Nghiên cứu đánh giá khả năng dự báo mưa lớn của mô hình khu vực WRF kết hợp với đồng hóa số liệu 3DVAR trên khu vực miền Trung Việt Nam

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DỰ BÁO MƯA LỚN CỦA MƠ HÌNH KHU VỰC WRF KẾT HỢP VỚI ĐỒNG HÓA SỐ LIỆU 3DVAR TRÊN KHU VỰC MIỀN TRUNG VIỆT NAM Nguyễn Văn Hiếu1 , Dư Đức Tiến2 , Nguyễn Mạnh Linh2 Trường đại học Thủy lợi Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia - Tổng cục KTTV ĐẶT VẤN ĐỀ Dự báo xác mưa cho khu vực miền Trung điều kiện tiên cho dự báo thủy văn xác, công nghệ dự báo mưa thiết phải công nghệ dự báo định lượng khách quan Bài báo trình bày kết thử nghiệm dự báo mưa lớn khu vực miền Trung dựa cách tiếp cận hạ quy mô động lực thông qua mơ hình khu vực WRF [1,2] có độ phân giải 15km nhóm thử nghiệm khác có khơng có đồng hóa số liệu thơng qua sơ đồ đồng hóa số liệu 3DVAR Lượng mưa tích lũy 24h với ngưỡng mưa lớn (50-100mm/24h) lớn (>100mm/24h) sử dụng đánh giá Các kết đánh giá thực dựa số đánh giá dự báo pha POD, FAR, ETS PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mơ hình WRF lựa chọn có miền tích phân bao phủ vùng từ 5ºN-27ºN 96ºE124ºE với độ phân giải ngang tương ứng 15km (201x161 điểm nút lưới) Mơ hình sử dụng sơ đồ tham số hóa vật lý Kain-Fritsch, tham số hóa xạ GFDL, tham số hóa lớp biên Yonsei Lưới sai phân ngang lưới Arakawa C hệ tọa độ thẳng đứng sigma (σ) gồm 40 mực thẳng đứng Để tăng cường chất lượng trường ban đầu cho mơ hình WRF đánh giá vai trị thám sát địa phương việc bổ sung thêm thông tin quan trắc khu vực nghiên cứu, sơ đồ đồng hóa số liệu 3DVAR kèm theo mơ hình WRF sử dụng [1] Chu kỳ đồng hóa số liệu 6h trường dự báo +6h dự báo phiên dự báo liền trước sử dụng trường đoán ban đầu cho sơ đồ đồng hóa số liệu 3DVAR Q trình đồng hóa thực thời điểm tích phân gồm 00Z, 06Z, 12Z 18Z sử dụng tất loại liệu quan trắc truyền thống phi truyền thống sẵn có thời điểm phân tích Sau đồng hóa số liệu, mơ hình WRF tích phân tới hạn dự báo 72h với cập nhật biên 6h từ mơ hình tồn cầu GFS GSM Trong nghiên cứu sử dụng trường phân tích dự báo từ mơ hình tồn cầu GFS NCEP GSM JMA với độ phân giải 0.5x0.5 độ để làm trường ban đầu điều kiện biên phụ thuộc vào thời gian cho WRF 15km để đánh giá thêm tác động số liệu phân tích dự báo từ mơ hình tồn cầu tới chất lượng dự báo mưa lớn Hai nhóm thử nghiệm thiết kế gồm: 1) Chạy WRF 15km với trường ban đầu điều kiện biên trực tiếp từ trường phân tích dự báo mơ hình GFS NCEP GSM JMA với độ phân giải 0.5x0.5 độ (WRF15-GFS-nodvar WRF-15-GSM-nodvar) 2) Chạy WRF 15km với trường ban đầu điều kiện biên trực tiếp từ trường phân tích dự báo mơ hình GFS NCEP GSM JMA với độ phân giải 0.5x0.5 độ có sử dụng đồng hóa số liệu 3DVAR để cải tiến trường ban đầu (WRF-15-GFS3dvar WRF-15-GSM-3dvar) 572 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Nghiên cứu lựa chọn 10 đợt mưa lớn năm 2010-2012 (bảng 2.1) để thử nghiệm dự báo mưa lớn mô hình WRF độ phân giải 15km, với tiêu chí đảm bảo gần tồn dạng hình thời tiết điển hình (hình đơn, kết hợp từ nhiều hình thời tiết) gây mưa lớn khu vực miền Trung đánh giá có tổng cộng có 63 ngày thử nghiệm cho dự báo thời điểm 00Z để tiến hành đánh giá Bảng 2.1 Các đợt mưa lớn nghiên cứu khía cạnh số BIAS, POD FAR, số ETS gần tốt Phương pháp thẩm định CRA [3] sử dụng để đưa đánh giá sai số diện lượng đợt mưa lớn KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Bảng 3.1 đưa kết tính tốn cho số đánh giá nói tương ứng cho thử nghiệm, hạn dự báo, giá trị bôi đậm ngụ ý giá trị tốt cho số đánh giá T hời gian Lượng mưa xảy TT Khu vực mưa phổ biến (Ng/T g/Nm) (mm) 28/9-3/10/10 T rung Bộ 200-40 3-5/9/10 Bắc T rung 300-500 T rung Bộ 15-18/10/10 Các tỉnh Trung Bộ 100-300 10/-12/9/11 Bắc T rung 300-500 T rung Bộ 22-25/9/11 T rung T rung Bộ 200 - 300 Nam T rung Bộ 80-120 16-20/10/11 T rung T rung Bộ 200-400 ven biển Nam Trung Bộ 4-9/11/11 Các tỉnh ven biển 200-400 Quảng Bình – Phú Yên 3-8/9/12 Các tỉnh ven biển Bắc 200-400 T rung Trung Bộ 14-5/9/12 T phía Nam Hà Tĩnh - 50-120và Bình T huận 100-300 10 6-8/10/12 Ven biển T rung T rung 100-200 Bộ, Nam T rung Bộ khu vực T ây Nguyên Bảng 3.1 Chỉ số đánh giá chất lượng dự báo mưa to to Hạn dự báo 24h 48h 72h Các số BIAS PO D FAR ETS BIAS PO D FAR ETS BIAS PO D FAR ETS Ngưỡng mưa 50mm/24h 100mm/24h WRF-15- WRF-15-WRF-15-WRF-15GSMGSMGFSGFSnodvar nodvar nodvar nodvar 1.28 1.21 1.65 1.69 0.42 0.46 0.33 0.35 0.51 0.48 0.60 0.57 0.16 0.18 0.15 0.15 1.36 1.36 1.41 1.73 0.33 0.36 0.31 0.27 0.62 0.56 0.61 0.59 0.13 0.15 0.15 0.14 1.52 1.47 1.50 1.81 0.27 0.31 0.25 0.25 0.65 0.62 0.59 0.58 0.12 0.13 0.15 0.13 Từ bảng 3.1 thấy ngưỡng mưa to, kết đánh giá cho thấy dự báo từ mơ hình WRF phân giải 15km với số liệu đầu vào từ mô hình tồn cầu GFS tốt Để kỹ dự báo mưa lớn chút so với thử nghiệm chạy với đầu vào từ mô hình WRF NHM khu vực mơ hình GSM hầu hết số đánh giá miền Trung Việt Nam, lượng mưa tích lũy hạn dự báo Chuyển sang ngưỡng mưa 24h với ngưỡng mưa lớn lớn sử to, chất lượng dự báo tốt thử dụng đánh giá Các kết nghiệm có đan xen lẫn xem xét đánh giá thực dựa chỉ số đánh giá Tuy nhiên, xét số đánh giá dự báo pha gồm BIAS, POD, theo số ETS thử nghiệm với đầu vào FAR, ETS [4] Chỉ số BIAS cho biết khuynh từ mơ hình GSM tốt chút so với thử hướng sai số thiên cao (BIAS>1) hay thiên nghiệm sử dụng đầu vào từ mơ hình GFS Như vậy, kết đánh giá cho thấy thấp (BIAS