Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho một số trường dự báo bão

BTNMT TTKTTVQG BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN QUỐC GIA Số Đặng Thái Thân - Quận Hoàn Kiếm - Hà Nội ******** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG DỰ BÁO TỔ HỢP CHO MỘT SỐ TRƯỜNG DỰ BÁO BÃO Chủ nhiệm: ThS Võ Văn Hòa 6917 04/7/2008 HÀ NỘI, 5-2008 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN QUỐC GIA Số Đặng Thái Thân - Quận Hoàn Kiếm - Hà Nội ******** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG DỰ BÁO TỔ HỢP CHO MỘT SỐ TRƯỜNG DỰ BÁO BÃO Chỉ số đăng ký : Chỉ số phân loại : Chỉ số lưu trữ : Cộng tác viên Th.S Nguyễn Chi Mai NCS Lê Đức CN Vũ Duy Tiến TS Đỗ Ngọc Thắng Th.S Đỗ Lệ Thủy Th.S Nguyễn Đăng Quang CN Nguyễn Thu Hằng CN Nguyễn Thị Anh Đào Hà Nội, ngày … tháng … năm 2008 Hà Nội, ngày … tháng … năm 2008 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI CƠ QUAN THỰC HIỆN CƠ QUAN CHỦ TRÌ Võ Văn Hòa Bùi Minh Tăng Trần Văn Sáp Hà Nội, ngày … tháng … năm 2008 HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Lê Tâm Hà Nội, ngày … tháng … năm 2008 CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI TL BỘ TRƯỞNG KT VỤ TRƯỞNG VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHÓ VỤ TRƯỞNG Nguyễn Lê Tâm Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AVN Mô hình toàn cầu Mỹ (AViatioN Global Model) AT Sai số dọc theo phương chuyển động (Along Track error) BGM Nuôi mode phát triển (Breeding of Growing Modes) BK Trung tâm dự báo bão Bắc Kinh Trung Quốc BoM Cơ quan khí tượng Australia (Bureau of Meteorology) BS Điểm số Brier (Brier Score) BSS Điểm số kỹ Brier (Brier Skill Score) CAPS Trung tâm phân tích dự báo bão (Center for the Analysis and Prediction of Storms) CEM Trung bình tổ hợp theo nhóm (Cluster Ensemble Mean) CLIPER Mô hình thống kê quán tính (CLIper and PERsistence model) CMC Cơ quan khí tượng Canada (Canadian Meteorological Centre) CRPS Điểm số xác suất hạng liên tục (Continuous Ranked Probability Score) CT Sai số dọc theo phương pháp tuyến so với hướng chuyển động (Cross Track error) DPE Sai số dự báo khoảng cách tâm bão (Direct Positional Error) DWD Tổng cục thời tiết Cộng hoà Liên bang Đức (Deutscher WetterDienst) ECMWF Trung tâm dự báo hạn vừa Châu Âu (European Center for Medium-range Weather Forecasts) Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão i Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia EF Dự báo tổ hợp (Ensemble Forecast) EMOS Thống kê sau mô hình tổ hợp (Ensemble-Model Output Statistics) EOF Phân tích hàm trực giao thực nghiệm (Empircal Orthogonal Function) EPS Hệ thống dự báo tổ hợp (Ensemble Prediction System) GA Trung tâm dự báo bão Guam Mỹ GEMPAK Gói phần mềm khí tượng (GEneral Meteorological PAcKage) GFDL Thư viện động lực học chất lỏng địa vật lý (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) GFS Hệ thống dự báo toàn cầu Mỹ (Global Forecasting System) GME Mô hình toàn cầu CHLB Đức (Global Model for Europe) GSM Mô hình phổ toàn cầu JMA (Global Spectral Model) IGN Điểm số IGN (IGNorance Score) IPER Gây nhiễu tâm xoáy ban đầu (Initial Vortex Center PERturbation) JMA Cơ quan khí tượng Nhật (Japan Meteorological Agency) JP Trung tâm dự báo bão Nhật Bản KILOEF Dự báo tổ hợp hàng nghìn thành phần (KILO-members Ensemble Forecast) LAF Dự báo trung bình trễ (Lagged Average Forecast) LDM Hệ quản trị liệu cục (Local Data Management) Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão ii Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia MAE Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error) MCF Dự báo Monte-Carlo (Monte-Carlo Forecast) ME Sai số trung bình (Mean Error) NAWIPS Hệ thống tương tác hỗ trợ dự báo viên (National Advanced Weather Interactive Processing System) NCEP Trung tâm dự báo môi trường quốc gia Mỹ (National Centers for Environmental Prediction) NGR Hồi quy Gauss không (Nonhomogeneous Gaussian Regression) NGR_EMOS Hồi quy Gauss không dựa MOS tổ hợp NGR_EMOSP Hồi quy Gauss không dựa MOS tổ hợp có loại bỏ trọng số âm NOAA Cơ quan đại dương khí Mỹ (National Oceanic and Atmospheric Administration) NWP Dự báo thời tiết số trị (Numerical Weather Prediction) NWS Cơ quan thời tiết quốc gia Mỹ (National Weather Service) PMA Giả thiết mô hình hoàn hảo (Perfect Model Assumption) PO Quan trắc bị gây nhiễu (Perturbed Observation) SE Dự báo siêu tổ hợp (Super Ensemble Forecast) SEM Trung bình tổ hợp có chọn lọc (Selected Ensemble Mean) SD Độ lệch chuẩn (Stardard Deviation) SP Độ tán dự báo tổ hợp Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão iii Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia (SPread) SREF Dự báo tổ hợp hạn ngắn (Short Range Ensemble Forecast) SRFD Sự khác biệt dự báo hạn ngắn dự báo thành phần (Short Range Forecast Differences) SV Vectơ kỳ dị (Singular Vector) RPS Điểm số xác suất hạng (Ranked Probability Score) RSM Mô hình phổ khu vực (Regional Spectral Model) RSS Điểm kỹ dự báo tương đối (Relative Skill Score) UKMO Cơ quan khí tượng Anh (United Kingdom Meteorological Office) UM Mô hình toàn cầu UKMO (Unified Model) TLAPS Hệ thống dự báo cho khu vực nhiệt đới (Tropical Limited Area Prediction System) TBĐG Dự báo tổ hợp Trung Bình Đơn Giản TTDBTƯ Trung Tâm Dự Báo Khí Tượng Thủy Văn Trung Ương XTNĐ Xoáy Thuận Nhiệt Đới WBAR Mô hình áp Weber (Weber's BARotropic Model) Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão iv Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia DANH SÁCH CÁC BẢNG TT Số thứ tự bảng Nội dung Trang 2.2.1 Giá trị ME biến dự báo mực 850, 500mb với hạn dự báo 24, 48 từ mô hình GFS, GME, GSM, TLAPS, UM trung bình tổ hợp 45 2.2.2 Giá trị RMSE biến dự báo mực 850, 