TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MOI TRUONG KHOA: KHI TUQNG THUY VAN
Cul CG AU THI THANH TAM
LUA CHON SO DO VI VAT LY TOI UU TRONG
MO HiNH WRF PHUC VU DU BAO TRUONG NHIET DO
O KHU VUC NAM BO TRONG GIAI DOAN
BUNG NO GIO MUA
ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP KỸ SƯ KHÍ TƯỢNG HỌC
Mã ngành: 52410221
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MOI TRUONG KHOA: KHI TUQNG THUY VAN
DO AN TOT NGHIEP
LUA CHON SO DO VI VAT LY TOI UU TRONG
MO HINH WRE PHUC VU DU BAO TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ
O KHU VUC NAM BO TRONG GIAI DOAN
BUNG NO GIO MUA
Sinh viên thực hiện: Âu Thị Thanh Tâm
MSSV: 0250010033 Khéa: 2013 - 2017
Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Thị Minh
Trang 3TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHÚ NGHĨA VIỆT NAM
THÀNH PHÓ HỖ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN —
Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 11 năm 2017
NHIỆM VỤ CỦA ĐÒ ÁN TÓT NGHIỆP
Khoa: KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
Bộ mơn: KHÍ TƯỢNG
Họ và tên: ÂU THỊ THANH TÂM MSSV: 0250010033
Ngành: KHÍ TƯỢNG HỌC Lớp: 02DHKT
1 Tên đồ án: Lựa chọn sơ đồ vi vật lý tối ưu trong mô hình WREF phục vụ dự báo trường nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ trong giai đoạn bùng nỗ gió mùa
Nhiệm vụ:
Sơ lược về hoàn lưu chung khí quyền trong giai đoạn bùng nỗ gió mùa
Tìm hiểu về mô hình WRF và 6 sơ dé vi vat ly
Khảo sát từng sơ đỗ vi vật lý dự báo trường nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ trong giai
đoạn bùng nỗ gió mùa
Phân tích kết quả trường nhiệt độ thu được qua 6 sơ đồ vi vật lý ở khu vực Nam Bộ
Đánh giá kết quả sai số dự báo của 6 sơ đồ vi vật lý so với số liệu quan trắc trong hạn
3 ngày
Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/07/2017
Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 05/11/2017
Họ và tên người hướng dẫn: ThS Phạm Thị Minh
Người hướng dan 1 Người hướng dẫn 2
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Nội dung và yêu cầu đã được thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2017
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Phạm Thị Minh, là người đã
tận tình chi bảo và hướng dẫn tơi hồn thành đồ án này Tôi xin cảm ơn các thầy cô và các cán bộ trong Khoa Khí tượng Thủy văn 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 cũng xin cảm ơn Phòng Dự Báo Khí tượng, Trường
Đại học Tài Nguyên và Môi Trường thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi
trong thời gian hoành thành đồ án
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bẻ,
những người 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 trường Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp
khó tránh khỏi những sai sót do cơ sở lý luận và kinh nghiệm thực tiễn còn thiếu sót nên
em rất mong sự đóng góp ý kiến và thông cảm của các thầy, cô để em có thể rút kinh nghiệm và học hỏi thêm kinh nghiệm cho những bài báo cáo sau này
Em xin chân thành cám ơn!
TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2017
Sinh viên
Trang 5MỤC LỤC LOT CAM ƠN 2-222222222222222221221211111211111111111111111111111111111111111121111112111111111.EEee 4 TÓM TẮT, 22222222222222222222222222222222222 2E 2222222222222 se 7 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT -222222222222222222222212121121211111112 x6 9 DANH MỤC BẢNG 22222222222222222222111111111122 22.2222.2221 ere 10 DANH MỤC HÌNH 5222222222222222222222.2.0 2222222222222 xe II MỞ ĐẦU -2222222222221111222221212222221212110111111212 2.22222222200102 eeree 14 CHƯƠNG l -22222222222222222222222222222 2.2.2.2.2.22.222222222222222222 xe 16 TONG QUAN VE MO HÌNH WRF VÀ CÁC SƠ ĐÒ VI VẬT LÝ -s l6 1.1 Mô hình WRE -22222222222222222.2222222 2eeree l6 1.1.1 Giới thiệu mô hình WRE 2222222222222222222222222222 22212121222 e 16 1.1.2 Các bước chạy mô hình WRE - 22-52 52+2+S£+E+E£zE£xzxezxzxerezrrrrrerrrree 18 1.2 Các sơ đồ vi vật lý - 122222111112 1 tt E222 re 19 CHƯƠNG 2 -222222222222222222212122222222 21111222222 2222221222.2 ee 24
ĐẶC ĐIỂM THỜI TIẾT GIAI ĐOẠN BUNG NO GIO MUA TẠI NAM BỘ VÀ
PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ -222 2222222222 22ttrevvEtrrrertrrrrrrrtrrrrrrrree 24
2.1 Đặc điểm thời tiết giai đoạn bùng nỗ gió mùa tại Nam Bộ - 24
2.1.1 Giai đoạn bùng nỗ gió mùa 2222222++22222211232222222211112 E ee 24 2.1.2 Các trung tâm tác động trong giai đoạn bùng nỗ gió mùa 26 2.1.3 Đặc điểm thời tiết ccccccrirrrrrririrrerrriee 27 2.2 Phuong pháp đánh giá.[3] - -2-52- 52252 SE22+2E2E2EE2EE2EEEESEESEErEerxerrsrrrrrrrrrs 28
2.2.1 Phương pháp thống kê -2222222222222222221111122 222711.E.E rrree 28
2.2.2 Phương pháp đánh giá dựa vào sai số căn quân phương năng lượng trung bình thể tích ¿2¿2222222222222222221223223333131312111111131112122222222222222222222Errrrrrrrrrrrre 29
Trang 6KET QUA THÍ NGHIỆM -222222222E222EEEE2212EE25522222E115112222112122221122222211222E xe 30
LG 0n, ‹-‹<L 30 CN s2 1.44 30
3.1.2 Giai đoạn thử nghiệm -2- 2222 S++2+22E2E22E2EE2EE2EEEEEEEErrxrrrrrrrrrrrrer 31
3.1.3 Các trường hợp thử nghiệm ¿- ¿5+ 5++2++2++x+£xerzrrzxerxrrrrrrrrrrr 32
3.2 Kết quả thí nghiệm -222222122222222271111 12222212 eerre 33
3.2.1 Các mô phỏng hồn lưu qui mơ lớn ¿2-2 255+2++>++>+zx+z+z>+zzezxzzx 33 3.2.2 Trường nhiệt độ -2222222222222222215222222222 121121222 -ce 50
41009112275 — 62
Trang 7TÓM TẮT
1 Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án
- Mục tiêu: Tìm được sơ đồ vi vật lý dự báo hiệu quả trường nhiệt độ ở Nam Bộ trong
thời kỳ bùng nỗ gió mùa
- Nhiệm vụ:
e _ Sơ lược về hoàn lưu chung khí quyên thời kỳ bùng nỗ gió mùa e Tim hiéu về các mô hình WRF và 6 sơ đồ vi vật lý
