2 .Hệ thống mơ hình dự báo khí hậu CFS
3.2 Các trƣờng nhiệtđộ cực trị
3.2.1 Các trƣờng nhiệt độ cực trị trung bình tháng a) Nhiệt độ cực tiểu trung bình tháng Tm
(a) (b)
(c) (d)
Hình 3.9 : Nhiệt độ cực tiểu trung bình tháng (a), hệ số tƣơng quan (b), sai số ME (c) và sai số quân phƣơng (d)
Cũng tƣơng tự nhƣ đối với trƣờng nhiệt độ bề mặt, đối với nhiệt độ cực tiểu ngày, kết quả mơ hình đều cho giá trị thiên thấp so với quan trắc. Ở tất cả các tháng và với tất cả các hạn dự báo từ 1 đến 6 tháng, giá trị nhiệt độ cực tiểu ngày đều thấp hơn so với quan trắc. Sự đồng nhất dự báo với các hạn dự báo khác nhau cũng thể hiện rõ. Từ tháng 5 đến tháng 8, các hạn dự báo khác nhau đều cho cùng kết quả dự báo. Khi xem xét chỉ số tƣơng quan giữa quan trắc và mơ hình, chúng ta đều thấy có sự tƣơng quan lớn. Hầu hết các tháng và các hạn dự báo, giá trị tƣơng quan khoảng 0.5 đến 0.7, lớn hơn giá trị tƣơng quan với dự báo trƣờng nhiệt độ bề mặt. Một phần nguyên nhân là do phân bố giá trị nhiệt độ cực tiểu ngày biến thiên nhỏ hơn giá trị nhiệt độ trung bình ngày. Giá trị tƣơng quan lớn ở hầu hết các tháng với các hạn dự báo khác nhau. Giá trị tƣơng quan đặc biệt lớn (khoảng 0.7) với các dự báo tháng 1,
tháng 2, tháng 3, điều này cho thấy khả năng nắm bắt xu thế của mơ hình tốt hơn vào mùa đông, khi nhiệt độ cực tiểu ngày xuống ngƣỡng giá trị thấp hơn.
Cũng tƣơng tự nhƣ nhiệt độ bề mặt, giá trị sai số trung bình ME cho thấy đối với nhiệt độ cực tiểu, mô hình cũng cho kết quả dự báo thiên âm ở tất cả các tháng và tất cả các hạn dự báo, khoảng sai số nhỏ hơn vào dự báo các tháng mùa đông (tháng 1, tháng 2, tháng 3) và các tháng mùa hè (tháng 7, tháng 8, tháng 9). Ngƣợc lại, vào các tháng chuyển mùa (tháng 4, tháng 5 hoặc tháng 10) cho giá trị thiên âm lớn.
Dựa vào chỉ số sai số quân phƣơng, cũng cho thấy sai số đối với những tháng mùa đông và nhất là những tháng mùa hè có sai số nhỏ, vào những tháng chuyển tiếp sai số dự báo lớn hơn, nhất là tháng 10, đối với trƣờng dự báo nhiệt độ cực tiểu ngày, ảnh hƣởng của thời điểm dự báo ban đầu cũng không rõ rệt.
Mặc dù vẫn cho dự báo nhiệt độ cực tiểu thiên thấp, tuy nhiên so với dự báo nhiệt độ trung bình, dự báo nhiệt độ cực tiểu cho kết quả khả quan hơn với sai số ME và RMSE thấp hơn. Khả năng nắm bắt xu thế cũng tốt hơn thể hiện ở giá trị tƣơng quan cao hơn. Ở cả dự báo nhiệt độ cực tiểu và nhiệt độ trung bình đều có sự đồng nhất đối với các hạn dự báo khác nhau.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Hình 3.10 thể hiện phân bố tần suất cho trƣờng nhiệtđộ cực tiểu ngày với các hạn dự báo khác nhau cho tháng 8 và tháng 4. Có thể nhận thấy ngay mơ hình cho phân bố tần suất với kỳ vọng thấp hơn so với quan trắc, nằm trong khoảng 22-240C trong khi giá trị trong quan trắc là từ 24-260C. Đáng lƣu ý làở khoảng nhiệtđộ 16- 180C, mơ hình nắm bắt tốt hơn. Bên cạnhđó, dự báo của mơ hình chƣa nắm bắt tốt dạng phân bố của quan trắc (có xu hƣớng lệch phải). Tuy nhiên phân bố trong tháng 4 trải rộng và phân bố đều hơn so với tháng 8. Sự lệch phải trong phân bố của quan trắc vẫn chƣa đƣợc nắm bắt tốt trong tháng 8, trong tháng 4, dạng phân bố đã đƣợc dự báo tốt hơn. Đối với các hạn dự báo khác nhau sự khác biệt là không rõ rệt, tuy nhiên dựa vào dạng phân bố có thể thấy dự báo với hạn là 1 và 3 tháng tốt hơn hạn 6 tháng.
Đối với phân bố tần suất giá trị nhiệt độ cực tiểu ngày, ở cả 3 tháng mùa hè, tháng 7, tháng 8, tháng 9 (xem phụ lục) giá trị dự báo đều có phân bố chuẩn, với giá trị kỳ vọng nhỏ hơn so với quan trắc. Tần suất cực đại giá trị dự báo khoảng 20 đến 220C chiếm 35% tập giá trị mẫu, trong khi tần suất cực đại của quan trắc khoảng 24 đến 260
C chiếm khoảng 40% tập giá trị mẫu. Giá trị dự báo tuân theo quy luật phân bố chuẩn, trong khi giá trị quan trắc có độ lệch phải nhỏ. Độ tán dự báo và quan trắc tƣơng đối đồng nhất.
(a) (b) (c)
(c) (d)
So với nhiệt độ trung bình, phân bố nhiệt độ cực tiểu ngày cho thấy có sự bất đối xứng khi độ tán của dự báo khá rộng đối với tháng 4, dự báo cho giá trị từ 4 đến 300C, trong khi quan trắc, giá trị chỉ phân bố trong khoảng 10 đến 300C. Sự khác biệt này khơng cịn rõ rệt trong tháng 8 (trừ dự báo tháng 8 với hạn 6 tháng).
Trong 3 tháng 7, 8, 9, (xem phụ lục) dự báo tháng 8 cho phân bố tốt nhất. Cực đại tần suất khá đồng nhất trong tháng 8. Với hạn dự báo càng dài, mức độ tản mạn giá trị càng lớn, độ tin cậy của dự báo càng thấp.
Hình 3.12 Nhiệt độ cực đại trung bình tháng ứng với các hạn dự báo khác nhau
(c) (d)
Hình 3.13: Nhiệt độ cực đại trung bình tháng (a), hệ số tƣơng quan (b), sai số ME (c) và sai số quân phƣơng (d)
Cũng tƣơng tự nhƣ trƣờng nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cực tiểu ngày, đối với nhiệt độ cực đại ngày, mơ hình cũng cho kết quả dự báo nhỏ hơn quan trắc ở tất cả các tháng và tất cả các hạn dự báo.Với các hạn dự báo khác nhau đều cho kết quả khá tƣơng đồng tại các tháng dự báo, nhất là đối với các tháng mùa hè.
Hệ số tƣơng quan trong dự báo nhiệt độ cực đại ngày khá thấp và kém đồng nhất với với cả hạn dự báo và với cả tháng dự báo. Hầu hết đối với hạn dự báo từ 3 tháng trở lên trong các tháng chuyển mùa đều cho giá trị tƣơng quan rất thấp, giá trị hầu hết trong khoảng từ 0.1 đến 0.2. Với các tháng mùa hè, với những dự báo hạn dài trên 3 tháng cũng cho tƣơng quan thấp.
Sai số ME cũng cho thấy, dự báo nhiệt độ cực đại từ mơ hình là thiên thấp so với quan trắc, giá trị sai số trung bình hầu hết trong khoảng từ -2 đến -40C. Tuy nhiên sai số này chỉ đồng nhất với dự báo các tháng mùa hè. Đối với các tháng chuyển mùa và với các hạn dự báo khác nhau, giá trị sai số trung bình khác nhau khá lớn. RMSE cũng cho thấy điều tƣơng tự đối với dự báo nhiệt độ cực đại, RMSE có giá trị nhỏ hơn đối với các tháng mùa hè và với các hạn dự báo nhỏ hơn 3 tháng.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Phân bố tần suất trƣờng nhiệtđộ cựcđại ngày cho tháng 8 của mơ hình và quan trắc đƣợc thể hiện trong hình 3.14. Kỳ vọng trong phân bố của mơ hình vẫn thấp hơn so với quan trắc, tuy nhiên độ tán và độ lệch của phân bố có sự tƣơng đồng cao. Mơ hình cho phân bố chủ yếu nằm trong khoảng 28-32oC còn phân bố của quan trắc nằm trong khoảng 30-34oC. Trong trƣờng hợp này sự khác biệt giữa các hạn dự báo khác nhau vẫn không rõ nét.
Phân bố nhiệtđộ cực đại trong tháng 8 và 9 của số liệu quan trắc có xu hƣớng lệch phải rõ nét hơn so với tháng 7 (xem phụ lục), với khoảng nhiệtđộ chủ yếu từ 30-34oC. Do đó, so với tháng 7, mơ hình nắm bắtcó phần kém hơn. Tuy nhiên, trong tháng 9, hạn dự báo bằng 1 cho kết quả tốt hơn so với hạn dự báo 3 tháng và 6 tháng. Đối với nhiệt độ cực đại tháng, tần suất phân bố của dự báo đều có dạng chuẩn, trừ tháng 8 có độ lệch phải, do vào mùa hè, tại hầu hết các trạm đều có ngƣỡng nhiệt độ cực đại ngày lớn (khoảng từ 32 đến 340
C). Với các hạn dự báo khác nhau hầu nhƣ khơng có sự khác biệt đáng kể. Về độ rộng của hàm phân bố, phổ các giá trị dự báo và quan trắc đều khá đồng nhất với nhau.
So sánh phân bố giá trị nhiệt độ cực đại giữa tháng 4 và tháng 8 cho thấy phân bố tần suất trong tháng 4 có độ tán rộng hơn và cho phân bố chuẩn trong cả dự báo và quan trắc. Hạn dự báo khác nhau đều cho kết quả khá đồng nhất.
(d) (e) (f)
(d) (e)
So với dự báo nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cực tiểu, dự báo nhiệt độ cực đại ngày cho kết quả kém hơn. So với tháng 8, giá trị tần suất cực đại cho dự báo tháng 4 vẫn còn chƣa cao, phân bố kết quả dự báo chƣa tập trung, mức độ tản mạn của phân bố lớn. So với tháng 4, phân bố tần suất dự báo tháng 8 cho kết quả khả quan hơn.
Phân bố đồng thời các tháng 7, 8, 9 (xem phụ lục) nhiệt độ cực đại có độ phân tán rộng, nhất là đối với tháng 9. Ngoài ra giá trị tần suất cực đại cũng chƣa cao, phân bố tản mạn.
Qua khảo sát đánh giá khả năng mô phỏng với trƣờng nhiệt độ bao gồm trƣờng nhiệt độ trung bình,nhiệt độ cực tiểu ngày và nhiệt độ cực đại ngày, chúng ta có thể nhận thấy
- Dự báo nhiệt độ cho các tháng mùa hè (tháng 6, tháng 7, tháng 8, tháng 9) mơ hình có khả năng dự báo tốt hơn các tháng chuyển mùa (tháng 4 và tháng 10)
- Với các hạn dự báo khác nhau đều cho kết quả khá tƣơng đồng với cùng một đích dự báo, điều đó cho thấy khả năng dự báo phụ thuộc nhiều vào tháng cần dự báo hơn là hạn dự báo.
- Khả năng dự báo mùa không phụ thuộc nhiều vào các điều kiện ban đầu, điều này có nghĩa với các tháng chọn làm thời điểm dự báo khác nhau, với cùng một đích dự báo cho kết quả khá tƣơng đồng với nhau.
- Dự báo với trƣờng nhiệt độ trung bình và trƣờng nhiệt độ cực tiểu ngày là tốt nhất, với giá trị tƣơng quan dự báo lớn (0.4-0.7), tuy sai số ME và RMSE lớn nhƣng các dự báo với các hạn dự báo khác nhau và các tháng dự báo đều có sai số khá đồng nhất. Có thể sai số của mơ hình mang tính hệ thống, để khảo sát chi tiết hơn khả năng dự báo của mơ hình, chúng ta có thể xem xét hàm phân bố giá trị dự báo và quan trắc.
3.2.2 Các trƣờng nhiệt độ cực trị tuyệt đối
Kết quả dự báo nhiệt độ cực tiểu tuyệt đối tháng và nhiệt độ cực đại tuyệt đối tháng cho tháng 3 đến tháng 8 với hạn dự báo tƣơng ứng từ 1 đến 6 tháng đƣợc thể hiện trên hình 3.16 và 3.17. Với thời điểm dự báo ban đầu là ngày 13 tháng 02 năm 2012. Vì nhiệt độ cực tiểu tháng và nhiệt độ cực đại tháng chỉ có 1 giá trị trong một tháng, vì vậy tập giá trị mẫu khơng đủ lớn nên chúng tôi không tiến hành đánh giá với các chỉ số thống kê và hàm phân bố.
Nhiệt độ cực tiểu tháng đƣợc mơ phỏng nhìn chung hợp lý, nhiệt độ tăng dần từ phía Bắc xuống phía Nam, Nhiệt độ thấp hơn tại những nơi có địa hình cao hơn. từ tháng 3 đến tháng 8, nhiệt độ tăng dần theo thời gian.
b) Nhiệt độ cực đại tuyệt đối tháng TXx
Cũng tƣơng tự nhƣ nhiệt độ cực tiểu tháng, nhiệt độ cực đại tháng (hình 3.17) nhìn chung đƣợc mơ phỏng khá hợp lý.