LI C MN
4.3.D báo th ngh im và phân tích kt q ud báo
4.3.1. X lý s li u m a ph c v cho d báo l
4.3.1.1 Gi i thi u các ph ng pháp d báo m a đang đ c s d ng.
Trong công tác d báo, đ u vào các mô hình th y v n ch y u là m a, tuy nhiên công tác d báo m a còn r t nhi u h n ch nên ph i hi u ch nh và x lý s li u m a d báo tr c khi đ a vào các mô hình d báo th y v n.
a. Mô hình d báo m a s tr : WRFARW, WRFNMM và m t s k t qu đánh giá ch t l ng mô ph ng:
H th ng nghiên c u và d báo th i ti t WRF (Weather Research and Forecast System, t nay g i t t là mô hình WRF) là k t qu c a s h p tác nghiên c u c a m t s trung tâm nghiên c u c a M nh Phòng khí t ng quy mô nh và v a MMM (Mesoscale and Microscale Meteorology Division) thu c Trung tâm nghiên c u khí quy n qu c gia NCAR (National Center for Atmospheric Research), trung tâm d báo môi tr ng qu c gia NCEP, C quan khí t ng không l c Hoa k AFWA (US Air Force Weather Agency), Trung tâm phân tích và d báo bão CAPS (Center for the Analysis and Prediction of Storms) và các trung tâm khí t ng qu c t nh H c vi n khoa h c khí t ng c a Trung qu c CAMS (Chinese Academy of Meteorological Sciences), C quan th i ti t trung ng c a ài Loan, C quan khí t ng Hàn Qu c KMA (Korea Meteorological Administration), ...
WRF d a trên m t nhân đ ng l c chính k t h p v i các gói tham s hóa v t lý khác nhau đ c k t n i v i các nhân đ ng l c này. Hi n t i có hai nhân đ ng l c chính đã đ c phát tri n là ARW b i NCAR và NMM d a trên Eta b i NCEP. phân bi t đang s d ng mô hình nào, ng i ta th ng dùng ký hi u WRF-ARW và WRF- NMM.
+ M t s k t qu nghiên c u đánh giá ch t l ng mô ph ng c a mô hình WRFARW và WRFNMM cho khu v c Mi n Trung [3]:
Nghiên c u này s d ng ph ng pháp đánh giá cho hi n t ng m a x y ra hay không x y ra d a trên b ng phân lo i. Các ch s đánh giá đ c s d ng s bao g m FB (cho bi t xu th sai s h th ng), POD (cho bi t m c đ d báo đ c các hi n t ng m a x y ra), FAR (cho bi t m c đ d báo kh ng m a không x y ra) và ETS (chi bi t k n ng d báo m a t ng th ). Các k t qu đánh giá c a mô hình d a trên các ch s đánh giá khí t ng [8,9,10,11,12]:
*) K t qu đánh giá d a trên ch s FB:
- Mô hình WRFARW: Vào mùa l ,.giá tr c c đ i trong ngày c a FB v n r i vào th i đi m bu i sáng và c c ti u vào bu i chi u và t i ch ng t mô hình d báo kh ng nhi u vào bu i t i. Ngoài ra, FB còn có xu h ng t ng lên khi ng ng m a t ng (m a v a và nh ). i v i ng ng m a trên 20mm, ta th y s chênh l ch gi a các thành ph n d báo là l n h n so v i các ng ng m a v a và nh . V i ng ng m a 50mm, có th th y c c đ i và c c ti u c a FB r i vào các h n d báo 12h, 36h và 60h, khác bi t so v i các ng ng còn l i, giá tr c ng ch y u m c d i 1. Qua đó, ta th y mô hình có xu h ng d báo kh ng đ i v i các hi n t ng m a v a và nh trong khi đó l i không d báo đ c cho các hi n t ng m a l n.
