Thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão trên khu vực biển đông hạn 5 ngày bằng mô hình RAMS với số liệu ECMWF

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN QUỲNH TRANG THỬ NGHIỆM DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG HẠN NGÀY BẰNG MƠ HÌNH RAMS VỚI SỐ LIỆU ECMWF LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Quỳnh Trang THỬ NGHIỆM DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG HẠN NGÀY BẰNG MƠ HÌNH RAMS VỚI SỐ LIỆU ECMWF Chuyên ngành: Khí tượng khí hậu học Mã số: 60.440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Trần Tân Tiến Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TS Trần Tân Tiến, người tận tình hướng dẫn, bảo truyền đạt kinh nghiệm cho tơi q trình học tập hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy cô cán khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học cung cấp cho kiến thức chuyên môn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất suốt thời gian học tập làm việc Khoa Tôi xin cảm ơn Phòng sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện cho tơi có thời gian hồn thành luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, đồng nghiệp bạn bè, người ln dành cho tơi quan tâm động viên, tình yêu thương tạo điều kiện tốt để tơi có động lực học tập, phấn đấu suốt thời gian học tập trường Trần Quỳnh Trang Mục lục Chương BÃO VÀ DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BẰNG MƠ HÌNH SỐ 1.1 Tổng quan bão 1.1.1 Khái niệm định nghĩa bão ………………………………….3 1.1.2 Phân loại bão …………… ……………………………………… 1.2 Hoạt động bão Biển Đông .……………4 1.3 Dự báo quỹ đạo mô hình số… .……………6 Chương MƠ HÌNH RAMS VÀ SỐ LIỆU ECMWF 15 2.1 Giới thiệu chung mơ hình RAMS 15 2.1.1 Các phương trình .15 2.1.2 Cấu trúc lưới 17 2.1.2.1 Phép chiếu đồ 17 2.1.2.2 Hệ toạ độ địa hình .17 2.1.2.3 Các mực thẳng đứng 18 2.1.3 Sai phân thời gian 18 2.1.4 Các điều kiện biên .21 2.1.5 Sơ đồ đối lưu .22 2.1.5.1 Sơ đồ Kuo 22 2.1.5.2 Sơ đồ Kain - Fritsch gốc .23 2.2 Sơ lược phương pháp cài xoáy giả bước thực 26 2.2.1 Phương pháp cài xoáy giả 26 2.2.2 Chuẩn bị số liệu đầu vào cài xoáy thử nghiệm 27 2.3 Số liệu ECMWF 28 2.3.1 Mô tả số liệu ECMWF 28 2.3.2 Thiết lập miền tính tham số mơ hình RAMS 28 2.4 Chỉ số đánh giá dự báo 29 Chương KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO HẠN NGÀY TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG 31 3.1 Danh sách bão 31 3.2 Dự báo thử nghiệm hai bão điển hình .33 3.2.1 Dự báo thử nghiệm bão Megi (13 - 23/10/2010 33 3.2.1.1 Diễn biến hình synốp bão Megi 2010 .33 3.2.1.2 Kết dự báo bão Megi mơ hình RAMS .35 3.2.2 Dự báo thử nghiệm bão Nalgae (27/9 - 05/10/2011 40 3.2.2.1 Diễn biến hình synốp bão Nalgae 2011 40 3.2.2.2 Kết dự báo bão Nalgae mơ hình RAMS 42 3.2.3 So sánh sai số quỹ đạo bão mơ hình RAMS số liệu ECMWF NCEP 44 3.3 Kết dự báo thử nghiệm số liệu ECMWF: 2009 - 2011 45 3.3.1 Sai số dự báo chưa hiệu chỉnh 45 3.3.2 Hiệu chỉnh sai số hệ thống 47 Kết luận 50 Tài liệu tham khảo 52 Danh mục hình ảnh biểu đồ Hình 1.1 Biểu đồ sai số khoảng cách dự báo bão tây bắc Thái Bình Dương JTWC trung bình sai số dự báo năm thời điểm 24h, 48h 72h Hình 1.2 Biểu đồ sai số khoảng cách dự báo bão tây bắc Thái Bình Dương JTWC trung bình sai số dự báo năm thời điểm 96h 120h Hình 1.3 Sai số trung bình dự báo quỹ đạo bão khu vực tây bắc Thái Bình Dương trung tâm cảnh báo bão Mỹ (NHC) Hình 1.4 Sai số dự báo quỹ đạo bão hệ thống dự báo tất định JMA Hình 1.5 Sai số dự báo quỹ đạo bão trung tâm giới cho khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương: hình a, b, c tương ứng năm 2009, 2010, 2011 10 Hình 1.6 Sai số dự báo quỹ đạo bão phụ thuộc vào thành phần tổ hợp 14 Hình 2.1 Sơ đồ ban đầu hoá xoáy (cài xoáy giả) 26 Hình 2.2 Miền tính sử dụng mơ hình RAMS 29 Hình 2.3 Sơ đồ mô tả sai số khoảng cách, sai số dọc, sai số ngang 30 Hình 3.1 Quỹ đạo thực bão Megi (13 – 23/10/2010) 34 Hình 3.2 Ảnh vệ tinh, Megi vượt qua bán đảo Luzon vào biển Đơng 34 Hình 3.3 Sai số dự báo quỹ đạo bão Megi so với thực tế 36 Hình 3.4 Quỹ đạo dự báo bão Megi thời điểm 16/10/2010 37 Hình 3.5 Sai số dự báo quỹ đạo bão Megi so với thực tế 38 Hình 3.6 Quỹ đạo dự báo bão Megi thời điểm 17/10/2010 39 Hình 3.7 So sánh sai số PE hai thời điểm dự báo 39 Hình 3.8 Quỹ đạo thực bão Nalgae (27/9 – 05/10/2011) 40 Hình 3.9 Sai số dự báo quỹ đạo bão Nalgae so với thực tế 43 Hình 3.10 Quỹ đạo dự báo bão Nalgae thời điểm 29/9/2011 43 Hình 3.11 Biều đồ so sánh sai số dự báo mơ hình RAMS số liệu ECMWF số liệu NCEP 44 Hình 3.12 Biểu đồ trung bình sai số khoảng bão năm 2009 – 2011 47 Hình 3.13 So sánh sai số khoảng cách trước sau hiệu chỉnh 49 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Sai số khoảng cách bão 2009 – 2011, Cơng Thanh (2013) 13 Bảng 2.1 Các kí hiệu sử dụng mơ hình 16 Bảng 3.1 Các bão thời điểm dự báo thử nghiệm luận văn 32 Bảng 3.2 Sai số dự báo bão Megi thời điểm 00z ngày 16/10/2010 35 Bảng 3.3 Sai số dự báo bão Megi thời điểm 00z ngày 17/10/2010 37 Bảng 3.4 Sai số dự báo bão Nalgaei thời điểm 00z ngày 29/9/2011 42 Bảng 3.5 Sai số dự báo bão thử nghiệm mơ hình RAMS với sơ liệu ECMWF 45 Bảng 3.6 Kết tính sai số trung bình chuỗi số liệu độc lập 48 Bảng 3.7 Kết trung bình sai số khoảng cách chưa hiệu chỉnh sau hiệu chỉnh chuỗi số liệu, chuỗi trường hợp phụ thuộc trường hợp độc lập 48 DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT BIAS: Building an Integrative Analytical System ECMWF: Trung tâm dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu (European Centre for Medium Range Weather Forecasts) ENSO: El Nino – dao động nam (El Nino Soủtern Oscillation) ETA: Mơ hình dự báo thời tiết bất thủy tĩnh (sử dụng hệ tọa độ “eta”) HRM: Mơ hình khu vực độ phân giải cao (The High-resolution Regional Model) MAE: Sai số trung bình tuyệt đối (mean absolute error) ME : Sai số trung bình (mean error) MM5: Hoa Kỳ Đại học bang Pennsylvania hệ thứ (The NCAR/PSU 5th Generation mesoscale Model) RAMS: Hệ thống mơ hình hóa khí khu vực (Regional Atmospheric Modeling System) SANBAR Mơ hình áp SANBAR (Sanders Barotropic Hurricane Track Forecast Model) TC: xoáy thuận nhiệt đới (tropical cyclone ) TD: Áp thấp nhiệt đới (tropical depsion) TS: Bão nhiệt đới (tropical storm) VICBAR WRF: Mơ hình phổ áp VICBAR (Vic Ooyama Barotropic Model) Mơ hình nghiên cứu dự báo thời tiết Forecast) (Weather Reseach and MỞ ĐẦU Bão hay xoáy thuận nhiệt đới tượng thời tiết nguy hiểm với sức ảnh hưởng lớn đến hoạt động tàu thuyền biển, tài sản, tính mạng người bão đổ vào đất liền Dưới tác động tượng biến đổi khí hậu toàn cầu, tần suất, cường độ quỹ đạo bão ngày phức tạp có nhiều bão mạnh hay “siêu bão” hoạt động Nghiên cứu, dự báo tần suất, quỹ đạo hay cường độ bão nhiệm vụ hàng đầu nhà dự báo khí tượng, nhằm nâng cao chất lượng dự báo bão giảm nhẹ thiên tai bão gây Bão dự báo nhiều phương pháp phương pháp synốp, thơng kê hay mơ hình số phương pháp dự báo bão mơ hình ứng dụng rộng rãi giới Việt Nam tính hữu ích tiện dụng kết mơ hình nhà khí tượng người sử dụng Ngày nay, trước thành mơ hình số giới Việt Nam, dự báo bão phát triển mạnh mẽ, ứng dụng rộng rãi nghiên cứu nghiệp vụ Nguồn số liệu đầu vào cho mơ hình dự báo yếu tố quan trọng định độ xác kết dự báo mơ hình số, việc thử nghiệm nguồn số liệu khác Trung tâm dự báo khác giới cần thiết nhằm nâng cao chất lượng dự báo khảo nghiệm độ xác mơ hình số Mơ hình RAMS mơ hình số nghiên cứu ứng dụng nhiều dự báo khí tượng, đặc biệt dự báo bão hạn đến ngày Mơ hình RAMS tích hợp tốt với nguồn số liệu khác nhau, biến khai