500mb với hạn dự báo 24, 48 từ mô hình GFS, GME, GSM, TLAPS, UM trung bình tổ hợp 46 2.2.3 Giá trị RMSE biến dự báo mực 850, 500mb với hạn dự báo 24, 48 từ mô hình GFS, GME, GSM, TLAPS, UM khử bias theo phương pháp hồi quy tuyến tính trung bình tổ hợp 51 2.2.4 Giá trị RMSE biến dự báo mực 850, 500mb với hạn 24 48h từ phương pháp EM_BCLR, EM_BCMA, WM_BCLR WM_BCMA 53 2.2.5 Giá trị RMSE biến dự báo mực 850, 500mb với hạn 24 48h từ phương pháp EM_BCMA, EM_NGR, EM_EMOS, EM_EMOSP SE 56 2.3.1 Giá trị 66.67% độ phủ biến dự báo mực 850, 500mb với hạn dự báo 24, 48 từ hệ tổ hợp 69 2.3.2 Điểm số CRPS biến dự báo mực 850, 500mb với hạn dự báo 24, 48 từ hệ tổ hợp BCMA, BCLR, NGR NGR_EMOSP 70 2.3.3 Giá trị 66.67% độ rộng phân bố trung bình biến dự báo mực 850, 500mb với hạn 24, 48h từ hệ tổ hợp BCMA, BCLR, NGR NGR_EMOSP 71 3.1.1 Danh sách bão từ năm 2001-2006 sử dụng nghiên cứu dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa kết qủa dự báo trung tâm quốc tế Nhật, Bắc Kinh Guam (STH số trường hợp) 76 10 3.1.2 Mô tả thử nghiệm phát sinh dự báo tổ hợp quỹ đạo bão từ kết qủa dự báo trung tâm quốc tế dựa phương pháp hồi quy tuyến tính 77 Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão v Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia 11 3.1.3 Tổng số bão số trường hợp tương ứng tập số liệu phụ thuộc cho hạn dự báo +24h +48h thử nghiệm dự báo tổ hợp dựa phương pháp hồi quy tuyến tính 77 12 3.1.4 Bộ hệ số hồi quy cho phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa sản phẩm dự báo trung tâm quốc tế 79 13 3.2.1 Danh sách bão từ năm 2002-2006 sử dụng thử nghiệm dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa mô hình WBAR 88 14 3.2.2 Mô tả phương án tạo tập hợp trường ban đầu cho mô hình WBAR 90 Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão vi Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ TT Số thứ tự hình Nội dung Trang 1.1.1 Dự báo độ cao địa vị hạn 48 cho ngày 00Z18/05/2006 từ mô hình GFS, GME, GSM, TLAPS, UM trường phân tích tương ứng 1.2.1 Dự báo Monte Carlo với điều kiện ban đầu lấy mẫu ngẫu nhiên từ phân bố trường ban đầu với trường phân tích giá trị trung bình (theo Wilks 1995) Đường nét liền biểu diễn dự báo tất định từ trường phân tích 1.2.2 Dự báo Monte Carlo so sánh với dự báo trung bình trễ (Kalnay 2003) X phân tích khoảng thời gian τ, tf thời điểm dự báo 10 1.2.3 Phương pháp BGM với chu kỳ nuôi 11 1.2.4 Phương pháp PO với chu kỳ 14 1.4.1 Các hàm mật độ xác suất dự báo nhiệt độ với độ nét (độ nhọn) khác 22 1.4.2 Biểu đồ hạng có phân bố đầu ứng với dự báo tổ hợp tin cậy 23 1.4.3 Các biểu đồ hạng cho thấy dự báo tổ hợp không tin cậy 24 1.4.4 Biểu đồ tin cậy cho dự báo tổ hợp dựa phương pháp BCMA 29 10 1.5.1 Bản đồ spaghetti cho đường 588dm dự báo 48h 31 11 1.5.2 Bản đồ trung bình độ tán dự báo địa vị mực 850mb hạn 48h 31 12 1.5.3 Bản đồ xác suất dự báo pmsl < 1002mb hạn 48 32 13 1.5.4 Bản đồ tem dự báo địa vị mực 850 mb hạn 48 32 14 1.6.1 Phân loại phương pháp dự báo tổ hợp theo Weber (2001) 34 15 2.1.1 Trường địa vị mực 850mb theo dự báo GME biểu diễn với độ phân giải 0.40 (trái) 1.250 (phải) 40 16 2.1.2 Trường phân tích độ cao địa vị mực 850mb từ mô hình GFS, GME, GSM, TLAPS, UM trung bình tổ hợp 42 17 2.1.3 Sai số phân tích ME phân tích thành phần với phân tích trung bình tổ hợp cho khí áp trung bình mực biển 43 Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão vii Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia 18 2.1.4 Sai số phân tích RMSE phân tích thành phần với phân tích trung bình tổ hợp cho khí áp trung bình mực biển 43 19 2.1.5 Sai số phân tích ME phân tích thành phần với phân tích trung bình tổ hợp cho trường nhiệt độ mực 500mb 44 20 2.1.6 Sai số phân tích RMSE phân tích thành phần với phân tích trung bình tổ hợp cho trường nhiệt độ mực 500mb 44 21 2.2.1 Giản đồ tụ điểm dự báo độ cao địa vị mực 850mb hạn 72 theo mô hình thành phần theo trung bình tổ hợp 47 22 2.2.2 Giản đồ tụ điểm dự báo nhiệt độ mực 500mb hạn 72 theo mô hình thành phần theo trung bình tổ hợp 47 23 2.2.3 Độ cao địa vị mực 850mb theo phân tích dự báo từ mô hình TLAPS hạn 48 vào thời điểm 00Z-30/07/2005 trước sau khử bias theo phương pháp trung bình trượt hồi quy tuyến tính 49 24 2.2.4 Giản đồ tụ điểm dự báo độ cao địa vị mực 850mb hạn 48 theo TLAPS, BCMA_TLAPS, BCLR_TLAPS, UM, BCMA_UM, BCLR_UM 50 25 2.2.5 Độ cao địa vị mực 850mb dự báo từ mô hình trung bình tổ hợp hạn 48 vào thời điểm 00Z30/07/2005 sau khử bias theo BCLR 52 26 2.2.6 Dự báo 48h trường H mực 850mb thời điểm 00Z30/07/2005 theo EM_BCLR (a), EM_BCMA (b), WM_BCLR (c) WM_BCMA (d) 54 27 2.2.7 Dự báo 48h biến H mực 850mb thời điểm 00Z30/07/2005 theo EM_NGR (a), EM_EMOS (b), EM_EMOSP (c) SE (d) 57 28 2.3.1 Biểu đồ hạng dự báo 24 cho tất biến mực 850 500mb từ hệ tổ hợp RAW (thứ tự từ trái qua phải, từ xuống pmsl, h850, h500, u850, u500, v850, v500, t850, t500, q850, q500) 59 29 2.3.2 Tương tự 2.3.1 cho hạn dự báo 48h 60 30 2.3.3 Biểu đồ tin cậy từ hệ tổ hợp RAW dự báo áp suất mực biển hạn 24 (bên trái) 48 (bên phải) với ngưỡng 1001mb 60 Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão viii Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia dự báo tổ hợp yếu tố dự báo Ưu điểm phương pháp hồi quy tuyến tính ước lượng mức độ tin cậy dự báo thành phần tới dự báo tổ hợp phương pháp cho kết qủa tốt trường hợp mà chất sai số dự báo thành không thay đổi có thay đổi theo cách có hệ thống Tuy nhiên, chất sai số dự báo qũy đạo bão trung tâm mô hình dự báo thay đổi theo mùa bão, bão chí thời điểm dự báo khác Do đó, việc tìm hệ số hồi quy tối ưu cho dự báo tổ hợp quan trọng Để tìm hệ số hồi quy tối ưu phương án dự báo tổ hợp dựa phương trình hồi quy tuyến tính đa biến, thử nghiệm bốn phương án tính hệ số hồi quy khác để phát sinh dự báo tổ hợp sở tìm hệ số tối ưu Bảng 3.1.1 mô tả ký hiệu bốn phương án thử nghiệm tập số liệu phụ thuộc tương ứng Mặt khác, hạn dự báo quỹ đạo bão tin dự báo trung tâm mô hình dự báo số trị khác nhau, nên nghiên cứu tập trung vào hạn dự báo hạn dự báo 24h 48h Bảng 3.1.1 Mô tả thử nghiệm phát sinh dự báo tổ hợp quỹ đạo bão từ kết qủa dự báo trung tâm quốc tế dựa phương pháp hồi quy tuyến tính STT Ký hiệu thử nghiệm Bộ số liệu phụ thuộc Bộ số liệu độc lập Reg2y Reg3y Reg4y Reg5y năm (2001-2002) năm (2001-2003) năm (2001-2004) năm (2001-2005) 2006 2006 2006 2006 3.1.2 Tính toán dự báo tổ hợp phương pháp đánh giá Để đánh giá kỹ dự báo tổ hợp qũy đạo bão, nghiên cứu sử dụng số phương pháp đánh giá thông dụng đánh giá nghiệp vụ bão Cụ thể, số thống kê sai số trung bình (ME), độ lệch chuẩn sai số (SD-Standard Deviation) độ tán dự báo tổ hợp (SP-Spread) sử dụng để nghiên cứu chất sai số sai số dự báo vị trí tâm bão (DPE-Direct Positional Error) Ngoài ba số thống kê nói trên, mối quan hệ độ tán SP (hay bậc hai hai khoảng cách bình phương trung bình dự báo thành phần với dự báo tổ hợp) với sai số dự báo vị trí tâm bão DPE nghiên cứu Ngoài ra, để hiểu thêm chất sai số dự báo tổ hợp qũy đạo bão, đại lượng sai số DPE phân tích thành thành phần sai số AT (Along track Error), CT (Cross track Error), DX DY Đại lượng AT đặc Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 30 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia trưng cho sai số dọc theo hướng chuyển động thực bão cho biết dự báo nhanh hay chậm so với thực tế Trong đó, đại lượng CT đặc trưng cho sai số dọc theo phương pháp tuyến với hướng chuyển động cho biết dự báo nằm phía bên trái hay bên phải so với thực tế 3.1.3 Một số kết qủa nghiên cứu đánh giá Dựa tập số liệu phụ thuộc phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp tiến hành tính toán hệ số hồi quy Cụ thể, hạn dự báo có phương trình hồi quy tuyến tính: phương trình dự báo cho kinh độ tâm bão phương trình dự báo cho vĩ độ tâm bão Các hệ số hồi quy cho phương trình hạn dự báo thử nghiệm dự báo tổ hợp dựa phương pháp hồi quy tuyến tính đưa bảng 3.1.2 Bảng 3.1.2 Bộ hệ số hồi quy cho phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa sản phẩm dự báo trung tâm quốc tế Phương án Reg2Y Dự báo 24h Dự báo 48h Hệ số Kinh độ Vĩ độ Kinh độ a0 a1 a2 a3 -4.0 0.475 0.366 0.193 0.185 0.225 0.559 0.199 -11.113 0.330 0.641 0.124 Vĩ độ Hệ số Kinh độ Vĩ độ Kinh độ Vĩ độ 0.087 0.213 0.461 0.305 a0 a1 a2 a3 -3.850 0.464 0.411 0.158 0.486 0.158 0.507 0.309 -9.469 0.270 0.558 0.254 0.751 0.030 0.513 0.410 Phương án Reg4Y Hệ số Kinh độ Vĩ độ Kinh độ a0 a1 a2 a3 -3.374 0.458 0.359 0.213 0.543 0.176 0.485 0.311 -10.597 0.391 0.521 0.179 Dự báo 24h Phương án Reg3Y Dự báo 24h Dự báo 48h Phương án Reg5Y Dự báo 48h Dự báo 24h Dự báo 48h Vĩ độ Hệ số Kinh độ Vĩ độ Kinh độ Vĩ độ 1.059 0.097 0.462 0.381 a0 a1 a2 a3 -3.595 0.451 0.347 0.232 0.734 0.192 0.516 0.254 -5.845 0.383 0.448 0.221 1.190 0.054 0.500 0.378 Sau xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính cho biến hạn dự báo phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa phương pháp hồi quy tuyến tính, tiến hành thử nghiệm đánh giá kết qủa: i) áp dụng ngược trở lại cho số liệu phụ thuộc ii) áp dụng cho số liệu độc lập Các kết qủa đánh giá sai số dự báo khoảng cách tâm bão DPE độ lệch chuẩn tương ứng SD cho số liệu phụ thuộc đưa hình 3.1.1 Từ hình 3.1.1 nhận thấy sai số DPE trung bình dự báo tổ hợp dựa phương pháp trung bình đơn giản hồi quy tuyến tính hai hạn dự báo 24h 48h nhỏ Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 31 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia so với DPE tất dự báo thành phần Điều chứng tỏ dự báo tổ hợp cải thiện chất lượng dự báo qũy đạo bão Đối với hạn dự báo 24h, dự báo tổ hợp có DPE nhỏ không nhiều so với dự báo thành phần Nhưng đến hạn dự báo 48h, cải thiện lớn sai số dự báo tìm thấy tất phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp Nói chung, sai số DPE phương án hồi quy tuyến tính nhỏ so với phương án TBĐG chênh lệch không đáng kể Các kết qủa đánh giá độ lệch chuẩn sai số dự báo cho thấy dự báo tổ hợp có SD nhỏ so với tất dự báo thành phần hai hạn dự báo Sự cải thiện SD lớn tìm thấy hạn dự báo 48h Từ kết qủa đánh giá DPE dự báo tổ hợp cho hạn dự báo, thấy chất lượng dự báo qũy đạo bão tốt hoàn toàn đáp ứng dự báo nghiệp vụ (a) (b) (c) (d) Hình 3.1.1 Kết qủa đánh giá DPE SD trung bình cho số liệu phụ thuộc phương án Reg2y (a), Reg3y (b), Reg4y (c) Reg5y (d) Bên cạnh kết qủa đánh giá nói trên, tiến hành nghiên cứu mối tương quan sai số DPE với độ tán dự báo tổ hợp SD cho phương án thử nghiệm xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính số liệu phụ thuộc Trong nghiên cứu này, sử dụng biểu đồ phân tán Các kết qủa đánh giá cho thấy có mối tương quan dương đại lượng DPE SP cho hạn dự báo Tuy nhiên, hệ số tương quan hai đại lượng thống kê lại không cao Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 32 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia Hay nói cách khác, nhiều trường hợp sai số dự báo tổ hợp giải thích thông qua độ tán dự báo tổ hợp Nói chung mối tương quan DPE SP hạn dự báo 48h cao chút so với hạn dự báo 24h phương án hồi quy tuyến tính Tương tự, mối tương quan dương tìm thấy phương án TBĐG cho số liệu phụ thuộc nói Tuy nhiên, giá trị hệ số tương quan không cao hệ số tương quan cho hạn dự báo 48h lớn không đáng kể so với hạn dự báo 24h Để đánh giá khách quan kỹ dự báo qũy đạo bão phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp dựa phương pháp hồi quy tuyến tính TBĐG, áp dụng phương án thử nghiệm cho số liệu độc lập bao gồm 119 trường hợp bão năm 2006 Ngoài ra, đánh giá DPE dự báo tổ hợp so sánh với DPE mô hình quán tính khí hậu CLIPER (ký hiệu CLIP hinh vẽ) để đánh giá xem dự báo tổ hợp có kỹ dự báo hay không Hình 3.1.2 minh họa kết qủa so sánh DPE SD phương án dự báo tổ hợp dựa phương trình hồi quy phương án TBĐG so với dự báo thành phần CLIPER Hình 3.1.2 Kết qủa so sánh DPE SD cho phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp với dự báo thành phần mô hình CLIPER cho tập số liệu độc lập Từ hình 3.1.2 nhận thấy áp dụng cho số liệu độc lập, hạn dự báo 24h, giá trị DPE phương án dự báo tổ hợp dựa phương trình hồi quy gần gần tương đương với DPE trung tâm JP GA Tuy nhiên, lại nhỏ đáng kể so với DPE CLIPER Đối với hạn dự báo 48h, bốn phương án hồi quy cho DPE xấp xỉ lớn chút so với dự báo thành phần JP GA nhỏ không đáng kể so với trung tâm BK Nếu so sánh phương án thử nghiệm hồi quy tuyến tính với TBĐG, nhận thấy phương án Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 33 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia TBĐG có sai số nhỏ so với thử nghiệm hồi quy tuyến tính chênh lệch không đáng kể Tuy nhiên, so với mô hình CLIPER rõ ràng tất phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp qũy đạo bão nghiên cứu có kỹ dự báo tốt, đặc biệt hạn dự báo 48h Nói chung, áp dụng hệ số hồi quy tính dựa số liệu phụ thuộc từ bốn phương án thử nghiệm cho số liệu độc lập sai số dự báo tổ hợp nhỏ chút xấp xỉ so với dự báo thành phần Ngoài ra, phương pháp TBĐG có kỹ dự báo tương dương so với phương án dự báo tổ hợp dựa phương trình hồi quy tuyến tính Điều giải thích tin dự báo từ trung tâm quốc tế mang tính chủ quan chất sai số thay đổi liên tục từ bão sang bão khác Tương tự đánh giá với tập số liệu phụ thuộc, mối tương quan dương độ tán SP sai số DPE tìm thấy áp dụng phương án thử nghiệm nói cho tập số liệu độc lập hệ số tương quan hai đại lượng dương nhỏ (hình 3.1.6) Kết qủa tương tự tìm thấy cho phương án TBĐG (hình 3.1.7) Tuy nhiên, có khác biệt so với tập số liệu phụ thuộc, mối tương quan dự báo 24h cao so với hạn dự báo 48h Các kết qủa đánh giá thành phần sai số AT CT trung bình phương án dự báo tổ hợp dựa phương trình hồi quy tuyến tính TBĐG cho bão mùa bão tập số liệu độc lập cho thấy khuynh hướng sai số AT CT thay đổi từ bão sang bão khác giữ nguyên xu (dấu At CT) từ hạn dự báo 24h 48h hầu hết bão nghiên cứu Đặc biệt, khuynh hướng sai số AT CT gần không khác phương án hồi quy tuyến tính khác biệt chủ yếu nằm giá trị thành phần sai số AT CT Tuy nhiên, đánh giá xu sai số hai đại lượng thống kê nói phương án dự báo tổ hợp dựa phương trình hồi quy tuyến tính phương án TBĐG thấy có khác biệt đáng kể dấu lẫn giá trị vài trường hợp Nói chung, kết qủa đánh giá hai đại lượng sai số AT CT cho thấy khuynh hướng sai số hệ thống tồn phương án dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa phương trình hồi quy tuyến tính TBĐG Sai số hệ thống thể rõ trường hợp mà dự báo thành phần đồng (tức chất sai số dự báo thành phần gần tương tự nhau) Kết qủa đánh giá cho thấy cần thiết phải áp dụng phương pháp hiệu chỉnh sau mô hình để nâng cao chất lượng dự báo qũy đạo dự báo tổ hợp Cụ thể, áp dụng lọc Kalman với dự báo tổ hợp để loại bỏ sai số hệ thống dự báo tổ hợp cuối Giải pháp đưa áp dụng trực tiếp lọc Kalman cho dự báo tổ hợp, áp dụng lọc Kalman cho dự báo thành phần trước đưa vào tính toán dự báo tổ hợp Ngoài ra, tiến hành áp dụng Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 34 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia phương pháp hiệu chỉnh sai số hệ thống khác sau dự báo tổ hợp trung bình có trọng số với giá trị trọng số tỷ lệ nghịch với sai số dự báo 3.2 DỰ BÁO TỔ HỢP QŨY ĐẠO BÃO DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP NHIỄU ĐỘNG TRƯỜNG BAN ĐẦU CHO MÔ HÌNH CHÍNH ÁP WBAR 3.2.1 Mô tả tập số liệu nghiên cứu phương pháp phát sinh tập hợp trường ban đầu khác Để nghiên cứu đánh giá kỹ dự báo tổ hợp quỹ đạo bão dựa mô hình áp WBAR, nghiên cứu tiến hành thử nghiệm phương án dự báo tổ hợp cho 136 trường hợp 16 bão hoạt động biển Đông từ năm 2003-2006 Tất bão lựa chọn thõa mãn điều kiện có trường hợp nghiên cứu nằm miền tính toán từ 900E-1350E 00-300N có thông tin thị bão đủ dài để đáp ứng toán cài xoáy nhân tạo Cụ thể, cần phải biết trước thông tin thị bão (như tọa độ tâm bão, vận tốc gió cực đại, bán kính ảnh hưởng, ) 36 trước thời điểm (thời điểm bắt đầu tích phân) để tiến hành ban đầu hóa xoáy Do đó, số trường hợp nghiên cứu bị hạn chế chủ yếu bão có thời gian tồn dài (ít từ 3.5 ngày trở lên) lựa chọn Ngoài ra, hạn chế mặt số liệu mực đẳng áp chuẩn từ 920mb 200mb mô hình toàn cầu GSM JMA nên các bão từ năm 2003 trở lại sử dụng Để tạo dự báo tổ hợp quỹ đạo mô hình áp WBAR, dạng số liệu đầu vào cần phải có bao gồm: - Số liệu trường phân tích dự báo 12 tiếng mô hình toàn cầu GSM Nhật bao phủ vùng từ 200S-600N; 600E-2000W với độ phân giải theo phương ngang 1.25 x 1.25 (tương ứng 113 nút lưới theo vĩ hướng 65 nút lưới theo kinh hướng ) cho trường gió vĩ hướng U, kinh hướng V độ cao địa vị H mực 920, 850, 700, 500, 400, 300 250, 200mb - Số liệu thông tin thị bão bao gồm tọa độ tâm bão (kinh độ vĩ độ), vận tốc gió cực đại, bán kính gió mạnh bán kính ảnh hưởng Với mục đích đánh giá hiệu phương pháp nhiễu động, nghiên cứu phương án gây nhiễu ứng dụng riêng rẽ cho dòng dẫn trường xoáy Cụ thể, để phát sinh tập hợp trường đầu vào khác cho mô hình WBAR, thử nghiệm phương án khác nhau, bao gồm: phương án Monte-Carlo cho trường xoáy nhân tạo trường môi trường, tích hợp nhiễu động vị trí tâm bão ban đầu với tùy chọn sơ đồ ban đầu hóa xoáy, tích hợp tùy chọn profin gió tiếp tuyến đối xứng giả với tùy chọn sơ đồ ban đầu hóa xoáy, thay đổi tùy chọn cho mực dòng dẫn tích hợp tùy chọn mực dòng Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 35 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia dẫn, profin gió tiếp tuyến đối xứng giả tùy chọn sơ đồ ban đầu hóa xoáy Bảng 3.2.2 đưa ký hiệu, phương pháp thực số dự báo thành phần phương án thử nghiệm nói Bảng 3.2.2 Mô tả phương án tạo tập hợp trường ban đầu cho mô hình WBAR TT Ký hiệu phương pháp Mô tả cách thức thực MTCE MTCV POSVOR PROVOR STEERFLOW KILOEF Cộng biên độ ngẫu nhiên vào trường môi trường Cộng biên độ ngẫu nhiên vào trường xoáy nhân tạo Tích hợp tùy chọn sơ đồ ban đầu hóa xoáy với nhiễu động vị trị tâm bão (1 vị trí tâm phân tích + vị trí tâm bão bị dịch chuyển 0.5 (≈ 55km) độ theo hướng Đông, Tây, Nam, Bắc) Tích hợp tùy chọn sơ đồ ban đầu hóa xoáy với tùy chọn profin gió tiếp tuyến đối xứng giả Sử dụng 32 tùy chọn mực dòng dẫn khác (dạng mực đơn trung bình lớp dày DLM Tích hợp tùy chọn sơ đồ ban đầu hóa xoáy với tùy chọn profin gió tiếp tuyến đối xứng giả 32 tùy chọn mực dòng dẫn Số dự báo thành phần 32 32 40 32 32 1024 3.2.2 Tính toán dự báo tổ hợp phương pháp đánh giá Tương tự nghiên cứu dự báo tổ hợp quỹ đạo bão dựa sản phẩm dự báo trung tâm dự báo quốc tế, dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa mô hình áp WBAR phương án thử nghiệm trung bình đơn giản tất dự báo thành phần Để đánh giá kỹ dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa mô hình áp WBAR, đại lượng thống kê sai số trung bình (ME) sai số dự báo khoảng cách DPE, độ lệch chuẩn sai số (SD), độ tán dự báo tổ hợp (SP), sai số dọc theo phương chuyển động (AT) sai số dọc theo phương pháp tuyến (CT) trình bày mục 3.1.2, nghiên cứu sử dụng thêm số thống kê đánh giá kỹ dự báo tương đối điểm kỹ tương đối RSS (Relative Skill Score) dự báo tổ hợp so với dự báo đối chứng (control forecast) Chỉ số RSS nhận giá trị dương sai số dự báo tổ hợp nhỏ sai số dự báo đối chứng ngược lại Hay nói cách khác, số RSS dương cho biết kỹ dự báo dương, có cải thiện chất Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 36 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia lượng dự báo Ngược lại, số RSS âm cho biết cải thiện chất lượng dự báo dự báo tổ hợp dựa mô hình áp WBAR 3.2.3 Một số kết qủa nghiên cứu đánh giá Các kết qủa đánh giá so sánh sai số dự báo vị trí tâm bão DPE (km) trung bình phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp dựa mô hình áp WBAR cho mùa bão từ năm 2003 đến 2006 cho mùa bão so với dự báo đối chứng đưa hình 3.2.1 Trong hình vẽ này, cột đánh số bên đưa giá trị sai số DPE dự báo đối chứng (cột đầu tiên), dự báo tổ hợp theo phương án STEERFLOW KILOEF Từ hình 3.2.1 nhận thấy, mặt trung bình giá trị DPE phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp quỹ đạo bão dựa mô hình WBAR nhỏ tương đương so với dự báo đối chứng tất hạn dự báo Kết qủa đánh giá cho thấy kỹ dự báo quỹ đạo bão mô hình WBAR cải thiện áp dụng dự báo tổ hợp với mức độ cải thiện thay đổi theo phương án bão Sự cải thiện chất lượng dự báo so với dự báo đối chứng nhỏ hạn dự báo 12h 24h đáng kể hạn dự báo 36h 48h Trong phương án thử nghiệm đây, hai phương án STEERFLOW KILOEF cho thấy cải thiện đáng kể chất lượng dự báo qũy đạo bão so với phương án lại Trong đó, phương án KILOEF cho sai số nhỏ cải thiện lớn Theo phương án KILOEF, giá trị DPE trung bình cho mùa bão giảm 20, 79, 127 160km tương ứng cho hạn dự báo 12, 24, 36 48h so với dự báo đối chứng Trong phương án STEERFLOW, mức giảm DPE 16, 55, 96 131km tương ứng cho hạn dự báo 12, 24, 36 48h Ngoài hai phương án STEERFLOW KILOEF, phương án lại cho thấy cải thiện sai số dự báo Tuy nhiên, mức độ cải thiện so với dự báo đối chứng không nhiều giá trị DPE trung bình chưa đáp ứng toán dự báo qũy đạo bão nghiệp vụ Về mặt trung bình, hai phương án POSVOR PROVOR có giá trị DPE gần nhỏ chút so với phương án dựa phương pháp Monte-Carlo MTCE MTCV Trong phương án dự báo tổ hợp dựa phương pháp Monte-Carlo, kỹ dự báo phương án MTCE tốt so với MTCV Điều chứng tỏ việc cộng nhiễu ngẫu nhiên vào trường môi trường hiệu qủa so với trường xoáy Tuy nhiên, xem xét kỹ lưỡng thấy dự báo tổ hợp qũy đạo bão từ phương án MTCE tốt MTCV 24h tích phân đầu, hạn dự báo dài kỹ dự báo gần tương đương, chí Sự cải thiện đáng kể chất lượng dự báo qũy đạo bão mô hình WBAR phương án STEERFLOW Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 37 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia KILOEF lần cho thấy ảnh hưởng trường dòng dẫn tới kết qủa dự báo lớn so với sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô hình áp (a) (b) (c) (d) (e) Hình 3.2.1 Kết qủa đánh giá so sánh sai số DPE trung bình phương án dự báo tổ hợp dựa mô hình WBAR với dự báo đối chứng hạn dự báo 12h, 24h, 36h 48h cho mùa bão 2003 (a), 2004 (b), 2005 (c), 2006 (d) mùa bão (e) Để hiểu rõ khả cải thiện chất lượng dự báo phương án dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa mô hình áp WBAR, kết đánh giá số kỹ dự báo tương đối RSS tỷ lệ phần trăm số trường hợp có số RSS dương cho mùa bão mùa bão từ năm 2003-2006 nghiên cứu Các kết qủa đánh giá cho thấy mặt trung bình số RSS đạt giá trị dương hầu hết hạn dự báo mùa bão nghiên cứu Có vài trường hợp số RSS âm có giá trị không lớn (nhỏ 5%) Các kết qủa đánh giá tương tự cách đánh giá thông qua đại lượng sai số DPE cho biết mức độ cải thiện tương đối theo tỷ lệ phần trăm Cụ thể, phương án tốt KILOEF cho giá trị RSS dương 9.6, 18.7, 21.8 21.5% tương ứng cho hạn dự báo 12, 24, 36 48h Đối với phương án STEERFLOW, giá trị RSS tương ứng Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 38 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia 8, 12.1, 16.7 18.6% cho hạn dự báo 12, 24, 36 48h Trái ngược với hai phương án STEERFLOW KILOEF, phương án lại cho số RSS thường không vượt 10% tất hạn dự báo ngoại trừ vài trường hợp số RSS cho phương án MTCE hạn dự báo 12h Về mặt trung bình, phương án KILOEF có số dương lớn Ngược lại, phương án MTCV có giá trị RSS trung bình dương nhỏ nhất, chí bị âm hạn dự báo 12h Các kết qủa đánh giá tỷ lệ phần trăm số trường hợp có số RSS dương so với tổng số 136 trường hợp nghiên cứu 16 bão từ năm 2003-2006 cho thấy tính hiệu qủa việc áp dụng dự báo tổ hợp để nâng cao chất lượng dự báo qũy đạo bão cho mô hình áp WBAR Cụ thể, tính trung bình cho mùa bão, hầu hết phương án nghiên cứu cho thấy có 70% số trường hợp nghiên cứu có số RSS dương hạn dự báo từ 24h trở lên Hay nói cách khác, chất lượng dự báo 70% số trường hợp nghiên cứu cải thiện sau áp dụng dự báo tổ hợp cho mô hình WBAR Đối với hạn dự báo 12h, trung bình có 65% trường hợp có số RSS dương Mùa bão cho thấy việc áp dụng dự báo tổ hợp hiệu mùa bão năm 2005 với tỷ lệ trung bình 80% số trường có số RSS dương Các kết qủa đánh giá thành phần sai số dọc theo hướng chuyển động AT theo phương pháp tuyến với hướng chuyển động CT phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa mô hình áp WBAR cho thấy mặt trung bình cho mùa bão, thành phần sai số AT nói chung đạt giá trị dương cho hạn dự báo 12h, 24h 36h đạt giá âm cho hạn dự báo 48h Kết qủa cho biết qũy đạo dự báo từ phương án thử nghiệm thường cho nhanh so với thực tế 36h dự báo chậm hạn dự báo 48h Ngoài ra, mặt giá trị, đại lượng sai số AT thường không vượt 100km hầu hết hạn dự báo phương án thử nghiệm Đối với thành phần sai số CT, hầu hết hạn dự báo, phương án thử nghiệm cho qũy đạo dự báo có giá trị CT âm Hay nói cách khác, quỹ đạo dự báo tổ hợp từ phương án nghiên cứu nằm phía trái so với qũy đạo thực Nếu so sánh giá trị tuyệt đối hai thành phần sai số AT CT, thấy sai số CT có biên độ lớn nhiều so với sai số AT Kết qủa đánh giá ngụ ý sai số dự báo hướng phương án dự báo tổ hợp dựa mô hình WBAR chiếm ưu (lớn hơn) so với sai số tốc độ dịch chuyển Như vậy, sai số hệ thống dự báo hướng phương án nghiên cứu dự báo tổ hợp quỹ đạo bão mô hình WBAR lớn so với sai số hệ thống tốc độ dịch chuyển Kết qủa đánh giá cung cấp thông tin quan trọng việc lựa chọn thành phần dự báo tổ hợp qũy đạo bão để đưa vào mô hình hiệu chỉnh thống kê Ngoài kết qủa đánh giá nói trên, có Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 39 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia thể nhận thấy việc áp dụng phương án dự báo tổ hợp cho mô hình áp WBAR không cải thiện khuynh hướng sai số tốc độ di chuyển so với dự báo đối chứng (thậm chí làm tăng thêm sai số hệ thống) Tuy nhiên, khuynh hướng sai số hướng di chuyển, phương án dự báo tổ hợp cho thấy cải thiện đáng kể thành phần sai số CT, đặc biệt phương án STEERFLOW KILOEF Hay nói cách khác, cải thiện lớn chất lượng dự báo qũy đạo bão hai phương án nói so với dự báo đối chứng đóng góp chủ yếu từ cải thiện dự báo hướng di chuyển bão Trong đó, nhân tố quan trọng đưa đến cải tiến bổ sung nhiều lựa chọn trường dòng dẫn mô hình Về mặt trị số, sai số CT phương án KILOEF nhỏ giảm 2/3 so với giá trị CT dự báo đối chứng Nói chung, phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp dựa phương pháp Monte-Carlo sơ đồ cài xoáy nhân tạo không đem lại nhiều cải thiện thành phần sai số CT có giá trị gần Để đánh giá kỹ lưỡng phương án dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa mô hình áp WBAR, kết qủa tính toán độ tán trung bình phương án dự báo tổ hợp đưa hình 3.2.6 Nếu bỏ qua khác biệt số lượng dự báo thành phần phương án thử nghiệm, từ hình 3.2.6 thấy độ tán hai phương án STEERFLOW KILOEF có độ tán lớn nhiều so với phương án lại tất hạn dự báo Hai phương án dựa phương pháp Monte-Carlo cho độ tán nhỏ gần Nói chung, độ tán tất phương án thử nghiệm tăng dần theo hạn dự báo Giá trị độ tán lớn hai phương án STEERFLOW KILOEF ám phân kỳ mạnh dự báo thành phần Ngược lại, phân kỳ nhỏ nghiệm dự báo tìm thấy phương án MTCE MTCV Sự phân kỳ lớn dự báo thành phần cho biết phương pháp tạo tập hợp trường ban đầu khác có tác động lớn tới kết qủa dự báo mô hình WBAR Do đó, quỹ đạo dự báo thành phần tích phân từ tập hợp trường ban đầu khác so với qũy đạo đối chứng Hay nói cách khác, không gian nghiệm dự báo mở rộng khả nắm bắt nghiệm thực tăng lên Do vậy, nhiều trường hợp, qũy đạo dự báo tổ hợp (là trung bình cộng dự báo thành phần) tiến gần tới qũy đạo thực Ngược lại, phân kỳ nhỏ phương án MTCE MTCV cho thấy biên độ ngẫu nhiên cấy vào trường môi trường trường xoáy ban đầu tác động đáng kể lên kết qủa dự báo cuối Hệ qủa qũy đạo dự báo thành phần không khác biệt so với qũy đạo dự báo đối chứng Như vậy, dựa theo kết qủa đánh giá sai số dự báo vị trí tâm bão DPE độ tán dự báo tổ hợp SP tương ứng, nghiên cứu rút Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 40 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia kết luận phương án có độ tán lớn có sai số dự báo nhỏ ngược lại Tuy nhiên, kết luận luôn cho trường hợp chưa mang tính chủ quan Tương tự phương án dự báo tổ hợp dựa sản phẩm dự báo trung tâm dự báo quốc tế, để trả lời cho câu hỏi liệu có mối tương quan hai đại lượng DPE SP dự báo tổ hợp hay không, sử dụng biểu đồ phân tán hai đại lượng nói để nghiên cứu Các biểu đồ quan hệ DPE-SP phương án dự báo tổ hợp dựa mô hình WBAR cho hạn dự báo cho thấy mối tương quan dương DPE SP thấp, chí có vài trường hợp hệ số tương quan gần không Nếu so với thử nghiệm dự báo tổ hợp dựa sản phẩm dự báo trung tâm quốc tế, mối tương quan DPE-SP phương án dự báo tổ hợp dựa mô hình