Nalgae so với thực tế.
g) Sai số khoảng cách h) Sai số dọc
i) Sai số ngang
Sai số dọc trong cả hai trường hợp đều có giá trị dương tại từ ngày dự báo thứ1, điều này cho thấy mơ hình dự báo bão di chuyển dọcnhanh hơn so với vị trí thực tế, nhưng từ ngày dự báo thứ 2 mơ hình dự báo bão di chuyển chậm hơn so với thực tê. Sai số ngang trong sơ đồ Kuo mơ hình dự báo bão di chuyển lệch nhiều về bên trái so với thực tế và độ lệch càng lớn khi hạn dự báo tăng trong khoảng ngày dự báo thứ 4 và thứ 5. Với sơ đồ KF mơ hình dự báo bão di chuyển lệch trái ít và tương đối cân xứng so với quỹ đạo thực tế.
Hình 3.10. Quỹ đạo dự báo bão Nalgea tại thời điểm 29/9/2011 với sơ đồ KF (bên
Từ hình 3.10 ta thấy rằng quỹ đạo dự báo của hai sơ đồ KF và Kuo khá tốt so với quỹ đạo bão thực. Với sơ đồ KF có quỹ đạo dự báo tốt ở ngày dự báo thứ 1 và thứ 5, tuy nhiên tại ngày dự báo thứ 2 đến thứ 4 khá xa so với quỹ đạo thực. Với sơ đồ Kuo dự báo tốt ngày dự báo thứ 1 và ngày dự báo thứ 2, sau đó có sai số dự báo khá cao và xu hướng di chuyển của bão Nalgaeđi lệch lên phía Bắc hơn thực tế.
3.2.3 So sánh sai số dự báo quỹ đạo bão bằng mơ hình RAMS giữa số liệu ECMWF và NCEP.
Kết quả dự báo tại ba thời điểm thử nghiệm với cơn bão Megi và Nalgae bằng mơ hình RAMS có cài xốy giảvới số liệu ECMWF được so sánh với kết quả thử nghiệm cùng thời điểm với số liệu NCEP chạy sơ đồ Kuo tại Hình 3.11. Trong
Hình 3.11 tác giả lấy trung bình sai số tại các thời điểm 24, 48, 72, 96 và 120 giờ
của sơ đồ KF, Kuo với số liệu ECMWF vàsơ đồKuo với số liệu NCEP để so sánh.
Biểu đồ so sánh sai số dự báo mơ hình RAMS giữa số liệu ECMWV và NCEP
0 100 200 300 400 500 1 2 3 4 5 Ngày dự báo K m KF ECMWF Kuo ECMWF Kuo NCEP
Hình 3.11. Biều đồ so sánh sai số dự báo mơ hình RAMS giữa số liệu ECMWF và số liệu NCEP
Ta thấy rằng:
- Mơ hình RAMS chạy thử nghiệm số liệu ECMWF với sơ đồ KF và Kuo có sai số dự báo không ổn định, sự tăng, giảm sai số dự báo ở các thời điểm dự báo là khơng có tính tăng dần như chạy thử nghiệm số liệu NCEP với sơ đồ Kuo.
- Sai số KF ECMWF và sai số Kuo ECMWF tại thời điểm 24 giờ lớn hơn so với Kuo NCEP 100– 150 km. Một khoảng cách sai số khá lớn tại thời điểm 24 giờ.
- Mơ hình RAMS chạy thử nghiệm số liệu ECMWF với sơ đồ KF cho kết quả sai số cao hơn chạy thử nghiệm NCEP với sơ đồ Kuo từ thời điểm 24 giờ đến 72 giờ và sau thời điểm 72 giờ sai sốdự báo gần như tương đương.
- Đánh giá sai số mơ hình RAMS với sơ đồ Kuo chạy thử nghiệm số liệu ECMWF có sai số lớn hơn chạy thử nghiệm NCEP từ thời điểm 24 đến 48 giờ. Nhưng sau đó kết quả sai số dự báo với số liệu ECMWF có sai số bé hơn 30 – 50 km so với sai sốdự báo chạy thử nghiệm NCEP.
3.3 Kết quả dự báo thử nghiệm bộ số liệu ECMWF: 2009 – 2011.3.3.1 Sai số dự báo chưa hiệu chỉnh 3.3.1 Sai số dự báo chưa hiệu chỉnh
Trong bộ số liệu ECMWF từ năm 2009 – 2011 tác giả sử dụng 09 cơn bão với 30 thời điểm dự báo và 60 trường hợp dự báo với hai sơ đồ đối lưu KF và Kuo bằng mơ hình RAMS. Bảng 3.6 thể hiện kết quả sai số khoảng cách tại thời điểm dự báo 24h, 48h, 72h, 96h và 120h bằng hai sơ đồ đối lưu trên, dấu “-” trong bảng là các thời điểm mơ hình khơng tìmđược tâm bão.
Bảng 3.5 Sai số dự báo các cơn bão thử nghiệm bằng mơ hình RAMS với sơ liệu ECMWF
KF Kuo
ST
T Tên bão Thời điểm Bước 24 48 72 96 120 24 48 72 96 120
1 03/05/2009 21 144 225 155 165 556 144 225 155 165 554 2 04/05/2009 17 139 64 148 512 - 139 64 70 524 - 3 CHANHO M 05/05/2009 12 155 398 - - - 155 398 - - - 4 17/10/2009 21 359 489 419 309 312 347 489 419 208 240 5 18/10/2009 21 391 365 324 409 423 391 365 261 275 189 6 20/10/2009 21 316 382 407 498 798 316 375 325 413 762 7 LUPIT 21/10/2009 17 382 344 467 809 - 382 291 366 709 - 8 01/10/2009 15 317 514 697 - - 317 514 697 - - 9 02/10/2009 12 151 395 799 - - 151 395 760 - - 10 03/10/2009 14 99 81 297 - - 124 49 307 - - 11 04/10/2009 19 230 406 700 401 - 230 376 381 - - 12 05/10/2009 11 297 340 - - - 297 277 251 754 - 13 PAMAR 06/10/2009 17 351 54 584 888 351 24 589 899
Kết quả dự báo quỹ đạo với bộ số liệu ECMWF bằng mơ hình RAMS trên 09 cơn bão, tại 30 thời điểm dự báo và 60 trường hợp thử nghiệm dựbáo với cả hai sơ đồ đối lưu KF và Kuo. Kết quả tính tốn được sử dụng phân tích và tính trung bình sai số khoảng cách của 60 trường hợp và đánh giá kết quả dự báo với bộ số liệu ECMWF. Dưới đây Hình 3.12 biểu diễn trung bình sai số khoảng cách với cả
hai sơ đồ đối lưu KF và Kuo.
14 07/10/2009 10 196 657 - - - 196 628 - - - 15 08/10/2009 16 192 419 801 - - 192 419 801 - - 16 09/10/2009 16 261 407 732 - - 261 407 732 - - 17 CONSON 13/07/2010 15 131 271 707 - - 131 271 707 - - 18 15/09/2010 21 458 491 319 303 691 458 491 319 303 691 19 PANAPI 16/09/2010 18 414 183 312 757 - 414 183 312 757 - 20 16/10/2010 21 242 285 309 312 558 242 224 279 267 513 21 17/10/2010 21 346 463 246 383 547 346 290 143 382 525 22 18/10/2010 14 338 356 651 - - 327 246 383 547 772 23 MEGI 19/10/2010 21 219 308 519 702 811 219 277 492 640 815 24 21/06/2011 18 190 217 153 703 - 190 217 146 670 - 25 MEARI 22/06/2011 16 243 185 457 - - 243 185 457 - - 26 29/07/2011 21 366 409 462 526 577 366 409 462 526 577 27 30/07/2011 21 339 400 475 478 380 339 400 475 478 380 28 31/07/2011 21 384 406 433 380 340 384 406 433 367 347 29 MUIFA 02/08/2011 19 490 491 528 608 - 490 491 590 635 - 30 NAEGLE 29/09/2011 21 88 328 530 203 182 225 134 227 134 134 Trung bình (km) 274 344 468 492 515 279 317 412 483 500
Biểu đồ trung bình sai số khoảng các 09 cơn bão năm 2009 - 2011 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 Ngày dự báo K m KF Kuo
Hình 3.12 Biểu đồ trung bình sai số khoảng các cơn bão năm 2009 – 2011
Ta thấy rằng:
- Trong khoảng ngày dựbáo thứ 1, sai số dự báo cả hai sơ đồ KF và Kuo khá tương đồng và sai số dự báo lớn so với sai số dự báo của Việt Nam và thế giới khoảng 80– 150 km.
- Kết quả dự báo của hai sơ đồ KF và Kuo chạy thử nghiệm với mơ hình RAMS có sai số khoảng cách lớn và khá đồng nhất với nhau. Nhìn chung kết quả dự báo của sơ đồ đối lưu Kuo tốt hơn sơ đồ đối lưu KF với sai số khoảng cách bé hơn và ổn định.
Sau khi nhận được kết quả dự báo bão trên 09 cơn bão năm 2009 – 2011, nhận thấy sai số dự báo khá lớn và khôngổn định. Tác giả đã sử dụng hiệu chỉnh sai số hệ thống BIAS để giảm sai số hệ thống mơ hình.
3.3.2 Hiệu chỉnh sai số hệ thống
Cơng thức tính sai số trung bình hoặc BIAS:
(3.1) Với: Fi là thành phần dự báo; Oi là thành phần quan trắc.
Sử dụng công thức (3.1) để tính sai số trung bình của vĩ độ và kinh độ cho tập mẫu 27 trường hợp phụ thuộc và 03 trường hợp độc lập (các trường hợp thử nghiệm trước đó gồm 00z ngày 16, ngày 17/10/2010 bão Megi và 00z ngày 29/9/2011 bão Nalgae) của hai sơ đồ đối lưu KF và Kuo. Kết quả tính tốn hiệu chỉnh kinh độ và vĩ độtrên chuỗi số liệu độc lậpđược cho trong Bảng 3.7.
) ( 1 1 i N i O F N ME BIAS i
Bảng 3.6 Kết quả tính sai số trung bình chuỗi số liệu độc lập
Kain - Fritsch Kuo
Hạn dự
báo (h) (độ) (độ) Số mẫu (độ) (độ) Số mẫu
24 1.274 -1.733 27 1.226 -1.411 27
48 1.293 -0.907 27 0.823 -0.796 27
72 0.997 0.813 23 0.094 -0.433 18
96 -0.115 -3.092 13 -1.373 -0.991 11
120 0.680 -3.850 10 -1.089 -2.033 9
Sau khi có kết quả sai số trung bình của vĩ độ và kinh độ, ta tiến hành hiệu chỉnh kết quả dự báo các trường hợp độc lập của từng mẫu thử nghiệm theo công thức: φdbhc = φdb- ; λdbhc = λdb- (3.2)
Với φdbhc , λdbhc là vĩ độ dự báo và kinh độ dự báo đã hiệu chỉnh φdb , λdb là vĩ độ dự báo và kinh độ dự báo chưa hiệu chỉnh
Từ (3.2), ta tính được sai số cho mỗi mẫu thử nghiệm và trung bình sai số khoảng cách tất cả các trường hợp thử nghiệm.
Bảng 3.7 Kết quả trung bình sai số khoảng cáchchưa hiệu chỉnh và sau khi hiệu
chỉnh của chuỗi số liệu, chuỗi trường hợp phụ thuộc và các trường hợp độc lập.
Kain – Fritsch Kuo
Hạn dự báo PE PE30 (km) PE27 (km) PE3 (km) PE PE30 (km) PE27 (km) PE3 (km) 24 274 192 180 193 279 191 193 198 48 344 341 325 349 317 292 292 290 72 468 442 429 325 412 402 404 389 96 492 473 400 319 483 470 457 505 120 515 469 482 494 500 473 481 482
Trung bình sai số khoảng cách của 30 trường hợp chưa hiệu chỉnh (PE), 30 trường hợp đã hiệu chỉnh (PE30 (km),), chuỗi phụ thuộc 27 trường hợp (PE27 (km))và chuỗi độc lập 3 trường hợp (PE3 (km)) được đánh giá và so sánh nhằm kiểm nghiện các hệ số hiệu chỉnh của kinh độ, vĩ độ và kết quả dự báo quỹ đạo của bão bằng mơ
hình RAMS. Kết quả trung bình sai số khoảng các trước và sau hiệu chỉnh được biểu diễndưới Bảng 3.8 và Hình 3.13 dưới đây. :
So sánh sai số khoảng cách sơ đồ KF trước và sau hiệu chỉnh
0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 Ngày dự báo K m PE chưa HC PE đã HC PE phụ thuộc PE độc lập
So sánh sai số khoảng cách sơ đồ Kuo trước và sau hiệu chỉnh
0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 Ngày dự báo K m PE chưa HC PE đã HC PE phụ thuộc PE độc lập
Hình 3.13. So sánh sai số khoảng cách trước và sau khi hiệu chỉnh
Ta thấy rằng:
- Sai số dự báo sau khi hiệu chỉnh đã làm giảm sai số khoảng cách đáng kể nhất là hạn dự báo 24h giảm 96km với sơ đồ KF và 171km với sơ đồ Kuo. Các hạn dự báo tiếp theo của hai sơ đồ giảm khoảng từ 10 - 40km so với sai số dự báo khi chưa hiệu chỉnh.
- Đối với chuỗi số liệu phụ thuộc (27 trường hợp) cho kết quả sai số tốt hơn chuỗi 30 trường hợp chưa, đã hiệu chỉnh. Điều này cho thấy rằng, chuỗi số liệu phục thuộc độc lập là đáng tin cậy và có thể sử dụng các giá trị kinh độ, vĩ độ hiệu chỉnh cho các trường hợp thử nghiệm độc lập sau.
KẾT LUẬN
Một số kết quả luận văn đãđạt được như sau:
1/ Khai quát về hoạt động của bão trên Biển Đông và các nghiên cứu về dự báo quỹ đạo bão bằng mơ hình sốtrên thế giới vàở Việt Nam.
2/ Giới thiệu mơ hình RAMS và số liệu ECMWF,ứng dụng cài xốy giả cho mơ hình RAMS và hai sơ đồ đối lưu KF và Kuo.
3/ Trong dự báo thử nghiệm bão Megi và Nalgae:
- Kết quả dự báo thử nghiệm bão Megi và Nalgae khá tốt. Quỹ đạo bão khá sát so với thực tế. Đặc biệt kết quả dự báo quỹ đạo bão Megi chuyển hướng và đi lên phía Bắc là sát với quỹ đạo thực của bão.
- Mơ hình RAMS chạy thử nghiệm số liệu ECMWF với sơ đồ KF cho kết quả sai số cao hơn chạy thử nghiệm NCEP với sơ đồ Kuo từ thời điểm 24 giờ đến 72 giờ và sau thời điểm 72 giờ sai số dự báo gần như tương đương. Với sơ đồ Kuo chạy thử nghiệm số liệu ECMWF có sai sốdự báo lớn hơn chạy thử nghiệm NCEP từ thời điểm 24 đến 48 giờ, nhưng sau đó kết quả sai số dự báo với số liệu ECMWF có sai sốdự báobé hơn 30 – 50 km so với sai số dự báo chạy thử nghiệm NCEP.
4/ Tiến hành thử nghiệm trên 09 cơn bão trong 3 năm: 2009 – 2011 với 30 thời điểm và 60 trường hợp thử nghiệm với hai sơ đồ đối lưu KF và sơ đồ đối lưu Kuo bằng mơ hình RAMS. Kết quả thu được cho thấy:
a) Kết quả sai số dự báo (km)chưa hiểu chỉnh như sau:
Dự báo
Sơ đồ 24 48 72 96 120
KF 274 344 468 492 515
Kuo 279 317 412 483 500
Kết quả dự báo bão bằng mơ hình RAMS với số liệu ECMWF có sai số khoảng cách 24 giờ khoảng 270 km là cao so với sai sốdự báo ở Việt Nam và Thế giới. Từ khoảng 48– 120 giờ sai sốdự báo khoảng 300– 500 km xấp xỉ với các thử nghiệm trong nước khi chưa hiểu chỉnh.
b) Kết quảsai sốdự báo (km) sau hiệu chỉnh hệ thống BIAS như sau:
Dự báo
Sơ đồ 24 48 72 96 120
KF 192 341 442 473 469
Kuo 191 292 402 470 481
Tại thời điểm 24h sai số giảm 82km ở sơ đồ KF và giảm 171km ở sơ đồ Kuo. Sai số dự báoở các thời điểm từ48 giờ đến 120 giờ giảm từ 10– 40 km so với sai số dự báo khi chưa hiệu chỉnh. Kết quả sai số sau hiệu chỉnh ở các thời điểm dự báo xấp xỉ với sai số dự báo củatrong nước và thế giới.
c) Sơ đồ đối lưu Kuo cho kết quả dự báo tốt hơn sơ đồ đối lưu KF trong mơ hình RAMS với sai số dự báo quỹ đạo bão bé hơn.Sơ đồ Kuo tính tốn ổn định với phần lớn trường hợp thử nghiệm.
Kiến nghị: Cần thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão trên khu vực Biển Đông hạn 5 ngày
bằng mơ hình RAMS với số liệu ECMWF trên nhiều trường hợp thử nghiệm khác với các cơn bão có cường độ và quỹ đạo bão phức tạp để tăng trường hợp thử nghiệm, tăng độ ổn định của mơ hình RAMS với số liệu ECMWF.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS. Hoàng Đức Cường, 2011, “Nghiên cứuứng dụng mơ hình WRF phục vụ dự báo thời tiết và bãoở Việt Nam”, Báo cao tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp Bộ, Viện KH KTTV & MT.
2. Nguyễn Hương Diễm, 2012, Báo cáo “Thống kê đánh giá hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới trên Biển Đông và ảnh hưởng tới Việt Nam từ năm 1971