CHƯƠNG 1 : Tổng quan về dự báo tổ hợp và dự báo tổ hợp quỹ đạo bão
3.1 Khảo sát vai trò của các tham số trong mô hình RAMS và vai trị của nhiễu xoáy và
3.1.3.2. Ảnh hưởng của nhiễu môi trường tới quỹ đạo bão dự báo hạn 5 ngày
Để làm rõ hơn vai trị của nhiễu mơi trường tới quỹ đạo bão, đã phân tích trường khí áp mực 850hpa của các hạn dự báo được vẽ trên Hình 3.13.
Từ bản đồ ghép chồng của 12 thành phần dự báo được tạo ra từ phương pháp nuôi nhiễu môi trường cho thấy, do tác động của môi trường, trong 48 giờ đầu, tác dụng của nhiễu môi trường lên bão là nhỏ, các thành phần tổ hợp gần như sát nhau, tuy nhiên hạn dự báo tăng, các thành phần tổ hợp bắt đầu tán lớn ở các thời điểm từ 96 đến 120 giờ. Do ảnh hưởng của các nhiễu môi
trường, bão có xu hướng dự báo bị đẩy dần về phía Nam, điều này được thể hiện trên Hình 3.13f về quỹ đạo dự báo bão.
a) b)
93
e) f)
Hình 3.13 Bản đồ ghép chồng 12 thành phần của các hạn dự báo 24, 48, 72, 96 và 120 giờ (a,b,c,d,e) tại mực H850 và quỹ đạo dự báo của các thành phần (f) trong trường hợp nuôi
nhiễu môi trường.
3.1.4 Ảnh hưởng của nhiễu xoáy tới quỹ đạo bão dự báo
3.1.4.1 Phân tích q trình phát triển của nhiễu xốy trong 24 giờ nuôi nhiễu
Nghiên cứu nhiễu khu vực bão rất quan trọng trong q trình dự báo bão. Bão có bán kính càng lớn và tốc độ gió xốy càng mạnh thì nội lực của bão càng lớn. Khi bản thân nội lực rất lớn bão có thể di chuyển độc lập, không phụ thuộc vào ngoại lực. Hiện nay có rất nhiều cơng trình nghiên cứu cho khu vực bão bằng các phương pháp khác nhau, tuy nhiên hiện nay con người vẫn
chưa thể mơ tả được chính xác khu vực này. Trong mục này sẽ áp dụng phương pháp nuôi nhiễu chỉ riêng cho khu vực bão, phương pháp ni nhiễu
cho khu vực này được trình bày trong mục 2.3.3
Phương pháp ni nhiễu trên mơ hình RAMS với sơ đồ đối lưu KUO, miền gây nhiễu là vùng quanh tâm bão do trung tâm phát bão của NOAA (có địa chỉ http://weather.unisys.com/) có bán kính khoảng 500km. Để thấy rõ hơn về ảnh hưởng của nhiễu xốy trong q trình ni, trong phần này tiến hành thử
nghiệm nuôi nhiễu từ 12 giờ ngày 13 tháng 12 năm 2011 tới 12 giờ ngày 14
tháng 12 năm 2011. Các trường khí áp, gió và nhiệt trong 24 giờ nuôi thể hiện
bản đồ ghép chồng các giá trị trung bình theo phương thẳng đứng của 12 thành phần tổ hợp để thể hiện độ biến động của các trường này. Kết quả được thể hiện trên Hình 3.14.
94
a) b)
Hình 3.14 Bản đồ ghép chồng các hạn trước thời điểm dự báo -24 (a) và 00 giờ (b) của
trường địa thế vị trung bình theo phương thẳng đứng trong trường hợp ni nhiễu xốy.
Từ Hình 3.14 tại thời điểm bắt đầu nuôi, các nhiễu chủ yếu tập trung ở tâm bão có tọa độ 6N; 143E. Điều này được thể hiện trên bản đồ ghép chồng về trung bình địa thế vị theo phương thẳng đứng. Đường khí áp 6090 hpa của 12 thành phần bao quanh khu vực bão (Hình 3.14a). Các nhiễu này phát triển theo các hạn dự báo. Sau 24 giờ nuôi, tại khu vực bão, các nhiễu tập trung xung quanh khu vực bão và khu vực này có biến động lớn nhất trong miền tính (Hình 3.14b).
