Nghiên cứu dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến việt nam bằng mô hình khí hậu khu vực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Văn Khương NGHIÊN CỨU DỰ BÁO HẠN MÙA CÁC ĐỢT XÂM NHẬP LẠNH ĐẾN VIỆT NAM BẰNG MƠ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Văn Khương NGHIÊN CỨU DỰ BÁO HẠN MÙA CÁC ĐỢT XÂM NHẬP LẠNH ĐẾN VIỆT NAM BẰNG MƠ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC Chun ngành: Khí tượng khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Phan Văn Tân Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành hướng dẫn GS.TS Phan Văn Tân Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy Phan Văn Tân, người hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình cung cấp kiến thức quý báu, lời khuyên chân thành niềm say mê nghiên cứu khoa học suốt trình học tập trường Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thày cô giảng viên Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Phòng Sau Đại học (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên), anh chị em phòng Dự báo hạn ngắn phòng Dự báo hạn vừa dài - Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương cung cấp cho tác giả tài liệu lời khuyên bổ ích Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến em Phạm Quang Nam Nguyễn Văn Nhâm, người giúp đỡ cách nhiệt tình vơ tư q trình giúp đỡ hướng dẫn chạy nghiệp vụ mơ hình RegCM WRF Tác giả Vũ Văn Khương Mục lục LỜI CẢM ƠN Danh mục hình Danh mục bảng Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Lời nói đầu Chương – Tổng quan 1.1.Khái niệm 1.1.1 Khái niệm định nghĩa gió mùa 1.1.2 Những nhân tố hình thành gió mùa 1.1.3 Khái niệm khơng khí lạnh 1.2.Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.Tình hình nghiên cứu nước 1.4.Nhận xét chung Chương Số liệu phương pháp 2.1.Số liệu quan trắc đợt KKL Việt Nam 2.2.Số liệu tái phân tích ERA - Interim 2.3.Khu vực tính tốn số liệu 2.4.Số liệu dự báo từ mơ hình khu vực 2.4.1 Giới thiệu sơ chung hai mơ hình RegCM WRF 2.4.2 Mô tả cách thực chạy dự báo 2.4.3 Số liệu mơ hình sử dụng luận văn 2.5 Các tiêu xác định KKL xâm nhập 2.5.1 Chỉ tiêu 2.5.2 Chỉ tiêu 2.5.3 Chỉ tiêu 2.5.4 Chỉ tiêu 2.5.5 Chỉ tiêu 2.6.Phương pháp dự báo hạn mùa đợt xâm nhập lạ hình khí hậu khu vực 2.7.Phương pháp đánh giá 2.7.1 Sai số trung bình hay sai số hệ thống ME 2.7.2 Sai số trung bình tuyệt đối MAE 32 2.7.3 Hệ số tương quan 32 Chương Kết thảo luận 34 3.1 Thử nghiệm xác định đợt KKL theo tiêu thực nghiệm 34 3.1.1 Chỉ tiêu 34 3.1.2 Chỉ tiêu 35 3.1.3 Các tiêu khác 36 3.2 Thử nghiệm xây dựng tiêu xác định đợt KKL cho Việt Nam dựa số liệu tái phân tích ERA interim 36 3.2.1 Khí áp 36 3.2.2 Nhiệt độ 37 3.2.3 Gió 37 3.2.4 Chỉ tiêu xác định thời gian kết thúc đợt khơng khí lạnh 40 3.3 Thử nghiệm áp dụng tiêu để dự báo số đợt KKL cho Việt Nam dựa số liệu sản phẩm mô hình khí hậu khu vực cho ba mùa đơng (từ tháng năm 2012 đến hết tháng năm 2015) 45 3.3.1 Mơ hình RegCM 45 3.3.2 Mơ hình WRF 48 Nhận xét chương 50 Kết luận 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Phụ lục 57 Danh mục hình Hình 1.1 Phân vùng gió mùa Trần Cơng Minh Hình 2.1 Khu vực tính tốn số liệu luận văn Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc phương pháp xây dựng luận văn Hình 3.1 Kết số đợt KKL phát tiêu Hình 3.2 Kết số đợt KKL phát tiêu Hình 3.3 Biểu đồ tần suất xuất đợt KKL theo giá trị biến thiên khí áp trung bình 24 (%) Hình 3.4 Đồ thị khảo sát yếu tố gió khu vực Hình 3.5 Bộ tiêu xác định đợt KKL sở số liệu tái phân tích ERA Interim 22 mùa đông (từ tháng năm 1993 đến hết tháng năm 2015) Danh mục bảng Bảng 1.1 Một số tiêu xác định đợt KKL số nước Bảng 1.2 Một số nhóm số xác định cường độ đợt KKL Bảng 1.3 Tần suất KKL xâm nhập xuống miền Bắc Việt Nam Bảng 3.1 Kết khảo sát ngưỡng tốc độ gió nhóm Bảng 3.2 - Các ngưỡng tiêu với ngưỡng phân chia nhóm theo giá trị biên thiên khí áp trung bình 24 Bảng 3.3 Kết khảo sát theo ngưỡng biến thiên khí áp Bảng 3.4 Số đợt KKL phát tiêu CTK tháng số liệu tái phân tích ERA interim 22 mùa đông (từ tháng năm 1993 đến hết tháng năm 2015) Bảng 3.5 Số đợt KKL khống phát tiêu CTK tháng số liệu tái phân tích ERA interim 22 mùa đông (từ tháng năm 1993 đến hết tháng năm 2015) Bảng 3.6 Số đợt KKL tháng dự báo mơ hình RegCM cho hạn 1-6 tháng Bảng 3.7 Bảng số liệu so sánh thực tế quan trắc với số đợt KKL mô hình RegCM dự báo mùa đơng Bảng 3.8 Số đợt KKL tháng dự báo mô hình WRF cho hạn từ đến tháng Bảng 3.9 Bảng số liệu so sánh thực tế quan trắc với số đợt KKL mơ hình WRF dự báo mùa đông Danh mục ký hiệu chữ viết tắt RegCM – Mơ hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model) WRF – Mơ hình nghiên cứu dự báo khí tượng (Weather Research and Forecasting) KKL – Khơng khí lạnh GMĐB – Gió mùa đơng bắc KKLTC – Khơng khí lạnh tăng cường CTK – Chỉ tiêu xác định khơng khí lạnh HSTQ – Hệ số tương quan ME – Sai số trung bình hệ thống MAE – Sai số trung bình tuyệt đối Lời nói đầu Hiện nay, tin dự báo hạn dài khơng khí lạnh Việt Nam dừng lại việc đưa cảnh báo khơng khí lạnh cách định tính với thời hạn dự báo tương đối ngắn Quân chủng Hải quân Quân chủng chiến đấu, quân chủng kỹ thuật đầu tư nhiều vũ khí trang bị kỹ thuật, tàu thuyền, máy bay đại… với nhiệm vụ bảo vệ chủ quyền vùng biển đảo Quân chủng đóng quân địa bàn rộng khu vực ven biển, hải đảo, nhà giàn… tàu thuyền thường xuyên hoạt động độc lập, xa bờ, dài ngày biển chịu ảnh hưởng lớn thời tiết địi hỏi cơng tác dự báo khí tượng phải đưa tin xác, đầy đủ với thời hạn dự báo đủ dài để tàu thuyền lên kế hoạch phù hợp, đầy đủ Các tin dự báo thời tiết, khí hậu đưa thơng tin dự báo khơng khí lạnh với thời hạn vừa (dưới 10 ngày) nên chưa đáp ứng yêu cầu đòi hỏi lực lượng tàu Hải qn hoạt động biển Chính vậy, việc chủ động đưa tin khí hậu hạn dài, đặc biệt thơng tin hoạt động gió mùa với thời hạn dài (từ đến tháng) cần thiết cho việc lên kế hoạch hoạt động lực lượng Hải quân Hiện nay, Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương đài khí tượng khu vực sử dụng sản phẩm dự báo mơ hình số trị để tham khảo nhằm đưa tin dự báo, đặc biệt tin hạn vừa hạn dài Tuy nhiên, chưa tiêu xác định đợt không khí lạnh cho sản phẩm mơ hình khí hậu cách đầy đủ chi tiết Do đó, việc nghiên cứu đưa tiêu xác định đợt xâm nhập lạnh sở số liệu sản phẩm mơ hình khí hậu cần thiết cho