Trong nghiên cứu này, các trường phân tích và dự báo 6 giờ một của mô hình toàn cầu GFS với độ phân giải ngang 1x1 độ kinh vĩ được sử dụng làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình WRF. Tập số liệu bao gồm 12 cơn bão trong các mùa bão từ năm 2004 đến năm 2007 được thử nghiệm trong miền tính và nguồn số liệu đã được mô tả ở trên. Số mẫu thử nghiệm được liệt kê cụ thể trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Danh sách các cơn bão được lựa chọn thử nghiệm
Tên bão-ATNĐ STT Thời điểm tiến
hành dự báo Vĩ độ (0N) Kinh độ (0E) Vmax (kt) CHANTHU 1 06Z/11/6/2004 13.0 115.3 50 MUIFA 2 06Z/21/11/2004 11.8 116.1 70 WASHI 3 18Z/28/7/2005 18.9 113.1 25 4 06Z/29/7/2005 18.5 112.0 35 DAMREY 5 00Z/23/9/2005 20.2 118.4 50 6 00Z/24/9/2005 19.8 115.3 50 KAITAK 7 18Z/28/10/2005 12.7 113.6 30 8 00Z/30/10/2005 14.0 112.9 60 PRAPIROON 9 00Z/01/8/2006 16.8 118.8 40 10 00Z/02/8/2006 18.1 115.2 55 XANGSANE 11 18Z/28/9/2006 15.6 118.1 90 12 06Z/29/9/2006 15.4 115.6 105 CHEBI 13 00Z/11/11/2006 15.9 121.6 105
14 12Z/12/11/2006 15.0 115.1 60 DURIAN 15 00Z/01/12/2006 13.3 119.9 95 16 12Z/02/12/2006 13.9 115.5 75 UTOR 17 00Z/10/12/2006 12.2 121.5 100 18 00Z/12/12/2006 14.4 115.7 75 FRANCISCO 19 00Z/23/9/2007 19.6 115.9 25 20 06Z/23/9/2007 19.4 114.8 30 PEIPAD 21 00Z/06/11/2007 18.4 118.6 70 22 00Z/08/11/2007 16.7 114.0 40 3.1.2. Các trường hợp thử nghiệm
Mô hình WRF 3.1 được cài lưới lồng cố định như mô tả ở trên để thử nghiệm ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão trên Biển Đông. Lựa chọn
22 mẫu thử nghiệm trên đã chạy cho trường hợp không có lưới lồng với bước lưới
ngang là 27km và có lưới lồng với bước lưới ngang của miền thô và miền mịn tương ứng là 27km và 9km.
Trong nghiên cứu này, file dữ liệu đầu ra của mô hình lưu các trường khí tượng
dự báo cách nhau 6h nhằm giảm dung lượng của file dữ liệu và đảm bảo yêu cầu mục đích dự báo đến 72 giờ. Số lượng tâm bão thu được ứng với từng hạn dự báo được cho
cụ thể trong Bảng 3.2. Trường hợp chạy mô hình không có lưới lồng, số lượng tâm bão
thu được giảm khi hạn dự báo tăng lên do một số thử nghiệm bão được dự báo đã suy yếu hoặc tan rã nên không tìm được tâm. Trường hợp chạy mô hình có lưới lồng, số lượng tâm bão thu được ở các hạn dự báo ít hơn so với trường hợp không có lưới lồng
là do việc lựa chọn miền lồng nhỏ dẫn đến một số thử nghiệm thời gian đầu tâm bão
chưa đi vào miền lồng, thời gian sau tâm bão đã ra khỏi miền lồng hoặc suy yếu nên không tìm được tâm.
Bảng 3.2. Số lượng tâm bão thu được trong từng hạn dự báo Hạn dự báo (h) 00 06 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Không lồng 22 22 22 22 21 21 19 18 14 11 11 8 7 Có lồng 17 20 20 20 21 20 19 18 14 10 8 7 5
3.2. Đánh giá ảnhh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão
3.2.1. Đánh giá trên một số cơn bão điển hình
Sau khi tìm tâm bằng phương pháp Downhill, nối các tâm bão dự báo, ta sẽ có
quỹ đạo dự báo của bão. Trong 12 cơn bão được thử nghiệm, gồm có các cơn bão mạnh, cơn bão yếu, cơn bão hoạt động đầu mùa và cơn bão hoạt động cuối mùa. Để đánh giá sâu hơn ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo những cơn bão này, tôi lựa chọn 2 cơn bão điển hình để tiến hành phân tích và đánh giá. Bão Prapiroon (28/7-15/8/2006) là cơn bão đầu mùa với cường độ yếu tại thời điểm dự báo. Bão Chebi (08/11-15/11/2006) là cơn bão cuối mùa với cường độ mạnh tại thời điểm dự
báo.