Khảo sát cấu trúc của trường ban đầu có cài xốy giả và trường ban đầu cài xốy giả kết hợp với 6 nhiễu thông qua trường tốc độ gió theo phương thẳng
đứng và cắt qua vĩ độ 6N của các trường này. Kết quả được thể hiện trên hình
95
a) b)
Hình 3.15 Bản đồ trường tốc độ gió (m/s) của trường GFS có cài xốy giả (a) và các trường GFS có cài xốy giả kết hợp với nhiễu D3 (b) cắt qua vĩ tuyến 6N lúc 12h ngày 14/12/2011
Từ Hình 3.15a cho thấy trường tốc độ gió cài xốy giả gần đối xứng qua
tâm với độ lớn là 20 m/s. Trong khi đó trường tốc độ gió có cài xốy giả và kết hợp với nhiễu nuôi của nhân D3 tạo các trường tốc độ gió bất đối xứng. Cụ thể tâm của tốc độ gió cực đại đạt trên 27 m/s ở bên phải cơn bão nằm trên mực từ 900 đến 800 hpa trong khi tâm của tốc độ gió đạt trên 24 m/s ở bên
trái cơn bão nằm ở mực 850 hpa (Hình 3.13b). Tốc độ gió cực đại ở bên trái
và bên phải của cơn bão là hoàn toàn khác nhau điều này cho thấy: do tác động của nhiễu nuôi, đã tạo cho trường tốc độ gió có tính bất đối xứng.
a) b)
Hình 3.16 Bản đồ ghép chồng trường nhiệt độ (độ C) và trường địa thế vị (mét dtv) của trường GFS có cài xốy giả (a) và các trường GFS có cài xốy giả kết hợp với nhiễu
D3(b) tại mực 1000 hpa lúc 12h ngày 14/12/2011
96
trường nhiệt độ có cài xốy giả với nhiễu D3 vào trường GFS (Hình 16b) tại
mực 1000 hpa.
Kết quả cho thấy trường nhiệt độ có cài xoáy giả vào trường GFS (Hình 3.16a) tại tâm bão khoảng 280C trong khi trường nhiệt độ có cài xốy giả với
nhiễu D3 vào trường GFS (Hình 3.16b) tại mực 1000 hpa là khoảng 340 C.
Như vậy, phương án nuôi nhiễu của nhân D3 trong trường hợp này đã làm tăng nhiệt độ tại khu vực tâm bão lên khoảng 60
C.
3.1.4.2. Ảnh hưởng của nhiễu xoáy tới quỹ đạo của bão hạn 5 ngày
Để làm rõ hơn vai trò của nhiễu xoáy tới quỹ đạo bão, tiến hành phân tích trường khí áp mực 850 hpa của các hạn dự báo được vẽ trên hình 3.17.
a) b)
c) d)
97
Hình 3.17 Bản đồ ghép chồng 12 thành phần của các hạn dự báo 24, 48, 72, 96 và 120 giờ (a,b,c,d,e) tại mực H850 và quỹ đạo dự báo của các thành phần (f) trong trường hợp ni
nhiễu xốy.
Từ bản đồ ghép chồng của 12 thành phần dự báo được tạo ra từ phương pháp ni nhiễu xốy cho thấy, do tác động của vùng nhiễu xoáy, trong 120 giờ dự báo, tác dụng của nhiễu xoáy đến kết quả dự báo quỹ đạo bão là nhỏ, các thành phần tổ hợp gần như sát nhau, tuy nhiên tác động của nhiễu xốy
đến mơi trường xung quanh là lớn, điều này được thể hiện qua sự biến động
mạnh của các đường đẳng áp trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương. Do ảnh
hưởng của các nhiễu xốy, bão có xu hướng di chuyển theo hướng tây, điều
này ta thấy trên Hình 3.17f.
3.1.5 Ảnh hưởng của nhiễu mơi trường kết hợp với nhiễu xốy tới dự báo quỹ đạo bão
3.1.5.1 Phân tích quá trình phát triển của nhiễu mơi trường và nhiễu xốy trong 24 giờ nuôi nhiễu
Đã áp dụng phương pháp nuôi nhiễu kết hợp nhiễu môi trường và nhiễu xoáy ở mục 3.1.2 và 3.1.3. Để thấy rõ hơn về sự phát triển của nhiễu mơi
trường và nhiễu xốy trong q trình ni, trong phần này tiến hành thử nghiệm nuôi nhiễu từ 12 giờ ngày 13 tháng 12 năm 2011 tới 12 giờ ngày 14
tháng 12 năm 2011. Các trường khí áp, gió và nhiệt trong 24 giờ ni thể hiện
trên bản đồ ghép chồng các giá trị trung bình theo phương thẳng đứng của 12 thành phần tổ hợp thể hiện độ biến động của các trường này (Hình 3.18). Từ
98
Hình 3.18 tại thời điểm bắt đầu nuôi, biến động giá trị khí áp chủ yếu tập trung ở phần phía nam của miền tính, cụ thể là từ 5S đến 15N và khu vực tâm bão có tọa độ 6N; 143E. Sau 24 giờ nuôi, nhiễu tập trung chủ yếu ở khu vự từ
5N đến 15N, nơi mà có dải hội tụ nhiệt đới hoạt động mạnh.
a) b)
Hình 3.18 Bản đồ ghép chồng các hạn trước thời điểm dự báo -24(a) và 00 giờ (b) các của
trường địa thế vị trung bình theo phương thẳng đứng trong trường hợp nuôi nhiễu môi trường và nhiễu xốy.
3.1.5.2. Ảnh hưởng của nhiễu mơi trường kết hợp với nhiễu xoáy tới quỹ đạo dự báo của bão hạn 5 ngày
Để làm rõ hơn vai trò của nhiễu xốy tới quỹ đạo bão, tiến hành phân tích
trường khí áp mực 850 hpa của các hạn dự báo được vẽ trên Hình 3.19.
Từ bản đồ ghép chồng của 12 thành phần dự báo được tạo ra từ phương pháp nuôi nhiễu mơi trường kết hợp với nhiễu xốy cho thấy, do tác động của vùng nhiễu môi trường và nhiễu xoáy, trong 120 giờ dự báo, tác dụng của nhiễu tới chuyển động của bão là lớn, thể hiện bằng các thành phần tổ hợp chuyển động theo cả hướng Tây Nam và Tây Bắc (Hình 3.19f). Kết quả trung bình của 12 thành phần cho kết quả dự báo gần với quỹ đạo thực.
99
a) b)
c) d)
e) f)
Hình 3.19 Bản đồ ghép chồng 12 thành phần của các hạn dự báo 24, 48, 72, 96 và 120 giờ (a,b,c,d,e) tại mực H850 và quỹ đạo dự báo của các thành phần (f) trong trường hợp nuôi
100 0 100 200 300 400 500 600 0 24 48 72 96 120 gio k m
KUO Bao Moi truong
Hình 3.20 Sai số khoảng cách trung bình tổ hợp của 12 thành phần dự báo quỹ đạo bão ngày 12 ngày 14/12/2011 +120h của các trường hợp chỉ nuôi nhiễu môi trường (chấm tam giác), chỉ ni nhiễu xốy (nét liên chấm vuông) và trường hợp ni kết hợp nhiễu xốy và
nhiễu mơi trường (chấm trịn)
Đánh giá kết quả dự báo trung bình tổ hợp của 12 thành phần trong 3 phương án: chỉ ni nhiễu mơi trường (kí hiệu: Moi truong), chỉ ni nhiễu
xốy (kí hiệu: Bao) và trường hợp nuôi kết hợp nhiễu xoáy và nhiễu mơi
trường (kí hiệu: KUO) bằng cách tính sai số khoảng cách dự báo so với quỹ đạo thực, kết quả nhận được trên hình 3.20. Kết quả cho thấy sai số khoảng
cách giữa 3 phương án trong 72 giờ đầu gần như tương đương và sai số dưới 250 km trong 72 giờ đầu. Tại các hạn dự báo 96 và 120 giờ, phương án KUO cho sai số dự báo tốt hơn 2 phương án còn lại, cụ thể sai số giảm 50 km tại hạn 96 giờ và 100 km với hạn dự báo 120 giờ.
