Sử dụng biến đổi nhanh Fourier (FFT) nghiên cứu cấu trúc bão và sự phát triển xoáy bão trong sơ đồ ban đầu hóa xoáy động lực

Bài viết này nghiên cứu cấu trúc và sự phát triển xoáy bão trong sơ đồ ban đầu hóa xoáy động lực thông qua việc phân tích các trường thành các sóng thành phần sử dụng biến đổi nhanh Fourier (Fast Fourier Transform - FFT).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sử dụng biến đổi nhanh Fourier (FFT) nghiên cứu cấu trúc bão và sự phát triển xoáy bão trong sơ đồ ban đầu hóa xoáy động lựcSỬ DỤNG BIẾN ĐỔI NHANH FOURIER (FFT) NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC BÃO VÀ SỰ PHÁT TRIỂN XOÁY BÃO TRONG SƠ ĐỒ BAN ĐẦU HÓA XOÁY ĐỘNG LỰC Phạm Ngọc Bách(1), Nguyễn Văn Hiệp(2) (1) Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (2) Viện Vật lý địa cầu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Ngày nhận bài 16/5/2018; ngày chuyển phản biện 17/5/2018; ngày chấp nhận đăng 26/6/2018 Tóm tắt: Bài báo này nghiên cứu cấu trúc và sự phát triển xoáy bão trong sơ đồ ban đầu hóa xoáy độnglực thông qua việc phân tách các trường thành các sóng thành phần sử dụng biến đổi nhanh Fourier (FastFourier Transform - FFT). Kết quả phân tích sóng của các trường gió mực 10 m, khí áp mực biển cho thấy cácthành phần sóng số 0 và sóng số 1 là hai thành phần sóng chính quyết định độ lớn các trường khí tượng bêntrong cơn bão. Trong đó thành phần sóng đối xứng (sóng số 0) đóng vai trò quan trọng nhất cho sự pháttriển của cường độ xoáy bão. Trong quá trình chạy vòng lặp, các thành phần phổ sóng với số sóng lớn hơn 1chỉ phát triển đáng kể trong 30 - 40 vòng lặp ban đầu, sau đó giữ ở trạng thái ổn định. Từ khóa: Biến đổi nhanh Fourier (FFT), ban đầu hóa xoáy động lực.1. Mở đầu trình ban đầu hóa tới quỹ đạo dự báo bão bằng Trong dự báo thời tiết bằng các mô hình số, việc chạy mô hình dự báo WBAR ứng với 9 trườngngoài cấu trúc toán lý và độ phân giải của mô hình hợp cho 3 cơn bão Durian (2001), Kajiki (2001),thì trường ban đầu là một trong những yếu tố Wukong (2000). Kết quả cho thấy trường ban đầuquyết định tới chất lượng và độ chính xác của dự được xây dựng bằng các phương pháp khác nhaubáo. Ban đầu hóa xoáy là một bài toán được đặt ra sẽ có những ảnh hưởng rõ rệt khác nhau đến quỹđể nâng cao chất lượng điều kiện ban đầu của mô đạo dự báo của bão. Với cơn bão mạnh và xa bờhình dự báo bão. Năm 2002, Phan Văn Tân và cộng thì quá trình ban đầu hóa cần thiết loại bỏ thànhsự [1] đã nghiên cứu kỹ thuật phân tích xoáy tạo ra phần phi đối xứng phân tích và những nhiễu độngtrường ban đầu cho mô hình chính áp dự báo quỹ quy mô nhỏ trong trường môi trường quy mô nhỏ,đạo bão. Mục đích của ban đầu hóa là loại bỏ một ngược lại, với những cơn bão yếu và gần bờ nêncách cẩn thận xoáy yếu, sai vị trí khỏi trường ban được duy trì thành phần phi đối xứng phân tíchđầu và cài vào một xoáy nhân tạo với vị trí và cường trong trường ban đầu [2].độ phù hợp với xoáy thực. Quá trình phân tích này Phép biến đổi Fourier có nhiều ứng dụngcần được thực hiện sao cho thông tin trong tập trong vật lý, số học, xử lý tín hiệu,... Trong xử lý tínsố liệu toàn cầu được giữ lại càng nhiều càng tốt. hiệu, biến đổi Fourier thường được áp dụng dạngPhan Văn Tân và CS [1] đã chỉ ra rằng xoáy nhân tạo chuyển đổi tín hiệu thành các thành phần biênđược xây dựng dựa trên cơ sở kết hợp các thành độ và tần số. Biến đổi Fourier rời rạc có thể đượcphần đối xứng của xoáy phân tích và thành phần tính toán nhanh hơn nhờ kỹ thuật biến đổi nhanhđối xứng giả; thành phần phi đối xứng sinh ra bởi Fourier (Fast Fourier Transform - FFT).hiệu ứng β thay thế xoáy phân tích ban đầu sẽ tạo Trong khí tượng học, theo nghiên cứu của Raafra trường ban đầu tốt hơn. Năm 2002, Phan Văn và Adane năm 2012 [3], FFT được sử dụng để xácTân và cộng sự [2] đã khảo sát ảnh hưởng của quá định và theo dõi sự phát triển của bão trong các hình ảnh radar thời gian thực. FFT được áp dụngLiên hệ tác giả: Nguyễn Văn Hiệp cho các hình ảnh đã được lọc cho thấy các phổEmail: hiepwork@gmail.com Fourier đặc trưng các đám mây đối lưu có sự khác Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu 1 Số 6 - Tháng 6/2018biệt đáng kể so với mây tầng tầng. Sự khác biệt này 2.2. Phương pháp và các bước xử lýđược ứng dụng để phát hiện ra các cơn dông mạnh Nghiên cứu sử dụng phép biến đổi Fourier đểtừ thông tin ảnh radar. phân tích các thành phần sóng, các nhóm sóng Trong khi FFT có nhiều ứng dụng trên thế giới, của yếu tố khí tượng được lấy từ kết quả đầu raviệc ứng dụng FFT trong nghiên cứu khí tượng ở của mô hình WRF. Phương pháp biến đổi nhanhViệt Nam còn hạn chế. Trong nghiên cứu này kỹ ...