¢ Khao sat timg so dé vi vật lý dự báo trường nhiệt độ ở Nam bộ thời kỳ bùng nỗ gió mùa e_ Phân tích kết quả trường nhiệt độ thu được qua 6 sơ đồ vi vật lý ở khu vực Nam Bộ e_ Đánh giá kết quả sai số dự báo của 6 sơ đồ vi vật lý so với số liệu quan trắc trong hạn 3 ngày 2 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp dự báo số trị
Sử dung mo hinh WRF (Weather Research Forecasting) 3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu:
e Không gian nghiên cứu: Trường nhiệt độ trong khu vực Nam Bộ
e_ Thời gian nghiên cứu: giai đoạn bùng nỗ gió mùa cuối tháng 4 và đầu tháng 5 năm
2009
- Nội dung nghiên cứu:
e_ Tìm hiểu sơ lược về mơ hình WRE
© Téng quan về các sơ đồ tham số hoá vi vật lý
e Tim hiéu về đặc điểm thời tiết trong giai đoạn bùng nổ gió mùa ở khu vực
Trang 8e Thử nghiệm dự báo trường nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ hạn 3 ngày e Phân tích các kết quả thu được
4 Kết quả
Kết qua thu được, trong giai đoạn chuyên mùa năm 2009 thì so dé vi vật lý của tác
gia Lin, tac gia Eta va so đỗ vi vật ly WSM 6 cho két quả dự báo trường nhiệt tại Nam Bộ
Trang 9DANH MUC CHU VIET TAT
NCEP Trung tâm quốc gia dự báo môi trường Hoa Kỳ
TNI Dự báo trường nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý Kessler
TN2 Dự báo trường nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý Lin
TN3 Dự báo trường nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý WSM 3 TN4 Dự báo trường nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý WSM 5
Trang 10DANH MỤC BANG
Bảng 1.1 Tóm tắt các sơ đồ vi vật lý -2222c2ccccccrrtEE.2121221111 eerrrrrreee 19
Bang 1.2 Cac lua chon vi vật Ìý - ¿2-5252 222222E2E22E2E2E22E21222121112121 2121122 crrer 20 Bang 1.3 Sơ đồ tham số hóa vật lý trong mô hình WRF ứng với các option cụ thẻ 21
Bảng 3.1 Giai đoạn thử nghiệm 22-252 SE2SSSE2E£EEEE£EEEEEEEEEEEEEeEErErxerrrrrrrrrrrrrrrs 32
Bảng 3.2 Danh sách các trường hợp thử nghiệm 22-5 5222+2+zzx+zezxzrerxrs 32
Bảng 3.3 Danh sách các trạm khí tượng thủy văn ở Nam Bộ - -2- 552 55
Trang 11DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống của mô hình WRE -2 ©222EEEEEEEEEE22222222z++zzz2trt 17
Hình 3.1 Cầu trúc miễn tính -++++22222EEEEEEEE22222222222.22121227212211111111 31
Hình 3.2 Bản đồ đường dòng và tốc độ gió mực 850hPa a)ANA; b)TNI; c)TN2; d)TN3; e)TN4; fTN5 và g)TNó lúc 00h ngày 30/4/2009 -2222222222222222222222222222222222226 34 Hình 3.3 Bản đồ đường dòng và tốc độ gió mực 850hPa a)ANA; b) TNI; e)TN2; d)TN3; e)TN4; fTN5 và g)TNó lúc 00h ngày 01/05/2009 2222222222222222222222222222222226 35 Hình 3.4 Bản đồ đường dòng và tốc độ gió mực 500hPa a)ANA; b)TN1; e)TN2; d)TN3; e) TN4; TN5 và g)}TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009 222222EE22221222222222zrrrrrrrrrr 37
Hình 3.5 Bản đồ đường dòng và tốc độ gió mực 500hPa a)ANA; b)TNI; e)TN2; d)TN3; e)TN4; ĐTNS và g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009 : 2-225225+22222+2x+z++zzxezxsrs 38 Hình 3.6 Bản đồ đường dòng và tốc độ gió mực 200hPa a)ANA; b)TNI; e)TN2; d)TN3; e) TN4; TNS và g)TNó lúc 00h ngày 30/04/2009 - 2-22 ©25+222222E+z+zzxzzxszs 39
Hình 3.7 Bản đồ đường dòng và tốc độ gió mực 200hPa a)ANA; b)TNI; c)TN2; d)TN3; e) TN4; ĐTNS và g)TNG lúc 00h ngày 01/05/20009 -2-52-5255222+22++zxszxszxzre2 40 Hình 3.8 Mat cắt thăng đứng của thành phân gió với các đường đăng tốc độ cách nhau 2
ms-I lúc 00 UTC ngày 30 tháng 04 năm 2009; Mặt cắt theo phương kinh tuyến của gió vĩ
tuyến (U) doc theo 106.70E a)ANA; b)TN1; e)TN2; đ)TN3; e)TN4; fTN5 và g)TN6 lúc
00:60 :)0)000/06920) 2T 42
Hình 3.9 Mặt cắt thắng đứng của thành phần gió với các đường đẳng tốc độ cách nhau 2
ms” lúc 00 UTC ngày 30 tháng 04 năm 2009: Mặt cắt theo phương vĩ tuyến của gió kinh
tuyến (V) dọc theo 10.8°N a)ANA; b)TNI; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TNS va g)TN6 luc
I6 :)0)000//6920) 2T 43
Hình 3.10 Mặt cắt thăng đứng của thành phần gió với các đường đăng tốc độ cách nhau 2 ms-I lúc 00 UTC ngày 01 tháng 05 năm 2009; Mặt cắt theo phương kinh tuyến của gió vĩ
Trang 12tuyến (U) dọc theo 106.70E a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 va g) TN6 lic OOh ngay 01/05/2009 oo eeseeeseesseesssessesessesseeesessesuesseesucessessesseesueecueessesssesseeseesneesneeseeeses 44
Hình 3.11 Mặt cắt thắng đứng của thành phần gió với các đường đẳng tốc độ cách nhau 2 ms” lúc 00 UTC ngày 01 tháng 05 năm 2009: Mặt cắt theo phương vĩ tuyến của gió kinh tuyến (V) doc theo 10.8°N a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 va g)TN6 lic I0:60:)001/15/20) 2 T 45 Hình 3.11 Sai số tốc độ gió mực 500hPa (m/s) a)TNI; b)TN2;c)TN3; d)TN4;e)TN§ và I9) 80/0000:6.:-:)0)0001/920) NT 46 Hình 3.12 Sai số tốc độ gió mực 500hPa (m/s) a)TNI; b)TN2;c)TN3; dỳTN4;e)TN§ và F)TNG lic OO ngay 01/05/2009 NT TT“ 47
Hình 3.13 Sai số độ cao địa thế vi myc 500hPa (m’/s”) a)TNI; b)TN2;e)TN3; d)TN4; e)TN5 và f)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009 -2222222222222212122221212111112111211122222e6 48 Hình 3.14 Sai số độ cao địa thế vị mực 500hPa (m”/s”) a)TN1; b)TN2; e)TN3; d)TN4; e)TN5 và ĐTN6 lúc 00h ngày 01/05/2009 -22222222222222252152122221272 222211122Eee 49
Hình 3.15 Trường nhiét d6 2m a)ANA; b)TNI; c)TN2; d)TN3; e)TN4; TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày30/04/2009 -.-222222222EE222511722221117222117222 re 51 Hinh 3.16 Truong nhiét dé 2m a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TNS va g)TN6 Tic OOh ngay 01/05/2009 oo eeeceeeeeseessessesseesnesseenecseessesuesnesseeseesneeneenecneeseesneaueeneeneeaneneeneete 52
Trang 13Hình 3.21 Trung bình sai số tuyệt đối của nhiệt độ trung bình ngày 01/05/2009 I)TNI; 2)TN2; 3)TN3; 4)TN4; 5)TN5; 6)TN6 22-2222222222222222151122722.1112 EEe 61
Trang 14MO DAU