báo bản, dễ sử dụng kết dự báo mơ hình RAMS ứng dụng cao thực nghiệm tốt Với tiện ích độ xác cao mơ hình RAMS, tác giả sử dụng số liệu Trung tâm dự báo hạn vừa Châu Âu ECMWF thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão Biển Đông hạn ngày Số liệu ECMWF lần đầu sử dụng làm đầu vào chạy thử nghiệm mơ hình RAMS dự báo quỹ đạo bão khu vực Biển Đông Việt Nam Tác giả sử dụng số liệu bão ECMWF 03 năm: 2009 – 2011 nhiều bão với hai sơ đồ đối lưu Kain – Fritsch Kuo để chạy thử nghiệm, đề tài luận văn chọn: “Thử Nghiệm dự báo quỹ đạo bão khu vực Biển Đơng hạn ngày mơ hình RAMS với số liệu ECMWF” Bố cục luận văn gồm phần: MỞ ĐẦU Chương 1: Bão dự báo quỹ đạo bão mơ hình số Chương 2: Mơ hình RAMS số liệu ECMWF Chương 3: Kết thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão hạn ngày khu vực Biển Đông Kết luận Tài liệu tham khảo hướng Tây Tây Tây Nam khoảng 10 - 15 km/h Chiều 5/10, di chuyển đến vùng biển ngồi khơi Nghệ An – Quảng Bình ATNĐ suy yếu thành vùng áp thấp tan dần Bão Nalgae phát sinh vùng biển phía đơng quần đảo Philippin, cường độ bão lúc mạnh đạt cấp 15 Do ảnh hưởng bão Nalgae kết hợp với không khí lạnh tăng cường phía Bắc nên Bắc Bộ Bắc Trung Bộ có mưa vừa, có nơi mưa to gió mạnh Bên cạnh đó, bão Nalgae hoạt động thời điểm với bão Nisat (1118) tiến vào đất liền có cường độ bão mạnh, tương tác đến phát triển đường bão Nalgae cách đáng kể Việc dự báo quỹ đạo cường độ bão Nalgae gặp khó khăn Hình synốp Bão Nalgae hình thành dải hội tụ nhiệt đới có vị trí khoảng 16 – 190N hoạt động thời điểm bão Nisat tiến vào đất liền Ngoài hoạt động bão Nisat hoạt động Khơng khí lạnh vĩ độ cao Áp cao cận nhiệt đới tác động rõ nét đến quỹ đạo thiên hướng Tây ổn định bão Nalgae Ngày 27/9/2011, Áp thấp nhiệt đới hình thành khu vực phía Đơng Bắc Philippin dải hội tụ nhiệt đới có trục vào khoảng 16 – 190N ngày 28/9/2011 áp thấp nhiệt đới mạnh lên thành bão Nalgae Tại thời điểm Lưỡi áp cao lạnh lục địa bắt đầu có xu hướng tăng cường xuống phía Nam; cao Lưỡi áp cao cận nhiệt đới lấn phía Tây hoạt động yếu với trục tương đối cao khoảng 250N Như vậy, bão Nalgae hình thành phát triến phía Nam dịng dẫn đường, Lưỡi áp cao cận nhiệt đới nên bão Nalgae thiên hướng Tây Ngày 01/10/2011, bão Nalgae vào Biển Đông tiếp tục di chuyển thiên hướng Tây Khơng khí lạnh bắt đầu tăng cường mạnh xuống phía Nam với đường đẳng áp ken sít tâm mở Hmax 1035mb; cao Lưỡi áp cao cận nhiệt đới tiếp tục hoạt động yếu rút chậm phía Đơng Ngày 04/10/2011, Khơng khí lạnh bắt đầu suy yếu, nhiên vùng vĩ độ 220N trở lên phía Bắc bị xâm nhập lạnh nên nhiệt tương đối thấp, sau qua khu vực phía Nam đảo Hải Nam 41 (Trung Quốc) ma sát với lục địa vào vịnh Bắc Bộ (vùng biển lạnh) bão Nalgae suy yếu nhanh tan khơi tỉnh Nghệ An – Quảng Bình 3.1.2.2 Kết dự báo bão Nalgae mơ hình RAMS Tại thời điểm tiến hành thử nghiệm lúc 00z ngày 29/9/2011, bão Nalgae có vị trí khoảng 18.10N – 134.20E cường độ vùng gần tâm bão mạnh cấp 14 – cấp 15 Kết sai số trung bình khoảng cách, sai số dọc sai số ngang thử nghiệm với sơ đồ đối lưu Kuo KF biểu diễn Bảng 3.4 Hình 3.9 Bảng 3.4 Sai số dự báo bão Nalgaei thời điểm 00z ngày 29/9/2011 Hạn dự Kain – Fritsch Kuo báo (h) PE (km) ATE (km) CTE (km) PE (km) ATE (km) CTE (km) 24 87.78 85.00 -21.92 87.78 85.00 -21.92 48 328.37 -287.86 158.01 355.53 -319.48 156.00 72 530.30 -480.19 225.03 441.39 -385.51 214.96 96 202.73 -194.49 57.21 507.03 -336.84 378.97 120 182.26 -180.39 -25.98 328.78 -183.87 272.56 Thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão Nalgae với số liệu ECMWF với mơ hình RAMS cho kết tốt thời điểm 00z đến 24h từ 96h đến 120h với sai số trung bình khoảng cách bé sát so với quỹ đạo thực bão Hạn dự báo bão 24h có sai số khoảng cách bé so với quỹ đạo thực khoảng 88 km