Đánh giá và nâng cao chất lượng dự báo mưa phục vụ dự báo lũ đến hồ Dakdrinh, Quảng Ngãi

Bài viết Đánh giá và nâng cao chất lượng dự báo mưa phục vụ dự báo lũ đến hồ Dakdrinh, Quảng Ngãi đánh giá mức độ phù hợp của các mô hình dự báo và nâng cao chất lượng dự báo mưa, bài báo đã đưa ra một số phương pháp tổ hợp mưa dự báo từ các mô hình và đánh giá kết quả.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 ĐÁNH GIÁ VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO MƯA PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ ĐẾN HỒ DAKDRINH, QUẢNG NGÃI Vũ Thanh Tú1, Nguyễn Tiến Thành1 Trường Đại học Thủy lợi, email: vutu@tlu.edu.vn MỞ ĐẦU Để định lượng lượng mưa dự báo phục vụ cho công tác dự báo lũ lưu vực sông, liệu mơ hình dự báo số trị từ trung tâm lớn giới Trung tâm Dự báo hạn vừa châu Âu, Trung tâm liệu Quốc gia Mỹ, Trung tâm dịch vụ dự báo thời tiết Đức Trung tâm Khí tượng Canada thường kiến nghị sử dụng Cơ sở khoa học mơ hình dựa trình tương tác vật lý khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, băng thạch Tuy nhiên, mơ hình có ưu, nhược điểm riêng hay nói cách khác tính khơng chắn mơ hình khác cho khu vực vùng cụ thể phụ thuộc vào nhân tố lựa chọn sơ đồ tham số hóa mơ hình vật lý hay miền tính Vì vậy, để giảm thiểu sai số, tính khơng chắn hệ thống mơ hình số trị, phương pháp gọi mơ hình dự báo tổ hợp giới thiệu vào năm 1990 Trong đó, kết dự báo thực mơ hình khác điều kiện ban đầu khác hai tổ hợp thành kết dự báo Trong mơ hình tổ hợp, vấn đề quan trọng loại bỏ sai số kết hợp mơ hình Để giải vấn đề này, Krishnamurti cộng (1999; 2000) giới thiệu kỹ thuật kết hợp mơ hình cho thấy cải tiến lớn kỹ thuật dự báo Với cách tiếp cận này, giá trị trọng số gán cho mơ hình dựa kết dự báo không gian thời gian mơ hình tương ứng Cũng nghiên cứu gần đây, lượng mưa dự báo Ấn Độ xác định từ việc tổ hợp mơ hình Krishnamurti cộng (2009), Mitra cộng (2011) Kumar cộng (2012) thực Các tác giả cho mơ hình tổ hợp cải thiện kỹ thuật dự báo so với mơ hình tốt Từ năm 2017, trường Đại học Thủy lợi tham gia tư vấn cho Tổng cục PCTT vận hành an toàn hồ chứa Dakdrinh mùa lũ Để nâng cao chất lượng dự báo lũ giá trị dự báo mưa yếu tố đầu vào quan trọng nhất, giá trị mưa dự báo đáng tin cậy chất lượng dự báo lũ cao Như đề cập cách tiếp cận nhằm nâng cao chất lượng dự báo mưa, báo này, phương pháp tổ hợp có trọng số Durai Bhardwaj (2013) áp dụng sử dụng thử nghiệm cho lưu vực hồ Dakdrinh, tỉnh Quảng Ngãi PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp tổ hợp kết dự báo từ mơ hình thực hiện: (1) Các kết đầu mô hình thành phần xác định cho phạm vi khu vực nghiên cứu; (2) Giá trị trọng số mơ hình thành phần xác định thơng qua hệ số tương quan (CC) giá trị mưa dự báo thực đo Giá trị mưa dự báo tổ hợp từ mơ hình theo phương pháp trung bình (ENSM) xác định theo công thức (1) tổ hợp có trọng số (MME) theo cơng thức (2) đây: N ENSM   k 1 Fk (1) N đó: Fk giá trị dự báo mơ hình k N tổng số mơ hình kết hợp 712 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 N W F (2)  k 1 i , j ,k i, j ,k N đó: Fi,j,k giá trị dự báo lưới (i,j) mơ hình k Wi,j,k giá trị trọng số ô lưới (i,j) mô hình k xác định theo cơng thức (3): Ci, j ,k (3) Wi , j ,k  N  k 1 Ci , j ,k MME  Hiển nhiên, thời gian dự kiến lớn độ xác giảm Dựa hệ số CC kết dự báo mơ hình thành phần, lượng mưa dự báo theo tổ hợp MME ENSM xác định Kết cho thấy, giá trị CC MME tốt ENSM dù không nhiều hai mơ hình tốt so với mơ hình riêng lẻ, với hệ số CC tương ứng đạt 0.781 0.78 đó: i, j ô lưới tương ứng; Ci,j,k hệ số tương quan giá trị mưa đo đạc giá trị mưa dự báo lưới (i,j) mơ hình k Theo WMO, 1992 sai số RMSE hệ số CC thường sử dụng để đánh giá hiệu chỉnh mơ hình dự báo số trị giá trị thực đo Để thực đánh giá phù hợp mơ hình, báo giá trị tổng lượng mưa lũy tíchvà sai số NASH sử dụng để phân tích so sánh Hình Quan hệ tương quan tổng lượng mưa ngày dự báo thực đo ỨNG DỤNG CHO LƯU VỰC HỒ DAKDRINH VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hồ Dakdrinh xây dựng sơng Dakdrinh có diện tích lưu vực 420km2 Ngoài mục tiêu phát điện, cấp nước mùa kiệt, hồ Dakdrinh góp cắt lũ mùa lũ (tháng IX÷XII) Do điều kiện khai thác liệu sẵn có cịn hạn chế, nên nghiên cứu dựa liệu mưa dự báo thời đoạn ngày ngày từ mơ hình Global Environmental Multiscale Model (GEM), Global Forecast System (GFS) Climate Forecast System (CFS) Các mơ hình cho kết dự báo độ phân giải 0.250x0.250 Để so sánh giá trị dự báo thực đo, nghiên cứu sử dụng tài liệu thực đo trạm Sơn Tây cách vị trí đập khoảng 2km trạm khu vực nghiên cứu thời gian mùa lũ Kết quan hệ tương quan lượng mưa dự báo ngày ngày với thực đo phạm vi nghiên cứu (Hình 1, Hình 2) cho thấyđối với lượng mưa ngày ba mơ hình GEM, GFS CFS cho quan hệ tương quan tương đối tốt so với giá trị thực đo (CC  0.74) Trong với lượng mưa ngày mối quan hệ giảm rõ nét, đặc biệt với mơ hình CFS, hệ số CC đạt 0.68 (Hình 3) Hình Quan hệ tương quan tổng lượng mưa ngày dự báo thực đo Hình Hệ số tương quan mơ hình dự báo thực đo Về lượng mưa lưu vực (Hình 4) cho thấy chênh lệch mơ hình CFS nhiều lên tới 30% so với giá trị thực đo (TĐ) hầu hết ngày, chí có 713 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 số ngày chênh lệch lớn tới 50% Ngược lại, mơ hình GEM giai đoạn đầu mơ hình lại cho kết phù hợp với TĐ, giai đoạn cuối mùa lại lớn hẳn So sánh giai đoạn đầu mùa, mơ hình GFS lại cho kết dự báo tương đối trung bình so với hai mơ hình CFS GEM, cuối mùa thấp hẳn so với mơ hình Điều cho thấy, phù hợp kết dự báo mơ hình vớiTĐ tùy thuộc vào giai đoạn, xuất phát từ điều kiện ban đầu sai số hệ thống mơ hình thiện tương ứng 10.57 0.62 lượng mưa ngày 15.58 0.55 lượng mưa ngày Hình Giá trị sai số RMSE NASH lượng mưa ngày ngày DB với TĐ KẾT LUẬN Hình Tổng lượng mưa lũy tích mơ hình dự báo thực đo từ 1/9 - 15/12/2018 Với tổ hợp mưa dự báo ENSE MME cho thấy chênh lệch lớn mơ hình riêng lẻ so với thực đo điều chỉnh Tuy nhiên điều dẫn tới số ngày kết dự báo từ việc tổ hợp lớn so với mơ hình độc lập giá trị thực đo Sự chênh lệch mơ hình dự báo thực đo thể qua giá trị RMSE NASH, giá trị RMSE nhỏ NASH lớn phù hợp mơ hình dự báo đáng tin cậy Trong Hình cho thấy xét tổng thể mơ hình GEM cho kết dự báo phù hợp nhất, mơ hình CFS cuối mơ hình GFS Sai số RMSE lượng mưa ngày thấp 10.59 (GEM) ngày 15.9 (GEM), hệ số NASH tương ứng lớn 0.61 (GEM) 0.53 (GEM) Sau tổ hợp từ mơ hình độc lập, mơ hình dự báo mưa theo MME ENSM cho kết sai số RMSE hệ số NASH cải Để nâng cao chất lượng dự báo lũ đến hồ chứa, đảm bảo vận hành an tồn liệu mưa dự báo yếu tố đầu vào quan trọng Nhằm đánh giá mức độ phù hợp mơ hình dự báo nâng cao chất lượng dự báo mưa, báo đưa số phương pháp tổ hợp mưa dự báo từ mơ hình đánh giá kết Dựa nguồn liệu hạn chế, nhiên kết phân tích chênh lệch mơ hình tổ hợp mơ hình riêng lẻ có tốt hơn, khơng nhiều, giúp cho người thực cơng tác dự báo có nhìn nhận, lựa chọn phân tích kết dự báo mưa để thực nhiệm vụ có tính khoa học khách quan nhằm nâng cao chất lượng dự báo lũ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Durai, V.R Bhardwaj, R (2013) Improving precipitation forecasts skill over India using a multi-model ensemble technique GEOFIZIKA,30 [2] Krishnamurti, T.N et al.,(2009): Improving global model precipitation forecasts over India using downscaling and the FSU superensemble Mon Wea Rev., 137 714 ... Để nâng cao chất lượng dự báo lũ đến hồ chứa, đảm bảo vận hành an tồn liệu mưa dự báo yếu tố đầu vào quan trọng Nhằm đánh giá mức độ phù hợp mơ hình dự báo nâng cao chất lượng dự báo mưa, báo. .. quan giá trị mưa đo đạc giá trị mưa dự báo lưới (i,j) mơ hình k Theo WMO, 1992 sai số RMSE hệ số CC thường sử dụng để đánh giá hiệu chỉnh mô hình dự báo số trị giá trị thực đo Để thực đánh giá. .. tương ứng 10.57 0.62 lượng mưa ngày 15.58 0.55 lượng mưa ngày Hình Giá trị sai số RMSE NASH lượng mưa ngày ngày DB với TĐ KẾT LUẬN Hình Tổng lượng mưa lũy tích mơ hình dự báo thực đo từ 1/9 -