sử dụng mô hình wrf dự báo thử nghiệm các đợt mưa lớn cho khu vực nam bộ trong năm 2016

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu mưa nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu Thế Giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 1.2 Mùa mưa Nam Bộ 10 1.2.1 Thời kỳ mùa khô 12 1.2.2 Thời kỳ mùa mưa 13 1.3 Hệ thống thời tiết ảnh hưởng đến mùa mưa Nam Bộ .15 1.3.1 Gió mùa Tây Nam 15 1.3.2 Dải hội tụ nhiệt đới 16 1.3.3 Bão - Áp thấp nhiệt đới 17 1.3.4 Các hình tổ hợp .18 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH WRF VÀ ĐẶC ĐIỂM MÙA MƯA NAM BỘ NĂM 2016 20 2.1 Giới thiệu mơ hình WRF 20 2.1.1 Bộ phận xử lí 22 2.1.2 Bộ phận mô 23 2.2 Hệ động lực phương pháp số 23 2.2.1 Hệ phương trình động lực mơ hình 23 2.2.2 Phương pháp số 25 2.3 Sơ đồ tham số hóa vật lý 26 2.3.1 Mơ hình vi vật lí .26 ii 2.3.2 Mơ hình đối lưu mây tích .28 2.3.3 Mô hình bề mặt đất 29 2.3.4 Mơ hình lớp biên hành tinh 30 2.3.5 Bức xạ khí 31 2.3.6 Sơ đồ tương tác trình vật lí .32 2.4 Điều kiện biên 32 2.5 Điều kiện đầu 33 2.6 Đặc điểm mùa mưa năm 2016 khu vực Nam Bộ 33 2.6.1 Đợt mưa 1: Chỉ ngày 22/05/2016 35 2.6.2 Đợt mưa 2: Chỉ ngày 20/06/2016 36 2.6.3 Đợt mưa 3: Chỉ ngày 26/07/2016 37 2.6.4 Đợt mưa 4: Chỉ ngày 12/09/2016 38 2.6.5 Đợt mưa 5: Chỉ ngày 07/10/2016 39 2.6.6 Đợt mưa 6: Từ ngày 16- 20/10/2016 .40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 43 3.1 Đánh giá phương pháp trực quan 43 3.2 Đánh giá theo số thống kê 48 3.2.1 Phương pháp đánh giá 48 3.2.2 Các số thống kê đánh giá khả dự báo mơ hình 49 3.3 Nhận xét chung phương pháp đánh giá 52 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNTL Mơ kiểm sốt BMJ Betts-Miller-Janjic TSHĐL Tham số hóa đối lưu ATNĐ Áp thấp nhiệt đới KKL Khơng khí lạnh DHTNĐ Dải hội tụ nhiệt đới BĐMM Bắt đầu mùa mưa KTMM Kết thúc mùa mưa WPS Hệ thống tiền xử lí ARW Advanced Research WRF PBL Lớp biên hành tinh CAPE Đối lưu tìm ẩn iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tần suất Bão – ATNĐ đổ vào khu vực từ 13oN trở xuống từ năm 19812001 17 Bảng 2.1 Các sơ đồ tham số hóa vi vật lý 27 Bảng 2.2 Sơ đồ lớp sát đất 30 Bảng 2.3 Các sơ đồ xạ khí 31 Bảng 2.4 Chi tiết mơ hình GFS 33 Bảng 2.5 Lượng mưa thực tế trạm thuộc khu vực Nam Bộ năm 2016 35 Bảng 3.1 Các số thống kê đánh giá dự báo 50 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Kết dự báo lượng mưa 24h mơ hình MM5, WRF thực đo Hình 1.2 Bản đồ địa hình Nam Bộ 10 Hình 1.3 Lượng mưa trung bình nhiều năm Nam Bộ .11 Hình 1.4 Số ngày mưa trung bình nhiều năm khu vực Nam Bộ 12 Hình 1.5 Ngày bắt đầu mùa mưa trung bình nhiều năm Nam Bộ 14 Hình 1.6 Ngày kết thúc mùa mưa trung bình nhiều năm Nam Bộ 15 Hình 2.1 Cấu trúc mơ hình WRF 22 Hình 2.2 Hệ tọa độ thẳng đứng .24 Hình 2.3 Mơ tả tính sai phân 25 Hình 2.4 Sơ đồ tương tác trình vật lý 32 Hình 2.5 Bản đồ hình Synop ngày 22-5-2016 36 Hình 2.6 Bản đồ hình Synop đợt ngày 20-6-2016 37 Hình 2.7 Bản đồ hình Synop ngày 26-7-2016 38 Hình 2.8 Bản đồ hình Synop ngày 12-9-2016 39 Hình 2.9 Bản đồ hình Synop ngày 7-10-2016 40 Hình 2.10 Bản đồ hình Synop ngày 17-10-2016 42 Hình 3.1 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 22-05-2016 43 Hình 3.2 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 20-06-2016 44 Hình 3.3 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 26-07-2016 45 Hình 3.4 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 12-09-2016 45 Hình 3.5 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 07-10-2016 46 Hình 