Thử nghiệm dự báo sự hình thành áp thấp nhiệt đới trên biển đông bằng mô hình RAMS

LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình tồn thể thầy khoa Khí tượng – Thủy văn – Hải dương học, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Đặc biệt, em gửi lời cảm ơn tới NGND GS TS Trần Tân Tiến, người trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình em suốt trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới TS Công Thanh giúp đỡ số liệu chuyên môn luận văn Mặc dù em cố gắng nhiều khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận góp ý thầy bạn để luận văn hoàn thiện Hà Nội, 20 tháng năm 2019 Học viên Hồ Thị Hà MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO ATNĐ 1.1 Sự hình thành phát triển áp thấp nhiệt đới 1.2 Hoạt động áp thấp nhiệt đới Biển Đông ảnh hưởng đến thời tiết biển ven biển Việt Nam 1.3 Vấn đề dự báo hình thành phát triển áp thấp nhiệt đới giới Việt Nam mô hình số 1.3.1 Các nghiên cứu giới 1.3.2 Các nghiên cứu nước 12 1.4 Đồng hóa số liệu 14 1.4.1 Bài toán chiều (3DVAR) 15 1.4.2 Bài tốn đồng hóa lọc Kalman (KF) 16 CHƯƠNG II MƠ HÌNH RAMS, LAPS VÀ ÁP DỤNG ĐỂ DỰ BÁO ATNĐ 18 2.1 Mơ hình RAMS 18 2.1.1 Các đặc trưng tốn lí mơ hình 18 2.1.2 Các sơ đồ đối lưu 20 2.1.2.1 Sơ đồ đối lưu KO 20 2.1.2.2 Sơ đồ đối lưu KF 21 2.2 LAPS 21 2.2.1 Phân tích nhiệt độ chiều 22 2.2.2 Phân tích phản xạ rađa 24 2.2.3 Phân tích độ che phủ mây chiều 25 2.2.4 Phân tích giáng thủy 27 2.2.5 Phân tích gió 29 2.3 Số liệu phương pháp 32 2.3.1 Số liệu 32 2.3.2 Phương pháp xác định xoáy 34 CHƯƠNG III KẾT QUẢ 36 3.1 Cơn bão số WIPHA (30.7 - 03.8.2019) 36 3.1.1 Tốc độ gió 10 mét khí áp mực biển 36 3.1.1.1 Lưới 30 - 10 km 36 3.1.1.2 Lưới 15 - km 37 3.1.1.3 Lưới - km 40 3.1.2 Trường chênh lệch khí áp mực biển - tỷ lệ xáo trộn nước mực 800mb đồng hóa khơng đồng hóa 42 3.1.3 Trường chênh lệch tốc độ gió kinh hướng vĩ hướng mực 850 mb 700mb đồng hóa khơng đồng hóa 45 3.1.4 Cấu trúc Beta gyres 49 3.1.5 Mặt cắt thẳng đứng theo chiều Đông Bắc - Tây Nam tốc độ gió 50 3.2 Áp thấp nhiệt đới số (02.9 - 03.9.2019) 51 3.2.1 Tốc độ gió 10 mét khí áp mực biển 52 3.2.2 Trường chênh lệch khí áp mực biển - tỷ lệ xáo trộn nước mực 800mb đồng hóa khơng đồng hóa 55 3.2.3 Trường chênh lệch tốc độ gió kinh hướng vĩ hướng mực 850 mb 700mb đồng hóa khơng đồng hóa 56 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Độ tin cậy dự báo bão khu vực Đơng Bắc Thái Bình Dương Đại Tây Dương (theo báo cáo kiểm nghiệm dự báo trung tâm bão quốc gia Hoa Kỳ năm 2010) Bảng Các kí hiệu sử dụng mơ hình RAMS 19 Bảng Diễn biến bão số Wipha 33 Bảng Diễn biến áp thấp nhiệt đới số 34 Bảng Sai số dự báo độ phân giải lưới 42 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Số lượng xoáy thuận nhiệt đới khu vực Biển Đơng Tây Bắc Thái Bình Dương giai đoạn 1978 – 2015 (theo Tạp chí Khoa học ĐHQGHN) Hình Số lượng xốy thuận nhiệt đới trung bình tháng (hình a) tỷ lệ % xoáy thuận nhiệt đới xảy tháng năm (hình b) khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương Biển Đơng giai đoạn 1978 – 2015 (theo Tạp chí Khoa học ĐHQGHN) Hình Vị trí trung bình hình thành xoáy thuận nhiệt đới từ 1945 – 2005 Biển Đông (dấu hoa thị) Các chữ thể tháng tương ứng (theo Lei Wang cộng sự) Hình Kĩ dự báo cường độ khu vực Đơng Bắc Thái Bình Dương Đại Tây Dương (theo báo cáo kiểm nghiệm dự báo trung tâm bão quốc gia Hoa Kỳ năm 2010) 10 Hình Biểu đồ giới thiệu LAPS 22 Hình Sơ đồ luồng liệu cho phân tích đám mây 26 Hình Sơ đồ phân tích gió chiều 31 Hình Minh họa kết hợp vận tốc hướng tâm từ radar Doppler với thành phần tiếp tuyến từ trường gió phía sau thành vector gió đầy đủ 