Thiết bị nghiên cứu dông sét - Kỹ thuật định vị phóng điện sét  - Mạng trạm đếm sét ở Việt nam

Trong những năm gần đây do kỹ thuật điện tử tiên tiến, các phương pháp và máy móc định vị sét được hoàn thiện một cách đáng kể. ở các nước tiên tiến như Mỹ, Pháp, Nhật, người ta sử dụng các hệ thống định vị phóng điện như NLDN, SAFIR có thể xác định vị trí phóng điện chính xác trong bán kính vài trăm mét.

Việc sử dụng mạng lưới máy đếm sét dưới đất để xác định mật độ sét trên toàn lãnh thổ đòi hỏi phải có một số lượng lớn thiết bị đắt tiền đặt tại các địa điểm thuận lợi và chỉ có một số nước tiên tiến mới có điều kiện làm việc này. Ví dụ hệ thống định vị phóng điện quốc gia của Mỹ NLDN (National Lightning Detection Network) với 130 trạm với bộ cảm biến IMPACT (Improved Accuracy through Combined Tecnology) với chi phí cho mỗi trạm trên 100 ngàn USD. Bộ cảm biến IMPACT sử dụng anten từ, anten điện cảm ứng với tần số thấp của tia sét. Sử dụng kỹ thuật định vị từ MDF (Magnetic Direction Finding) và thời gian tới TOA (Time Of Arrival). Tín hiệu thu được được biểu diễn theo thời gian của biến đổi trường do dòng sét gây nên. Với công cụ phân tích dạng sóng tìm điểm thời gian mà dòng đạt cực đại, có thể tính chính xác góc tới của tia sét.

NLDN có 130 bộ cảm biến bao trùm lãnh thổ nước Mỹ. Tín hiệu được truyền theo vệ tinh từ các bộ cảm biến đến bộ xử lý trung tâm. ở bộ xử lý trung tâm tổng hợp các số liệu và xác định vị trí phóng điện chỉ sau 20-30 giây. kết quả cho thấy hệ thống có thể định vị chính xác phóng điện tới 500 m hay tốt hơn. Ngoài thông tin về vị trí còn có các thông số sét khác như: biên độ, cực... Thông tin này được truyền khắp cả nước để sử dụng.



Số liệu phóng điện qua vệ tinh

Một hướng hiệu quả trong việc nghiên cứu dông sét được phát triển mạnh trong những năm gần đây là áp dụng chụp ảnh phóng điện sét qua vệ tinh. Cơ quan Quản lý Hàng không và Không gian Quốc gia Mỹ NASA (National Aeronautics and Space Administration) dự định sẽ phóng tiếp hai vệ tinh trên đó có đặt thiết bị nghiên cứu sét năm 2003. Tổ chức nghiên cứu sét của NASA này đã cung cấp số liệu phóng điện qua vệ tinh TRMM trên lãnh thổ Việt nam mà Phòng Vật lý khí quyển đang xử lý.

Việc sử dụng ảnh chụp phóng điện qua vệ tinh có thể cho ta một bức tranh toàn cục trên lãnh thổ, lãnh hải Việt nam và cả nhưng nơi mà mặt đất rất khó thực hiện. Trong điều kiện kinh phí hạn hẹp như nước ta thì việc sử dụng ảnh chụp phóng điện của vệ tinh như tài liệu tham khảo để xác định mật độ sét sẽ góp phần tích cực trong việc phòng chống sét tại Việt nam. Từ ảnh vệ tinh lựa chọn các địa điểm thích hợp đặt các thiết bị đo sét (phóng điện mây - đất) trên mặt đất, tiến hành đo đồng thời với các ảnh vệ tinh (bao gồm cả phóng điện trong mây, giữa các đám mây và mây - đất). So sánh hai số liệu này xác định tỷ số giữa phóng điện mây - đất với tổng số phóng điện. Tìm ra các quy luật của tỷ số này tại các điểm nói trên. Dùng vệ tinh, lợi dụng nó để nghiên cứu sét là một việc cần làm và có lợi ích kinh tế cao. Đây là vấn đề mới từ trước đến nay tại Việt nam chưa tiến hành. Các số liệu qua ảnh vệ tinh (kết hợp với các số liệu đo bằng những phương pháp khác) sẽ nâng cao cơ sở khoa học và khả năng khả thi trong việc thiết lập bản đồ mật độ sét trên toàn lãnh thổ Việt nam.