Hiện tại trong mô hình WRF có đến 6 sơ đồ vi vật lý, ứng với mỗi so đồ có một chỉ số riêng và tạo ra một dự báo riêng biệt Các sơ đồ vi vật lý trên mô phỏng các quá trình giáng thuỷ, mây và bốc hơi Trong khi đó một số nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng chỉ
một thay đổi nhỏ trong sơ đồ vi vật lý có thê dẫn đến kết quả dự báo rất khác nhau mặc dù
điều kiện ban đầu như nhau, nhất là đối với mưa lớn hoặc xoáy thuận nhiệt đới (Zhu,
2005; Vich va Romero, 2010; Byun va ccs, 2007; Li va Pu, 2009; Im va ccs, 2007; Kiéu
va Zhang, 2010; Pu, 2011, Kiéu va ccs, 2013) Do đó khi sử dụng các sơ đồ vi vật lý khác
nhau trong mô hình WRF cũng sẽ tạo ra các kết quả dự báo khác nhau Tuy nhiên sơ đồ nào là hữu ích cho việc dự báo thời tiết nói chung và dự báo trường nhiệt độ nói riêng vẫn chưa được nghiên cứu nào đề cập tới Mặc dù có những nghiên cứu kết hợp các sơ đồ vi
vật lý trên đề tạo thành một dự báo tô hợp khá hiệu quả (Kiều và ccs 2013), song việc xây dựng hệ thống đáp ứng cho dự báo tổ hợp vẫn là một thách thức lớn đối với các đài dự
báo Khí tượng thuỷ văn khu vực Trong khi đó hiện nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học máy tính thì sản phẩm của mô hình dự báo số đóng góp một phần quan trọng trong bản tin dự báo hàng ngày Do đó việc ứng dụng các mô hình dự báo số trong
các trung tâm, các đài Khí tượng Thuỷ văn là rất cần thiết Tuy nhiên do hạn chế về kinh
phí nên không thể phát triển hệ thống dự báo tổ hợp cho tất cả các đài, các trung tâm dự báo Vì vậy cần thực hiện một dự báo đơn tốt nhất với một lựa chọn sơ đồ vi vật lý tối ưu là việc cần làm trước mắt Song hiện tại chưa có một nghiên cứu nào khảo sát các sơ đồ vi vật lý trong mô hình WRF dé tim ra một sơ đồ tối ưu phục vụ dự báo trường nhiệt độ ở
khu vực Nam Bộ Vì vậy trong đồ án tốt nghiệp này tôi xin đề xuất đề tài “Lựa chọn sơ đồ
vi vật lý lỗi tru trong mô hình WRF phục vụ dự báo trường nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ
trong thời ky bing no gid mùa”
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đồ án có bố cục gồm 3 phần: 1 Chương 1: Tông quan về mô hình WRE và sơ đồ vi vật lý
Trang 153 Chương 3: Kết quả thí nghiệm
Trang 16CHƯƠNG 1
TONG QUAN VE MO HiNH WRF VA CAC SO DO VI VAT LY
1.1 Mo hinh WRF
1.1.1 Giới thiệu mô hình WRF
Mô hình WRE là kết quả của sự hợp tác nghiên cứu của một số trung tâm nghiên cứu của Mỹ và các trung tâm khí tượng quốc tế Ngoài những thành viên sáng lập nêu
trên, còn có rất nhiều các học viện, trường đại học và nhà nghiên cứu khí tượng tại Mỹ và
trên toàn thế giới tham gia vào dự án phát triển mô hình WREF Một cách khái quát, mô
hình WRE là một hệ thống mô hình hóa hết sức hiện đại, linh hoạt và tối ưu cho cả mục
đích nghiên cứu cũng như chạy nghiệp vụ Mô hình WREF cho phép sử dụng các tùy chọn
khác nhau đối với tham số hóa các quá trình vật lý, như tham số hóa bức xạ, tham số hóa
lớp biên hành tinh, tham số hóa đối lưu mây tích, khuyếch tán xoáy rối quy mô dưới lưới
hay các quá trình vi vật lý khác Mô hình WRE hiện nay có 2 phiên bản đó là NNM (Nonhydrostatic Meso Model) va ARW (Advanced Research WRF)
Cac mé hinh WRF là một mơ hình hồn toàn chịu nén và phi thủy tĩnh (với một thời gian chạy thủy tĩnh nhất định) Hệ toạ độ ngang là lưới so le Arakawa C, hệ toạ độ
thắng đứng là hệ toạ độ khối theo địa hình Lưới dao động là lưới C Arakawa Bước thời gian sai phân Runge-Kutta bậc 3 được sử dụng đối với các số sóng âm thanh và sóng trọng trường, sai phân bậc 2 đến bậc 6 được sử dụng cho cả phương ngang và phương thắng đứng Nó sử dụng các bước thời gian được chia nhỏ cho các sóng âm thanh và sóng
trọng trường Các động lực được bảo toàn với các biến vô hướng
Các mã số mô hình WREF có chứa một chương trình khởi tạo (hoặc cho dữ liệu
thực, real.exe, hoặc dữ liệu lý tưởng hóa, Ideal.exe), một chương trình hội nhập số
(wrf.exe), một chương trình dé làm tô một chiều (ndown.exe) và một chương trình dé lam
cơn bão nhiệt đới giả (tc.exe) Các mô hình WRE, phiên bản 3, hỗ trợ một loạt các khả năng Bao gồm:
Trang 17e_ Tùy chọn điều kiện biên khác nhau cho mô phỏng dữ liệu thực và lý tưởng hóa
¢ Lua chon vat ly đầy đủ, và các tùy chọn lọc khác nhau e_ Chương trình bình lưu dương định
e _ Phi thủy tĩnh và thủy tĩnh (tùy chọn thời gian chạy)
e_ Lồng ghép miền tinh một chiều và 2 chiều và lựa chọn miễn tính lồng ghép
di động
e _ Những ứng dụng cho khu vực và toàn cầu
WRF Modeling System Flow Chart E WRF Post- Data S: Pre-Processing WRF Model Processing & ‘System 7 Visualization Alternative IDV Obs an 20-1 or
——— Squall Une &
3D: Supercett ;: LES /APOR Conventional Y Barociinic Waves ; v
Obs Data ‘Surtace Fire and Tropical Storm WRFDA Global: NCL OBSGRIO ARWpost (GrADS) WRF Terrestrial RIPS Data —T— „ UPP wes —> REAL (GrADS / [TT ” GEMPAK) Gridded Data: NAM, GFS, MET RUC, NNAP, NCEP2, NARR,
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống của mô hình WRF [7]
Như thê hiện trong biểu đồ, các mẫu hệ thống WRF bao gồm những chương trình lớn:
+ Hé thong tién xtr ly WRF (WPS)
e WRF-DA
« ARW Solver
s _ Các công cụ trực quan
Hệ thống tiền xử lý WRE (WPS) chương trình này được sử dụng chủ yếu trong việc mô phòng dữ liệu Chức năng của nó bao gồm:
Trang 18e_ Xác định các lĩnh vực mô phỏng
e_ Nội suy dữ liệu trên cạn (như địa hình, sử dụng đất, loại đất) để mô phỏng các
miễn
e Đọc và nội suy dữ liệu khí tượng từ một mô hình để mô phỏng miền này
Các tính năng chính của nó bao gồm:
Đọc 1/2 dữ liệu khí tượng từ các trung tâm khác nhau trên khắp thế giới
USGS 24 thể loại và các bộ dữ liệu MODIS dat 20 loai; USGS Gtopo 30 bộ dữ
liệu độ cao; Toàn cầu, 5-phút United Nation FAO, và Bắc Mỹ STATSGO 30 sec
loai dat dataset; 10-min dữ liệu màu xanh phần dựa trên AVHRR và 30-sec màu
xanh phần dữ liệu dựa trên 10 năm MODIS; MODIS dựa trên chỉ số lá khu
vực; 0,15 độ phản xạ và tuyết albedo dữ liệu hàng thang; va 1 độ dài dữ liệu nhiệt
độ đất sâu; cộng thêm một vài bộ dữ liệu chuyên ngành
Bản đồ dự báo cho lập thể cực, Lambert, Mercator và vĩ độ - kinh độ
Làm thành tổ
Giao diện đề nhập dữ liệu tĩnh
ARW Solver day là bộ phận quan trọng của hệ thống làm mô hình, trong đó bao gồm một số các chương trình khởi tạo cho lý tưởng hóa và mô phỏng thực dữ liệu, và các chương trình lấy tích phân bằng số.[7]
1.1.2 Các bước chạy mô hình WRE
Bước 1: Chay file / geogrib.exe dé xác định phạm vi và vị trí các lưới lồng trong miền tính Kết quả có dạng: geo.emd01.nc
Bước 2: Chạy / link grib.esh / data / 2009042900/ * /
Bước 3: Chạy file / ungrib.exe để tạo ra các file dữ liệu khí tượng Và kết quả tạo ra là
các file có dạng FILE *
Trang 19Ở trên đã hoàn tat 3 bước cơ bản đề chạy hệ thống tiền xử lý WRF (WPS), tiếp
theo sẽ là các bước chạy hệ thống WRFV3 Kết quả của hệ thông WPS sẽ là dữ liệu đầu vào cho hệ thông WREV3
Bước 5: Chạy // real.exe va / wrf.exe dé tích phân hệ thống các chương trình dự báo
trong mô hình Kết quả sẽ tạo ra được file wrfout_d01* và được dùng làm dữ liệu đầu vào để vẽ
1.2 Các sơ đồ vi vật lý
Vi vật lý bao gồm giải quyết một cách rõ ràng hơi nước, điện toán đám mây, và
các quá trình giáng thuỷ Mô hình này là nói chung đủ để chứa bất kỳ số lượng các biến
trộn tỷ lệ khối lượng, và số lượng khác như nồng độ só Bảng 1.1 Tóm tắt các sơ đồ vi vật ly.[7] 1 Kessler Kessler (1969) 2000 2 Lin (Purdue) Lin, Farley va Orville (1983, JACM) 2000 3 WSM3 HSM3 Farley va Orville (1983, JA 2004
4 WSMS Hong, Black va Chen (2004, MWR) 2004
; Và (Fenier) Rogers, Black, Ferrier, Lin, Parrish va 2000 DiMego ( 2001, Wed doc)
6 WSM6 Hong va Lim (2006, JKMS) 2004
7 Goddard Tao, Simpson va MeCumber (1989,MWR) 2008
8 Thompson Rasmussen va Hall (2008, MWR) 2009
9 | Milbrandt 2-mom Milbrandt va Yau (2005, JAS) 2010
10 | Morrison 2-mom | Morrison, Thompson va Tatarskin (2009,MWR) 2008
II CAMS.I Neale et al (2012,NCAR Tech Note) 2013
Trang 20NSSL 2 mom w/ 16 Mansell, Ziegler va Bruning (2010, JAS) 2012 CCN du doan 17 NSSL I-mom 2013 18 | NSSL 1-momlfo 2013 Thompson ; 19 Thompson va Eidhanmer (2014, JAS) 2014 aerosol-aware HUJI SBM - 20 Khain et al (2010, JAS) 2014 “nhanh” HUJI SBM ‘day / 21 da Khain et al (2004, JAS) 2014 ủ Bang 1.2 Cac lựa chọn vi vật lý.[7j
Scheme Number of Ice-Phase Mixed-
Trang 21Bảng 1.3 Sơ đồ tham số hóa vật lý trong mô hình WRF ứng với các option cụ thê Sơ đồ tham số hóa Kí hiệu Các option = 1, Kessler scheme =2, Lm et al scheme =3, WSM 3-class simple Ice scheme Vi vat ly mp_physics = 4, WSM 5-class scheme
= 5, Ferrier (new Eta) microphysics = 6, WSM 6-class graupel scheme
= |, Kain-Fritsch (new Eta) scheme
Doi luu cu_physics
= 2, Betts-Miller-Janjic scheme
1 Sơ đồ Kessler (1969): được lấy từ mô hình COMMOS (Wicker and Wilhelmson,
1995), là một chương trình điện toán đám mây âm đơn giản mà bao gồm hơi nước, nước
mây, mưa Các quá trình vi vật lý bao gồm có: sản xuất, giáng thủy và bốc hơi mưa; sự
bồi tụ và tự động chuyển đổi của nước đám mây; và sản xuất nước đám mây từ ngưng tụ.[6]
2 Sơ đồ Lin (Purdue) (1983): sơ đồ tỉnh vi mà có các quy trình băng, tuyết và graupel, thích hợp cho việc mô phỏng thực dữ liệu độ phân giải cao Sáu loại hydrometeors được bao gồm: hơi nước, nước mây, mưa, mây băng, tuyết và graupel Tat cả các điều khoản tham số hóa sản xuất dựa trên Lin et al.(1983) và Rutledge và Hobbs (1984) với một số sửa đổi, bao gồm điều chinh độ bão hòa sau Tao et al.(1989) va da tram tích Đây là một chương trình vi vật lý tương đối phức tạp trong WRF, và nó là thích hợp
nhất đề sử dụng trong các nghiên cứu Các sơ đồ được lấy từ mơ hình điện tốn đám mây
Trang 223 Sơ đồ WSM3 (dựa trên Hong et al.(2004)): bao gồm cả trầm tích băng và tham số băng Một sự khác biệt lớn so với các cách tiếp cận khác là rằng một mối quan hệ đoán được sử dụng để tập trung số lượng băng đó là dựa trên nội dung của khối băng chứ không phải là nhiệt độ Các tính toán thủ tục được mô tả trong Hồng và Lim (2006) Như với WSM§ và WSM6, các quá trình đông lạnh/nóng chảy được tính trong mùa thu hạn
phụ bước để tăng độ chính xác trong hồ sơ cá nhân sưởi ấm dọc của các quá trình này
Thứ tự của các quá trình này cũng được tối ưu hóa để giảm sự nhạy cảm của đề án đến các bước thời gian của mô hình Sơ đồ WSM3 dự đoán ba loại thủy mét: hơi, mây nước/nước đá, và mưa/tuyết, mà là một chương trình đơn giản gọi là băng Nó sau Dudhia (1989) trong giả định nước đám mây và mưa cho nhiệt độ trên đóng băng, và đám mây
băng và tuyết cho nhiệt độ dưới mức đóng băng Sơ đồ này là tính toán hiệu quả cho sự
bao gồm các quá trình băng, nhưng lại thiếu nước siêu lạnh và tỷ lệ tan dần [6]
4 Sơ đồ WSM5: Sơ đồ này cũng tương tự như các sơ đồ băng đơn giản WSM3 Tuy
nhiên, hơi nước, mưa, tuyết, đám mây băng, và nước đám mây được tổ chức trong năm mảng khác nhau Do đó, nó cho phép nước siêu lạnh đề tồn tại, và một tan dần tuyết rơi xuống dưới lớp nóng chảy Thông tin chỉ tiết có thể được tìm thấy tại Hong et al.(2004), và Hong and Lim (2006) Như voi WSM6, các dựa theo sự điều chỉnh của Dudhia (1989) và Hong et al.(1998) trong quá trình xử lý riêng lẽ nước đá và độ bão hòa nước, chứ không phải là một bão hòa kết hợp như Purdue Lin (trên) và so dé Goddard Tao et al
1989) [6]
5 So dé vi vat li Eta: Cac vi vat lý hoạt động trong mô hình NCEP Một kế hoạch
hiệu quả đơn giản với các quá trình hỗn hợp pha chẩn đoán Đối với độ phân giải tốt
(<5km) sử dụng tùy chọn (5) và cho độ phân giải thô sử dụng tùy chọn (95) Điều này
cũng được biết đến như EGCP01 hoặc các chương trình Eta Ferrler Các chương trinh dự
