Đề tài thử nghiệm mô phỏng các xtnđ hoạt động trên khu vực biển đông bằng mô hình wrf

ĐỀ TÀI: THỬ NGHIỆM MÔ PHỎNG CÁC XTNĐ HOẠT ĐỘNG TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐƠNG BẰNG MƠ HÌNH WRF Báo cáo Niên luận Sinh viên: Nguyễn Quốc Bảo Cán hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Minh Trường Ngành: Khí tượng khí hậu học TỔNG QUAN MƠ HÌNH, SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NỘI NỘIDUNG DUNG KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ PHẦN I TỔNG QUAN  Định nghĩa xoáy thuận nhiệt đới: Xoáy thuận nhiệt (XTNĐ) đới hệ thống khí áp thấp quy mơ synop khơng có front vùng biển nhiệt đới cận nhiệt đới với hoạt động đối lưu có tổ chức (i.e, hoạt động dơng) hồn lưu gió bề mặt hướng xoáy thuận (Holland 1993) Đây định nghĩa NOAA (National Oceanic & Atmospheric Administration) sử dụng Hình Bão Hagibis (2019)  Cơ chế cho phát triển XTNĐ: Cơ chế 1: Sự Bất Ổn Định Có Điều Kiện Loại – Conditional Instability of the Second Kind (CISK) Cơ chế 2: Sự trao đổi nhiệt bề mặt nhờ thành phần gió ngang – Wind Induced (WISHE)  Đặc điểm khu vực nghiên cứu (Biển Đơng) Biển Đơng vùng biển rìa phía Tây Thái Bình Dương, tên quốc tế South China Sea (SCS) tức biển Nam Trung Hoa, trải dài từ vĩ độ 5˚S - 25˚N, kinh độ 90˚E - 125˚E Là vùng biển tương đối kín, bao bọc đảo, quần đảo đất liền, thông với vùng biển khác qua eo biển Theo nghiên cứu Đinh Bá Duy nnk (2016), từ khoảng thời gian 1978 – 2015 có trung bình khoảng 25 tới 26 xoáy thuận nhiệt đới hoạt động năm khu vực TBTBD, cịn biển Đơng có 11 tới 12 trung bình năm (nhiều 14 cơn) Hı̀nh Số lượng XTNĐ trung bình tháng khu vực TBTBD BĐ (thống kê RSMC, 1978 – 2015) (Đinh, 2016)  Tình hình nghiên cứu nước nước ngồi:  Trong nước: - Năm 2012, nhóm tác giả Cơng Thanh cộng sử dụng mơ hình WRF để dự báo cường độ bão khu vực Biển Đông Mirinae (2009) Conson (2010) - Năm 2018, Nhóm tác giả Trần Tân Tiến cộng tiến hành thực số thí nghiệm sử dụng WRF với đồng hóa số liệu kết hợp phương pháp đồng hóa biến phân 3DVAR lọc Kalman tổ hợp địa phương LETKF để nghiên cứu hình thành xốy thuận nhiệt đới Biển Đơng  Nước ngoài: - Năm 2015, K M Zahir Rayhun cộng thực để mô cấu trúc, đường đi, đổ số khía cạnh động lực học xốy thuận nhiệt đới Bijli hình thành Vịnh Bengal cách sử dụng mơ hình WRF-ARW - Năm 2021, U C MOHANTY cộng thực nghiên cứu hai trường hợp xoáy thuận nhiệt đới Titli Phethai để điều tra đặc điểm mơi trường cấu trúc xốy XTNĐ dẫn đến tăng cường cường độ  Ảnh hưởng tham số hóa đối lưu tham số hóa lớp biên tới dự báo XTNĐ  Đối lưu mây tích, dịng nhiệt, ẩm, động lượng bề mặt xáo trộn theo phương thẳng đứng lớp biên hành tinh đóng vai trị quan trọng phát triển XTNĐ  Quy mô đám mây đối lưu, trình lớp biên nhỏ để giải mơ hình số cần tham số hóa theo biến xác định điểm lưới  Hiệu suất mơ hình số dự báo xốy thuận nhiệt đới phụ thuộc vào mức độ đối lưu tham số hóa tốt mơ hình Mục đích khóa luận nghiên cứu ảnh hưởng việc tham số hóa đối lưu mây tích lớp biên tới việc dự báo XTNĐ mơ hình WRF lựa chọn tham số thích hợp cho khu vực Biển Đơng PHẦN II MƠ HÌNH, SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mơ hình WRF ­ WRF (Weather Research and Forecasting) sử dụng để dự báo nghiên cứu tượng khí quyển; ­ Các quan tổ chức lớn giới phát triển WRF dựa mơ hình MM5 ( Mesoscale Model version 5); ­ Các phiên WRF:  ARW (Advanced Research nghiên cứu nâng cao;  NMM (Nonhydrostatic quy mô vừa thủy tĩnh WRF) phiên Meso Model) phiên  Các tham số hóa đối lưu mây tích sử dụng Khóa luận:  Sơ đồ Kain (2004), Kain Fritsch (1993) (KF)  Sơ đồ Betts Miller Janjic (Betts and Miller 1986; Janjic 1994) (BMJ)  Sơ đồ Grell Devenyi (2002) (GD)    Các tham số hóa lớp biên sử dụng Khóa luận:  Sơ đồ PBL Đại học Yonsei (YSU, Hong et al 2006)  Sơ đồ Mellor Yamada Janjic (MYJ) (Mellor Yamada 1982; Janjic 2003) Sơ đồ tham số đối lưu tích Sơ đồ tham số lớp biên Tên tham số Meller Yamada Janjic (MYJ) Meller Yamada Janjic (MYJ) Meller Yamada Janjic (MYJ) Betts Miller Janjic (BM) MBM Grell Devenyi (GD) MGD Kain Fristch (KF) MKF Betts Miller Janjic (BM) YBM Yonsei University (YSU) Yonsei University (YSU) Grell Devenyi (GD) YGD Yonsei University (YSU) YKF Kain Fristch (KF) Bảng 1: Tổ hợp tham số  Số liệu  Khóa luận sử dụng số liệu tái phân tích lấy từ trang https://rda.ucar.edu để làm đầu vào mơ hình mơ nghiên cứu bão:  Khóa luận sử dụng số liệu dự báo GFS lấy từ trang để mô nghiên cứu bão: Tên bão Thời gian mô Noul (Bão số năm 2020) 00:00/16/09/2020 18:00/19/09/2020 Nangka (Bão số năm 2020) 00:00/11/10/2020 18:00/14/10/2020 Goni (Bão số 10 năm 2020) 18:00/02/11/2020 06:00/06/11/2020 Vamco (Bão số 13 năm 2020) 00:00/12/11/2020 00:00/15/11/2020 XTNĐ Thời gian dự báo 18h/09/06/2021 06h/10/06/2021 Koguma 18h/10/06/2021 (Bão số năm 2021) 06h/11/06/2021 18h/12/06/2021 06h/09/09/2021 18h/09/09/2021 Conson 06h/10/09/2021 (Bão số năm 2021) 18h/10/09/2021 06h/11/09/2021  Niên luận sử dụng số liệu best track lấy từ trang https://www.jma.go.jp để đánh giá đường cường độ bão mô  Niên luận sử dụng số liệu mưa PERSIANN lấy từ trang https://chrsdata.eng.uci.edu/ để đánh giá lượng mưa khu vực mưa bão đổ mô  Thiết kế thí nghiệm o Miền tính: Vĩ độ 5S-25N, Kinh độ: 90E-130E o Độ phân giải 30 km o Có 34 mực thẳng đứng o Sơ đồ tham số vi vật lý Kessler o Sơ đồ tham số hóa đối lưu mây tích, tham số hóa lớp biên gồm tổ hợp nêu Hình 3: Miền tính 3.1 Mơ cường độ bão PHẦN III KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 3.2 Mô đường bão 3.3 Mơ thời gian, vị trí bão đổ 3.4 Mô lượng mưa bão đổ 3.1 Mơ cường độ bão Hình Kết mô áp suất tâm bốn bão theo thời gian 3.1 Mô cường độ bão Hình Kết mơ gió 10m cực đại bốn bão theo thời gian 3.1 Mô cường độ bão MAE 4 MBM MGD MKF YBM YGD YKF m/s hPa -1 -2 -2 -4 -3 -6 -4 Bộ tham số CSLP Wind-10m Hình Chỉ số MAE, RMSE áp suất tâm bão (hPa) gió 10m cực đại (m/s) ứng với sáu tham số hóa Các tham số MKF, YKF cho kết mô cường độ tốt có xu hướng cho kết mơ cường độ mạnh quan sát, hai tham số MBM, YBM cho kết mơ XTNĐ có xu hướng yếu quan sát, hai tham số MGD, YGD cho kết mô cường độ sai lệch lớn với quan sát 3.2 Mô đường bão Hình Kết mơ đường sáu bão theo thời gian  Các tham số MGD, YGD, YKF cho kết mô đường XTNĐ tốt  Các tham số YBM, MBM không mô đường XTNĐ 3.2 Mô đường bão  Các tham số MGD, YGD, MKF, YKF cho giá trị sai số vị trí theo thời gian nhỏ xấp xỉ từ 50km – 150km với hạn từ 12h – 60h  Hai tham số YBM MBM cho sai số vị trí lớn 100km – 320km với hạn 12h-60h Hình Giá trị trung bình sai số vị trí tâm bão (VDEs) theo thời gian (km) tương ứng với sáu tham số hóa 3.3 Mơ thời gian, vị trí bão đổ  Vị trí thời gian đổ mơ tốt với tham số YKF  Sai số thời đổ tham số YKF với XTNĐ mô từ -12h đến 12h  Sai số khoảng cách vị trí đổ với XTNĐ mơ từ 21km – 110km   Vamco Goni Nangka Noul MBM 497 (-30) 132 (-18) 106 (-6) 305 (18) MGD 258 (-24) 65 (-18) 78 (0) 84 (+6) MKF 304 (-24) 63 (0) 48 (0) 211 (+15) YBM 429 (-24) 135 (-18) 89 (-6) 387 (+24) YGD 294 (-24) 117 (-6) 101 (0) 85 (+12) YKF 310 (-24) 21 (-6) 31 (0) 110 (+12) Bảng Sai số vị trí đổ (km) thời gian đổ (giờ) (ở ngoặc tròn) bốn bão theo tham số Giá trị sai số thời gian âm (dương) cho biết mơ hình mô bão đổ sớm (muộn) thực tế 3.4 Mô lượng mưa bão đổ MBM YBM MGD YGD MKF YKF Hình Lượng mưa 24h bão đổ bão Nangka (bão số năm 2020) kết mơ hình 3.4 Mơ lượng mưa bão đổ  XTNĐ Nangka Obs  Bộ tham số MBM, YBM, MKF cho kết mô lượng mưa có xu hướng lệch nam mặt phân bố cho đánh giá mạnh mặt cường độ  Bộ tham số MGD, YGD, YKF cho kết mô lượng mưa gần quan sát mặt phân bố cho đánh giá mạnh mặt cường độ Hình 10 Lượng mưa 24h bão đổ bão Nangka (bão số năm 2020) theo số liệu quan sát 3.4 Mô lượng mưa bão đổ MBM MGD MKF YBM YGD YKF Hình 11 Lượng mưa 24h bão đổ bão Goni (bão số 10 năm 2020) kết mô hình 3.4 Mơ lượng mưa bão đổ  XTNĐ Goni Obs  Bộ tham số MBM, YBM cho kết mơ lượng mưa có xu hướng lệch nam mặt phân bố cho đánh giá mạnh mặt cường độ  Bộ tham số MGD, YGD cho kết mơ lượng mưa có xu hướng lệch bắc mặt phân bố cho đánh giá mạnh mặt cường độ  Bộ tham số MKF, YKF cho kết mô lượng mưa gần với quan sát Hình 11 Lượng mưa 24h bão đổ bão Goni (bão số 10 năm 2020) theo số liệu quan sát KẾT LUẬN  Các sơ dồ tham số hóa đối lưu mây tích sơ đồ tham số hóa lớp biên có ảnh hưởng lớn tới việc mô cường độ, đường di chuyển khu vực đổ XTNĐ  Các tham số MKF, YKF cho kết mơ cường độ tốt có xu hướng cho kết mô cường độ mạnh quan sát  Các tham số MGD, YGD, YKF cho kết mô đường XTNĐ tốt  Vị trí thời gian đổ mô tốt với tham số YKF  Bộ tham số YKF cho kết mô lượng mưa gần với quan sát tham số Tiến hành thử nghiệm đánh giá dự báo XTNĐ biển Đơng mơ hình WRF với tham số YKF ... tích lớp biên tới việc dự báo XTNĐ mơ hình WRF lựa chọn tham số thích hợp cho khu vực Biển Đơng PHẦN II MƠ HÌNH, SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mơ hình WRF ­ WRF (Weather Research and Forecasting)... 3.2 Mơ đường bão Hình Kết mô đường sáu bão theo thời gian  Các tham số MGD, YGD, YKF cho kết mô đường XTNĐ tốt  Các tham số YBM, MBM không mô đường XTNĐ 3.2 Mô đường bão  Các tham số MGD,... việc mô cường độ, đường di chuyển khu vực đổ XTNĐ  Các tham số MKF, YKF cho kết mô cường độ tốt có xu hướng cho kết mô cường độ mạnh quan sát  Các tham số MGD, YGD, YKF cho kết mô đường XTNĐ