Bảng 3.12 biểu diễn sai số trung bình của thời điểm đổ bộ và vĩ độ điểm đổ bộ trên toàn bộ tập mẫu các cơn bão đổ bộ đã lựa chọn cho tr−ờng hợp thử nghiệm No_bogus và Bogus tại các thời điểm dự báo T1, T2 và T3. Bộ mẫu số liệu của tr−ờng hợp đánh giá chung và các tr−ờng hợp phân loại theo c−ờng độ, di chuyển về h−ớng và tốc độ, khu vực bờ biển t−ơng tự nh− ở đánh giá kết quả dự báo vị trí đổ bộ ở trên t−ơng ứng với từng tr−ờng hợp.
Bảng 3.12. Sai số trung bình
của thời điểm đổ bộ và vĩ độ điểm đổ bộ trên toàn tập mẫu
No_bogus Bogus
Thời điểm
DB ME_t ME_d ME_t ME_d
T1 2.23 0.21 2.79 -0.12 T2 9.25 0.18 8.39 -0.72 T3 11.31 -0.06 9.90 -2.17
Trong đó: ME_t: sai số trung bình của thời điểm đổ bộ. ME_d: sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ.
Sai số trung bình của thời điểm đổ bộ (ME_t) nói lên xu thế bão mô hình đổ bộ sớm hay muộn hơn so với quan trắc. ME_t > 0, mô hình cho dự báo thời điểm đổ bộ sớm hơn quan trắc. ME_t < 0, mô hình dự báo thời điểm đổ bộ muộn hơn so với quan trắc.
Sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ (ME_d) cho biết xu thế dự báo của mô hình lệch trái hay phải so với quỹ đạo bão quan trắc. ME_d > 0, quỹ đạo dự báo của mô hình lệch trái so với quan trắc. ME_d < 0, quỹ đạo dự báo của mô hình lệch phải so với quan trắc.
Nhìn vào bảng số liệu ta thấy, thử nghiệm No_bogus và Bogus đều có sai số ME_t d−ơng (ME_t >0) tại cả ba thời điểm nghiên cứu. Điều này chứng tỏ các cơn bão mô hình dự báo có thời điểm đổ bộ sớm hơn thời điểm đổ bộ thực tế.
thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ 1 ngày và 2 ngày (ME_d > 0). Đến thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ khoảng 3 ngày, No_bogus có xu h−ớng lệch phải.
T−ơng tự nh− ở phần đánh giá vị trí đổ bộ, việc đánh giá xu h−ớng đổ bộ cũng đ−ợc phân loại theo c−ờng độ, di chuyển và khu vực bờ biển với những tiêu chí t−ơng tự t−ơng ứng với từng loại.
Đánh giá theo c−ờng độ
Bảng 3.13 và Bảng 3.14 là sai số trung bình của thời điểm đổ bộ và sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ ứng với hai thử nghiệm No_bogus và Bogus.
Bảng 3.13. Sai số trung bình của thời điểm đổ bộ chia theo c−ờng độ (ME_t).
Mạnh Yếu
Thời điểm
DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 6.53 4.24 -1.06 1.68
T2 10.15 7.53 8.40 9.19
T3 16.86 14.32 3.57 -9.78
Bảng 3.14. Sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ chia theo c−ờng độ (ME_d).
Mạnh Yếu
Thời điểm
DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 1.12 0.66 -0.59 -0.80
T2 0.78 -0.22 -0.46 -1.25
T3 0.48 -1.22 -0.95 -3.77
Từ Bảng 3.13 cho thấy với các cơn bão mạnh, các ph−ơng án Bogus và No_bogus có thời điểm đổ bộ sớm hơn so với quan trắc thực tại cả ba thời điểm nghiên cứu (ME_t >0). Với các cơn bão yếu, tại thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ 1 ngày, thử nghiệm No_bogus cho thời điểm đổ bộ muộn hơn quan trắc (ME_t <0). Đến thời điểm thực hiện dự báo tr−ớc đổ bộ 3 ngày, Bogus lại có xu h−ớng đổ bộ muộn hơn so với thực tế.
Trên Bảng 3.14, thử nghiệm Bogus chỉ cho dự báo có xu h−ớng lệch trái tại nhóm tr−ớc đổ bộ khoảng 1 ngày với tr−ờng hợp các cơn bão mạnh. Các tr−ờng hợp còn lại, Bogus đều có xu h−ớng lệch phải (ME_d <0). Thử nghiệm No_bogus phân chia thành hai xu h−ớng. Xu h−ớng lệch trái với các cơn bão có c−ờng độ mạnh và lệch phải với các cơn bão yếu.
Trong hai thử nghiệm, các cơn bão yếu cũng có xu h−ớng lệch phải nhiều hơn so với các cơn bão mạnh.
