Bảng 3.3.2: Cỏc thớ nghiệm khảo sỏt sơ đồ ban đầu húa xoỏy trong HRM_TC
TT Thớ nghiệm Ký hiệu
1 Thay đổi giỏ trị bỏn kớnh giú cực đại RM
2 Thay đổi giỏ trị bỏn kớnh giú 15m/s S
3 Thay đổi hàm trọng số thẳng đứng W
4 Kết hợp phõn bố giú tuyến tuyến lý thuyết với phõn bố giú tuyến tuyến phõn tớch M Trong tất cả cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy sẽ được thực hiện, những tham số khụng được đề cập đến sẽ nhận cỏc giỏ trị ngầm định. Bộ tham số ngầm định là bộ tham số đơn giản nhất, bao gồm:
• Bỏn kớnh giú cực đại lấy bằng 90km.
• Bỏn kớnh giú 15m/s lấy bằng 300km.
• Trọng số theo phương thẳng đứng ở dạng đơn giản nhất là tuyến tớnh theo độ cao.
• Khụng kết hợp phõn bố giú tiếp tuyến giả với phõn bố giú tiếp tuyến phõn tớch.
3.3.2 Cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ
• Để đỏnh giỏ và so sỏnh hiệu quả của cỏc thớ nghiệm theo cỏc phương ỏn ban
• Sai số vị trớ (PE): Đặc trưng cho mức độ sai lệch về mặt khụng gian giữa vị
trớ tõm bóo dự bỏo và vị trớ tõm bóo quan trắc. Giả sử xột một phương ỏn dự bỏo cho N trường hợp bóo, tại hạn dự bỏo t (t = 6h, t = 12h,..., t = 48h) của trường hợp bóo thứ n, sai số vị trớ được định nghĩa là khoảng cỏch địa lý giữa tõm xoỏy dự bỏo và tõm xoỏy quan trắc.
( )t ( )t ( )t
PEn = xpn −xon (3.3.1)
trong đú, xpn( )t là vị trớ tõm bóo dự bỏo tại thời điểm t của trường hợp bóo
thứ n, cũn xon( )t là vị trớ tõm bóo quan trắc tương ứng. Thực tế, khoảng cỏch
địa lý giữa 2 điểm bất kỳ A(λ1,ϕ1) và B(λ2,ϕ2) là độ dài cung của đường trũn
lớn đi qua hai điểm đú và được tớnh theo cụng thức:
( )
1
1 2 1 2 2 1
cos sin sin cos cos cos
AB e
d =R − ⎡⎣ ϕ ϕ + ϕ ϕ λ λ− ⎤⎦ (3.3.2)
trong đú Re là bỏn kớnh trỏi đất, lấy giỏ trị bằng 6378.161 km. ϕ, λ lần lượt là
vĩ độ và kinh độ của vị trớ tõm bóo tớnh bằng radian.
• Sai số vị trớ trung bỡnh (MPE): là trung bỡnh cỏc sai số vị trớ cho tất cả cỏc
trường hợp bóo khảo sỏt:
( ) ∑ ( ) ( ) = − = N n on pn t t N t MPE 1 1 x x (3.3.3)
trong đú N là tổng số trường hợp bóo.
• Sai số vị trớ trung bỡnh tổng thể (MPEA) là trung bỡnh của MPE là trung bỡnh
của MPE cho tất cả cỏc hạn dự bỏo 6h, 12h, ..., 48h:
( ) ∑ = = 8 1 8 1 i i t MPE MPEA (3.3.4)
trong đú, ti là thời điểm dự bỏo thứ i (i=1,...,8), ti∈{t0+6h, t = t0+12h,..., t = t0+48h}
• Kĩ năng (S) của phương ỏn dự bỏo dự bỏo A so với phương ỏn dự bỏo đối
chứng B tại một hạn dự bỏo nào đú được định nghĩa là:
(MPEA A MPEBB) MPE MPE S , max 100 − = (3.3.5)
Trong luận ỏn, phương ỏn dự bỏo A là cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy bóo khỏc nhau cũn phương ỏn dự bỏo đối chứng B là phương ỏn khụng thực hiện ban đầu húa xoỏy.