- Mô hình WRFNMM: Vào mùa l , dao đ ng c a FB theo ngày nh , đ t l n nh t c ng ch m c 3.0. Giá tr c c đ i trong ngày c a FB v n r i vào th i đi m bu i sáng và c c ti u vào bu i chi u và t i. M t đ c đi m đáng chú ý là khi ng ng m a t ng d n, s chênh l ch gi a các thành ph n d báo c ng t ng theo. i v i ng ng m a trên 20mm, ta th y s chênh l ch gi a các thành ph n d báo là l n h n so v i các ng ng m a v a và nh , giá tr đo đ c ch y u nh h n 1 ph n ánh vi c mô hình WRFNMM đ a ra d báo t n xu t x y ra m a ít h n so v i th c t .
*) K t qu đánh giá d a trên ch s POD:
- Mô hình WRFARW: Ch s POD tính toán đ c trong mùa l cho th y mô hình có xu h ng d báo m a nh và m a v a t ng đ i t t cho kho ng th i gian t sáng t i tr a (đ t c c đ i t i các h n 12h, 36h và 60h) trong khi k t qu là không kh quan đ i v i m a x y ra trong kho ng t chi u t i đ n đêm (ch s POD đ t
c c ti u trong kho ng th i gian này). Tuy nhiên, đ i v i ng ng m a 20mm, ch s POD tính đ c cho mùa l cao h n m t chút (đ t m c cao nh t là 0.5). V i ng ng m a 50mm, POD có giá tr nh , h u h t nh h n 0.1, ph n ánh kh n ng d báo đ c hi n t ng m a l n c a mô hình còn ch a t t.
- Mô hình WRFNMM: Ch s POD tính toán đ c cho th y mô hình có xu h ng d báo m a nh và m a v a t ng đ i t t cho kho ng th i gian t sáng t i tr a trong khi k t qu là không kh quan đ i v i m a x y ra trong kho ng t chi u t i đ n đêm (ch s POD nh nh t x y ra trong kho ng th i gian này). V i ng ng m a 20mm, ch s POD tính đ c đ t cao nh t là 0,2. Bên c nh đó, vi c d báo hi n t ng m a v i ng ng 50mm trong mùa l không kh quan h n vì ch s POD v n còn m c t ng đ i nh .
*) K t qu đánh giá d a trên ch s FAR:
- Mô hình WRFARW: Vào mùa l , có th th y kh n ng d báo m a nh và v a c a mô hình khá t t. C th , FAR cho các ng ng m a này đ t c c đ i trong kho ng 0.75 và c c ti u trong kho ng 0.5. Ngoài ra, t l d báo sai vào th i đi m t tr a đ n đêm c ng th p h n kho ng th i gian bu i sáng. i v i vi c d báo các ng ng m a trên 20mm, ta th y kh n ng mô hình d báo ch a t t khi ch s FAR đ u còn m c cao (trên 0.9) và qua đó cho th y, mô hình th ng xuyên đ a ra c nh báo sai v hi n t ng m a l n.
- Mô hình WRFNMM: Ch s FAR tính toán t k t qu mô hình WRFNMM cho mùa thu th hi n dao đ ng ngày rõ r t và có xu h ng t ng d n khi t ng ng ng m a d báo. FAR đ t c c đ i t i các h n d báo bu i sáng và đ t c c ti u vào bu i tr a, giá tr c c đ i dao đ ng trên 0.6 trong khi giá tr c c ti u quanh m c 0.4. Tuy nhiên, đ i v i ng ng m a l n, ta th y dao đ ng c a FAR theo ngày có s khác bi t so v i các ng ng m a nh h n, c th đây là FAR t ng d n theo h n d báo và k t qu tính toán đ c cho m i thành ph n d báo có s chênh l ch l n. i u đó cho th y mô hình th ng xuyên đ a ra d báo x y ra
hi n t ng trong khi th c t hi n t ng không x y ra và khi d báo càng xa thì m c đ chính xác càng gi m xu ng.
*) K t qu đánh giá d a trên ch s k n ng t ng th ETS:
- Mô hình WRFARW: Nhìn chung, ch s ETS tính đ c trong mùa l dao đ ng ch y u trong kho ng 0.25, đ t c c đ i vào kho ng th i gian tr a, t i và đ t c c ti u vào bu i sáng. Ch s ETS có xu h ng gi m khi ng ng m a t ng, giá tr tính đ c t i các h n d báo sau c ng gi m d n. T đó, ta th y k n ng d báo c a mô hình cho nh ng gi đ u là kh quan h n, tuy nhiên giá tr này v n m c th p và ch a có đ tin c y.
- Mô hình WRFNMM: M t cách t ng quan, ta có th th y ch s ETS tính đ c trong mùa l dao đ ng ch y u trong kho ng t 0 đ n 0.2. Giá tr ETS đ t c c đ i vào kho ng th i gian tr a, t i sau đó gi m d n, đ t c c ti u vào bu i sáng. Giá tr c c ti u c a ch s ETS thay đ i theo ng ng m a d báo, đ i v i m a v a và nh , ETS vào kho ng 0.1 trong khi v i m a l n, giá tr này x p x 0. Bên c nh đó, ch s ETS có xu h ng gi m khi ng ng m a t ng, giá tr tính đ c cho các h n d báo sau c ng gi m d n. M t đi m đáng chú ý n a là khi ng ng m a t ng d n thì s khác bi t gi a các thành ph n d báo c ng có xu h ng t ng lên. T đó, ta th y k n ng d báo m a c a mô hình WRFNMM là ch a t t, đ c bi t đ i v i các đ t m a l n.
nh d ng đ u ra c a các mô hình d báo s tr là đ nh d ng m a trên l i, d i các d ng format đ c bi t c a mô hình. Trong khi đó, đ nh d ng đ u vào c a các mô hình th y v n th y l c s d ng các d ng chuyên bi t c a t ng mô hình. k t n i và chuy n đ i hai lo i đ nh d ng trên, m t d ng đ nh d ng s li u trung gian đ c s d ng. Vi c l a ch n đ nh d ng s li u trung gian này ph i th a mãn các đi u ki n là: Thông d ng, cho phép ng i s d ng có th truy c p d dàng; Có th d dàng chuy n đ i thành d ng s li u khác và các đ nh d ng s li u khác c ng d dàng đ c chuy n đ i thành d ng này; D dàng c p nh p thành c s d li u.
phù h p cho vi c k t xu t s li u ch y mô hình, k t qu đ u ra c a các mô hình đ c k t xu t thành 10 file d i d ng text nh hình d i đây:
Hình 4.13. C u trúc file d li u m a d báo s tr
+ K t qu đánh giá s li u m a d báo s tr v i s li u m a th c đo:
Nh m m c tiêu so sánh đánh giá đ c đ chính xác v l ng c a d báo m a theo các mô hình s tr ng v i 5 thành ph n đ u vào t ng ng, đ tài đã so sánh đánh giá l ng m a tính toán và th c đo cho t ng mô hình ng v i t ng đ u vào c a các tr n l l n t ng ng v i các HTTT khác nhau.
Hình 4.14 : Bi u đ so sánh t ng l ng m a tr n d báo 5 ngày và th c đom t s tr m m a trên l u v c
T các k t qu đánh giá, có th rút ra các k t lu n sau: M c đ t ng quan gi a di n bi n m a th c t theo th i gian và di n bi n m a d báo th p, t ng l ng m a thì l i có s chênh l ch khá l n, và t ng l ng m a d báo th p h n r t nhi u so v i t ng l ng m a th c t .
b,Mô hình d báo m a synop: cho bi t tr s l ng m a trên t ng khu v c nh ng không chia nh các ti u l u v c và không cho l ng m a c th t i t ng đi m d báo. Ch y u mô hình cho th y cái nhìn t ng quan và m c đ m a trên các l u v c d báo. Trong tác nghi p, c n k t h p v i các ph ng pháp khác đ có tr s c th t i các v trí d báo làm đ u vào cho các mô hình th y v n. M u m t b n tin d báo m a synop đ c cho d i d ng sau:
Hình 4.15. C u trúc b n tin d báo m a synop 4.3.1.2 T n t i
Sau khi phân tích và so sánh chu i s li u m a th c t và m a d báo s tr ta rút ra đ c các t n t i nh sau:
- So sánh giá tr m a l n nh t th y chênh l ch t i 300-500% t i các v trí d báo.