Đánh giá theo h−ớng quỹ đạo so với bờ biển
Bảng 3.15 và Bảng 3.16 biểu diễn sai số trung bình của thời điểm đổ bộ và vĩ độ điểm đổ bộ trên tập số liệu chia theo h−ớng di chuyển của quỹ đạo so với đ−ờng bờ biển cho các tr−ờng hợp thử nghiệm.
Bảng 3.15. Bảng sai số trung bình của thời điểm đổ bộ chia theo h−ớng quỹ đạo so với bờ biển (ME_t).
G90 G45
Thời điểm
DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 -0.71 2.33 5.59 3.32
T2 9.37 8.89 9.05 7.60
T3 7.75 1.50 14.19 10.92
Bảng 3.16. Bảng sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ chia theo h−ớng quỹ đạo so với bờ biển (ME_d).
G90 G45
Thời điểm
DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 -0.01 -0.25 0.65 -0.21
T2 -0.35 -0.77 1.00 -0.65
Từ bảng 3.15 thấy rằng chỉ tại thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ 1 ngày với các cơn bão di chuyển so với đ−ờng bờ biển góc từ 45 độ đến 90 độ, thử nghiệm No_bogus cho thời điểm đổ bộ muộn hơn so với quan trắc thực tế (ME_t <0). Các tr−ờng hợp khác cho dự báo thời điểm đổ bộ sớm hơn quan trắc (ME_t >0).
Xu h−ớng của thử nghiệm Bogus trong phân loại này t−ơng tự nh− xu h−ớng đánh giá trên bộ mẫu số liệu chung (Bảng 3.16). Nghĩa là lệch phải so với quỹ đạo thực. Thử nghiệm No_bogus chia làm hai xu h−ớng: lệch phải với tr−ờng hợp bão có h−ớng quỹ đạo G90 và lệch trái với các cơn bão có h−ớng quỹ đạo G45.
Đánh giá theo tốc độ di chuyển
Bảng 3.17 và Bảng 3.18 thể hiện sai số trung bình của thời điểm đổ bộ và vĩ độ điểm đổ bộ trên tập số liệu chia theo tốc độ di chuyển ứng với từng tr−ờng hợp thử nghiệm.
Bảng 3.17. Bảng sai số trung bình của thời điểm đổ bộ chia theo tốc độ di chuyển (ME_t).
Nhanh Chậm
Thời điểm
DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 -1.09 0.53 4.78 4.52
T2 9.85 8.12 8.86 8.56
T3 12.41 10.80 11.49 1.35
Bảng 3.18. Bảng sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ chia theo tốc độ di chuyển (ME_d).
Nhanh Chậm
Thời điểm
DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 -0.11 -0.27 0.49 0.02
T2 -0.36 -1.02 0.54 -0.52
Qua bảng số liệu về sai số trung bình của thời điểm đổ bộ (Bảng 3.17), ta thấy có sự khác biệt duy nhất tại thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ 1 ngày của các cơn bão có tốc độ di chuyển nhanh. Đó là thử nghiệm No_bogus có sai số ME_t <0, nghĩa là dự báo có xu h−ớng muộn hơn so với quan trắc thực tế. Các tr−ờng hợp khác đều mang giá trị d−ơng.
Thử nghiệm Bogus chỉ có duy nhất giá trị ME_d > 0 tại thời điểm thực hiện dự báo tr−ớc đổ bộ khoảng 1 ngày với các cơn bão di chuyển chậm (Bảng 3.18). Điều này có nghĩa quỹ đạo bão dự báo có xu h−ớng lệch trái so với quỹ đạo quan trắc. Thử nghiệm No_bogus cho xu h−ớng lệch phải với các tr−ờng hợp bão có tốc độ di chuyển nhanh (ME_d < 0) và lệch trái với các cơn bão di chuyển chậm (ME_d
> 0).
Đánh giá theo khu vực bờ biển
Bảng 3.19 và Bảng 3.20 là sai số trung bình của thời điểm đổ bộ và vĩ độ điểm đổ bộ ứng với hai thử nghiệm No_bogus và Bogus chia theo khu vực bờ biển.
Bảng 3.19. Bảng sai số trung bình của thời điểm đổ bộ chia theo khu vực bờ biển (ME_t).
KV1 KV2
Thời
điểm DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 3.06 3.33 -0.48 1.01
T2 16.82 13.59 -0.67 1.97
T3 15.36 15.31 13.82 1.74
Bảng 3.20. Bảng sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ chia theo khu vực bờ biển (ME_d).