công tác dự báo quan làm cơng tác dự báo khí tượng Ngồi ra, có cơng trình nghiên cứu việc sử dụng sản phẩm mơ hình dự báo số trị để đưa vào hoạt động nghiệp vụ dự báo Việt Nam gió mùa mùa hè cơng trình nghiên cứu gió mùa mùa đơng cịn hạn chế số nước khu vực có nghiên cứu vấn đề Như vậy, việc ứng dụng sản phẩm mơ hình dự báo số trị vào hoạt động nghiệp vụ cần thiết có sở khoa học Trong luận văn này, tác giả bước đầu thử nghiệm xây dựng tiêu xác định đợt khơng khí lạnh sở số liệu tái phân tích bước đầu thử nghiệm áp dụng vào số liệu sản phẩm mơ hình số trị nhằm đưa nhận xét, đánh giá khả sử dụng sản phẩm mơ hình dự báo khí hậu vào nghiệp vụ 10 200 11 12 01 02 10 11 2007 - 12 01 200 02 10 11 2008 - 12 01 200 02 10 11 2009 - 12 01 200 02 2010 - 10 11 12 01 02 201 10 11 2011 - 12 01 201 02 10 11 2012 - 12 01 201 02 10 11 2013 - 12 01 201 02 10 11 2014 - 12 01 02 201 10 11 12 01 02 2015- 10 Ghi chú: 1, CT tiêu 1: - Biến áp trung bình 24 lớn 2,5 mb Biến nhiệt trung bình 24 nhỏ -1,5 C - Gió obs quan trắc liên tục có hướng gió lệch bắc (335 ) 2, CT 2A tiêu 2: - Biến áp trung bình 24 lớn 1,0 mb 0 0 0 0 Gió obs quan trắc liên tục có hướng gió lệch bắc (335 ) - Có obs quan trắc liên tục có tốc độ gió lớn 11 m/s 3, CT 2B tiêu 2: - Biến áp trung bình 24 lớn 1,0 mb Gió obs quan trắc liên tục có hướng gió lệch bắc (335 ) - Có obs quan trắc liên tục có tốc độ gió lớn 10 m/s 4, CT 2C tiêu 2: - Biến áp trung bình 24 lớn 1,0 mb Gió obs quan trắc liên tục có hướng gió lệch bắc (335 ) - Có obs quan trắc liên tục có tốc độ gió lớn m/s 5, CT 2D tiêu 2: - Biến áp trung bình 24 lớn 1,0 mb Gió obs quan trắc liên tục có hướng gió lệch bắc (335 ) - Có obs quan trắc liên tục có tốc độ gió lớn m/s 6, CT Đ Loan T Lan tương ứng tiêu Đài Loan Thái Lan 62 Phụ lục Bảng số liệu đợt xâm nhập lạnh khống tháng theo tiêu từ tháng năm 1993 đến hết tháng năm 2015 Năm Tháng CT Tổng 199 10 11 12 01 19943 02 1994 10 11 12 01 1995- 02 1995 10 11 12 01 1996 - 02 1996 10 11 12 01 1997- 02 1998 1997 10 11 1998 12 01 02 10 11 12 01 1999- 02 1999 10 11 12 01 2000- 02 2000 10 11 12 01 2001- 02 2001 10 11 12 01 2002- 02 200 10 11 12 01 02 10 11 12 01 20043 02 200 4 10 11 12 01 2005 - 02 200 10 11 12 01 20063 02 200 6 10 11 200 7- 12 01 02 200 10 11 12 01 20083 02 200 10 11 12 01 20093 02 200 9 10 11 12 01 20103 02 201 10 11 12 01 20113 02 201 10 11 201 2- 12 01 02 201 201 3- 10 11 12 01 02 201 10 11 12 01 2014201 02 10 11 12 01 2015- 02 67 ... ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Văn Khương NGHIÊN CỨU DỰ BÁO HẠN MÙA CÁC ĐỢT XÂM NHẬP LẠNH ĐẾN VIỆT NAM BẰNG MƠ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC Chun ngành: Khí tượng khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC... 29 2.6 Phương pháp dự báo hạn mùa đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam mô hình khí hậu khu vực Tại Việt Nam, khơng khí lạnh lại chia thành hai loại: GMĐB KKLTC phát tin khơng khí lạnh Tuy nhiên, chất... mơ hình khí hậu để dự báo khơng khí lạnh hạn mùa cịn ít, kể nước lẫn ngồi nước - Việc sử dụng kết mơ hình khí hậu để dự báo hạn mùa địi hỏi phải có tiêu hợp lý cho khu vực địa lý mơ hình khí hậu