Trong nghiên cứu và dự báo khí tượng hiện đại, các mô hình số đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tái hiện trạng thái khí quyển và dự đoán sự thay đổi của thời tiết. Bên cạnh những mô hình nổi tiếng như ECMWF hay GFS, mô hình WRF (Weather Research and Forecasting Model) là một trong những mô hình được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu. WRF không chỉ phục vụ công tác dự báo thời tiết mà còn hỗ trợ nghiên cứu khí hậu, môi trường và các hiện tượng khí quyển phức tạp. Vậy cụ thể mô hình WRF là gì và tại sao nó lại được giới khoa học lựa chọn nhiều đến vậy?

Mô Hình WRF là gì?

Hệ thống mô hình nghiên cứu và dự báo thời tiết (The Weather Research and Forecasting Model – WRF) là một hệ thống mô hình thời tiết quy mô vừa, được nghiên cứu và phát triển với hai mục đích là nghiên cứu các hoạt động diễn ra tại khí quyển và mục đích dự báo nghiệp vụ thời tiết. Mô hình đặc trưng bởi lõi động lực, hệ thống đồng hóa số liệu, cùng với các hệ điều hành song song khi thực hiện tính toán. Quy mô mô phỏng trạng thái của khí quyển trong mô hình WRF có phạm vi từ 10m đến hàng nghìn kilomet. Hệ thống máy chủ Tại Trung tâm Ứng dụng Vật lý Địa cầu, đã được thiết lập với mô hình WRF tối ưu nhất được công bố trên trang chủ của hệ thống mô hình WRF.

Nguyên lí hoạt động

Sử dụng số liệu quan trắc, số liệu phân tích hoặc sử dụng các nguồn số liệu có thể mô phỏng được trạng thái của khí quyển. WRF cung cấp hoạt động dự báo trên một nền tảng linh hoạt và tính toán hiệu quả. Gần đây với những sự tiến bộ gần đây trong các sơ đồ vật lý, thuật toán, và đồng hóa số liệu được phát triển từ các kỹ thuật viên trên khắp cộng đồng nghiên cứu trên thế giới. Hệ thống mô hình WRF hiện nay đang được sử dụng dự báo nghiệp vụ tại NCEP, AFWA và một số trung tâm khác.

Mô hình số nói chung và mô hình WRF nói riêng sử dụng nguồn số liệu quan trắc tại thời điểm hiện tại để tính toán nhằm đưa ra trạng thái tương lai của khí quyển. Nắm bắt được trạng thái thời tiết tại thời điểm hiện tại sẽ giúp cho việc tính toán, xử lý số liệu khi đưa vào mô hình chính xác hơn. Hiện nay có rất nhiều nguồn số liệu đầu vào cho mô hình số, thông qua việc đồng hóa số liệu sẽ tại ra các sản phẩm đầu như biến đổi của nhiệt độ, lượng mưa và hàng trăm biến khí tượng khác từ bề mặt đại dương tới đỉnh của khí quyển.

>> Xem thêm: Mô Hình HRRR Là Gì? Nguyên Lý Hoạt Động Như Thế Nào?

Các nguồn số liệu đầu vào cho mô hình WRF

Các nguồn số liệu này được cung cấp bởi Cục quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia Mỹ (NOAA) và hệ thống NOMADS. Dưới đây là các nguồn số liệu thường được sử dụng:

– Global Data Assimilation System (GDAS)
GDAS là dạng số liệu đã được đồng hóa, được sử dụng làm cả đầu vào và đầu ra cho mô hình số.

– Global Ensemble Forecast System (GEFS)
GEFS là mô hình dự báo thời tiết toàn cầu được xây dựng từ 21 thành phần riêng biệt hoặc là sự tổ hợp từ các thành phần. GEFS được sử dụng để định lượng tính không chắc chắn của dự báo.  Sản phẩm của GEFS tạo ra 4 lần một ngày với thời hạn dự báo lên đến 16 ngày.

– Global Forecast System (GFS)
GFS là mô hình thời kiểu kiểu “coupled”, các thành phần của GFS được hình thành từ 4 mô hình khác nhau, các hệ thống mô hình này hoạt động cùng một lúc để tạo ra các điều kiện khí quyển chính xác nhất. Quy mô của GFS bao phủ từ toàn cầu tới độ phân giải ngang là 28km.

– Climate Forecast System (CFS)
CFS cung cấp các điều kiện để dự báo nghiệp vụ và dự báo mùa. Thời hạn dự báo lên đến 9 tháng.

– North American Mesoscale (NAM)
NAM là mô hình dự báo thời tiết khu vực với miền tính bao phủ toàn bộ Bắc Mỹ cho đến các quy mô có độ phân giải ngang là 12km. Các tham số đều được đưa vào lưới của mô hình NAM, từ nhiệt độ, lượng mưa tới dông sét và các nhiễu động khác trong khí quyển.

– Rapid Refresh (RAP)
RAP is a regional weather forecast model of North America with separate sub-grids (with different horizontal resolutions) within the overall North America domain. RAP generates forecasts every hour with forecast lengths going out 18 hours. RAP replaced the Rapid Update Cycle (RUC) model on May 1, 2012. RAP là mô hình dự báo thời tiết khu vực Bắc Mỹ. Miền tính của RAP bao gồm các ô lưới không đồng đều với độ phân giải khác nhau nhưng quy mô vẫn bao phủ hoàn toàn Bắc Mỹ. RAP tạo ra các sản phẩm dự báo hàng giờ với hạn dự báo lên đến 18 giờ. Mô hình RAP được thay thế bởi mô hình RUC (Rapid Update Cycle) từ ngày 1 tháng 5 năm 2012

– Navy Operational Global Atmospheric Prediction System (NOGAPS)
NOGAPS là số liệu tái phân tích, với độ phân giải của bộ số liệu là 0.5 độ kinh vĩ và 1 độ kinh vĩ. Số mực theo phương thẳng đứng từ 18 mực tới 34 mực. Đối với đại dương, NOGAPS chứa 34 mực, bao gồm cả mực bề mặt và nhiều mực khác.

Hiện tại AGPC đang sử dụng mô hình WRF với bộ số liệu GFS đề mô phỏng các trạng thái của khi quyển. Các kết quả được hiển thị đại diện tại Trang chủ của Trung tâm Ứng dụng Vật lý Địa cầu

>> Xem thêm: Giải Pháp Sử Dụng Năng Lượng Tái Tạo Hiệu Quả

Kết luận

Từ việc dự báo thời tiết hàng ngày, mô phỏng bão, đến nghiên cứu biến đổi khí hậu,WRF đã khẳng định vai trò quan trọng trong ngành khí tượng hiện đại. Chính sự kết hợp giữa tính chính xác, linh hoạt đã giúp WRF trở thành một trong những mô hình được sử dụng phổ biến và tin cậy nhất hiện nay.

CÔNG TY CỔ PHẦN VẬT TƯ KHOA HỌC KỸ THUẬT – LASI

• Trụ sở: LASI Building, 345 Kim Mã, Giảng Võ, Hà Nội
• VP Hà Nội: 62 Nguyễn Khang, Yên Hòa, Hà Nội
• VP Cần Thơ: số 01, đường B16, Khu dân cư 91B, phường Tân An, thành phố Cần Thơ
• Hotline: 0988 279 911 – (84-24) 3771 2880
• Email: Info@lasi.com.vn