* Khảo sát bão Chebi:
Diễn biến của bão Chebi (08-15/11/2006):
Bão Chebi hình thành từ tây Thái Bình Dương và di chuyển vào biển Đông. Chebi là một cơn bão mạnh, cường độ mạnh nhấtđạt tới cấp 15, 16 là cấp siêu bão, sức
gió vùng gần tâm đạt 46-56 m/s. Bão di chuyển chủ yếu theo hướng tây, sau khi vượt
qua quần đảo Phi-líp-pin tiến vào biển Đông, cường độ bão Chebi bắt đầu giảm dần và có quỹ đạo rích rắc (Hình 3.1). Đến đêm ngày 12/11/2006, khi đến vùng biển phía đông nam quần đảo Hoàng Sa, bão Chebi di chuyển chậm lại theo hướng tây bắc với
tốc độ khoảng 10 km giờ và suy yếu đi khá nhanh. Đến 06Z ngày 14/11/2006, bão Chebi suy yếu thành áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) trên khu vực phía đông nam đảo Hải
Nam – Trung Quốc, đồng thời chuyển hướng di chuyển xuống phía tây nam và sau đó
tan hẳn vào sáng sớm ngày 15/11/2006.
Hình 3.1. Quỹ đạo cơn bão Chebi (08-15/11/2006)
Để hiểu rõ thêm về diễn biến của cơn bão, tôi tiến hành phân tích bản đồ hình thế synop lúc 00Z các ngày 11,12, và 13 tháng 11 năm 2006. Vì đây là một cơn bão mạnh (tốc độ gần tâm bão đạt 46-56 m/s) nên tôi tập trung phân tích các bản đồ hình thế mực trên cao (cụ thể là mực 500mb) để xác định dòng dẫn đường cho bão như
trong phần lý thuyết đã trình bày ở trên (Sự di chuyển của bão - Chương 1).
Phân tích hình thế synop:
Các bản đồ đẳng áp mực 500mb, là mực rất quan trọng vì được xem là mực
dòng dẫn đường của bão. Tại thời điểm 00Z ngày 11/11/2006 (Hình 3.2), có thể thấy
sự tồn tại của rãnh gió tây và hai trung tâm áp cao xung quanh cơn bão. Trong tháng 11, rãnh gió tây trên mực 500mb phát triển mạnh với các đường đẳng áp ken xít và lấn
sâu xuống phía nam tạo điều kiện cho xâm nhập lạnh mạnh ảnh hưởng đến các vùng biển nước ta. Tại thời điểm này, trục của rãnh vẫn chưa vượt qua phía đông của trục
bão theo hướng bắc nam nên mới chỉ mở rộng đường để kéo bão dịch chuyển lên phía bắc. Vì vậy bão vẫn chủ đạo di chuyển theo hướng tây. Bão hiện đang nằm giữa hai áp
Đông, một áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương nằm ở phía đông cơn bão và đang
trong thời kỳ hoạt động yếu dần. Cả 2 trung tâm áp cao này và rãnh gió tây đều có thể
quyết định hướng di chuyển của cơn bão. Có ba khả năng chính xảy ra: (1) Nếu rãnh gió tây ở các thời điểm tiếp theo được duy trì mạnh hoặc một rãnh mới hình thành mạnh không cho áp cao tây Thái Bình Dương lấn sang phía tây thì bão sẽ di chuyển
lệch hẳn lên phía bắc, đồng thời cường độ bão cũng giảm nhanh do tương tác với
không khí lạnh đang tràn xuống ở mực dưới thấp. (2) Nếu rãnh gió tây lệch đông
nhanh, có một rãnh mới hình thành không mạnh, khi đó áp cao tây Thái Bình Dương
vẫn lấn yếu về phía tây thì bão sẽ di chuyển theo hướng chủ đạo tây bắc và suy yếu
dần. (3) Nếu rãnh gió tây lệch đông nhanh và không có rãnh mới hình thành khi đó áp
cao cận nhiệt có thể lấn mạnh sang phía tây, bão sẽ di chuyển chủ đạo hướng tây theo
rìa phía nam của hệ thống này.
Trên thực tế, đến 00Z ngày 12 (Hình 3.3) trên mực 500 mb, trục rãnh gió tây dịch sang phía đông và nằm hẳn về phía đông của trục bão theo hướng bắc nam, đồng
thời áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương cũng lấn yếu về phía tây. Đến 00Z ngày 13 (Hình 3.4) rãnh mới được hình thành nhưng nông hơn rãnh ngày 11, và áp cao cận
nhiệt tây Thái Bình Dương vẫn tiếp tục lấn sâu hơn về phía tây. Quan sát ảnh mây vệ
tinh và quỹ đạo thực của bão cho thấy từ đêm ngày 12 đến sáng ngày 14, bão di chuyển theo hướng lệch lên phía tây bắc và suy yếu thêm. Như vậy, diễn biến của cơn bão đã xảy ra theo khả năng thứ 2 do rãnh gió tây mới được hình thành không đủ mạnh để kéo cơn bão lệch hẳn lên phía bắc.
Đến trưa ngày 14, bão đã suy yếu thành ATNĐ, đồng thời chuyển hướng di
chuyển xuống tây nam và tan rã vào sáng sớm ngày 15. Điều này được giải thích là do bão di chuyển theo hướng tây bắc và tương tác với không khí lạnh và khô đang tràn xuống nên bão suy yếu dần. Từ trưa ngày 14 chỉ còn là cấp ATNĐ và không chịu sự
đường ở các mực thấp hơn (trên Hình 3.5 không còn thấy tâm bão trên mực 500 mb nữa). Hình 3.2. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 11/11/2006 Hình 3.3. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 12/11/2006 Hình 3.4. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 13/11/2006 Hình 3.5. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 15/11/2006
Về cường độ bão, sau khi vượt qua đảo Lu-zông do ma sát với mặt đất, bão Chebi
đã suy yếu đi. Hơn nữa, khi phân tích bản đồ mực 850mb lúc 00Z ngày 11/11/2006 (Hình 3.6) có thể thấy đang có sự mở rộng xuống phía nam của áp cao lạnh lục địa. Do
đó, khi bão di chuyển lên phía bắc và tương tác với không khí lạnh khô tràn về cũng làm cường độ bão giảm đi nhanh chóng.
Hình 3.6. Bản đồ đẳng áp mực 850mb lúc 00Z ngày 11/11/2006
Trên ảnh mây vệ tinh lúc 00Z ngày 11/11/2006 (Hình 3.7), không quan sát thấy đường mây front lạnh chứng tỏ không khí lạnh đã thâm nhập sâu xuống khu vực biển nơi cơn bão hoạt động. Sự xuất hiện của những đợt lạnh đầu mùa như vậy, tuy không
mạnh nhưng cũng làm nhiệt độ bề mặt biển giảm đi đáng kể, lớp không khí mỏng ở sát
bề mặt cũng bị lạnh và khô hơn đã làm cho cơn bão Chebi có xu hướng yếu đi nhanh
chóng. Trên các ảnh mây vệ tinh, điều này cũng được thể hiện rõ khi cấu trúc mây
hoàn thiện của bão cũng bị phá vỡ nhanh theo thời gian.
Hình 3.7. Ảnh mây vệ tinh thị phổ lúc 00Z ngày 11/11/2006 Đánh giá kết quả dự báo quỹ đạo cơn bão Chebi:
Tại thời điểm tiến hành thử nghiệm lúc 00Z ngày 11/11/2006, bão Chebi có vị
trí ở 16.00N – 121.60E và cường độ rất mạnh (tốc độ gió đạt 52.5 m/s). Trong thử
nghiệm có lưới lồng, từ hạn dự báo 24h mới xác định được tâm bão và đến hạn dự báo
72h bão được dự báo đã tan nên không tìm được tâm trong hạn dự báo này. Kết quả
tính sai số trong trường hợp thử nghiệm không lồng và có lồng đối với cơn bão Chebi
được cho trong Bảng 3.3 và Hình 3.8.
Bảng 3.3. Kết quả tính sai số dự báo quỹ đạo cơn bão Chebi tại thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 11/11/2006
Hạn dự
báo (h)
Không lồng Có lồng
PE (km) ATE (km) CTE (km) PE (km) ATE (km) CTE (km)
00 96.31 -31.4 91.05 - - - 06 110.12 10.16 -109.65 - - - 12 185.26 130.84 -131.16 - - - 18 186.27 135.32 -128.01 - - - 24 266.30 265.8 16.36 272.41 271.58 21.24 30 211.09 180.67 -109.16 227.16 200.95 -105.92 36 194.32 102.49 -165.09 211.09 162.75 -134.44 42 194.94 76.92 -179.12 259.42 166.65 -198.81 48 296.19 114.71 -273.02 313.46 97.34 -297.97 54 416.42 107.11 -402.41 349.79 63.08 -344.06 60 358.33 117.94 -338.37 382.66 151.08 -351.58 66 449.65 -188.18 -408.71 441.86 -192.61 -397.67 72 465.65 -104.96 -453.66 - - -
Phân tích kết quả sai số theo hạn dự báo cho thấy (Hình 3.8): Đến hạn dự báo
24h, miền lồng mới bắt được tâm bão nhưng sai số khoảng cách so với thực tế là khá cao (khoảng 272km), và lớn hơn trường hợp không có lưới lồng khoảng 6km. Sai số
ở những hạn dự báo tiếp theo. Đến hạn dự báo 48h, sai số khoảng cách trong trường
hợp có lưới lồng khoảng 313km lớn hơn trường hợp không có lưới lồng 7km. Đến hạn
dự báo 66h, sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng khoảng 442km và nhỏ hơn trường hợp khôngcó lưới lồng khoảng 8km. Như vậy, sai số khoảng cách trong cả hai trường hợp so với thực tế đều khá lớn và trường hợp có lưới lồng có xu hướng dự
báo tốt hơn trường hợp không có lưới lồng ở những hạn dự báo sau nhưng lại kém hơn ở những hạn dự báo đầu.
a) b)
c)
Hình 3.8. Sai số dự báo quỹ đạo bão Chebi so với thực tế từ hạn dự báo 00h đến 66h (đơn vị: km).
a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc
c) Sai số ngang
Trường hợp không lồng-màu xanh
Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ
Sai số dọc trong cả hai trường hợp có giá trị dương và có xu hướng giảm từ hạn
dự báo 00h đến 60h, từ các hạn dự báo tiếp theo lại có giá trị âm. Điều này cho thấy,
mô hình dự báo bão di chuyển dọc so với thực tế nhanh hơn trong thời gian đầu và chậm hơn trong thời gian sau. Dự báo tốc độ di chuyển dọc của bão trong trường hợp
có lưới lồng chỉ tốt hơn trường hợp không có lưới lồng ở các hạn dự báo 48h và 54h. Sai số ngang có giá trị âm ở tất cả các hạn dự báo trong cả hai trường hợp (trừ thời điểm ban đầu) và có giá trị tuyệt đối càng lớn khi hạn dự báo càng tăng. Điều này cho thấy, mô hình dự báo bão di chuyển lệch trái so với thực tế và độ lệch càng lớn khi hạn
dự báo càng tăng.
Hình 3.9. Trường áp suất mặt biển dự báo 00h đến 72h từ 00Z/11/11/2006 Trường hợp không lồng - bên trái; Trường hợp có lồng - bên phải.
Phân tích trường áp mặt biển theo thời gian cho thấy (Hình 3.9): cả hai trường
hợp không có sự khác biệt nhiều và đều chỉ ra tại thời điểm dự báo, cường độ dự báo là rất yếu so với cường độ thực tế của bão (đường đẳng áp khép kín trong cùng được dự
báo là 1010 mb). Các thời điểm dự báo tiếp theo cường độ bão được cải thiện rõ rệt nhưng vẫn yếu hơn so với cường độ thực tế. Chính điều này cũng góp phần không nhỏ ảnh hưởng đến dự báo quỹ đạo di chuyển của bão. Việc dự báo cường độ bão yếu dẫn đến việc dự báo bão di chuyển theo hướng tây và tây tây nam cũng là điều hợp lý.
* Khảo sát bão Prapiroon
Diễn biến của cơn bão Prapiroon (28/7-15/8/2006)
Đêm ngày 31/7 rạng sáng ngày 1/8 một áp thấp nhiệt đới vượt qua Philipin vào Biển Đông. Hồi 1h sáng ngày 1/8 vị trí tâm ATNĐ ở vào khoảng 16,90 N – 1200 E, sức
gió mạnh nhất vùng gần trung tâm cấp 7, giật trên cấp 7, di chuyển ổn định theo hướng
Tây Tây Bắc 15-20km/h. Đến trưa ngày 1/8 áp thấp nhiệt đới mạnh lên thành bão. Bão tiếp tục di chuyển theo hướng Tây Tây Bắc 10-15km/h và mạnh thêm, đến chiều tối ngày 2/8 đạt đến cấp 12, giật trên cấp 12, tối ngày 3/8 đổ bộ vào phía Tây tỉnh Quảng Đông (Trung Quốc), suy yếu dần và tiếp tục di chuyển theo hướng giữa Tây Bắc và Tây Tây Bắc. Bão đã gây gió mạnh cấp 6, cấp 7, giật trên cấp 7 ở phía Bắc vịnh Bắc
Bộ; cấp 5, giật cấp 7 ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh- Hải Phòng. Các nơi thuộc phía Đông Bắc Bộ và Thanh Hóa có mưa vừa, có nơi mưa to (Hình 3.10).
Phân tích hình thế synop: Nhìn vào các bản đồ hình thế từ mặt đất đến mực 500
mb các ngày 1/8 và 2/8, ta thấy có những hệ thống chủ đạo ảnh hưởng tới hoạt động
của bão là: áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương và dải hội tụ nhiệt đới.