M −a lớn kéo dà
1 R mm (kg/m2)
OBJMA KBOG1 KBOG2 CBOG1 CBOG
Hình 4.15. Khí áp mực biển thấp nhất (hPa) theo số liệu thám sát (OBJMA) và mô phỏng bằng mô hình MM5 (KBOG - không sử dụng sơ
đồ phân tích xoáy; CBOG - có sử dụng sơ đồ phân tích xoáy; Các chỉ số 1 và 2 biểu thị kết quả mô phỏng của miền tính thứ nhất, thứ hai) Hình 4.14. Quỹ đạo thực tế của bão số 6/2006 (1) và quỹ đạo mô phỏng của MM5 khi
không sử dụng sơ đồ phân tích xoáy (2) và có sử dụng sơ đồ phân tích xoáy (3). Thời gian mô phỏng từ 00UTC ngày 29/09/ đến 00UTC ngày 02/10/2006
Tóm lại, có thể đ−a ra nhận định, để mô phỏng c−ờng độ bão bằng mô hình số trị khu vực kiểu nh− MM5 nhất thiết phải sử dụng các sơ đồ phân tích xoáy và đôi khi cần thiết phải xây dựng các miền tính lồng ghép với độ phân giải ngang cao dần. H−ớng nghiên cứu hiện nay trên thế giới nhằm giải quyết mâu thuẫn giữa khả năng tính toán của máy tính và nhu cầu sử dụng các miền tính lồng ghép trong dự báo bão, mà không thể đoán tr−ớc sẽ xuất hiện ở khu vực nào, là xây dựng các miền
lồng ghép có phạm vi l−ới tính cố định và di chuyển theo bão (moving nest). Nhằm khảo sát tr−ờng gió bề mặt vào thời điểm bão số 6/2006 đổ bộ vào đất liền và hệ quả m−a của bão, chúng tôi khai thác các sản phẩm mô phỏng của mô hình MM5 đối với miền tính thứ hai trong tr−ờng hợp có sử dụng sơ đồ phân tích xoáy. Trên hình 4.17 là một ví dụ về diễn biến từng giờ một của khí áp, tốc độ gió và l−ợng m−a tích lũy từ 00UTC ngày 29 tháng 9 đến 00UTC ngày 02 tháng 10 năm 2006 của trạm Đông Hà (Quảng Trị). Tr−ớc thời điểm khí áp đạt cực tiểu (974 hPa), tốc độ gió đạt cực đại thứ nhất (29 m/s) và 6 giờ sau ở đây có cực đại thứ hai của tốc độ gió, khoảng 32-33 m/s. Toàn bộ diễn biến nói trên xảy ra tr−ớc khi bão số 6 đổ bộ vào khu vực Đà Nẵng. L−ợng m−a tích lũy (chủ yếu trong hai ngày 30 tháng 9 và 1
tháng 10) vào khoảng 100 mm, thấp hơn so với thực tế m−a ở đây khoảng 100 mm. Số liệu trong bảng 4.4 là khí áp thấp nhất, tốc độ gió lớn nhất và l−ợng m−a tích lũy trong 3 ngày (từ ngày 29 tháng 9 đến ngày 2 tháng 10 năm 2006) của các trạm ven biển Trung Bộ mô phỏng đ−ợc bằng mô hình MM5. Các đặc tr−ng biểu thị c−ờng độ bão cho thấy, khu vực ảnh h−ởng của bão chủ yếu từ Quảng Ngãi trở ra. Từ Bình Định trở vào, l−ợng m−a trong những ngày hoạt động của bão số 6 là không đáng kể.
1015 15 20 25 30 35 40 45 00U TC 2909 06U TC 2909 12U TC 2909 18U TC 290 9 00U TC 300 9 06U TC 3009 12U TC 3009 18U TC 3009 00U TC 0110 06U TC 0110 12U TC 011 0 18U TC 011 0 V m a x ( m /s )
OBJMA KBOG1 KBOG2 CBOG1 CBOG2
Hình 4.16. Tốc độ gió mạnh nhất (m/s) theo số liệu thám sát (OBJMA) và mô phỏng bằng mô
hình MM5
Hình 4.17. Diễn biến từng giờ của khí áp
(hPa), tốc độ gió (m/s) và l−ợng m−a tích lũy
Bảng 4.4. Khí áp thấp nhất (hPa), tốc độ gió lớn nhất (m/s) và l−ợng m−a tích lũy (mm) của một số trạm ven biển Trung Bộ từ 29 tháng 9 đến 2 tháng 10 năm 2006 (tính
toán bằng MM5) Yếu tố Yếu tố Trạm Khí áp thấp nhất (hPa) Tốc độ gió lớn nhất (m/s) L−ợng m−a (mm) Trạm Khí áp thấp nhất (hPa) Tốc độ gió lớn nhất (m/s) L−ợng m−a (mm) Đồng Hới 991 22 180 Trà My 985 24 100
Đông Hà 975 32 100 Quảng Ngãi 989 19 55
Huế 987 34 70 Quy Nhơn 997 18 2
Đà Nẵng 978 23 140 Tuy Hòa 1000 11 4
Tam Kỳ 986 19 130 Nha Trang 1000 11 4
Quan sát trên hình 4.18 về phân bố tr−ờng gió vào thời điểm bão đổ bộ và l−ợng m−a tích lũy trong các ngày nói trên, có thể nhận thấy xu h−ớng lệch hẳn về phía Bắc cả về vùng gió mạnh và hệ quả m−a của bão số 6/2006. Mô phỏng của MM5 trong tr−ờng hợp này phù hợp với thực tế m−a cũng nh− quan trắc về gió và khí áp trong khi bão đổ bộ vào đất liền.
Nh− vậy, mô hình MM5 với hai l−ới tính lồng ghép và sơ đồ phân tích xoáy đối xứng mô phỏng t−ơng đối tốt diễn biến của cơn bão số 6/2006 về c−ờng độ thông qua các yếu tố nh− khí áp thấp nhất tại tâm bão, tốc độ gió lớn nhất trong bão và hệ quả m−a. Tuy nhiên, khi không sử dụng sơ đồ phân tích xoáy thì mô hình MM5 mô phỏng quỹ đạo bão số 6/2006 sát với thực tế hơn về h−ớng di chuyển trên Biển Đông, tr−ớc khi đổ bộ vào đất liền n−ớc ta. Mô phỏng của MM5 về tr−ờng gió và tr−ờng m−a cho thấy, vùng gió mạnh khi đổ bộ và vùng m−a lớn trong thời gian ảnh h−ởng của bão số 6/2006 đến đất liền n−ớc ta có phân bố lệch hẳn về phía Bắc so với khu vực tâm bão đi qua.
Hình 4.18. Phân bố tr−ờng gió (m/s) vào thời điểm bão đổ bộ (a) và l−ợng m−a
tích lũy (mm) của miền tính thứ nhất (b) và miền tính thứ hai (c) của MM5 trong ba ngày (29 tháng 9 đến 2 tháng 10 năm 2006)
Kết hợp với các nghiên cứu áp dụng sơ đồ phân tích xoáy TCLAPS trong đề tài nghiên cứu đ−ợc thực hiện song song với đề tài này, chúng tôi đã xây dựng một hệ thống dự báo bão tổ hợp trên cơ sở mô hình MM5 với 5 dự báo thành phần: không sử dụng sơ đồ phân tích xoáy với các sơ đồ tham số hóa đối l−u Kuo, Grell, Betts Miller (3 dự báo thành phần), sử dụng sơ đồ phân tích xoáy của MM5 (1 dự báo thành phần) và sử dụng sơ đồ phân tích xoáy TCLAPS (1 dự báo thành phần). Trong tr−ờng hợp sử dụng sơ đồ phân tích xoáy, sơ đồ tham số hóa đối l−u đ−ợc sử dụng là Kuo, các sơ đồ tham số hóa khác đối với tất cả các tr−ờng hợp là Simple Ice cho vi vật lý mây, CCM2 cho bức xạ và MRF PBL cho lớp biên. Kết quả đánh giá chất l−ợng dự báo cho phần lớn mùa bão năm 2006 cho thấy hiệu quả sử dụng của mô hình MM5 trong dự báo diễn biến của bão ở Việt Nam.