• Kĩ năng trung bỡnh (SA) của phương ỏn dự bỏo dự bỏo A so với phương ỏn
dự bỏo dự bỏo B tại một hạn dự bỏo nào đú được định nghĩa là:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 8 1 1 100 8 max , A B t A B MPE t MPE t SA MPE t MPE t = − = ∑ (3.3.6) trong đú, t là hạn dự bỏo từ 6h đến 48h.
• Độ lệch chuẩn (SD) được sử dụng để đỏnh giỏ mức độ phõn tỏn hoặc độ
nhạy của một tham số. Giả sử một thớ nghiệm bao gồm M cấu hỡnh thử nghiệm khỏc nhau, độ lệch chuẩn tại hạn dự bỏo t, được định nghĩa là:
( ) ( ( ) ( ))2 1 1 M m m SD t PE t PE t M = = ∑ − (3.3.7)
trong đú, PEm(t) là sai số vị trớ của trường hợp bóo đang xem xột tại hạn dự bỏo t ứng với cấu hỡnh thử nghiệm m, PE t( )là sai số vị trớ trung bỡnh của M cấu hỡnh thử nghiệm.
• Độ lệch chuẩn trung bỡnh (SDA) Độ lệch chuẩn trung bỡnh là trung bỡnh của
độ lệch chuẩn lấy trờn toàn bộ tập hợp N cỏc trường hợp bóo thử nghiệm:
( ) ( ) 1 1 N n n SDA t SD t N = = ∑ (3.3.8)
trong đú n là số thứ tự của trường hợp bóo, SDn(t) là độ lệch chuẩn của
trường hợp bóo thứ n tại hạn dự bỏo t.
3.3.3 Bỏn kớnh giú cực đại
Trong cụng thức xỏc định phõn bố giú tiếp tuyến của xoỏy nhõn tạo (3.2.2), bỏn kớnh giú cực đại (Rm) là tham số quyết định phõn bố của giú vựng gần trung tõm xoỏy bóo. Theo Lownam, 2001 [55], bỏn kớnh giú cực đại cú xu thế duy trỡ gần như khụng đổi trong suốt thời gian 1 đến 2 ngày đầu tớch phõn, việc xỏc định khụng
chớnh xỏc bỏn kớnh giú cực đại cú thể làm giảm chất lượng dự bỏo. Tuy vậy, vấn đề nảy sinh khi xỏc định bỏn kớnh giú cực đại cho sơ đồ ban đầu húa xoỏy là khụng cú quan trắc trực tiếp, hơn nữa trong thực tế bỏn kớnh giú cực đại thường biến đổi từ vài chục đến hơn một trăm km. Trong cỏc sơ đồ ban đầu húa xoỏy, tham số này
thường được chọn đủ lớn để mụ hỡnh cú thể mụ phỏng được hoàn lưu và duy trỡ được cường độ của xoỏy bóo. Chẳng hạn, giỏ trị này được lấy là 90km trong nghiờn
cứu của Lownam (2001) [55] hay 125km trong nghiờn cứu của Davidson (2000) [29], thậm chớ tới 150km trong nghiờn cứu của Trịnh Văn Thư và Kinsnamurti (1992) [78]. Cho mục đớch khảo sỏt độ nhạy của quĩ đạo dự bỏo đối với bỏn kớnh
giú cực đại, ở đõy chỳng tụi chọn cỏc giỏ trị của tham số này là 60km, 90km và
120km tương ứng với cỏc phương ỏn thử nghiệm RM1, RM2, RM3) (Bảng 3.3.3). Bảng 3.3.3: Cỏc phương ỏn ban đầu húa với bỏn kớnh giú cực đại khỏc nhau.
Tham số RM1 RM2 RM3
Rmax 60 90 120
Ở hỡnh p1.1 (phụ lục 1) là phõn bố giú tiếp tuyến theo bỏn kớnh tại mực
850hPa của cỏc trường hợp bóo khỏc nhau. Cú thể nhận thấy, trong hầu hết cỏc trường hợp bóo, phõn bố giú tiếp tuyến phõn tớch yếu và xoỏy bóo cú qui mụ rộng hơn nhiều so với xoỏy nhõn tạo. Chẳng hạn, trường hợp bóo Imbudo vào thời điểm 12Z ngày 22/7/2003, trờn thực tế nú đang là một cơn bóo mạnh với tốc độ giú cực
đại đến 40m/s. Trờn trường phõn tớch, tốc độ giú tiếp tuyến tại mực 850hPa chỉ đạt
đầu húa xoỏy, trường giú bề mặt đó biểu diễn hồn lưu bóo rừ hơn với cường độ gần
với quan trắc hơn (Hỡnh 3.3.3).