Sai số khoảng cách tăng cao thời điểm 48h đến 72h với hai sơ đồ Kuo KF khoảng 300 - 500km Trong hạn dự báo 96h, sai số khoảng cách giảm sơ đồ KF có sai số nhỏ sơ đồ Kuo khoảng 305 km Đến hạn dự báo 120h, sai số khoảng cách sơ đồ KF tiếp tục giảm tiếp tục nhỏ sơ đồ Kuo 146 km Như vậy, sai số khoảng cách hai sơ đồ đối lưu tốt so với thực tế trường hợp sơ đồ Kuo có xu hướng dự báo quỹ đạo bão tốt trường hợp sơ đồ KF từ 00h đến 48h, sau từ 48h sơ đồ KF dự báo quỹ đạo tốt Kuo 42 Sai số k hoảng cách PE dự báo bão Nalgea thời điểm 29/9/2011 Sai số dọc ATE dự báo bão Nalgea thời điểm 29/9/2011 600 200 500 100 400 KF 300 Km Km -100 Kuo KF -200 Kuo -300 200 -400 100 -500 -600 Ngày dự báo Ngày dự báo g) h) S số ngang CTE dự báo bão Nalgea thời điểm 29/9/2011 Hình 3.9 Sai số dự báo quỹ đạo bão 400 350 Nalgae so với thực tế 300 Km 250 200 g) Sai số khoảng cách KF Kuo 150 h) Sai số dọc 100 50 i) Sai số ngang -50 Ngày dự báo i) Sai số dọc hai trường hợp có giá trị dương từ ngày dự báo thứ 1, điều cho thấy mơ hình dự báo bão di chuyển dọc nhanh so với vị trí thực tế, từ ngày dự báo thứ mô hình dự báo bão di chuyển chậm so với thực tê Sai số ngang sơ đồ Kuo mô hình dự báo bão di chuyển lệch nhiều bên trái so với thực tế độ lệch lớn hạn dự báo tăng khoảng ngày dự báo thứ thứ Với sơ đồ KF mô hình dự báo bão di chuyển lệch trái tương đối cân xứng so với quỹ đạo thực tế Hình 3.10 Quỹ đạo dự báo bão Nalgea thời điểm 29/9/2011 với sơ đồ KF (bên trái) sơ đồ Kuo (bên phải) 43 Từ hình 3.10 ta thấy quỹ đạo dự báo hai sơ đồ KF Kuo tốt so với quỹ đạo bão thực Với sơ đồ KF có quỹ đạo dự báo tốt ngày dự báo thứ thứ 5, nhiên ngày dự báo thứ đến thứ xa so với quỹ đạo thực Với sơ đồ Kuo dự báo tốt ngày dự báo thứ ngày dự báo thứ 2, sau có sai số dự báo cao xu hướng di chuyển bão Nalgae lệch lên phía Bắc thực tế 3.2.3 So sánh sai số dự báo quỹ đạo bão mơ hình RAMS số liệu ECMWF NCEP Kết dự báo ba thời điểm thử nghiệm với bão Megi Nalgae mơ hình RAMS có cài xốy giả với số liệu ECMWF so sánh với kết thử nghiệm thời điểm với số liệu NCEP chạy sơ đồ Kuo Hình 3.11 Trong Hình 3.11 tác giả lấy trung bình sai số thời điểm 24, 48, 72, 96 120 sơ đồ KF, Kuo với số liệu ECMWF sơ đồ Kuo với số liệu NCEP để so sánh Biểu đồ so sánh sai số dự báo mô hình RAMS số liệu ECMWV NCEP 500 Km 400 KF ECMWF 300 Kuo ECMWF 200 Kuo NCEP 100 Ngày dự báo Hình 3.11 Biều đồ so sánh sai số dự báo mô hình RAMS số liệu ECMWF số liệu NCEP Ta thấy rằng: - Mơ hình RAMS chạy thử nghiệm số liệu ECMWF với sơ đồ KF Kuo có sai số dự báo không ổn định, tăng, giảm sai số dự báo thời điểm dự báo khơng có tính tăng dần chạy thử nghiệm số liệu NCEP với sơ đồ Kuo - Sai số KF ECMWF sai số Kuo ECMWF thời điểm 24 lớn so với Kuo NCEP 100 – 150 km Một khoảng cách sai số lớn thời điểm 24 44 - Mơ hình RAMS chạy thử nghiệm số liệu ECMWF với sơ đồ KF cho kết sai số cao chạy thử nghiệm NCEP với sơ đồ Kuo từ thời điểm 24 đến 72 sau thời điểm 72 sai số dự báo gần tương đương - Đánh giá sai số mơ hình RAMS với sơ đồ Kuo chạy thử nghiệm số liệu ECMWF có sai số lớn chạy thử nghiệm NCEP từ thời điểm 24 đến 48 Nhưng sau kết sai số dự báo với số liệu ECMWF có sai số bé 30 – 50 km so với sai số dự báo chạy thử nghiệm NCEP 3.3 Kết dự báo thử nghiệm số liệu ECMWF: 2009 – 2011 3.3.1 Sai số dự báo chưa hiệu chỉnh Trong số liệu ECMWF từ năm 2009 – 2011 tác giả sử dụng 09 bão với 30 thời điểm dự báo 60 trường hợp dự báo với hai sơ đồ đối lưu KF Kuo mơ hình RAMS Bảng 3.6 thể kết sai số khoảng cách thời điểm dự báo 24h, 48h, 72h, 96h 120h hai sơ đồ đối lưu trên, dấu “-” bảng thời điểm mơ hình khơng tìm tâm bão Bảng 3.5 Sai số dự báo bão thử nghiệm mơ hình RAMS với sơ liệu ECMWF ST T Tên bão Thời điểm KF Bước Kuo 24 48 72 96 120 24 48 72 96 120 03/05/2009 21 144 225 155 