(LUẬN văn THẠC sĩ) dự báo quỹ đạo bão ảnh hưởng đến việt nam hạn 5 ngày bằng phương pháp tổ hợp sử dụng kỹ thuật nuôi nhiễu luận văn ths khí tượng học 62 44 02 22

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

a
Nh107

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------------

CÔNG THANH

DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO ẢNH HƯỞNG ĐẾN
VIỆT NAM HẠN 5 NGÀY BẰNG PHƯƠNG PHÁP
TỔ HỢP SỬ DỤNG KỸ THUẬT NI NHIỄU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC

Hà Nội - 2014

TIEU LUAN MOI download :


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

nhiệt đới 3 chiều cho mục đích dự báo quĩ đạo BÃO ở Việt Nam.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------------

CÔNG THANH

DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO ẢNH HƯỞNG ĐẾN
VIỆT NAM HẠN 5 NGÀY BẰNG PHƯƠNG PHÁP

TỔ HỢP SỬ DỤNG KỸ THUẬT NI NHIỄU
Chun ngành: Khí tượng và Khí hậu học
Mã số:

62440222

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. Trần Tân Tiến

Hà Nội - 2014

TIEU LUAN MOI download :


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất cứ cơng trình nào khác.

Tác giả

Cơng Thanh

TIEU LUAN MOI download :


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới GS. TS. Trần Tân Tiến, là

người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tơi hồn thành luận án này.
Tôi xin cảm ơn các Thầy cô và các cán bộ trong khoa Khí tượng - Thủy văn
- Hải dương học đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý báu,
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi
học tập và thực hành ở Khoa.
Tôi cũng xin cảm ơn Phòng sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên đã tạo điều kiện cho tơi có thời gian hồn thành luận văn.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và
bạn bè, những người đã luôn ở bên cạnh cổ vũ, động viên và tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường.

Công Thanh

TIEU LUAN MOI download :


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

.......................................................................................................... 14

Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................... 14
Mục đích của luận án ................................................................................................... 15
Những đóng góp mới của luận án ................................................................................ 15
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...................................................................................... 16
Tóm tắt cấu trúc luận án ............................................................................................... 16

CHƯƠNG 1: Tổng quan về dự báo tổ hợp và dự báo tổ hợp quỹ đạo bão ............ 18
1.1 Cơ sở lý thuyết dự báo tổ hợp ................................................................................ 18
1.2 Các cách tạo nhiễu cho trường ban đầu bằng phương pháp BV ............................ 28

1.2.1 Phương pháp nuôi nhiễu ẩn (masked breeding) ................................................ 32
1.2.2 Phương pháp nuôi nhiễu tại Nhật và Châu Âu.................................................. 33
1.2.3 Phương pháp nuôi nhiễu kết hợp với quay nhân tố (Rotation breeding-RBV). 36
1.2.4 Kỹ thuật chuyển vị tổ hợp (ET-Breeding) ........................................................ 38
1.3 Các nghiên cứu và ứng dụng về nhiễu biên ngang (LBC) của hệ thống EPS ........ 39
1.4 Các nghiên cứu và ứng dụng về đa cơ chế vật lý và động lực của mơ hình để xây
dựng EPS .............................................................................................................. 40
1.5 Hoạt động của bão ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương và nghiên cứu dự báo bão
bằng phương pháp tổ hợp ..................................................................................... 42
1.5.1 Đặc điểm hoạt động bão tại khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương và biển Đông.42
1.5.2 Dự báo bão của các nước cho khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương bằng EPS . 44
1.5.3 Tình hình nghiên cứu dự báo bão ở trong nước ................................................ 51

CHƯƠNG 2: Phương pháp ni nhiễu khi có bão và lựa chọn các tham số cho mơ
hình RAMS để dự báo tổ hợp quỹ đạo bão ở Việt Nam. ................. 57
2.1 Nhiễu mơi trường và nhiễu xốy ............................................................................ 57
2.2 Đề xuất phương án nuôi nhiễu môi trường và nhiễu xốy khi có bão cho khu vực
Việt Nam ............................................................................................................... 58
2.2.1 Tạo nhân ban đầu .............................................................................................. 58
2.2.2 Phương pháp cài xốy giả cho trường GFS ...................................................... 59
2.2.3 Phương án ni nhiễu khi có bão ...................................................................... 60
2.2.4 Chuẩn hóa nhiễu mơi trường và nhiễu xốy ..................................................... 62

2.2.4.1 Chuẩn hóa nhiễu mơi trường ............................................................. 62
2.2.4.2 Chuẩn hóa nhiễu xốy ....................................................................... 63
2.2.5 Trực giao nhiễu mơi trường và nhiễu xốy ....................................................... 63

2.2.5.1 Trực giao nhiễu mơi trường .............................................................. 64
2.2.5.2 Trực giao nhiễu xốy ........................................................................ 64

1

TIEU LUAN MOI download :


2.3 Nhiễu trên biên ....................................................................................................... 64
2.4 Quy trình ni nhiễu. ............................................................................................. 65
2.5 Lựa chọn tham số cho mơ hình RAMS để dự báo bão ở Việt Nam....................... 66
2.5.1 Cấu hình miền tính ............................................................................................ 66
2.5.2 Giới thiệu sơ lược về mơ hình RAMS. ............................................................. 68

2.5.2.1 Các phương trình cơ bản của RAMS ................................................ 68
2.5.2.2 Cấu trúc lưới...................................................................................... 70
2.5.2.3 Các điều kiện biên ............................................................................. 71
2.5.2.4 Sơ đồ đối lưu ..................................................................................... 73
2.6 Số liệu sử dụng và phương pháp tìm tâm bão. ....................................................... 74
2.6.1 Số liệu ............................................................................................................... 74
2.6.2 Phương pháp dị tìm tâm bão ............................................................................ 75
2.7 Các phương pháp tổ hợp kết quả dự báo ................................................................ 76
2.7.1 Dự báo tất định từ các thành phần dự báo tổ hợp ............................................. 76

2.7.1.1 Trung bình đơn giản .......................................................................... 76
2.7.1.2 Dự báo siêu tổ hợp ............................................................................ 76
2.7.2 Dự báo xác suất từ các thành phần dự báo tổ hợp bão ...................................... 78
2.8 Đánh giá dự báo tổ hợp .......................................................................................... 80
2.8.1 Tính sai số khoảng cách .................................................................................... 80
2.8.2 Tính sai số ngang .............................................................................................. 81
2.8.3 Tính sai số dọc .................................................................................................. 81
2.8.4 Độ lệch chuẩn.................................................................................................... 82