WBAR thấp nhiều Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 41 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia KẾT LUẬN Để thực đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão” với mục tiêu nâng cao chất lượng dự báo bão Việt Nam, nhóm thực đề tài thực theo hai hướng nghiên cứu, là: i) Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo tổ hợp cho số trường khí tượng dựa sản phẩm dự báo số mô hình toàn cầu khu vực sử dụng TTDBTƯ ii) Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo tổ hợp qũy đạo bão từ tập hợp tin dự báo bão trung tâm dự báo bão quốc tế dựa phương pháp gây nhiễu động trường ban đầu để tạo tập hợp trường đầu vào khác cho mô hình áp WBAR Nhóm thực đề tài hoàn thành toàn nội dung công việc đăng ký thuyết minh đăng ký đề tài bao gồm phần việc sau: Nghiên cứu tổng quan dự báo tổ hợp sâu vào phân tích phương pháp dự báo tổ hợp ứng dụng nhiều trung tâm dự báo quốc tế Trên sở đó, đưa hướng nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp phù hợp với điều kiện Việt Nam Thu thập, xử lý, đồng hóa xây dựng sở liệu cho trường phân tích dự báo mô hình dự báo thành phần (GSM, GME, GFS, UM TLAPS) từ tháng 01/2005 đến tháng 05 năm 2007 Ngoài ra, sở liệu thông tin thị bão tin dự báo bão quốc tế từ năm 2001 đến 2006 xây dựng khai thác qua trình nghiên cứu Khảo sát sơ chất sai số dự báo trường khí áp trung bình mực biển, trường nhiệt ẩm mực 850 700mb, trường gió độ cao địa vị mực 850, 700, 500 300mb cho mô hình dự báo thành phần nói Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo tổ hợp cho trường khí áp trung bình mực biển, trường nhiệt ẩm mực 850 700mb, trường gió độ cao địa vị mực 850, 700, 500 300mb có chất lượng phù hợp với điều kiện tính toán lưu trữ Việt Nam Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa tin dự báo trung tâm quốc tế dựa mô hình áp WBAR có kỹ dự báo quỹ đạo tốt có khả cung cấp đồ dự báo xác suất đường bão Xây dựng chương trình tự động cập nhập, lưu trữ, tính toán hiển thị kết qủa dự báo tổ hợp trường qũy đạo bão dạng đồ họa text Các chương trình có khả ứng dụng để phục vụ công tác dự báo nghiệp vụ TTDBTƯ (có đĩa CD kèm theo) Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 42 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia Các kết qủa nghiên cứu đề tài số chuyên gia phân tích đánh giá Ngoài ra, số kết qủa công bố tạp chí chuyên nghành Từ kết nghiên cứu, thử nghiệm đánh giá cho nội dung nghiên cứu nói trên, rút số kết luận sau: Đối với dự báo tổ hợp trường: - Trường phân tích tối ưu sử dụng để đánh giá trung bình cộng tất trường phân tích thành phần - Tất mô hình bộc lộ có sai số hệ thống (bias) thay đổi theo biến, mực hạn dự báo Nói chung, bias biến khí áp trung bình mực biến, gió, nhiệt ẩm có giá trị nhỏ Sai số hệ thống lớn tìm thấy dự báo trường độ cao địa vị - Về mặt trung bình, mô hình GSM cho kỹ dự báo tốt nhất, GFS, đứng thứ ba GME UM Mô hình có kỹ dự báo thấp mô hình khu vực TLAPS - Các dự báo trung bình tổ hợp đơn giản, trung bình tổ hợp có hiệu chỉnh bias, trung bình tổ hợp có trọng số, trung bình tổ hợp dựa dự báo xác suất dự báo siêu tổ hợp cho cải thiện chất lượng dự báo hầu hết biến, mực hạn dự báo Trong đó, hai phương án tốt có tính khả thi áp dụng vào dự báo nghiệp vụ dự báo trung bình tổ hợp có hiệu chỉnh bias dựa phương pháp trung bình trượt (EM_BCMA) dự báo mode từ dự báo xác suất (NGR_EMOSP) dựa phương pháp hồi quy Gauss không - Các kết qủa đánh giá độ tin cậy dự báo xác suất dựa hệ tổ hợp RAW, BCMA, BCLR, NGR, NGR_EMOS NGR_EMOSP cho thấy sử dụng trực tiếp dự báo từ mô hình hệ tổ hợp RAW Trong hai phương pháp khử bias, phương pháp hồi quy tuyến tính đem lại hệ dự báo tổ hợp có độ tin cậy cao dù số biến độ tán nhỏ nhiều với thực tế Phương pháp trung bình trượt cho hệ tổ hợp với độ tán lớn so với thực tế Hai hệ tổ hợp NGR_EMOS NGR_EMOSP có độ tin cậy độ tin cậy thấp so với độ tin cậy từ hệ tổ hợp thực theo phương pháp đơn giản NGR Nói chung, hệ tổ hợp NGR có độ tin cậy cao nhất, tiếp đến hệ tổ hợp BCLR, cuối hai hệ tổ hợp BCMA NGR_EMOSP Đối với dự báo tổ hợp qũy đạo bão: - Các kết qủa dự báo tổ hợp qũy đạo bão theo phương án trung bình đơn hồi quy tuyến tính dựa tin dự báo trung tâm dự báo quốc tế Mỹ, Nhật Bắc Kinh cho thấy cải thiện chất lượng dự báo qũy đạo bão Tuy nhiên, kỹ dự báo quỹ đạo bão hai phương án dự báo tổ hợp tương đương Các kết qủa đánh giá mối quan hệ độ tán dự báo tổ hợp Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 43 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia với sai số dự báo tổ hợp cho thấy mối tương quan dương với hệ số tương quan dao động khoảng từ 0.3 đến 0.5 - Các kết qủa đánh giá dự báo tổ hợp dựa phương án gây nhiễu động trường ban đầu cho mô hình áp WBAR cho thấy cải thiện đáng kể chất lượng dự báo so với dự báo đối chứng Phương án KILOEF cho dự báo tổ hợp tốt phương án gây nhiễu động trường dòng dẫn đem lại hiệu qủa cao so với phương án gây nhiễu trường xoáy Mối tương quan dương độ tán sai số dự báo tổ hợp tìm thấy hệ số tương quan nằm khoảng từ 0.1 đến 0.3 KIẾN NGHỊ Trên sở kết qủa nghiên cứu nhận từ đề tài, nhóm thực đề tài có số kiến nghị sau: Triển khai vào dự báo tác nghiệp đối với: i) hệ thống dự báo tổ hợp tất định cho số trường khí tượng dự báo bão dựa phương pháp trung bình tổ hợp có hiệu chỉnh bias BCMA dự báo xác suất dựa phương pháp NGR với ii) hệ thống dự báo tổ hợp qũy đạo bão đa trung tâm quốc tế dựa phương pháp nhiễu động hàng nghìn thành phần cho mô hình áp WBAR Tiếp tục nghiên cứu bổ sung thêm dự báo thành phần cho hệ tổ hợp dự báo trường khí tượng (mô hình NOGAPS GEM) thử nghiệm số phương án dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa phương pháp trung bình theo nhóm, trung bình có chọn lọc trung bình có hiệu chỉnh bias (sử dụng lọc Kalman) Đồng thời, tiếp tục nghiên cứu cải tiến phương pháp dự báo tổ hợp để đạt tới toán dự báo kỹ dự báo Đề nghị Bộ Tài nguyên Môi trường tiếp tục đầu tư cho hướng nghiên cứu dự báo tổ hợp thời tiết hạn ngắn bão, đặc biệt hướng tới dự báo tổ hợp dựa mô hình dự báo số khu vực chạy nghiệp vụ TTDBTƯ Cụ thể: - Thử nghiệm phương án dự báo tổ hợp bão dựa phương pháp LAF, SLAF, BGM phương pháp nhiễu động vật lý mô hình cho mô hình WRF - Thử nghiệm cách tiếp cận đa hệ thống đa mô hình cho dự báo thời tiết hạn ngắn: sử dụng nhiều đầu vào từ mô hình toàn cầu (GME, GSM, GFS/AVN, GEM NOGAPS) cho mô hình khu vực nghiên cứu TTDBTƯ HRM, ETA, BoLAM, WRF-ARW, WRF-NMM Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão 44 [...]... trọng số Dự báo median và dự báo mode Dự báo siêu tổ hợp Dự báo kỹ năng dự báo từ dự báo tổ hợp Dự báo xác suất từ dự báo tổ hợp Đánh giá dự báo tổ hợp Biểu đồ hạng Điểm số Brier Điểm số xác suất hạng RPS Điểm số xác suất hạng liên tục CRPS Điểm số IGN Biểu đồ tin cậy Hiển thị các sản phẩm dự báo tổ hợp Bản đồ spaghetti Bản đồ trung bình và độ tán Bản đồ dự báo xác suất Bản đồ tem Nghiên cứu ứng dụng dự. .. thành phần và các phương pháp tiền xử lý tập số liệu Dự báo tất định Dự báo trung bình tổ hợp Dự báo trung bình tổ hợp có hiệu chỉnh sai số hệ thống Dự báo trung bình tổ hợp có trọng số Dự báo siêu tổ hợp và dự báo tổ hợp từ dự báo xác suất Dự báo xác suất Dự báo xác suất từ hệ tổ hợp RAW Dự báo xác suất từ hệ tổ hợp có hiệu chỉnh sai số hệ thống Dự báo xác suất dựa trên phương pháp NGR 37 38 44 44 48 52... của dự báo (Wilks 2002) Lợi thế của dự báo mode so với dự báo trung bình tổ hợp nằm ở chỗ ta thực hiện dự báo xác suất sau đó dựa trên dự báo xác suất đưa ra dự báo mode thay thế cho dự báo trung bình tổ hợp Cách thực hiện như vậy sẽ đơn giản quá trình dự báo bởi mục đích quan trọng nhất của EF là dự báo xác suất và khi Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho một số trường dự báo bão 17 Trung Tâm Dự báo. .. XÂY DỰNG HỆ THỐNG DỰ BÁO TỔ HỢP QŨY ĐẠO BÃO Dự báo tổ hợp qũy đạo bão dựa trên các kết qủa dự báo của các trung tâm dự báo bão quốc tế Mô tả tập số liệu nghiên cứu Tính toán dự báo tổ hợp và phương pháp đánh giá Một số kết qủa nghiên cứu và đánh giá Dự báo tổ hợp quỹ đạo bão dựa trên phương pháp nhiễu động trường ban đầu cho mô hình chính áp WBAR Mô tả tập số liệu nghiên cứu và phương pháp phát sinh dự. .. nhất cho mô hình có kỹ năng dự báo cao nhất mà không thực hiện trung bình số học với trọng số như nhau cho mọi mô hình 1.3.2 Dự báo kỹ năng dự báo từ dự báo tổ hợp Với một hệ thống dự báo tổ hợp hoàn hảo (mọi nguồn bất định đều đã được tính đến), trạng thái thực của khí quyển có thể là bất kỳ dự báo nào trong số các dự Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho một số trường dự báo bão 18 Trung Tâm Dự báo. .. phù hợp và khả thi với điều kiện hiện nay Cụ thể, đối với nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho một số trường khí tượng dự báo bão, chúng tôi lựa chọn phương pháp đa mô hình để phát sinh dự báo tổ hợp tất định và dự báo xác suất Trong hướng nghiên cứu này, các phương án thử nghiệm tính toán dự báo tổ hợp bao gồm: - Đối với dự báo tổ hợp tất định: trung bình tổ hợp, hiệu chỉnh sai số hệ thống (sử dụng. .. suất nhưng do dự báo tất định đã trở nên quen Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho một số trường dự báo bão 15 Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV Quốc Gia thuộc trong dự báo thời tiết, nên EF vẫn cần cung cấp thêm dự báo tương tự như dự báo tất định 1.3.1.1 Dự báo trung bình tổ hợp Phương pháp dự báo trung bình tổ hợp được Leith (1973) đề xuất đầu tiên cùng với phương pháp dự báo Monte Carlo... dự báo tổ hợp bão tại Việt Nam Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho một số trường dự báo bão Trang 1 4 4 7 7 9 10 12 13 14 15 15 16 17 17 18 18 20 21 23 24 26 27 28 28 30 30 31 31 32 32 xi Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 Trung tâm KTTV Quốc Gia CHƯƠNG II XÂY DỰNG HỆ THỐNG DỰ BÁO TỔ HỢP CHO MỘT SỐ TRƯỜNG DỰ BÁO BÃO Khái quát về các mô hình dự báo. .. bất định khi dự báo, đặc biệt đối với dự báo hạn ngắn 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DỰ BÁO TỔ HỢP 1.3.1 Dự báo tất định từ dự báo tổ hợp Dự báo tất định từ EF được hiểu như một phương pháp cho phép đưa ra dự báo tối ưu từ các dự báo thành phần Tổ hợp các dự báo thành phần để đưa ra một dự báo đại diện cho cả nhóm cho nên dự báo này vẫn mang tính tất định Mặc dù mục tiêu chính của EF là dự báo xác suất... sánh DPE và SD cho 5 phương án thử nghiệm dự báo tổ hợp với các dự báo thành phần và mô hình CLIPER cho tập số liệu độc lập 82 49 3.1.6 Tương tự hình 3.1.3 nhưng cho tập số liệu độc lập 83 50 3.1.7 Mối quan hệ giữa độ tán (SP) và sai số dự báo vị trí tâm bão (DPE) của phương án TBĐG cho tập số liệu độc lập 83 Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho một số trường dự báo bão ix Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ... hợp Dự báo trung bình có trọng số Dự báo median dự báo mode Dự báo siêu tổ hợp Dự báo kỹ dự báo từ dự báo tổ hợp Dự báo xác suất từ dự báo tổ hợp Đánh giá dự báo tổ hợp Biểu đồ hạng Điểm số Brier... cho mô hình 1.3.2 Dự báo kỹ dự báo từ dự báo tổ hợp Với hệ thống dự báo tổ hợp hoàn hảo (mọi nguồn bất định tính đến), trạng thái thực khí dự báo số dự Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số. .. Xây dựng hệ thống dự báo tổ hợp cho số trường khí tượng dự báo bão trường áp suất trung bình mực biển, trường gió, nhiệt, ẩm độ cao địa Nghiên cứu ứng dụng dự báo tổ hợp cho số trường dự báo bão