô tuyến điện để quan trắc, phát hiện, theo dõi và cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm liên quan đến mây như dông, tố, lốc, mưa lớn, mưa đá ...và đặc biệt là xác định vị trí tâm bão khi đi vào gần bờ, nơi các thiết bị quan trắc khác như vệ tinh không đảm bảo độ chính xác và các số liệu quan trắc truyền thống trên biển đông không đủ dày phục vụ xác định chính xác vị trí tâm bão.

Với ưu điểm nổi trội, Radar thời tiết đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới trong việc quan trắc và giám sát các hiện tượng thời tiết (điển hình như: Nhật, Mỹ, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc...). Tuy nhiên để đưa Radar vào hoạt động hiệu quả, việc đầu tiên sau khi lắp đặt Radar là phải xây dựng chỉ tiêu địa phương đối với từng loại hiện tượng thời tiết riêng biệt.

Mỗi vùng khác nhau sẽ có điều kiện khí hậu, các hệ thống thời tiết, điều kiện nhiệt, ẩm và tính chất giáng thuỷ khác nhau. Radar thời tiết hoạt động theo nguyên tắc phát sóng siêu cao tần vào không gian và thu nhận tín hiệu phản xạ trở lại từ các vật mục tiêu (ở đây là mây và các hiện tượng thời tiết liên quan) trên quãng đường truyền sóng. Mức độ mạnh hay yếu của tín hiệu phản hồi vô tuyến (PHVT) thu được phụ thuộc vào diện tích phản xạ hiệu dụng và tính chất vật lý, hình dạng và mật độ phân bố hạt của mây.

Radar thu nhận tất cả các giá trị PHVT trong bán kính quét của nó (bao gồm các giá trị phản hồi vô tuyến chưa gây ra hiện tượng và đã gây ra hiện tượng thời tiết), mỗi hiện tượng thời tiết như mưa, dông, mưa đá… thường có cấu trúc, tính chất vật lý, phân bố mật độ hạt khác nhau, tương ứng với mỗi loại hiện tượng thời tiết khi Radar quan trắc sẽ thu nhận được các ngưỡng giá trị PHVT nhất định cho mỗi hiện tượng. Bởi vậy việc xây dựng chỉ tiêu cho Radar (ngưỡng các giá trị PHVT tương ứng từng loại hiện tượng thời tiết) có tính chất quyết định trong việc xác định chính xác các hiện tượng thời tiết cũng như ước lượng lượng mưa với độ chính xác cao nhất.

Xuất phát từ những lý do nêu trên, để góp phần tăng thêm các cơ sở phục vụ cho công tác dự báo, cảnh báo mưa dông đối với khu vực sân bay Đà Nẵng trên cơ sở khai thác nguồn số liệu Radar Đà Nẵng, Trung tâm KTHK Đà Nẵng đã tiến hành nghiên cứu, xây dựng chỉ tiêu dự báo, cảnh báo mưa dông cho khu vực sân bay Đà Nẵng. Việc dự báo, cảnh báo được mưa dông có ý nghĩa rất lớn, hỗ trợ cho các nhà điều hành lập được kế hoạch bay hiệu quả, tiết kiệm thời gian, chi phí và nhiên liệu; giúp phi công có thể lường trước được tình huống để xử lý, tăng tính an toàn cho chuyến bay.

Radar Đà Nẵng là hệ thống Radar thời tiết Doppler METEOR 60DX10-S phân cực kép, tần số thu phát X band (9490MHZ), công suất cực đại 75kW. Với mục đích sử dụng là nhằm phát hiện vùng mây nguy hiểm TCU/CB, mưa dông, gió đứt, hỗ trợ công tác dự báo, cảnh báo thời tiết nguy hiểm phục vụ hoạt động bay. Radar Đà Nẵng được lắp đặt tại tầng 7, toà nhà ACV, sân bay quốc tế Đà Nẵng, ăng ten cao 46,6m. Với bán kính hoạt động của Radar là 100km.

Màn hình hiển thị cảnh báo WINSHEAR tại sân bay Đà Nẵng

Sản phẩm của Radar: Gồm 36 loại ảnh chia làm 6 nhóm sản phẩm như sau: Sản phẩm tiêu chuẩn, sản phẩm mở rộng, sản phẩm về mưa, sản phẩm về gió đứt, sản phẩm về hiện tượng thời tiết và sản phẩm dự báo tức thời (Now casting).

Radar Đà Nẵng được đưa vào sử dụng theo quyết định số 3652/GP-CHK ngày 26/8/2021 của Cục hàng không, thời gian hoạt động 24/24h từ ngày 01/9/2021.

Để phục vụ công tác xây dựng các chỉ tiêu dự báo, cảnh báo. Trung tâm KTHK Đà Nẵng đã tiến hành thu thập và xử lý các nguồn số liệu như số liệu mưa, số liệu các Obs có mây TCU/CB; số liệu các Obs có dông, mưa dông. Thông qua đó, tiến hành trích xuất số liệu Radar tương ứng, để tính toán, xác định chỉ tiêu.