CHƯƠNG 3: Dự báo tổ hợp quỹ đạo bão ở Việt Nam dựa trên phương pháp nuôi
nhiễu phát triển ................................................................................. 83
3.1 Khảo sát vai trị của các tham số trong mơ hình RAMS và vai trị của nhiễu xốy và
nhiễu mơi trường để dự báo quỹ đạo bão hạn 5 ngày ........................................... 83
3.1.1 Lựa chọn sơ đồ đối lưu trong mơ hình RAMS để dự báo quỹ đạo bão ................. 83
3.1.2 Cấu trúc nhân ban đầu ....................................................................................... 86
3.1.3 Ảnh hưởng của nhiễu môi trường tới quỹ đạo dự báo ...................................... 90

3.1.3.1 Phân tích quá trình phát triển của nhiễu mơi trường trong 24 giờ nuôi
nhiễu .............................................................................................................. 90
3.1.3.2. Ảnh hưởng của nhiễu môi trường tới quỹ đạo bão dự báo hạn 5 ngày 92
3.1.4 Ảnh hưởng của nhiễu xoáy tới quỹ đạo bão dự báo ......................................... 93

3.1.4.1 Phân tích q trình phát triển của nhiễu xốy trong 24 giờ ni nhiễu . 93
3.1.4.2. Ảnh hưởng của nhiễu xoáy tới quỹ đạo của bão hạn 5 ngày ........... 96

2

TIEU LUAN MOI download :


3.1.5 Ảnh hưởng của nhiễu môi trường kết hợp với nhiễu xốy tới dự báo quỹ đạo bão
97

3.1.5.1 Phân tích q trình phát triển của nhiễu mơi trường và nhiễu xốy
trong 24 giờ ni nhiễu.................................................................................. 97
3.1.5.2. Ảnh hưởng của nhiễu mơi trường kết hợp với nhiễu xốy tới quỹ đạo
dự báo của bão hạn 5 ngày ............................................................................ 98
3.1.6 Ảnh hưởng của nhiễu mơi trường, nhiễu xốy và sơ đồ đối lưu tới dự báo quỹ
đạo bão ........................................................................................................... 100

3.2 Dự báo tổ hợp quỹ đạo bão bằng phương pháp nuôi nhiễu phát triển ................. 102
3.2.1 Dự báo từ các thành phần tổ hợp .................................................................... 102
3.2.2 Dự báo tổ hợp bằng phương pháp trung bình đơn giản các thành phần tổ hợp104

3.2.3.1 Tuyển chọn nhân tố và bộ số liệu dùng để tuyển chọn. .................. 108
3.2.3.2 Phương trình dự báo siêu tổ hợp vị trí tâm bão .............................. 113
3.3 Thử nghiệm hệ thống dự báo tổ hợp cho một số cơn bão điển hình. ................... 115
3.3.1 Bão đổi hướng ................................................................................................. 116
3.3.2 Bão đôi ............................................................................................................ 116
3.3.3 Hướng di chuyển phức tạp .............................................................................. 117
3.4 Dự báo quỹ đạo bão bằng phương pháp xác suất ................................................. 118
3.5 Đề xuất quy trình dự báo bão hạn 5 ngày bằng hệ thống dự báo tổ hợp dựa trên
phương pháp nuôi nhiễu. .................................................................................... 121

KẾT LUẬN ........................................................................................................ 123
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN .................................................................................................... 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 127
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 136

3

TIEU LUAN MOI download :


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ tổ hợp của các thành phần dự báo tổ hợp tiêu biểu: a) là các thành
phần có độ tán tổ hợp tốt; b) là các thành phần có độ tán khơng tốt);
T: là trạng thái thực của khí quyển; C: dự báo kiểm chứng; P+, P- là
cặp nhiễu tổ hợp; A: trung bình của cặp nhiễu tổ hợp (Kalnay, 2003)

.......................................................................................................... 29
Hình 1.2 Chu kỳ nuôi những dao động phát triển (Toth và Kalnay, 1993) ............ 31
Hình 1.3 Chu kỳ tự ni những dao động phát triển (Toth và Kalnay, 1993) ....... 31
Hình 1.4 Sơ đồ nuôi một cặp nhiễu (Toth và Kalnay, 1997).................................. 32
Hình 1.5 Phương pháp ni nhiễu tại KMA (Lee, 2006) ....................................... 37
Hình 1.6 Phương pháp ni nhiễu kết hợp với quay tại KMA (Lee, 2006) ........... 37
Hình 1.7 Chu kỳ nuôi nhiễu bằng phương pháp ET; P1, P2, P3, P4: là trường dự
báo có nhiễu P1, P2, P3 và P4; ANL là trường phân tích (Toth, 2007)
.......................................................................................................... 38
Hình 1.8 Sai số dự báo của TMEPS (Choo, 2006) ................................................. 44
Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống dự báo tổ hợp bão của NMC Trung Quốc (Chen và nnk,
2009) ................................................................................................. 45
Hình 1.10 Sai số dự báo của hệ thống dự báo tổ hợp NMC, Trung Quốc (Chen và
nnk, 2009) ......................................................................................... 46
Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống dự báo tổ hợp bão của Viện nghiên cứu Thượng Hải,
Trung Quốc. a) là chu kỳ nuôi nhiễu; b) là phương pháp nuôi nhiễu
(Huang và nnk, 2007) ....................................................................... 47
Hình 1.12 Kỹ thuật đồng hóa xốy giả của JMA (Yamaguchi, 2012) ................... 48
Hình 1.13 Sai số dự báo quỹ đạo bão của hệ thống dự báo tất định JMA
(Yamaguchi, 2012) ........................................................................... 49
Hình 1.14 Bản đồ dự báo xác suất quỹ đạo và cường độ bão hạn 3 ngày (a) và 5
ngày (b) của hệ thống dự báo xác suất JMA (Yamaguchi, 2012) .... 49
Hình 1.15 Sai số dự báo quỹ đạo bão của các trung tâm trên thế giới cho khu vực
Tây Bắc Thái Bình Dương: hình a, b, c tương ứng các năm 2009,
2010, 2011 ( .... 51
Hình 2.1 Cách tạo nhân ban đầu ............................................................................. 59
Hình 2.2 Sơ đồ 1 cặp nhiễu tổ hợp dự báo được nuôi trong 24 giờ trước thời điểm
làm dự báo T00 ................................................................................. 60
Hình 2.3 Sơ đồ ni nhiễu mơi trường kết hợp với nhiễu xốy trong 1 kỳ ni (từ
thời điểm trước 24 giờ tới thời điểm trước 18 giờ). ......................... 61

Hình 2.4 Chu kỳ ni nhiễu ................................................................................... 65
Hình 2.5 Miền dự báo quỹ đạo bão ........................................................................ 67
Hình 2.6 Dự báo siêu tổ hợp (Kisnamurti và Jordan, 2005)................................... 77
Hình 2.7 Mơ tả vòng tròn dự báo (Kishimoto, 2009) ............................................. 79

4

TIEU LUAN MOI download :


Hình 2.8 Sơ đồ mơ tả cách tính sai số ................................................................... 80
Hình 3.1 Quỹ đạo cơn bão Washi ( ....................................... 83
Hình 3.2 Quỹ đạo dự báo khi thay đổi 3 sơ đồ đối lưu ngày 13/12/2011+120h;
Tròn rỗng: Qũy đạo trung bình tổ hợp; Tam giác: Quỹ đạo thực; Sao:
KUO; chấm trịn đặc: KFCT; mũi tên: KF ....................................... 84
Hình 3.3 Sai số vị trí khi thay đổi 3 sơ đồ đối lưu ngày 13/12/2011+120h ........... 85
Hình 3.4 Biểu đồ sai số vị trí tâm bão dự báo bằng mơ hình RAMS ..................... 85
Hình 3.5 Biểu đồ sai số dọc (a) và ngang (b) của tâm bão dự báo bằng mơ hình
RAMS ............................................................................................... 86
Hình 3.6 Trường nhiễu tốc độ gió (m/s) của nhân D3 tại mực 850 hpa ................. 87
Hình 3.7 Trường nhiễu nhiệt (độ C) của nhân D3 tại mực 850 hpa ....................... 87
Hình 3.8 Trường nhiễu tốc độ gió (m/s) của nhân D3 cắt qua vĩ tuyến 6N lúc 12h
ngày 13/12/2011. .............................................................................. 88
Hình 3.9 Trường nhiễu nhiệt (độ C) của nhân D3 cắt qua vĩ tuyến 6N lúc 12h ngày
13/12/2011 ........................................................................................ 89
Hình 3.10 Trường nhiễu nhiệt (độ C) và trường nhiễu tốc độ gió (m/s) tại mực 850hpa
được tạo từ phân bố chuẩn Gause với độ lớn của nhiễu trường gió là 3
m/s và nhiệt độ là 10C. ....................................................................... 89
Hình 3.11 Trường nhiễu nhiệt (độ C) và trường nhiễu gió (m/s) cắt qua vĩ tuyến 6N
được tạo từ phân bố chuẩn Gause với độ lớn của nhiễu trường gió là 3

m/s và nhiệt độ là 10C. ....................................................................... 90
Hình 3.12 Bản đồ ghép chồng các hạn trước thời điểm dự báo -24 và 00 giờ các
của trường địa thế vị trung bình theo phương thẳng đứng trong
trường hợp ni nhiễu mơi trường. .................................................. 91
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 mơi trường. ........................... 93
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.............................................................. 94
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 .................................................. 95
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 ........................................................................................ 95

5

TIEU LUAN MOI download :


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. ..................................... 97
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 ni nhiễu mơi trường và nhiễu xốy. ........................... 98
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 nhiễu môi trường và nhiễu xốy..... 99
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 ni
nhiễu mơi trường (chấm tam giác), chỉ ni nhiễu xốy (nét liên
chấm vuông) và trường hợp nuôi kết hợp nhiễu xốy và nhiễu mơi
trường (chấm trịn) .......................................................................... 100
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 trịn đặc) ................................... 101
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.
........................................................................................................ 102
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. ............................. 104
Hình 3.24 Sai số vị trí trung bình của các dự báo tổ hợp trung bình .................... 105
Hình 3.25 Đồ thị sai số khoảng trung bình của các thành phần dự báo tổ hợp trung
bình trước và sau hiệu chỉnh ........................................................... 106
Hình 3.26 Đồ thị sai số thành phần KUO-01và thành phần KUO+KF+KFCT ... 107
Hình 3.27 Đồ thị biểu diễn tốc độ suy giảm sai số khoảng cách khi tăng số thành
phần................................................................................................. 113
Hình 3.28 Sai số vị trí trung bình của dự báo siêu tổ hợp và trung bình tổ hợp 25
thành phần trên bộ số liệu năm 2012 và 2013 ................................ 114
Hình 3.29 Sai số dọc trung bình của dự báo siêu tổ hợp và trung bình tổ hợp 25
thành phần trên bộ số liệu năm 2012 và 2013 ................................ 114
Hình 3.30 Sai số ngang trung bình của dự báo siêu tổ hợp và trung bình tổ hợp 25
thành phần trên bộ số liệu năm 2012 và 2013 ................................ 115

Hình 3.31 Dự báo 00UTC ngày 18/10/2010 (b) bằng phương pháp siêu tổ hợp
(chấm trịn đăc) , phương pháp trung bình tổ hợp (tam giác) và quỹ
đạo thực (chấm tròn rỗng) của cơn bão Megi; a) là quỹ đạo thực
(JMA). ............................................................................................. 116

6

TIEU LUAN MOI download :


Hình 3.32 Dự báo quỹ đạo bão 12UTC ngày 27/10/2011 (c) bằng phương pháp
siêu tổ hợp (chấm tròn đăc) , phương pháp trung bình tổ hợp (tam
giác) và quỹ đạo thực (chấm tròn rỗng) của cơn bão nesat và nalgae;
a) là quỹ đạo thực của cơn bão NESAT; b) là quỹ đạo thực của cơn
bão Nalgae (JMA). ......................................................................... 117
Hình 3.33 Dự báo quỹ đạo bão 12UTC ngày 30/09/2012 (b) bằng phương pháp siêu tổ
hợp (chấm tròn đặc), phương pháp trung bình tổ hợp (tam giác) và quỹ
đạo thực (chấm trịn rỗng) của cơn bão Gaemi từ 29/9/2012 đến
7/10/2012; a) là quỹ đạo thực cơn bão Gaemi (JMA) ........................ 118
Hình 3.34 Biểu đồ quan hệ giữa độ tán tổ hợp và sai số vị trí (độ tán tổ hợp của 1
trường hợp dự báo được xác định bằng tổng tích lũy 6 giờ của độ tán
tổ hợp từ 6 đến 120 giờ dự báo) ..................................................... 119
Hình 3.35 Sai số vị trí dự báo trung bình dựa trên chỉ số tin cậy A,B,C .............. 120
Hình 3.36 Dự báo quỹ đạo và độ tán tổ hợp của cơn bão Bopha 12 giờ ngày
29/11/2012 ...................................................................................... 120
Hình 3.37 Quy trình dự báo tổ hợp quỹ đạo bão hạn 5 ngày ............................... 122
Hình 4.1 Trường nhiễu gió (m/s) của nhân D1, D2, D3, D4, D5, D6 tại mực 850
hpa................................................................................................... 137
Hình 4.2 Trường nhiễu nhiệt (độ C) của nhân D1, D2, D3, D4, D5, D6 tại mực 850
hpa................................................................................................... 138

Hình 4.3 Trường nhiễu gió (m/s) của nhân D1, D2, D3, D4, D5, D6 cắt qua vĩ
tuyến 6N lúc 12h ngày 13/12/2011. ............................................... 139
Hình 4.4 Trường nhiễu nhiệt (độ C) của nhân D1, D2, D3, D4, D5, D6 cắt qua vĩ
tuyến 6N lúc 12h ngày 13/12/2011 ................................................. 140
Hình 4.5 Bản đồ ghép chồng các hạn trước thời điểm dự báo -24, -18, -12, -06 và
00 giờ các của trường địa thế vị (a-24, a-18, a-12, a-06, a-00), gió (b24, b-18, b-12, b-06, b-00), nhiệt (c-24, c-18, c-12, c-06, c-00) trung
bình theo phương thẳng đứng trong trường hợp ni nhiễu mơi
trường.............................................................................................. 142
Hình 4.6 Bản đồ ghép chồng các hạn trước thời điểm dự báo -24, -18, -12, -06 và
00 giờ các của trường địa thế vị (a-24, a-18, a-12, a-06, a-00), gió (b24, b-18, b-12, b-06, b-00), nhiệt (c-24, c-18, c-12, c-06, c-00) trung
bình theo phương thẳng đứng trong trường hợp ni nhiễu xốy. . 143
Hình 4.7 Bản đồ trường gió (m/s) của trường GFS có cài xốy giả (D0) và các
trường GFS có cài xốy giả kết hợp với nhiễu D1, D2, D3, D4, D5,
D6 cắt qua vĩ tuyến 6N lúc 12h ngày 14/12/2011 .......................... 144
Hình 4.8 Bản đồ ghép chồng các hạn trước thời điểm dự báo -24, -18, -12, -06 và
00 giờ các của trường địa thế vị (a-24, a-18, a-12, a-06, a-00), gió (b24, b-18, b-12, b-06, b-00), nhiệt (c-24, c-18, c-12, c-06, c-00) trung
bình theo phương thẳng đứng trong trường hợp nuôi nhiễu môi
trường và nhiễu xoáy. ..................................................................... 146

7

TIEU LUAN MOI download :


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Hệ thống dự báo tổ hợp quy mô vừa (SREF) của NCEP (Du, 2011) ..... 42
Bảng 1.2 Các giá trị trung bình số lượng bão theo từng thập kỉ trên khu vực Tây
Bắc Thái Bình Dương và Biển Đông (Đinh Văn Ưu, 2009) ............ 42
Bảng 1.3 Bão hoạt động trên Biển Đông thời kỳ 1959-2008 (Bộ tài nguyên môi
trường, 2012) .................................................................................... 43

Bảng 1.4 Bão đổ bộ vào Việt Nam 1959-2008 (Bộ tài nguyên môi trường, 2012)43
Bảng 1.5: Sai số dự báo của Viện nghiên cứu Thượng Hải, Trung Quốc (Chen và
nnk, 2009) ......................................................................................... 47
Bảng 2.1 Cấu hình dự báo bão 5 ngày ở Biển Đơng .............................................. 67
Bảng 2.2 Các kí hiệu chính được sử dụng trong mơ hình ...................................... 68
Bảng 2.3 Tên các cơn bão thử nghiệm ................................................................... 75
Bảng 3.1. Số trường hợp thử nghiệm ở các hạn dự báo ....................................... 102
Bảng 3.2. Ký hiệu các thành phần theo các sơ đồ đối lưu trong mơ hình RAMS và
trường ban đầu ................................................................................ 103
Bảng 3.3 Bảng ký hiệu các phương án tổ hợp trung bình đơn giản ..................... 104
Bảng 3.4 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 10 thành phần đầu của 40
phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão ........................................ 109
Bảng 3.5 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 20 thành phần đầu của 40
phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão ........................................ 109
Bảng 3.6 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 25 thành phần đầu của 40
phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão ........................................ 110
Bảng 3.7 Số lần xuất hiện của các thành phần trong 30 thành phần đầu của 40
phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão ........................................ 111
Bảng 3.8 Bảng sai số khoảng cách của dự báo siêu tổ hợp .................................. 111
Bảng 3.9 Tốc độ trung bình suy giảm sai số khi tăng 1 thành phần dự báo ở các hạn
dự báo ............................................................................................. 112
Bảng 3.10 Độ tin cậy của từng hạn dự báo........................................................... 119
Bảng 3.11 Độ tin cậy của từng hạn dự báo của cơn bão Bopha ........................... 121
Bảng 4.1 Bảng sai số khoảng cách trung bình của các cơn bão trong 4 năm 2009,
2010, 2011 và 2012 ........................................................................ 147
Bảng 4.2 Bảng sai số dọc trung bình của các cơn bão trong 4 năm 2009, 2010,
2011 và 2012................................................................................... 148
Bảng 4.3 Bảng sai số ngang trung bình của các cơn bão trong 4 năm 2009, 2010,
2011 và 2012................................................................................... 149
Bảng 4.4 Bảng sai số khoảng cách trung bình của các cơn bão trong 4 năm 2009,