Mạng trạm ra đa thời tiết và sân bay

Trạm ra đa thời tiết có khả năng ghi nhận những đặc điểm cấu trúc mây qua giá trị phản hồi vô tuyến từ các hạt nước và các tinh thể băng trong mây. Các nhà khí tượng sẽ phân tích và phát hiện sớm những ổ mây có khả năng phát triển mạnh trong vùng bán kính quan trắc của ra đa, theo dõi sự phát triển của chúng và đánh giá khả năng xuất hiện dông, sét nhờ các chỉ tiêu nhận biết hiện tượng. Hiện nay ở Việt Nam từ năm 2000 - 2001 đã có 7 trạm ra đa thời tiết bao gồm 3 trạm (Phù liễn, Việt trì, Vinh) với thiết bị ra đa số hoá TRS - 2730 do Pháp sản xuất; 3 trạm ra đa đốple, số hoá DWSR do Mỹ sản xuất (Tam kỳ, Nha trang và Thành phố Hồ Chí Minh) với tính năng kỹ thuật khác nhau. Các trạm đều có bán kính quan trắc dông hiệu quả là 240 km. Thời gian giữa hai kỳ quan trắc liên tiếp là 3h. Tuỳ theo yêu cầu phục vụ trạm có thể tiến hành tăng cường quan trắc tới 20 phút/lần. Tuy nhiên các trạm ra đa thời tiết hiện chưa phủ sóng toàn bộ Việt Nam. Với quy hoạch mạng lưới trạm ra đa thời tiết gồm 12 trạm sẽ đáp ứng được yêu cầu đó trong tương lai.

Ngoài mạng lưới trạm rađa thời tiết nêu trên, còn có các ra đa thời tiết phục vụ ngành Hàng không tại Nội bài và Tân sân nhất hoạt động liên tục.

Mạng trạm đếm sét ở Việt nam

Các dụng cụ nghiên cứu dông sét trong những năm gần đây đã có những bước tiến đáng kể nhờ vào kỹ thuật điện tử tiên tiến và kiến thức về dông sét ngày càng tăng lên. Trong năm 2001, phòng Vật lý Khí quyển được trang bị hai thiết bị: thiết bị đếm số lần phóng điện trong mây, mây - mây và mây - đất (ESID) với các bán kính hoạt động khác nhau, độ chính xác khá lớn và thiết bị đo cường độ điện trường (EFM). Kết hợp các thiết bị này với ra đa thời tiết, có thể tiến hành dự báo sét tại khu vực đặt máy trước thời gian khoảng nửa tiếng. Tuy nhiên, với thiết bị hiện có nêu trên chỉ có thể đặt tại một trạm và kiểm soát trong phạm vi khoảng 8000 km2. Ngoài hai thiết bị trên, trong năm 2001 chúng tôi cũng đã nhập thêm thiết bị định vị phóng điện khác để nghiên cứu sét trong giai đoạn tới.

Đồng thời với việc sử dụng các thiết bị mua sẵn, Phòng Vật lý khí quyển (Viện Vật lý Địa cầu) đang thử nghiệm tự chế thiết bị định vị phóng điện, thiết bị đo cường độ điện trường, thiết bị đo biên độ và độ dốc dòng sét và dự kiến đưa vào hoạt động năm 2002-2003. Mạng trạm dự kiến gồm 8 trạm trên phạm vi cả nước.