Nh− vậy, sai số khoảng cách vị trí tâm bão, ATNĐ tăng lên khi tăng hạn dự báo và cứ sau 12h thì sai số tăng lên khoảng 50-60km (bảng 4.5). Trung bình, đối với hạn dự báo 24h, sai số trên 1 độ và gần 2 độ đối với hạn dự báo 48h. Sai số lớn nhất có thể đến gần 600km đối với hạn dự báo 48h và trong một số tr−ờng hợp mô hình dự báo gần nh− chính xác vị trí tâm bão đối với tất cả các hạn dự báo. Nhìn chung sai số trung bình nêu trên là chấp nhận đ−ợc nếu l−u ý rằng đối với hạn dự báo 24h thì các mô hình dự báo bão của Hồng Kông cho sai số trung bình là 150km và con số này sẽ là 250km đối với hạn dự báo 48h.
Bảng 4.5. Khoảng cách (km) giữa tâm bão, ATNĐ thực tế và dự báo của MM5 với các hạn dự báo khác nhau
Hạn dự báo 12h 24h 36h 48h
Trung bình 84 133 184 228
Lớn nhất 333 423 449 573
Nhỏ nhất 11 11 22 40
Góc giữa h−ớng di chuyển dự báo và h−ớng di chuyển thực tế của bão, ATNĐ trung bình vào khoảng 20-25 độ (bảng 4.6). Góc lệch này tăng không đáng kể khi tăng hạn dự báo. Nh− vậy trung bình mà nói, dự báo h−ớng di chuyển của bão, ATNĐ th−ờng lệch một h−ớng trong 8 h−ớng chính. Trong một số tr−ờng hợp, mô hình MM5 dự báo h−ớng di chuyển của bão, ATNĐ ng−ợc hẳn so với thực tế và dĩ nhiên là tồn tại nhiều tr−ờng hợp dự báo hoàn toàn chính xác h−ớng di chuyển của bão, ATNĐ.
Để có thêm thông tin về sai số trong dự báo quỹ đạo bão, ATNĐ, chúng tôi đã tính toán độ lệch trung bình theo vĩ độ và theo kinh độ giữa vị trí tâm dự báo và thực tế của bão, ATNĐ (dấu âm thể hiện vị trí tâm lệch Nam và lệch Tây). Quan sát số liệu trên bảng 4.7 có thể thấy rằng, mô hình MM5 th−ờng dự báo tâm bão, ATNĐ lệch về phía Nam và phía Tây (trừ hạn dự báo 48h) hơn so với thực tế. Nếu xét đến tính quy luật trong h−ớng di chuyển của bão và ATNĐ
trên Biển Đông thì có thể nhận định rằng mô hình MM5 th−ờng dự báo bão, ATNĐ di chuyển nhanh hơn so với thực tế.
Bảng 4.6. Góc lệch (độ) giữa h−ớng di chuyển thực tế và dự báo của bão, ATNĐ trong
năm 2006 với các hạn dự báo khác nhau
Hạn dự báo 12h 24h 36h 48h
Trung bình 20,1 19,7 22,3 25,9
Lớn nhất 147,5 138,2 106,6 123,7
Nhỏ nhất 0,0 0,0 0,0 0,5
Bảng 4.7. Độ lệch trung bình theo vĩ độ và theo kinh độ (độ) giữa vị trí tâm dự báo và thực tế của bão, ATNĐ trong năm 2006 với các hạn dự báo khác nhau
Hạn dự báo 12h 24h 36h 48h
Theo vĩ độ -0,2 -0,2 -0,3 -0,4
Theo kinh độ -0,3 -0,6 -0,9 0,8
Kết luận và kiến nghị
1. Hệ thống hoàn chỉnh các mô đun của mô hình MM5 đã đ−ợc cài đặt và vận hành ổn định trên máy tính cá nhân thông th−ờng và các máy tính song song của Viện KHKTTV&MT. Hiện nay, mô hình MM5 đang đ−ợc sử dụng trong dự báo nghiệp vụ ở Viện Khoa học Khí t−ợng Thủy văn và Môi tr−ờng. Các bản tin dự báo thời tiết hàng ngày, m−a lớn và quỹ đạo bão, áp thấp nhiệt đới đ−ợc cung cấp làm nguồn thông tin tham khảo của Trung tâm KTTV Quốc gia và cập nhật trên trang WEB của Viện khoa học KTTV&MT. Ngoài ra, mô hình MM5 cũng đã đ−ợc chuyên giao nhằm mục đích dự báo thời tiết ở các Đài KTTV khu vực nh− Đông Bắc, Việt Bắc và Tây Bắc.