2010, 2011 và 2012 bằng phương án tổ hợp .................................. 150

8

TIEU LUAN MOI download :


Bảng 4.5 Bảng sai số khoảng cách trung bình của các cơn bão trong 4 năm 2009,
2010, 2011 và 2012 bằng phương án tổ hợp sau khi hiệu chỉnh .... 151
Bảng 4.6 Bảng phương trình hồi quy hạn 24 giờ ................................................. 152
Bảng 4.7 Bảng phương trình hồi quy hạn 48 giờ ................................................. 153
Bảng 4.8 Bảng phương trình hồi quy hạn 72 giờ ................................................. 154
Bảng 4.9 Bảng phương trình hồi quy hạn 96 giờ ................................................. 155
Bảng 4.10 Bảng phương trình hồi quy hạn 120 giờ ............................................. 156

9

TIEU LUAN MOI download :


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Ký hiệu

Từ gốc

viết tắt

Ý nghĩa

BARO

Barotropic Model

Mơ hình chính áp

BGM

Breeding of Growing Modes

Ni những dao động phát triển

BOG

Bogus

Xốy giả

BV

Bred Vectors

Véc tơ ni

CDC

Climate Diagnostics Center

Trung tâm chuẩn đốn khí hậu Hoa Kỳ

CMA

CNOP

China Meteorological
Administration
The Conditional Nonlinear

Phương pháp cực đại hóa nhiễu phi

Optimal Perturbation

tuyến

The Center for Weather
CPTEC

Forecasts and Climate
Studies

EnKF
EOF

Cục khí tượng Trung Quốc

Ensemble Kalman Filtering
Empirical orthogonal
function

Trung tâm nghiên cứu dự báo thời tiết
và khí hậu Brazil

Phương pháp tổ hợp lọc Kalman
Hàm trực giao tự nhiên

EPS

Ensemble Prediction System

Hệ thống dự báo tổ hợp

ET

Ensemble Transform

Kỹ thuật biến đổi tổ hợp

ETA

ETA model

Mơ hình ETA

ETKF

Ensemble Transform Kalman Phương pháp tổ hợp chuyển vị lọc
Filter

Kalman

Fleet Numerical
FNMOC

Meteorological &

Hải quân Hoa Kỳ

Oceanographic Center

10

TIEU LUAN MOI download :


GFS

Global Forecast System

Mơ hình dự báo tồn cầu của trung tâm
NCEP

Abbreviation of Global
GRAPES_
TCM

/Regional. Assimilation and
PrEdiction System Regional Typhoon Prediction

Hệ thống tổ hợp dự báo bão của Trung
Quốc

Model

HRM
IC
JMA

KF

High-resolution Regional
Model
Initial Condition
Japan Meteorological
Agency
Kain-Fritsch convective
parameterization scheme

Mơ hình khu vực có độ phân giải cao
Điều kiện ban đầu
Cục khí tượng Nhật Bản
Sơ đồ đối lưu KF

Modification of the KainKFCT

Fritsch convective
parameterization scheme by

Sơ đồ đối lưu KF cải tiến

Nguyen Minh Truong
KMA

KUO

Korea Meteorological
Administration
KUO convective
parameterization scheme

Cục khí tượng Hàn Quốc
Sơ đồ đối lưu KUO

LAF

Time-Lagged approach

Phương pháp dự báo trung bình trễ

LAM

Limited-Area Model

Mơ hình khu vực hạn chế

LBC

Lateral Boundary Condition

Điều kiện biên xung quanh

LEKF

MM5

Local Ensemble Transform
Kalman Filter
The NCAR/PSU 5th

Tổ hợp lọc Kalman địa phương
Mơ hình qui mơ vừa thế hệ thứ 5 của

Generation Mesoscale Model NCAR

11

TIEU LUAN MOI download :


The Met Office Global and
MOGREPS Regional Ensemble

Hệ thống tổ hợp toàn cầu và khu vực
MOGREPS – của Anh

Prediction System
NCEP

NCMRWF

NOAA
PO
RAMS

REPS

RSM
SLAF

SREF

SV

National Centers for

Trung tâm Quốc gia dự báo Môi trường

Environmental Prediction

Hoa Kỳ

National Centre for Medium

Trung tâm Quốc gia dự báo hạn vừa của

Range Weather Forecasting

Kỳ

National Oceanic and

Cơ quan Quản lý khí quyển và đại

Atmospheric Administration

dương Hoa Kỳ

Perturbed Observations

Nhiễu thám sát

Regional Atmospheric
Modeling System
Regional Ensemble
Prediction System
Regional Spectral Model
Scaled Time-Lagged
approach
Short-Range Ensemble
Forecasting
Singular Vector
Tropical Cyclone limited

TCLAP

analysis and prediction
system

TEPS
TLM

Mơ hình dự báo khí quyển khu vực
Hệ thống dự báo tổ hợp khu vực (REPS)
được sử dụng tại miền bắc của Trung

Quốc
Mơ hình phổ khu vực
Dự báo trung bình trễ có chuẩn hóa

Dự báo tổ hợp hạn ngắn của NCEP

Véc tơ kì dị
Hệ thống phân tích và dự báo bão nhiệt
đới.

Typhoon Ensemble

Hệ thống dự báo bão tổ hợp của Nhật

Prediction System

Bản

Tangent Linear Model

Mơ hình tiếp tuyến tuyến tính

12

TIEU LUAN MOI download :


WBAR
WEPS

WRF

Weber's Barotropic Model

Mơ hình chính áp của Weber

One-Week Ensemble

Hệ thống dự báo tổ hợp dự báo thời tiết

Prediction System

tuần của Nhật Bản

Weather Research and
Forecasting

Mơ hình nghiên cứu và dự báo thời tiết

13

TIEU LUAN MOI download :