3.1.6 Ảnh hưởng của nhiễu mơi trường, nhiễu xốy và sơ đồ đối lưu tới
dự báo quỹ đạo bão
Trong phương án này, tiến hành thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão dựa trên
sự kết hợp 12 trường ban đầu có nhiễu và 1 trường không nhiễu (kiểm
chứng) với thay đổi 3 sơ đồ tham số hóa đối lưu (KUO, KF và KFCT) trong mơ hình. Kết quả thu được 36 thành phần tổ hợp và 3 thành phần kiểm chứng tương ứng với 3 lựa chọn sơ đồ đối lưu. Kết quả 39 dự báo được thể hiện trên Hình 3.21.
101
Hình 3.21 Sơ đồ trùm của 39 thành phần dự báo tổ hợp quỹ đạo bão Washi 12h 14/12/2011+120h (Quỹ đạo thực chấm tròn rỗng, Quỹ đạo trung bình tổ hợp của 39 thành
phân là chấm tròn đặc)
Tại các thời điểm ban đầu, quỹ đạo các thành phần gần nhau và sai số vị trí so với quỹ đạo thực là khá lớn, đặc biệt là tại hạn dự báo 48 giờ, sai số vị trí của trung bình các thành phần tổ hợp so với quỹ đạo thực là gần 240 km. Tại các hạn dự báo tiếp theo, do ảnh hưởng của trường nhiễu ban đầu và do thay
đổi các sơ đồ đối lưu, quỹ đạo dự báo của các cơn bão có xu hướng tán về 2
phía của quỹ đạo thực. Trung bình tổ hợp quỹ đạo các dự báo thành phần này cho quỹ đạo dự báo rất gần với quỹ đạo thực. Cụ thể sai số vị trí tại các hạn dự báo từ 72 đến 120 giờ dưới 200 km, đặc biệt sai số vị trí tại hạn từ 72 đến 96 giờ chỉ khoảng 70 km.
Đã đánh giá kết quả dự báo trung bình tổ hợp của 4 phương án: dự báo của 13 thành phần (12 thành phần có chứa nhiễu và 1 kiểm chứng) kết hợp với: lựa chọn sơ đồ đối lưu KUO (kí hiệu: KUO), lựa chọn sơ đồ đối lưu KF (kí hiệu: KF), lựa chọn sơ đồ đối lưu KFCT (kí hiệu: KFCT) và cả 3 sơ đồ đối
lưu (kí hiệu: TBTH). Kết quả cho thấy sai số khoảng cách trong 48 giờ đầu
102
Tại các hạn dự báo 72, 96 và 120 giờ, phương án TBTH dự báo gần với quỹ
đạo thực nhất, cụ thể sai số giảm trên 50 km so với dự báo tốt nhất của 3
phương án còn lại. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 24 48 72 96 120 gio k m KUO KF KFCT TBTH
Hình 3.22 Sai số khoảng cách trung bình tổ hợp kết quả dự báo của 13 thành phần (12 thành phần có chứa nhiễu và 1 kiểm chứng) kết hợp với: lựa chọn sơ đồ đối lưu KUO (chấm tròn), lựa chọn sơ đồ đối lưu KF (chấm vuông), lựa chọn sơ đồ đối lưu KFCT (chấm tam giác) và
lựa chọn cả 3 sơ đồ đối lưu (chấm gạch chéo) ngày 14/12/2011 +120 giờ.