Sản Phẩm CMAX – RADAR Đà Nẵng ngày có mưa dông mạnh

Kết quả là Trung tâm KTHK Đà Nẵng bước đầu đã xây dựng được một số chỉ tiêu dự báo như sau:

1. Chỉ tiêu nhận biết mây TCU/CB:

Thống kê chuỗi số liệu xuất hiện mây TCU/CB từ ngày 11/6/2021 đến ngày 31/5/2022 tại sân bay Đà Nẵng. Trích xuất độ phản hổi vô tuyến ảnh Radar tương ứng với 1567 Obs xuất hiện mây TCU/CB. Lập bảng tính toán số liệu ta được chỉ tiêu nhận biết mây TCU/CB như sau:

- Cmax: 28 - 40 dBZ

- Hmax: 2 - 4 km

- Etop: 3 - 5 km

- CAPPI 3km: 28 - 40 dBZ

2. Chỉ tiêu dự báo dông và mưa dông:

Thống kê chuỗi số liệu xuất hiện dông, mưa dông từ ngày 11/6/2021 đến ngày 31/5/2022 tại sân bay Đà Nẵng. Trích xuất độ phản hổi vô tuyến ảnh Radar tương ứng với 137 Obs xuất hiện dông, mưa dông. Lập bảng tính toán số liệu ta được chỉ tiêu dự báo dông, mưa dông như sau:

2.1. Đối với chỉ tiêu dự báo dông:

- Cmax: >= 32 dBZ

- Hmax: >= 2 km

- Etop: >= 5 km

- CAPPI 3km: >=28 dBZ

2.2. Đối với chỉ tiêu dự báo mưa dông:

- Cmax: >=32 dBZ

- Hmax: >=2 km

- Etop: >= 7 km

- CAPPI 3km: >=32 dBZ

3. Xây dựng chỉ tiêu dự báo mưa:

Thống kê chuỗi số liệu xuất hiện mưa từ ngày 11/6/2021 đến ngày 31/5/2022 tại sân bay Đà Nẵng. Trích xuất độ phản hổi vô tuyến ảnh Radar tương ứng với 2194 Obs xuất hiện mưa. Lập bảng tính toán số liệu ta được chỉ tiêu dự báo mưa như sau:

3.1. Đối với chỉ tiêu dự báo mưa:

- Cmax: >= 20 dBZ

- CAPPI 3km: >=20 dBZ

3.2. Đối với chỉ tiêu dự báo mưa gây giảm tầm nhìn <=5km:

- Cmax: >= 40 dBZ

- Hmax: >= 1,5 km

- Etop: >= 4 km

- CAPPI 3km: >=32 dBZ

4. Chỉ tiêu dự báo định lượng mưa:

Thống kê chuỗi số liệu xuất hiện mưa từ ngày 11/6/2021 đến ngày 31/5/2022 tại sân bay Đà Nẵng. Trích xuất độ phản hổi vô tuyến ảnh Radar tương ứng với 2194 Obs xuất hiện mưa. Lập bảng tính toán số liệu ta được chỉ tiêu dự báo mưa như sau:

4.1. Đối với chỉ tiêu dự báo định lượng mưa 1 giờ và 24 giờ: Sử dụng ảnh DPSRI để nghiên cứu.

- Mưa 1 giờ: Mưa thực tế = Mưa DPSRI ± 1 mm

- Mưa 24 giờ: Mưa thực tế = Mưa DPSRI ± 17 mm

4.2. Xây dựng phương trình tương quan mưa thực tế và mưa Radar:

Y = 0.4812*X + 0.9348, với hệ số tương quan là 0,6

+ Y: Lượng mưa thực tế

+ X: Lượng mưa Radar

Radar Đà Nẵng được khai thác thử nghiệm từ ngày 11/6/2021 và chính thức đưa vào khai thác từ 01/09/2021. Đây là hệ thống trang thiết bị cực kì quan trọng, giúp dự báo viên dự báo, cảnh báo chính xác các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như dông, tố, lốc, mưa dông cường độ mạnh.

Bằng việc thống kê chuỗi số liệu từ ngày 11/6/2021 đến ngày 31/5/2022 tại sân bay Đà Nẵng. Trích xuất độ phàn hổi vô tuyến ảnh Radar tương ứng với các hiện tượng thời tiết. Trung tâm KTHK Đà Nẵng đã tính toán được một số chỉ tiêu dự báo các hiện tượng như mây TCU/CB, mưa, dông và mưa dông, bước đầu giúp dự báo viên có cơ sở để ra quyết định lập và phát hành các bản tin dự báo, cảnh báo.

Tuy nhiên nguồn số liệu chúng tôi sử dụng chưa đủ dài. Do vậy, các chỉ tiêu trên đây cũng chỉ bước đầu mang tính tham khảo.

Trong thời gian tới, khi nguồn dữ liệu đủ dài, chúng tối tiếp tục tính toán và điều chỉnh các chỉ tiêu đã xây dựng ở trên cho phù hợp với thực tế và áp dụng trong công tác dự báo, cảnh báo hàng ngày tại Trung tâm Khí tượng hàng không Đà Nẵng.

Nguyễn Đức Dũng