KV1 KV2
Thời điểm
DB No_bogus Bogus No_bogus Bogus
T1 0.20 -0.19 0.23 0.07
Trên bảng số liệu và biểu đồ (Bảng 3.19) cho thấy phần lớn ME_t đều có giá trị d−ơng ở tất cả các tr−ờng hợp của các thử nghiệm, ngoại trừ thử nghiệm No_bogus tại thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ 1 ngày và 2 ngày cho khu vực 2, ME_t có giá trị âm. Điều này có nghĩa rằng ở hai thời điểm này, thời điểm đổ bộ dự báo muộn hơn thời điểm đổ bộ quan trắc.
Từ Bảng 3.20 chỉ ra rằng hầu hết thử nghiệm Bogus đều cho xu h−ớng lệch phải so với quỹ đạo thực. Thử nghiệm No_bogus lại cho lệch trái nhiều hơn, đặc biệt với những cơn bão có xu h−ớng đổ bộ vào khu vực 1.
Bảng 3.21và Bảng 3.22 tổng kết xu h−ớng sai số trung bình của thời điểm đổ bộ và sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ ứng với thử nghiệm No_bogus theo các tiêu chí phân loại đã trình bày ở trên.
Bảng 3.21. Bảng tổng kết xu h−ớng sai số trung bình của thời điểm đổ bộ theo các phân loại cho thử nghiệm No_bogus.
Trong đó: S: thời điểm đổ bộ dự báo có xu h−ớng sớm hơn so với quan trắc. M: thời điểm đổ bộ dự báo có xu h−ớng muộn hơn so với quan trắc. Thời điểm DB Toàn bộ mẫu C−ờng độ H−ớng quỹ đạo Tốc độ di chuyển Khu vực bờ biển Mạnh Yếu G90 G45 Nhanh Chậm KV1 KV2 T1 S S M M S M S S M T2 S S S S S S S S S T3 S S S S S S S S S
Bảng 3.22. Bảng tổng kết xu h−ớng sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ theo các phân loại cho thử nghiệm No_bogus.
Trong đó: T: quỹ đạo dự báo có xu h−ớng lệch trái so với quan trắc. P: quỹ đạo dự báo có xu h−ớng lệch trái so với quan trắc. Thời điểm DB Toàn bộ mẫu C−ờng độ H−ớng quỹ đạo Tốc độ di chuyển Khu vực bờ biển Mạnh Yếu G90 G45 Nhanh Chậm KV1 KV2 T1 T T P P T P T T T T2 T T P P T P T T P T3 P T P P T P T T P
Từ bảng tổng kết trên cho thấy thử nghiệm No_bogus dự báo thời điểm đổ bộ sớm hơn so với thời điểm đổ bộ thực tế tại hầu hết các tr−ờng hợp (Bảng 3.21). Ngoại trừ tại thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ 1 ngày, các cơn bão: c−ờng độ yếu, có h−ớng quỹ đạo so với đ−ờng bờ biển góc từ 45° đến 90°, có tốc độ di chuyển nhanh hay có khả năng đổ bộ vào khu vực 2 thì có xu h−ớng đổ bộ muộn hơn so với quan trắc. No_bogus chia làm hai xu thế: lệch trái và lệch phải giữa các cơn bão mạnh và yếu, các cơn bão di chuyển chậm và nhanh so với h−ớng di chuyển của quỹ đạo quan trắc (Bảng 3.22)
Bảng 3.23. Bảng tổng kết xu h−ớng sai số trung bình của thời điểm đổ bộ theo các phân loại cho thử nghiệm Bogus.
Thời điểm DB Toàn bộ mẫu C−ờng độ H−ớng quỹ đạo Tốc độ di chuyển Khu vực bờ biển Mạnh Yếu G90 G45 Nhanh Chậm KV1 KV2 T1 S S S S S S S S S T2 S S S S S S S S S
Bảng 3.24. Bảng tổng kết xu h−ớng sai số trung bình của vĩ độ điểm đổ bộ theo các phân loại cho thử nghiệm Bogus.
Thời điểm DB Toàn bộ mẫu C−ờng độ H−ớng quỹ đạo Tốc độ di chuyển Khu vực bờ biển Mạnh Yếu G90 G45 Nhanh Chậm KV1 KV2 T1 P T P P P P T P T T2 P P P P P P P P P T3 P P P P P P P P P
Thử nghiệm Bogus có xu h−ớng đổ bổ sớm hơn so với quan trắc và quỹ đạo lệch phải so với h−ớng di chuyển của quỹ đạo quan trắc trong phần lớn các tr−ờng hợp tại cả ba thời điểm nghiên cứu.
Nh− vậy việc đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả đã mang lại kết quả khá tốt đối với việc dự báo vị trí thời điểm đổ bộ. Cấu trúc, chuyển động của xoáy bão đã đ−ợc mô tả gần với xoáy thực hơn, điều này giúp cho dự báo thời điểm đổ bộ của mô hình trở nên gần với thực tế hơn.
