Một ngày mưa lớn nữa được lựa chọn để phân tích lại là ngày mưa 23/05/2015. Trong kết quả dự báo khi sử dụng phương pháp k điểm gần nhất dự báo ngày 23/05/2015 sẽ có mưa vừa và tìm ra ngày tương tự là ngày 06/05/2008. Dưới đây sẽ là phân tích chi tiết diễn biến hình thế và lượng mưa của đợt mưa này.
Về hình thế, khi xét trường xoáy thế và xoáy tương đối ở độ cao 1500m, nhận thấy vùng hội tụ gió tồn tại ngay trên khu vực Bắc Bộ kéo dài từ ngày 20/05/2015 đến cuối thời kỳ đưa ra phân tích là ngày 26/05. Trong đó, vùng hội tụ gió hoạt động mạnh trong thời đoạn từ 20-23/05/2015 (hình 3.28).
Hình 3.28 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 21-25/05/2015 ở độ cao 1500m
Ở độ cao 3000m, hội tụ gió tại khu vực vùng núi phía bắc khu vực biên giới tiếp giáp với Trung Quốc trên địa phận các tỉnh Lai Châu, Lào Cai và Hà Giang trong ngày 23-24/05 tồn tại nhưng cường độ yếu (hình 3.29).
Hình 3.29 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 21-25/05/2015 ở độ cao 3000m
Ở độ cao 5000m, khơng tồn tại hội tụ gió tại khu vực Bắc Bộ. Cao cận nhiệt đới Tây Bắc Thái Bình Dương lấn về phía Tây trong ngày 21/05, từ ngày 22-24/05 hoạt động suy yếu và dịch chuyển dần ra phía đơng.
Đối với xốy thế, trong thời kỳ từ ngày 20-22/05 tại khu vực Bắc Bộ có giá trị từ 0.4-1.6 PVU, trong đó khu vực vùng núi phía bắc phổ biến ở từ 1.2- trên
1.6PVU. Sang đến ngày 23-24/05 vùng có giá trị xốy thế trên 1.6 PVU mở rộng hơn tại khu vực Bắc Bộ (hình 3.30).
Hình 3.30Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 21-25/05/2015 ở độ cao 5000m
Về lượng mưa, từ số liệu quan trắc và hình thế thời tiết đã qua nhận thấy trong ngày 23/05/2015 do chịu ảnh hưởng của rãnh áp thấp nối với vùng áp thấp
phía tây có trục ở khoảng 21 – 23 độ vĩ Bắc bị nén yếu bởi bộ phận áp cao lục địa ở phía Bắc, riêng Bắc Bộ kết hợp với vùng hội tụ gió trên mực 1500m nên đã xảy ra mưa rất to tại các tỉnh Lai Châu, Điện Biên, khu vực Việt Bắc và một số tỉnh vùng núi Đông Bắc với tổng lượng mưa phổ biến ở từ 20-50mm/24h, riêng tại Đồng Văn (Hà Giang) 99mm, Tuyên Quang 65mm. Khu vực nam đồng bằng phổ biến khơng mưa, chỉ có mưa vài nơi tại Hà Nội và Hải Dương với lượng dưới 15mm/24h (hình 3.31).
Hình 3.31 Bản đồ tổng lượng mưa quan trắc ngày 23/05/2015
Như vậy, với kết quả dự báo xác suất cao xuất hiện mưa vừa trong ngày 23/05/2015 từ phương pháp kNN với k=1 khá tương đồng với số liệu thực tế quan trắc ghi nhận được tại Bắc Bộ trong cùng ngày.
