Đánh giá phương pháp DVORAK cải tiến để xác định cường độ bão từ ảnh mây vệ tinh địa tĩnh cho khu vực biển đông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN HỮU THÀNH ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN ĐỂ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÃO TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH ĐỊA TĨNH CHO KHU VỰC BIỂN ĐÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN HỮU THÀNH ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN ĐỂ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÃO TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH ĐỊA TĨNH CHO KHU VỰC BIỂN ĐƠNG Chun ngành: Khí tượng khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM THỊ THANH NGÀ Hà Nội - Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Phạm Thị Thanh Ngà tận tình bảo hướng dẫn cho tơi suốt q trình thực nghiên cứu Luận văn Thạc sĩ Trong q trình nghiên cứu học tập Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội có hội tiếp thu kiến thức chuyên sâu chuyên ngành Khí tượng khí hậu học Qua đó, giúp tơi có kiến thức chuyên môn kinh nghiệm suốt trình học tập, tạo động lực nghiên cứu khoa học, phục vụ hiệu trình nghiên cứu, thực hồn thiện Luận văn Thạc sĩ Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo cán Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học cung cấp cho kiến thức chuyên môn quý giá, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học tập thực Luận văn Xin chân thành cảm ơn đồng chí Lãnh đạo cán Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương tạo điều kiện cho tơi tham gia khóa đào tạo Thạc sĩ, tận tình giúp đỡ tơi q trình thực Luận văn Trân trọng cảm ơn quan tâm, giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp gia đình sát cánh, động viên, giúp đỡ q trình học tập hồn thành Luận văn Nguyễn Hữu Thành MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Bão hoạt động biển Đông ảnh hưởng đến Việt Nam 1.2 Tình hình nghiên cứu xác định cường độ bão phương pháp Dvorak giới Việt Nam 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Tại Việt Nam CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ADT VÀ SỐ LIỆU THỬ NGHIỆM 2.1 Phương pháp ADT 2.1.1 Những cải tiến phương pháp ADT 2.1.2 Sơ đồ phân tích phương pháp ADT 2.2 Số liệu thử nghiệm CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN (ADT) 3.1 Phương pháp đánh giá 3.2 Đánh giá sai số ví trị cường độ bão ADT Best track Việt Nam theo dạng mây bão 3.2.1 Sai số vị trí 3.2.2 Sai số cường độ 3.3 Đánh giá sai số ví trị cường độ bão ADT best track Việt Nam theo phân chia cấp bão 3.3.1 Sai số vị trí 44 3.3.2 Sai số cường độ 44 3.4 Đánh giá sai số ADT, phương pháp Dvorak cổ điển best track Việt Nam cho hai bão điển hình biển Đơng 47 3.4.1 Cơn bão số (Rammasun) năm 2014 47 3.4.2 Cơn bão số (Megi) năm 2010 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .62 PHỤ LỤC 65 PHỤ LỤC 67 PHỤ LỤC 68 PHỤ LỤC 69 PHỤ LỤC 72 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Mối quan hệ cường độ bão, tốc độ gió (knot) áp suất mực biển khu vực vùng biển Đại Tây Dương Tây Bắc Thái Bình Dương Bảng 3.1: Tổng số trường hợp theo phân loại mây bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 Bảng 3.2: Tổng số trường hợp theo phân loại cấp bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 Bảng 3.3: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) MAE ADT best track cho loại mẫu mây bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 Bảng 3.4: Trung bình trị số khí áp thấp (mb) MAE ADT best track cho loại mẫu mây bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 Bảng 3.5: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại (Vmax) trị số khí áp thấp (Pmin) cho loại mẫu mây bão ADT best track Bảng 3.6: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) MAE best track ADT theo cấp bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 Bảng 3.7: Trung bình trị số khí áp thấp (mb) MAE best track ADT theo cấp bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 Bảng 3.8: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại trị số khí áp thấp theo cấp bão ADT best track bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 Bảng 3.9: Các số đánh giá trị số khí áp thấp ADT Dvorak cổ điển so với best track bão số (Rammasun) năm 2014 Bảng 3.10: Các số đánh giá tốc độ gió cực đại ADT Dvorak cổ điển so với best track bão số (Rammasun) năm 2014 Bảng 3.11: So sánh việc xác định dạng mây bão phương pháp ADT Dvorak cổ điển bão số năm 2014 Bảng 3.12: Các số đánh giá trị số khí áp thấp ADT Dvorak cổ điển so với best track bão số (Megi) năm 2010 Bảng 3.13: Các số đánh giá tốc độ gió cực đại ADT Dvorak cổ điển so với best track bão số (Megi) năm 2010 Bảng 3.14: So sánh việc xác định dạng mây bão phương pháp ADT Dvorak cổ điển bão số (Megi) năm 2010 57 DANH MỤC HÌNH VẼ Hinh̀ 1.1: Sơ đồ phát triển phương pháp Dvorak theo thời gian 16 Hinh̀ 2.1: Ví dụ mắt bão nhỏ quan sát kênh ảnh hồng ngoại tăng cường bão Wilma Đại Tây Dương (2005) 26 Hinh̀ 2.2: Sơ đồmô tảcác bước phân tichh́ tâm, cường đô ̣XTNĐ sửdung ̣ phương pháp ADT 27 Hinh̀ 2.3: Sơ đồphân tích mẫu mây bão phương pháp ADT 29 Hinh̀ 2.4: Ví dụ loại mây bão: SHEAR, CRVBND, EMBC, IRRCDO UNIFRM sử dụng phương pháp ADT 30 Hinh̀ 2.5: Ví dụ loại mây bão có dạng mắt phương pháp ADT 31 Hinh̀ 2.6: Sơ đồước tính cường độ bão phương pháp ADT 31 Hinh̀ 2.7: Ví dụ kết đầu phương pháp ADT tâm bão chưa đổ vào đất liền 33 Hinh̀ 2.8: Ví dụ kết đầu phương pháp ADT tâm bão đất liền 33 Hinh̀ 2.9: Mười bước xác định cường độ XTNĐ phương pháp Dvorak 35 Hinh̀ 3.1: Trung bình sai số vị trí ADT best track loại mây bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 39 Hinh̀ 3.2: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) ADT best track bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 có dạng: tâm nhúng đĩa mây (EMBC), dạng mắt (EYE), dạng lệch tâm (SHEAR), dạng băng (CRVBND), dạng khối mây dày đặc phủ vùng tâm bão có thay đổi lớn vùng CDO (IRRCDO) khối mây đậm đặc phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng (UNIFRM) 40 Hinh̀ 3.3: Tương tự hình 3.2 cho trị số khí áp thấp 41 Hinh̀ 3.4: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại trị số khí áp thấp ADT best track loại mây bão 43 Hinh̀ 3.5: Trung bình sai số vị trí ADT best track theo phân chia cấp bão bão biển Đông từ năm 2010 - 2015 44 Hinh̀ 3.6: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) trị số khí áp thấp (mb) ADT best track theo cấp bão bão biển Đông từ năm 2010 2015 Hinh 3.7: Diễn biến bão số (Rammasun) năm 2014 ̀ Hinh̀ 3.8: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian ADT Dvorak so với best track Việt Nam bão số (Rammasun) năm 2014 48 Hinh̀ 3.9: Biến thiên trị số khí áp thấp theo thời gian ADT, Dvorak best track Việt Nam bão số (Rammasun) năm 2014 50 Hinh 3.10: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian ADT, Dvorak best ̀ track Việt Nam bão số (Rammasun) năm 2014 Hinh 3.11: Diễn biến bão số (Megi) năm 2010 ̀ Hinh̀ 3.12: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian ADT Dvorak so với best track Việt Nam bão số (Megi) năm 2010 53 Hinh̀ 3.13: Bão Megi ảnh thị phổ (VIS) (ảnh trái) ảnh hồng ngoại tăng cường màu (EIR) (hình phải) thời điểm lúc 00z ngày 20/10/2010 54 Hinh̀ 3.14: Biến thiên trị số khí áp thấp theo thời gian ADT, Dvorak best track Việt Nam bão số (Megi) năm 2010 54 Hinh̀ 3.15: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian ADT, Dvorak best track Việt Nam bão số (Megi) năm 2010 55 Hinh̀ 3.16: Bão Megi ảnh hồng ngoại IR (a,b,c) ảnh hồng ngoại tăng cường EIR (d,e,f) thời điểm 12z, 18z ngày 19/10/2010 lúc 00z ngày 20/10/2010 58 10 Dvorak, V F (1973), “A technique the Analysis and forecasting of tropical cyclone intensities from satellite pictures”, NOAA Tech Memo NESS 45, 19pp 11 Dvorak, V F (1975), “Tropical cyclone intensity analysis and forecasting from satellite imagery”, Monthly Weather Review, 103, pp 420 - 430 12 Dvorak, V F (1984), “Tropical cyclone intensity analysis using satellite data”, NOAA Techical Report NESDIS 11, Available from NOAA/NESDIS, 5200 Auth Rd., Washington DC, 47pp 13 Kossin, J P., and C S Velden (2004), “A pronounced bias in tropical cyclone minimum sea level pressure estimation based onthe Dvorak technique”, Monthly Weather Review, 132, pp 165 - 173 14 Kossin, J P., K Mueller, J Knaff, and M DeMaria (2005), “Estimating surface wind fields in tropical cyclones using infrared satellite imagery”, 59th Interdepartmental Hurricane Conference, Jacksonville, FL, Office of the Federal Coordinator for Meteorology 15 Olander, T L., and C S Velden (2007), “The advanced Dvorak Technique Continued development of an objective scheme to estimate TC intensity using geostationary infrared satellite imagery”, Weather and Forecasting, pp 287 - 298 16 Olander, T L., and C S Velden (2015), “ADT - Advanced Dvorak Technique - Users’ Guide”, 74 17 Velden, C S., B Harper, F Wells, John L Beven II, Ray Zehr, T L Olander, M Mayfield, Charles Guard, Mark Lander, R Edson, L Avila, Andrew Burton, Mike Turk, Akihiro Kikuchi, A Christian, P Caroff, P McCrone (2006), “The dvorak tropical cyclone intensity estimation technique”, American meteorological society, pp 1195 - 1210 18 Velden, C S., T L Olander, and R Zehr (1998), “Development of an objective scheme to estimate tropical cyclone intensity from digital geostationary satellite infrared imagery”, Weather and Forecasting, 13, pp 172 - 186 63 19 Wimmers, A., and C S Velden (2004), “Satellite based center fixing of TCs: New automated approaches”, 26th Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, Miami, FL, American Meteorology Society, pp 82 - 83 20 Zehr, R., (1989), “Improving objective satellite estimates of tropical cyclone intensity”, 18th Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, San Diego, CA., American Meteorology Society, pp 25 - 28 64 PHỤ LỤC Danh sách bão hoạt động biển Đông từ năm 2010 - 2015 Năm Tên bão 2010 Bão số - CON SON Bão số - CHAN TH Bão số - MINDUL Bão số - LION RO Bão số - MERANT Bão số - MEGI 2011 Bão số - SARIKA Bão số - HAIMA Bão số - NOCKTE Bão số - HAITAN Bão số - NESAT Bão số - NALGAE Bão số - WASHI 2012 Bão số - PAKHAR Bão số - TALIM Bão số - VICENTE Bão số - KAI TAK Bão số - TEMBIN Bão số - GAEMI Bão số - SONTINH Năm Tên bão 2013 Bão số - BEBINCA Bão số - RUMBIA Bão số - CIMARO Bão số - JEBI Bão số - MANGK Bão số - UTOR Bão số - USAGHI Bão số 10 - WUTIP Bão số 11 - NARI Bão số 12 - KROSA Bão số - HAIYAN 2014 Bão số - HAGIBIS Bão số - RAMMA Bão số - KALMAE Bão số - RAMMA Bão số - HAGUPI 2015 Bão số - KAJIRA Bão số - LINFA Bão số - VAMCO Bão số - MUJIGA Bão số - MELOR 66 PHỤ LỤC Kết ADT bão số (Con son) năm 2010 Ngày 12/07/2010 12/07/2010 12/07/2010 12/07/2010 13/07/2010 13/07/2010 13/07/2010 14/07/2010 14/07/2010 14/07/2010 14/07/2010 15/07/2010 15/07/2010 15/07/2010 15/07/2010 16/07/2010 16/07/2010 16/07/2010 16/07/2010 17/07/2010 17/07/2010 17/07/2010 67 PHỤ LỤC Thông tin best track Việt Nam bão số (Con son) năm 2010 Ngày 12/07/2010 12/07/2010 12/07/2010 12/07/2010 13/07/2010 13/07/2010 13/07/2010 14/07/2010 14/07/2010 14/07/2010 14/07/2010 15/07/2010 15/07/2010 15/07/2010 15/07/2010 16/07/2010 16/07/2010 16/07/2010 16/07/2010 17/07/2010 17/07/2010 17/07/2010 68 PHỤ LỤC Kết phân tích Dvorak cổ điển cho bão số (Rammasun) năm 2014 Ngày 12/07/2014 12/07/2014 12/07/2014 12/07/2014 13/07/2014 13/07/2014 13/07/2014 13/07/2014 14/07/2014 14/07/2014 14/07/2014 14/07/2014 15/07/2014 15/07/2014 16/07/2014 16/07/2014 16/07/2014 16/07/2014 17/07/2014 17/07/2014 17/07/2014 17/07/2014 18/07/2014 18/07/2014 Kết phân tích Dvorak cổ điển cho bão số (Megi) năm 2010 Ngày 13/10/2010 13/10/2010 14/10/2010 14/10/2010 14/10/2010 14/10/2010 15/10/2010 15/10/2010 15/10/2010 15/10/2010 16/10/2010 16/10/2010 16/10/2010 16/10/2010 17/10/2010 17/10/2010 17/10/2010 17/10/2010 18/10/2010 18/10/2010 18/10/2010 19/10/2010 19/10/2010 19/10/2010 19/10/2010 Ngày 20/10/2010 20/10/2010 20/10/2010 20/10/2010 21/10/2010 21/10/2010 21/10/2010 21/10/2010 22/10/2010 22/10/2010 22/10/2010 22/10/2010 23/10/2010 23/10/2010 71 PHỤ LỤC Bảng cấp gió Bơ-pho Cấp gió Bơ-pho 0-3 10 11 12 13 14 15 16 17 Tốc độ m/s ... KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN HỮU THÀNH ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN ĐỂ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÃO TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH ĐỊA TĨNH CHO KHU VỰC BIỂN ĐƠNG Chun ngành: Khí tượng khí hậu học Mã... thực đánh giá kết phương pháp Drorak cải tiến việc xác định cường độ bão từ ảnh mây vệ tinh cho bão xuất biển Đông từ năm 2010 đến năm 2015, nhằm đưa nhận định cách khách quan sai số phương pháp. .. 36 CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN (ADT) 3.1 Phương pháp đánh giá Đánh giá sai số vị trí cường độ bão hoạt động biển Đông từ năm 2010 - 2015 mà phương pháp ADT đưa