Qua phân tích các sai số về vị trí và xu h−ớng đổ bộ trung bình trên bộ số liệu chung và bộ số liệu đ−ợc phân chia theo các tiêu chí trên, tác giả đ−a ra đ−ợc các đánh giá cụ thể hơn đối với từng tr−ờng hợp bão ứng với mỗi ph−ơng án thử nghiệm. Từ đó giúp ng−ời sử dụng có đ−ợc sự lựa chọn tối −u nhất cho kết quả dự báo của mô hình WRF.
Kết luận
Từ những kết quả trên có thể thấy rằng vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả là quan trọng trong cải thiện chất l−ợng dự báo bão, đặc biệt là về c−ờng độ. Đối với bài toán dự báo vị trí và thời điểm đổ bộ, hệ thống đồng hóa tr−ờng cài xoáy giả của mô hình WRF cho kết quả t−ơng đối khả quan.
Qua những nghiên cứu đạt đ−ợc trong luận văn, tác giả đã rút ra đ−ợc một vài kết luận sau:
• Tìm hiểu những nghiên cứu về bão đổ bộ, đồng hóa số liệu xoáy giả và các mô hình dự báo bão trên thế giới và Việt Nam.
• Khai thác ch−ơng trình xây dựng xoáy giả và hệ thống đồng hóa số liệu 3DVAR trong mô hình WRF.
• Xây dựng ch−ơng trình xác định vị trí và thời điểm đổ bộ của các cơn bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam.
• Lựa chọn đ−ợc yếu tố cấu thành xoáy giả phù hợp để đ−a vào hệ thống đồng hóa số liệu của mô hình WRF cho bài toán dự báo bão. Đó là số liệu khí áp mặt biển và gió các mực của tr−ờng cài xoáy giả.
• Tiến hành khảo sát bộ số liệu gồm 82 tr−ờng hợp ứng với 11 cơn bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2007 với hai thử nghiệm là chạy mô hình WRF không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (No_bogus) và chạy mô hình WRF có đồng hóa số liệu tr−ờng cài số liệu xoáy giả (Bogus). Qua phân tích và đánh giá chung cho thấy:
+ Về quỹ đạo: Thử nghiệm có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả cho sai số nhỏ hơn so với thử nghiệm không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả tại hầu hết các thời điểm. Với tr−ờng hợp có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả, sai số tại các thời điểm dự báo 24 giờ, 48 giờ và 72 giờ t−ơng ứng là 122, 220 và 373 km. Trong khi tr−ờng hợp không đồng hóa số liệu, sai số ứng với các thời điểm dự báo nh− trên là 132, 227 và 389 km.
• Sai số vị trí đổ bộ: Tr−ờng hợp có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả cho sai số vị trí đổ bộ nhỏ hơn tr−ờng hợp không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả tại các nhóm thời điểm thực hiện dự báo tr−ớc đổ bộ thực tế khoảng 1 ngày (T1) và 2 ngày (T2), với sai số t−ơng ứng khoảng 126 và 224 km. Đến thời điểm thực hiện dự báo tr−ớc đổ bộ thực tế khoảng 3 ngày (T3), tr−ờng hợp không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả cho sai số nhỏ hơn. Sai số của No_bogus là 224 km.
• Về xu h−ớng đổ bộ: hai thử nghiệm Bogus và No_bogus đều dự báo thời điểm đổ bộ sớm hơn so với thực tế. Tuy nhiên, thử nghiệm Bogus có xu h−ớng lệch phải so với h−ớng dịch chuyển của quỹ đạo quan trắc. Thử nghiệm No_bogus có xu h−ớng lệch trái, ngoại trừ thời điểm dự báo tr−ớc đổ bộ 3 khoảng 3 ngày.
• Đánh giá sai số vị trí và xu h−ớng đổ bộ dựa trên các phân loại theo c−ờng độ, di chuyển (h−ớng và tốc độ) và khu vực bờ biển với hai thử nghiệm Bogus và No_bogus:
+ Vị trí đổ bộ: Thử nghiệm Bogus phần lớn đều cho sai số nhỏ hơn thử nghiệm No_bogus đối với những cơn bão đ−ợc phân loại ở trên, đặc biệt là các cơn bão có c−ờng độ mạnh và các cơn bão đổ bộ vào khu vực 1. Với các phân loại nh−: các cơn bão có c−ờng độ yếu hay có h−ớng di chuyển quỹ đạo so với đ−ờng bờ biển góc nhỏ hơn 45°, thử nghiệm Bogus chỉ có sai số lớn hơn No_bogus chủ yếu ở dự báo T3.
+ Xu h−ớng đổ bộ: Thử nghiệm Bogus vẫn có xu h−ớng đổ bộ sớm và lệch