Các nhà khoa học phát triển thuật toán đo gió qua hơi nước

 

Tốc độ và hướng gió cung cấp manh mối để dự báo các kiểu thời tiết. Trên thực tế, gió ảnh hưởng đến sự hình thành mây bằng cách mang hơi nước lại với nhau. Các nhà khoa học khí quyển hiện đã tìm ra một cách mới để đo gió- phát triển một thuật toán sử dụng dữ liệu từ các chuyển động của hơi nước. Điều này có thể giúp dự đoán các sự kiện cực đoan như cuồng phong và bão.

Nghiên cứu được các nhà khoa học ĐH Arizona công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters lần đầu tiên cung cấp dữ liệu về sự phân bố theo chiều dọc của gió trên các vùng nhiệt đới và vĩ độ trung bình. Các nhà nghiên cứu thu được dữ liệu chuyển động của hơi nước bằng cách sử dụng 2 vệ tinh đang hoạt động của Cơ quan Khí quyển và Đại dương quốc gia (NOAA)- cơ quan liên bang về dự báo thời tiết.

Xubin Zeng- đồng tác giả nghiên cứu, giám đốc Cơ quan Hợp tác Khí tượng học và Khí tượng học Khí hậu tại ĐH Arizona cho biết, gió mang mọi thứ khác trong bầu khí quyển lại với nhau, bao gồm mây, sol khí, hơi nước, lượng mưa và bức xạ. Nhưng nó vẫn còn hơi khó nắm bắt.

Zeng cho biết, nhờ các thuật toán tiên tiến hơn, các nhà nghiên cứu có thể ước tính sức gió không chỉ ở một độ cao mà ở các độ cao khác nhau tại cùng một vị trí. “Điều này là không thể ở một thập kỷ trước”, Zeng nói.

Zeng giải thích rằng việc đo gió thường được thực hiện theo 3 cách khác nhau. Đầu tiên là thông qua việc sử dụng radiosonde, một dụng cụ được treo bên dưới một quả bóng bay rộng 6 feet. Các cảm biến trên thiết bị thăm dò vô tuyến đo tốc độ và hướng gió, đồng thời thực hiện các phép đo áp suất khí quyển, nhiệt độ và độ ẩm tương đối. Zeng cho biết, nhược điểm của bóng bay radio là chi phí. Mỗi lần phóng có thể tốn khoảng 400-500 USD và một số khu vực, chẳng hạn như Châu Phi và rừng nhiệt đới Amazon, có các trạm radio radio hạn chế. Zeng cho biết hạn chế khác là các thiết bị thăm dò vô tuyến không khả dụng trên các đại dương.

Một cách khác để đo gió là sử dụng đỉnh mây, là độ cao mà phần trên có thể nhìn thấy của đám mây nằm ở đó. Bằng cách theo dõi chuyển động của đỉnh mây sử dụng dữ liệu vệ tinh địa tĩnh, các chuyên gia thời tiết theo dõi tốc độ và hướng gió ở một độ cao. Nhưng Zeng cho biết đỉnh mây tồn tại hầu hết thời gian dưới 2 dặm hoặc trên 4,5 dặm so với bề mặt Trái đất, tùy thuộc vào việc mây thấp hay cao. Điều này có nghĩa là thông tin về gió thường không có ở giữa, từ 2-4,5 dặm.

Lidar, viết tắt của phát hiện ánh sáng và phạm vi, là một phương pháp đo chính xác chuyển động của gió ở các độ cao khác nhau và nó cung cấp dữ liệu rất tốt, Zeng nói. Nhưng với lidar, các phép đo chỉ có thể thu được trong một “bức màn” thẳng đứng, với gió đo được thường theo hướng đông-tây, ông nói thêm.

Ngày nay, để nghiên cứu các chủ đề như chất lượng không khí và sự phân tán tro núi lửa, chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió, các chuyên gia sử dụng các mô hình dự báo thời tiết để thu thập các phép đo từ các nguồn khác nhau thay vì sử dụng các phép đo trực tiếp của gió. Nhưng kết quả đầu ra của mô hình không đủ tốt khi có mưa, Zeng nói.

Trong nghiên cứu của họ, Zeng và nhóm của ông đã tránh sử dụng dữ liệu từ các mô hình. Thay vào đó, họ sử dụng dữ liệu từ chuyển động của hơi nước do 2 vệ tinh NOAA ghi lại. Các vệ tinh di chuyển cùng hướng cách nhau 50 phút và chúng phát hiện chuyển động của hơi nước thông qua bức xạ hồng ngoại.

Mặc dù mắt chúng ta không thể phát hiện những chuyển động nhỏ của hơi nước trong khí quyển, nhưng nhóm nghiên cứu đã sử dụng thuật toán học máy giúp xử lý hình ảnh tốt hơn để theo dõi hơi nước.

Zeng và các cộng tác viên tại các tổ chức khác đang lên kế hoạch theo đuổi một sứ mệnh gió vệ tinh mới, trong đó họ hình dung việc kết hợp dữ liệu chuyển động của hơi nước và các phép đo gió lidar để cung cấp các phép đo gió tổng thể tốt hơn.

HẢI HUỲNH

(Nguồn: Phys.org)