đoan những thay đổi trong hơi nước và nước ngưng tụ trong các hình thức của nước mây, mưa, mây băng, và lượng mưa băng (tuyết/graupel/mưa đá) Các mảng mây, mưa, sương
mù cá nhân được kết hợp thành tổng phần ngưng tụ Mảng lưu trữ địa phương giữ lại dự
Trang 23từ một mảng cục lưu trữ thông tin về tốc độ tăng trưởng tông băng bởi lắng đọng hơi và bồi tụ của nước lỏng [6]
6 Sơ đồ WSM6: là mở rộng của sơ đồ WSM5 bao gồm graupel và các quá trình liên
quan của nó Một số các điều khoản liên quan đến graupel theo Lin et al (1983), nhung
đó là hoạt động băng pha có nhiều sự khác nhau do sự thay đổi của Hồng et al (2004)
Một phương pháp mới cho đại diện cho hỗn hợp pha tốc hạt rơi cho tuyết và graupel hạt
bằng cách gán một tốc độ rơi duy nhất cho cả hai đó là tỷ trọng bởi tỷ lệ pha trộn, và áp
dụng mà tốc độ rơi dé ca hai quá trình lắng đọng trầm tích và bồi tụ được giới thiệu
(Dudhia et al, 2008.) Các hoạt động của các sơ đồ WSM3, WSM5, và WSM6 khác chút ít đối với lưới điện quy mô trung thô, nhưng chúng tạo nên nhiều cách khác nhau trên việc giải quyết lưới điện toán đám mây Trong ba sơ đồ WSM, sơ đồ WSM6 là thích hợp nhất cho việc giải quyết lưới điện toán đám mây, xem xét hiệu quả và lý thuyết nền (Hồng và
Lin, 2006) [6]
Trang 24CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIÊM THỜI TIẾT GIAI DOAN BUNG NO GIO MUA TAI NAM BỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ
2.1 Đặc điểm thời tiết giai đoạn bùng nỗ gió mùa tại Nam Bộ
2.1.1 Giai đoạn bùng nỗ gió mùa
Giai đoạn bùng nỗ gió mùa liên quan chặt chẽ đến sự thay thế đột ngột mùa khô
bởi mùa mưa trong chu kì hàng năm và sự biến đổi của nó là nguyên nhân chính dẫn đến
những thảm họa thiên nhiên như lũ lụt, hạn hán trên một phạm vi rộng lớn Thời tiết các
tỉnh Nam Bộ có hai mùa rõ rệt và gần như trùng với hai mùa gió mùa có hướng hoàn toàn
trái ngược nhau, do hai hệ thống khí áp hoàn toàn trái ngược nhau khống chế trên phần
lớn lãnh thô châu Á gây nên Đó là mùa mưa ở khu vực Nam Bộ gần như trùng với mùa gió mùa mùa hè, còn gọi là gió mùa tây nam, hướng gió thịnh hành trong mùa mưa từ nam đến tây nam Còn mùa khô gần trùng với gió mùa mùa đông, còn gọi là gió mùa
đông bắc, hướng gió thịnh hành biến đổi từ bắc đến đơng bắc Hồn lưu của khu vực Nam
Bộ là hoàn lưu gió mùa của một vùng ven biển nằm sâu trong khu vực nội chí tuyến, điều
đặc biệt là có sự tương phản sâu sắc giữa hai mùa gió mùa mùa đông và mùa hè
Từ tháng 11 đến tháng 3 là thời kỳ hoạt động mạnh của áp cao lục địa, từng đợt
không khí lạnh tràn xuống phía nam có ảnh hưởng ít nhiều đến thời tiết Nam Bộ Ngoài ra, Nam Bộ còn chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của tín phong Trong thời kỳ này gió mùa đông bắc (từ cao áp lục địa) và đới gió tín phong (từ rìa phía nam của cao áp phó nhiệt đới) đều
có hướng đông bắc Trong các tháng đầu mùa khô (từ tháng 1 đến tháng 1), gió mùa đông
bắc làm cho thời tiết Nam Bộ hơi lạnh, đôi khi có mưa nhỏ, lượng mưa phân bố không
đều, chủ yếu chịu ảnh hưởng của địa hình Trong trường hợp có nhiễu động sóng đông thì mưa đều cả khu vực Trong các tháng cuối mùa khô (từ tháng 2 đến tháng 3), gió thịnh hành có hướng đông đông bắc đến đông, thời tiết chủ yếu là ít mây, không mưa hoặc mưa
nhỏ Cuối tháng 3 đến nửa đầu tháng 4, các khối không khí lạnh lục địa từ phương bắc đã
Trang 25chiều tối có thê có dông nhiệt và mưa rào Đây là thời kỳ chuyển tiếp từ mùa khô sang
mùa mưa Thời kỳ gió mùa mùa hè (từ tháng 5 đến tháng 9), áp thấp nóng Ấn Miễn hoạt
động mạnh và lan sang phia dong, cac khối không khí thịnh hành ở khu vực Nam Bộ và
nam Biển Đông là không khí từ phía nam di chuyển lên, tạo nên gió mùa tây nam Thời kỳ này là mùa mưa ở khu vực Nam Bộ và cũng là thời kỳ mà các xoáy thuận nhiệt đới (bão, áp thấp nhiệt đới) hoạt động trên Tây Thái Bình Dương và Biển Đông, làm cho lượng mưa tăng lên Tháng 10, trong thời kỳ này sự tranh chấp giữa các hệ thống cũng
khá quyết liệt, gió tây nam bắt đầu suy yếu Tuy nhiên, do những nhiễu động nhiệt đới lùi
dần xuống phía nam nên mùa mưa ở Nam Bộ vẫn tiếp diễn, có năm mà tháng 10 sẽ đạt
lượng mưa cực đại trong năm nếu có nhiều cơn bão, áp thấp nhiệt đới hoạt động trên Biển
Đông Tháng I1 do chịu ảnh hưởng bởi các đợt không khí lạnh lục địa tràn xuống phía nam, gây nên những đợt gió mùa đông bắc có cường độ khá mạnh, làm đây lùi các nhiễu
động xuống vùng vĩ độ càng thấp, đồng thời do không khí lạnh ảnh hưởng làm cho các
nhiễu động này yếu đi, nên lượng mưa cũng giảm dân.[ 1]
Về đầu mùa hạ không chỉ duy nhất có tác động của hạ áp nhiệt được hình thành ở
trên lục địa Tuy hạ áp này đã được hình thành ở tây bắc Án Độ, nhưng gió mùa lại bắt dầu từ nam Trung Quốc, sau phát triển sang Mianma, còn ở An Độ lúc đó vẫn chưa xuất hiện mưa rào, tuy nhiệt độ ở đây vào tháng 4 đã có giá trị cực đại, nhưng một tháng sau
đó gió mùa mới xuất hiện
Sở dĩ có hiện tương trên là do đầu mùa hè đới gió tây phát triển về phía nam Himalaya dén cả độ cao 8km tạo thành một rãnh thấp ở trên cao theo hướng kinh tuyến ở vịnh Bengal Chính rãnh thấp này tạo điều kiện cho đới gió đông ở trên cao Trung Quốc,
Mianma hình thành, đây là dòng thôi về xích đạo, là một bộ phận của hoàn lưu mùa hè
giữ vai trò quan trọng trong quá trình xác lap gid mua hé
Vào cuối tháng 4, đầu tháng 5 dòng gió tây trên cao bỗng đột ngột chuyên về phía bắc khối Tây Tạng - Himalaya và rãnh thấp trên cao theo hướng kinh tuyến tiến về phía tây Như vậy dòng gió đông trên cao được xác lập ở trên Án Độ mở đường cho gió mùa
Trang 26mùa hè ở dưới thấp Gió mùa bùng nô ở Ấn Độ và Pakixtan rồi sau phát triển tồn Đơng
Nam Á [10]
Tuy nhiên do thời gian và kinh phí có hạn nên trong đồ án tốt nghiệp này em chỉ xem xét giai đoạn bùng nô gió mùa mùa hè ở Nam Bộ
2.1.2 Các trung tâm tác động trong giai đoạn bùng nỗ gió mùa
Về mùa hè ngược lại một áp thấp rất rộng lớn có tâm ở Án Độ hình thành trên đại
lục châu Á do bị nóng lên mạnh mẽ bởi bức xạ mặt trời, áp thấp này khơi sâu nhất vào
khoảng tháng 7 với trị số tâm dưới 1000mb Dải áp thấp nội chí tuyến đã tiến sang Bắc bán cầu, tới gần chí tuyến trên khu vực ven Thái Bình Dương Áp cao Hawaii (còn gọi là cao áp cận nhiệt Tây Thái Bình Dương) phát triển rõ rệt Còn ở Nam Bán cầu thể hiện rõ một áp cao cận chí tuyến hoạt động liên tục Trên cao cũng có sự đảo ngược quan trọng theo mùa về đặc điểm khí hậu Trên bản đồ đăng cao tháng 1 trên mực 500mb, về mùa đông tồn tại một áp thấp ở gần địa cực, từ đó khí áp tăng dần về phía nam Hai rãnh thấp hướng về phía bờ biển Caspien và bờ biển châu Á Giữa đó là một lưỡi ở khoảng trung tâm Xibia và bắc Trung Quốc Dòng khí hướng tây chiếm ưu thế trên toàn bộ đại lục từ
cực cho đến vĩ tuyến 18°N Tới khoảng 30ẺN, gió tây trên cao có vận tốc rất lớn, nhưng
xuống tới các vĩ độ nhiệt đới, vận tốc giảm dần Ở khu vực cao nguyên Tây Tạng, dòng khí tách làm hai, lượn quanh nam cao nguyên rồi nhập lại với nhánh phía bắc ở phía
đông Trên mực 200mb, thiết lập và ổn định một dòng xiết cận chí tuyến với tốc độ khá
lớn (khoảng 50-80m/3), trục của nó xấp xỉ 30”N Đó là dòng xiết nam cao nguyên, phân biệt với dòng xiết bắc cao nguyên, yếu và kém ôn định hơn, hai dòng xiết nhập với nhau ở
khu vực Nhật Bản
Mùa hè tình hình trên cao đặc trưng bởi sự xuất hiện lưỡi cao áp cận chí tuyến, thấy rất rõ trên mực 500mb Khí áp giảm dần từ đó lên địa cực, trong khi trên cao nguyên
Tây Tạng tồn tại một cao áp đóng kin khá rộng Ở phía bắc vĩ tuyến 30°N, khí lưu tây
được thay thé bằng khí lưu đông, thôi chậm hơn, dòng xiết cận chí tuyến phía nam cao nguyên Tây tạng biến mat, chi con lai dòng xiết phía bắc cao nguyên ở xấp xỉ 40ˆN, với
Trang 27trung tâm tác động khí quyên đã gây ra một sự nhiễu loạn trên quy mơ lớn trong hồn lưu chính của khu vực nhiệt đới Tiêu biểu cho hoàn lưu khu vực nội chí tuyến là tín phong được thôi từ rìa nam các cao áp cận chí tuyến, theo hướng đông bắc về phía xích đạo
Cùng với sự xê dịch của dải cao áp theo chuyên động biểu kiến của mặt trời, đới tín
phong cũng có sự dịch chuyên theo mùa, nhưng bản chất vẫn giữ nguyên và hướng hầu
như không thay déi.[4]
2.1.3 Đặc điểm thời tiết
Theo trung bình khí hậu, mùa mưa tại Nam Bộ bắt đầu vào cuối tháng 4 tới đầu
tháng 5, được đánh dấu bởi sự hình thành của gió tây nam nhiệt đới thôi từ vịnh Bengal sang Theo rất nhiều nghiên cứu trên thế giới, giai đoạn này trùng với thời điểm xuất hiện
mưa tại vịnh Bengal và nam Biển Đông, và là những khu vực xuất hiện mưa mùa hè sớm
nhất của gió mùa mùa hè châu Á Gió mùa mùa hè Án Độ thường xuất hiện muộn hơn sau
đó khoảng hai tuần Tuy nhiên, ngày bắt đầu mùa mưa tại Nam Bộ có sự dao động lớn
giữa các năm và phân bố mưa giữa các khu vực cũng khơng hồn tồn giống nhau
Từ mùa khơ sang mùa mưa, trong khoảng từ cuối tháng 3 đến giữa tháng 4 thường có một thời kỳ chuyển mùa kéo dài khoảng 7-10 ngày, cũng có năm thời kỳ này không rõ rệt (1996, 1999, 2000) Trong thời kỳ này, mưa thường mang tính cục bộ dưới dạng dông
nhiệt và mưa rào, xảy ra vào chiều tối và xuất hiện theo từng đợt, mỗi đợt kéo dài trong
một vài ngày Trong thời kỳ này hoàn lưu khống chế khu vực Nam Bộ thường là đới gió
tín phong của bắc bán cầu với hướng gió thịnh hành là đông nam Lượng mưa phân bố
không đều, tập trung chủ yếu ở các tỉnh thuộc khu vực miền Đông Nam Bộ Hình thế Synop trong thời kỳ này là các khối không khí lạnh với cuờng độ không mạnh và biến tính, chủ yếu di chuyển xuống vùng Hoa Nam (Trung Quốc) Đồng thời, vùng áp thấp nóng Ấn Miễn còn chưa phát triển sang phía đông được Ngoài ra, lưỡi áp cao phó nhiệt đới Tây Thái Bình Dương khống chế toàn bộ khu vực Biển Đông, trục sống cao này năm theo hướng đông - tây, vị trí trung bình ở khoảng từ 13-15°B, thể hiện từ tang thấp lên
đến mực 200mb, và dải áp thấp xích đạo hoạt động ở khoảng 3-5°B Sự tranh chấp giữa
các hệ thống này rat quyét liệt, và tùy theo mức độ ảnh hưởng của các hệ thống này sẽ
Trang 28quyết định sự bắt đầu mùa mưa đến sớm hay đến muộn Phân tích số liệu trong 18 nam,
trong thời kỳ từ cuối tháng 3 đến giữa tháng 4 của các năm 1984, 1989, 1996, 1999, 2000 chúng ta thấy lưỡi áp cao cận nhiệt đới và dải áp thấp xích đạo ở vị trí cao hơn trung bình,
trên vùng nam Biển Đông có các nhiễu động xoáy trong trường gió lệch đông ở tầng thấp,
các nhiễu động này có cường độ yếu và tồn tại không lâu, trên cao hoàn lưu vĩ hướng chiếm ưu thế gây nên những đơt mưa cách nhau vài ba ngày Nếu lưỡi cao áp cận nhiệt đới rút nhanh về phía đông, thì trên khu vực Nam Bộ và nam Biển Đông xuất hiện gió nam đến tây nam khá ôn định, và mùa mưa bắt đầu tạo ra thời kỳ chuyên mùa không rõ
rệt
Trong những năm 1988, 1991, 1992, 1997 va 1998 sau mot mua khô kéo dài với
hoạt động mạnh mẽ của các đợt không khí lạnh mạnh tràn xuống các tỉnh Bắc Bộ, trong tháng 3 và tháng 4 các khối không khí lạnh này tiếp tục tràn về phía nam và biến tính làm
cho trục sống áp cao cận nhiệt đới và dải áp thấp xích đạo lùi xuống vị trí thấp hơn trung
bình Trên cao, hoàn lưu kinh hướng chiếm ưu thế Cao áp cận nhiệt đới khống chế toàn
bộ Biển Đông từ tầng thấp lên đến 6000m Sau đó lưỡi cao này đột ngột lùi hắn về phía
đông hoặc có một áp cao từ nam bán cầu vượt lên, gid tay nam xuất hiện và bat đầu vào
mùa mưa mà không qua thời kỳ chuyển tiếp Như vậy, ta có thể thấy khá rõ trong các tháng cuối đông nếu trên tầng cao hoàn lưu vĩ hướng chiếm ưu thế thì mùa mưa đến sớm và có thời kỳ chuyên tiếp nhưng không rõ Còn nếu hoàn lưu kinh hướng chiếm ưu thế thì mùa mưa đến muộn và gần như không có chuyển tiếp Các năm bình thường thì thời kỳ
chuyên tiếp này kéo dài từ 10-20 ngày.[5]
2.2 Phương pháp đánh giá.|3|
2.2.1 Phương pháp thống kê
Để đánh giá kết quả thử nghiệm trong đồ án tốt nghiệp này, em sử dụng các chỉ số đánh giá thống kê như: sai số tuyệt đối trung bình (MAE) và sai số quân phương (RMSE)
Trang 29MAE=+)|F,-0,| N j= (2.1)
trong đó: N tông số dự báo; F; là giá trị dự báo thứ i; O; là giá tri quan trắc thứ ¡
MAE biểu thị độ lớn trung bình của sai số nhưng không nói lên xu hướng lệch của
giá trị dự báo và quan trắc
c Sai số quân phương (RMSE)
RMSE =.[MSE = |" YF - Oi)
N jx (2.2)
trong do:N tông số dự báo; F; là giá tri dự báo thứ 1; O; là giá trị quan trac thir i
Dùng để biểu thị độ lớn trung bình của sai số Cũng giống như MAE, RMSE không phản ánh xu hướng lệch giữa giá trị dự báo và giá trị quan trắc Giá trị RMSE tối ưu là RMSE = 0 tức là khi giá trị dự báo bằng giá trị quan trắc tại mọi điểm trong không gian đánh giá
2.2.2 Phương pháp đánh giá dựa vào sai số căn quân phương năng lượng trung bình thể tích
Để có thể đánh giá một cách toàn diện về tính hiệu quả của hệ thống t6 hop WRF-
LETKF với số thành phan tô hợp khác nhau, em sử dụng sai số căn quân phương năng lượng trung bình thé tich EME (volume-averaged energy root mean squared errors), céng
thức:
1 Irịt nyt C, a
EME = (U'U'+V'V'+ TT’) (2.3)
Trong đó chữ cái Uˆ, V” ký hiệu sự chênh lệch giữa giá trị thực và giá trị dự báo ở
cùng thời điểm (U, V thành phần gió vĩ hướng và gió kinh hướng, T là nhiệt độ), C; là
nhiệt dung đăng áp, T = 273 K là nhiệt độ trung bình, và trung bình trên toàn miễn lưới
Trang 30Ngoài ra trong đồ án này em còn sử dụng phương pháp đối chiếu, giữa kết quả của các thử nghiệm ứng với từng sơ đồ vi vật lý và kết quả số liệu phân tích của NCEP được
coi như là số liệu quan trắc; so sánh nhiệt độ dự báo trên với số liệu thực đo tại các trạm
khí tượng ở khu vực Nam Bộ
CHƯƠNG 3
KÉT QUÁ THÍ NGHIỆM
3.1 Thiết kế thí nghiệm
3.1.1 Cấu trúc miền lưới
Thông qua việc phân tích hoàn lưu khí quyền trong trong giai đoạn bùng nô gió mùa và căn cứ mục đích thử nghiệm để chọn ra sơ đồ vi vật lý tối ưu để dự báo trường
nhiệt độ, nên em xác định miền tính như sau: tâm miền tinh đặt tại 12°N-106.5°E, sử dụng
phép chiếu Mercator với miền tính toán bao phủ là 13S-377N và 81.5°E-131.5°E đối với
miền lưới 1, miền lưới 2 từ 4.1°N-18.77N và 98.5°E-113.5°E Cấu hình miền tính bao gồm
103 điểm lưới theo phương vĩ tuyến, 103 bước lưới theo phương kinh tuyến đối với miền
lưới 1, miền lưới 2 là 91x91 điểm lưới theo phương kinh tuyến và phương vĩ tuyến Mực
Trang 31SON, 20N 10N Ea 10S 90E 100E 110E 120E 130E Hình 3.1 Cấu trúc miễn tính Nghiên cứu chọn giai đoạn là giai đoạn bùng nỗ gió mùa trên khu vực Nam cuối tháng 04 năm 2009
3.1.2 Giai đoạn thử nghiệm
Tình hình thời tiết được Giám đốc TTKTTV Bùi Minh Tăng đã nêu rằng: “7rong
năm 2009 này, Việt Nam sẽ còn phải đối mặt với tình hình thiên tai, lụt bão dữ dội hơn 2006” Do tác động của hiện tượng La Nima 2007-2008, ở miền Bắc nước ta xuất hiện
thời tiết rét đậm kéo dài liên tục từ 14-1 đến 18-2-2008 Một trong những năm có rét đậm,
rét hại kỷ lục trong lịch sử Tuy nhiên, nhiệt độ trong cả mùa hè năm 2008 ở mức gần và
thấp hơn so với trung bình nhiều năm, nhất là ở phía bắc, nên mùa hè năm 2008 được coi
là một năm có mùa hè mát mẻ hơn mọi năm Về lượng mưa có thể nói năm 2008 là một
trong những năm có lượng mưa không bị thiếu hụt như những năm gần đây (2003, 2004
và 2006) Nhưng từ 30-10 đến 2-11-2008, mưa lớn xảy ra ở đồng bằng và trung du Bắc
bộ lượng mưa phô biến từ 100 - 300mm, một số nơi lượng mưa lớn hơn 350mm Một số
nơi đã lập kỷ lục về lượng mưa như Hà Đông (hơn 550mm), Láng - Hà Nội (xấp xỉ
400mm)
Trang 32Với xu hướng năm 2008 đó, tình hình thời tiết năm 2009 chính là mưa, bão gia
tăng: hiện tượng nóng, rét bất thường Hiện tượng bắt thường đó cũng đã được Thạc sĩ Lê
Thị Xuân Lan, Phó Phòng Dự báo Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Nam Bộ cảnh báo:
TS Xuân Lan: “Cho đến thời điểm này những bắt thường của thời tiết đã diễn ra
~ diễn ra gân như liên tục, kể cả Miễn Bắc, Miền Trung lẫn Miền Nam Năm nay, một số bắt thường có thê kế như thế này: Mùa Đông vừa qua, ở Miễn Bắc xảy ra đợt rét, rồi sau
đợt rét liên tục lại đột ngột chuyển sang thời tiết nóng và nom Riéng về hình thái thời tiết
thì năm nay chúng tôi nhận xét nó diễn ra không bình thường Thí dụ như áp thấp nóng Ấn Miến thông thường thì phải đến cuối tháng 3 này, sớm nhất cũng phải giữa tháng 3 thì mới phát triển trên khu vực phía Bắc Lào, Nam Trung Quốc và Bắc Việt Nam Nhưng năm nay, ngay sau đợt lạnh sau Tết thì lại xuất hiện áp thấp này và kéo đài liên tục trong nửa tháng, làm cho Miền Bắc rất oi bức "[LI]
Vì vậy với tình hình thời tiết bất thường của năm 2009, trong đồ án này tôi sẽ chọn
giai đoạn thử nghiệm như sau
Bang 3.1 Giai đoạn thử nghiệm Năm | Ngày thang bat đầu Ngày tháng kết Số trường hợp thúc thử nghiệm 2009 29 - 04 02 - 05 1 3.1.3 Các trường hợp thử nghiệm
Căn cứ vào mục đích nghiên cứu và bám sát nội dung nghiên cứu, chúng tôi đưa ra các thí
nghiệm như sau:
Trang 33
TN2 Dự báo trường nhiệt độ với sơ đô vi vật ly Lin
TN3 Dự báo trường nhiệt độ với sơ đô vi vat lý WSM 3
TN4 Dự bao trudng nhiét dé voi so do vi vat ly WSM 5
TNS Dự báo trường nhiệt độ với sơ đô vi vat ly Eta
TN6 Dự báo trường nhiệt độ với sơ đô vi vatl y WSM 6
3.2 Kết quả thí nghiệm
3.2.1 Các mơ phỏng hồn lưu qui mô lớn
Hình 3.2 và hình 3.3 lần lượt là các bản đồ đường dòng mực 850hPa với hình a là
số liệu phân tích từ trung tâm dự báo Quốc gia Hoa Kỳ NCEP được coi như số liệu quan