- Có nhi u d báo kh ng, ng c xu th th c t , m a to cho k t qu nh và ng c l i.
- B t đ c ch a t t l m phân b m a theo không gian và th i gian đ i v i các tr n nh h n 50-70 mm, tuy nhiên v i các tr n l n h n thì sai s khá nhi u.
- B t và nh n bi t đ c khá chính xác các tr n m a gây l v đnh, s đnh và th i gian m a không l ch nhi u song tr s m a d báo nh h n r t nhi u so v i tr
s m a th c đo do trong quá trình d báo m a ch tính trên m t ph ng ch ch a tính t i các đi u ki n đ a hình.
- D báo m a synop thì l ch không nhi u v tr s song ch y u cho ta cái nhìn t ng th v các khu v c ch không chia nh đ c các l u v c và không cho tr s c th cho t ng v trí d báo. ây c ng là đ c đi m đ ta có ph ng h ng kh c ph c và x lý đ gi m sai s t hai ph ng pháp d báo m a trên.
4.3.1.3 Cách x lý sai s
Hi n t i, trung tâm d báo Khí t ng Th y v n Trung ng đang s d ng song song hai ph ng pháp m a d báo nói trên là d báo m a synop và d báo m a s tr . Tuy còn nhi u h n ch nh ng ph ng pháp này l i giúp kh c ph c đ c nh c đi m c a ph ng pháp kia vì ph ng pháp d báo m a synop cho k t qu khá t t v tr s song l i không cho bi t t l chi ti t theo không gian còn ph ng pháp d báo m a s tr cho k t qu thiên nh nhi u nh ng b t đ c t ng đ i t t v m t không gian. Vì th ta kh c ph c t n t i và gi m thi u sai s b ng cách k t h p d báo m a s tr và d báo m a synop b ng cách chia nh l u v c rùi l y đi m đ i di n. T d báo m a s tr ta th y đ c t l m a gi a các đi m d báo rùi l y l ng d a vào d báo m a synop. Ngoài ra có th k t h p thêm v i nh mây v tinh đ hi u ch nh.
B n tin d báo m a synop ch cho 1 giá tr t ng l ng m a trên l u v c Vu gia – Thu B n, trong khi b n tin d báo m a s tr cho tr s c th t i t ng v trí c th trong l u v c (song th ng thiên nh so v i m a th c t ). T hai b n tin trên ta có cách làm c th đ hi u chnh l ng m a d báo nh sau:
+ T tr s m a trong b n tin d báo m a s tr , ta tính t l m a gi a các v trí trong l u v c, g i là tr ng s m a t i các đi m.
+ Tính t ng tr ng s m a.
+ L y t ng l ng m a b n tin d báo synop chia cho t ng tr ng s m a đ c l ng m a đ n v
+ L y l ng m a đ n v nhân v i tr ng s m a t i t ng đi m c th b c 1 đ c l ng m a đã hi u ch nh c th t i t ng đi m t ng ng.
Trên hình 4.16.là k t qu đi u ch nh d báo m a t i m t s tr m trên l u v c. K t qu d báo sau khi đi u ch nh có c i thi n h n, tuy nhiên,v n ch a đ t yêu c u mong mu n vì ch m t s tr m có k t qu t t còn s tr m khác v n có chênh l ch l n. Cách làm trên giúp hi u ch nh đ c l ng m a d báo, kh c ph c nh c đi m c a c 2 ph ng pháp và t o đ u vào thu n l i h n cho mô hình th y v n trong quá trình d báo l . K t q a đi u ch nh m a d báo tr n m a tháng 10-2009 tr m Nông S n (th i đo n 6h)