So sánh với ngày tương đồng nhất trong quá khứ khi chọn phương pháp k điểm gần nhất với k=1, kết quả cho thấy dự báo lại cho ngày 23/05/2015 sẽ có thời tiết tự như ngày 06/05/2008. Phân tích phân bố và diễn biến các trường xoáy thế và xốy tương đối cho ngày 06/05/2008 như sau:
Hình 3.32 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 04-08/05/2008 ở độ cao 1500m
Khi so sánh các hình thế thời tiết trong ngày dự báo (ngày mưa 23/05/2015) và ngày tương tự trong quá khứ (ngày 06/05/2008) cho thấy kết quả khá tương đồng. Hình thế gây mưa vừa cho khu vực Bắc Bộ trong ngày dự báo và ngày tương tự trong quá khứ đều do tồn tại hội tụ gió Tây ở độ cao 1500m đến 3000m gây ra.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Bằng cách sử dụng mơ hình k điểm gần nhất, luận văn đã dự báo khả năng xuất hiện mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ, góp phần bổ sung cơng cụ phân tích dự báo cho cơng tác dự báo mưa lớn tại Việt Nam đặc biệt là tại khu vực Bắc Bộ cho thời hạn ngắn, thời hạn vừa, từ đó làm cơ sở để tăng chất lượng dự báo, góp phần đưa ra những cảnh báo sớm, giảm thiểu tác động của mưa lớn gây ra. Luận văn đã lựa chọn khu vực nghiên cứu 0-400N, 90-1400E để xem xét đặc trưng dị thường của một số yếu tố khí tượng như trường áp (PMSL), trường gió kinh hướng (u), gió vĩ hướng (v), trường xốy thế (PV), xoáy tương đối của từ 3 ngày trước, 2 ngày trước, 1 ngày trước khi xảy ra mưa lớn tại Bắc Bộ, trong ngày có mưa lớn xảy ra và một đến ba ngày sau khi có mưa lớn xảy ra trong thời kỳ 15 năm (giai đoạn 2001-2015). Luận văn đã nghiên cứu các dị thường đặc trưng khí tượng ở các độ cao 1500m, 3000m và 5000m cho từng cấp độ mưa lớn: mưa vừa (8-25mm/12h), mưa to (25- 50mm/12h) và mưa rất to (>50mm/12h).
Kết quả nghiên cứu cho thấy, đa phần những ngày trước khi có mưa lớn, trong ngày có mưa lớn và sau khi có mưa lớn xảy ra tại khu vực Bắc Bộ chủ yếu xuất hiện một vùng dị thường xoáy thế và xoáy tương đối gần khu vực Bắc Bộ, đặc biệt là ở tầng thấp.Tuy nhiên ở từng độ cao trên các tầng khí quyển, vị trí dị thường xốy cực đại có thể khơng đồng nhất. Vùng dị thường xốy thế nằm ngay trên khu vực nam đồng bằng Bắc Bộ và các tỉnh Bắc Trung Bộ và có giá trị cực đại trong thời điểm 1 ngày trước và ngay trong ngày có mưa rất to xảy ra tại Bắc Bộ. Cịn đối với vùng dị thường xoáy tương đối, ở từng độ cao khác nhau thì vị trí dị thường xốy lớn nhất là khác nhau. Càng lên cao vị trí vùng dị thường xốy thế cực đại trong những ngày trước, ở thời điểm xảy ra mưa rất to tại Bắc Bộ và ở từ 1 đến 3 ngày sau khi có mưa rất to càng lệch dần về phía nam, cụ thể đối với độ cao khoảng 1500m (tương đương 300K và 850mb) vị trí dị thường xoáy tương đối ở ngang qua khu vực Bắc Trung Bộ, ở độ cao khoảng 3000m (tương đương 315K và 700mb) tồn
(tương đương 330K và 500mb) vùng dị thường xốy nằm sâu về phía nam nước ta hơn, trên khu vực các tỉnh Nam Trung Bộ.
Đối với dị thường trường áp so với trung bình 15 năm thời kỳ 2001-2015 nhận thấy sự tăng giảm áp trong vùng lựa chọn nghiên cứu chưa cho thấy rõ được các tác nhân gây mưa lớn cho Bắc Bộ.