2. Dữ liệu địa hình của USGS với độ phân giải ngang khoảng 4km mô tả hầu hết đặc điểm địa hình của n−ớc ta nh− độ cao, loại hình đất sử dụng, ranh giới đất - n−ớc,... và đáp ứng đ−ợc yêu cầu của mô hình quy mô vừa nh− MM5 đối với Việt Nam. Các miền tính đ−ợc chọn cùng với độ phân giải ngang t−ơng ứng có thể đ−ợc sử dụng cho dự báo thực tế sau này. Sản phẩm dự báo trên các miền tính này có thể tham khảo đối với các quá trình quy mô vừa (miền tính thứ nhất) và quy mô nhỏ (miền tính thứ hai, thứ ba). Trong tr−ờng hợp cần thiết, miền tính thứ ba có thể thay đổi phù hợp với các yêu cầu khác nhau, chẳng hạn nh− đối với các l−u vực sông thuộc Trung Bộ, Tây Nguyên,… hoặc các Đài KTTV khu vực.
3. Đối t−ợng đ−ợc chọn thử nghiệm dự báo là các đợt m−a vừa, m−a lớn ở Việt Nam trong hai năm 2004, 2005 (khoảng 60 đợt) với hạn dự báo đến 48h. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình đ−ợc lấy cách nhau 6h một từ mô hình toàn cầu AVN. Số liệu đ−ợc sử dụng để đánh giá chất l−ợng sản phẩm dự báo của mô hình MM5 là số liệu m−a 12h khai thác từ Trung tâm T− liệu KTTV thuộc Trung tâm KTTV Quốc gia của khoảng 168 trạm trên toàn lãnh thổ Việt Nam.
4. Sơ đồ đối l−u Kuo, sơ đồ vi vật lý mây Simple Ice, sơ đồ bức xạ CCM2, sơ đồ lớp biên hành tinh MRF là những sơ đồ tham số hoá vật lý có thể đ−ợc sử dụng trong dự báo m−a ở Việt Nam. Thông qua đánh giá chất l−ợng dự báo m−a đối với các đợt m−a vừa, m−a lớn trong năm 2004, 2005 (khoảng 60 đợt) cho thấy sai số trong dự báo m−a khi sử dụng các sơ đồ tham số hóa nói trên là nhỏ hơn so với các ph−ơng án dự báo khác. Sơ đồ thám số hóa đối l−u và vi vật lý mây có độ nhạy rất lớn đối với dự báo m−a, l−ợng m−a dự báo 24h và 48h không khác biệt nhau nhiều khi lựa chọn các các sơ đồ thám số hóa bức xạ, lớp biên và sơ đồ đất - bề mặt khác nhau.
5. Dự báo nhiệt độ với hạn dự báo 24h và 48h của MM5 lệch so với thực tế khoảng 2OC và th−ờng là nhỏ hơn thực tế. Hệ số t−ơng quan giữa nhiệt độ dự báo và thực tế đạt 0,7-0,8. Dự báo độ ẩm t−ơng đối th−ờng sai lệch so với thực tế khoảng 10% ở 24h đầu và tăng lên chút ít, khoảng 11-12% ở 24h tiếp theo.
6. Hệ thống dự báo tổ hợp đ−ợc xây dựng trên cơ sở mô hình MM5 với các lựa chọn sơ đồ tham số hóa đối l−u và vi vật lý mây khác nhau cho dự báo
m−a có sai số nhỏ nhất so với 9 dự báo thành phần thông qua đánh giá kết quả dự báo m−a đối với các đợt m−a vừa, m−a lớn trong năm 2004, 2005. Sự khác biệt giữa kết quả dự báo m−a bằng ph−ơng pháp dự báo tổ hợp không trọng số và có trọng số là không đáng kể.
7. Các thử nghiệm cải tiến tr−ờng đầu vào cho mô hình MM5 đã chứng minh đ−ợc hiệu quả. Mô hình MM5 có thể đ−ợc chạy trong chế độ nghiệm vụ đối với các số liệu phân tích và dự báo của mô hình GSM thuộc Cơ quan Khí t−ợng Nhật Bản. Sơ đồ đồng hóa số liệu của mô hình MM5 đã đ−ợc thử nghiệm với số liệu phát báo nhận đ−ợc hàng ngày ở Trung tâm KTT Quốc gia. Dự báo m−a khi sử dụng sơ đồ đồng hóa số liệu và không sử dụng sơ đồ đồng hóa số liệu rất khác nhau
8. Khi trong miền tính có xoáy thuận nhiệt đới hoạt động, mô hình MM5 cho các dự báo rất khác nhau trong hai tr−ờng hợp, có cài xoáy và không cài xoáy. Khi cài xoáy với các tham số thám sát về XTNĐ, mô hình MM5 dự báo quỹ đạo và c−ờng độ của XTNĐ t−ơng đối sát với thực tế. Hệ thống dự báo tổ hợp với 5 dự báo thành phần cho kết quả dự báo bão khá khả quan thông qua đánh giá chất l−ợng dự báo trong mùa bão năm 2006.
9. Đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm dự báo m−a lớn ở Việt Nam bằng mô hình MM5” đã đạt đ−ợc những kết quả nhất định tuy nhiên, kết quả đánh giá chất l−ợng dự báo m−a của mô hình cho thấy tồn tại các hạn chế sau:
- Mô hình MM5 dự báo khá chính xác xu thế m−a ở các khu vực khác nhau nh−ng ch−a dự báo tốt diễn biến m−a, đặc biệt là theo thời gian.
- Đề tài mới chỉ thực hiện đánh giá chất l−ợng dự báo m−a với ng−ỡng l−ợng m−a lớn hơn 50mm/24h (ng−ỡng m−a lớn của Trung tâm KTTV Quốc gia), các tr−ờng hợp m−a lớn hơn ng−ỡng này nh− trên 100, 200mm/24h ch−a đ−ợc đánh giá riêng rẽ.
- Do đối t−ợng nghiên cứu là các tr−ờng hợp m−a vừa, m−a lớn trong hai năm 2004, 2005 nên các kết luận nêu trên mới chỉ phù hợp với hiện t−ợng m−a đã xảy ra. Cần thiết thực hiện các đánh giá chất l−ợng dự báo m−a một cách hệ thống trên một tập mẫu đủ dài và liên tục để kết quả dự báo có độ tin cậy lớn và mang tính khách quan hơn.
Trên cơ sở kết quả thu đ−ợc của đề tài, chúng tôi có một số kiến nghị và đề xuất về h−ớng nghiên cứu tiếp theo nh− sau:
1. Đề nghị Bộ Tài nguyên và Môi tr−ờng tiếp tục đầu t− cho h−ớng nghiên cứu áp dụng mô hình MM5 ở Viện KHKTTV&MT và tạo các điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao các kết quả nghiên cứu vào dự báo nghiệp vụ ở các đơn vị thuộc Trung tâm KTTV Quốc gia.
2. H−ớng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào các vấn đề đồng hóa số liệu với các loại số liệu phi truyền thống nh− ảnh mây vệ tinh và dự báo tổ hợp trên cơ sở mô hình MM5 cũng nh− các mô hình số trị khác đang đ−ợc sử dụng ở Việt Nam. Hệ thống dự báo tổ hợp nh− vậy chỉ có thể thành hiện thực khi có sự hợp tác chặt chẽ của các đơn vị liên quan nh− Viện KHKTTV&MT, Trung tâm