3.6 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 16-20/10/2016 47 vi MỞ ĐẦU Mưa yếu tố xảy bất ngờ tác động khơng nhỏ đến sống Hiện nay, tình trạng mưa lũ, ngập lụt trở thành “vấn nạn” cấp thiết nhiều đô thị giới, đô thị nước phát triển Là quốc gia nằm khu vực nhiệt đới gió mùa Việt Nam lại có chế độ mưa đặc biệt so với nước vĩ độ Lượng mưa trung bình năm cao từ 2500mm đến 3000mm, tùy vào vùng miền, vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên mà vùng lại có đặc trưng mưa khác Những đợt mưa lớn gây ngập lụt đô thị tạo nên tác động không nhỏ đến sinh hoạt người dân Hiện tượng sạt lỡ đất, lũ ống, lũ quét lũ lụt diện rộng làm phá vỡ đê điều, cơng trình sở hạ tầng, ảnh hưởng đến nhiều hoạt động kinh tế, sản xuất nông nghiệp đặc biệt tính mạng người Sự tàn phá nghiêm trọng có bão xuất hiện, mưa có kèm theo dơng, lốc xốy, gió giật nhiều tượng thời tiết nguy hiểm khác Do vậy, việc dự báo mưa xác, kịp thời đầy đủ tốn vơ khó khăn phức tạp, quan tâm từ lâu khơng Việt Nam mà tồn giới để đưa biện pháp phòng tránh để giảm bớt thiệt hại cách tối thiểu Nam Bộ nằm vùng đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, nhiệt ẩm phong phú, ánh nắng dồi dào, thời gian xạ dài, nhiệt độ tổng tích ơn cao Biên độ nhiệt ngày đêm tháng năm thấp ơn hòa Độ ẩm trung bình hàng năm khoảng từ 80 - 82% Khí hậu hình thành hai mùa chủ yếu quanh năm mùa khô mùa mưa Mùa mưa từ tháng đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 tới tháng Về mùa vụ sản xuất có khác với khu vực Đồng Bắc Bộ Lượng mưa hàng năm dao động từ 966 - 1325mm góp 70 - 82% tổng lượng mưa suốt năm Mưa phân bố không đều, giảm dần từ khu vực giáp ranh từ Sài Gòn xuống khu vực phía tây Tây Nam Ở khu vực Đơng Nam có lượng mưa thấp Khi mưa kết hợp với cường triều lũ gây ngập úng, ảnh hưởng đến sản xuất đời sống dân cư vùng Năm 2016 năm mưa nhiều có chế độ mưa đặc biệt Nhiều kỷ lục mưa thành lập với lượng mưa 24 lớn vòng 40 năm qua số điểm đo khu vực Đã có khơng trận mưa gây ngập sâu địa bàn thành phố Hồ Chí Minh số đô thị lớn khu vực Về dự báo mưa, ngồi phương pháp cổ điển dự báo synop, dự báo thống kê phương pháp số trị sử dụng phổ biến giới nhiều thập kỷ qua, với chất lượng ngày nâng cao phương pháp trở thành phương pháp dự báo chủ lực nghiệp vụ dự báo nhiều nước, đặc biệt, khả dự báo mưa định lượng Với mục đính tìm hiểu chế gây nên đợt mưa lớn có tính chất lịch sử tác động không nhỏ đến đời sống người dân khu vực Nam Bộ đánh giá khả dự báo thử nghiệm đợt mưa mơ hình WRF, em chọn đề tài SỬ DỤNG MƠ HÌNH WRF DỰ BÁO THỬ NGHIỆM CÁC ĐỢT MƯA LỚN CHO KHU VỰC NAM BỘ TRONG NĂM 2016 đồ án tốt nghiệp Đề tài bố cục gồm chương phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MƯA VÀ MÙA MƯA Ở NAM BỘ Đầu tiên, chương sẽ trình bày tình hình nghiên cứu mưa áp dụng mơ hình số trị để dự báo mưa giới Việt Nam Mùa mưa Nam Bộ hệ thống thời tiết gây mưa Nam Bộ CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH WRF VÀ ĐẶC ĐIỂM MÙA MƯA NAM BỘ NĂM 2016 Phần trình bày cấu trúc mơ hình WRF, đặc điểm đợt mưa lớn Nam Bộ năm 2016, tham số mô hình cấu hình cài đặt có đề tài CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Nghiên cứu đánh giá kết mơ hình WRF so với liệu thực đo phương pháp đánh giá trực quan đánh giá số thống kê, từ rút nhận xét CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu mưa nước Trong phần em giới thiệu phương pháp dự báo mưa; tình hình nghiên cứu mưa nước với phương pháp dự báo mưa mơ hình số trị 1.1.1 Tình hình nghiên cứu Thế Giới Trong thập kỷ qua, với phát triển nhanh chóng mạnh mẽ khoa học-kỹ thuật, phương pháp số trị xây dựng áp dụng vào nghiệp vụ dự báo mưa định lượng Phương pháp sử dụng rộng rãi tồn cầu Các mơ hình số trị kể đến MM5, ETA, HRM, WRF MM5 mơ hình thuộc hệ phát triển từ năm 1970 Đây mô hình khí tượng động lực quy mơ vừa hệ thứ Trung tâm Quốc gia nghiên cứu khí Hoa Kỳ (NCAR) có sử dụng hệ thống lưới lồng việc mơ q trình vật lý khí Ban đầu MM5 xây dựng với chức nghiệp vụ dự báo thời tiết mưa lớn Sau nghiên cứu, cải tiến áp dụng cho mục đích dự báo bão Mơ hình WRF mơ hình dự báo thời tiết số trị hệ tiếp theo, phát triển từ đặc tính ưu việt mơ hình MM5 ETA Các sơ đồ tham số hóa vật lý động lực cải tiến, đồng thời mô hình WRF người dùng ưa thích thiết kế linh động hệ thống mã nguồn mở dễ dàng việc tìm hiểu, cài đặt sử dụng Mơ hình WRF có khả mơ q trình khí có quy mơ từ vài mét hàng chục kilomet dự báo xác trường khí tượng nhiệt độ, mưa, khí áp, gió… quy mơ nhỏ Các hoạt động nghiên cứu dự báo mưa mơ hình WRF với độ phân giải cao đơng đảo nhà khoa học toàn cầu quan tâm có cơng trình nghiên cứu so sánh chất lượng dự báo thời tiết mơ hình số trị, phân tích ưu nhược điểm phù hợp mơ hình đối tượng thời tiết khu vực khác Những cơng trình ban đầu với mức độ nghiên cứu cấp thấp, đơn tiến hành cài đặt cho mơ hình so sánh mức độ sai lệch kết mô với giá trị thực tế quan trắc được, từ đánh giá mức độ xác mơ hình Một hướng nghiên cứu khác thay đổi tham số vật lý kết hợp với q trình phân tích thống kê để tìm thiết lập tốt cho mơ hình, từ cho kết cao Sau hai ví dụ điển hình cho thời kì đầu Nhóm tác giả Wardah, T Kamil, A.A, Sahol Hamid and Maisarah, W.W.I (2011) tiến hành đánh giá chất lượng dự báo mưa khu vực bị lũ lụt lưu vực sông Kelantan, Malaysia với hai mơ hình MM5 WRF Cả hai mơ hình sử dụng lưới lồng, độ phân giải ngang 4km, thời gian khởi tạo 00 UTC Kết nghiên cứu mô mơ hình có giá trị gần so với lượng mưa hàng ngày nhiên mơ hình WRF có kết xác dự báo mưa 12h 24h Đối với dự báo hạn dài, hai cho kết xác so với thực tế Ngoài nghiên cứu trận mưa vừa kết hai mơ hình tương đối tốt với trận mưa to kết mơ hình cho mơ thấp (Hình 1.1) [15] Hình 1.1 Kết dự báo lượng mưa 24h mơ hình MM5, WRF thực đo Nghiên cứu Isidora Jankov and William A Gallus Jr (2005) nói ảnh hưởng tham số vật lý việc phân tích lượng mưa mơ hình WRF thời kì ẩm tăng cao [10] Việc tìm hiểu yếu tố vật lý tương tác yếu tố giúp cho việc dự báo mưa cách xác Nhóm tác giả tiến hành kết hợp điều kiện vi vật lý, đối lưu hóa mơ hình lớp biên tùy chỉnh yếu tố cho trường hợp cụ thể Mỗi cấu hình cho mơ lượng mưa, từ so sánh với lượng mưa thu thập trạm quan trắc để tìm cấu hình có hệ số tương quan cao nhất, nhiên tất trường hợp khơng có cấu hình thể lượng mưa với hệ số tương quan mong đợi Tiếp nhóm tiến hành tách riêng yếu tố riêng lẻ để đánh giá xem yếu tố tác động lớn đến mô lượng mưa Kết kết biến đổi lớn mô lượng mưa xuất phát từ việc thay đổi tùy chỉnh tham số đối lưu Chính yếu tố tác động mạnh đến lượng mưa mô Hai tùy chỉnh tham số vi vật lý lớp biên hành tinh có làm thay đổi lượng mưa mơ khơng đáng kể Tóm lại việc thay đổi tham số hệ số mơ hình cho mô lượng mưa khác Tùy vào khu vực đối tượng xét có tùy chỉnh cấu hình thích hợp kết xác Trong năm trở lại đây, chất lượng dự báo mơ hình số trị không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu phát triển xã hội trở thành phương pháp dự báo chủ lực nghiệp vụ dự báo thời tiết dự báo mưa Những nghiên cứu, cơng trình khoa học mơ tượng thời tiết với mức độ cao hơn, phức tạp việc đồng hóa kết hợp nhiều nguồn liệu khác đưa vào mơ hình để dự báo mưa ngày nhiều đạt kết định Một chương trình dự báo mưa Viện nghiên cứu Đức (2003) [9] Nhóm tác giả nhận định Nước điều kiện tiên cho hầu hết q trình Chế độmưa cách khơng khí điều hòa nguồn nước trái đất Việc đưa chu trình nước vào mơ hình dự báo điều cần thiết để dự báo lượng mưa tích lũy Để giải tốn này, nhóm tác giả tập trung vào việc xác định trình lý học hóa học định đến khả hình thành mưa; sử dụng thêm nguồn tài liệu thu thập khác kết hợp với phân tích thống kê động lực, đồng thời tiến hành phân tích liệu lúc phạm vi rộng Kết cho thấy kết hợp liệu thu thập hiệu chỉnh số liệu cho phù hợp với phân tích thống kê động lực phân bố nước xác định hàm lượng nước khí trạng thái nước, lỏng, băng thời điểm ban đầu cho dự đoán khả hình thành mưa Việc xây dựng phương pháp đồng hóa nguồn liệu quan CHƯƠNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 3.1 Đánh giá phương pháp trực quan [3] Để đánh giá diện mưa, lượng mưa Nam Bộ đợt, ta tiến hành biểu diễn lượng mưa từ kết dự báo lượng mưa quan trắc lên đồ, từ so sánh phân tích thơng qua thang màu thể Đợt mưa ngày 22-05-2016: THỰC TẾ DỰ BÁO Hình 3.1 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 22-05-2016 Nhận xét: Trong thời hạn dự báo 24h (22-05-2016) kết dự báo diện mưa mơ hình chưa xác, số liệu thực đo ghi nhận có khu vực Trị An, Long Khánh TP Vũng Tàu có mưa mơ hình dự báo khống tâm mưa tỉnh Phước Long, Đồng Phú, Tây Ninh Thực tế mưa tập trung vùng ven biển phía Đơng Những khu vực lại mưa có nơi khơng mưa Lượng mưa thực tế tâm mưa lớn so với dự báo 43 Đợt mưa ngày 20-06-2016: THỰC TẾ DỰ BÁO Hình 3.2 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 20-06-2016 Nhận xét: Trong hạn dự báo 24h (20-06-2016) ) kết mơ hình cho diện mưa lớn so với kết quan trắc Mơ hình có báo khống lượng mưa TP.HCM tỉnh miền Đơng Nam Bộ kết thực đo khu vực có lượng mưa khơng mưa, thực tế tâm mưa lớn Trị An Bạc Liêu, tỉnh Mộc hóa Sóc Trăng khu vực khơng mưa Lượng mưa thực tế có lượng mưa lớn đạt 140mm Trị An thuộc miền Đông Nam Bộ tỉnh Bạc Liêu thuộc miền Tây Nam Bộ Trong lượng mưa dự báo phân bố rộng vùng Đông Nam Bộ lượng mưa lớn đạt 95mm thấp so với thực tế Đợt mưa ngày 26-07-2016:(Hình 3.3) Nhận xét: Dự báo hạn 24h ( 26-07-2016) kết mơ hình thể tâm mưa lớn khu vực TP.HCM giống với kết thực đo nhiên lại cho diện mưa Nam Bộ lớn so với thực tế, mưa tập trung khu vực ven biển Đông Nam Bộ Những khu vực lại mưa, có nơi khơng mưa Với lượng mưa trung bình khoảng từ 30mm đến 50 mm Phước Long tỉnh khơng có mưa 44 THỰC TẾ DỰ BÁO Hình 3.3 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 26-07-2016 Đợt mưa ngày 12-09-2016: THỰC TẾ DỰ BÁO Hình 3.4 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 12-09-2016 Nhận xét: Dự báo hạn 24h (12-09-2016) mơ hình dự báo tâm mưa tập trung khu vực Đông Nam Bộ ( TP.HCM, Sở Sao, Long Khánh) số liệu thực đo ghi nhận có khu vực Long Khánh có mưa Tuy nhiên mơ hình có báo khống lượng mưa Châu Đốc khơng có mưa kết thực đo khu vực mưa Ngồi 45 khu vực lại dự báo mưa thực tế hầu hết tỉnh thuộc miền Tây Nam Bộ không mưa So với lượng mưa thực tế, lượng mưa dự báo có chênh lệch lớn Thực tế mưa lớn có lượng mưa 100mm tập trung Long Khánh khu vực lại có lượng mưa từ 30mm đến 80mm không mưa Đợt mưa ngày 07-10-2016: THỰC TẾ DỰ BÁO Hình 3.5 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 07-10-2016 Nhận xét: Trong hạn dự báo 24h (07-10-2016) mơ hình cho kết biểu diễn lượng mưa sai với thực tế hồn tồn Mơ hình dự báo khống tâm mưa lớn khu vực tỉnh Phước Long, Long Khánh Biên hòa vùng thực tế mưa thâm chí khơng mưa, mơ hình dự báo khu vực miền Tây Nam Bộ hầu hết không mưa gần với thực tế Diện mưa thực tế hẹp tập trung tâm mưa Đồng Phú hầu hết vùng lân cận khơng có mưa Lượng mưa thực tế đạt 120mm tập trung Đồng Phú Các khu vực thuộc miền Đông Tây Nam Bộ mưa khơng mưa Lượng mưa dự báo có lương mưa khơng lớn tầm 65mm trở xuống kéo dài từ tỉnh Phước Long đến tỉnh Long Khánh Khu vực khơng mưa miền Tây Nam Bộ 46 Đợt mưa ngày 16-20/10/2016: THỰC TẾ DỰ BÁO Hình 3.6 Lượng mưa thực tế dự báo ngày 16-20/10/2016 Nhận xét: Hạn dự báo 24h (16-20/10/2016),cho kết dự báo diện mưa mơ hình tốt, gần giống với kết quan trắc trạm đo, với lượng mưa trung bình nằm khoảng 30 đến 40mm, hầu hết tỉnh thành có mưa Tuy nhiên mơ hình có báo khống lượng mưa tỉnh Long Khánh Trị An kết thực đo hai khu vực có lượng mưa Khu vực Nam chịu ảnh hưởng gió tây nam có cường độ trung bình đến mạnh nên hầu hết tỉnh có mưa, thời gian xuất mưa thường chiều tối đêm, có nhiều nơi mưa vừa mưa to dơng Trong có 2-3 đợt mưa xuất diện rộng Lượng mưa thực tế mưa phân bố diện rộng phía Đơng Nam Bộ kéo dài từ TP.Hồ Chí Minh đến tỉnh Phước Long, tỉnh Tây Ninh Sở Sao tập trung dông với lượng mưa lớn 300mm Một số tỉnh miền Tây Cao Lãnh, Sóc Trăng… mưa Lượng mưa dự báo có số điểm khác biệt Lượng mưa trãi dài từ TP Vũng Tàu đến tỉnh Long Khánh Trong TP.Hồ Chí Minh, Sở Sao Tây Ninh có dơng với lượng mưa lớn 200mm Những khu vực lại rải rác mưa Mộc Hóa khu vực có lượng mưa nhỏ 47 3.2 Đánh giá theo số thống kê 3.2.1 Phương pháp đánh giá Việc đánh giá dự báo mưa thường gặp nhiều khó khăn, trường mưa trường bất liên tục biến động mạnh theo không gian theo thời gian Nhiều đặc trưng thống kê có tính quy luật yếu tố khí tượng khác lại khơng có mưa làm cho việc xử lý số liệu mưa phức tạp Khơng giống trường khí tượng khác, mưa có hai thành phần pha mưa (có mưa hay khơng có mưa) thành phần lượng mưa Do cần nghiên cứu khả mơ hình dự báo xuất mưa lượng mưa Hiện có nhiều phương pháp đánh giá sản phẩm mơ hình số, đánh giá thống kê theo loại (hay đánh giá dự báo tượng) đánh giá phù hợp hai kiện dự báo quan trắc Các số đánh giá dựa vào bảng ngẫu nhiên sau (Damrath, 2002)[14]: Hits (H) = dự báo có + quan trắc có Misses (M) = dự báo khơng + quan trắc có False alarms (F) = dự báo có + quan trắc khơng Correct negatives(CN)=dự báo không+quan trắc không Dưới số số thường dùng đánh giá dự báo tượng + Bias score (BIAS hay FBI): Thường dùng đánh giá diện mưa dự báo ứng với ngưỡng cho trước FBI = H  F H M FBI < 1: vùng dự báo nhỏ vùng thám sát FBI > 1: vùng dự báo lớn vùng thám sát FBI = 1: vùng dự báo với vùng thám sát (giá trị lý tưởng) + Xác suất phát (Probability of Detection - POD) 48 POD = H H M POD nhạy tượng không dự báo (misses events) chứkhông nhạy phát sai (false alarms) POD dao động từ đến giá trịtối ưu POD = + Tỷ phần dự báo phát sai (False Alarms Ratio - FAR) FAR = F H F Giá trị tối ưu FAR = + Chỉ số thành công (Critical Success Index – CSI hay Threat Score – TS) CSI = TS = H H F M Giá trị tối ưu TS = + Độ xác (Percentage Correct - PC) PC = H  CN Total 3.2.2 Các số thống kê đánh giá khả dự báo mơ hình Để đánh giá khả dự báo mưa lớn gây ngập 24 tới mơ hình WRF năm 2016 số thống kê, em chia ngưỡng lượng mưa sau: - Từ không mưa tới 30mm: Ứng với trạng thái khơng có khả gây ngập - Từ 30 mm đến 70mm: Có khả gây ngập - Từ 70mm đến 100mm: Ngập - Trên 100mm: Ngập sâu Các đợt mưa quy mưa 24 đánh giá chung cho năm 2016 Các số thể bảng sau: ( Bảng 3.1) [3] 49 Bảng 3.1 Các số thống kê đánh giá dự báo CÁC CHỈ SỐ THỐNG KÊ ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO Ngưỡng mưa  Chỉ số FBI Chỉ số Chỉ số Chỉ số POD(1) FAR(0) CSI(1) Chỉ số PC(1) 100 0.09 0.09 0.09 0.95 Nhận xét:Từ kết phân tích số thơng qua ngưỡng mưa hạn dự báo 24h cho thấy: - Đối với ngưỡng lượng mưa từ 30mm: Chỉ số FBI Dự báo diện mưa ngưỡng mưa gần với thực tế, số dao động mức 90% (FBI = 0.90) Điều cho thấy khả phản ánh diện mưa mơ hình gần với thực tế trọng đợt mưa nưa Chỉ số FAR: Sai số dự báo ngưỡng mưa nhỏ, số FAR = 0.11 Như lí thuyết trình bày chương 2, giá trị sai số dự báo nhỏ, dự báo mô hình gần với giá trị thực đo Chỉ số POD, TS, PC: Các số đánh giá dự báo mơ hình cho kết tốt Xác suất xuất mưa đạt 73% (POD = 0.73) Khả dự báo thành cơng mơ hình 72% (TS = 0.72) Khả dự báo xuất mưa hay không cho giá trị cao, đạt giá trị đạt 82% (PC = 0.82) Như vậy, mô hình cho xác suất dự báo xuất mưa, lượng mưa với mức độ thành công cao ngưỡng lượng mưa 30mm - Đối với ngưỡng lượng mưa từ 30mm đến 70mm: Chỉ số FBI Giá trị FBI lớn 1, mơ hình cho dự báo diện mưa lớn kết quan trắc thực tế, hạn 24h cho kết gần giống so với thực tế (1.28) 50 Chỉ số FAR: Chỉ số dao động mức 0.43 tương ứng với sai số 43% Như sai số dự báo đợt mưa không lớn Chỉ số POD, TS, PC: Chỉ số POD dao động từ 0.73, khả dự báo xuất mưa đạt khoảng 73% Chỉ số TS = 0.47, có nghĩa khả dự báo thành cơng mơ hình thấp 47% Xác suất xuất có mưa hay khơng (PC) đạt 74% Như vậy, từ phân tích đánh giá ta thấy mơ hình cho dự báo tốt hạn 24h ngưỡng lượng mưa từ 30mm đến 70mm - Đối với ngưỡng lượng mưa từ 70mm đến 100mm: Chỉ số FBI Giá trị FBI = 1.68 lớn 1, mơ hình cho dự báo diện mưa lớn kết quan trắc thực tế Chỉ số FAR: Hạn dự báo 24h ngưỡng mưa lại có giá trị cao khoảng 63% điều cho thấy sai số dự báo tương đối cao (FAR = 0.63) Chỉ số POD, TS, PC: Trong đợt mưa này, khả dự báo xuất mưa mơ hình (PC) dao động khoảng 87% Xác xuất phát xuất mưa (POD) cao (đạt 63%) Khả dự báo thành công mô hình (TS) thấp đạt 31% Từ đánh giá phân tích liệu cho thấy, khả dự báo xuất mưa, lượng mưa yêu tố khác không cao ngưỡng mưa từ 70mm đến 100mm - Đối với ngưỡng lượng mưa 100mm: Chỉ số FBI Giá trị FBI = 0.09 nhỏ hơn, mơ hình dự báo cho diện mưa hẹp nhiều so với thực tế Chỉ số FAR: Sai số dự báo đợt mưa nhỏ, số nằm khoảng 51 Chỉ số POD, TS, PC: Trong đợt mưa này, khả dự báo xuất mưa mơ hình (PC) dao động cao đạt 95% Xác xuất phát xuất mưa (POD) hạn 24h thấp (đạt 9%) Khả dự báo thành cơng mơ hình (TS = 0.09) thấp chiếm 9% Như vậy, từ phân tích đánh giá ta thấy mơ hình cho dự báo cho kết sai số lớn, bên cạnh giá trị sai số trung bình lớn, dự báo khống lượng mưa thực tế mưa Trong đợt mưa này, kết dự báo mơ hình chưa thực tốt 3.3 Nhận xét chung  Ưu điểm: - Mơ hìnhdự báo nhìn thấy tâm mưa lớn mưa tương đối phù hợp Tâm mưa lớn chủ yếu tập trung miền Đông Nam Bộ mơ hình dự báo lượng mưa xung quanh tâm mưa nhỏ mức độ chênh lệch so với thực tế không đáng kể - Phương pháp đánh giá số thống kê cho thấy ngưỡng lượng mưa 30mm mơ hình dự báo cách thành cơng Mơ hình bắt cách đắn số tiêu biểugắn với số lí tưởng - Đối với ngưỡng mưa từ 30 đến 70mm ngưỡng có khả gây ngập Mơ hình dự báo tương đối xác với khả dự báo xuất mưa đạt 75% - Ngưỡng lượng mưa từ 70mm đến 100mm ngưỡng lượng mưa có khả gây ngập với số ổn định Khả dự báo xác xuất mưa mơ hình 87%  Nhược điểm: - Mơ hình WRF hầu hết không dự báo lượng mưa với tâm mưa lớn bị hụt thực tế Ví dụ: Lượng mưa thực đo bị hụt gần 40mm so với lượng mưa dự báo vào ngày 22-05-2016 TrịAn thuộc tỉnh Đồng Nai - Phương pháp đánh giá số thống kê cho thấy mơ hình dự báo thất bại ngưỡng mưa 100mm Mơ hình khơng phát cách đắn tiêu 52 biểu số thấp Mơ hình gần khơng dự báo ngưỡng mưa Có thể thấy rõ thông qua số thành công 0.09 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Kết mà đồ án đạt được: Sau học tập nghiên cứu, em xin tóm tắt lại số kết đạt trình làm đồ án sau: Đánh giá khả dự báo mơ hình WRF độ phân giải cao thời hạn dự báo 24h đợt mưa lớn năm 2016 Đối với đánh giá trực quan: Diện mưa thể đồ gần giống với giá trị thực đo, mơ hình bắt tâm mưa lớn thực tế dự báo khống nhiều khu vực mưa không mưa Thang màu thể lượng mưa chênh lệch nhiều so với kết thực tế, lượng mưa trung bình từ 60 đến 80 mm Đối với đánh giá thông qua số thống kê: - Trong mô hình dự báo có ngưỡng lượng mưa dự báo thành cơng ngưỡng mưa 30mm ngưỡng lượng mưa 100mm mơ hình dự báo thất bại - Kết dự báo ngưỡng mưa lại tương đối ổn định, sai số không lớn Những số liệu đề cập chương Sau phân tích đánh giá số liệu dự báo mơ hình phương pháp trực quan phương pháp thông qua số thống kê, kết cho thấy đa phần kết dự báo mơ hình cho lượng mưa thấp so với số liệu quan trắc thực tế Ngồi kết đó, đồ án nêu tổng quan tình hình nghiên cứu mưa giới Việt Nam, mùa mưa hình gây mưa Nam Bộ Các sở lý thuyết mơ hình, ứng dụng mơ hình nghiên cứu học tập Giới thiệu đặc điểm mùa mưa Nam Bộ hệ thống thời tiết ảnh hưởng đến lượng mưa khu vực Với việc biết hệ thống thời tiết gây mưa, ta dự đốn khả dự báo mơ hình dự báo mưa khu vực Nam Bộ Từ mở hướng nghiên cứu tìm hiểu thêm hệ thống gây mưa nước - Kiến nghị: Trong trình làm đồ án này, em thấy số khó khăn tồn vấn để sử dụng mơ hình số trị để dự báo mưa nước ta 54 Xuất phát từ vấn đề em gặp phải, em xin đưa số kiến nghị nhằm giải khó khăn, đồng thời đóng góp giải pháp để phần giúp cho việc khai thác, sử dụng mô hình dự báo thời tiết nước ta tốt Xây dựng sở lý thuyết hệ thống thời tiết ảnh hưởng đến mùa mưa Nam Bộ vùng miền Cần tiến hành chạy mơ hình dự báo thời tiết, dự báo mưa hàng ngày Từ có nhiều sơ, kết để đánh giá, so sánh chất lượng dự báo mơ hình số trị cách đầy đủ khách quan Ngoài ra, cần nghiên cứu thêm cách xử lí số liệu đầu bao gồm phân tích, nội suy, chọn lọc kết để tiện lợi sử dụng khai thác tối đa sản phẩm dự báo mơ hình Trong mơ hình WRF có tích hợp nhiều sơ đồ tham số hóa loại sơ đồ lại có nhiều lựa chọn Do vậy, để tìm sơ đồ phù hợp với khu vực nghiên cứu cần phải tiến hành thử nghiệm nhiều lần cho kết tối ưu Bên cạnh đó, để tăng độ tin cậy kết dự báo, cần phát triển hệ thống đồng hóa liệu mơ hình, nhằm mục đích đưa số liệu quan trắc vào mơ hình để làm đầu vào, có kết dự báo cải thiện đáng kể Đầu tư xây dựng, bổ sung sở hạ tầng, trạm quan trắc để đáp ứng nhu cầu ngày nâng cao xã hội Đó điều kiện khai thác sử dụng mơ hình cách tốt Em xin cảm ơn! 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: [1] Báo cáo tổng kết, Nghiên cứu ứng dụng mơ hình WRF phục vụ dự báo thời tiết bão Việt Nam, viện khoa học khí tượng thuỷ văn môi trường trung tâm nghiên cứu khí tượng−khí hậu Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn mơ hình khí hậu khu vực để mơ phỏng, dự báo dự tính điều kiện khí hậu cực đoan Việt Nam [2] Bùi Hoàng Hải (2008), Nghiên cứu phát triển ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa xốy ba chiều cho mục đích dự báo chuyển động bão việt Nam, Luận án tiến sĩ khí tượng học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [3] Đài khí Tượng Thủy Văn Khu Vực Nam Bộ, “ Tài liệu chun mơn dự báo khí tượng “ [4] Hồng Thị Thủy (2013), Thử nghiệm dự báo tổ hợp quỹ đạo cường độ bão hạn ngày khu vực biển đông WRF sử dụng sản phẩm tổ hợp tồn cầu, khóa luận thạc sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [5] Nguyễn Thanh Tú (2013), Đánh giá kỹ dự báo mưa lớn cho miền trung tây ngun số mơ hình khu vực, khóa luận thạc sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [6] Nguyễn Xuân Yên (2012), ảnh hưởng độ phân giải đến kết dự báo quỹ đạo bão biển đông mơ hình WRF, khóa luận thạc sỹTrường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tài liệu tiếng Anh: [7] Andreas Hense, Gerd Adrian, Christoph Kottmeier, Clemens Simmer and Volker Wulfmeyer (2003), Quantitative Precipitation Forecast, Priority Program of the German Research Foundation, Germany [8] Anupma Prakash et al, (2009): Comparison of WRF model Outputs and MODIS Image Products for Cloud Presence: A case Study, REU Student Jessica Beres 56 [9] Isidora Jankov And William A Gallus Jr, (2005) : The Impact of Different WRF Model Physical Parameterizations and Their Interactions on Warm Season MCS Rainfal [10] Jimy Dudhia, Wei Wang and Ming Chen (2012), Convective Parameterization Options in WRF V3.4, NCAR/NESL/MMM [11] National Center for Atmospheric Research (2012), The Advanced Research WRF (ARW) Version 3.4 modeling system User’s Guide, Boulder, Colorado, U.S.A [12] P.W Chan and S Koos , (2006) : Impact of temperature and humidity profiles from modis on microscale modelling [13] Robert E.Tuleya, Morris A.Bender anh Yoshio Kurihara (1983), A similation study of the landfall of tropical cyclone using a movable nested-Mesh model Monthly weather Review, volume 112, page 14-136 [14] Routray, A., Mohanty, U C., Niyogi, D., Rizvi, S R., Osuri, K K., (2008) : First application of 3DVAR-WRF data assimilation for mesoscale simulation of heavy rainfall events over Indian Monsoon region Journal of the Royal Meteorological Society [15] Skamarock William C., Klemp Joseph B., Dudhia Jimy, Gill David O., Barker Dale M., Duda Michael G., Huang Xiang-Yu, Wang Wei, Powers Jordan G (2008), A Description of the Advanced Research WRF Version 3, National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, USA [16] Wardah, T., Kamil, A.A., Sahol Hamid,A.B., and Maisarah,W.W.I, (2011) : ‘Quantitative Precipitation Forecast using MM5 and WRF models for Kelantan River Basin’ [17] William C Skamarock, Joseph B Klemp, Jimy Dudhia, David O Gill, Dale M Barker, Michael G Duda, Xiang-Yu Huang, Wei Wang, Jordan G Powers, A Description of the Advanced Research WRF Version 57 ... đánh giá khả dự báo thử nghiệm đợt mưa mơ hình WRF, em chọn đề tài SỬ DỤNG MƠ HÌNH WRF DỰ BÁO THỬ NGHIỆM CÁC ĐỢT MƯA LỚN CHO KHU VỰC NAM BỘ TRONG NĂM 2016 đồ án tốt nghiệp Đề tài bố cục gồm chương... mơ hình khai khống lượng mưa ngưỡng nhỏ vừa Với xác suất dự báo thành công sai số lượng mưa mức 70 % đưa mơ hình WRF vào nghiệp vụ dự báo mưa khu vực Nam Bộ 1.2 Mùa mưa Nam Bộ Nam Bộ nằm khu vực. .. VỀ MƯA VÀ MÙA MƯA Ở NAM BỘ Đầu tiên, chương sẽ trình bày tình hình nghiên cứu mưa áp dụng mơ hình số trị để dự báo mưa giới Việt Nam Mùa mưa Nam Bộ hệ thống thời tiết gây mưa Nam Bộ CHƯƠNG 2: MÔ