Kết quả nghiên cứu cấu trúc không gian các đặc trưng nhiệt động lực học khi xảy ra mưa lớn tại khu vực Bắc Bộ thơng qua phân tích các trường gió, xốy tương đối, trường xốy thế, trường khí áp cho thấy rõ cấu trúc khơng gian của khí quyển tại các mực. Đặc biệt với việc sử dụng xoáy thế và xoáy tương đối, cho ta thấy được sự phân bố các trường tại các tầng khí quyển trên cao từ độ cao 1500 đến độ cao 5000m.
Dựa trên những khu vực có dị thường xốy thế, dị thường xoáy tương đối đặc trưng trước 2 ngày xảy ra mưa lớn, trong ngày có mưa lớn và sau 2 ngày xảy ra mưa lớn đưa ra được khu vực phù hợp lựa chọn nghiên cứu để lấy các giá trị đầu vào làm nhân tố cho mơ hình K điểm gần nhất để dự báo xác suất xảy ra mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ. Cụ thể:
+ Với dị thường xoáy thế, lựa chọn khu vực: 17-240N, 103-1100E cho cả 3 tầng là 300K, 315K và 330K.
+ Với dị thường xoáy tương đối, ở từng độ cao 1500m, 3000m và 5000m lựa chọn các ô nghiên cứu như sau:
850mb (1500m): 16-230N, 105-1120E 700mb (3000m): 13-210N, 103-1120E 500mb (5000m): 12-170N, 103-1120E
Phương pháp kNN đã được áp dụng để tìm ra những ngày có các đặc trưng thời tiết gần giống nhất với ngày dự báo và dựa vào đó tính tốn xác suất xuất hiện mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ. Kết quả đánh giá dự báo cho năm 2014 và năm 2015 có chất lượng cao nhất khi lựa chọn k=1, càng tăng giá trị k càng lớn thì tỷ lệ thành cơng trong nghiên cứu càng giảm.
Kết quả phân tích 02 trường hợp mưa lớn điển hình trong 2 năm 2014 và 2015 đã minh chứng cho tính đúng đắn và hợp lý của việc lựa chọn ô nghiên cứu cũng như giá trị k tối ưu (k = 1). Cả hai trường hợp mơ hình kNN đều dự báo đúng cấp mưa của hai ngày 20/7/2014 và 23/05/2015 và tìm ra được 02 ngày tương tự tương ứng trong quá khứ. Kết quả dự báo xác suất mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ sử dụng k điểm gần nhất có thể tin cậy cao, có thể là một trong những cách tiếp cận thử nghiệm mới để dự báo định lượng mưa tốt hơn trong tương lai.
Kiến nghị
Một hạn chế được chỉ ra trong nghiên cứu sác xuất mưa lớn tại khu vực Bắc Bộ bằng phương pháp k điểm gần nhất đó là do vùng lựa chọn ơ nghiên cứu để tính tương tự bằng phương pháp kNN có kích thước lớn, đồng thời sử dụng trị số trung bình cho cho từng ơ nghiên cứu nên kết quả tìm ra vị trí cực đại của các đặc trưng bị lệch khi so sánh hai ngày tương tự hiện tại và quá khứ. Phương pháp này chỉ đảm bảo chỉ số trung bình trên cả vùng lựa chọn nghiên cứu là như nhau trong cả thời kỳ dự báo và thời kỳ có thời tiết tương tự trong quá khứ.
Luận văn sử dụng bộ số liệu quan trắc thực tế cho chuỗi thời gian kéo dài 15 năm từ năm 2001-2015 để tìm ra những ngày có mưa vừa, những ngày có mưa to và những ngày có mưa rất to do vậy kết quả dự báo phụ thuộc rất nhiều vào mức độ tin cậy của bộ số liệu. Do đó, trước khi sử dụng bộ số liệu quan trắc phải có khâu kiểm sốt số liệu chặt chẽ để có được bộ số liệu mẫu tốt nhất.
Ngồi ra, khơng chỉ với việc dự báo xác suất mưa lớn, có thể sử dụng mơ hình k điểm gần nhất để nghiên cứu thử nghiệm dự báo xác suất xuất hiện nhiều đặc trưng khí tượng khác như dơng sét, nhiệt độ, số lượng bão… trong tương lai.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu trong nước
1. Bộ tài nguyên môi trường (2017), Thông tư 41/2017/TT-BTNMT về quy định kỹ thuật đánh giá chất lượng dự báo, cảnh báo khí tượng.
2. Hoàng Đức Cường (2016), Nghiên cứu xây dựng hệ thống nghiệp vụ dự báo mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ, trung tâm Dự báo KTTV Quốc Gia.
3. Nguyễn Đức Hậu (2005), Nghiên cứu dự báo mưa lớn ở phía Tây Bắc Bộ thời hạn trước 3 ngày bằng phương pháp thống kê, Luận án tiến sĩ, Viện Khí tượng
thủy văn và biến đổi khí hậu, Hà Nội.
4. Vũ Thị Hằng (2007), Nghiên cứu tác động tham số hóa đối lưu đối với mưa lớn
Bắc Bộ, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, tr. 36-47.
5. Hoàng Phúc Lâm (2007), Sử dụng phương pháp kNN dự báo mưa dông cho khu
vực Hà Nội trong các tháng mùa hè, trung tâm Dự báo KTTV Quốc Gia.
6. Lương Tuấn Minh và ccs (2014), Nghiên cứu ứng dụng dự báo định lượng mưa,
gió trong bão, áp thấp nhiệt đới trên cơ sở cấu trúc bão, áp thấp nhiệt đới khi đổ bộ vào Việt Nam, Bộ Tài Nguyên và Mơi Trường.
Tài liệu nước ngồi
7. Balaji Rajagopalan, Upmanu Lall (1999), “A k-nearest-neighbor simulator for daily precipitation and other weather variables”, Water Resources Research,
Vol. 35, No. 10, Pages 3089-3101.
8. B. J. Hoskins (1985), On the use and significance of insentropic potential vorticity maps, 111, pp.877 - 946.
9. Gareth J. Berry, M. J. Reeder, C. Jakob (2012), Coherent Synoptic Disturbances
in the Australian Moonsoon, 8409.
10. Groisman, P. Y., R. W. Knight, D. R. Easterling, T. R. Karl, G. C. Hegerl, and V. N. Razuvaev (2005), “Trends in intense precipitation in the climate record”, J. Clim, 18, 1343–1367.
11. Jian Hu; Jun Liu; Yong Liu and Cheng Gao (2013), EMD-KNN model for annual average rainfall forecasting, American Society of Civil Engineers.
12. K. Funkunaga and P.M. Navendra (1975), “A branch and bound algorithm for computing k-nearest neighbors,” IEEE Trans. Computers, vol. C-24, no. 7, pp. 750–753.
13. Lam P.Hoang, M. J. Reeder (2016), “Coherent Potential Vorticity Maxima and Their Realationship to Extreme Sumer Rainfall in the Australian and North African Tropics”, Australian Meteorological and Oceanographic Journal Vol. 14. Osborn T, Hulme M, Jones P, Basnett T (2000), “Observed trends in the daily
intensity of United Kingdom precipitation”, J Climatol, pages 347–364.
15. P.M.L. Ribeiro (1998),Geometrical non-linear vibration of beams and plates by
the hierarchical finite element method. PhD Thesis, University of Southampton.
16. Roderick van der Linden, Andreas H. Fink, Joaquim G. Pinto, Tan Phan-Van (2017), The Dynamics of an Extreme Precipitation Event in Northeastern Vietnam in 2015 and Its Predictability in the ECMWF Ensemble Prediction System.
17. Sun, D.-Z., and R. S. Lindzen (1994), “A PV view of the zonal mean distribution of temperature and wind in the extratropical troposphere”, Journal of Atmospheric Science, 51, 757–772.
18. Tsing-Chang Chen (2011), “Synoptic Development of the Ha Noi Heavy Event of 30-31 Octorber 2008 Multiple-Scale Processes”, 1219
19. Zhexuan Song and Nick Roussopoulos (2001), “K-nearest neighbors search for