Hỡnh 3.3.1: Phõn bố giú tiếp tuyến tại mực 850hPa (trỏi) và phõn bố trường ỏp suất mực biển đối xứng (phải) theo bỏn kớnh đối với trường hợp bóo Imbudo
lỳc 12Z ngày 22/7/2003. “Analysis” là phõn bố xỏc giú tiếp tuyến phõn tớch, RM1, RM2, RM3 là cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy với bỏn kớnh giú cực đại tương ứng là 60km, 90km,120km.
Ở Hỡnh 3.3.1 (phải) là phõn bố trường ỏp suất mực biển đối xứng của trường
phõn tớch và cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy cho bóo Imbudo (12Z ngày 22/7/2003). Cú thể thấy xoỏy bóo trờn trường phõn tớch thể hiện qua trường ỏp suất mực biển đối xứng rất yếu và rộng so với cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy. Một điểm đỏng chỳ ý là mặc dự trong cả ba phương ỏn ban đầu húa xoỏy, mặc dự tốc độ
giú cực đại khụng đổi, nhưng phõn bố trường ỏp cú những khỏc biệt đỏng kể. Khi
bỏn kớnh giú cực đại nhỏ thỡ khớ ỏp cực tiểu nhỏ hơn nhưng cú dạng dạng hẹp hơn và ngược lại. Chẳng hạn ở phương ỏn RM1, khớ ỏp mực biển cực tiểu đạt tới
965hPa trong khi ở phương ỏn RM3 giỏ trị này chỉ đạt 980hPa. Hai yếu tố khớ ỏp
mực biển cực tiểu và tốc độ giú cực đại là những chỉ tiờu xỏc định cường độ bóo và
được xem là cú tương quan tốt với nhau. Sau khi nội suy về lưới mụ hỡnh và được
cõn bằng động lực nhờ quỏ trỡnh ban đầu húa của HRM, những khỏc biệt này đó
Hỡnh 3.3.2: Phõn bố giú tiếp tuyến trong hệ tọa độ bỏn kớnh/ỏp suất đối với
cơn bóo Imbudo thời điểm 12Z ngày 22/7/2003. “Analysis” là phõn bố giú xỏc
Hỡnh 3.3.3: Trường tốc độ giú (tụ búng) và đường dũng của phương ỏn khụng ban đầu húa xoỏy bóo (control) và cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy bóo với
bỏn kớnh giú cực đại khỏc nhau của trường hợp bóo Imbudo 12Z ngày
Hỡnh 3.3.4: Trường ỏp suất mực biển của phương ỏn khụng ban đầu húa xoỏy bóo và cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy bóo với bỏn kớnh giú cực đại khỏc
nhau của trường hợp bóo Imbudo 12Z ngày 22/7/2003. Cỏc đường đẳng ỏp
cỏch nhau 5 hPa.
Nhỡn chung, sau khi ban đầu húa xoỏy, tốc độ giú tiếp tuyến lớn hơn một cỏch
đỏng kể so với trường phõn tớch. Mặc dự vậy, vẫn tồn tại một ngoại lệ đối với bóo
Chanchu. Từ Hỡnh 3.3.5 (trỏi) cú thể thấy rằng, phõn bố giú phõn tớch tương đối
mạnh và cú bỏn kớnh giú cực đại vào khoảng 90km. Phõn bố trường khớ ỏp mực biển theo bỏn kớnh (Hỡnh 3.3.5 phải) thể hiện giỏ trị cực tiểu phõn tớch khỏ thấp và gần bằng với phương ỏn RM3. Tốc độ giú tiếp tuyến thay đổi rất ớt trong khoảng bỏn kớnh từ 300km đến 500km, sau đú giảm nhanh theo bỏn kớnh. Dạng phõn bố giú phớa ngồi này đó được xỏc nhận qua những nghiờn cứu thực nghiệm, chẳng hạn từ số liệu quan trắc bằng mỏy bay đối với cơn bóo Elsie 29/9/1981 (Weatherford và
Gray, 1988a) [79]. Ở tất cả cỏc trường hợp của cơn bóo Chanchu, tốc độ giú tiếp
tuyến của xoỏy nhõn tạo lớn hơn so với xoỏy phõn tớch ở phớa trong bỏn kớnh 300km và nhỏ hơn ở phớa ngoài; tất cả cỏc phương ỏn ban đầu húa khụng thể hiện được
dạng phõn bố giú tiếp tuyến phớa ngoài của xoỏy phõn tớch (Hỡnh 3.3.5).
Hỡnh 3.3.5: Phõn bố giú tiếp tuyến tại mực 850 hPa (trỏi) và phõn bố trường ỏp suất mực biển đối xứng (phải) theo bỏn kớnh đối với trường hợp bóo Chanchu thời điểm 00Z ngày 14/5/2006. “Analysis” là phõn bố xỏc định từ kết quả phõn tớch xoỏy từ trường GME; RM1, RM2, RM3 là cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy với bỏn kớnh giú cực đại tương ứng là 60km, 90km,120km.
Cú thể nhận thấy việc tăng bỏn kớnh giú cực đại trong khi cố định cỏc tham số khỏc sẽ làm giảm tốc độ giú phớa ngoài bỏn kớnh R15 và làm thu hẹp độ trải theo bỏn kớnh của hoàn lưu xoỏy nhõn tạo. Điều này thể hiện qua bỏn kớnh giú 5m/s tại bề
mặt (thể hiện qua đường đẳng tốc độ giú bằng 5 ở Hỡnh 3.3.6): của RM1 vào
khoảng 425km, của RM2 vào khoảng 400km và của RM3 khoảng 375km.
Sai số vị trớ và quĩ đạo dự bỏo của tất cả 11 trường hợp bóo được cho ở hỡnh p1.2, phụ lục 1. Nhỡn chung, khụng cú sự khỏc biệt lớn giữa cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy trong đú xoỏy nhõn tạo được xõy dựng với cỏc giỏ trị khỏc nhau của tham số bỏn kớnh giú cực đại. Quĩ đạo dự bỏo của cỏc phương ỏn này hầu như “bỏm sỏt
nhau”, sai số vị trớ tương đương nhau tại tất cả cỏc hạn dự bỏo (Hỡnh p.2). Tuy
nhiờn, sau khi ban đầu húa xoỏy, vị trớ tõm xoỏy ban đầu đó được chỉnh lại gần với vị trớ quan trắc hơn. Đối với những cơn bóo cú quĩ đạo đơn giản (như bóo Imbudo,
Koni, Krovanh), quĩ đạo dự bỏo gần sỏt với quĩ đạo thực, sai số dự bỏo giảm đỏng kể so với phương ỏn khụng ban đầu húa xoỏy. Song đối với cỏc cơn bóo cú quĩ đạo phức tạp, đổi hướng đột ngột (như bóo Chanchu, Damrey), sau khi ban đầu húa
xoỏy, bóo cú xu hướng di chuyển theo quỏn tớnh lớn hơn, dẫn đến vị trớ và thời điểm chuyển hướng cũn sai lệch đỏng kể so với quĩ đạo quan trắc.
Hỡnh 3.3.6: Phõn bố giú tiếp tuyến theo bỏn kớnh/ỏp suất đối với cơn bóo
Chanchu thời điểm 00Z ngày 14/5/2006. “Analysic” là phõn bố giú xỏc định từ kết quả phõn tớch xoỏy từ trường GME; RM1, RM2, RM3 là cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy với bỏn kớnh giú cực đại tương ứng là 60km, 90km,120km.
Đối với cơn bóo Chanchu, hồn lưu bóo được thể hiện rừ ngay trong trường phõn tớch. Trong cả ba trường hợp của cơn bóo này, giú tiếp tuyến phõn tớch trờn mực 850hPa (hỡnh p1.1) cú tốc độ cực đại khỏ lớn và bỏn kớnh giú cực đại tương đương với phương ỏn ban đầu húa xoỏy RM2. Đối với trường hợp lỳc 00Z ngày
14/5/2006, tất cả cỏc phương ỏn RM1, RM2, RM3 đều cú tốc độ giú tiếp tuyến lớn hơn so với xoỏy phõn tớch ở phớa trong bỏn kớnh khoảng 330km, và nhỏ hơn một chỳt ở phớa ngoài. Hướng di chuyển dự bỏo của bóo trong cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy gần với thực hơn nhưng tốc độ di chuyển nhanh hơn một chỳt, trong khi
đú nếu khụng ban đầu húa xoỏy quĩ đạo dự bỏo sẽ lệch về phớa bắc hơn (hỡnh p.2).
Tại 00Z ngày 14, và đặc biệt 12Z ngày 14, trờn trường phõn tớch xuất hiện vựng giú tiếp tuyến phớa ngoài cú tốc độ lớn hơn đỏng kể so với tốc độ của cỏc phương ỏn
ban đầu húa xoỏy. Quĩ đạo dự bỏo của phương ỏn khụng ban đầu húa xoỏy trong hai trường hợp bóo là tương đương (00Z ngày 14), thậm chớ tốt hơn một chỳt (12Z ngày 14) so với cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy. Điều này cú thể do cụng thức xõy dựng giú tiếp tuyến giả chưa nắm bắt được chớnh xỏc phõn bố giú tiếp tuyến phớa ngồi của trường hợp bóo này.
Sai số vị trớ trung bỡnh của 11 trường hợp bóo được cho trong Bảng 3.3.4 và
được biểu diễn trờn Hỡnh 3.3.7. Xột trờn toàn bộ tập hợp thử nghiệm cú thể thấy,
việc sử dụng sơ đồ ban đầu húa xoỏy đó làm giảm sai số dự bỏo trung bỡnh tại tất cả cỏc hạn dự bỏo của cỏc trường hợp bóo được khảo sỏt. Sai số vị trớ trung bỡnh của cỏc phương ỏn khụng ban đầu húa xoỏy tại thời điểm ban đầu là 114km và tại cỏc
hạn dự bỏo cho đến 48h đều vào khoảng trờn dưới 1 độ kinh vĩ. Trong khi đú, đối
với cả ba phương ỏn ban đầu húa xoỏy RM1, RM1 và RM3 sai số vị trớ trung bỡnh tại thời điểm ban đầu chỉ cũn 13km. Sau đú sai số tăng lờn khỏ nhanh theo thời gian tới hạn dự bỏo 24h và giữ ổn định đến hạn dự bỏo 48h (Hỡnh 3.3.7 B). So với
phương ỏn khụng ban đầu húa xoỏy, sai số trung bỡnh giảm khoảng 10km đối với hạn 24h và khoảng 20 km đối với hạn 48h (Bảng 3.3.4). Việc so sỏnh kết quả của ba phương ỏn RM1, RM2, RM3 cho thấy khi sử dụng bỏn kớnh giú cực đại bằng 60km (RM1), sai số vị trớ cú giỏ trị nhỏ nhất ở hầu hết cỏc hạn dự bỏo. Cũn phương ỏn sử dụng bỏn kớnh giú cực đại bằng 120km (RM3) cho sai số lớn nhất. Tuy vậy, sự sai
khỏc giữa cỏc phương ỏn là khỏ nhỏ, lớn nhất chỉ vào khoảng 10km tại cỏc hạn dự bỏo 24h và 30h.
Xột về chỉ số kỹ năng (so với phương ỏn khụng ban đầu húa xoỏy), cả ba phương ỏn RM1, RM2, RM3 đều cú kỹ năng khỏ cao ở hạn 06h giảm nhanh đến hạn 24h-36h và lại tăng lờn ở hạn 42 và 48h (Hỡnh 3.3.7 B). Chỉ số kỹ năng của cả ba phương ỏn ở hạn 06h tương đương nhau (khoảng 40%) nhưng đến hạn 24h, kỹ
năng của RM1 là 8% trong khi của RM1 và RM2 lần lượt là 2% và 1%. Ở hạn 48h, kỹ năng của cả ba phương ỏn gần tương đương nhau (lần lượt là 21%, 20%, 19% đối với RM1, RM2, RM3).
Bảng 3.3.4: Sai số vị trớ trung bỡnh MPE và MPEA cho cỏc phương ỏn ban đầu húa xoỏy với bỏn kớnh giú cực đại khỏc nhau (00*thể hiện sai số vị trớ ở thời
điểm ban đầu)
Hạn dự bỏo (h) control RM1 RM2 RM3 00* 114 13 13 13 06 96 59 56 57