Tài liệu Luận văn thạc sĩ "MÔ HÌNH ETA VÀ ÁP DỤNG VÀO DỰ BÁO BÃO Ở VIỆT NAM " doc

LUẬN VĂN THẠC SỸ MÔ HÌNH ETA VÀ ÁP DỤNG VÀO DỰ BÁO BÃO Ở VIỆT NAM i Lời cảm ơn Trớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TS. Trần Tân Tiến, là ngời đã tận tình chỉ bảo và hớng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn các Thầy cô và các cán bộ trong khoa Khí tợng - Thủy văn - Hải dơng học đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và thực hành ở Khoa. Tôi xin cảm ơn Phòng sau đại học, Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện cho tôi có thời gian hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn ban lãnh đạo Trung tâm khí tợng thủy văn Trung ơng, các chú, các cô, các anh chị Phòng dự báo khí tợng hạn dài đã hết sức giúp đỡ tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ngời thân và bạn bè, những ngời đã luôn ở bên cạnh cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trờng. Trần Ngọc Vân ii Mục lục Mở đầu 1 Chơng I 2 Tổng quan về bão 2 1.1 Đặc điểm hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dơng và Biển Đông (1998-2008) 2 1.1.1 Số lợng bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động ở Tây Bắc Thái Bình Dơng và Biển Đông 2 1.1.2 Phân bố thời gian hoạt động của bão, áp thấp nhiệt đới trên Tây bắc Thái Bình Dơng và Biển Đông 3 1.1.3 Đặc điểm hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng đến Việt Nam 5 1.2 Dự báo quĩ đạo bão 7 1.3 Dự báo vị trí bão đổ bộ 9 1.4 Những nghiên cứu về dự báo bão ở Việt Nam 12 Chơng II 16 Mô hình ETA và áp dụng để dự báo bão ở Việt Nam 16 2.1 Lịch sử phát triển của mô hình ETA 16 2.2 Những nghiên cứu trong nớc và nớc ngoài về mô hình ETA. 17 2.3 Hệ phơng trình cơ bản của mô hình ETA 19 2.4 Các điều kiện tích phân số. 22 2.4.1 Lới tích phân của mô hình ETA 22 2.4.2 Điều kiện biên trong mô hình ETA 23 2.5 Tham số hóa vật lý trong ETA 24 2.5.1 Tham số hoá bức xạ 24 2.5.2 Sơ đồ tham số hóa đối lu của Betts-Miller-Janjic (BMJ) 24 2.5.3 Sơ đồ tham số hoá đối lu Kain-Fritsh (KF) 27 iii 2.5.4 Sơ đồ tham số hoá đối lu Kain-Fritsh với thông lợng động lợng (KFMX) 30 2.6 Những điểm mới chủ yếu của phiên bản ICTP 2008 so với phiên bản NCEP 2002 31 2.7 áp dụng mô hình ETA để dự báo bão ở Việt Nam 32 2.7.1 Miền dự báo và cấu hình lới 32 2.7.2 Mô tả tập số liệu nghiên cứu 33 2.7.3 Các phơng án thử nghiệm 36 2.7.4 Phơng pháp xác định tâm bão 36 2.7.5 Các chỉ tiêu đánh giá 37 CHƯƠNG III 40 Dự BáO BãO Đổ Bộ VàO Bờ BIểN VIệT NAM 40 BằNG MÔ HìNH ETA 40 3.1 Đánh giá kết quả dự báo quĩ đạo bão bằng mô hình ETA 40 3.1.1 Đánh giá kết quả dự báo cơn bão Mirinae 40 3.1.2 Đánh giá khả năng dự báo trên toàn bộ tập mẫu 53 3.2. Đánh giá kết quả dự báo vị trí đổ bộ của bão. 59 3.2.1 Định nghĩa vị trí đổ bộ của bão 59 3.2.2 Phơng pháp xác định vị trí đổ bộ của bão 59 3.2.3 Cấu trúc file địa hình 63 3.2.4 Đánh giá khả năng dự báo vị trí bão đổ bộ 64 KếT LUậN 75 Tài liệu tham khảo 77 1 Mở đầu Việt Nam là nớc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Mỗi năm nớc ta có khoảng 6 đến 8 cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng trực tiếp đến nớc ta, gây ra những thiệt hại nặng nề vê ngời và của. Hiện nay cùng với sự biến đổi khí hậu, ngày càng có nhiều cơn bão cờng độ mạnh có quĩ đạo phức tạp gây nhiều khó khăn trong công tác dự báo bão. Trên thế giới có nhiều mô hình số khu vực độ phân giải cao đợc ứng dụng để dự báo bão. Mô hình ETA là một trong những mô hình nghiệp vụ đợc sử dụng trong nhiều nớc. Năm 2008, mô hình ETA đợc Trung tâm vật lý thuyết cập nhật và cải thiện đa ra phiên bản mới. Sự kiện này càng khẳng định vai trò của mô hình ETA trong công tác dự báo bão nói riêng và dự báo thời tiết nói chung. So với phiên bản năm 2002, phiên bản 2008 có ba sơ đồ tham số hóa đối lu BMJ (Betts-Miller-Janjic), sơ đồ KF (Kain-Fritsch), sơ đồ KFMX (Sơ đồ Kain- Fritsch với thông động lợng- Kain-Fritsch scheme with Momentum Flux). Đồng thời, phiên bản mới đợc các tác giả đa vào ảnh hởng của thông lợng rối cho động lợng, thể hiện bởi gió (kinh hớng, vĩ hớng). Nhờ vậy, hiệu ứng đối lu sẽ đợc thể hiện đầy đủ hơn, do đó dự báo thời tiết sẽ tốt hơn. Trong luận văn, tác giả tiến hành đánh giá khả năng dự báo quĩ đạo bão đối với một trờng hợp bão Mirinae (2009) và trên toàn bộ tập mẫu bằng ba sơ đồ trên. Đồng thời trong luận văn tác giả cũng đánh giá khả năng dự báo vị trí đổ bộ và thời gian đổ bộ của bão bằng mô hình ETA. Bố cục luận văn gồm các phần: Mở đầu Chơng 1: Tổng quan về bão Chơng 2: Tổng quan về mô hình ETA và áp dụng vào dự báo bão ở Việt Nam. Chơng 3: Dự báo bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam bằng mô hình ETA. Kết luận. 2 Chơng I Tổng quan về bão 1.1. Đặc điểm hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dơng và Biển Đông từ 1998 đến 2008 1.1.1. Số lợng bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động ở Tây Bắc Thái Bình Dơng và Biển Đông a. Trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dơng Theo [5],[11] số liệu thống kê trong giai đoạn 1959 1989, ở vùng Tây Bắc Thái Bình Dơng hàng năm có khoảng 31 xoáy thuận nhiệt đới trong đó có 27 cơn bão hoạt động. Trong số đó có khoảng 16 cơn bão mạnh đạt khoảng 59%. Bảng 1.1 Bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dơng và Biển Đông.[5],[11] Khu vực tây bắc Thái Bình Dơng Khu vực Biển Đông Năm Cấp 8 -11 > >> > 12 ATNĐ Tổng Cấp 8 - 11 > >> > 12 ATNĐ Tổng 1998 11 5 5 21 7 1 5 13 1999 17 5 7 29 7 3 7 17 2000 11 12 4 27 2 4 5 11 2001 9 17 4 30 6 3 4 13 2002 11 15 4 30 5 0 5 10 2003 7 14 5 26 3 4 5 12 2004 9 20 3 32 3 2 3 8 2005 12 13 5 30 7 2 5 14 2006 10 14 6 30 3 7 6 16 2007 11 14 3 28 4 3 3 10 2008 11 11 5 27 6 4 5 15 Tổng 119 140 51 310 53 33 53 139 Qua Bảng 1.1, các năm 2001, 2002, 2004, 2005 và 2006 là những năm có số lợng bão và áp thấp nhiệt đới xấp xỉ mức trung bình nhiều năm, các năm còn lại có số lợng bão và áp thấp nhiệt đới thấp hơn trung bình nhiều năm. 3 Đặc biệt năm 1998 thấp hơn trung bình nhiều năm khá lớn (có 21 cơn bão và áp thấp nhiệt đới). Trong 11 năm qua, có ba năm 2001, 2003 và 2004 có tỉ lệ bão mạnh cao hơn rất nhiều so với trung bình nhiều năm (đặc biệt năm 2004 có 20 cơn bão mạnh, chiếm 68,9%), hai năm 1998 và 1999 có tỉ lệ thấp hơn trung bình nhiều năm. Nếu xét trung bình trong 11 năm qua thì số lợng bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên khu vực tây bắc Thái Bình Dơng khoảng 28,18 cơn một năm (ít hơn trung bình nhiều năm khoảng 3 cơn) và số lợng bão mạnh trung bình khoảng 12,7 cơn chiếm khoảng 45%. b. Trên khu vực Biển Đông Nếu xét giá trị trung bình nhiều năm, bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên Biển Đông (9 - 10 cơn bão, trong đó có 3 - 4 cơn bão mạnh và 2 áp thấp nhiệt đới), thì trong 11 năm qua số lợng bão hoạt động trên Biển Đông ít hơn trung bình nhiều năm 1 - 2 cơn, nhng số lợng áp thấp nhiệt đới lại nhiều hơn 2 - 3 cơn. Vì vậy nếu tính trung bình trong 11 năm qua thì số lợng bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên Biển Đông là xấp xỉ trung bình nhiều năm, trong đó số lợng bão mạnh trung bình khoảng 3 cơn/năm. Đặc biệt năm 2006 có 7 cơn bão mạnh chiếm 70%, năm 2002 không có cơn bão mạnh nào (là năm không có cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng trực tiếp đến Việt Nam). 1.1.2. Phân bố thời gian hoạt động của bão, áp thấp nhiệt đới trên Tây bắc Thái Bình Dơng và Biển Đông Theo [5],[11], bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên tây bắc Thái Bình Dơng kéo dài từ tháng 1 đến tháng 12, tăng dần từ tháng 2 đến tháng 8, sau đó giảm dần đến tháng 1 năm sau. 4 Bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên khu vực Biển Đông cũng tuân thủ theo quy luật nh vậy nhng chậm về thời gian khoảng 1 - 2 tháng và cũng không có tháng nào không có bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động, tuy nhiên trong các tháng 1, 2, 3, 4 có tần suất hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới không đáng kể. Qua Hình 1.1 và Hình 1.2 cho thấy trong 11 năm qua hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới theo thời gian trên khu vực tây bắc Thái Bình Dơng phù hợp với quy luật chung, còn bão và áp thấp nhiệt đới trên Biển Đông có sự khác biệt. Đó là số lợng bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trong tháng 3 lại nhiều hơn trong tháng 4, mùa bão một số năm kết thúc khá sớm nh năm 2002: tháng 9 không có bão và áp thấp nhiệt đới, mùa bão kết thúc sớm hơn hai tháng, năm 2007 kết thúc vào tháng 11. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tháng Số lợng bão 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Hình 1.1 Phân bố số lợng bão đổ bộ vào Tây Bắc Thái Bình Dơng trong 12 tháng từ năm 1998 -2008.[5],[11] 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tháng Số lợng bão 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Hình 1.2 Phân bố số lợng bão đổ bộ vào Biển Đông trong 12 tháng từ năm 1998 -2008. [5],[11] 1.1.3. Đặc điểm hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng đến Việt Nam Từ 1998-2008, có 27 cơn bão và 4 áp thấp nhiệt đới ảnh hởng trực tiếp, 8 cơn bão và 12 cơn áp thấp nhiệt đới ảnh hởng gián tiếp đến Việt Nam, đặc biệt năm 2002 không có cơn bão và áp thấp nhiệt đới nào ảnh hởng trực tiếp đến nớc ta và là năm thứ hai không có bão, áp thấp nhiệt đới ảnh hởng trong chuỗi số liệu nhiều năm (năm 1976). a). Phân bố bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng đến Việt Nam Theo [5], [11], trong số 31 cơn bão ảnh hởng trực tiếp có 12 cơn có nguồn gốc từ Tây Bắc Thái Bình Dơng, số còn lại có nguồn