165 556 144 225 155 165 554 04/05/2009 17 139 64 148 512 - 139 64 70 524 - 05/05/2009 12 155 398 - - - 155 398 - - - 17/10/2009 21 359 489 419 309 312 347 489 419 208 240 18/10/2009 21 391 365 324 409 423 391 365 261 275 189 20/10/2009 21 316 382 407 498 798 316 375 325 413 762 21/10/2009 17 382 344 467 809 - 382 291 366 709 - 01/10/2009 15 317 514 697 - - 317 514 697 - - 02/10/2009 12 151 395 799 - - 151 395 760 - - 10 03/10/2009 14 99 81 297 - - 124 49 307 - - 11 04/10/2009 19 230 406 700 401 - 230 376 381 - - 12 05/10/2009 11 297 340 - - - 297 277 251 754 - 13 06/10/2009 17 351 54 584 888 351 24 589 899 CHANHO M LUPIT PAMAR 45 14 07/10/2009 10 196 657 - - - 196 628 - - - 15 08/10/2009 16 192 419 801 - - 192 419 801 - - 16 09/10/2009 16 261 407 732 - - 261 407 732 - - 13/07/2010 15 131 271 707 - - 131 271 707 - - 15/09/2010 21 458 491 319 303 691 458 491 319 303 691 19 16/09/2010 18 414 183 312 757 - 414 183 312 757 - 20 16/10/2010 21 242 285 309 312 558 242 224 279 267 513 17/10/2010 21 346 463 246 383 547 346 290 143 382 525 22 18/10/2010 14 338 356 651 - - 327 246 383 547 772 23 19/10/2010 21 219 308 519 702 811 219 277 492 640 815 21/06/2011 18 190 217 153 703 - 190 217 146 670 - 25 22/06/2011 16 243 185 457 - - 243 185 457 - - 26 29/07/2011 21 366 409 462 526 577 366 409 462 526 577 30/07/2011 21 339 400 475 478 380 339 400 475 478 380 28 31/07/2011 21 384 406 433 380 340 384 406 433 367 347 29 02/08/2011 19 490 491 528 608 - 490 491 590 635 - 29/09/2011 21 88 328 530 203 182 225 134 227 134 134 274 344 468 492 515 279 317 412 483 500 17 18 21 24 27 30 CONSON PANAPI MEGI MEARI MUIFA NAEGLE Trung bình (km) Kết dự báo quỹ đạo với số liệu ECMWF mơ hình RAMS 09 bão, 30 thời điểm dự báo 60 trường hợp thử nghiệm dự báo với hai sơ đồ đối lưu KF Kuo Kết tính tốn sử dụng phân tích tính trung bình sai số khoảng cách 60 trường hợp đánh giá kết dự báo với số liệu ECMWF Dưới Hình 3.12 biểu diễn trung bình sai số khoảng cách với hai sơ đồ đối lưu KF Kuo 46 Biểu đồ trung bình sai số khoảng 09 bão năm 2009 - 2011 600 500 Km 400 KF 300 Kuo 200 100 Ngày dự báo Hình 3.12 Biểu đồ trung bình sai số khoảng bão năm 2009 – 2011 Ta thấy rằng: - Trong khoảng ngày dự báo thứ 1, sai số dự báo hai sơ đồ KF Kuo tương đồng sai số dự báo lớn so với sai số dự báo Việt Nam giới khoảng 80 – 150 km - Kết dự báo hai sơ đồ KF Kuo chạy thử nghiệm với mơ hình RAMS có sai số khoảng cách lớn đồng với Nhìn chung kết dự báo sơ đồ đối lưu Kuo tốt sơ đồ đối lưu KF với sai số khoảng cách bé ổn định Sau nhận kết dự báo bão 09 bão năm 2009 – 2011, nhận thấy sai số dự báo lớn không ổn định Tác giả sử dụng hiệu chỉnh sai số hệ thống BIAS để giảm sai số hệ thống mơ hình 3.3.2 Hiệu chỉnh sai số hệ thống Cơng thức tính sai số trung bình BIAS: BIAS  ME  N N  (F i 1 i  Oi ) (3.1) Với: Fi thành phần dự báo; Oi thành phần quan trắc Sử dụng cơng thức (3.1) để tính sai số trung bình vĩ độ kinh độ cho tập mẫu 27 trường hợp phụ thuộc 03 trường hợp độc lập (các trường hợp thử nghiệm trước gồm 00z ngày 16, ngày 17/10/2010 bão Megi 00z ngày 29/9/2011 bão Nalgae) hai sơ đồ đối lưu KF Kuo Kết tính tốn hiệu chỉnh kinh độ vĩ độ chuỗi số liệu độc lập cho Bảng 3.7 47 Bảng 3.6 Kết tính sai số trung bình chuỗi số liệu độc lập Hạn dự Kain - Fritsch Kuo báo (h) 24  (độ)  (độ) Số mẫu  (độ)  (độ) Số mẫu 1.274 -1.733 27 1.226 -1.411 27 48 1.293 -0.907 27 0.823 -0.796 27 72 0.997 0.813 23 0.094 -0.433 18 96 -0.115 -3.092 13 -1.373 -0.991 11 120 0.680 -3.850 10 -1.089 -2.033 Sau có kết sai số trung bình vĩ độ kinh độ, ta tiến hành hiệu chỉnh kết dự báo trường hợp độc lập mẫu thử nghiệm theo công thức: φdbhc = φdb -  ; λdbhc = λdb -  Với (3.2) φdbhc , λdbhc vĩ độ dự báo kinh độ dự báo hiệu chỉnh φdb , λdb vĩ độ dự báo kinh độ dự báo chưa hiệu chỉnh Từ (3.2), ta tính sai số cho mẫu thử nghiệm trung bình sai số khoảng cách tất trường hợp thử nghiệm Bảng 3.7 Kết trung bình sai số khoảng cách chưa hiệu chỉnh sau hiệu chỉnh chuỗi số liệu, chuỗi trường hợp phụ thuộc trường hợp độc lập Hạn dự Kain – Fritsch Kuo báo PE 24 274 192 180 193 279 191 193 198 48 344 341 325 349 317 292 292 290 72 468 442 429 325 412 402 404 389 96 492 473 400 319 483 470 457 505 120 515 469 482 494 500 473 481 482 PE 30 (km) PE 27 (km) PE (km) PE PE 30 (km) PE 27 (km) PE (km) Trung bình sai số khoảng cách 30 trường hợp chưa hiệu chỉnh (PE), 30 trường hợp hiệu chỉnh ( PE 30 chuỗi độc lập trường hợp ( PE (km) ,), chuỗi phụ thuộc 27 trường hợp ( PE (km) 27 (km) )và ) đánh giá so sánh nhằm kiểm nghiện hệ số hiệu chỉnh kinh độ, vĩ độ kết dự báo quỹ đạo bão mơ 48 hình RAMS Kết trung bình sai số khoảng trước sau hiệu chỉnh biểu diễn Bảng 3.8 Hình 3.13 : So sánh sai số khoảng cách sơ đồ KF trước sau hiệu chỉnh So sánh sai số khoảng cách sơ đồ Kuo trước sau hiệu chỉnh 600 600 500 300 200 100 PE chưa HC 400 PE HC PE phụ thuộc PE độc lập Km Km 500 PE chưa HC 400 PE HC PE phụ thuộc PE độc lập 300 200 100 Ngày dự báo Ngày dự báo Hình 3.13 So sánh sai số khoảng cách trước sau hiệu chỉnh Ta thấy rằng: - Sai số dự báo sau hiệu chỉnh làm giảm sai số khoảng cách đáng kể hạn dự báo 24h giảm 96km với sơ đồ KF 171km với sơ đồ Kuo Các hạn dự báo hai sơ đồ giảm khoảng từ 10 - 40km so với sai số dự báo chưa hiệu chỉnh - Đối với chuỗi số liệu phụ thuộc (27 trường hợp) cho kết sai số tốt chuỗi 30 trường hợp chưa, hiệu chỉnh Điều cho thấy rằng, chuỗi số liệu phục thuộc độc lập đáng tin cậy sử dụng giá trị kinh độ, vĩ độ hiệu chỉnh cho trường hợp thử nghiệm độc lập sau 49 KẾT LUẬN Một số kết luận văn đạt sau: 1/ Khai quát hoạt động bão Biển Đông nghiên cứu dự báo quỹ đạo bão mơ hình số giới Việt Nam 2/ Giới thiệu mơ hình RAMS số liệu ECMWF, ứng dụng cài xoáy giả cho mơ hình RAMS hai sơ đồ đối lưu KF Kuo 3/ Trong dự báo thử nghiệm bão Megi Nalgae: - Kết dự báo thử nghiệm bão Megi Nalgae tốt Quỹ đạo bão sát so với thực tế Đặc biệt kết dự báo quỹ đạo bão Megi chuyển hướng lên phía Bắc sát với quỹ đạo thực bão - Mơ hình RAMS chạy thử nghiệm số liệu ECMWF với sơ đồ KF cho kết sai số cao chạy thử nghiệm NCEP với sơ đồ Kuo từ thời điểm 24 đến 72 sau thời điểm 72 sai số dự báo gần tương đương Với sơ đồ Kuo chạy thử nghiệm số liệu ECMWF có sai số dự báo lớn chạy thử nghiệm NCEP từ thời điểm 24 đến 48 giờ, sau kết sai số dự báo với số liệu ECMWF có sai số dự báo bé 30 – 50 km so với sai số dự báo chạy thử nghiệm NCEP 4/ Tiến hành thử nghiệm 09 bão năm: 2009 – 2011 với 30 thời điểm 60 trường hợp thử nghiệm với hai sơ đồ đối lưu KF sơ đồ đối lưu Kuo mơ hình RAMS Kết thu cho thấy: a) Kết sai số dự báo (km) chưa hiểu chỉnh sau: Dự báo 24 48 72 96 120 KF 274 344 468 492 515 Kuo 279 317 412 483 500 Sơ đồ Kết dự báo bão mơ hình RAMS với số liệu ECMWF có sai số khoảng cách 24 khoảng 270 km cao so với sai số dự báo Việt Nam Thế giới Từ khoảng 48 – 120 sai số dự báo khoảng 300 – 500 km xấp xỉ với thử nghiệm nước chưa hiểu chỉnh 50 b) Kết sai số dự báo (km) sau hiệu chỉnh hệ thống BIAS sau: Dự báo 24 48 72 96 120 KF 192 341 442 473 469 Kuo 191 292 402 470 481 Sơ đồ Tại thời điểm 24h sai số giảm 82km sơ đồ KF giảm 171km sơ đồ Kuo Sai số dự báo thời điểm từ 48 đến 120 giảm từ 10 – 40 km so với sai số dự báo chưa hiệu chỉnh Kết sai số sau hiệu chỉnh thời điểm dự báo xấp xỉ với sai số dự báo nước giới c) Sơ đồ đối lưu Kuo cho kết dự báo tốt sơ đồ đối lưu KF mơ hình RAMS với sai số dự báo quỹ đạo bão bé Sơ đồ Kuo tính tốn ổn định với phần lớn trường hợp thử nghiệm Kiến nghị: Cần thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão khu vực Biển Đơng hạn ngày mơ hình