Đánh Giá Vai Trò Ban Đầu Hóa Xoáy Trong Mô Hình HWRF Đối Với Dự Báo Bão Trên Biển Đông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ HOAN ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ BAN ĐẦU HÓA XOÁY TRONG MÔ HÌNH HWRF ĐỐI VỚI DỰ BÁO BÃO TRÊN BIỂN ĐÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ HOAN ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ BAN ĐẦU HÓA XOÁY TRONG MÔ HÌNH HWRF ĐỐI VỚI DỰ BÁO BÃO TRÊN BIỂN ĐÔNG Chuyên ngành: Khí tượng Khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG ĐỨC CƯỜNG Hà Nội - , 2013Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới Thầy hướng dẫn - TS.Hoàng Đức Cường bảo, hướng dẫn tận tình cho hoàn thành luận văn Trong suốt trình thực luận văn, thầy cô giáo Khoa Khí tượng, Thủy văn Hải Dương học nói riêng thầy cô trường Đại học Khoa học Tự nhiên nói chung dạy học quý báu cho chuyên môn sống Tôi vô cảm ơn công lao to lớn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Phòng Sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, tạo điều kiện tốt cho trình học tập trường Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp Trung tâm Nghiên cứu khí tượng -khí hậu, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường giúp đỡ trình thực luận văn đặc biệt TS Nguyễn Văn Hiệp, Ths Trương Bá Kiên, CN Lưu Nhật Linh, CN Nguyễn Thị Xuân giúp đỡ, góp ý thảo luận quý báu kĩ thuật chuyên môn giúp hoàn thiện luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường, ban lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu khí tượng - khí hậu, tạo điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất cho học tập trình công tác Cuối xin cảm ơn bố mẹ người thân gia đình động viên tạo điều kiện tốt để hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng 12 năm 2013 Học viên cao học Nguyễn Thị Hoan MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT 10 DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT 11 MỞ ĐẦU .12 Chương .TỔNG QUAN VỀ BAN ĐẦU HÓA XOÁY .13 1.1.1 Phương pháp ban đầu hóa xoáy tích phân mô hình .13 1.1.2 Phương pháp ban đầu hóa xoáy hàm thực nghiệm .19 1.1.3 Phương pháp ban đầu hóa xoáy đồng hóa số liệu .22 1.2.Tổng quan nghiên cứu nước 23 Chương BAN ĐẦU HÓA XOÁY TRONG MÔ HÌNH HWRF, SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 26 2.1 Sơ lược mô hình HWRF 26 2.2 Ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF 28 2.2.1 Phân tích xoáy nhằm loại bỏ xoáy thô từ phân tích toàn cầu HWRF 30 2.2.2 Xoáy giả tạo mô hình HWRF trường hợp bão yếu .30 2.2.3 Hiệu chỉnh xoáy bão trước dự báo .31 2.3 Thiết kế thí nghiệm 42 2.3.1 Miền tính 42 2.3.2 Số liệu sử dụng .45 2.4 Các tiêu đánh giá 45 Chương KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA BAN ĐẦU HÓA XOÁY TRONG DỰ BÁO BÃO TRÊN BIỂN ĐÔNG BẰNG MÔ HÌNH HWRF 47 3.1 Thử nghiệm bão Ketsana 47 3.1.1 Thông tin bão Ketsana(2009) .47 3.1.2 Thiết kế thí nghiệm .49 3.1.3 Một số kết thử nghiệm bão Ketsana 49 a) Mặt cắt thẳng đứng trường dị thường nhiệt độ qua tâm bão 49 b) Mặt cắt thẳng đứng trường gió qua tâm bão 51 c) Mặt cắt qua tâm bão trường gió mực 10m .54 d) Mô quỹ đạo bão Ketsana .55 e) Mô cường độ bão Ketsana 58 3.2 Thử nghiệm cho mùa bão 2009 60 3.2.1 Thiết kế thí nghiệm .60 3.2.2 Vai trò ban đầu hóa xoáy dự báo quỹ đạo bão Biển Đông .60 3.2.3 Vai trò ban đầu hóa xoáy dự báo cường độ bão Biển Đông 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 KẾT LUẬN 71 KIẾN NGHỊ .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT 10 DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT 11 MỞ ĐẦU .12 Chương .TỔNG QUAN VỀ BAN ĐẦU HÓA XOÁY .13 1.1.1 Phương pháp ban đầu hóa xoáy tích phân mô hình .13 1.1.2 Phương pháp ban đầu hóa xoáy hàm thực nghiệm .19 1.1.3 Phương pháp ban đầu hóa xoáy đồng hóa số liệu .22 1.2.Tổng quan nghiên cứu nước 23 Chương BAN ĐẦU HÓA XOÁY TRONG MÔ HÌNH HWRF, SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 26 2.1 Sơ lược mô hình HWRF 26 2.2 Ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF 28 2.2.1 Phân tích xoáy nhằm loại bỏ xoáy thô từ phân tích toàn cầu HWRF 30 2.2.2 Xoáy giả tạo mô hình HWRF trường hợp bão yếu .30 2.2.3 Hiệu chỉnh xoáy bão trước dự báo .31 2.3 Thiết kế thí nghiệm 42 2.3.1 Miền tính 42 2.3.2 Số liệu sử dụng .45 2.4 Các tiêu đánh giá 45 Chương KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA BAN ĐẦU HÓA XOÁY TRONG DỰ BÁO BÃO TRÊN BIỂN ĐÔNG BẰNG MÔ HÌNH HWRF 47 3.1 Thử nghiệm bão Ketsana 47 3.1.1 Thông tin bão Ketsana(2009) .47 3.1.2 Thiết kế thí nghiệm .49 3.1.3 Một số kết thử nghiệm bão Ketsana 49 a) Mặt cắt thẳng đứng trường dị thường nhiệt độ qua tâm bão 49 b) Mặt cắt thẳng đứng trường gió qua tâm bão 51 c) Mặt cắt qua tâm bão trường gió mực 10m .54 d) Mô quỹ đạo bão Ketsana .55 e) Mô cường độ bão Ketsana 58 3.2 Thử nghiệm cho mùa bão 2009 60 3.2.1 Thiết kế thí nghiệm .60 3.2.2 Vai trò ban đầu hóa xoáy dự báo quỹ đạo bão Biển Đông .60 3.2.3 Vai trò ban đầu hóa xoáy dự báo cường độ bão Biển Đông 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 KẾT LUẬN 71 KIẾN NGHỊ .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Ví dụ minh họa việc tách trường phân tích khách quan ban đầu thành trường môi trường hE và trường xoáy hav Trường môi trường hE tổng hợp trường quy mô lớn nhận sau phép lọc không gian trường nhiễu không xoáy hd -hav, nguồn: 14 Hình 1.2 (a)- Tỉ lệ độ nhạy phép lặp với bước sóng, (b)- biến đổi hàm trọng số E theo bán kính r, Nguồn: 16 Hình 2.1 Cấu trúc mô hình HWRF 26 Hình 2.2 Ví dụ mMiền tính mô hình HWRF 28 Hình 2.3 Sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF 30 Hình 2.5 Ví dụ miền tính sử dụng mô hình HWRF chạy bão KETSANA thời điểm 2009092712 43 Hình 3.1 Quỹ đạo besttrack bão Ketsana; Nguồn: http://agora.ex.nii.ac.jp .47 Hình 3.2 Cường độ bão KETSANA-áp suất thấp tâm bão; Nguồn: http://agora.ex.nii.ac.jp 47 Hình 3.3 Hình Synốp bão Ketsana thời điểm (a)- 12Z 27/09/2009, (b)- 00Z 28/09/2009, (c)12Z 29/09/2009 (d)-18Z 29/09/2009; Nguồn: http://joelandchoom.net/maparchives2013.html 48 Hình 3.4 Mặt cắt thẳng đứng trường dị thường nhiệt độ qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm 00H (a)-coldstart (b)-nobogus; (c)-mặt cắt dị thường nhiệt độ bão nhiệt đới quan trắc (Nguồn: Hawkins cộng sự, 1968) 50 Hình 3.5 Mặt cắt thẳng đứng trường dị thường nhiệt độ qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm (a1)-coldstart+03H (a2)-nobogus+03H; (b1)-coldstart +06H (b2)-nobogus+ 06H; (c1)coldstart+12H (c2)-nobogus+ 12H 51 Hình 3.6 Mặt cắt trường gió qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm 00H (a)-coldstart (b)-nobogus 52 Hình 3.7 Mặt cắt thẳng đứng trường gió qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm (a1)coldstart+06H (a2)-nobogus+06H; (b1)-coldstart +12H (b2)-nobogus+ 12H; (c1)-coldstart+18H (c2)-nobogus+ 18H; (d1)-coldstart+24H (d2)-nobogus+ 24H .53 Hình 3.8 Mặt cắt trường gió mực 10m qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm (a)00H; (b)-06H; (c)-12H; (d)-18H; (e)-24H 55 Hình 3.9 Quườình 3.9 Quường hợp có khơ đnh 3.9 Quường hợp có khôơn bão Ketsana đố bão Ketsana ng hợpơn so vKetsana ng hợđầ so a xoáy thời so a xđầ so a 56 Hình 3.10 Sai số khoảng cách PE dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 .56 Hình 3.11 Sai số khoảng dọc ATE dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 .57 57 Hình 3.12 Sai số khoảng ngang CTE dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 57 Hình 3.13 Sai số áp suất cực tiểu dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 mô coldstart nobogus 59 Hình 3.14 Sai số tốc độ gió cực đại dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 mô coldstart nobogus 60 Hình 3.15 Trung bình sai số khoảng cách (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 62 Hình 3.16 Trung bình sai số dọc (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 63 Hình 3.17 Trung bình sai số ngang (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 64 Quỹ đạo tổng hợp 53 trường hợp bão lựa chọn mô biểu diễn qua Hình 3.18 Ở thời điểm ban đầu, rõ ràng sử dụng ban đầu hóa xoáy, quỹ đạo gần với quỹ đạo thực nguyên nhân mô hình sử dụng thông tin tâm bão quan trắc đưa vào hiệu chỉnh xoáy giả tạo ban đầu hóa xoáy Từ hình vẽ thấy rõ xu di chuyển bão hai trường hợp mô có sử dụng ban đầu hóa xoáy bão di chuyển chậm thực tế hai mô bão có xu lệch Nam so với quỹ đạo thực 64 65 Hình 3.18 Quỹ đạo mô mùa bão 2009 HWRF-coldstart (xanh lam), HWRF-nobogus (xanh lá) Besttrack (đỏ) 65 Hình 3.189 Trung bình sai số tuyệt đối áp suất thấp (hpa) tâm mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 66 Hình 3.1920 Trung bình sai số tuyệt đối vận tốc gió cực đại (m/s)mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 67 Hình 3.20 1Đường biểu diễn biến đổi áp suất cực tiểu tâm bão theo mô JTWC, HWRFcoldstart HWRF –nobogus cho mùa bão 2009 (hpa) 69 Xét biến đổi vận tốc gió cực đại hai trường hợp mô thực tế Thấy rằng, đường biến đổi vận tốc gió cực đại thực tế nằm hai đường mô mô hình Gió xoáy tạo ban đầu hóa xoáy mạnh so với thực tế gió tạo xoáy bão mô hình không ban đầu hóa xoáy lại yếu thực tế Trong 12 tích phân đầu tiên, tương tự mô áp suất cực tiểu, gió mô mô hình HWRF hai trường hợp có không ban đầu hóa xoáy biến đổi mạnh Ở thời điểm cuối dự báo gió bão có xu mạnh lên hai trường hợp mô Từ cho thấy mạnh lên gió thời điểm cuối dự báo đặc tính mô mô hình mà đặc tính xoáy bão tạo sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy (Hình 3.201) 69 Trong 12 tích phân đầu tiên, xoáy tạo ban đầu hóa xoáy đưa vào mô hình mạnh không tương thích với trường môi trường bão thực tế Do đó, đưa vào mô hình cường độ xoáy bão bị cưỡng cho phù hợp với trường môi trường qua hiệu chỉnh mô hình Sau 12 đến 54 dự báo, đường biểu diễn biến đổi vận tốc gió xoáy bão tạo có sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy gần sát với đường biến đổi vận tốc gió thực tế khoảng thời gian dự báo từ 12 đến 54 Điều chứng tỏ sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô tốt vận tốc gió cực đại khoảng thời gian từ 12 đến 54 tích phân.Bên cạnh đó, gió mô không sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy, đường biểu diễn biến đổi gió cực đại cách xa đường biểu diễn gió cực đại thưc tế cho thấy gió tạo mô mô hình trường hợp yếu so với thực tế Ngoài ra, thời điểm ban đầu, xoáy từ mô hình toàn cầu đưa vào mô hình yếu không phù hợp với trường môi trường, sau tích phân mô hình tạo xoáy bão mạnh lên Tuy nhiên, xoáy bão tạo trường hợp yếu nhiều so với thực tế (Hình 3.212) 69 Hình 3.212 Đường biểu diễn biến đổi gió cực đại theo mô JTWC, HWRF-coldstart HWRF –nobogus cho mùa bão 2009 (m/s) 70 Hình 1.1 Ví dụ minh họa việc tách trường phân tích khách quan ban đầu thành trường môi trường hE và trường xoáy hav Trường môi trường hE tổng hợp trường quy mô lớn nhận sau phép lọc không gian trường nhiễu không xoáy hd -hav, nguồn: 14 Hình 1.2 (a)- Tỉ lệ độ nhạy phép lặp với bước sóng, (b)- biến đổi hàm trọng số E theo bán kính r, Nguồn: 16 Hình 2.1 Cấu trúc mô hình HWRF 26 Hình 2.2 Ví dụ mMiền tính mô hình HWRF 28 Hình 2.3 Sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF 30 Hình 2.5 Ví dụ miền tính sử dụng mô hình HWRF chạy bão KETSANA thời điểm 2009092712 43 Hình 3.1 Quỹ đạo besttrack bão Ketsana; Nguồn: http://agora.ex.nii.ac.jp .47 Hình 3.2 Cường độ bão KETSANA-áp suất thấp tâm bão; Nguồn: http://agora.ex.nii.ac.jp 47 Hình 3.3 Hình Synốp bão Ketsana thời điểm (a)- 12Z 27/09/2009, (b)- 00Z 28/09/2009, (c)12Z 29/09/2009 (d)-18Z 29/09/2009; Nguồn: http://joelandchoom.net/maparchives2013.html 48 Hình 3.4 Mặt cắt thẳng đứng trường dị thường nhiệt độ qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm 00H (a)-coldstart (b)-nobogus; (c)-mặt cắt dị thường nhiệt độ bão nhiệt đới quan trắc (Nguồn: Hawkins cộng sự, 1968) 50 Hình 3.5 Mặt cắt thẳng đứng trường dị thường nhiệt độ qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm (a1)-coldstart+03H (a2)-nobogus+03H; (b1)-coldstart +06H (b2)-nobogus+ 06H; (c1)coldstart+12H (c2)-nobogus+ 12H 51 Hình 3.6 Mặt cắt trường gió qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm 00H (a)-coldstart (b)-nobogus 52 Hình 3.7 Mặt cắt thẳng đứng trường gió qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm (a1)coldstart+06H (a2)-nobogus+06H; (b1)-coldstart +12H (b2)-nobogus+ 12H; (c1)-coldstart+18H (c2)-nobogus+ 18H; (d1)-coldstart+24H (d2)-nobogus+ 24H .53 Hình 3.8 Mặt cắt trường gió mực 10m qua tâm bão Ketsana 12Z 27/09/2009 thời điểm (a)00H; (b)-06H; (c)-12H; (d)-18H; (e)-24H 55 Hình 3.9 Quườình 3.9 Quường hợp có khơ đnh 3.9 Quường hợp có khôơn bão Ketsana đố bão Ketsana ng hợpơn so vKetsana ng hợđầ so a xoáy thời so a xđầ so a 56 Hình 3.10 Sai số khoảng cách PE dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 .56 Hình 3.11 Sai số khoảng dọc ATE dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 .57 57 Hình 3.12 Sai số khoảng ngang CTE dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 57 Hình 3.13 Sai số áp suất cực tiểu dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 mô coldstart nobogus 59 Hình 3.14 Sai số tốc độ gió cực đại dự báo hạn 48H cho bão Ketsana thời điểm 12Z 27/09/2009 mô coldstart nobogus 60 Hình 3.15 Trung bình sai số khoảng cách (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 62 Hình 3.16 Trung bình sai số dọc (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 63 Hình 3.17 Trung bình sai số ngang (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 64 Quỹ đạo tổng hợp 53 trường hợp bão lựa chọn mô biểu diễn qua Hình 3.18 Ở thời điểm ban đầu, rõ ràng sử dụng ban đầu hóa xoáy, quỹ đạo gần với quỹ đạo thực nguyên nhân mô hình sử dụng thông tin tâm bão quan trắc đưa vào hiệu chỉnh xoáy giả tạo ban đầu hóa xoáy Từ hình vẽ thấy rõ xu di chuyển bão hai trường hợp mô có sử dụng ban đầu hóa xoáy bão di chuyển chậm thực tế hai mô bão có xu lệch Nam so với quỹ đạo thực 64 65 Hình 3.18 Quỹ đạo mô mùa bão 2009 HWRF-coldstart (xanh lam), HWRF-nobogus (xanh lá) Besttrack (đỏ) 65 Hình 3.189 Trung bình sai số tuyệt đối áp suất thấp (hpa) tâm mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 66 Hình 3.1920 Trung bình sai số tuyệt đối vận tốc gió cực đại (m/s)mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 67 Hình 3.20 1Đường biểu diễn biến đổi áp suất cực tiểu tâm bão theo mô JTWC, HWRFcoldstart HWRF –nobogus cho mùa bão 2009 (hpa) 69 Xét biến đổi vận tốc gió cực đại hai trường hợp mô thực tế Thấy rằng, đường biến đổi vận tốc gió cực đại thực tế nằm hai đường mô mô hình Gió xoáy tạo ban đầu hóa xoáy mạnh so với thực tế gió tạo xoáy bão mô hình không ban đầu hóa xoáy lại yếu thực tế Trong 12 tích phân đầu tiên, tương tự mô áp suất cực tiểu, gió mô mô hình HWRF hai trường hợp có không ban đầu hóa xoáy biến đổi mạnh Ở thời điểm cuối dự báo gió bão có xu mạnh lên hai trường hợp mô Từ cho thấy mạnh lên gió thời điểm cuối dự báo đặc tính mô mô hình mà đặc tính xoáy bão tạo sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy (Hình 3.201) 69 Trong 12 tích phân đầu tiên, xoáy tạo ban đầu hóa xoáy đưa vào mô hình mạnh không tương thích với trường môi trường bão thực tế Do đó, đưa vào mô hình cường độ xoáy bão bị cưỡng cho phù hợp với trường môi trường qua hiệu chỉnh mô hình Sau 12 đến 54 dự báo, đường biểu diễn biến đổi vận tốc gió xoáy bão tạo có sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy gần sát với đường biến đổi vận tốc gió thực tế khoảng thời gian dự báo từ 12 đến 54 Điều chứng tỏ sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô tốt vận tốc gió cực đại khoảng thời gian từ 12 đến 54 tích phân.Bên cạnh đó, gió mô không sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy, đường biểu diễn biến đổi gió cực đại cách xa đường biểu diễn gió báo (giờ) Nobogus Coldstart Nobogus Coldstart Nobogus Coldstart 00 5725 3011 -36-11 -20-11 44 22 22 06 9840 6825 -56-33 -30-11 80 22 61 22 12 12371 10725 -70-44 -52-11 101 56 94 22 18 14071 12540 -75-44 -60-22 118 56 110 33 24 16687 15063 -86-67 -62-44 142 56 137 44 30 19395 16950 -90-56 -64-22 171 78 156 44 36 210102 194.40 -181-67 -96-33 180 78 169 22 42 21994 19865 -182-67 -110-33 122 67 165 56 48 251105 22555 -232-89 -209-44 170 56 83 33 54 28194 22570 -270-67 -207-67 78 67 88 22 60 325105 28281 -358-100 -266-78 -127 -33 94 22 66 360105 30295 -334-100 -285-78 -134 -33 100 56 72 372127 336124 -350-122 -304-122 -126 -33 143 22 61 Hình 3.15 Trung bình sai số khoảng cách (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus Xét đến sai số dọc, thấy hai trường hợp cho ATE mang dấu âm từ hạn 00H -72H chứng tỏ hai trường hợp có không ban đầu hóa xoáy bão di chuyển lệch trái lệch phía Nam so với quỹ đạo thực 62 Hình 3.16 Trung bình sai số dọc (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus Xét sai số ngang nhận thấy mô mô hình HWRF có ban đầu hóa xoáy cho MCTE dương nói lên bão có tâm nằm sau tâm bão quan trắc tức bão di chuyển chậm so với thực tế Xu di chuyển chậm so với bão thực lặp lại trường hợp mô bão không ban đầu hóa xoáy hạn dự báo trước 54 Sau 54 MCTE trường hợp mang dấu âm tức bão di chuyển nhanh thực tế 63 Hình 3.17 Trung bình sai số ngang (Km) mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus Quỹ đạo tổng hợp 53 trường hợp bão lựa chọn mô biểu diễn qua Hình 3.18 Ở thời điểm ban đầu, rõ ràng sử dụng ban đầu hóa xoáy, quỹ đạo gần với quỹ đạo thực nguyên nhân mô hình sử dụng thông tin tâm bão quan trắc đưa vào hiệu chỉnh xoáy giả tạo ban đầu hóa xoáy Từ hình vẽ thấy rõ xu di chuyển bão hai trường hợp mô có sử dụng ban đầu hóa xoáy bão di chuyển chậm thực tế hai mô bão có xu lệch Nam so với quỹ đạo thực 64 Hình 3.18 Quỹ đạo mô mùa bão 2009 HWRF-coldstart (xanh lam), HWRF-nobogus (xanh lá) Besttrack (đỏ) 3.2.3 Vai trò ban đầu hóa xoáy dự báo cường độ bão Biển Đông Từ Bảng 3.5 Hình 3.189 3.1920 mô tả trung bình sai số tuyệt đối áp suất thấp tâm tả trung bình sai số tuyệt đối vận tốc gió cực đại mô cho mùa bão 2009 Biển Đông sử dụng mô hình HWRF với hai phương pháp chạy có ban đầu hóa xoáy coldstart không ban đầu hóa xoáy Sai số tuyệt đối có ý nghĩa đánh giá sai số mô phương diện độ lớn Từ kết mô tả thấy rằng, sử dụng sơở đồ ban đầu hóa xoáy coldstart cho sai số thấp mô áp suất cực tiểu vận tốc gió cực đại 54 đầu tích phân Trong khoảng 54 tích phân này, sai số hai yếu tố mô coldstart nhỏ từ 2-3 lần so với sai số tạo mô nobogus Tức cường độ bão mô mô hình HWRF có sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy khoảng 54 đầu gần sát với thực tế so với trường hợp mô mô hình HWRF không sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy Tiếp đến mô từ 54 đến 72 giờ, sai số áp suất hai trường hợp tương đối gần sát nhau, sai số khoảng 2hpa (Hình 3.19) Tuy nhiên, hạn mô này, sai số vận tốc gió cực đại sai chênh lệch lớn lên đến m/s, điều cho thấy không ban đầu hóa xoáy mô gió khoảng thời gian khả quan ban đầu hóa xoáy (Hình 3.20) Ngoài ra, với hạn dự báo lớn sai số mô có không ban đầu hóa xoáy cho hai yếu tố tăng lên 65 Bảng 3.5 Trung bình sai số tuyệt đốiáp suất thấp tâm (hpa) trung bình sai số trung bình vận tốc gió cực đại mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus Pmin (hpa) Vmax (m/s) Hạn dự báo (giờ) Nobogus Coldstart Nobogus Coldstart 00 13.9 1.5 8.9 4.0 06 14.8 7.3 9.7 4.7 12 14.8 6.9 9.2 4.3 18 15.3 8.5 9.6 5.6 24 15.4 10.1 9.3 6.3 30 15.7 10.2 9.6 6.6 36 15.8 11.6 9.6 7.7 42 15.9 12.5 9.9 8.0 48 15.4 14.7 9.0 9.4 54 14.4 14.8 9.1 9.5 60 14.1 15.6 8.6 10.1 66 13.4 14.3 8.5 10.1 72 13.3 14.8 8.3 10.6 Hình 3.189 Trung bình sai số tuyệt đối áp suất thấp (hpa) tâm mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus 66 Hình 3.1920 Trung bình sai số tuyệt đối vận tốc gió cực đại (m/s)mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus Độ lệch áp suất cực tiểu vận tốc gió cưc đại mô cho mùa bão 2009 mô hình HWRF có không ban đầu hóa xoáy so với thực tế tổng kết qua Bảng 3.6 Chênh lệch áp suất cực tiểu, vận tốc gió cực đại mô mô hình HWRF không ban đầu hóa xoáy mang dấu dương, dấu âm có trị số lớn cho thấy bão dự báo trường hợp yếu nhiều so với thực tế Xét đến mô áp suất cực tiểu vận tốc gió cực đại sinh xoáy bão tạo phương pháp ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF có trị số áp suất chênh lệch nhỏ chứng tỏ mô cho kết gần thực tế Trong trị số chênh lệch vận tốc gió cực đại mô trường hợp có ban đầu hóa xoáy mang dấu dương, điều chứng tỏ gió mô hình tạo xây dựng xoáy giả lớn so với xoáy thực tế Càng hạn dự báo xa gió có xu mạnh lên, thông thường mô nghiên cứu trước với hạn dự báo xa gió yếu Ở gió mô mô hình HWRF ban đầu hóa xoáy lại cho xu ngược lại, điểm chưa phù hợp xoáy giả tạo mô hình thực ban đầu hóa xoáy (Bảng 3.6) Bảng 3.6 Trung bình sai số áp suất thấp tâm (hpa) trung bình sai số trung bình vận tốc gió cực đại mô cho mùa bão 2009 Biển Đông coldstart nobogus BIAS_Pmin (hpa) BIAS_Vmax (m/s) Hạn dự báo (giờ) Nobogus Coldstart Nobogus Coldstart 00 12.2 -8.5 3.0 67 06 12.4 -0.7 -7.0 1.8 12 12.8 1.9 -7.5 0.8 18 12.5 1.8 -7.6 0.8 24 11.9 1.5 -7.5 0.8 30 11.5 0.7 -7.3 1.1 36 11.1 0.9 -7.3 0.9 42 10.5 1.4 -6.9 0.6 48 9.0 0.8 -5.6 0.9 54 8.4 1.4 -5.8 0.7 60 7.3 0.8 -5.1 1.0 66 5.7 -0.5 -4.2 2.2 72 4.1 -1.9 -2.4 3.9 Diễn biến biến đổi áp suất thấp tâm bão vận tốc gió cực đại qua mô mô hình HWRF với hai phương pháp có không ban đầu hóa xoáy biến đổi hai yếu tố quan trắc thực tế theo nguồn số liệu JTWC biểu diễn qua Hình 3.21 20 Hình 3.212 Xem xét diễn biến áp suất cực tiểu thấy rằng, sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy, 12 tích phân đầu tiên, áp suất biến đổi mạnh không ổn định Sau 12 tích phân, xoáy bão tạo có áp suất cực tiểu biến đổi trơn tru, gần sát tương đối phù hợp với thực tế Trong đường biến đổi áp suất cực tiểu mô không ban đầu hóa xoáy cách xa đường biến đổi áp suất thực tế cho thấy mô xa thực tế Một điểm đáng ý nữa, hạn dự báo từ 66 đến 72 áp suất cực tiểu thực tế tăng lên, tức bão có xu yếu Trong mô hình mô áp suất cực tiểu lại giảm hai trường hợp (Hình 3.201) 68 Hình 3.20 1Đường biểu diễn biến đổi áp suất cực tiểu tâm bão theo mô JTWC, HWRF-coldstart HWRF –nobogus cho mùa bão 2009 (hpa) Xét biến đổi vận tốc gió cực đại hai trường hợp mô thực tế Thấy rằng, đường biến đổi vận tốc gió cực đại thực tế nằm hai đường mô mô hình Gió xoáy tạo ban đầu hóa xoáy mạnh so với thực tế gió tạo xoáy bão mô hình không ban đầu hóa xoáy lại yếu thực tế Trong 12 tích phân đầu tiên, tương tự mô áp suất cực tiểu, gió mô mô hình HWRF hai trường hợp có không ban đầu hóa xoáy biến đổi mạnh Ở thời điểm cuối dự báo gió bão có xu mạnh lên hai trường hợp mô Từ cho thấy mạnh lên gió thời điểm cuối dự báo đặc tính mô mô hình mà đặc tính xoáy bão tạo sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy (Hình 3.201) Trong 12 tích phân đầu tiên, xoáy tạo ban đầu hóa xoáy đưa vào mô hình mạnh không tương thích với trường môi trường bão thực tế Do đó, đưa vào mô hình cường độ xoáy bão bị cưỡng cho phù hợp với trường môi trường qua hiệu chỉnh mô hình Sau 12 đến 54 dự báo, đường biểu diễn biến đổi vận tốc gió xoáy bão tạo có sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy gần sát với đường biến đổi vận tốc gió thực tế khoảng thời gian dự báo từ 12 đến 54 Điều chứng tỏ sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô tốt vận tốc gió cực đại khoảng thời gian từ 12 đến 54 tích phân.Bên cạnh đó, gió mô không sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy, đường biểu diễn biến đổi gió cực đại cách xa đường biểu diễn gió cực đại thưc tế cho thấy gió tạo mô mô hình trường hợp yếu so với thực tế Ngoài ra, thời điểm 69 ban đầu, xoáy từ mô hình toàn cầu đưa vào mô hình yếu không phù hợp với trường môi trường, sau tích phân mô hình tạo xoáy bão mạnh lên Tuy nhiên, xoáy bão tạo trường hợp yếu nhiều so với thực tế (Hình 3.212) Hình 3.212 Đường biểu diễn biến đổi gió cực đại theo mô JTWC, HWRFcoldstart HWRF –nobogus cho mùa bão 2009 (m/s) 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu luận văn đưa kết luận ban đầu sau: - Luận văn nghiên cứu ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF - Qua mô bão Ketsana thời điểm 12Z ngày 27/09/2009 cho thấy sử dụng ban đầu hóa xoáy coldstart mô hình HWRF mô cấu trúc tâm nóng, bán kính gió cực đại gần tâm bão, vận tốc gió mực 10m phù hợp không sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy thời điểm ban đầu - Đã đánh giá vai trò ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF dự báo bão Biển Đông cho mùa bão 2009.Qua mô mùa bão 2009 (53 trường hợp bão lựa chọn) cho thấy: • Về quỹ đạo: + Có sử dụng ban đầu hóa xoáy mô quỹ đạo có sai số thấp so với không ban đầu hóa xoáy tất hạn dự báo từ 00 đến 72 + Bão di chuyển chậm thực tế trường hợp có sử dụng ban đầu hóa xoáy nhanh thục tế từ hạn 54 đến 72 trường hợp không sử dụng ban đầu hóa xoáy + Bão có xu lệch trái chủ yếu hai trường hợp có không ban đầu hóa xoáy • Về cường độ: + Sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy cải thiện đáng kể khả dự báo cường độ bão cho hạn dự báo trước 54 + Mô hình HWRF có xu mô vận tốc gió mạnh dần lên hạn dự báo từ 66 đến 72 KIẾN NGHỊ - Cần thiết khảo sát mô bão nhiều tập mẫu khác để đưa nhận định khách quan vai trò ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF dự báo bão Biển Đông 71 - Trong nghiên cứu cần thiết phải khảo sát sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF theo phương pháp warmstart để đánh giá hoàn thiện vai trò sơ đồ ban đầu hóa xoáy mô hình HWRF dự báo bão Biển Đông 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hoàng Đức Cường (, 2004),."Nghiên cứu thử nghiệm áp dụng mô hình khí tượng động lực qui mô vừa MM5 dự báo hạn ngắn Việt Nam"., Đề tài nghiên cứu Khoa học Ccông nghệ cấp Bộ Hoàng Đức Cường (, 2011),."Nghiên cứu ÁP dụng mô hình WRF nhằm dự báo bão Biển Đông", Đề tài nghiên cứu Kkhoa học Công nghệ cấp Bộ Bùi Hoàng Hải (, 2008)," Nghiên cứu phát triển ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy ba chiều cho mục đích dự báo chuyển động bão Việt Nam", Luận án tiến sĩ Khí tượng học Bùi Hoàng Hải, Phan Văn Tân (2002), "Khảo sát ảnh hưởng trường ban đầu hóa đến chuyển động bão mô hình áp dự báo quĩ đạo bão khu vực Biển Đông", Tạp chí Khí tượng Thủy Văn, 8(500), tr.17-23 Võ Văn Hòa,(2005),."Lựa chọn prôfin gió tiếp tiếp đối xứng giả tối ưu cho mô hình áp dự báo quỹ đạo bão WBAR"., Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 535(7) Đặng Thị Hồng Nga (, 2006),."Nghiên cứu ứng dụng cải tiến sơ đồ phân tích xoáy dự báo quĩ đạo bão phương pháp số", Đề Tài nghiên cứu Khoa học Công nghệ cấp Bộ Nguyễn Thị Minh Phương (2005), "Hiệu chỉnh công thức tính thành phần xoáy bất đối xứng sơ đồ ban đầu hóa xoáy" Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 1(529), tr.35-45 Phan Văn Tân, Bùi Hoàng Hải (2003), "Về phương pháp ban đầu hóa xoáy ba chiều", Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 11(515), tr.1-12 89 Phan Văn Tân, Bùi Hoàng Hải (2004), "Ban đầu hóa xoáy ba chiều cho mô hình MM5 ứng dụng dự báo quỹ đạo bão", Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 10(526), tr.14-25 Phan V t T14-25.Thễn Lê Dũng (2008), "Thử nghiệm ứng dụng hệ thống WRF-VAR kết hợp với ban đầu hóa xoáy vào dự báo quỹ đạo bão biển Đông”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 7(583), Tr 1-9 100.Phan Văn Tân, Kiều Thị Xin, Nguyễn Văn Sáng, 2002: Mô hình áp WBAR khả ứng dụng vào dự báo quỹ đạo bão khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương Biển Đông Tạp chí KTTV số 6, tr.27-33 11 Trần Tân Tiến cộng sự, 2010, Xây dựng công nghệ dự báo liên hoàn bão, nước dâng sóng Việt Nam mô hình số với thời gian dự báo trước ngày Đề tài cấp Nhà nước 11 Trần Tân Tiến, Lê Thị Hồng Vân (2009), "Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố cấu thành xoáy nhân tạo đồng hóa số liệu xoáy giả mô hình WRF bão Lêkima", Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 25, Số 3S (2009) 508‐516 Tiếng Anh 73 B.Mathur, M (, 1991), "The National Meteorological Center's Quasi-Lagrangian Model for Hurricane Prediction", Mon Wea Rev, 119 Chan, J.C.-L., and R T Williams (1987),."Analytical and numerical studies of the beta effect in tropical cyclone motion I: Zero mean flow", Japan Atmos SocSci, 44 Chou, K.-H., and C.-C Wu (,2008), " Typhoon initialization in a mesoscale modelCombination of the bogused vortex and the dropwindsonde data in DOTSTAR",.Mon Wea Rev, 136 Davis, C.a.S.L.-N (, 2001a),."The NCAR-AFWA tropical cyclone bogussing scheme", A report prepared for the Air Force Weather Agency (AFWA),12pp Davis, C.a.S.L.-N (, 2001b),."The NCAR-AFWA tropical cyclone bogussing scheme",.A report prepared for the Air Force Weather Agency (AFWA), 12pp Fujita, T., 1952 Pressure distribution within typhoon Geophys Mag, 23 Gopalakrishnan et al (, 2010),."Hurricane Weather Research and Forecasting (HWRF) Model Scientific Documentation" Gopalakrishnan et al (, 2012)2,."Hurricane Weather Research and Forecasting (HWRF) Model Scientific Documentation" Hiep N.V, and Yi.-Leng.Chen (., 2011), ".High Resolution Initialization and Simulations of Typhoon Morakot (2009)" Mon Wea Rev 10 Iwasaki, T., H Nakano, and M Sugi (1987),."The performance of a typhoon track prediction model with convective parameterization" Japan Meteor Soc Japan, 65 11.) Iwasaki T, H.H.a.M.S (, 1987),."The performance of a typhoon track prediction model with cumulus parameterization", Japan.Meteor Soc Japan, 65 12.) Kurihara, M.A.B., Rebecca J.Ross (, 1993),."An Initialization Scheme of Hurricane Models by Vortex Specification", Mon.Wea RevMonthly weather review, 121 13.) Kurihara, Y., M A Bender, R E Tuleya and R J Ross (1990), "Prediction experiments of hurricane Gloria (1985) using a multiply nested movable mesh model"Mon.Wea RevMonthly weather review, 118 14) Kwon I.-H, H.-B.C (, 2010),."Tropical cyclone initialization with spherical high-order filter and idealized three-dimensional bogus vortex", Mon.Wea RevMonthly weather review, 138 15.) Kleist, D.T., D F Parrish, J C Derber, R Treadon, R.M Errico and R Yang (, 2009)," Introduction of the GSI into the NCEP Global Data Assimilation System" Mon.Wea Rev, 24: 15 16.) MingjingTong (, 2011), "HWRF Initialization -GSI customization 2011 WRF for Hurricanes Tutorial", ,April 27, Boulder CO 17.) Liu, Y., D.-L Zhang, and M K Yau (, 1997), "A multiscale numerical study of Hurricane Andrew (1992),.Part I: Explicit simulation and verification", Mon.Wea RevMonthly weather review, 125 18.) Ross, R.J.a.Y.K (, 1992),."A simplified scheme to simulate asymmetries due to the beta effect in barotropic vortices", Japan Atmos SocSci, 49: 19 74 19.) Skamarock, W.C., J B Klemp, J Dudhia, D O Gill, D M Barker, W Wang, and J G and Powers (., 2005), "A description of the Advanced Research WRF version 2",.NCAR Tech Note TN-468 STR, 88 pp 20.) Smith, R.K., W Ulrich (1990), " An analytics theory of tropical cyclone motion using a barotropic model", Japan Atmos SocSci., 47 21.) Sundararaman Gopalakrishnan, V.T., Qingfu Liu,Timothy Marchok,Mingjing Tong, (2012),."Hurricane Weather Research and Forecasting (HWRF) Model: 2012 Scientific Documentation" 22) Weber, H.C., and R K Smith (1995),."Data sparsity and the tropical cyclone analysis and prediction problem: Some simulation experiments with a baratropic numerical model",.Quart J Roy Meteor Soc, 121 23) Wu, W.-S., D F Parrish and R J Purser (2002),."Three-dimensional variational analysis with spatially inhomogeneous covariances", Mon Wea Rev, 130: 12.0 24) Xiao, Q., Y H Kuo, Y Zhang, D M Barker, D J Won (2006), " A tropical cyclone bogus data assimilation scheme in the MM5 3Dvar system and Numerical experiments with typhoon Rusa (2002) near landfall", Japan Meteor Soc Japan, 84 75