Ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão trên biển Đông bằng mô hình WRF

đại học quốc gia hà nội Tr-ờng đại học khoa häc tù nhiªn Nguyễn Xuân Yên ảnh h-ởng độ phân giảI đến kết dự báo quỹ đạo bão biển đông mô hình WRF Luận văn thạc sỹ khoa học Hà Nội Năm 2013 đại học quốc gia hà nội Tr-ờng đại học khoa học tự nhiên Nguyễn Xuân Yên ảnh h-ởng độ phân giảI đến kết dự báo quỹ đạo bão biển đông mô hình WRF Chuyên ngành: Khí t-ợng khí hậu học Mã số: 60.44.87 Luận văn thạc sỹ khoa học Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: GS TS Trần Tân tiến Hà Nội Năm 2013 Lời cảm ơn Tr-ớc hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS TS Trần Tân Tiến, ng-ời tận tình bảo, h-ớng dẫn giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn Thủ tr-ởng phòng Bảo đảm hàng hải đồng chí phòng quan tâm động viên tạo điều kiện mặt để đ-ợc học tập nghiên cứu Khoa Khí t-ợng Thủy văn Hải d-ơng học, Tr-ờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội Tôi xin cảm ơn Thầy, Cô cán khoa Khí t-ợng - Thủy văn - Hải d-ơng học cung cấp cho kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để học tập làm việc Khoa Tôi xin cảm ơn Phòng sau đại học, Tr-ờng Đại học Khoa học Tự nhiên quan tâm giúp đỡ để có thời gian hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ng-ời thân bạn bè, ng-ời bên cạnh cổ vũ, động viên tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học tập tr-ờng Nguyễn Xuân Yên Mục lục Mở đầu CHƯƠNG 10 Tỉng quan vỊ b·o nhiƯt ®íi vai trò độ phân giảI mô hình số dự báo quỹ đạo bão 10 1.1 B·o dự báo quỹ đạo bão 10 1.1.1 Mét số khái niệm đặc tr-ng bão 10 1.1.2 Dù báo quỹ đạo bão mô hình số 14 1.1.3 øng dụng mô hình số dự báo quỹ đạo bão 17 1.2 Vai trß độ phân giải mô hình số dự báo quỹ đạo bão 26 Ch-ơng 35 Mô hìNH WRF ứng dụng dự báo quỹ đạo bão 35 2.1 Mô hình WRF nghiên cứu dự báo thời tiết 35 2.1.1 Hệ tọa độ thẳng đứng biến thông l-ợng 37 2.1.2 Sơ đồ tích phân theo thêi gian 38 2.1.3 Tham sè hãa vËt lý 39 2.1.4 L-íi lång 42 2.2 áp dụng mô hình WRF dự báo quỹ đạo bão 47 2.2.1 Cấu hình miền tính nguồn số liệu 47 2.2.2 Lựa chọn cấu hình cho WRF để dự báo quỹ đạo bão 48 2.2.3 Hiển thị tr-ờng kết mô 48 2.2.4 X¸c định tâm bão 49 2.2.5 ChØ tiªu ®¸nh gi¸ 50 CHƯƠNG 52 Phân tích đánh giá vai trò độ phân giảI đến kết dự báo quỹ đạo bão biển đông 52 3.1 Ph-¬ng án thử nghiệm ảnh h-ởng độ phân giải mô hình WRF đến kết dự báo quỹ đạo b·o 52 3.1.1 TËp sè liÖu nghiªn cøu 52 3.1.2 Các tr-ờng hợp thử nghiệm 53 3.2 Đánh giá ảnhh h-ởng độ phân giải đến kết dự báo quỹ đạo bão 54 3.2.1 Đánh giá số bão điển hình 54 3.2.2 Đánh giá bão mạnh bão yếu thời điểm dự báo 70 3.2.3 Đánh giá bão theo thời gian hoạt động 76 3.2.4 Đánh giá toàn tập mẫu lùa chän 81 3.3 Sai sè hÖ thèng 84 KÕt luËn 86 Tài liệu tham khảo 88 DANH MôC HìNH Hình 1.1 Quỹ đạo bão trung bình nhiều năm Biển Đông ven biển Việt Nam vị trí trung bình dải hội tụ nhiệt đới Hình 1.2 Trung bình sai số dự báo quỹ đạo xoáy thuận nhiệt đới quan khí t-ợng Trung Quốc với hạn dự báo 24h, 48h, 72h từ năm 1991 đến năm 2005.10 Hình 1.3 So sánh kết phân tích "best track" (BTRK) với mô hình l-ới lång (FCST) cho b·o Thelma (1977) ……………………………………… …25 H×nh 1.4 So sánh kết dự báo quỹ đạo bão với thực tế26 Hình 1.5 áp suất thấp tâm bão nh- hàm thời gian 29 Hình 1.6 Thành phần gió thẳng đứng mực 850 hPa 29 Hình 2.1 Tọa độ thẳng đứng ARW 33 H×nh 2.2 Mô tả dạng l-ới lồng 38 Hình 2.3 L-ới Akarawa-C theo không gian 39 Hình 2.4 Cấu trúc l-ới lồng 39 Hình 2.5 Sơ đồ chạy lồng chiều 40 Hình 2.6 Mô miền l-ới lồng bên miền l-ới thô.44 Hình 2.7 Sơ đồ mô tả sai sè 46 Hình 3.1 Quỹ đạo bão Chebi (08-15/11/2006) 51 Hình 3.2 Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 11/11/2006 53 Hình 3.3 Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 12/11/2006 53 Hình 3.4 Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 13/11/2006 53 Hình 3.5 Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 15/11/2006 53 Hình 3.6 Bản đồ đẳng áp mực 850mb lúc 00Z ngày 11/11/2006.54 Hình 3.7 ảnh mây vệ tinh thị phổ lúc 00Z ngày 11/11/2006.54 Hình 3.8 Sai số dự báo quỹ đạo bão Chebi so với thực tế từ hạn dự báo 00h đến 66h.56 Hình 3.9 Tr-ờng áp suất mặt biển dự báo 00h đến 72h từ 00Z/11/11/2006 57 Hình 10 Quỹ đạo thực bão Prapiroon (28/7-15/8/2006) 58 Hình 3.11 Bản đồ phân tích mặt đất lúc 00z ngày 01/08/2006.59 Hình 3.12 Bản đồ phân tích mặt đất lúc 00z ngày 02/08/2006.60 Hình 3.13 Bản đồ phân tích mực 500mb lúc 00z ngày 01/08/2006 60 Hình 3.14 Bản đồ phân tích mực 500mb lúc 00z ngày 02/08/2006 60 Hình 3.15 Sai số dự báo quỹ đạo bão Prapiroon so với thực tế từ hạn dự báo 00h đến 66h.62 Hình 3.16 Tr-ờng áp suất mặt biển dự báo 00h đến 72h từ 00Z/01/8/2006.63 Hình 3.17 Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 54h bão mạnh thời điểm dự báo 65 Hình 3.18 Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 48h bão yếu thời điểm dự báo 67 Hình 3.19 Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 42h bão đầu mùa.70 Hình 3.20 Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 60h bão cuối mùa72 Hình 3.21 Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 48h toàn tập mẫu 74 DANH MụC BảNG Bảng 1.1 Phân loại bão theo cấp gió .7 Bảng 1.2 Thang SaffirSimpson .7 Bảng 1.3 Mối quan hệ mực dòng dẫn đ-ờng với c-ờng độ bão Bảng 1.4 Sai số dự báo số trung tâm dự báo Thế giới .11 Bảng 3.1 Danh sách bão đ-ợc lựa chọn thử nghiệm48 Bảng 3.2 Số l-ợng tâm bão thu đ-ợc hạn dự báo50 Bảng 3.3 Kết tính sai số dự báo quỹ đạo bão Chebi thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 11/11/2006 55 Bảng 3.4 Kết tính sai số dự báo quỹ đạo bão Prapiroon thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 01/8/2006.61 Bảng 3.5 Kết tính sai số trung bình bão mạnh thời điểm dự báo.64 Bảng 3.6 Kết tính sai số trung bình bão yếu thời điểm dự báo66 Bảng 3.7 Kết tính sai số trung bình bão đầu mùa.69 Bảng 3.8 Kết tính sai số trung bình bão cuèi mïa………………… ….71 B¶ng 3.9 KÕt qu¶ tÝnh sai sè trung bình bão đ-ợc chọn 73 Bảng 3.10 Kết tính sai số trung bình vĩ độ kinh độ.75 Bảng 3.11 Sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h 48h sau hiệu chỉnh 76 Mở đầu Bão từ lâu nỗi khiếp sợ ng-ời dân vùng biển nh- ng- dân biển, đặc biệt chiến sỹ Hải quân th-ờng xuyên phải hoạt động biển mức độ nguy hiểm bão nh- sức mạnh qui mô Mặc dù, bão đ-ợc quan tâm nghiên cứu từ nhiều thập kỷ qua, nh-ng cho ®Õn vÉn ch-a cã mét lý thuyÕt đầy đủ chế chuyển động bão Thêm vào đó, d-ới tác động biến đổi khí hậu toàn cầu c-ờng độ bão mạnh phạm vi ảnh h-ởng bão có xu h-ớng tăng, đặc biệt bão có quỹ đạo phức tạp tăng lên gây nhiều khó khăn cho công tác dự báo Vì thế, dự báo bão nói chung, dự báo quỹ đạo bão nói riêng đề tài đ-ợc nhiều nhà dự báo nghiên cứu khí t-ợng quan tâm Trong nhiều thập kỷ qua, nhà khí t-ợng có nhiều nghiên cứu bão dựa việc quan trắc thực nhiệm, nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô hình số có hiểu biết đầy đủ bão, dẫn tới cải thiện đáng kể công tác dự báo Những năm gần đây, với phát triển khoa học kĩ thuật, nhiều mô hình số khu vực đ-ợc đ-a vào nghiên cứu, thử nghiệm dự báo b-ớc đầu thu đ-ợc số kết định góp phần quan trọng công tác dự báo thời tiết, đặc biệt dự báo bão với độ xác đ-ợc nâng lên rõ rệt Một số mô hình số đại có hỗ trợ nhiều module cho mục đích nh- cài xoáy giả, cập nhật số liệu địa ph-ơng, đồng hóa số liệu, tăng độ phân giải, nhằm cải thiện sai số dự báo WRF hệ thống bao gồm nhiều module khác nhau, linh hoạt tối -u cho mục đích nghiên cứu nh- chạy nghiệp vụ Ngoài ra, mô hình th-ờng xuyên đ-ợc cập nhật phiên có mã nguồn mở để ng-ời sử dụng, nh- nhà nghiên cứu đ-a thêm vào mô hình sơ đồ tham số hóa vật lý khác nhau, điều kiện biên di động, hệ thống đồng hóa số liệu 3DVAR, hệ thống ban đầu hóa xoáy giả, cấu hình miền l-ới lồng ghép Trong luận văn này, với mục đích khảo sát, đánh giá ảnh h-ởng độ phân giải mô hình WRF đến kết dự báo quỹ đạo bão biển Đông Tôi lựa chọn cài đặt l-ới lồng mô hình WRF với miền thô có độ phân giải ngang 27km miền lồng nằm bên có độ phân giải ngang 9km Việc tăng độ phân giải mô hình WRF miền lồng với hy vọng mô hình có khả mô tốt trình vật lý có quy mô nhỏ mà với độ phân giải thô khó mô hết đ-ợc Nội dung luận văn gồm phần: Mở đầu Ch-ơng 1: Tổng quan bão nhiệt đới vai trò độ phân giải mô hình số dự báo quỹ đạo bão Trong phần này, trình bày khái quát số đặc tr-ng bão nhiệt đới nghiên cứu gần dự báo quỹ đạo bão mô hình số Đ-a số nghiên cứu tiêu biểu vai trò độ phân giải mô hình số dự báo quỹ đạo bão Ch-ơng 2: Mô hình WRF áp dụng để dự báo quỹ đạo bão Trong phần này, trình bày đặc tr-ng mô hình WRF Thiết lập cấu hình l-ới lồng để thử nghiệm đánh giá ảnh h-ởng độ phân giải đến kết dự báo quỹ đạo bão, đ-a công cụ hỗ trợ xử lý kết dự báo mô hình Ch-ơng 3: Phân tích đánh giá vai trò độ phân giải đến kết dự báo quỹ đạo bão biển Đông Trong phần này, trình bày kết nghiên cứu thu đ-ợc, phân tích hình synốp số bão điển hình, khả dự báo bão mô hình WRF So sánh đánh giá sai số dự báo quỹ đạo bão có sử dụng l-ới lồng không sử dụng l-ới lồng Kết luận Tài liệu tham khảo CHƯƠNG Tổng quan bão nhiệt đới vai trò độ phân giảI mô hình số dự báo quỹ đạo bão 1.1 Bão dự báo quỹ đạo bão 1.1.1 Một số khái niệm đặc tr-ng bão Định nghĩa: Bão nhiều nơi thÕ giíi còng cã nhiỊu c¸ch gäi kh¸c nhau: ë vùng châu Thái Bình D-ơng bão đ-ợc gọi Typhoon; vùng ấn Độ D-ơng ng-ời ta gọi bão Cyclone; vùng Đại Tây D-ơng ng-ời ta gọi bão Uragan hay Hurricane; châu úc ng-ời ta gọi bão Villy-Villy Tất tên gọi đ-ợc quy tụ lại d-ới tên chung Tropical Cyclone xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) XTNĐ vùng gió xoáy, có đ-ờng kính tới hàng trăm ki-lô-mét, hình thành vùng biển nhiệt đới, gió thổi xoáy vào trung tâm theo h-ớng ng-ợc chiều kim đồng hồ Bắc bán cầu theo chiều kim đồng hồ Nam bán cầu, áp suất khí (khí áp) XTNĐ thấp nhiều so với xung quanh th-ờng d-ới 1000mb Chuyển động xoáy vào tâm làm đối l-u phát triển mạnh, gây m-a to khu vực rộng lớn, kèm theo t-ợng thời tiết quy mô nhỏ khác nh- tố, lốc, vòi rồng Theo Atkinson : Bão xoáy thuận qui mô synốp front, phát triển miền biển nhiệt đới hay cận nhiệt đới mực có hoàn l-u xác định Phân loại bão: Tùy theo tốc độ gió mạnh vùng gần trung tâm mà Tổ chức Khí t-ợng giới quy định phân loại XTNĐ thành: áp thấp nhiệt đới (Tropical Depression viết tắt TD); bão nhiệt ®íi (Tropical Storm – TS); b·o m¹nh (Severe Tropical Storm STS); bão mạnh (Typhoon/Hurricane) Phân loại bão theo cấp gió đ-ợc cho Bảng 1.1 b) a) Hình 3.19 Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 42h bão đầu mùa (đơn vị: km) a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Tr-ờng hợp không lồng-màu xanh c) Tr-ờng hợp có lồng-màu nâu đỏ Phân tích sai số dọc hai tr-ờng hợp l-ới lồng có l-ới lồng cho giá trị âm từ hạn dự báo 06h trở đi, tức mô hình dự báo bão đầu mùa di chuyển dọc chậm h¬n so víi thùc tÕ Sai sè däc hai tr-ờng hợp chênh lệch nhiều Phân tích sai số ngang ra: tr-ờng hợp l-ới lồng, sai số ngang có giá trị d-ơng từ hạn dự báo 06h trở đi, tức dự báo bão di chuyển lệch phải so với thực tế Tr-ờng hợp có l-ới lồng, sai số ngang có giá trị d-ơng đến hạn dự báo 24h, từ hạn dự báo 30h trở có giá trị âm, tức dự báo bão di chuyển lệch phải thời gian đầu, thời gian sau lại lệch trái so với thực tế Và nhìn chung, dự báo độ lệch ngang tr-ờng hợp có l-ới lồng nhỏ tr-ờng hợp l-ới lồng hầu hết hạn dự báo (trừ hạn dự báo 18h), hạn dự báo lớn độ lệch hai tr-ờng hợp có xu h-ớng tăng Bảng 3.8 Kết tính sai số trung bình bão cuối mùa Hạn dự Không lồng Cã lång b¸o (h) PE ATE CTE Sè PE ATE CTE Sè (km) (km) (km) MÉu (km) (km) (km) MÉu 00 59.99 5.59 24.77 11 69.75 5.26 25.51 06 77.98 -12.74 -50.04 11 68.27 6.39 -35.93 12 115.09 5.13 -82.22 11 93.97 2.41 -63.83 18 149.33 20.56 -78.42 11 136.70 32.65 -96.09 24 143.05 16.85 -38.87 10 161.24 47.03 -56.37 10 30 164.19 24.30 -86.67 10 174.01 41.09 -90.39 36 177.27 35.05 -75.08 10 163.06 58.92 -55.37 42 187.10 16.47 -66.13 171.60 20.17 -26.73 48 186.88 43.32 -90.57 188.76 36.45 -60.20 54 180.96 46.21 -77.60 181.74 77.85 -38.10 60 205.55 49.25 -44.15 198.16 70.51 -94.29 66 201.16 2.76 -42.96 220.49 -18.80 -48.06 72 209.69 11.80 -27.36 185.72 35.71 43.09 Ph©n tÝch kÕt sai số trung bình bão cuối mùa cho thấy: Trong tr-ờng hợp l-ới lồng, sai số khoảng cách trung bình với hạn dự báo 12h, 24h, 36h, 48h 60h t-ơng ứng khoảng 115km, 143km, 177km, 187km 206km Còn tr-ờng hợp có l-ới lồng t-ơng ứng khoảng 94km, 161km, 163km, 189km 198km Độ chênh lệch sai số khoảng cách hai tr-ờng hợp 21km, -18km, 14km, -2km 8km t-ơng ứng với hạn dự báo 12h, 24h, 36h, 48h 60h Nh- vậy, độ chênh lệch không lớn giảm hạn dự báo tăng lên Phân tích sai số dọc cho thấy: Trong hai tr-ờng hợp, sai số dọc có giá trị d-ơng hầu hết hạn dự báo (trừ hạn dự báo 06h tr-ờng hợp l-ới lồng), tức mô hình dự báo b·o ci mïa cã xu h-íng di chun däc nhanh so với thực tế Kết sai sè däc tr-êng hỵp cã l-íi lång lín tr-ờng hợp l-ới lồng hầu hết hạn dự báo (trừ hạn dự báo 12h 48h) Và dự báo tốc độ di chuyển dọc bão có xu h-ớng tăng lên hạn dự báo tăng Phân tích sai số ngang cho thấy: Trong hai tr-ờng hợp, sai số ngang có giá trị âm hầu hết hạn dự báo trừ thời điểm đầu Tức mô hình dự báo bão cuối mùa cã xu h-íng di chun lƯch tr¸i so víi thùc tÕ a) b) H×nh 3.20 Sai sè trung b×nh từ hạn dự báo 00h đến 60h bão cuối mùa (đơn vị: km) a) Sai số khoảng c¸ch b) Sai sè däc c) Sai sè ngang Tr-êng hợp không lồng-màu xanh c) Tr-ờng hợp có lồng-màu nâu đỏ Nh- vậy, mô hình có xu h-ớng dự báo với bão đầu mùa tốt với bão cuối mùa Khi có l-ới lồng mô hình dự báo tốt l-ới lồng với bão đầu mùa Đồng thời, mô hình dự báo với bão đầu mùa bão di chuyển dọc chậm với bão cuối mùa di chuyển dọc nhanh so với thực tế Và mô hình dự báo với bão đầu mùa di chuyển lệch phải (trừ tr-ờng hợp có l-ới lồng di chuyển lệch trái từ hạn dự báo 30h) với bão cuối mïa di chun lƯch tr¸i so víi thùc tÕ 3.2.4 Đánh giá toàn tập mẫu lựa chọn Tập mÉu lùa chän gåm 22 mÉu dù b¸o cho 12 bão hai tr-ờng hợp không cài l-ới lồng có cài l-ới lồng Kết tính sai số trung bình đ-ợc cho Bảng 3.9 Hình 3.21 biểu diễn kết tính sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến hạn dự báo 48h, hạn dự báo lại không đ-ợc biểu diễn số l-ợng mẫu lựa chọn thử nghiệm nhỏ (thấp nửa số mẫu đ-ợc lựa chọn) Bảng 3.9 Kết tính sai số trung bình bão đ-ợc chọn Hạn dự báo (h) Không lồng Có lång PE ATE CTE Sè PE ATE CTE Sè (km) (km) (km) MÉu (km) (km) (km) MÉu 00 49.68 3.66 5.71 22 52.42 11.61 13.59 17 06 86.70 -34.85 -8.37 22 71.79 -12.46 -11.59 20 12 104.22 -9.92 -24.52 22 88.82 -18.96 -20.41 20 18 133.28 -14.18 -28.27 22 126.49 -13.27 -21.41 20 24 134.25 -9.24 -1.31 21 126.16 10.95 -16.76 21 30 137.03 0.36 -35.54 21 135.32 0.22 -45.45 20 36 161.20 5.63 -15.20 19 137.49 12.52 -29.37 19 42 178.70 19.46 -7.91 18 149.75 8.94 -27.74 18 48 200.04 16.48 -16.13 14 169.83 8.91 -26.40 14 54 191.54 43.30 -54.31 11 181.90 62.62 -50.99 10 60 214.26 51.82 -53.70 11 203.85 49.05 -102.02 66 221.79 20.72 -73.65 226.99 -8.69 -80.91 72 213.82 13.96 10.42 186.04 27.43 71.92 Phân tích kết sai số trung bình cho thấy: Sai số khoảng cách trung bình tr-ờng hợp l-ới lồng với hạn dự báo 12h, 24h, 36h 48h t-ơng ứng khoảng 104km, 134km, 161km 200km Còn với tr-ờng hợp có l-ới lồng sai số khoảng cách trung bình t-ơng ứng khoảng 89km, 126km, 137km 170km Sai số khoảng cách hai tr-ờng hợp l-ới lồng có l-ới lồng tăng lên hạn dự báo tăng Kết sai số khoảng cách tr-ờng hợp có l-ới lồng nhỏ tr-ờng hợp l-ới lồng tất hạn dự báo Sự chênh lệch sai số khoảng cách có xu h-ớng tăng hạn dự báo tăng (độ chênh lệch hai tr-ờng hợp với hạn dự báo 12h, 24h, 36h 48h t-ơng ứng khoảng 5km, 8km, 24km 30km) Phân tích sai số dọc trung bình cho thấy: Cả hai tr-ờng hợp cho sai số dọc có giá trị âm thời điểm đầu (đến hạn dự báo 18h với tr-ờng hợp có l-ới lồng hạn dự báo 24h với tr-ờng hợp l-ới lồng) d-ơng thời điểm sau Tức mô hình dù b¸o b·o di chun däc so víi thùc tÕ chậm thời gian đầu nhanh thêi gian sau a) b) H×nh 3.21 Sai sè trung bình từ hạn dự báo 00h đến 48h toàn tập mẫu (đơn vị: km) a) Sai số khoảng c¸ch b) Sai sè däc c) Sai sè ngang Tr-êng hợp không lồng-màu xanh c) Tr-ờng hợp có lồng-màu nâu đỏ Phân tích sai số ngang trung bình cho thấy: Sai số ngang hai tr-ờng hợp có giá trị âm trừ thời điểm ban đầu Tức mô hình dự báo bão di chuyển lệch trái so với thực tế Và dự báo bão tr-ờng hợp có l-ới lồng lệch nhiều tr-ờng hợp l-ới lồng (trừ hạn dự báo 12h 18h) 3.3 Sai sè hƯ thèng C«ng thøc tÝnh sai sè trung bình BIAS: N BIAS ME ( Fi  Oi ) N i1 (3.1) Víi: Fi thành phần dự báo; Oi thành phần quan trắc Sử dụng công thức (3.1) để tính sai số trung bình vĩ độ kinh độ cho tập mẫu bão đ-ợc lựa chọn Kết đ-ợc cho B¶ng 3.10 B¶ng 3.10 KÕt qu¶ tÝnh sai số trung bình vĩ độ kinh độ Hạn dự Không lồng Có lồng báo (h) (độ) (®é) Sè MÉu  (®é)  (®é) Sè MÉu 24 -0.2 -0.06 21 -0.3 -0.31 21 48 -0.15 -0.725 14 -0.18 -0.99 14 Sau cã kÕt qu¶ tÝnh sai số trung bình vĩ độ kinh độ, ta tiến hành hiệu chỉnh kết dự báo mÉu thư theo c«ng thøc: φdbhc = φdb -  ; λdbhc = λdb -  Víi φdbhc , λdbhc t-ơng ứng vĩ độ dự báo kinh độ dự báo hiệu chỉnh db , db t-ơng ứng vĩ độ dự báo kinh độ dự báo ch-a hiệu chỉnh Từ đó, ta tính đ-ợc sai số khoảng cách cho mẫu thử nghiệm lấy trung bình sai số ta đ-ợc sai số khoảng cách trung bình hiệu chỉnh Kết tính sai số khoảng cách trung bình hiệu chỉnh đ-ợc cho Bảng 3.11 d-ới đây: Bảng 3.11 Sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h 48h sau hiệu chỉnh Không lồng Có lồng Hạn dự báo (h) PE (km) PE (km) 24 130.56 125.35 48 187.93 158.24 Nh- vậy, sau hiệu chỉnh kết dự báo sai số khoảng cách trung bình giảm Sai số khoảng cách tr-ờng hợp không cài l-ới lồng có cài l-ới lồng giảm t-ơng ứng 3.69km 0.81km với hạn dự báo 24h; t-ơng ứng 12.11km 11.59km với hạn dự báo 48h Độ chênh lệch sai số khoảng cách l-ới lồng có l-ới lồng t-ơng ứng với hạn dự báo 24h 48h khoảng 5km 30km Kết luận Sau tiến hành nghiên cứu ảnh h-ởng độ phân giải đến kết dự báo quỹ đạo bão biển Đông mô hình WRF, thu đ-ợc số kết nhsau: 1) Đã tổng quan nghiên cứu dự báo quỹ đạo bão giới Việt Nam; đặc biệt vấn đề sử dụng l-ới lồng vai trò độ phân giải mô hình số dự báo quỹ đạo bão 2) áp dụng thành công module cài đặt l-ới lồng hai chiều cố định mô hình WRF 3.1 với miền có độ phân giải ngang 27km, miền lồng bên có độ phân giải ngang km để dự báo quỹ đạo bão khu vực Biển Đông 3) Tiến hành dự báo với 12 bão từ năm 2004 đến năm 2007 gồm 22 mẫu thử nghiệm cho hai tr-ờng hợp không cài l-ới lồng có cài l-ới lồng Kết thu đ-ợc cho thấy: a) Chạy mô hình WRF 3.1 có cài l-ới lồng cố định cho kết dự báo sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h 48h t-ơng ứng khoảng 126km vµ 170km Sau hiƯu chØnh víi sai sè hệ thống sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h 48h t-ơng ứng khoảng 125km 158km So víi sai sè dù b¸o cđa mét sè trung tâm dự báo giới kết cho thấy chất l-ợng dự báo t-ơng đ-ơng với n-ớc khu vực b) Chạy mô hình WRF 3.1 sử dụng l-ới lồng cố định cho kết dự báo sai số khoảng cách trung bình thấp chạy mô hình WRF không cài l-ới lồng (chênh lệch t-ơng ứng với hạn dự báo 24h 48h 8km 30km) Và hạn dự báo tăng chất l-ợng dự báo cài l-ới lồng cố định còn tốt không cài l-ới lồng c) Về tốc độ di chuyển dọc mô hình có xu h-ớng dự báo bão di chuyển chậm thực tế khoảng thời gian đầu dự báo (khoảng 24h đầu), nhanh thực tế khoảng thời gian lệch trái so với thực tế Tr-ờng hợp có cài l-ới lồng cho kết dự báo tốc ®é di chun däc cđa b·o s¸t víi thùc tÕ tr-ờng hợp không cài l-ới lồng nh-ng lại dự báo bão di chuyển lệch trái nhiều d) Qua kết phân tích bão ta thấy: quỹ đạo dự báo bão mạnh, bão yếu, bão đầu mùa bão cuối mùa có quy luật khác nên cần phải khảo sát kỹ e) Mô hình cài l-ới lồng cho kết dự báo quỹ đạo bão tốt không cài l-ới lồng bão yếu bão đầu mùa Trong khi, bão mạnh bão cuối mùa lại cho kết không hoàn toàn tốt tất hạn dự báo Kiến nghị: Những kết luận đ-ợc rút từ b-ớc đầu nghiên cứu mô hình WRF Để có kết luận xác cần phải tiến hành nhiều thử nghiệm có phân tích, đánh giá sâu Tài liệu tham khảo Tiếng Việt TS Hoàng Đức C-ờng (2011), Nghiên cứu ứng dụng mô hình WRF phục vụ dự báo thời tiết bão Việt Nam, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp bộ, Viện Khoa học Khí t-ợng Thủy văn Môi tr-ờng Bùi Hoàng Hải, Phan Văn Tân (2002), Khảo sát ảnh h-ởng tr-ờng ban đầu hóa đến chuyển động bão mô hình áp dự báo bão khu vực biển Đông, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 8(500) Tr 17-25 Bùi Hoàng Hải, Phan Văn Tân, Nguyễn Minh Tr-ờng, (2005), Nghiên cứu lý t-ởng tiến triển xoáy thuận nhiệt đới mô hình WRF, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 4(532), tr 11-21 Võ Văn Hòa, (2007), Nghiên cứu thử nghiệm mô hình WRF dự báo quỹ đạo bão khu vực biển Đông, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 561(2007), tr 13-20 Võ Văn Hòa (2008), Khảo sát độ nhạy kết dự báo quỹ đạo bão tới sơ đồ tham số hóa đối l-u mô hình WRF, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 571(2008), tr 12-19 Võ Văn Hòa (2008), Đánh giá kỹ dự báo quỹ đạo bão mô hình WRF, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 3(576) Trần Công Minh (2001), Khí t-ợng synốp (phần nhiệt đới), Tr-ờng Đại học KHTN, Đại học QGHN Đặng Hồng Nga nnk (2006), Nghiên cứu ứng dụng mô hình MM5 dự báo c-ờng độ quỹ đạo bão Việt Nam, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Bộ TS Nguyễn Thị Minh Ph-ơng (2007), Kết dự báo nghiệp vụ quỹ đạo bão hoạt động biển Đông năm 2005 mô hình áp với sơ đồ ban đầu hóa xoáy cải tiến, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ 10 Viện KH KTTV & MT 10 Phan Văn Tân cộng sự, (2002), Kỹ thuật phân tích xoáy tạo tr-ờng ban đầu cho mô hình áp dự báo quỹ đạo bão, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 1(493), Tr 13-22 11 Phan Văn Tân, Nguyễn Lê Dũng (2008), Thử nghiƯm øng dơng hƯ thèng WRFVAR kÕt hỵp víi ban đầu hóa xoáy vào dự báo quỹ đạo bão biển Đông, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 7(583), Tr 1-9 12 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 t-ợng Thủy văn, 10(526), Tr 14-25 13 Phan Văn Tân, Bùi Hoàng Hải (2008), Thử nghiệm áp dụng phiên HRM_TC vào dự báo chuyển động bão Việt Nam, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 2(566), Tr 1-10 14 Phan Văn Tân, Kiều Thị Xin, Nguyễn Văn Sáng (2002), Mô hình áp WBAR khả dự báo quỹ đạo bão khu vực Tây Thái Bình D-ơng biển Đông năm 2002, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 6(498), Tr 27-33 15 Công Thanh (2008), Thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão mô hình RAMS, Đề tài TN 08-37, Phòng Dự báo thời tiết khí hậu, Khoa Khí t-ợng-Thủy vănHải d-ơng học, Đại học KHTN 16 Ths Lê Công Thành (2004), ứng dụng loại mô hình số dự báo bão Việt Nam, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 5(521), Tr 10-22 17 GS.TS Trần Tân Tiến nnk (2004), ứng dụng mô hình ETA không thủy tĩnh để dự báo định l-ợng m-a quỹ đạo bão Việt Nam Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 5(521), Tr 1-9 18 Nguyễn Minh Tr-ờng, (2004), Nghiên cứu cấu trúc di chuyển xoáy thuận nhiệt đới lý t-ởng hóa mô hình WRF, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp tr-ờng 19 PGS TSKH Kiều Thị Xin, Ths Lê Công Thành, TS Phan Văn Tân (2000, 2001), áp dụng mô hình số khu vực phân giải cao vào dự báo hoạt động bão Việt Nam biển Đông, Tạp chí Khí t-ợng Thủy văn, 7(499), Tr 12-21 TiÕng Anh 20 Bangzhong Wang, Yinglong Xu, and Baogui Bi (2007), “forecasting and warning of tropical cyclones in China”, Data Science Journal, Volume 21 Edward J Harrison (1980), “Initial Results From The Navy Two-Way Interactive Nested Tropical Cyclone Model”, Mon Wea Rev., Volume 109, Tr 173-177 22 Y –R Guo, H –C Lin, X X Ma, X –Y Huang, C T Terng and Y –H Kuo, (2006), “Impact of WRF-Var (3DVAR) Background Error Statistics on Typhoon Analysis and Forecast”, WRF users workshop, Boulder, Corolado 23 John Cangialosi, Shuyi S Chen, and John Michalakes (2005), “Hurricane simulations using a vortex-following nested grid in MM5 and WRF”, RSMAS/University of Miami, Miami, Florida 24 Lucas M Harris and Dale R Durran (2009), “An Idealized Comparison of OneWay and Two-Way Grid Nesting”, Department of Atmospheric Sciences University of Washington 25 Megan S Gentry and Gary M Lackmann (2009), “Sensitivity of simulated tropical cyclone structure and intensity to horizontal resolution”, Ame Met Soc 26 Michael Fiorino and Russell L Elsberry (1988), “Some Aspects of Vortex Structure Related to Tropical Cyclone Motion”, Journal of The Atmospheric Sciences, Vol 46, No 27 Prungchan Wongwises and Boonlert Archevarahuprok (2004), “The Application of Adative Mesh to the Numerical Forecasting of Tropical Storm Track”, The Joint International Conference on “Suitainable Energy and Environment”, Hua Hin, Thailand 28 M Rajeevan et al (2010), “Sensitivity of WRF cloud microphysics to simulations of a severe thunderstorm event over Southeast India”, Annales Geophysicae, 28, 603-619 29 Shafer et al (2008), “Evaluation of WRF Forecasts of Tornado and Nontornado Outbreaks When Initialized with Synoptic-Scale Input”, Mon Wea Rev., V137, 1250-1270 30 Sujata Pattanayak and U C Mohanty (2008), “A comparative study on performance of MM5 and WRF models in simulation of tropical cyclones over Indian seas”, Center for Atmospheric Sciences, Indian Institute of Technology New Delhi, New Delhi 110016, India 31 Weber H C (2001), “Hurricane track prediction with a new barotropic model”, Mon Wea Rev., 108, 642-654 32 Weber H C (2004), “Probabilistic Prediction of Tropical Cyclone Part I: Position”, Mon Wea Rev., Vol 133, pp 1840-1852 33 William R Ryerson (2006), “Evaluation of The AFWA WRF 4-km Moving Nest Model Predictions For Western North Pacific Tropical Cyclone”, Master of Science in Meteorology from The Naval Postgraduate School ... đánh giá ảnh h-ởng độ phân giải đến kết dự báo quỹ đạo bão, đ-a công cụ hỗ trợ xử lý kết dự báo mô hình Ch-ơng 3: Phân tích đánh giá vai trò độ phân giải đến kết dự báo quỹ đạo bão biển Đông Trong... hình số dự báo quỹ đạo bão 17 1.2 Vai trò độ phân giải mô hình số dự báo quỹ đạo bão 26 Ch-¬ng 35 Mô hìNH WRF ứng dụng dự báo quỹ đạo bão 35 2.1 Mô hình WRF nghiên... giá ảnh h-ởng độ phân giải mô hình WRF đến kết dự báo quỹ đạo bão biển Đông Tôi lựa chọn cài đặt l-ới lồng mô hình WRF với miền thô có độ phân giải ngang 27km miền lồng nằm bên có độ phân giải