gốc từ Biển Đông. Qua Hình 1.3 cho thấy, bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng đến Việt Nam chủ yếu tập trung vào các tháng nửa sau của năm. Theo trung bình nhiều năm, bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng đến Việt Nam tập trung chủ yếu vào ba tháng 8, 9 và 10, nhng trong 11 năm qua, bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng đến Việt Nam trải đều từ tháng 7 đến tháng 12, trong đó tháng 9 là tháng có nhiều bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng nhất. 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tháng Số lợng bão Bóo (TT) ATN (TT) Bóo (GT) ATN (GT) Hình 1.3 Phân bố bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng đến Việt Nam trong 12 tháng từ năm 1998 -2008.[5],[11] Nh vậy, trong 11 năm qua trung bình mỗi năm có khoảng 3,36 cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng trực tiếp đến Việt Nam, trong đó có 2,4 cơn bão đổ bộ, ít hơn trung bình nhiều năm rất nhiều (trung bình nhiều năm có 3,7 cơn bão đổ bộ); có khoảng 2 cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hởng gián tiếp. b) ảnh hởng về gió, ma do bão và ATNĐ Theo [5],[11], trong 11 năm qua, có 31 cơn bão ảnh hởng trực tiếp đến Việt Nam, trong đó có 13 cơn đạt cấp 8-11, 4 cơn đạt cấp bão mạnh (> cấp 12) đó là cơn bão DAMREY (0518) đổ bộ vào Thanh Hóa, XANGSANE (0615) đổ bộ vào Đà Nẵng và LEKIMA (0714) vào Quảng Bình Hà Tĩnh, HAGUPIT(0814) đi vào địa phận phía nam tỉnh Quảng Tây, dọc theo biên giới Việt Trung Ma do ảnh hởng của bão hoặc áp thấp nhiệt đới trong 11 năm qua không lớn lắm, bão hoặc áp thấp nhiệt đới đơn thuần chỉ mang lại lợng ma 150 - 300 mm với thời gian kéo dài khoảng 2 - 3 ngày. Khi bão hoặc áp thấp nhiệt đới đổ bộ kết hợp với các hệ thống thời tiết khác nh không khí lạnh, dải hội tụ nhiệt đới, gió mùa tây nam thì lợng ma tăng lên đáng kể. Nh cơn [...]... tình hình bão ảnh hởng trực tiếp vào Việt Nam trong 11 năm gần dây Đồng thời tác giả cũng đa ra những nghiên cứu về dự báo bão trong và ngoài nớc và đa đến nhận xét nh sau: Dự báo bão cần kết hợp nhiều phơng pháp nh thống kê, số trị và synop để đem lại hiệu quả cao nhất 15 Chơng II Mô hình ETA và áp dụng để dự báo bão ở Việt Nam 2.1 Lịch sử phát triển của mô hình ETA Năm 1973, nhà khoa học ngời Nam. .. năng dự báo ma Tăng kĩ năng dự báo lớn nhất trong khoảng thời gian giáng thuỷ mạnh nhất, với ngỡng là 2 inch (trong 24 giờ) Đây là trờng hợp dự báo thành công của giáng thuỷ mạnh bằng mô hình ETA- 48 km Mô hình ETA cũng có thể dự báo bão khá tốt [15] Mô hình ETA đã đợc sử dụng để dự báo bốn cơn bão phát triển ở phía bắc và Tây Bắc 17 nớc úc Connie, Irma, Damien và Jason Mô hình đã dự báo khá chính xác áp. .. tâm bão thực tế, ảnh mây còn có thể giúp nhà nghiên cứu nhận xét đợc xu thế di chuyển của cơn bão, cờng độ của cơn bão Nh vậy, để xác định đợc vị trí đổ bộ của bão cần kết hợp cả ba phơng pháp số trị, thống kê và synop Ba phơng pháp này sẽ hỗ trợ các nhà dự báo trong công tác dự báo quĩ đạo bão và xác định vị trí bão đổ bộ 1.4 Những nghiên cứu về dự báo bão ở Việt Nam Nhiều mô hình số trị ở Việt Nam. .. với các cơn bão có cờng độ yếu hoặc đối với áp thấp nhiệt đới Thống