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Bão và áp thấp nhiệt đới (gọi chung là xoáy thuận nhiệt đới, ký hiệu
XTNĐ) là hiện tượng thời tiết nguy hiểm, XTNĐ xuất hiện kèm theo mưa to
gió lớn thường mang lại những hiện tượng thiên tai như gây lũ lụt trên diện
rộng hay nước dâng trong vùng biển nơi XTNĐ đi qua. Theo tổ chức khí

tượng thế giới (www.wmo.int) “Việt Nam nằm ở khu vực của ổ bão ở Tây
Bắc Thái Bình Dương (30 cơn/năm, chiếm 38% số bão trên toàn cầu)”. Vì
vậy, hàng năm nước ta chịu thiệt hại nặng nề do bão gây ra cả về tài sản vật
chất và con người, cùng với đó, nhà nước đã phải bỏ ra nhiều tỷ đồng khắc
phục hậu quả do bão gây ra. Một trong những nỗ lực nhằm làm giảm chi phí
thiệt hại về tài sản và con người do bão là dự báo tương đối chính xác đường
đi của bão. Hiện nay các mơ hình số dự báo thời tiết và dự báo bão đã được
đưa vào ứng dụng nghiệp vụ và nghiên cứu ở Việt Nam. Tuy nhiên, chất
lượng dự báo bão của các mơ hình này nhiều lúc chưa đáp ứng được yêu cầu
thực tế đặt ra do sai số dự báo quĩ đạo còn lớn, hạn dự báo ngắn.
Về hạn dự báo, từ trước đến nay chưa có cơng trình nào ở Việt Nam đặt ra
dự báo quỹ đạo bão đến 5 ngày trong khi Nhật Bản, Hoa Kỳ, Trung Quốc ...
đã dự báo nghiệp vụ đến 5 ngày. Sai số vị trí quỹ đạo bão trong các trường
phân tích và dự báo tồn cầu rất lớn. Để nâng cao độ chính xác của các mơ
hình số trong dự báo bão nhất thiết phải cải thiện trường ban đầu. Giải quyết
bài toán trường ban đầu đối với bão bằng phương pháp cài xoáy giả ba chiều,
những nghiên cứu trước đây cho thấy đây là một trong những cách tiếp cận có
hiệu quả. Tuy nhiên xốy ba chiều chỉ có thể cải thiện được vị trí ban đầu của
bão chứ chưa phản ánh được chính xác được cấu trúc bất đối xứng của bão

14

TIEU LUAN MOI download :


trong thực tế. Vì vậy, bài tốn ni nhiễu cho khu vực có bão (nhiễu xốy) sẽ
giúp mơ tả cấu trúc bão tốt hơn. Ngoài ra, để cải tiến trường ban đầu, trong
luận án này cịn tính tới nhiễu ở khu vực bên ngồi bão (nhiễu mơi trường).
Bản chất của việc tìm nhiễu này là do số liệu khí tượng ln chứa sai số nên
khơng thể tìm được trường khí tượng chính xác. Chúng ta chỉ có thể xác định

được các trường này bằng phương pháp phân tích khách quan với một sai số
nhất định, các sai số này chính là trường nhiễu mà ta cần tìm. Khi xác định
được trường nhiễu bằng phương pháp tìm độ bất định như nuôi nhiễu, véc tơ
kỳ dị, EnKF ..., các trường nhiễu này sẽ được cộng vào trường phân tích để
tạo ra trường phân tích mới chính xác hơn.
Bên cạnh cải tiến trường ban đầu, để tăng thêm độ chính xác dự báo cần
thay đổi các sơ đồ đối lưu khác nhau trong mơ hình khu vực RAMS để tạo ra
hệ thống dự báo tổ hợp khu vực nhằm mục đích dự báo bão được đặt ra trong
luận án này là phù hợp và khả thi với điều kiện Việt Nam.
Mục đích của luận án
Luận án nhằm mục đích sau:
-

Cải tiến và áp dụng thành công kỹ thuật nuôi nhiễu phát triển trên
mơ hình RAMS khi có bão trên khu vực Tây Bắc Thái Bình
Dương.

-

Xây dựng được quy trình dự báo tổ hợp quỹ đạo bão ảnh hưởng
đến Việt Nam hạn 5 ngày bằng phương pháp tổ hợp dựa trên
phương pháp nuôi nhiễu phát triển.

Những đóng góp mới của luận án
-

Áp dụng và cải tiến phương pháp nuôi nhiễu tạo trường ban đầu
khi có bão và thử nghiệm thành cơng ở Việt Nam.

-

Xây dựng được phương pháp dự báo tổ hợp quỹ đạo bão hạn 5
ngày ảnh hưởng tới Việt Nam và đề xuất được qui trình dự báo.

15

TIEU LUAN MOI download :


Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
-

Đã chỉ ra được phương pháp nuôi nhiễu phát triển cải tiến có thể áp
dụng trong trường hợp có bão trên khu vực nghiên cứu.

-

Đã chứng minh được qui trình dự báo qũy đạo bão hạn 5 ngày
bằng phương pháp nuôi nhiễu phát triển là phù hợp với điều kiện
Việt Nam.

Ý nghĩa thực tiễn
-

Dự báo tổ hợp quĩ đạo bão với hạn 5 ngày bằng phương pháp ni
nhiễu góp phần nâng cao chất lượng dự báo, kéo dài thời hạn dự
báo, khách quan hóa vấn đề dự báo quĩ đạo bão.

-

Sản phẩm dự báo quĩ đạo bão với thời hạn trước 5 ngày đáp ứng
nhu cầu cấp bách của xã hội trong việc phòng chống kịp thời, hạn
chế thiệt hại về người và của cải đặc biệt là đối với các hoạt động
kinh tế - xã hội.

Tóm tắt cấu trúc luận án
Ngoài các mục mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, v.v... nội
dung chính của luận án bao gồm:
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO TỔ HỢP VÀ DỰ BÁO TỔ HỢP QUỸ ĐẠO BÃO.
Chương này giới thiệu cơ sở lý thuyết về dự báo tổ hợp, đặc điểm bão hoạt
động trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương và Việt Nam. Ngồi ra trong
phần này cịn giới thiệu chi tiết các phương pháp nuôi nhiễu để tạo trường ban
đầu và nhiễu biên. Cuối chương trình bày các cơng trình nghiên cứu cải tiến
trường ban đầu bằng phương pháp cài xoáy, dự báo tổ hợp bão ở trong nước
và quốc tế.

16

TIEU LUAN MOI download :


CHƯƠNG 2:
PHƯƠNG PHÁP NI NHIỄU KHI CĨ BÃO VÀ LỰA CHỌN CÁC
THAM SỐ CHO MƠ HÌNH RAMS ĐỂ DỰ BÁO TỔ HỢP QUỸ ĐẠO BÃO
Ở VIỆT NAM.
Chương này trình bày phương án ni nhiễu mơi trường và nhiễu xốy cho
trường ban đầu để dự báo bão hạn 5 ngày. Bên cạnh đó, nêu các lý do và lựa
chọn miền tính, lưới tính, mơ hình, các thơng số trong mơ hình, phương pháp

cài xoáy giả, các phương pháp tổ hợp, đánh giá tổ hợp cũng được đề cập.
CHƯƠNG 3:
DỰ BÁO TỔ HỢP QUỸ ĐẠO BÃO Ở VIỆT NAM DỰA TRÊN PHƯƠNG
PHÁP NI NHIỄU PHÁT TRIỂN.
Trong chương 3 trình bày các khảo sát ảnh hưởng của nhiễu xốy, nhiễu mơi
trường và kết hợp nhiễu xốy và nhiễu mơi trường đến dự báo quỹ đạo của
cơn bão Washi hạn dự báo 5 ngày bằng phương pháp nuôi nhiễu được đề xuất
trong chương 2. Áp dụng phương pháp này để dự báo thử nghiệm cho 199
trường hợp trong 5 năm từ 2009 đến 2013. Kết quả dự báo được sử dụng để
xây dựng phương án tổ hợp trung bình đơn giản và siêu tổ hợp của 25 dự báo
thành phần. Đã đánh giá sai số dọc, ngang, khoảng cách của dự báo tổ hợp.
Bên cạnh đó cịn đưa ra phương án dự báo xác suất quỹ đạo bão. Cuối chương
đề xuất quy trình dự báo bão bằng hệ thống dự báo tổ hợp dựa trên phương
pháp nuôi nhiễu.

17

TIEU LUAN MOI download :


CHƯƠNG 1: Tổng quan về dự báo tổ hợp
và dự báo tổ hợp quỹ đạo bão
1.1 Cơ sở lý thuyết dự báo tổ hợp
Để giảm thiểu những tác hại do bão gây ra, rất nhiều phương pháp được sử
dụng để dự báo cường độ và quỹ đạo bão như phương pháp synop, thống kê,
số trị ... Hiện nay, các mô hình số dự báo thời tiết đã được đưa vào ứng dụng
nghiệp vụ và nghiên cứu ở Việt Nam. Tuy nhiên, chất lượng dự báo bão của
các mơ hình này nhiều lúc chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế đặt ra do sai số
dự báo quĩ đạo và cường độ còn lớn. Nguyên nhân cơ bản là do sai số vị trí và
cường độ của bão trong các trường phân tích và dự báo tồn cầu, cùng với các

xấp xỉ vật lý và thuật toán chưa tốt tồn tại trong mỗi mơ hình. Để nâng cao độ
chính xác của các mơ hình số trong dự báo bão nhất thiết phải cải thiện trường
ban đầu và áp dụng các biện pháp thống kê để loại bỏ các sai số hệ thống.
Vấn đề cải tiến trường ban đầu cho các mô hình dự báo bão, từ trước tới nay
trên thế giới thường sử dụng kỹ thuật ban đầu hóa xốy nhằm xây dựng được
một xốy nhân tạo có cấu trúc và vị trí gần với xốy thực hơn để tạo trường
ban đầu cho các mơ hình số.
Gần đây, để cải tiến trường ban đầu, các trung tâm trên thế giới nghiên cứu
và áp dụng các phương pháp đồng hóa số liệu hay cấy và nuôi nhiễu cho
trường ban đầu. Các trường ban đầu sau khi được cải tiến sẽ được sử dụng để
làm trường ban đầu cho mơ hình dự báo số, các sản phẩm dự báo số được sử
dụng trong bài toán tổ hợp. Lorenz (1963) [87] với giả thuyết rằng: “Các
nghiệm số thu được trong q trình tích phân mơ hình theo các điều kiện ban
đầu khác nhau (có chứa sai số) có thể phân kì theo thời gian”. Điều này được
giải thích bằng hiệu ứng Butterfly: do bản chất phi tuyến của các phương trình
mơ tả khí quyển nên những sai số nhỏ không thể đo được trong trạng thái ban
18

TIEU LUAN MOI download :


đầu của khí quyển sẽ trở thành những sai số đủ lớn sau một khoảng thời gian
tích phân (2 tuần). Những nghiên cứu của Lorenz (1963, 1969) [87, 88] cho
thấy khả năng dự báo trạng thái khí quyển bị hạn chế chủ yếu là do 2 nguyên
nhân chính. Nguyên nhân thứ nhất là sai số phân tích, sai số này được xác
định bằng sự khác biệt giữa trạng thái thực của khí quyển và trạng thái phân
tích trường ban đầu. Ngun nhân thứ hai là sai số của mơ hình, do mơ hình
chưa mơ tả được hết các q trình vật lý phức tạp trong tự nhiên.
Nghiên cứu sau này của Toth và Kalnay (1993) [109] về tổ hợp các sản
phẩm dự báo của mơ hình sử dụng trường ban đầu có chứa nhiễu ni cũng

cho thấy tầm quan trọng và tính năng ưu việt của khả năng dự báo trạng thái
khí quyển theo khơng gian và thời gian. Kết quả nghiên cứu cho thấy: “Nếu
dự báo cho độ chính xác thấp tại một khu vực nào đó là dấu hiệu của sự bất
định của dòng cơ bản. Các sai số nhỏ của trường ban đầu (hoặc khơng hồn
hảo trong mơ hình) sẽ phát triển với biên độ lớn trong thời gian hữu hạn”. Các
đặc tính ổn định của dao động phát triển trong dòng cơ bản đã được nghiên
cứu và sử dụng trong các véc tơ như: véc tơ Lyapunov (Kalnay, 2003) [73]
hay véc tơ kỳ dị (Lorenz, 1965) [88] và véc tơ nuôi (Cai, 2002) [42].
Theo nghiên cứu của Du (2007) [53]: “Dự báo tổ hợp là một phương pháp
động lực. Dòng cơ bản phụ thuộc vào định lượng của độ bất định dự báo (sai
số ngày) và cung cấp thông tin cơ sở để liên kết giữa độ bất định dự báo và độ
tin cậy dự báo cho người dùng để sau đó có thể được chuẩn bị tốt nhất”. Cũng
theo ơng, ba đặc tính cơ bản cần phải tuân theo khi nghiên cứu những dao
động của nhiễu phát triển nhanh trong trường ban đầu: “Tính sát thực, tính
phân kỳ và tính trực giao. Trong đó tính sát thực là độ lớn của nhiễu cần nằm
trong cỡ của sai số phân tích thực và đặc trưng cho phân bố phổ thực tế trên
quy mô không gian. Độ bất định của trường ban đầu lớn ở trong các sóng quy
mơ nhỏ (khó quan trắc được) và nhỏ trong các sóng quy mơ lớn (dễ quan trắc
được). Tính phân kỳ là các nhiễu cần có cấu trúc phát triển động lực trong các
19

TIEU LUAN MOI download :


thành phần sao cho các thành phần này phân nhánh nhiều nhất trong q trình
tích phân mơ hình để chúng chứa tất cả các trường hợp có thể xảy ra trong
khơng gian của mơ hình. Tính trực giao là các nhiễu thành phần cần được trực
giao để cực đại hóa dung lượng thơng tin chứa trong tổ hợp, tính chất này đặc
biệt quan trọng trong dự báo tổ hợp các q trình quy mơ nhỏ”.
Phát triển tiếp ý tưởng của Lorenz, Epstein (1969) [58] đề xuất cách tiếp

cận phương pháp ngẫu nhiên động lực lý thuyết, phương pháp này mô tả phân
bố sai số dự báo (trung bình, phương sai và hàm mật độ xác suất) trong các
phương trình của mơ hình. Tuy nhiên, phương án này là khơng khả thi vì
năng lực tính tốn hạn chế tại thời điểm đó. Số lượng các phương trình dự báo
cần để giải bài tốn là q lớn cho hệ thống khí quyển thực. Đến năm 1974,
Leith [86] đề xuất ý tưởng thực hiện dự báo tổ hợp với số lượng thành phần
tham gia tổ hợp hạn chế thay vì chỉ sử dụng 1 mơ hình riêng lẻ (phương pháp
Monte Carlo). Nhiễu ngẫu nhiên mơ tả tốt độ lớn trung bình của độ bất định
trường ban đầu trong phân tích (tính sát thực), nhưng nó có những hạn chế
trong việc phát triển cấu trúc không gian động lực và không phản ánh được
“sai số ngày”. Kết quả là, nhiễu phát triển với tốc độ chậm và do đó, tính phân
kỳ giữa các thành phần trong trường hợp này thường không lý tưởng. Leith
cũng đề xuất phương pháp "ước lượng tối ưu", phương pháp này được tính
bằng hồi quy tuyến tính trên các dự báo động lực với trọng số tối ưu được xác
định từ ma trận sai số.
Năm 1983, Hoffman và Kalnay [65] đề xuất phương pháp dự báo trung
bình trễ (LAF) để thay thế cho phương pháp dự báo Monte Carlo, trong đó
trạng thái ban đầu tại thời điểm t=0, được lấy từ các kỳ quan trắc trước (t=-t,
-2t, …,-(n-1)t) với t là khoảng cách giữa các kỳ quan trắc t=06. Tất cả các
trạng thái ban đầu này được đưa vào mô hình dự báo và kết quả chúng tạo ra
được một bộ tổ hợp. Ưu điểm của phương pháp LAF có thể chỉ ra lỗi của
một dự báo cũ tại thời điểm t=0 (thời điểm ban đầu) một cách trực tiếp như

20

TIEU LUAN MOI download :


một nhiễu của trường ban đầu, chúng có thể phản ánh “sai số ngày” và có
cấu trúc động lực phát triển của độ tán tổ hợp lớn hơn so với phương pháp

nhiễu ngẫu nhiên. Ngồi ra, phương pháp LAF cịn có ưu điểm là nhiễu sinh
ra hồn tồn tự do và không cần tạo nhiễu trường ban đầu cho tổ hợp. Tuy
nhiên trong các nghiên cứu sau này đã chỉ ra 2 nhược điểm của dự báo trễ là:
Một dự báo tổ hợp LAF lớn sẽ phải bao gồm dự báo quá "cũ". Nhược điểm
thứ hai của LAF là do khơng sử dụng trọng số tối ưu, trung bình của dự báo
tổ hợp LAF có thể bị giảm bởi các thông tin dự báo quá cũ. Khắc phục
nhược điểm trên, năm 1991, Ebisuzaki và Kalnay [56] giới thiệu một biến
thể của dự báo trễ hay còn gọi dự báo trung bình trễ có chuẩn hóa (SLAF).
Các nhiễu thu được bằng cách tính tốn các sai số dự báo của các dự báo
được bắt đầu tại thời điểm t=-jτ, với j=1,. . . N - 1. Với giả thiết rằng các sai
số phát triển tuyến tính với thời gian trong 2-3 ngày đầu, trường phân tích
được trừ (hoặc cộng) với các nhiễu này để tạo ra các trường ban đầu mới.
Những lợi thế của dự báo SLAF là: Các nhiễu ban đầu của các thành phần
tham gia dự báo tổ hợp có kích thước xấp xỉ như nhau. Ưu điểm thứ hai của
SLAF là số lượng thành phần tham gia dự báo tăng gấp đôi đối với dự báo
trễ. Hai phương pháp dự báo tổ hợp LAF và SLAF được sử dụng ở trung
tâm NCEP từ những năm 1991. Kết quả bước đầu cho thấy nhiễu ban đầu
của hai phương pháp này đều phát triển nhanh hơn so với phương pháp
Monte Carlo về cả kích thước cũng như phân bố thống kê. Nhược điểm của
phương pháp SLAF là nó khơng thể tạo được tổ hợp với các thành phần có
kích cỡ đủ lớn do số lượng mẫu dự báo cũ có chất lượng tốt có thể sử dụng
bị giới hạn trong thực tế (không thể lấy các dự báo quá cũ để làm nhiễu ban
đầu). Mặt khác, chất lượng của dự báo sẽ bị giảm xuống đáng kể nếu mẫu
dự báo quá cũ chứa đựng một tổ hợp kích cỡ lớn. Bên cạnh đó, các phương
pháp SLAF thường được sử dụng như là “nhân ban đầu” để khởi động lạnh
cho một hệ thống tổ hợp khác ví dụ như phương pháp nuôi nhiễu.

21

TIEU LUAN MOI download :