trắc (ANA), các hình còn lại b, c, d, e, f va 5 lần lượt là kết quả dự báo của mô hình WRF
Trang 3400/30APR2009 + (07) local time 00Z30APR2009 + (07) local time 00Z30APR2009 + (07) local time Hình 3.2 Bản đô đường dòng và tốc độ gió mực 850hPa 4)ANA; b)TN!; c)TN2; d)TN3; e)TN4; J)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 30/4/2009
Từ số liệu phân tích (hình 3.2a) cho thấy lưỡi áp cao cận nhiệt đới bao trùm khu
vực phía bắc Việt Nam và có trục theo hướng đông bắc, khu vực Biển Đông xuất hiện
một áp thấp yếu gần vùng Nam Trung Bộ Việt Nam ở khoảng 12°N va 118°E Trong khi đó áp cao tây bắc Thái Bình Dương vẫn duy trì hoạt động ở kinh tuyến 112E với trục áp
cao song song với đường vĩ tuyến ở khoảng 15°N Như vậy, thời điểm này, khu vực Nam
Bộ nằm trong khu vực giao tranh giữa các hệ thống áp thấp phía tây và áp cao ở phía đông Hình thế này cũng được thấy ở các thử nghiệm TNI (hình 3.2b) và TN5 (hình 3.2)
Các thử nghiệm còn lại thể hiện vùng áp thấp trên Biển Đông yếu hơn nhiều Tuy nhiên
thử nghiệm TN2 (hình 3.2c) và TN5 (hình 3.2f) cho kết quả mô phỏng áp cao cận nhiệt
đới khá tương đồng với số số liệu phân tích Ngoài ra ở phía nam Việt Nam gần vùng xích
đạo, ta thấy được một yên khí áp yếu khoảng 4'N và 106°E (hình 3.2a) Tương tự trong các thử nghiệm thì kết quả của TN2 (hình 3.2c) và TN6 (hình 3.2g) cũng cho một yên khí
Trang 35áp giống với số liệu quan trắc phân tích (hình 3.2a), còn các kết quả thử nghiệm còn lại
không thê hiện được yên khí áp này SIN 20N T0N cal, OOZOTMAY2009 + (07) 1IĐE local time Vs 00Z01MAY2009 + (07) local time 4 OOZOTMAY2009 + (07) local time 20N je a J VFA tá ‘ we sa
Hình 3.3 Bản đô đường dòng và tốc độ gió mực 850hPa a)ANA; b) TNI; c)TN2; 4)TN3; e)TN4; J)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày
01/05/2009
Đến ngày 01/05/2009, áp cao cậdn nhiệt đới di chuyền lên phía bắc và bắt đầu suy yếu Tuy nhiên lưỡi áp cao này vẫn còn ảnh hưởng đến khu vực phía bắc Việt Nam (hình
3.3a), sự ảnh hưởng này rõ rệt nhất ở vùng Bắc bộ đến Bắc Trung bộ Việt Nam khoảng
Trang 3618N, trong khi đó ở vùng Nam bộ hầu như không chịu ảnh hưởng của lưỡi áp cao này Đồng thời tâm áp thấp trên Biển Đông dich sang phía đông ở khoang 12°N va 120°E va phát triển mạnh hơn bao trùm Việt Nam và biển Đông Còn một yên khí áp quan sát được
lúc 00 giờ ngày 30/04/2009 đã suy yếu trong ngày 01/05/2009 Hình thế này cũng thấy ở
các kết quả thử nghiệm TN2, TN3 và TNŠ (hinh 3.3c, 3.3d, 3.3f) Các thử nghiệm còn lại
mô phỏng tâm áp thấp ở Biển Đông mạnh lên rõ rệt sau 24 giờ dự báo (hình 3.3b, 3.3e và
Trang 37U050/4i20U2BMUANSSOINLLN E==sBNNSNSSsssss ——————— — 30N Tee 4
20N yy Sey ANE Hình 3.4 Bản đô đường dòng và tốc độ gió mực 5(00hPa
XI oe a@)ANA; b)TNI; c)IN2; d)IN3; e) TN4; TINS va g)TN6 lúc (00h a, )) : =i Loy ISG ngày 30/04/2009 OGCK A g{%vv> » SỐ 100E TIĐE 120E 3
Ở mực 500 hPa lúc 00 giờ ngày 30/04/2009, ở phía bắc Việt Nam xuất hiện rãnh gió tây rõ rệt (hình 3.4a) kết quả dự báo rãnh gió tây của các thử nghiệm TNI, TN2 (hình 3.4b và 3.4c) khá tương đồng với số liệu phân tích Còn một lưới áp cao ở phía tây Việt Nam được mô phỏng trong tất cả các thử nghiệm (hình 3.4b, c, d, e, f, g) đều tương đồng với số liệu quan trắc (hình 3.4a) Bên cạnh đó còn có thành phân gió vượt xích đạo thôi từ Nam Bán cầu lên Bắc Bán cầu, sau khi vượt qua xích đạo chuyên hướng thành gió tây nam và ảnh hưởng trực tiếp ở vùng Nam Bộ Việt Nam Các thử nghiệm TNI1, TN2 và TN5 (hình 3.4b, c, f) đưa ra được các kết quả mô phỏng tương đồng với số liệu phân tích
Ở vùng đông nam Trung Quốc, ta thấy được một áp thấp yếu trong số liệu phân tích ANA
Trang 3800Z01MAY2009 + (07) local time a 20N WA Sứ 00Z01MAY2009 + (07) local time 00Z01MAY2009 + (07) local time SS) NY, ĐÀ a ae iS WW) ) SSAC 2 À SỐE 100E 1IĐE 00Z01MAY2009 + (07) local time 120E 130E
Hình 3.5 Ban đồ đường dòng và tốc độ gió mực 500hPa
4)ANA; b)TN!; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f) INS va g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009
Lúc 00 giờ ngày 01/05/2009 tức sau 24 giờ dự báo, thử nghiệm TNI và TNó (hình 3.5b, g) cho kết quả dự báo rãnh gió tây ở phía bắc Việt Nam tương đương với số liệu
phân tích (hình 3.5a) và áp thấp lúc 00h ngày hôm trước không còn tồn tại nữa Còn lưỡi
áp cao phía tây Việt Nam trong dự báo của thử nghiệm TN6 (hình 3.5g) phù hợp với số liệu phân tích (hình 3.5a) Trong khi các thử nghiệm khác đều mô phỏng cường độ mạnh hơn so số liệu phân tích (hình 3.5a) Lúc này, lưỡi áp cao phía tây Việt Nam thì phát triển mạnh và thôi lan sang phía đông Việt Nam nhiều hơn so với ngày 30/04/2009
Trang 3900Z30APR2009 + (07) local time 00Z30APR2009 + (07) local time We Mes SÓE 100E 1108 120E 3 1IĐE 120E 10 20 25 30 35 45_ 50 60 Hình 3.6 Bản đô đường dòng và tốc độ gió mục 200hPa đ)ANA; b)TN!; c)TN2; d)TN3; e) TN4;.J)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009
Tại mực 200 hPa, lúc 00 giờ ngày 30/4/2009 đới gió tây được mô phỏng trong các
thử nghiệm TNI, TN2, TN5 (hình 3.6b, c, f) khá tương đồng với số liệu phân tích (hình
3.6a) Sang 00 giờ ngày 01/05/2009 trong tất cả các thử nghiệm đều mô phỏng một áp cao có tâm gần miền trung Việt Nam ngoại trừ thử nghiệm TNI (hình 3.6b) Ngoài ra quan sát trong hình 3.6a, có một áp thấp yếu ở gần xích đạo nằm ở phía tây nam Việt Nam khoảng
Trang 402°N nhưng các thử nghiệm không thé hiện rõ được áp thấp nay Áp thấp nay sang 00 giờ ngày 01/05/2009 thì hoàn toàn tan đi 00Z01MAY2009 + (07) local time 00Z01MAY2009 + (07) local time 00Z01MAY2009 + (07) local time — H ` a 2 5 10 20 25 30 35 40 45 50 60 Hình 3.7 Bản do đường dòng va toc d6 gid muc 200hPa
a)ANA; b)TNI; c)IN2; d)IN3; e) TN4; INS va g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009