kê các dự báo năm 2006 cho thấy, hệ thống dự báo tổ hợp dựa trên cơ sở mô hình MM5 cho sai số khoảng cách tâm bão, áp thấp nhiệt đới trung bình từ 80 đến 220 km đối với các hạn dự báo từ 12 đến 48 giờ Dự báo hớng di chuyển của bão, áp thấp nhiệt đới thờng lệch một hớng so với 8 hớng chính và mô hình MM5 thờng dự báo bão, áp thấp nhiệt... ENSO và bão cũng đợc tài liệu [20] đa ra Bài báo này đa ra số liệu thống kê bão đổ bộ vào nớc Mỹ từ năm 1950 đến năm 2002 Theo các tác giả sự đổ bộ của bão ở nớc Mỹ đợc phân thành ba nhóm: nhóm 10 năm đổ bộ nhiều, nhóm 9 năm đổ bộ ít và những năm thông thờng trên tổng số 51 năm Trong những năm đổ bộ nhiều bão đổ bộ vào vào nớc Mỹ là 9 cơn (một nửa đổ bộ vào vịnh 10 Mexico và biển Caribe, và một nửa vào. .. nh ở Việt Nam, rất nhiều mô hình số dự báo bão đã đợc phát triển và đạt đợc những thành tựu đáng kể trong dự báo quỹ đạo bão nh đa thời hạn dự báo bão và áp thấp nhiệt đới lên tới 72 hoặc 96h Nhng do con ngời vẫn cha hiểu thấu đáo đợc những vấn đề liên quan đến hoạt động của bão, vì tính phức tạp của nó, cho nên thời hạn dự báo càng dài thì độ chính xác càng thấp Hạn dự báo có thể tin cậy đợc là dự báo. .. Nam 2.7 áp dụng mô hình ETA để dự báo bão ở Việt Nam 2.7.1 Miền dự báo và cấu hình lới Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm dự báo bão cho khu vực Biển Đông bằng mô hình ETA với miền dự báo và cấu hình lới nh sau: - Để có thể nắm bắt đợc những cơn bão hình thành từ phía đông Philip-pin và di chuyển vào Biển Đông, chúng tôi lựa chọn miền dự báo gồm 161 x 161 điểm lới theo phơng ngang,... ma và lũ lụt nghiêm trọng trong Miền Trung của Việt Nam Mô hình dự báo thời tiết khu vực Eta đã đợc chạy dự báo +168 h (7 ngày) với hai sơ đồ tham số hóa đối lu BMJ và KF, bằng số liệu đầu vào là mô hình toàn cầu GFS của NCEP (Mỹ) Trên cơ sở phân tích và tính toán khoảng cách từ vị trí tâm bão thực đến vị trí tâm bão dự báo, đã có thể nhận thấy quĩ đạo dự báo của sơ đồ tham số hóa đối lu Kain-Fritsch... triển và ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy ba chiều cho mục đích dự báo chuyển động bão ở Việt Nam Tác giả đã đa ra một phiên bản cải tiến của HRM-HRM_TC đã đợc phát triển mà nền tảng của nó là thêm vào HRM một sơ đồ ban đầu hóa xoáy ba chiều đối xứng cho mục đích dự báo bão Sơ đồ này sẽ đợc kích hoạt trong tình huống dự báo bão và sẽ thực hiện các quá trình tích phân xoáy, xây dựng xoáy nhân tạo và cài vào. .. ta thấy bài toán dự báo vị trí bão đổ bộ là bài toán khá phức tạp Trên thế giới, các nhà khoa học dùng nhiều phơng pháp để dự báo vị trí đổ bộ của bão: *Phơng pháp thứ nhất là phơng pháp thống kê Theo [11], bài báo đa ra khả năng dự báo vị trí đổ bộ của bão vào nớc Mỹ dựa trên quĩ đạo của những cơn bão và áp thấp nhiệt đới lịch sử trên Đại Tây Dơng Phơng pháp đợc đa ra là thống kê bão đổ bộ trên một . về bão Chơng 2: Tổng quan về mô hình ETA và áp dụng vào dự báo bão ở Việt Nam. Chơng 3: Dự báo bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam bằng mô hình ETA. Kết luận. . nghiên cứu về dự báo bão ở Việt Nam 12 Chơng II 16 Mô hình ETA và áp dụng để dự báo bão ở Việt Nam 16 2.1 Lịch sử phát triển của mô hình ETA 16 2.2 Những