32 Hình 10 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 30km: (a) LAPS khơng có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (b) LAPS có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (c) LAPS khơng có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 (d) LAPS có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 36 Hình 11 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lưới mô hình độ phân giải 10km: (a) LAPS khơng có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (b) LAPS có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (c) LAPS khơng có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 (d) LAPS có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 37 Hình 12 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 15km: (a) LAPS khơng có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (b) LAPS có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (c) LAPS khơng có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 (d) LAPS có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 38 Hình 13 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 5km: (a) LAPS khơng có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (b) LAPS có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (c) LAPS khơng có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 (d) LAPS có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 39 Hình 14 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 9km: (a) LAPS khơng có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (b) LAPS có đồng hóa lúc 06UTC 29/7/2019; (c) LAPS khơng có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 (d) LAPS có đồng hóa lúc 12UTC 30/7/2019 40 Hình 15 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 3km: (a) LAPS khơng có đồng hóa lúc 12UTC 29/7/2019; (b) LAPS có đồng hóa lúc 12UTC 29/7/2019; (c) LAPS khơng có đồng hóa lúc 00UTC 31/7/2019 (d) LAPS có đồng hóa lúc 00UTC 31/7/2019 41 Hình 16 Trường chênh lệch khí áp mực biển (đơn vị hPa, hình a, c) chênh lệch tỷ lệ xáo trộn nước mực 800mb (đơn vị g/kg, hình b, d) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 15km: (a) (b) thời điềm 06UTC 29/7/2019; (c) (d) thời điểm 12UTC 30/7/2019 43 Hình 17 Trường chênh lệch khí áp mực biển (đơn vị hPa, hình a, c) chênh lệch tỷ lệ xáo trộn nước mực 800mb (đơn vị g/kg, hình b, d) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 5km: (a) (b) thời điềm 06UTC 29/7/2019; (c) (d) thời điểm 12UTC 30/7/2019 44 Hình 18 Trường chênh lệch gió vĩ hướng (đơn vị m/s) mực 850mb (hình a, c) mực 700mb (hình b, d)được dự báo lưới mơ hình độ phân giải 15km: (a) (b) thời điềm 06UTC 29/7/2019; (c) (d) thời điểm 12UTC 30/7/2019 45 Hình 19 Trường chênh lệch gió vĩ hướng (đơn vị m/s) mực 850mb (hình a, c) mực 700mb (hình b, d) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 5km: (a) (b) thời điềm 06UTC 29/7/2019; (c) (d) thời điểm 12UTC 30/7/2019 46 Hình 20 Trường chênh lệch gió kinh hướng (đơn vị m/s) mực 850mb (hình a, c) mực 700mb (hình b, d) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 15km: (a) (b) thời điềm 06UTC 29/7/2019; (c) (d) thời điểm 12UTC 30/7/2019 47 Hình 21 Trường chênh lệch gió kinh hướng (đơn vị m/s) mực 850mb (hình a, c) mực 700mb (hình b, d) dự báo lưới mơ hình độ phân giải 5km: (a) (b) thời điềm 06UTC 29/7/2019; (c) (d) thời điểm 12UTC 30/7/2019 48 Hình 22 Cấu trúc Beta Gyres - Phân bố khí áp mực biển (đơn vị hPa) sau loại bỏ giá trị trung bình khu vực trường hợp khơng có đồng hóa (hình a, c) trường hợp có đồng hóa (hình b, d) dự báo vào thời điểm 12UTC 31/7/2019: (a) (b) lưới 15km, (c) (d) lưới 5km 49 Hình 23 