RAMS với số liệu ECMWF nhiều trường hợp thử nghiệm khác với bão có cường độ quỹ đạo bão phức tạp để tăng trường hợp thử nghiệm, tăng độ ổn định mơ hình RAMS với số liệu ECMWF 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Hoàng Đức Cường, 2011, “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình WRF phục vụ dự báo thời tiết bão Việt Nam”, Báo cao tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ, Viện KH KTTV & MT Nguyễn Hương Diễm, 2012, Báo cáo “Thống kê đánh giá hoạt động bão áp thấp nhiệt đới Biển Đông ảnh hưởng tới Việt Nam từ năm 1971 đến năm 2010” Bùi Hoàng Hải, 2008: Nghiên cứu phát triển ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa xốy ba chiều cho mục đích dự báo chuyển động bão Việt Nam, Luận án tiến sĩ ngành Khí tượng, trang 14 – 32 Bùi Hồng Hải, Phan Văn Tân, 2006, “Về sơ đồ ban đầu hóa xốy áp dụng cho mơ hình khu vực phân giải cao HRM”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 3(555), tr 42−50 Vũ Thanh Hằng, Ngô Thị Thanh Hương, Phan Văn Tân, 2010, “Đặc điểm hoạt động bão vùng biển gần bờ Việt Nam giai đoạn 1945-2007”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 26, Số 3S 44‐ 353 Trần Công Minh, 2006, Chương I Áp thấp nhiệt đới bão, Khí tượng nhiệt đới phần Synop, Nhà xuất Quốc Gia Hà Nội TS Nguyễn Thị Minh Phương, 2007, “Kết dự báo nghiệp vụ quỹ đạo bão hoạt động Biển Đông năm 2005 mơ hình áp với sơ đồ ban đầu hoá xoáy cải tiến”, Tuyển tập báo cao Hội nghi khoa học lần thứ 10 _ Viện KH TTV & MT Phan Văn Tân, Bùi Hoàng Hải, 2008, “Thử nghiệm áp dụng phiên HRM_TC vào dự báo chuyển động bão Việt Nam”, Tạp chí Khí tượng thuỷ văn, 2(566), Tr1-10 Phan Văn Tân, Nguyễn Lê Dũng, 2008, “Thử nghiệm ứng dụng hệ thống WRF-VAR kết hợp với sơ đồ ban đầu hóa xốy vào dự báo quĩ đạo bão Biển Đơng”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, Hà Nội, 7(583), tr 1−9 52 10 Công Thanh, 2008, “Thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão phương pháp nuôi dao động phát triển nhanh mơ hình RAMS”, Luận văn thạc sỹ, khoa KTTV – HDH Trường Đại học KHTN Hà Nội 11 Công Thanh, Trần Tân Tiến, 2013, “Đánh giá kết dự báo quỹ đạo bão Biển Đông hạn ngày hệ thống dự báo tổ hợp mơ hình RAMS”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 29, Số 1S (2013) 141-146 12 Trần Tân Tiến, 2007, Phương pháp số dự báo thời tiết, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 13 Trần Tân Tiến, Công Thanh, Nguyễn Thị Phượng, 2011, “Dự báo cường độ bão mơ hình WRF hạn ngày khu vực biển Đơng”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 28, Số 3S (2012) 155 160 14 Trần Tân Tiến cộng sự, 2010, “Xây dựng cơng nghệ dự báo liên hồn bão, nước dâng sóng Việt Nam mơ hình số với thời gian dự báo trước ngày”, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ biển tồn quốc lần thứ V - Tiểu ban Khí tượng, Thủy văn Động lực học biển Đề tài cấp nhà nước KC.08.05 15 Trần Tân Tiến, Cơng Thanh, Nguyễn Thị Hồng Anh, 2010, “Dự báo quỹ đạo bão Biển Đông phương pháp tổ hợp theo trọng số”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 26, Số 3S (2010) 457‐ 462 16 Trần Tân Tiến, Công Thanh, Nguyễn Minh Trường, Trần Duy Hiền, 2009, “Dự báo quĩ đạo bão Xangsane mơ hình MM5 kết hợp với cài xoáy nhân tạo cập nhật số liệu địa phương khu vực Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công ng hệ 25, Số 1S (2009) 103 -108 17 Phạm Ngọc Tồn, Phan Tất Đắt, 1968, Khí hậu Việt Nam 18 Trịnh Văn Thư (1976), Dự báo nghiệp vụ quỹ đạo tâm bão theo phương pháp dịng dẫn thủy động lực Khí tượng vật lý địa cầu, Tổng cục Khí tượng thủy văn , tr.52 53 19 Nguyễn Văn Tuyên, 2007, “Xu hướng hoạt động xoáy thuận nhiệt đới Tây bắc Thái Bình Dương Biển Đơng theo cách phân loại khác nhau”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn 559, Tr4 20 Lê Thị Hồng Vân, 2009, “Áp dụng phương pháp đồng hóa số liệu xốy giả mơ hình WRF để dự báo bão” Luận văn thạc sĩ Khí tượng 21 Andy Zung-Ching Goh and Johnny C L Chan, 2009, “Interannual and interdecadal variations of tropical cyclone activity in the South China Sea”, Guy Carpenter Asia-Pacific Climate Impact Centre, City University of Hong Kong, Hong Kong, China 22 Annal Tropical Cyclone.Report Pearl Harbor, Hawaii 2010, 2011 and 2013 U.S Naval Maritime Forecast Center/Joint Typhoon Warning Center 23 Bin Wang and Johnny C L Chan, 2002, “How Strong ENSO Events Affect Tropical Storm Activity over the Western North Pacific” J Climate, 15, 1643 – 1658 24 DeMaria M., Aberson S D., and Ooyama K V., 1992: A nest spectral model for hurricane track forecasting Mon Wea Rev., 120, 1628-1643 25 Effect of ENSO on Number of Tropical Cylones Affecting Hong Kong Y K Leung & W M Leung Bulletin of Hong Kong Meteorological Society Volume 12, Number ½, 2002 26 Mark A Lander, 1994: An Exploratory Analysis of the Relationship between Tropical Storm Formation in the Western North Pacific and ENSO Mon Wea Rev., 122, 636–651 27 Ming Xu, Ming Ying, Qiuzhen Yang, “Climate variability of tropical cyclone activities in Western North Pacifi ocean”, Shanghai Typhoon Institute, Shanghai,P.R.China, 2003 28 Klemp, J.B and R.B Wilhelmson, l978a: The simulation of threedimensional convective storm dynamics J Atmos Sci., 35, 1070-1096 29 Klemp, J.B and RB Wilhelmson, 1978b: Simulations of right- and leftmoving storms produced through storm splitting J Atmos Sci., 35, 10971110 54 30 Klemp, J.B and DR Durran, 1983: An upper boundary condition permitting internal gravity wave radiation in numerical mesoscale models Mon Wea Rev., 111, 430-444 31 Roberto Buizza, 2004, “A Comparison of the ECMWF, MSC, and NCEP Global Ensemble Prediction Systems”, Monthly weather review, Volume 133, P 1076 32 Sanders, F., and R W Burpee, 1968: Experiments in Barotropic hurricane track forecasting J Appl Meteor., 7, 313-323 33 Shumin Chen, Weibiao Li, Youyu Lu andZhiping Wen, 2013, “Variations of latent heat flux during tropical cyclones over the South China Sea” Meteorological Applications, Volume 21, Issue 3, pages 717–723, July 2014 34 Sujata Pattanayak and U C Mohanty, 2008: “A comparetive study on performance of MM5 and WRF models in sinmulation of tropical cyclones over Indian seas”, Center for Atmospheric Sciences, Indian Institute of Technology New Delhi, New Delhi 110016, India 35 Tripoli, G.J., and W.R Cotton, 1982: The Colorado State University threedimensional cloud/mesoscale model - 1982 Part I: General theoretical framework and sensitivity experiments J de Rech Atmos., 16, 185-220 36 Vigh ET AL, Scott R Fulton 2003: “Evaluation of a Multigrid Barotropic Tropical Cyclone Track Model”, Department of Atmospheric Science, Colorado State University, Fort Collins, Colorado 37 Weber, H C 2001: Hurricane track prediction with a new barotropic model Mon Wea Rev., 129, 1834-1858 38 WMO, 2010: “Regional perspective on NWP/EPS systems, products and infrastructure in RA II”, Report 55 ... 1: Bão dự báo quỹ đạo bão mơ hình số Chương 2: Mơ hình RAMS số liệu ECMWF Chương 3: Kết thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão hạn ngày khu vực Biển Đông Kết luận Tài liệu tham khảo Chương BÃO VÀ DỰ BÁO... dự báo quỹ đạo bão Biển Đông hạn ngày Số liệu ECMWF lần đầu sử dụng làm đầu vào chạy thử nghiệm mơ hình RAMS dự báo quỹ đạo bão khu vực Biển Đông Việt Nam Tác giả sử dụng số liệu bão ECMWF 03... mẫu tiến hành thử nghiệm dự báo (i=1,2…n) j hạn dự báo (j= 0,6,…120) 30 Chương KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO HẠN NGÀY TRÊN KHU VỰC BIỂN ĐÔNG Bộ số liệu sử dụng thử nghiệm số bão 03 năm: