Nghiên cứu tác động của tham số hóa đối lưu đối với dự báo mưa lớn khu vực bắc bộ bằng mô hình HRM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA THAM s ố HÓA ĐỐI LƯU ĐỐI VỚI D ự BÁO MƯA LỚN KHU Vực BẮC BỘ BẰNG MƠ HÌNH HRM M Ã SỐ: Q T -07-44 CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI: THS v ũ THANH HANG CÁC CÁN BỘ THAM GIA: THS HOÀNG THANH VÂN NCS HỔ THI MINH HÀ ■ H O C Q U Ò C G IA HÀ N Ĩ I 'P U N G TA í'/ TH Ô N G TIN THIJ VIÊN ,_ Ị ) r / HÀ NỘI - 2007 / v e _ BÁO CÁO TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu tác động tham số hóa đối lưu dự báo mưa lớn khu vực Bắc Bộ mơ hình H RM Mã số: QT-07-44 Chủ trì đề tài: ThS Vũ Thanh Hằng, Bộ mơn Khí tượng, Khoa Khí tượng Thủy văn & Hải dương học, Trường Đại học K hoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Các cán tham gia: ThS Hoàng Thanh Vân, NCS Hồ Thị Minh Hà Mục tiêu nội dung nghiên cứu: * M ụ c tiêu: N ghiên cứu số sơ đổ tham số hóa đối lưu áp dụng vào mơ hình dự báo thời tiết khu vực phân giải cao H R M để xem xét tác động tham số hóa đối lưu kết dự báo mưa lớn mơ hình cho khu vực Bắc Bộ * N ội dung nghiên cứu gồm : - N ghiên cứu lý thuyết mã nguồn m ột số sơ đồ tham số hóa đối lưu - Thống kê hình th ế thời tiết gây mưa lớn diện rộng khu vực Bắc Bộ - Lập trình áp dụng sơ đổ tham số hóa đối lưu cho mơ hình HRM - Chạy thử nghiệm mơ hình H RM với sơ đồ tham số hóa đối lun cho đợt mưa lớn - Tính tốn số đánh giá kết dự báo mưa mơ hình phân tích Các kết đạt được: - M ã nguồn sơ đổ tham số hóa đối lưu mồ hình HRM - Kết dự báo mưa lớn khu vực Bắc Bộ mơ hình H RM ứng với sơ đồ tham số hóa đối lun - 01 báo, 01 báo cáo tổng kết - Đào tạo 01 cử nhân Khí tượng Tình hình kinh phí đề tài: (xem phần sau) CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI KHOA QUẢN LÝ - ThS Vũ Thanh Hằng PGS TS Phạm Văn Huấn TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ĐỂ TÀI QT-07-44 Chủ trì đề tài: ThS Vũ Thanh Hằng Đơn vị: Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, ĐH K hoa học Tự nhiên BẢN KÊ KHAI CHI PHÍ THỰC HIỆN ĐỂ TÀI NCKH NĂM 2007 Nội dung ST T M ục M ụ c 109 Thanh tốn dịch vụ cơng cộng Tiết 01 Thanh toán tiền điện, nước sở vật chất 800.000 (4% tổng kinh phí, tối đa khơng q 10 triệu đồng/năm ) M ụ c 110 V ậ t tư văn p h ò n g Tiết 01 Văn phòng phẩm 1.200.000 M ục 112 H ội nghị 4.000.000 Tiết 01 In, m ua tài liệu (chế bản, in ấn báo cáo) Tiết 02 Bổi dưỡng báo cáo viên Tiết 05 Thuê Hội trường, phương tiện Tiết 06 Thuê mướn khác Tiết 99 Chi phí khác M ục 114 T h u ê m ướn Tiết 06 Thuê chuyên gia nước - Hợp sô 01-Q T0744/H Đ -TK CM - Hợp đồng số 01-QT0744/HĐ-TKCM M ục 119 C h i p h í nghiệp vụ ch uyên m ô n n gà n h Tiết 99 Chi khác (Quản lý sở 4% tổng kinh phí, 2.000.000 mức tối đa không vượt 10 triệu đồng/ năm, phụ cấp chủ nhiệm đề tài) - Phụ cấp chủ nhiệm đề tài 1.200.000 - Q uản lý phí 800.000 Tổng 20.000.000 10 Sô tiền (đ) 12.000.000 6.000.000 6.000.000 CHỦ TR Ì ĐỂ TÀI ThS Vũ Thanh Hằng SUMMARY Project name: A study on impact o f convective parameterization on num erical heavy rainfall forecasting in N orthern V ietnam using HRM Code: QT-07-44 Project president: Ma Vu Thanh Hang, M eteorological Department, H ydro-M eteorological and O ceanography Faculty, U niversity o f Sciences Collaborators: Ma Hoang Thanh Van, PhD student Ho Thi Minh Ha Aims and contents: * A im s: Studying and applying some convective param eterization schemes to High resolution Regional M odel - H RM to exam ine the impact of convective param eterization on num erical heavy rainfall prediction in N orthern Vietnam * C ontents: - Studying the theory and code of som e convective param eterization schemes - Sum m arying som e main w eather patterns causing heavy rainfall in large area in the North - Im plem enting som e convective param eterization schem es in HRM - Running H RM with some convective param eterization schem es for heavy rainfall cases - Calculating som e scores to verify rainfall forecast results and some remarks Results: - Codes o f som e convective param eterization schem es in the HRM - Heavy rainfall forecast results for N orthern V ietnam of the H RM with different convective param eterization schemes - 01 article, 01 report -0 Bachelor in M eteorology KHOA QUẢN LÝ CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI PGS TS Phạm Văn Huấn ThS Vũ Thanh Hằng TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN w'ệu TRUÔNG T r MỤC LỤC Trang Mở đầu Chương Vấn đề tham sỏ hóa đối lưu mơ hình sơ 11 sơ đồ tham sơ hóa đối lưu áp dụng cho mơ hình HRM 1.1 Bài tốn tham số hóa đối lưu mơ hình dự báo số 11 1.2 M ột số sơ đồ tham số hóa đối lưu áp dụng cho mơ hình 17 HRM Chương Một sỏ hình thê thời tiết điển hình gây mưa lớn diện 32 rộng khu vực Bắc Bộ 2.1 K hái quát điều kiện địa lý đặc điểm khí hậu khu 32 vực Bắc Bộ 2.2 Định nghĩa phân bố cấp mưa diện rộng 34 2.3 Các hình synốp đặc trưng gây mưa lớn khu vực 36 Bắc Bộ Chương Kết dự báo mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ 48 mơ hình HRM với sơ đồ tham số hóa đối lưu đánh giá 3.1 Giới thiệu mơ hình HRM 48 3.2 Cấu hình thí nghiệm, nguồn số liệu điểm số 54 đánh giá 3.3 M ột số kết dự báo mưa 24h mơ hình H RM 56 phân tích Kết luận 62 Tài liêu tham khảo 63 MỞ ĐẦU Mưa yếu tố thời tiết quan trọng ảnh hưởng lớn tới đời sống kinh tế xã hội Mưa kết cục hòa hợp nhiệt động ba yếu tố quan gió, nhiệt ẩm nên biến động mạnh theo khơng gian thời gian Như mơ hình muốn dự báo tốt mưa cần đồng thời dự báo tốt ba yếu tố ngược lại mơ hình dự báo mưa tốt đồng nghĩa với mơ hình có khả dự báo tốt gió, nhiệt ẩm Hiện nay, giới mơ hình dự báo thời tiết khu vực phân giải cao nói phát triển hoàn thiện cho vùng ngoại nhiệt đới, dự báo mưa mơ hình nhiều hạn chế lẽ biến đổi nhỏ ba yếu tố dẫn đến biến đổi mạnh mưa không gian thời gian Đối với vùng nhiệt đới-xích đạo vấn đề dự báo mưa nói chung bàng mơ hình số nói riêng phức tạp so với ngoại nhiệt đới Sự phức tạp trước hết chưa có lý thuyết cho quan hệ trường gió áp (kiểu quan hệ địa chuyển cho vĩ độ cao) gió vùng nhiệt đới yếu nên sai số tuyệt đối nhỏ tính tốn trường gió dẫn tới sai số tương đối kết cục lớn dự báo mưa Khó khăn thứ hai không phần quan trọng mưa nhiệt đới sinh chủ yếu đối lưu sâu mà đối lưu sâu mơ hình thuỷ tĩnh với độ phân giải hạn chế lại tham số hố người hiểu biết hạn chế trình hình thành phát triển Việc xác định phân bố ẩm nguồn gốc mưa vùng nhiệt đới vơ phức tạp trước hết thám sát nghèo nàn có tác động lớn đến chất lượng mưa mơ hình Từ đặc điểm ta thấy, trước muốn áp dụng mơ hình số có nguồn gốc từ vĩ độ cao vào vùng nhiệt đới trước hét cần cải tiến mơ hình gọi khu vực hóa động lực khu vực hóa vật lý mơ hình Trong phạm vi nghiên cứu đề tài quan tâm đến phần vật lý mơ hình tham số hóa đối lưu mơ hình dự báo thời tiết khu vực phân giải cao HRM Đây mơ hình số có nguồn gốc từ Châu Âu đến năm 2000 bắt đầu tiếp thu, nghiên cứu áp dụng chạy dự báo nghiệp vụ cho khu vực Việt Nam Mặc dù chất lượng dự báo mưa mơ hình HRM neun nhiều hạn chế chưa thích hợp khu vực Chính vậy, nghiên cứu để thử nghiệm thay đổi sơ đồ tham số hóa đối lưu mới, sơ đồ Betts-Miller-Janjic xem xét tác động trường mưa mơ mơ hình HRM Do thời gian nghiên cứu có hạn nên kết đánh giá chì tập trung cho khu vực Bắc Bộ Mặt khác, khu vực có mật độ trạm quan trắc tương đối dày đặc so với khu vực khác nên kết đánh giá có độ tin cậy cao Nội dung nghiên cứu bố cục chương: Chương Vấn đề tham số hóa đối lưu mơ hình số sơ đồ tham số hóa đối lưu áp dụng cho mơ hình HRM Chương Một số hình thời tiết điển hình gây mưa lớn khu vực Bắc Chương Kết dự báo mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ bàng mơ hình HRM với sơ đồ tham số hóa đổi lưu đánh giá Nghiên cứu hoàn thành nhờ hỗ trợ kinh phí đề tài QT-0744 Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn! 10 CHƯƠNG Lưu TRONG MƠ HÌNH s ố VÀ CÁC Lưu ÁP DỤNG CHO MƠ HÌNH HRM VẤN ĐỂ THAM SỐ HĨA Đ ố i S ĐỔ THAM SỐ HÓA Đ ố i 1.1 Bài tốn tham sơ hóa đối lưu mơ hình dự báo sỏ Đối lưu mây tích đóng vai trò quan trọng việc trì hồn lưu qui mơ lớn khí quyển, đặc biệt đối lưu ẩm xem trình quan trọng trung tâm phát triển áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) bão (Smith, 2000) Tuy nhiên, mô q trình mơ hình số, kích thước lưới mơ hình thường lớn so với qui mô yếu tố mây riêng biệt Do đó, cần thiết phải biểu diễn hiệu ứng quần thể đám mây đối lưu khí qua sổ hạng biến qui mô lưới Kỹ thuật gọi TSHĐL mây tích Tuy nhiên, khí bất ổn định điều kiện để đám mây đối lưu xuất vấn đề tham số hóa trở nên phức tạp Những chuyển động thẳng đứng qui mô lưới liên quan tới giải phóng ẩn nhiệt, xốy rối mở rộng khoảng cách thẳng đứng lớn thường có đặc trưng liên quan với đặc trưng qui mơ lớn mực (Frank, 1983) Cơng trình nghiên cứu tiên phong Riehl Malkus (1958) cho thấy khu vực bất ổn định đối lưu, vận chuyển thẳng đứng khối lượng lượng tĩnh ẩm khơng thực hồn lưu qui mơ synơp mà đám mây tích riêng biệt Các cách tiếp cận vấn đề biểu diễn đối lưu mây tích mơ hình số qui mơ vừa chia thành nhóm (Molinari Dudek, 1992) (Bảng 1.1) Cách tiếp cận truyền thống sử dụng TSHĐL điểm bất ổn định đối lưu ngưng kết hiển (tức không tham số hóa) điểm ổn định đối lưu Cách tiếp cận hiển tổng thể sử dụng phương pháp hiển mà không ý tới ổn định Cách tiếp cận lai tham số hóa dòng thăng dòng giáng qui mô đối lưu, nhiên “sự ra” phần mây tham số hóa mưa vào qui mô lưới Điều cho phép chuvển hướng chuyển pha hạt thành dạng dự báo hiển bước thời gian 11 Using Betts-Miller- Janjic convective parameterization scheme in H i4-31 model 91 Fig The 24h accum ulated rainfall forecast of H14-31, started a t 00Z21082005, using two convection schemes: TI< (left), BMJ (right) and analysis (middle) Aururnubtcd Rainfall “ '•> V \ ■ ' A, \ I s \ > *7 ' \ ' v ' v ' y ^ * u ■ V f - « l f , Fig The 48h accum ulated rainfall forecast of H14-31, started a t 00Z13082006, using two convective param eterization schemes: TK (left), BM J (right) and anal­ ysis (middle) underestimated in the Southern Central and the South of Vietnam In this case, we can say th a t the H4-31/TK forecasted better rain intensity but worser rain location and rain p attern than the H14-31/BMJ However, the both versions underestimate rainfall Figs and are 48 h accumulated rainfall forecast of H14-31/TK (left), H14-31/BMJ (right) started at 00Z13082006 and 00Z15082006 respectively and analysis (middle) This large extent heavy rain spell lasted six days (13-16/8/2006) caused by the strong com­ bination of south west monsoon bringing moisture from Bengal bay and ITCZ bringing moisture from South r hina See (oniv two cases of 48b tor-5 jast a re introduced bere^ Vu Thanh Hang Kieu Thi X in 92 Fig The 48h accum ulated rainfall forecast of H14-31, started at 00Z15082006 using two convective parameterization schemes: TK (left), BMJ (right) and anal­ ysis (middle) Comparing the forecast and the analysis of measurements shown in Figs and we can see that both H14-31/TK and H14-31/BMJ can capture the rainfall areas in the whole of Vietnam but underestimate rainfall H14-31/BMJ always provides better results than H14-31/TK especially in the North­ ern coast and the Central The total measured rainfall of two days 13-14/8/2006 (Fig 2, middle) shows a maximum in the coast of Central H14-31/BMJ predicts rainfall area (Fig 2, right) nearly similar to measurements with detection of the maximum rainfall area at the coast, while the H14-31/TK forecasts the area of rain maximum on western of Truong Son moutain (Fig 2, left) which basically contradict with observation 2411 p r e c i p i t a t i o n Si a H 0 z ; R ( | i o n 43 V iiiN im - T im e: Ju l2005 - -•— o Bs II I - 11 I , , i o ,2 M 16 I* 20 2 : « J I /T K ) I / u M J 10 0J'f F iq T im e series o f d a ily averaged rain gau ge measurements o f J u ly 2005 for th e w h o le o f Vietnam and corresponding forecasts of H14-31/BM J and H14-31/TK Fig s h o w s similar results H14-31/BMJ predicts the maximum rainfall area along the coast of Thanh -Hoa-Nghe An (Fig 3, right) which is corresponding to rain measurements p; whiie V i -'."'31/ T k atiil lorecastb I he maxirnuiu Oil western of Truong Soi Using Betls-Miller-Janjic convective parameterization scheme in III4-3Ỉ model 93 moutain From Fig illustrating daily averaged rainfall forecast of July 2005 with two versions and rain gauge measurements for the whole of Vietnam we can see that there is no heavy rainfall period in measurements, mainly is medium and light rainfall in the month There are two days (2th a nd th July) with rain maximum of only 18 mill-19 mm Comparing forecasts with measurements we can say that for light and medium rain, H1431/BMJ overestimates rain amount, however, determined maxima are in agreement with maxima of measurements On the contrary, the H14-31/TK usually underestimates rain amount and sometimes shows relative minima while observation shows relative maxima These results implies th at the BMJ sheme can simulate tropical convection and therefore tropical rain better than the TK sheme Fig demonstrates mean error (ME) and mean absolute error (MAE) of 24 h accu­ mulated rainfall forecast of H14-31/TK and H14-31/BMJ of July 2005 for the whole of Vietnam and for separated regions with respectively number of surface stations such as: Vietnam (344 stations), the North (200 stations), the Central (83 stations), the South (61 stations) We can see that ME of H14-31/BMJ of seperated regions is positive and not large for this month (with maximum of 12 mm/day) while H14-31/TK gives small and positive ME in the North but negative for other regions, especially in the South MAE of two versions are not much different Sal đ M E ' 4h P m ip iu iiu n sLtr JC T im e JuC O W PH D III* I m u BI II 14-1l/»M ) D 1114 l l ' I K O H M l l i HMI V \« fc.il Trwiftfci N«mâu KNx — Fig M ean error (up) and Mean absolute error (down) of 24h accum ulated rainfall forecast of H14-31/TK v/i H14-31/BM J I -■ Ĩ \ ■' ;: I 0fị' (a): H14-31/TK (b): H14-31/BMJ Fig CRA verification result for 24h accum ulated rainfall forecast, s ta rt a t 00Z2007200-4 with (a)- H 14-31/TK , (b)- H14-31/BM J for threshold > 10m m /day T h e c o m p a rin g d is tr ib u tio n of forcccistcd prccip itcitio n w ith c\ntil}sis in Figs to or s ta tis tic a l scores in F ig s to only r a n show us th e p re d ic ta b ility of m odel b u t could not ising p re d ic tio n e rro rs T o g e th e r w ith im p ro v ed n u m erica l w eath er su g g e st us reckons causi 94 Vu Thanh Hang, Kieu Thi Xin forecast models specially concentrated on QPF in the past decade many new verification methods are developed which could provide model developers with special scores to explain reasons causing predition errors to improve model One of them is CRA method which is introduced in the following section 3.2 CRA method and verification of rainfall forecast Details of CRA (Contiguous Rainfall Area) method can be seen in the original paper of McBride, Ebert or Kieu Thi Xin et al [12,16], The CRA method considers th at a good QPF should have good forecast in: Location of rainfall area The respectively error is displacement error Rainfall intensity The respectively error is volume error Pattern of rainfall area The respectively error is pattern error In Vietnam, there is only the North-East area of relative density observations to satisfy CRA verification So, we perform CRA verification of rain forecast of H14-31 only for the area of 19.5 N- 22.0 N and 105.0 E - 107.75 E Fig shows one CRA verification results of rainfall forecast with the threshold of >10 m m /day for July 20i/l, 2004 in the North East region We can see that forecasted rainfall (vertical axis) is often lower than measurements (horizontal axis) The rainfallforecasts of H14-31/BMJ (Fig 6b) more concentrates around the ideal line (the diagonal line) than those of H14-31/TK (Fig 6a) A similar example of the date August 22nd, 2005 with threshold of > 5m m /day is presented in Fig The scatter plot in it also shows that H1431/TK underestimates rain of high thresholds but overestimates rain of low thresholds However, the rain forecast of H14-31/BMJ distributed more around the ideal line (in Fig 6, 7) than one of H14-31/TK implies that the CPS of BMJ could simulate heavy rainfall in this region better than the scheme of Tiedtke Table S tatistical scores of CRA verification for heavy rainfall forecast of H1431/T K and H14-31/BM J (averaged of years 2003 - 2005) for the N orth East and of LAPS (averaged of year 2000) for different regions of A ustralia Thres­ hold Model No of CRA Correialion coo fficicnl RMSE Original Shitted Original Shifted Displac­ ement error (*•) Volume error (*> Paliem error Pari 1: H14-31 (20) Aver­ aged V i ± West Edge 54 ± ± Ccnưe 41 ± ±1 Whole of Australia 50 ± ± 0J 42 ± 33 ± H North Eib.1 Ed^c S3 ± 65 ± Tropics 52 ± «45 ± U sing B e tts -M ille r -J a n jic convective p a m eteriza tio n sch em e in H 14-31 model 95 Fig CRA verification result for 24h accum ulated rainfall forecast, started a t 00Z21082005, (a): H 14-31/TK , (b): H14-31/BM J, threshold > 5m m /day From the tables (right bottom in Fig 7) of CRA verification results we found th at the area averaged rainfall of H14-31/TK is 25 mm, of H14-31/BMJ is ~34 mm and of mea­ surements is ~46 mm of the day 22/8/2005 Their maxima are 180 mm, 90 mm and 165 mm, respectively The CRA 'Verification also provides us with the distance at which have to shift the forecast rainfall area towards the observation area to have corrected (shifted) errors In this case the RMSE of H14-31/TK decreased from 42.7 mm to 35.3 mm while the one of H14-31/BMJ from 38.8 mm to 27.1 mm The original correlation coefficient (CC) of H14-31/TK is 0.259 and increased to 0.418 after shifting The respectively c c of H14-31/BMJ are 0.199 and 0.558 This verification results really show a prominence of the BMJ scheme in comparision with TK scheme The statistical CRA-verification of heavy rainfall forecasts in North East region during three years (2003-2005) was carried Five main scores taken average with number of CRA are given in P art I of Table 1, in which the number of CRA shows that with the same weather situiations d u r i n g those years H14-31/BMJ has 633 cases which satisfy CRA verification while H14-31/TK only has 389 cases (244 cases lesser) After determing the displacement vector using CRA method and shifting rainfall forecast area towards the observation area, RMSE of two versions obviously decreases and c c increases, however, the scores of H14-31/BMJ remain better than those of H14-31/TK The volume error of H14-31/TK is 11.3% which is greater than allowed error while this of H14-31/BMJ is 7.8% which is much lower than allowed error (allowed error is 10%) This essence feature implies th at the moisture equilibrium in the model H14-31/BMJ is much better than in the H14-31/TK Besides, the volume error of H14-31/BMJ is nearly similar to th at of LAPS (5.0%±0.3) (Table 1, part II) and it is well known that LAPS is considered as a skillful rainfall forecast model of Australia The displacement error and the pattern error of H14-31/BMJ are 46.1% and 46.1% and of H14-31/TK are 42.9% and 45.8%, respectively These errors are in the range of allowed error limit All the mentioned remarks allow us to say that H14-31/BMJ has better skill than H14-31/TK for rainfall forecast in the tropics C O N C L U S I O N Some remarks could be deduced from above verification results H14-31 using Tiedtke scheme often underestimates rainfall of high thresholds and overestimates rainfall of low thresholds while H14-31 using BMJ scheme shows better scores both in the location and the amount of rainfall 96 Considering resolutions of model we can say that the higher the resolution is (such as H14-31), the better the mesoscale processes and local features would be captured, as well as the weaker role of moisture convergence for convective development would be responsible (the basis of Tiedtke scheme) The higher the model resolution is the better instability in the tropical deep convection is described, by which tropical rainfall is governed The QPF of H14-31/BMJ is better than those of H14-31/TK because of the higher resolution of H14-31 and tropical rainfall governmentally is caused by tropical deep con­ vection which is described by BMJ scheme better than by Tiedtke sheme Our verification results show th at the heavy rainfall forecast skill of H14-31/BMJ in tropics is nearly similar to the skill of LAPS of Australia To use a regional weather forecast model developed for extratropics to the tropics as Vietnam, especially to forecast heavy rain it is vitally important to find a suitable CPS since convective precipitation mainly contributes to tropical precipitation REFERENCES A Arakawa, and w H Schubert, Interaction of a cumulus cloud ensemble with the large-scale environm ent P a rt I J Atmos Sci., 31 (1974) 674-701 A K B etts, N on-precipitating cumulus convection and its param eterization Quart J Roy M eteor S o c 99 (1973) 178-196 A K Betts, The scientific basis and objectives of the u s convection subprogram for the GATE, Bull Amer Met Soc., 55 (1974) 304-313 A K B etts, S aturation point analysis of moist convective overturning J Atmos Sci., 39 (1982a) 1484-1505 A K B etts, A tm ospheric Convective Structure and a Convection Scheme Based on Saturation Poin t A djustm ent , W orkshop on convection in large-scale models, 28 Nov to Dec (1983b) ECMWF B oundary layer therm odynam ics of a high-plains severe storm A/on Wea Rev 112 (1984) 2199-2211 A K Betts, Mixing line analysis of clouds and cloudy boundary layers J Atmos Sci., 42 (1985) 2751-2763 A K B etts, A new convective adjustm ent scheme P a rt I: Observational and theoretical basis Quart } Roy Meteor S o c 112 (1986) 677-692 A K B etts, and M J Miller, A new convective adjustm ent scheme P a rt II: Single column tests using GATE wave, BOMEX, ATEX and arctic air-mass datasets Quart J Roy Meteor S o c 112 (1986) 693-709 10 T N K rishnam urti, Sum m er Monsoon Experim ent - A Review Mon Wea Rev 113 (1985) 1590-1626 11 s Manabe, J Smagorinsky, and R F strickier, Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle, Mon Wea Rev 93 (1965) 769-798 12 J L McBride and E E Ebert, Verification of quantitative precipitation forecasts from op­ erational numerical weather prediction models over Australia, Weather and Forecasting 15 (2000) 103-121 13 M Tiedtke, A comprehensive mass flux scheme for cumulus parameterization in large-scale models, Mon Wea Rev., 117 (1989) 1779-1799 14 A William Gallus Jr and Moti Segal, Impact of improved initialization of mesoscale features on convective system rainfall in 10-km Eta simulations Weather and Forecasting 16 (2001) 680-696 Using Betts-Miller- Janjic convective parameterization scheme in H 14-31 model 97 15 T X Kieu et al.t Research on application of high technological numerical models for prediction of storm movements over the South China Sea, Research Report of the National Separete Scientific Technological Project, ID: ĐTĐL- 02/2000, 2002 184 p 16 T X Kieu et a i Research and application of high technological numerical model system for heavy precipitation forecasting to serve flooding forecast, Research Report of the National Separete Scientific Technological Project , ID: ĐTĐL- 02/2002, 2005 330 p Received January 26, 2007 D ự BÁO M Ư A L Ớ N Ở V IỆT NAM BĂ N G MƠ HÌNH H14-31 VỚI SỬ D U N G S Đ T H A M SỐ HOÁ Đ ố i L u BETTS-M ILLER-JANJIC Theo quan điểm K rishnam urti, nhửng cải tiến tham số hóa vật lý sè có tác động chủ yếu đến kết m ô nhiệt đới [10] Nghiên cửu W illiam A Gallus Jr cho thấy, với mô hình có độ phản giải cao v tham sổ hóa đổi liru tinh kỷ dự báo m ưa định lượng nói chung cao [16] Kết quà dự báo mưa nhạy đói vói sơ đồ tham số hoá đối lưu độ phản giải mơ hình T hự c tế cho thấy, mơ hình khu vực phân giải cao H14-31 sơ đò tham 'Số hố đối lưu dựa vào hội tụ ẩm m ực thấp Tiedtke không cho dự báo tố t m ưa lớn V iệt nam Trong báo sử dụng mơ hình H14-31 với sa đò điều chỉnh đối lưu thám sát nhiệt đói thự c B etts-M iller-Jajic thay cho sơ đô Tiedtke Đánh giá kết dự báo H14-31 với hai sơ đồ phương pháp thống kê theo loại củng thẩm định CRA từ ng trường hạp tập hợp dự báo ba m ùa m ưa (2003-2005) cho thấy, d ự báo m ưa lớn lành thổ Việt nam-Biển Đông H14-31/BM J tốt hần so với H 14-31/T K K ết thẩm định CRA cho thấy, coi H14-31/BM J có kỷ d ự báo m ưa lớn nhiệt đới gần tương đương với kỹ hệ thống mô hinh LAPS Úc ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự N H IÊ N TRẦN NGỌC VÂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP c NHÂN KHOA HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH KHÍ TƯỢNG THỬ NGHIỆM ĐỘ NHẠY CỦA GIẢ THIẾT KHÉP KÍN Đ ố i VỚI TRƯỜNG MƯA D ự BÁO CỦA MƠ HÌNH HRM • • HÀ NỘI-2007 • ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP c NHÂN KHOA HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH KHÍ TƯỢNG THỬ NGHIỆM ĐỘ NHẠY CỦA GIẢ THIẾT KHÉP KÍN Đ ố i VỚI TRƯỜNG MƯA D ự BÁO CỦA MƠ HÌNH HRM • • • Người hướng dẫn: ThS Vũ Thanh Hằng Người thực hiện: Trần Ngọc Vân HÀ NỘI - 2007 tóm tắt cơng trĩnh nckh cá nhân Ngành: Khí tượng học; Chuyên ngành: Khí tượng Vu Thanh Hang, Kieu Thi Xin (2007), Using Betts-Miller-Janjic convective parameterization scheme in H I 4-31 model to forecast heavy rainfall in Vietnam, Vietnam Journal o f Mechanics, Vol 29, No 2, p 83-97 Abstract: According to Krishnamurti, improvements of physical parameterizations will mainly affect simulations for the tropics The study of William A Gallus Jr showed that the higher the model resolution and more detailed convective parameterizations, the better the skill in quantitative precipitation forecast (QPF) in general The quality o f precipitation forecast is so sensitive to convective parameterization scheme (CPS) used in the model as well as model resolution The fact shows that for high resolution regional model like H I4-31 CPS based on lowlevel moisture convergence as Tiedtke did not give good heavy rainfall forecast in Vietnam In this paper we used the scheme of Betts-Miller-Janjic (BMJ) based on the convective adjustment toward tropical observationally structures in reality instead of Tiedtke in H14-31 Statistical verification results and verification using CRA method of H I4-31 of two CPSs for seperated cases and for three rain seasons (2003-2005) shows that heavy rainfall forecast of H14-31/BMJ is better than one of H14-31/TK for Vietnam-South China Sea CRA verification also shows that it is possible to say that heavy rainfall forecast skill of H14-31/BMJ in tropics is comparable to the skill of LAPS of Australia Dự báo mưa lớn Việt Nam mơ hình HI 4-31 với sử dụng sơ đồ tham sổ hóa đối lưu Betts-Miller-Janjic, Tạp chí cơ, Tập 29, số 2, trang 83-97 Tóm tắt: Theo quan điểm Krishnamurti, cải tiến tham số hóa vật lý có tác động chù yếu đến kết mô nhiệt đới Nghiên cứu cùa William A Gallus Jr cho thấy với mơ hình có độ phân giải cao tham số hóa đối lưu tinh kỹ dự báo mưa định lượng nói chung cao Kết dự báo mưa nhạy sơ đồ tham số hoá đối lưu độ phân giải mơ hình Thực tế cho thấy mơ hình khu vực phân giải cao H I4-31 sơ đồ tham số hố đối lưu dựa vào hội tụ ẩm mực thấp Tiedtke không cho dự báo tốt mưa lớn Việt nam Trong báo sử dụng mô hình H I4-31 với sơ đồ điều chỉnh đối lưu thám sát nhiệt đới thực Betts-Miller-Jajic thay cho sơ đồ Tiedtke Đánh giá kết dự báo H I4-31 với hai sơ đồ phương pháp thống kê theo loại thẩm định CRA trường hợp tập hợp dự báo ba mùa mưa (2003-2005) cho thấy, dự báo mưa lớn lãnh thổ Việt nam-Biển Đông H14-31/BMJ tốt hẳn so với H14-31/TK Kết thẩm định CRA cho thấy, coi H14-31/BMJ có kỹ dự báo mưa lớn nhiệt đới gần tương đương với kỹ hệ thống mơ hình LAPS cùa SCIENTIFIC PROJECT BRANCH: M E T E O R O L O G Y PROJECT CATEGORY: UNIVERSITY LEVEL Title: A study on convective instability Code: TN-02-29 Managing Institution: University o f Sciences Implementing Institution: Hydro-M eteorology and Oceanography Falculty, University o f Sciences, VNƯ Collaborating Institutions Coordinator: Ma H oang Thanh Van Key im plem entors Duration: 2002 Budget: University 10 Main results: - Results in science and technology: + E stablishing a convective developm ent forecast program running on PC + Some results and discussions + Reports 11 Evaluation grade: good PHIẾU ĐÃNG KÝ KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u KH-CN Tên để tài: N ghiên cứu tác động tham s ố hóa đ ối lưu dự báo mưa lớn khu vực Bắc B ộ mơ hình H R M Mã số: QT-07-44 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Điện thoại: Cơ quan quản lý đề tài: Đại học Quốc gia Hà Nội Địa chỉ: 144 Đường Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội Tổng kinh phí thực chi: - Kinh phí trường: Hai mươi triệu đồng chẩn (20.000.000đ) Thời gian nghiên cứu: năm Thời gian bắt đầu: tháng 4/2007 Thời gian kết thúc: tháng 4/2008 Tên cán phối hợp nghiên cứu: - ThS Hoàng Thanh Vân - NCS Hồ Thị M inh Hà Ị Số đăng ký đề tài Ngày: Số chứng nhận đăng ký Bảo mật: kết nghiên cứu: a Phổ biến rộng rãi: X PHIẾU ĐÃNG KÝ KẾT QUẢ NGHIÊN cứu KH-CN Tên đề tài: N ghiên cứu tác động tham s ố hóa đ ối lưu dự báo mưa lớn khu vực Bắc Bộ mô hình H R M Mã số: QT-07-44 1Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Điện thoại: Cơ quan quản lý đề tài: Đại học Quốc gia Hà Nội Địa chỉ: 144 Đường Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội Tổng kinh phí thực chi: - Kinh phí trường: Hai mươi triệu chẵn (20.000.000đ) Thời gian nghiên cứu: năm Thời gian bắt đầu: tháng 4/2007 Thời gian kết thúc: tháng 4/2008 Tên cán phơi hợp nghiên cứu: - ThS Hồng Thanh Vân - NCS HỒ Thị M inh Hà Số đăng ký đề tài Số chứng nhận đăng ký Bảo mật: Ngày: kết nghiên cứu: a Phổ biến rộng rãi: X Tóm tắt kết nghiên cứu: - N ghiên cứu lý thuyết mã nguồn số sơ đổ tham số hóa đối lưu - Thống kê hình thời tiết gây mưa lớn diện rộng khu vực Bắc Bộ - Lập trình áp dụng sơ đồ tham số hóa đối lưu cho mơ hình HRM - Chạy thử nghiệm mơ hình H RM với sơ đổ tham số hóa đối lưu cho đợt mưa lớn - Tính tốn số đánh giá kết dự báo mưa mơ hình phân tích Kiến nghị qui IĨ1Ơ đối tượng áp dụng nghiên cứu: Phổ biến rộng rãi người quan tâm đến vấn đề dự báo mưa lớn Chủ nhiệm đề tài Thủ trưởng Chủ tịch Hội Thủ trưởng quan chủ trì để đồng đánh giá quan quàn lý tài thức để tài iV ỹ u p i ìéh ÍHỉu ĩrqí) tcft) ỈLLI) Vũ Thanh Họ tên Hằng T Học hàm ’ ThS C tỉ.m v học vị / V: Kí tên Đóng dấu - E I! y - ‘ II — — WX ' - \ ỵ v' PGS.TSKH j\ỹ U ỷ é n - ẽ u i/$ * jr ... tham sỏ hóa đối lưu mơ hình sơ 11 sơ đồ tham sơ hóa đối lưu áp dụng cho mơ hình HRM 1.1 Bài tốn tham số hóa đối lưu mơ hình dự báo số 11 1.2 M ột số sơ đồ tham số hóa đối lưu áp dụng cho mơ hình. .. mơ hình HRM Chương Một số hình thời tiết điển hình gây mưa lớn khu vực Bắc Chương Kết dự báo mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ bàng mô hình HRM với sơ đồ tham số hóa đổi lưu đánh giá Nghiên cứu hoàn... xét tác động tham số hóa đối lưu kết dự báo mưa lớn mơ hình cho khu vực Bắc Bộ * N ội dung nghiên cứu gồm : - N ghiên cứu lý thuyết mã nguồn m ột số sơ đồ tham số hóa đối lưu - Thống kê hình