3.2 Dự báo tổ hợp quỹ đạo bão bằng phương pháp nuôi nhiễu phát triển
3.2.1 Dự báo từ các thành phần tổ hợp
Số liệu sử dụng để dự báo là số liệu GFS có cài xốy và 12 trường ban đầu
được tạo từ phương án ni nhiễu được trình bày trong mục 2.3.3 của các
ngày có bão trong 4 năm 2009, 2010, 2011 và 2012. Số trường hợp mô phỏng cho từng hạn dự báo được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Số trường hợp thử nghiệm ở các hạn dự báo
Hạn
(giờ) 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120
Số
TH 178 178 178 178 173 173 171 171 165 165 165 159 142 142 137 135 100 98 94 92
Như vậy số trường ban đầu tham gia dự báo là 13. Sử dụng RAMS với 3 sơ đồ đối lưu (KUO, KF và KFCT) và 13 trường ban đầu tạo ra được 39 thành
phần tổ hợp. Để tiện cho phân tích các kết quả dự báo, các dự báo thành phần
103
Bảng 3.2. Ký hiệu các thành phần theo các sơ đồ đối lưu trong mơ hình RAMS và trường
ban đầu
Tên trường hợp Ký hiệu Tên trường hợp Ký hiệu Tên trường hợp Ký hiệu
KUO+GFS Kuo+00 KF+GFS KF+00 KFCT+GFS KFCT+00
KUO+Nhiễu dương 1 Kuo+01 KF+Nhiễu dương 1 KF+01 KFCT+Nhiễu dương 1 KFCT+01 KUO+Nhiễu âm 1 Kuo-01 KF+Nhiễu âm 1 KF-01 KFCT+Nhiễu âm 1 KFCT-01 KUO+Nhiễu dương 2 Kuo+02 KF+Nhiễu dương 2 KF+02 KFCT+Nhiễu dương 2 KFCT+02 KUO+Nhiễu âm 2 Kuo-02 KF+Nhiễu âm 2 KF-02 KFCT+Nhiễu âm 2 KFCT-02 KUO+Nhiễu dương 3 Kuo+03 KF+Nhiễu dương 3 KF+03 KFCT+Nhiễu dương 3 KFCT+03 KUO+Nhiễu âm 3 Kuo-03 KF+Nhiễu âm 3 KF-03 KFCT+Nhiễu âm 3 KFCT-03 KUO+Nhiễu dương 4 Kuo+04 KF+Nhiễu dương 4 KF+04 KFCT+Nhiễu dương 4 KFCT+04 KUO+Nhiễu âm 4 Kuo-04 KF+Nhiễu âm 4 KF-04 KFCT+Nhiễu âm 4 KFCT-04 KUO+Nhiễu dương 5 Kuo+05 KF+Nhiễu dương 5 KF+05 KFCT+Nhiễu dương 5 KFCT+05 KUO+Nhiễu âm 5 Kuo-05 KF+Nhiễu âm 5 KF-05 KFCT+Nhiễu âm 5 KFCT-05 KUO+Nhiễu dương 6 Kuo+06 KF+Nhiễu dương 6 KF+06 KFCT+Nhiễu dương 6 KFCT+06 KUO+Nhiễu âm 6 Kuo-06 KF+Nhiễu âm 6 KF-06 KFCT+Nhiễu âm 6 KFCT-06
Tính trung bình sai số khoảng cách theo công thức (2.22), sai số dọc theo công thức (2.26), sai số ngang theo công thức (2.24) cho các trường hợp thử nghiệm, kết quả được trình bày trong phụ lục Bảng 4.1, 4.2 và 4.3. Từ các bảng trên, tiến hành đánh giá sai số cho từng hạn dự báo, kết quả được thể hiện trên Hình 3.23. Để phân tích sai số giữa các thành phần, sử dụng 2 thành phần (một thành phần cho dự báo tốt nhất và 1 thành phần dự báo kém nhất), kết quả được thể hiện trong hình 3.23b. Từ Hình 3.23b, sai số khoảng cách trung bình cho thấy, tại hạn dự báo 24 giờ, sai số các thành phần tham gia tổ hợp gần bằng nhau, sai số là 150 và 180 km.
104
a) b)
Hình 3.23 Đồ thị sai số khoảng cách trung bình của các dự báo thành phần: a) là 39 thành phần; b) là 2 thành phần tốt và kém nhất.
Tại các hạn dự báo tiếp theo, khoảng cách sai số của các trường hợp được
tăng lên, hạn 48 giờ sai số của phương án KUO-01 sai số 240 km trong khi phương án KFCT-05 là 300 km, hạn 72 giờ sai số lần lượt là 350 đến 400 km,
hạn 96 giờ sai số của 2 thành phần là 410 và 520 km và hạn 120 giờ sai số là 535 và 720 km. Như vậy, hạn dự báo càng tăng, dao động sai số của các thành phần cũng tăng.
3.2.2 Dự báo tổ hợp bằng phương pháp trung bình 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