CHƯƠNG 1 : Tổng quan về dự báo tổ hợp và dự báo tổ hợp quỹ đạo bão
3.2 Dự báo tổ hợp quỹ đạo bão bằng phương pháp nuôi nhiễu phát triển
3.2.2 Dự báo tổ hợp bằng phương pháp trungbình đơn giản các thành phần tổ hợp
phần tổ hợp
Dựa trên bộ số liệu được trình bày và đánh giá trong mục 3.2.1, tiến hành xây dựng các phương án tổ hợp trung bình đơn giản, các phương án này được ký hiệu tại Bảng 3.3
Bảng 3.3 Bảng ký hiệu các phương án tổ hợp trung bình đơn giản
Thành phần tham gia tổ hợp Ký hiệu
Trung bình các thành phần sử dụng sơ đồ KUO và các nhiễu (13 thành phần) KUO-13 Trung bình các thành phần sử dụng sơ đồ KF và các nhiễu (13 thành phần) KF-13 Trung bình các thành phần sử dụng sơ đồ KCCT và các nhiễu (13 thành phần) KFCT-13 Trung bình các thành phần sử dụng sơ đồ KUO, sơ đồ KF và các nhiễu (26 thành phần) KUO+KF Trung bình các thành phần sử dụng sơ đồ KUO, sơ đồ KFCT và các nhiễu (26 thành phần) KUO+KFCT Trung bình các thành phần sử dụng sơ đồ KF, sơ đồ KFCT và các nhiễu (26 thành phần) KF+KFCT Trung bình các thành phần sử dụng sơ đồ KUO,sơ đồ KF, sơ đồ KFCT và các nhiễu (39 thành phần) KUO+KF+KFCT
Kết quả sai số khoảng cách trung bình đơn giản của các thành phần tổ hợp được trình bày trong phụ lục Bảng 4.4 và biểu diễn trên Hình 3.24. Kết quả
cho thấy phương án KUO+KF+KFCT cho sai số nhỏ nhất. Như vậy sử dụng
phương án các thành phần có cùng trọng số thì tổ hợp 39 thành phần cho kết
quả tốt nhất.
Hình 3.24 Sai số vị trí trung bình của các dự báo tổ hợp trung bình
Tuy nhiên, Kết quả dự báo của mơ hình ln chứa sai số hệ thống, vì vậy, trong luận án tiến hành hiệu chỉnh sai số dự báo tọa độ tâm bão (vĩ độ và kinh
độ) cho các hạn dự báo theo công thức (3.1) và (3.2)
(3.1)
Filat: vĩ độ dự báo Olati: vĩ độ thực. N: Số trường hợp
(3.2) Filon: kinh độ dự báo
Oilon: kinh độ thực. ) ( 1 1 lat i N lat i O F N BIAS i lat= å - = ) ( 1 1 lon i N lon i O F N BIAS i lon= å - =
Sai số khoảng cách sau khi hiệu chỉnh sai số hệ thống được trình bày trong
Bảng 4.5 trong phần phụ lục. Kết quả sau khi hiệu chỉnh cho thành phần KUO+KF+KFCT biểu diễn trên Hình 3.25. Tại các hạn dự báo, sai số dự báo vị trí bão sau khi hiệu chỉnh sai số hệ thống giảm 20 – 40 km.
Hình 3.25 Đồ thị sai số khoảng trung bình của các thành phần dự báo tổ hợp trung bình
trước và sau hiệu chỉnh
Để thấy được khả năng dự báo tổ hợp trung bình đơn giản so với dự báo đơn
lẻ, tiến hành so sánh sai số khoảng cách của phương án tổ hợp trung bình đơn giản với dự báo thành phần. Thành phần tổ hợp tốt nhất là KUO-01 và thành phần tốt nhất của phương án tổ hợp là KUO+KF+KFCT được trình bày trong Hình 3.26. Kết quả của phương án trung bình tổ hợp trung bình đơn giản đã
cải thiện đáng kể sai số khoảng cách dự báo. Đặc biệt là hạn 120 giờ, sai số vị trí nhận được từ phương án trung bình tổ hợp giảm tới 80 km.
Hình 3.26 Đồ thị sai số thành phần KUO-01và thành phần KUO+KF+KFCT
Từ kết quả trên có thể rút ra kết luận:
- Khi đủ điều kiện tính tốn nên tính theo phương án trung bình tổ hợp
KUO+KF+KFCT
- Khi khơng đủ điều kiện tính tốn nên chọn phương án chọn trường ban đầu là KUO-01
3.2.3 Dự báo bằng phương pháp siêu tổ hợp
Dự báo siêu tổ hợp nhằm mục đích tổ hợp các yếu tố khí tượng mà các trọng số trong phương trình siêu tổ hợp được xác định dựa trên bộ số liệu trong quá khứ. Phương pháp này được áp dụng trong luận án được chia làm 2 bước. Bước thứ nhất xây dựng phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão mà trọng số
các thành phần tham gia tổ hợp được xác định dựa trên phương pháp hồi quy
có lọc trên bộ số liệu dự báo bão các năm 2009, 2010 và 2011. Số thành phần
tham gia tổ hợp là 39. Kinh độ và vĩ độ thực của các cơn bão được lấy từ
trang web http://weather.unisys.com/. Mục đích sử dụng phương pháp hồi quy có lọc ở đây để sắp xếp thứ tự ưu tiên từ cao tới thấp của các nhân tố tham gia xây dựng phương trình. Trên cơ sở đó chọn số nhân tố tối ưu để xây dựng phương trình dự báo cho cả kinh độ và vĩ độ. Bước thứ hai, áp dụng phương
trình xây dựng ở bước thứ nhất để dự báo cho cơn bão năm 2012 và 2013. Số
trường hợp dùng để xây dựng phương trình và dự báo được thể hiện ở Bảng 2.3.
3.2.3.1 Tuyển chọn nhân tố và bộ số liệu dùng để tuyển chọn.
Như đã giới thiệu, quá trình xây dựng phương trình dự báo siêu tổ hợp phụ
thuộc vào việc tuyển chọn nhân tố. Đối với trường hợp dự báo quỹ đạo bão,
tuyển chọn nhân tố dự báo để xây dựng phương trình dự báo siêu tổ hợp được tiến hành riêng cho kinh độ và vĩ độ của từng hạn dự báo. Như vậy, để sử dụng được kết quả này cần dự báo cả 39 thành phần làm nhân tố dự báo. Việc dự báo cả 39 thành phần trên thực tế sẽ gặp khó khăn nên trong luận án này sẽ chọn các thành phần tham gia phương trình dự báo kinh độ và vĩ độ tâm bão ở các hạn dự báo là giống nhau. Việc tuyển chọn nhân tố đáp ứng yêu cầu đã
nêu được tiến hành như sau:
Mục tiêu ở đây là phải lựa chọn được các thành phần tham gia tổ hợp sao
cho tối ưu. Để làm được điều này, cần phải khảo sát tốc độ biến đổi sai số dự báo vị trí tâm bão khi tăng số lượng thành phần tham gia tổ hợp. Việc khảo
sát được tiến hành theo 3 bước:
Bước 1: Sử dụng chuỗi số liệu phụ thuộc (39 dự báo thành phần của các cơn bão năm 2009, 2010 và 2011), xây dựng các phương trình dự báo cho vĩ độ và kinh độ ở các hạn dự báo 06, 12, 18,…, 96 và 120 giờ bằng phương
pháp hồi quy có lọc. Ở đây chọn ngưỡng sao cho cả 39 thành phần đều tham
gia phương trình. Kết quả nhận được 20 phương trình cho kinh độ và 20 phương trình cho vĩ độ.
Bước 2: Đếm số lần xuất hiện của các dự báo thành phần trong 10, 20, 25
và 30 thành phần đầu của 40 phương trình đã xây dựng ở bước 1.
Kết quả tính số lần xuất hiện các thành phần được trình bày trong Bảng 3.4, 3.5, 3.6 và 3.7
Bảng 3.4 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 10 thành phần đầu của 40 phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão
Tên thành phần Số lần xuất hiện Tên thành phần Số lần xuất hiện
Kuo+00 21 KF+00 9 Kuo-04 18 KF-01 9 KFCT+02 17 KF+02 9 KFCT+04 16 KF-04 9 KFCT+00 15 KFCT-02 9 KFCT+01 15 KFCT-06 9 Kuo-03 14 Kuo+05 8 KFCT-03 14 KF-03 8 KFCT+05 14 KFCT-04 8 Kuo+04 13 Kuo+02 7 KF+05 13 Kuo-02 7 KF-06 13 KF+03 7 KF+06 12 Kuo-01 6 KFCT-01 12 Kuo+01 5 KFCT+03 12 Kuo+03 5 KF-02 11 KF+01 5 KFCT+06 11 Kuo-05 4 Kuo+06 10 KFCT-05 3 Kuo-06 10 KF-05 2 KF+04 10
Từ Bảng 3.4 số lần xuất hiện của các thành phần trong các phương trình tổ hợp trên, chọn những thành phần có số lần xuất hiện lớn hơn 13 gồm 9 thành phần. Xây dựng phương trình dự báo tổ hợp với 9 thành phần. Các phương trình dự báo tổ hợp với 9 thành phần thể hiện trên bảng 4.6 đến 4.10 phần phụ lục.
· Với 20 thành phần tổ hợp đầu tiên kết quả thu được trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 20 thành phần đầu của 40 phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão
Tên thành phần Số lần xuất hiện Tên thành phần Số lần xuất hiện
KFCT+00 29 KF-03 20 Kuo+00 27 KFCT-01 20 KF+06 25 KFCT-05 20 KFCT+01 25 Kuo-01 19 KFCT+05 25 KF+01 19 Kuo-04 24 KF-02 19 Kuo+05 24 KFCT+03 19 KFCT+02 24 Kuo+03 18 Kuo-02 23 KF+03 18 Kuo-06 23 KF-04 18 KF+02 23 KFCT-04 18 KF-06 23 Kuo+06 17 Kuo+02 22 KF-01 17
Tên thành phần Số lần xuất hiện Tên thành phần Số lần xuất hiện Kuo-03 22 Kuo+04 16 KF+04 22 KFCT-02 16 KF+05 22 KFCT-06 16 KFCT+04 22 Kuo-05 15 KF+00 21 Kuo+01 14 KFCT-03 21 KF-05 13 KFCT+06 21
Từ Bảng 3.5 số lần xuất hiện của các thành phần trong các phương trình tổ hợp trên, chọn 20 thành phần có số lần xuất hiện lớn hơn 20 để xây dựng phương trình tổ hợp. Phương trình dự báo tổ hợp được xây dựng với 20 thành
phần thể hiện trên Bảng 4.6 đến 4.10 phần phụ lục.
· Với 25 thành phần tổ hợp đầu tiên kết quả thu được trong Bảng 3.6.
Bảng 3.6 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 25 thành phần đầu của 40 phương
trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão
Tên thành phần Số lần xuất hiện Tên thành phần Số lần xuất hiện
Kuo-06 38 Kuo-01 27 Kuo-04 38 KF-03 26 Kuo+02 38 KFCT-05 26 KF+05 37 KF+02 25 KFCT+01 37 KFCT-03 25 KF-06 36 KF+03 24 Kuo+00 36 Kuo+03 22 KFCT-01 35 KF-02 20 Kuo+05 35 Kuo+06 16 KFCT+05 33 KF-05 16 KF+04 33 KFCT-00 15 KF+00 32 KF-01 15 Kuo-03 32 KFCT-04 14 KFCT+00 31 KFCT-06 13 KFCT+02 29 Kuo+01 13 KFCT+04 29 KF-04 12 KFCT+06 29 Kuo+04 11 KF+06 29 KFCT-02 11 KF+01 28 Kuo-05 7 Kuo-02 27
Từ Bảng 3.6 số lần xuất hiện của các thành phần trong các phương trình tổ hợp trên, chọn 20 thành phần có số lần xuất hiện lớn hơn 24 để xây dựng
phương trình tổ hợp. Phương trình dự báo tổ hợp được xây dựng với 25 thành
phần thể hiện trên Bảng 4.6 đến 4.10 phần phụ lục.
Bảng 3.7 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 30 thành phần đầu của 40 phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão
Tên thành phần Số lần xuất hiện Tên thành phần Số lần xuất hiện
KFCT+06 38 KF+02 32 Kuo-04 38 KFCT-03 32 Kuo+02 38 Kuo-01 32 KF+05 38 KF-06 30 KFCT+01 37 KF-03 29 Kuo-06 37 KFCT-05 28 Kuo+03 37 Kuo+00 28 KFCT+03 37 KF-02 28 Kuo+05 36 KF+06 27 KFCT-04 36 KFCT+02 27 KFCT-01 36 KFCT+04 27 KF-04 35 KF-01 26 KF+04 35 Kuo+06 26 Kuo-03 35 KFCT-02 26 KF+00 35 KFCT-06 26 Kuo-02 35 KF-05 25 KF+03 34 Kuo+04 25 KFCT+05 34 Kuo+01 25 KFCT+00 34 Kuo-05 24 KF+01 32
Từ Bảng 3.7 chọn 31 thành phần có số lần xuất hiện lớn hơn 26 để xây dựng
phương trình tổ hợp với 31 thành phần. Phương trình dự báo tổ hợp được xây
dựng với 31 thành phần thể hiện trên Bảng 4.6 đến 4.10 phần phụ lục.
Áp dụng các phương trình được xây dựng với 9, 20, 25, 31 và 39 thành phần trên bộ số liệu phụ thuộc, kết quả đánh giá sai số khoảng cách được thể hiện trong Bảng 3.8.
Bảng 3.8 Bảng sai số khoảng cách của dự báo siêu tổ hợp
Sai Số Hạn (giờ) 1 thành phần (KUO-01) (km) 9 thành phần (km) 20 thành phần (km) 25 thành phần (km) 31 thành phần (km) 39 thành phần (km) 24 164 111 105 102 104 100 48 253 182 175 171 170 165 72 340 251 242 231 230 220 96 427 309 298 285 277 264 120 535 358 313 313 315 271
Bước 3: Từ bảng sai số trên, tiến hành đánh giá tốc độ suy giảm sai số khi tăng số thành phần. Để tính được tốc độ trung bình giảm sai số khi tăng 1 thành phần cho các khoảng (1-9), (10-20); (21-25); (26-31) và (32 - 39), sử dụng công thức:
(3.3) S: tốc độ suy giảm sai số trung bình từng khoảng.
ECT: là sai số ở cận trên trong khoảng tính tốn ECD: là sai số ở cận dưới trong khoảng tính tốn N: Số thành phần trong khoảng tính tốn
Kết quả nhận được tốc độ suy giảm sai số cho khi tăng số lượng thành
phần cho từng hạn dự báo tại Bảng 3.9.
Bảng 3.9 Tốc độ trung bình suy giảm sai số khi tăng 1 thành phần dự báo ở các hạn dự báo
Thành phần Hạn (giờ) Từ 1 đến 9 (km) Từ 10 đến 20 (km) Từ 21 đến 25 (km) Từ 26đến 31 (km) Từ 32 đến 39 (km) 24 6.5 0.6 0.6 -0.4 0.5 48 8.9 0.6 0.7 0.2 0.6 72 11.1 0.8 2.3 0.1 1.3 96 14.8 1.0 2.6 1.3 1.6 120 22.1 4.1 0.0 -0.3 5.4
Kết quả tính tốc độ trung bình suy giảm sai số biểu diễn trên Hình 3.27. Từ hình trên cho thấy khi tăng số thành phần tổ hợp, tốc độ suy giảm sai số khoảng cách tâm bão ở các hạn dự báo thay đổi, đặc biệt là ở hạn dự báo 120 giờ. Cụ thể khi tăng một thành phần tổ hợp trong 9 thành phần ban đầu, tốc độ suy giảm sai số đạt đến gần khoảng 22 km. Khi số lượng thành phần tổ hợp
tăng lên, tốc độ suy giảm sai số khoảng cách giảm Hình 3.27, khi tăng 1 thành
phần trong khoảng (10-20) thành phần, tốc độ suy giảm này chỉ đạt 4 km / 1 thành phần. Tại khoảng (21-25) thành phần tốc độ suy giảm sai số chỉ đạt 0 km / 1 thành phần. Tóm lại, tốc độ suy giảm sai số khoảng cách giảm nhanh trong 25 thành phần đầu tiên tại các hạn dự báo, khi tăng số thành phần, tốc
độ suy giảm sai số khoảng cách chậm dần. Từ kết quả cho thấy chỉ nên sử dụng phương án xây dựng phương trình dự báo quỹ đạo bão với 25 thành phần là hợp lý cho tất cả các hạn dự báo.
N E E
Hình 3.27 Đồ thị biểu diễn tốc độ suy giảm sai số khoảng cách khi tăng số thành phần