Mặt cắt thẳng đứng theo chiều Đông Bắc - Tây Nam tốc độ gió qua tâm áp thấp nhiệt đới trường hợp khơng có đồng hóa (hình a, c) trường hợp có đồng hóa (hình b, d) dự báo vào thời điểm 12UTC 31/7/2019: (a) (b) lưới 15km, (c) (d) lưới 5km 50 Hình 24 Bản đồ synop mặt đất lúc 00UTC 02/9/2019 51 Hình 25 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lúc 18UTC 1/9/2019 của: (a) LAPS 30km khơng có đồng hóa; (b) LAPS 30km có đồng hóa; (c) LAPS 10km khơng có đồng hóa; (d) LAPS 10km có đồng hóa 52 Hình 26 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lúc 18UTC 1/9/2019 của: (a) LAPS 15km khơng có đồng hóa; (b) LAPS 15km có đồng hóa; (c) LAPS 5km khơng có đồng hóa; (d) LAPS 5km có đồng hóa 53 Hình 27 Trường khí áp mực biển (đường, đơn vị hPa) tốc độ gió 10 mét (đổ màu, đơn vị m/s) dự báo lúc 18UTC 1/9/2019 của: (a) LAPS 15km khơng có đồng hóa; (b) LAPS 15km có đồng hóa; (c) LAPS 5km khơng có đồng hóa; (d) LAPS 5km có đồng hóa 54 Hình 28 Trường chênh lệch khí áp mực biển (đơn vị hPa) (hình a, c) tỷ lệ xáo trộn nước mực 800mb (đơn vị g/kg) (hình b, d) dự báo lúc 18UTC 1/9/2019 của: (a) (b) Lưới 15km; (c) (d) Lưới 5km 55 Hình 29 Trường chênh lệch tốc độ gió kinh hướng mực 850mb (đơn vị m/s) (hình a, c) mực 700mb (đơn vị m/s) (hình b, d) dự báo lúc 18UTC 1/9/2019 của: (a) (b) Lưới 15km; (c) (d) Lưới 5km 56 (12) Emanuel, K.A., J.D Neelin, and C.S Bretherton, 1994: On large scale circulations in convecting atmosphere Quart J Roy Meteor Soc., 120, 1111 – 1143 (13) John P Cangialosi, James L Franklin (2011), 2010 National Hurricane Center Forecast Verification Report (14) Lei Wang, Study of tropical cyclogenesis over the South China Sea, June 2008, Department of mathematics, HKUST (15) Osuri, Krishna; Mohanty, U.; Routray, A.; Kulkarni, Makarand; Mohapatra, M., 2012: Customization of WRF-ARW model with physical parameterization schemes for the simulation of tropical cyclones over North Indian Ocean, Natural Hazards Vol 63 Issue 3, p1337 (16) Tory, K J., M T Montgomery, and N.E Davidson, 2006a: Prediction and diagnosis of tropical cyclone formation in an NWP system Part I: The critical role of vortex enhancement in deep convection J Atmos Sci., 63, 3077 – 3090 (17) Tory, K J., M T Montgomery, and N.E Davidson, 2006b: Prediction and diagnosis of tropical cyclone formation in an NWP system Part II: A diagnosis of tropical cyclone Chris formation J Atmos Sci., 63, 3091 – 3113 (18) Tory, K J., M T Montgomery, and N.E Davidson, 2007: Prediction and diagnosis of tropical cyclone formation in an NWP system Part III: Developing and non – developing storms J Atmos Sci., 64, 3195 – 3213 (19) 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 (20) Weber H C (2004), Probabilistic Prediction of Tropical Cyclone Part I: Position, Mon Wea Rev., Vol 133, pp 1840-1852 (21) P Courtier, O Talagrand, Variational assimilation of meteorological observations with the adjoint vorticity equations, Part II, Numerical results Quart J Roy Meteor Soc 113 (1987) 1329 61 ... từ đường bờ biển 1.3 Vấn đề dự báo hình thành phát triển áp thấp nhiệt đới giới Việt Nam mô hình số Dự báo hình thành phát triển áp thấp nhiệt đới gồm hai phương pháp chính: phương pháp synop với... đồng hóa dự báo hình thành vùng thấp ngồi biển Đơng, sau mạnh dần lên thành áp thấp nhiệt đới 37 bão Lưới 15km khơng đồng hóa (hình 10a) dự báo hình thành vùng áp thấp nhiệt đới ngồi biển Đơng... tình hình nghiên cứu dự báo Áp thấp nhiệt đới Chương II : Giới thiệu mơ hình RAMS , LAPS áp dụng để dự báo Áp thấp nhiệt đới Chương III : Đánh giá kết CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO