Luận văn thạc sĩ HUS ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão trên biển đông bằng mô hình WRF
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.1 MB, 92 trang )
đại học quốc gia hà nội
Tr-ờng đại học khoa học tự nhiên
----------------------------------
Nguyễn Xuân Yên
ảnh h-ởng của độ phân giảI đến kết quả dự báo quỹ
đạo bÃo trên biển đông bằng mô hình WRF
Luận văn thạc sỹ khoa học
Hà Nội Năm 2013
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
đại học quốc gia hà nội
Tr-ờng đại học khoa học tự nhiên
----------------------------------
Nguyễn Xuân Yên
ảnh h-ởng của độ phân giảI đến kết quả dự báo quỹ
đạo bÃo trên biển đông bằng mô hình WRF
Chuyên ngành: Khí t-ợng và khí hậu học
MÃ số: 60.44.87
Luận văn thạc sỹ khoa học
Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: GS. TS. Trần Tân tiến
Hà Nội Năm 2013
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Lời cảm ơn
Tr-ớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TS. Trần Tân Tiến, là ng-ời
đà tận tình chỉ bảo, h-ớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu
và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các Thủ tr-ởng phòng Bảo đảm hàng hải và các đồng chí trong
phòng đà quan tâm động viên và tạo điều kiện về mọi mặt để tôi đ-ợc học tập và
nghiên cứu tại Khoa Khí t-ợng Thủy văn Hải d-ơng học, Tr-ờng Đại học Khoa học
Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội.
Tôi xin cảm ơn các Thầy, các Cô và các cán bộ trong khoa Khí t-ợng - Thủy văn
- Hải d-ơng học đà cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và
tạo điều kiện thuận lợi để tôi học tập và làm việc tại Khoa.
Tôi cũng xin cảm ơn Phòng sau đại học, Tr-ờng Đại học Khoa học Tự nhiên đÃ
quan tâm giúp đỡ để tôi có thời gian hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ng-ời thân và bạn bè,
những ng-ời đà luôn ở bên cạnh cổ vũ, động viên và tạo mọi ®iỊu kiƯn tèt nhÊt cho t«i
trong st thêi gian häc tập tại tr-ờng.
Nguyễn Xuân Yên
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Mục lục
Mở đầu .................................................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1 .............................................................................................................................. 10
Tổng quan về bÃo nhiệt đới và vai trò của độ phân giảI trong các
mô hình số dự báo quỹ đạo bÃo .............................................................................. 10
1.1. BÃo và dự báo quỹ đạo bÃo ............................................................................................ 10
1.1.1. Một số khái niệm và đặc tr-ng cơ bản về bÃo ........................................................ 10
1.1.2. Dự báo quỹ đạo bÃo bằng các mô hình số .............................................................. 14
1.1.3. ứng dụng mô hình số dự báo quỹ đạo bÃo.............................................................. 17
1.2. Vai trò của độ phân giải trong các mô hình số dự báo quỹ đạo bÃo .............................. 26
Ch-ơng 2 ............................................................................................................................... 35
Mô hìNH WRF và ứng dụng trong dự báo quỹ đạo bÃo ............................... 35
2.1. Mô hình WRF trong nghiên cứu và dự báo thời tiết ...................................................... 35
2.1.1. Hệ tọa độ thẳng đứng và các biến thông l-ợng ....................................................... 37
2.1.2. Sơ đồ tích phân theo thêi gian................................................................................. 38
2.1.3. Tham sè hãa vËt lý .................................................................................................. 39
2.1.4. L-ới lồng ................................................................................................................. 42
2.2. áp dụng mô hình WRF trong dự báo quỹ đạo bÃo ........................................................ 47
2.2.1. Cấu hình miền tÝnh vµ ngn sè liƯu ...................................................................... 47
2.2.2. Lùa chän cÊu hình cho WRF để dự báo quỹ đạo bÃo ............................................. 48
2.2.3. Hiển thị tr-ờng kết quả mô phỏng .......................................................................... 48
2.2.4. Xác định tâm bÃo ..................................................................................................... 49
2.2.5. Chỉ tiêu đánh giá ..................................................................................................... 50
CHƯƠNG 3 .............................................................................................................................. 52
Phân tích và đánh giá vai trò của độ phân giảI đến kết quả dự báo
quỹ đạo bÃo trên biển đông .................................................................................... 52
3.1. Ph-ơng án thử nghiệm ảnh h-ởng của độ phân giải trong mô hình WRF đến kết quả dự
báo quỹ đạo bÃo .................................................................................................................... 52
3.1.1. Tập số liệu nghiên cứu ............................................................................................ 52
3.1.2. Các tr-ờng hợp thử nghiệm ..................................................................................... 53
3.2. Đánh giá ảnhh h-ởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bÃo ...................... 54
3.2.1. Đánh giá trên một số cơn bÃo điển hình ................................................................. 54
3.2.2. Đánh giá các cơn bÃo mạnh và các cơn bÃo yếu tại thời điểm dự báo .................. 70
3.2.3. Đánh giá các cơn bÃo theo thời gian hoạt động ..................................................... 76
3.2.4. Đánh giá trên toàn bộ tập mẫu lùa chän ................................................................ 81
3.3. Sai sè hÖ thèng ............................................................................................................... 84
KÕt luận ............................................................................................................................... 86
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 88
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
DANH MụC HìNH
Hình 1.1. Quỹ đạo bÃo trung bình nhiều năm ở Biển Đông và ven biển Việt Nam
và vị trí trung bình của dải hội tụ nhiệt đới..9
Hình 1.2. Trung bình sai số dự báo quỹ đạo xoáy thuận nhiệt đới tại cơ quan khí
t-ợng Trung Quốc với hạn dự báo 24h, 48h, 72h từ năm 1991 đến năm 2005.10
Hình 1.3. So sánh kết quả phân tích giữa "best track" (BTRK) với mô hình
l-ới lồng (FCST) cho bÃo Thelma (1977)......25
Hình 1.4. So sánh kết quả dự báo quỹ đạo bÃo với thực tế26
Hình 1.5. áp suất thấp nhất tại tâm bÃo nh- một hàm của thời gian ...29
Hình 1.6. Thành phần gió thẳng đứng mực 850 hPa..29
Hình 2.1. Tọa độ thẳng đứng của ARW......................................................................33
Hình 2.2. Mô tả các dạng l-ới lồng...38
Hình 2.3. L-ới Akarawa-C theo không gian...39
Hình 2.4. Cấu trúc l-ới lồng..39
Hình 2.5. Sơ đồ chạy lồng một chiều..40
Hình 2.6. Mô phỏng miền l-ới lồng bên trong miền l-ới thô.44
Hình 2.7. Sơ đồ mô tả sai số...........................................................................................46
Hình 3.1. Quỹ đạo cơn bÃo Chebi (08-15/11/2006)...51
Hình 3.2. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 11/11/2006. 53
Hình 3.3. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 12/11/2006..53
Hình 3.4. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 13/11/2006..53
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Hình 3.5. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 15/11/2006..53
Hình 3.6. Bản đồ đẳng áp mực 850mb lúc 00Z ngày 11/11/2006.54
Hình 3.7. ảnh mây vệ tinh thị phổ lúc 00Z ngày 11/11/2006.54
Hình 3.8. Sai số dự báo quỹ đạo bÃo Chebi so với thực tế
từ hạn dự báo 00h đến 66h.56
Hình 3.9. Tr-ờng áp suất mặt biển dự báo 00h đến 72h từ 00Z/11/11/2006 ....57
Hình 3. 10. Quỹ đạo thực của bÃo Prapiroon (28/7-15/8/2006)...58
Hình 3.11. Bản đồ phân tích mặt đất lúc 00z ngày 01/08/2006.59
Hình 3.12. Bản đồ phân tích mặt đất lúc 00z ngày 02/08/2006.60
Hình 3.13. Bản đồ phân tích mực 500mb lúc 00z ngày 01/08/2006...60
Hình 3.14. Bản đồ phân tích mực 500mb lúc 00z ngày 02/08/2006..60
Hình 3.15. Sai số dự báo quỹ đạo bÃo Prapiroon so với thực tế
từ hạn dự báo 00h đến 66h.62
Hình 3.16. Tr-ờng áp suất mặt biển dự báo 00h đến 72h từ 00Z/01/8/2006.63
Hình 3.17. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 54h của các cơn bÃo mạnh
tại thời điểm dự báo...65
Hình 3.18. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 48h của các cơn bÃo yếu
tại thời điểm dự báo....67
Hình 3.19. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 42h của các cơn bÃo đầu mùa.70
Hình 3.20. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 60h của các cơn bÃo cuối mùa72
Hình 3.21. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 48h trên toàn bộ tập mẫu ...74
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
DANH MụC BảNG
Bảng 1.1. Phân loại bÃo theo cấp gió .7
Bảng 1.2. Thang SaffirSimpson .7
Bảng 1.3. Mối quan hệ giữa mực dòng dẫn đ-ờng với c-ờng độ bÃo .....9
Bảng 1.4. Sai số dự báo của một số trung tâm dự báo trên Thế giới .11
Bảng 3.1. Danh sách các cơn bÃo đ-ợc lựa chọn thử nghiệm48
Bảng 3.2. Số l-ợng tâm bÃo thu đ-ợc trong từng hạn dự báo50
Bảng 3.3. Kết quả tính sai số dự báo quỹ đạo cơn bÃo Chebi
tại thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 11/11/2006...55
Bảng 3.4. Kết quả tính sai số dự báo quỹ đạo bÃo Prapiroon
tại thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 01/8/2006.61
Bảng 3.5. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bÃo mạnh tại thời điểm dự báo.64
Bảng 3.6. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bÃo yếu tại thời điểm dự báo66
Bảng 3.7. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bÃo đầu mùa.69
Bảng 3.8. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bÃo cuối mùa...71
Bảng 3.9. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bÃo đ-ợc chọn..73
Bảng 3.10. Kết quả tính sai số trung bình của vĩ độ và kinh độ.75
Bảng 3.11. Sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h và 48h sau hiÖu chØnh…...76
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Mở đầu
BÃo từ lâu đà là nỗi khiếp sợ đối với ng-ời dân vùng biển cũng nh- các ng- dân
trên biển, và đặc biệt là các chiến sỹ Hải quân th-ờng xuyên phải hoạt động trên biển vì
mức độ nguy hiểm của bÃo cũng nh- sức mạnh và qui mô của nó. Mặc dù, bÃo đà đ-ợc
quan tâm nghiên cứu tõ nhiỊu thËp kû qua, nh-ng cho ®Õn nay vÉn ch-a có một lý
thuyết đầy đủ về các cơ chế chuyển động của bÃo. Thêm vào đó, d-ới tác động của biến
đổi khí hậu toàn cầu hiện nay thì c-ờng độ bÃo mạnh và phạm vi ảnh h-ởng của bÃo
đều có xu h-ớng tăng, đặc biệt là các cơn bÃo có quỹ đạo phức tạp cũng tăng lên gây
nhiều khó khăn cho công tác dự báo. Vì thế, dự báo bÃo nói chung, dự báo quỹ đạo bÃo
nói riêng luôn là đề tài đ-ợc rất nhiều nhà dự báo và nghiên cứu khí t-ợng quan tâm.
Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà khí t-ợng đà có rất nhiều nghiên cứu về bÃo
dựa trên việc quan trắc thực nhiệm, nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô hình số và đÃ
có những hiểu biết đầy đủ hơn về bÃo, dẫn tới những cải thiện đáng kể trong công tác
dự báo. Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nhiều mô
hình số khu vực đà đ-ợc đ-a vào nghiên cứu, thử nghiệm dự báo và b-ớc đầu đà thu
đ-ợc một số kết quả nhất định góp phần quan trọng trong công tác dự báo thời tiết, đặc
biệt là dự báo bÃo với độ chính xác đ-ợc nâng lên rõ rệt. Một số mô hình số hiện đại có
hỗ trợ nhiều module cho các mục đích nh- cài xoáy giả, cập nhật số liệu địa ph-ơng,
đồng hóa số liệu, tăng độ phân giải, nhằm cải thiện sai số dự báo. WRF là một hệ
thống bao gồm nhiều module khác nhau, linh hoạt và tối -u cho cả mục đích nghiên
cứu cũng nh- chạy nghiệp vụ. Ngoài ra, mô hình còn th-ờng xuyên đ-ợc cập nhật các
phiên bản mới và có mà nguồn mở để ng-ời sử dụng, cũng nh- các nhà nghiên cứu có
thể đ-a thêm vào mô hình các sơ đồ tham số hóa vật lý khác nhau, điều kiện biên di
động, hệ thống đồng hóa số liệu 3DVAR, hệ thống ban đầu hóa xoáy giả, và cấu hình
miền l-ới lồng ghép. Trong luận văn này, với mục đích khảo sát, đánh giá ảnh h-ởng
của độ phân giải trong mô hình WRF đến kết quả dự báo quỹ đạo bÃo trên biển Đông.
Tôi đà lựa chọn cài đặt l-ới lồng trong mô hình WRF với một miền thô có độ phân giải
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
ngang 27km và một miền lồng nằm bên trong có độ phân giải ngang 9km. Việc tăng độ
phân giải của mô hình WRF trong miền lồng với hy vọng mô hình có khả năng mô
phỏng tốt hơn các quá trình vật lý có quy mô nhỏ mà với độ phân giải thô hơn khó có
thể mô phỏng hết đ-ợc. Nội dung của luận văn gồm các phần:
Mở đầu
Ch-ơng 1: Tổng quan về bÃo nhiệt đới và vai trò của độ phân giải trong các mô
hình số dự báo quỹ đạo bÃo.
Trong phần này, tôi trình bày khái quát một số đặc tr-ng về bÃo nhiệt đới và
nghiên cứu gần đây về dự báo quỹ đạo bÃo của các mô hình số. Đ-a ra một số nghiên
cứu tiêu biểu về vai trò của độ phân giải trong các mô hình số dự báo quỹ đạo bÃo.
Ch-ơng 2: Mô hình WRF và áp dụng để dự báo quỹ đạo bÃo.
Trong phần này, tôi trình bày các đặc tr-ng cơ bản của mô hình WRF. Thiết lập
cấu hình l-ới lồng để thử nghiệm đánh giá ảnh h-ởng của độ phân giải đến kết quả dự
báo quỹ đạo bÃo, đ-a ra các công cụ hỗ trợ xử lý kết quả dự báo của mô hình.
Ch-ơng 3: Phân tích và đánh giá vai trò của độ phân giải đến kết quả dự báo
quỹ đạo bÃo trên biển Đông.
Trong phần này, tôi trình bày các kết quả nghiên cứu thu đ-ợc, phân tích hình
thế synốp của một số cơn bÃo điển hình, và chỉ ra khả năng dự báo bÃo của mô hình
WRF. So sánh và đánh giá sai số dự báo quỹ đạo bÃo khi có sử dụng l-ới lồng và khi
không sử dụng l-ới lồng.
Kết luận
Tài liệu tham khảo
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
CHƯƠNG 1
Tổng quan về bÃo nhiệt đới và vai trò của độ phân giảI
trong các mô hình số dự báo quỹ đạo bÃo
1.1. BÃo và dự báo quỹ đạo bÃo
1.1.1. Một số khái niệm và đặc tr-ng cơ bản về bÃo
Định nghĩa: BÃo ở nhiều nơi trên thế giới cũng có nhiều cách gọi khác nhau: ở
vùng châu á Thái Bình D-ơng bÃo đ-ợc gọi là Typhoon; ở vùng ấn Độ D-ơng ng-ời
ta gọi bÃo là Cyclone; ở vùng Đại Tây D-ơng ng-ời ta gọi bÃo là Uragan hay
Hurricane; ở châu úc ng-ời ta gọi bÃo là Villy-Villy. Tất cả những tên gọi đó đ-ợc
quy tụ lại d-ới một tên cơ bản chung là Tropical Cyclone xoáy thuận nhiệt đới
(XTNĐ).
XTNĐ là một vùng gió xoáy, có đ-ờng kính tới hàng trăm ki-lô-mét, hình thành
trên vùng biển nhiệt đới, gió thổi xoáy vào trung tâm theo h-ớng ng-ợc chiều kim đồng
hồ ở Bắc bán cầu và theo chiều kim đồng hồ ở Nam bán cầu, áp suất khí quyển (khí áp)
trong XTNĐ thấp hơn nhiều so với xung quanh và th-ờng là d-ới 1000mb. Chuyển
động xoáy vào tâm làm đối l-u phát triển mạnh, gây m-a to trên một khu vực rộng lớn,
đôi khi còn kèm theo các hiện t-ợng thời tiết quy mô nhỏ khác nh- tố, lốc, vòi rồng.
Theo Atkinson : BÃo là xoáy thuận qui mô synốp không có front, phát triển trên
miền biển nhiệt đới hay cận nhiệt đới ở mực bất kỳ và có hoàn l-u xác định.
Phân loại bÃo: Tùy theo tốc độ gió mạnh nhất ở vùng gần trung tâm mà Tổ
chức Khí t-ợng thế giới quy định phân loại XTNĐ thành: áp thấp nhiệt đới (Tropical
Depression viết tắt là TD); bÃo nhiệt đới (Tropical Storm TS); bÃo mạnh (Severe
Tropical Storm STS); bÃo rất mạnh (Typhoon/Hurricane). Phân loại bÃo theo cấp gió
đ-ợc cho trong Bảng 1.1.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Bảng 1.1. Phân loại bÃo theo cấp gió
STT
Cấp bÃo
Gió cực đại (m/s)
Cấp gió (cấp Beaufort)
1
áp thấp Nhiệt đới
17.1
6-7
2
BÃo
17.2-24.4
8-9
3
BÃo mạnh
24.5 32.6
10-11
4
BÃo rất mạnh
32.7
12
Đối với bÃo rất mạnh, có thể phân chia thành 5 cấp theo thang Saffir
Simpson. Tuy nhiên, giữa Hurricane và Typhoon có sự phân chia 5 cấp với tốc độ
gió duy trì cực đại hơi khác nhau nh- trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thang SaffirSimpson
Cấp
Gió duy trì cực đại
(m/s)
Thit hi kh nng
Hurricane Typhoon
1
3342
3037
Không thiệt hại đáng kể về các công
trình. Các thiệt hại chủ yếu đối với tàu bè không
neo đậu, cây cối và có thể gây lụt ở gần bờ.
2
4349
3843
Thiệt hại đáng kể đối với tàu bè nhỏ, hoa
màu. Lụt lội có thể gây thiệt hại đối với các bến
cảng và tàu thuyền không neo đậu chắc chắn.
3
5058
4451
Gây một số thiệt hại đối với các nhà và
công trình nhỏ, có thể một số công trình lớn hơn.
Lụt gần bờ, có thể gây lụt ở trong đất liền.
4
5969
5261
Các công trình bị thiệt hại nặng nề, ven
biển bị xói lở. Có thể gây lụt ở trong đất liền.
62
Nhiều công trình công nghiệp và nhà ở bị
phá hủy hoàn toàn. Các công trình nhỏ có thể bị
thổi bay. Lụt lội gây thiệt hại nặng nề đối với
các vùng ven bờ và có thể cần di tản dân c-.
5
≥70
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Tất cả những phân loại hệ thống XTNĐ trên đây chủ yếu dựa vào tốc độ gió cực
đại, không nêu đ-ợc bản chất vật lý của quá trình. Mặt khác, những thông tin về gió ở
vùng gần tâm bÃo không phải lúc nào cũng nhận đ-ợc một cách chính xác. Để có đ-ợc
nhận thức t-ơng đối đầy đủ về bÃo nhiệt đới cần phải nắm đ-ợc quy luật hình thành,
bản chất về cấu trúc và các đặc tr-ng của bÃo.
Sự di chun cđa b·o
Sù di chun cđa b·o nhiƯt ®íi là kết quả t-ơng tác phức tạp giữa những tác
nhân bên trong và bên ngoài trên quy mô ngang khác nhau. ảnh h-ởng bên trong bao
gồm quy mô bÃo và t-ơng tác phi tuyến giữa hoàn l-u xoáy và môi tr-ờng. Tốc độ quay
của bÃo càng lớn thì phạm vi cđa b·o vµ néi lùc cđa b·o cµng lín, b·o cũng có khả
năng di chuyển theo tác động của nội lực. Có tr-ờng hợp bÃo cắt ngang qua áp cao cận
nhiệt, nghĩa là cắt ngang qua dòng dẫn đ-ờng và di chun vỊ phÝa cùc. Michael
Fiorino vµ Russell L. Elsberry (1988) khi nghiên cứu ảnh h-ởng của cấu trúc xoáy có
liên quan tới sự di chuyển của xoáy thuận nhiệt đới, kết quả cho thấy sự di chuyển của
xoáy có liên quan với dòng khí nằm giữa khoảng cách 300km và 1000km từ tâm xoáy.
Nếu các dòng khí trong vùng này trở nên xoáy hơn thì quỹ đạo xoáy có xu h-ớng
chuyển dịch về phía tây hơn trong bán cầu bắc [26].
ảnh h-ởng bên ngoài quan trọng nhất là dòng dẫn đ-ờng. ở miền nhiệt đới,
dòng dẫn đ-ờng đối với bÃo chủ yếu là dòng khí ở rìa phía nam, phía tây và tây bắc của
áp cao cận nhiệt. Tuy nhiên, dòng dẫn này thay đổi theo không gian và thời gian.
Những biến đổi trong hoàn l-u quy mô lớn và các hệ thống synop gần kề cũng ảnh
h-ởng tới dòng dẫn. Một vấn đề quan trọng cần giải quyết đầu tiên là xác định mực
dòng dẫn đ-ờng phù hợp nhất đối với bÃo. Kết quả nghiên cứu của nhiều chuyên gia đÃ
chỉ ra rằng do trọng tâm của bÃo nằm ở gần mặt đất nên dòng dẫn đ-ờng không thể
nằm ở quá cao. Các kết quả tính toán mối t-ơng quan giữa đ-ờng đi của bÃo và dòng
dẫn mực 300 mb đều không cho kết quả tốt.
Theo Car, Elsberry, về mặt định l-ợng dòng dẫn đ-ờng đ-ợc lấy trung b×nh
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
trong mét sè líp cã quan hƯ chỈt chÏ nhÊt với chuyển động của bÃo, mực dòng dẫn
đ-ờng phụ thuộc vào c-ờng độ bÃo thông qua tốc độ gió cực đại nh- bảng d-ới đây:
Bảng 1.3. Mối quan hệ giữa mực dòng dẫn đ-ờng với c-ờng độ bÃo
C-ờng độ bÃo
Tốc độ gió cực đại
Mực dòng dẫn đ-ờng
(m/s)
(mb)
Xoáy mực thấp
< 12,5 m/s
850 mb
áp thấp nhiệt đới
12,5- 15 m/s
700 mb
BÃo
17,5- 30 m/s
700 mb
B·o m¹nh
32,5- 62,5 m/s
500 mb
B·o rÊt m¹nh
65- 90 m/s
400 mb
Nh- vậy là bÃo càng mạnh, mực dòng dẫn đ-ờng phù hợp càng nằm ở độ cao lớn
hơn. Đối với các cơn bÃo rất mạnh do không th-ờng xuyên thiết lập bản đồ AT400 nên
có thể dùng bản đồ AT500 để xác định mực dòng dẫn đ-ờng cho bÃo.
Đ-ờng đi của bÃo khu vực tây bắc Thái Bình D-ơng dịch xuống phía nam cùng
với dải hội tụ nhiệt đới và dòng dẫn đ-ờng ở rìa phía nam của cao áp cận nhiệt Tây Thái
Bình D-ơng nh- minh hoạ bằng các quỹ đạo trung bình của bÃo trên Hình 1.1.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Hình 1.1. Quỹ đạo bÃo trung bình nhiều năm ở Biển Đông và ven biển Việt Nam và vị
trí trung bình của dải hội tụ nhiệt đới (Alat khí t-ợng thuỷ văn Việt Nam, 1994).
Từ Hình 1.1 ta thấy quỹ đạo ở vị trí nam nhất là vào tháng 5 với tần suất bÃo rất
nhỏ vào thời điểm bắt đầu mùa gió mùa tây nam và hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới.
Quỹ đạo trung bình của bÃo và dải hội tụ nhiệt đới đều liên quan với dòng tín phong
phía nam và cực tây của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình D-ơng nên hai đ-ờng này có
xu thế trùng nhau, nhất là vào tháng 9 khi bÃo có tần suất cực đại [7].
Một số khái niệm cơ bản về bÃo đ-ợc trình bày ở đây nhằm phục vụ việc phân
loại và định h-ớng khảo sát, đánh giá khả năng dự báo quỹ đạo bÃo của mô hình WRF
đối với từng loại bÃo trong ch-ơng sau.
1.1.2. Dự báo quỹ đạo bÃo bằng các mô hình số
Tr-ớc đây, dự báo quỹ đạo xoáy thuận nhiệt đới ở hầu hết các trung tâm dự báo
trên thế giới đều dựa trên kinh nghiệm dự báo và sự đánh giá hình thế synop của họ. Từ
những năm 1990, cùng với sự cải tiến đáng kể kỹ xảo dự báo số, đặc biệt với công nghệ
dự báo tổ hợp đ-ợc xây dựng dựa trên nhiều mô hình động lực đà minh chứng sự tiến
bộ đáng kể việc dự báo chủ quan quỹ đạo xoáy thuận nhiệt đới và sai số dự báo đà giảm
đáng kể. Theo nghiên cứu của Bangzhong Wang, Yinglong Xu và Baogui Bi (2007)
[20] thì đến nay sai số dự báo quỹ đạo xoáy thuận nhiệt đới trong 24 giờ, 48 giờ, 72 giờ
t-ơng ứng là 140 km, 250 km, 380 km nh- đ-ợc biểu diễn trong Hình 1.2.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Hình 1.2. Trung bình sai số dự báo quỹ đạo xoáy thuận nhiệt đới tại cơ quan khí t-ợng
Trung Quốc với hạn dự báo 24h, 48h, 72h từ năm 1991 đến năm 2005 (đơn vị km).
Theo các tài liệu đà công bố trên thế giới thì mức sai số trung bình về dự
báo quỹ đạo của một số trung tâm trên thế giới nh- Bảng 1.4 sau:
Bảng 1.4. Sai số dự báo của một số trung tâm dự báo trên ThÕ giíi
(ngn tõ JMA )
Sai sè vÞ trÝ theo thêi gian (hải lý)
12h
24h
36h
120h
Thời gian
lấy số liệu
thống kê
Bắc Đại Tây
7.9 38.8
D-ơng
68
96.4 125.9 186.5 235.7* 310.2*
2000-2004
Đông bắc
Thái Bình
D-ơng
9.6 35.4 62.1 86.2 107.6 154.4 210.8* 273.7*
2000-2004
Tây bắc
Thái Bình
D-ơng
14
42
72
100
126
182
241*
326*
2000-2004
Bắc ấn Độ
15
49
78
104
129
192
N/A
N/A
2000-2004
Nam bán
cầu
14
42
77
107
137
204
N/A
N/A
2000-2004
Khu vực
0h
48h
72h
96h
Hiện nay, dự báo quỹ đạo bÃo gồm các ph-ơng pháp chính: Ph-ơng pháp synốp,
ph-ơng pháp thống kê, ph-ơng pháp số trị. Ngoài ra, các sản phẩm thu đ-ợc từ vệ tinh
và radar cũng đ-ợc sử dụng để dự báo quỹ đạo bÃo.
- Ph-ơng pháp dự báo synốp: chủ yếu dựa vào việc phân tích các bản đồ hình thế
thời tiết, dựa trên khái niệm dòng dẫn đ-ờng với giả thiết xoáy bÃo đ-ợc đặt vào tr-ờng
môi tr-ờng (dòng nền) và di chuyển với dòng nền này. Ph-ơng pháp này cho kết quả dự
báo tốt đối với hạn dự báo ngắn 12h-24h, song lại có nh-ợc điểm là mang tính chủ
quan, phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của các dự báo viªn.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
- Ph-ơng pháp dự báo thống kê: dựa trên mối quan hệ thống kê giữa tốc độ và
h-ớng di chuyển của xoáy bÃo với các tham số khí t-ợng khác nhau, ng-ời ta đà xây
dựng đ-ợc các ph-ơng trình dự báo quỹ đạo bÃo. Hiện nay, ph-ơng pháp này cho kết
quả có thể chấp nhận đ-ợc đối với các cơn bÃo ở khu vực có tần suất bÃo t-ơng đối cao.
- Ph-ơng pháp dự báo số trị: là ph-ơng pháp dựa trên việc giải các ph-ơng trình
toán học mô tả trạng thái của khí quyển để đ-a ra các yếu tố thời tiết trong khoảng thời
gian cần dự báo. Ph-ơng pháp này có -u điểm là cho phép tích phân các ph-ơng trình
mô tả động lực học khí quyển một cách khách quan, tính đ-ợc các biến khí t-ợng một
cách định l-ợng. Các mô hình thủy động lực học đ-ợc xây dựng từ đơn giản đến phức
tạp dựa trên việc tích phân theo thời gian hệ các ph-ơng trình thủy động lực học trong
môi tr-ờng khí quyển và lý thuyết về cấu trúc và chuyển động của bÃo. Đặc điểm của
các mô hình loại này là mô tả đầy đủ các quá trình vật lý tác động đến chuyển động của
bÃo trong quá trình t-ơng tác và phát triển của chúng, song lại đòi hỏi về điều kiện số
liệu và ph-ơng tiện tính toán.
Mặc dù, các mô hình số đà đ-ợc cải tiến đáng kể nh-ng chất l-ợng dự báo vẫn
còn hạn chế. Một trong những nguyên nhân hạn chế xuất phát từ việc các mô hình dự
báo khu vực th-ờng sử dụng kết quả phân tích và dự báo của mô hình toàn cầu làm điều
kiện ban đầu và điều kiện biên. Hơn nữa, do mạng l-ới quan trắc trên vùng biển nhiệt
đới rất th-a thớt và do chính cấu trúc toán lý, cũng nh- độ phân giải rất thô nên trong
các mô hình toàn cầu tâm xoáy bÃo ban đầu th-ờng bị sai lệch vị trí và có c-ờng độ yếu
hơn so với xoáy bÃo thực tế. Để khắc phục những hạn chế này nhằm nâng cao chất
l-ợng dự báo bÃo, ng-ời ta có thể tập trung vào một số h-ớng nghiên cứu chính nhsau:
- Thay đổi các ph-ơng pháp tham số hóa vật lý của mô hình nhằm đ-a ra những
bộ tham số phù hợp nhất.
- Cải thiện tr-ờng số liệu ban đầu bằng việc sử dụng những mô hình có module
đồng hóa số liệu. Trong đó, tr-ờng số liệu ban đầu đ-ợc hiệu chỉnh bởi các số liệu quan
trắc từ các số liệu quan trắc bề mặt, số liệu quan trắc thám không vô tuyến, số liÖu quan
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
trắc radar và số liệu đo đạc bằng các vệ tinh khí t-ợng.
- Sử dụng ph-ơng pháp ban đầu hóa xoáy, tức là thay thế xoáy phân tích không
chính xác trong tr-ờng ban đầu bằng một xoáy nhân tạo mới sao cho có thể mô tả gần
đúng nhất với xoáy bÃo thực về cấu trúc, vị trí và c-ờng độ.
- Tăng độ phân giải của mô hình bằng việc sử dụng l-ới lồng.
Cho đến nay, trên thế giới cũng nh- ở Việt Nam, rất nhiều mô hình số dự báo
bÃo đà đ-ợc phát triển và đạt đ-ợc những thành tựu đáng kể trong dự báo quỹ đạo bÃo
nh- đ-a thời hạn dự báo bÃo và ATNĐ lên tới 72h hoặc 96h [15]. Nh-ng do con ng-ời
vẫn ch-a hiểu thấu đáo đ-ợc những vấn đề liên quan đến hoạt động của bÃo, vì tính
phức tạp của nó, cho nên thời hạn dự báo càng dài thì độ chính xác càng thấp. Hạn dự
báo có thể tin cậy đ-ợc là dự báo hạn ngắn trong vòng 24h đến 48h.
1.1.3. ứng dụng mô hình số dự báo quỹ đạo bÃo
Trên thế giới, việc xây dựng và phát triển các mô hình dự báo thời tiết nói
chung và các mô hình dự báo quỹ đạo bÃo nói riêng đà và đang đ-ợc quan tâm nhiều
hơn nhằm nâng cao chất l-ợng dự báo. Cùng với sự phát triển và hỗ trợ của công nghệ
thì nhiều mô hình hiện đại đ-ợc hình thành. Xét về ph-ơng pháp xây dựng có thể phân
loại các mô hình số thành ba nhóm lớn: các mô hình lọc; các mô hình n-ớc nông; và
các mô hình dùng hệ ph-ơng trình nguyên thủy đầy đủ. Xét về mục đích ứng dụng
cũng có thể phân loại các mô hình số thành ba loại khác nhau: mô hình toàn cầu có độ
phân giải không đổi; mô hình toàn cầu có độ phân giải biến đổi và bộ các mô hình; và
mô hình khu vực hạn chế lồng ghép vào mô hình toàn cầu. Mỗi loại mô hình đều có
những -u điểm và nh-ợc điểm riêng. Ngày nay phần lớn các n-ớc -a thích sử dụng loại
mô hình khu vực hạn chế lồng ghép vào mô hình toàn cầu, trong đó điều kiện ban đầu
và điều kiện biên xung quanh biến đổi theo thời gian lấy từ phân tích và sản phẩm dự
báo của mô hình toàn cầu.
Mô hình chính áp đầu tiên chạy nghiệp vụ dự báo quỹ đạo bÃo đ-ợc phát triển
trong suốt những thập niên 50 và đầu thập niên 60 (Tracy, 1966). Do giới hạn của máy
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
tính nên các mô hình này đà không thành công với việc chia dự báo môi tr-ờng bÃo
thành các hoàn l-u xoáy quy mô nhỏ hơn. Vì vậy, sai số dự báo của chúng có xu h-ớng
lớn hơn các mô hình dự báo thống kê có giá trị ở cùng thời điểm.
Mô hình chính áp thành công hơn (SANBAR) đ-ợc phát triển trong những năm
cuối thập niên 60 và chạy nghiệp vụ dự báo quỹ đạo bÃo tại Trung tâm BÃo Quốc gia
Hoa Kỳ (NHC) ở Miami đến năm 1989. SANBAR đ-ợc phát triển bởi Sanders và
Burpee (1968) dựa trên quan điểm truyền thống là bÃo nhiệt đới di chuyển theo dòng
dẫn. Dòng dẫn ở đây đ-ợc xác định là tr-ờng trung bình lớp sâu (DLM Deep Layer
Mean: đ-ợc xác định bởi trung bình có trọng số thẳng đứng của các biến khí t-ợng).
Quỹ đạo bÃo đ-ợc dự báo bằng cách tích phân ph-ơng trình xoáy chính áp sử dụng
phân bố độ xoáy và hàm dòng trung bình lớp. Các cơn bÃo đ-ợc biểu diễn bởi các xoáy
đối xứng nhân tạo và một phân bố hàm dòng phi đối xứng để xác định vận tốc trôi tại
tâm bÃo. Mặc dù, với độ phân giải rất thô (154 km) và số liệu quan trắc khí t-ợng rất
th-a thớt nh-ng SANBAR đà đ-a ra những dự báo quỹ đạo bÃo rất tốt so với những mô
hình khí hậu và quán tính.
Một mô hình chính áp rất thành công sau SANBAR là mô hình phổ lồng của Vic
Ooyama (VICBAR, DeMaria và nnk 1992). VICBAR sử dụng biểu diễn spline-B cho
tất cả các biến và giải ph-ơng trình n-ớc nông trên tọa độ khi sư dơng phÐp chiÕu
Mercator. Bèn l-íi lång liªn tiÕp có độ phân giải lần l-ợt là: 4.8, 2.4, 1.2 và 0.6 độ kinh
vĩ. Số liệu phân tích 800hPa-200hPa của một mô hình phổ toàn cầu của NCEP đ-ợc sử
dụng để tính trung bình lớp cho điều kiện ban đầu và điều kiện biên phụ thuộc thời gian
của VICBAR. Ngoài ra, mô hình còn sử dụng thêm các số liệu từ quan trắc máy bay,
ảnh mây vệ tinh và bóng thám không trong quá trình ban đầu hóa. Dựa trên các chỉ thị
bÃo nghiệp vụ, một xoáy đối xứng nhân tạo và một thành phần vận tốc gió hằng số (dựa
trên tốc độ di chuyển quan trắc) đ-ợc xây dựng và kết hợp với phân tích khách quan
của mô hình toàn cầu. Năm 1996, VICBAR đ-ợc phát triển thành phiên bản chạy
nghiệp vụ bằng cách thay biểu diễn spline-B bằng biểu diễn dạng chuỗi hàm sin trở
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
thành mô hình dự báo quĩ đạo bÃo LBAR (Limited_Area Sine Transform Barotropic
Track Model) (Horsfall và nnk 1997).
Gần đây là các mô hình MUDBAR (Fulton, 2001) và WBAR (Weber, 2001).
MUDBAR sử dụng ph-ơng pháp nhiều l-ới thích ứng để cải thiện mạng l-ới xung
quanh xoáy với mục đích tính toán ít nhất nh-ng cho độ chính xác cao nhất. MUDBAR
cũng có thể chạy với trạng thái l-ới lồng di động có kích th-ớc cố định. WBAR gồm 2
phần chính: (1) ban đầu hóa xoáy nhằm loại bỏ xoáy thiếu chính xác trên tr-ờng phân
tích toàn cầu và xây dựng xoáy nhân tạo làm đầu vào cho mô hình; (2) mô hình số tích
phân hệ ph-ơng trình n-ớc nông trên tọa độ địa lý sử dụng các biến trung bình lớp.
WBAR đà đ-ợc thử nghiệm cho 167 tr-ờng hợp bÃo Đại Tây D-ơng và đà khẳng định
đ-ợc kỹ năng dự báo quỹ đạo bÃo t-ơng đối tốt. Tuy nhiên, nó cũng thể hiện nh-ợc
điểm của mô hình chính áp là sự tăng lên của sai số vị trí khi các hệ thống tà áp phát
triển [31].
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính là sự phát triển của
những mô hình dùng hệ ph-ơng trình nguyên thủy nh-: mô hình bÃo GFDL, AVN,
NOGAPS của Hoa Kỳ; ECMWF của Trung tâm dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu; mô
hình UKMET của khí t-ợng Anh; mô hình GSM của NhËt; TC-LAPS (Davidson vµ
Weber 2000) cđa Australia vµ mét sè mô hình nh- MM5, HRM, ETA và WRF, ... đÃ
dẫn tới chất l-ợng dự báo quĩ đạo bÃo đ-ợc cải thiện đáng kể.
Một nghiên cứu tiêu biểu của Guo và đồng sự (2006) chỉ ra sự thành công của
đồng hóa số liệu xoáy giả kết hợp với tác động đến thành phần thống kê sai số nền
(BES) là một thành phần quan trọng trong hệ thống đồng hóa số liệu 3DVAR của mô
hình WRF. Việc đồng hóa số liệu xoáy giả không chỉ cho những cải thiện đáng kể
trong vị trí và c-ờng độ bÃo mà còn cả với tr-ờng phân tích của hoàn l-u synop quy mô
lớn khi kết hợp những hiệu chỉnh BES khác nhau với hệ thống đồng hóa này [22].
Để so sánh khả năng dự báo quỹ đạo bÃo giữa mô hình WRF và MM5, Sujata
Pattanayak và đồng sự (2008) đà thực hiện nghiên cứu với ba cơn bÃo đổ bộ vào khu
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
vực vịnh Bengal và vùng biển ả-Rập bao gồm cơn bÃo Mala (2006), Gonu (2007) và
Sidr (2007). Cả hai mô hình đà đ-ợc tính toán với 15 điều kiện ban đầu khác nhau đối
với các tr-ờng gió, áp và l-ợng m-a. Kết quả nghiên cứu cho thấy WRF cho dự báo tốt
hơn mô hình MM5 khi so sánh với kết quả đ-ợc cung cấp bởi Trung tâm khí t-ợng ấn
Độ [30].
Ngoài ra, dự báo tổ hợp cũng đ-ợc một số tác giả nghiên cứu trong những năm
gần đây. Harry C. Weber (2004), lựa chọn dự báo tổ hợp để hỗ trợ nghiệp vụ dự báo vị
trí xoáy thuận nhiệt đới. Ph-ơng pháp này dựa trên sự phân tích quá trình thực thi của
các mô hình số trong suốt một giai đoạn chuẩn bị. Trong giai đoạn dự báo, các kết quả
phân tích ở giai đoạn tr-ớc đó đ-ợc sử dụng để cung cấp xác suất dự báo vị trí bÃo cho
tất cả thời điểm tới 120 giờ. Thử nghiệm đ-ợc tiến hành cho năm 2001 và 2002 với giai
đoạn dự báo chuẩn bị t-ơng ứng là năm 2000 và 2001. Kết quả cho thấy sai số vị trí
trung bình và độ lệch chuẩn t-ơng ứng là thấp hơn hầu hết các mô hình thống kê và
động lực dùng để dự báo nghiệp vụ [32].
ở Việt Nam, việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng các mô hình số đà đ-ợc bắt
đầu từ những năm 70 của thế kỷ tr-ớc. Song vì nhiều lý do khác nhau mà chủ yếu là sự
hạn chế của ph-ơng tiện tính toán, cho đến những năm gần đây các mô hình số mới
thực sự đ-ợc nghiên cứu ứng dụng một cách hiệu quả.
TS. Nguyễn Thị Minh Ph-ơng (2007), sử dụng mô hình chính áp có sơ đồ xoáy
cải tiến (viết tắt là BARO_PH) dự báo các cơn bÃo hoạt động trên biển Đông và có
c-ờng ®é cÊp tropical storm trë lªn (cÊp giã 17m/s trë lên). Mô hình đ-ợc lựa chọn là
mô hình l-ới lồng gồm hai l-ới có độ phân giải t-ơng ứng là 1.25x1.25 độ và 0.25x0.25
độ, với sơ đồ ban đầu hóa xoáy đ-ợc xây dựng dựa trên lý thuyết phân tích của Smith
và Ulrich. Khi áp dụng sơ đồ ban đầu hóa, tác giả tiến hành một số cải tiến: lựa chọn
bán kính hiệu chỉnh lớn nhất RNMAX bằng bốn lần bán kính của vùng gió 30kts của
bÃo tại thời điểm xuất phát dự báo thay cho đặt tham số này cố định bằng 200km; hiệu
chỉnh công thức tính thành phần xoáy bất đối xứng nhằm khắc phục thiên h-ớng lệch
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
bắc trong các dự báo quỹ đạo bÃo. Kết quả dự báo đ-ợc so sánh với kết quả dự báo của
một số trung tâm dự báo bÃo khác và cho thấy sai số trung bình của các dự báo 24 giờ
và 48 giờ của mô hình BARO_PH là các giá trị t-ơng đối khả quan và tốt hơn các giá
trị t-ơng ứng của mô hình TCLAPS. Đồng thời tác giả khẳng định tính ổn định của mô
hình đối với các tr-ờng hợp bÃo có các dạng quỹ đạo phức tạp, rất khác nhau nh- các
cơn bÃo năm 2005 [9].
Một trong những mô hình đà đ-ợc nghiên cứu ứng dụng và đ-ợc nhiều tác giả
trong n-ớc quan tâm là mô hình WBAR. Phan Văn Tân và cộng sự, (2002) [10] sau khi
thực hiện kỹ thuật phân tích xoáy tạo tr-ờng ban đầu cho mô hình chính áp WBAR thì
tr-ờng ban đầu hóa đà thể hiện một cách rõ nét hơn cấu trúc của xoáy và tr-ờng nền so
với tr-ờng phân tích toàn cầu. Việc xác định chính xác tr-ờng môi tr-ờng là rất quan
trọng, vì nó quyết định vai trò của dòng dẫn đ-ờng trong mô hình dự báo. Đồng thời,
tác giả cho rằng mô hình này có khả năng dự báo quỹ đạo bÃo cho khu vực Tây Bắc
Thái Bình D-ơng và Biển Đông. Mô hình này cũng đà đ-ợc nhiều tác giả trong n-ớc
nghiên cứu cải tiến, nh- Bùi Hoàng Hải và Phan Văn Tân (2002), Võ Văn Hòa (2004),
Nguyễn Thị Minh Ph-ơng (2003).
Bùi Hoàng Hải, Phan Văn Tân (2002), đà khảo sát ảnh h-ởng của quá trình ban
đầu hóa tới quỹ đạo dự báo bằng việc chạy mô hình dự báo WBAR ứng với 9 tr-ờng
hợp ban đầu hãa cho 3 c¬n b·o Durian (2001), Kajiki (2001), Wukong (2000). Kết quả
cho thấy việc xây dựng tr-ờng ban đầu bằng các ph-ơng pháp khác nhau có ảnh h-ởng
rõ rệt đến quỹ đạo dự báo. Mặc dù số các cơn bÃo đ-ợc chọn thử nghiệm còn ít, song
đánh giá chung mà tác giả đ-a ra là việc loại bỏ những nhiễu động trong tr-ờng FES
(thành phần môi tr-ờng có quy mô nhỏ hơn hoặc bằng xoáy bÃo) đà góp phần làm giảm
sai số vị trí của quỹ đạo dự báo. Tuy nhiên, không thể sử dụng một ph-ơng pháp ban
đầu hóa duy nhất cho tất cả các tr-ờng hợp dự báo mà cần phải căn cứ vào đặc điểm,
tính chất và vị trí của bÃo. Đối với những cơn bÃo mạnh, xa bờ thì trong quá trình ban
đầu hóa cần thiết loại bỏ thành phần phi đối xứng phân tích và những nhiễu động quy
mô nhỏ trong tr-ờng FES. Còn với những cơn bÃo yếu, di chuyển sát bờ thì thành phần
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
phi đối xứng phân tích nên đ-ợc duy trì trong tr-ờng ban đầu hóa [2].
Phan Văn Tân, Kiều Thị Xin, Nguyễn Văn Sáng, (2002), sử dụng mô hình chính
áp WBAR để dự báo quỹ đạo bÃo trong 3 tr-ờng hợp: Tr-ờng độ dày trung bình lớp
DLM (Deep Layer Mean) theo các mực 850, 700, 500, 300, 200mb; Tr-ờng mực đơn
700mb; và Tr-ờng mực đơn 500mb. Và 4 cơn bÃo đ-ợc lựa chọn là cơn bÃo Wukong
(2000), Saomai (2000), Jelewat (2000) và Durian (2001). Kết quả cho thấy, trong đa số
tr-ờng hợp dự báo theo tr-ờng độ dày trung bình lớp (DLM) tèt h¬n nhiỊu so víi khi sư
dơng tr-êng mùc đơn (700mb và 500mb). Tuy nhiên, cũng có những tr-ờng hợp ng-ợc
lại. Sai số dự báo quỹ đạo là t-ơng đối nhỏ nên có thể là một nguồn thông tin bổ sung
cho các dự báo viên trong nghiệp vụ dự báo quỹ đạo bÃo. Để có thể đ-a vào chạy
nghiệp vụ cần phải có những nghiên cứu sâu hơn, cần thử nghiệm mô hình trên nhiều
tr-ờng hợp khác nhau nh- nguồn gốc phát sinh bÃo, khu vực hoạt động (nhân tố vĩ độ
địa lý), c-ờng độ bÃo, dạng quỹ đạo của bÃo, trên cơ sở đó xác định các tùy chọn cho
mô hình một cách hợp lý [14].
Ngoài các mô hình chính áp, một số mô hình ba chiều đầy đủ cũng đ-ợc các tác
giả nghiên cứu khả năng dự báo quỹ đạo bÃo. Mô hình đầu tiên cần đ-ợc nhắc đến là
mô hình khu vực phân giải cao HRM, hiện đang đ-ợc chạy nghiệp vụ tại Trung tâm dự
báo khí t-ợng thủy văn Trung -ơng. Sản phẩm dự báo của HRM đ-ợc dùng nh- một
nguồn thông tin tham khảo chính cho các bản tin dự báo, trong đó có thông tin dự báo
đ-ờng đi của bÃo. Kiều Thị Xin và cộng sự (2000,2001), lựa chọn mô hình HRM với độ
phân giải ngang là 28km, độ phân giải đứng từ mặt đất đến độ cao 50 mb đ-ợc chia
không đồng đều thành 20 mực thẳng đứng, với 8 mực trong độ dày lớp biên khí quyển
trong khi tầng bình l-u chØ bao gåm 4 mùc. KÕt qu¶ thư nghiƯm cho thấy, dự báo tâm
bÃo bằng HRM hoàn toàn so sánh đ-ợc với dự báo số hiện đại của Mỹ và úc, tốt hơn so
với một số mô hình phân giải thô hơn của Mỹ. Về trung bình dự báo 48 giờ là khá tốt
và tốc độ tăng sai số theo thời gian chậm hơn nhiều so với các mô hình khác. So với mô
hình dự báo nghiệp vụ bÃo TCLAPS của úc thì dự báo quỹ đạo là t-ơng đ-ơng nh-ng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
c-ờng độ có xu h-ớng tốt hơn. HRM phản ánh khá tốt cơ chế của những quá trình quy
mô vừa, nghĩa là phản ánh đ-ợc một phần quan trọng của tÝnh phi tun cđa diƠn biÕn
thêi tiÕt. Do ®ã, HRM có khả năng kéo dài hạn dự báo lên đến 72 giờ [19]. Những
nghiên cứu của Lê Công Thành (2004) cho thấy HRM có kỹ năng dự báo cao hơn các
mô hình WBAR và Dengler và có thể nắm bắt đ-ợc những tr-ờng hợp bÃo có quỹ đạo
phức tạp mà các mô hình chính áp không nắm bắt đ-ợc [16]. Phan Văn Tân và Bùi
Hoàng Hải (2008), sử dụng HRM_TC nghiên cứu thử nghiệm độ nhạy của các tham
số trong sơ đồ ban đầu hóa xốy để dự báo sự chuyển động bão khu vực biển Đông.
Những kết quả nhận được từ 13 phương án của 4 nhóm thí nghiệm thực hiện trên 11
trường hợp bão thời kz 2003-2006 đã cho phép lựa chọn được bộ tham số thích hợp
nhất cho sơ đồ ban đầu hóa xốy của mơ hình. Với bộ tham số này, HRM_TC đã được
chạy dự báo độc lập trên 20 trường hợp bão khác nhau trong cùng thời kz nói trên,
với hạn dự báo 48h. Kết quả cho thấy, HRM_TC đã cải thiện đáng kể độ chính xác của
quỹ đạo bão dự báo. So với trường hợp khơng sử dụng sơ đồ ban đầu hóa xốy,
HRM_TC đã làm giảm sai số vị trí trung bình (khoảng 40km), sai số tốc độ (gần 40 km)
và sai số về hướng di chuyển của bão dự báo (gần 10 km). Tuy nhiên, bão dự báo của
HRM_TC vẫn có xu hướng di chuyển nhanh hơn và lệch phải so với thực tế. Mặc dù
vậy, HRM_TC vẫn có thể được đưa vào áp dụng thử nghiệm dự báo nghiệp vụ [13].
M« hình qui mô vừa MM5 cũng đ-ợc nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu khả
năng dự báo quỹ đạo bÃo. Hoàng Đức C-ờng (2004) trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ về
khả năng áp dụng mô hình MM5 cho dự báo hạn ngắn ở Việt Nam đà có nhận định là
khi trong miền tính có sự hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới nhất thiết phải sử dụng
chức năng cài xoáy của mô hình và cần có những nghiên cứu chuyên sâu về các sơ đồ
ban đầu hóa xoáy để áp dụng vào dự báo quỹ đạo bÃo. Phan Văn Tân và Bùi Hoàng Hải
(2004), thực hiện ban đầu hóa xoáy ba chiều cho mô hình MM5 để dự báo quỹ đạo bÃo
và đ-a ra một số kết luận rất đáng chú ý [12]. Đặng Thị Hồng Nga và cộng sự (2006)
đà nghiên cứu áp dụng sơ đồ ban đầu hóa xoáy của TC-LAPS vào mô hình MM5 và đạt
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
đ-ợc những kết quả khả quan [8].
Mô hình khu vực hạn chế ETA do tr-ờng Đại học Belgrade và Viện Khí t-ợng
Thủy văn Federal-Belgrade (thuộc Nam T-) cùng với Cơ quan thời tiết Hoa Kỳ xây
dựng, mô hình liên tục đ-ợc thay đổi thông qua các hội thảo hàng năm của các chuyên
gia về mô hình trên thế giới đang sử dụng ETA. Mô hình ETA hiện nay đ-ợc Trung
tâm Quốc gia Dự báo Hoa Kỳ NCEP cải tiến trở thành một trong các mô hình số trị
chạy nghiệp vụ dự báo ngắn hạn tại Hoa Kỳ. Trên thế giới có nhiều n-ớc sử dụng mô
hình này nh- Nam T-, Hy Lạp, Rumani, Nam Phi, ấn Độ, Italy và các n-ớc Nam Mỹ.
ở n-ớc ta, Trần Tân Tiến và nnk (2004) cũng đà nghiên cứu thử nghiệm mô hình ETA
không thủy tĩnh vào dự báo một số hiện t-ợng thời tiết ở Việt Nam, trong đó có dự báo
quỹ đạo bÃo. Mô hình ETA có khả năng ứng dụng trong dự báo nghiệp vụ ở Việt Nam.
Mô hình có thể dự báo đ-ợc quỹ đạo bÃo và có thể cho kết quả khả quan [17]. Đến năm
2008, GS.TS Trần Tân Tiến (ĐH Khoa Học Tự Nhiên-ĐH Quốc Gia Hà Nội) và cộng
sự đà sử dụng các mô hình nh- WBAR, HRM, ETA, WRF, RAMS để dự báo quỹ đạo
bÃo trên biển Đông và kết quả b-ớc đầu cho thấy đ-ợc mô hình HRM cho kết quả dự
báo tốt nhất và sai số lớn nhất thuộc về WBAR. Mô hình ETA cũng đà đ-ợc dùng cho
dự báo nghiệp vụ ở Trung tâm dự báo quốc gia hiện nay.
Gần đây, mô hình WRF cũng đ-ợc nhiều nhà dự báo quan tâm bởi tính linh hoạt
và tối -u cho cả mục đích nghiên cứu cũng nh- chạy nghiệp vụ. Trong đề tài nghiên
cứu khoa học và công nghệ Nghiên cứu cấu trúc và sự di chuyển của xoáy thuận nhiệt
đới lí t-ởng hóa bằng mô hình WRF, tác giả Nguyễn Minh Tr-ờng (2004) đà khảo sát
ảnh h-ởng của số hạng nhớt giả xuất hiện khi sai phân hóa các ph-ơng trình vi phân
đến sự suy yếu của xoáy thuận nhiệt đới lí t-ởng và khảo sát ảnh h-ởng tr-ờng nền đến
cấu trúc và di chuyển của xoáy trong miền tính [18]. Bùi Hoàng Hải, Phan Văn Tân và
Nguyễn Minh Tr-ờng (2005), xây dựng một module ban đầu hóa cho mô hình WRF
2.1 với cấu hình độ phân giải ngang 20 km, 21 mực thẳng đứng. Nghiên cứu thử
nghiệm với ba tr-ờng hợp khác nhau, trong đó ban đầu hóa với các tham số ẩm và vật
lý khác nhau. Kết quả cho thấy mô hình WRF có thể đ-ợc sử dụng để nghiên cứu, m«
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
phỏng các quá trình thời tiết nói chung và mô phỏng xoáy thuận nhiệt đới nói riêng.
Nhấn mạnh vai trò quan trọng của quá trình đối l-u và giải phóng ẩn nhiệt đối với sự
tăng c-ờng xoáy [3]. Phan Văn Tân và Nguyễn Lê Dũng (2008), sử dụng hệ thống
WRF-VAR kết hợp với một module ban đầu hóa xoáy tạo nguồn số liệu quan trắc giả
cho việc đồng hóa số liệu. Thử nghiệm đ-ợc tiến hành theo hai ph-ơng án: có đồng hóa
số liệu với nguồn số liệu giả bổ sung và không đồng hóa số liệu với thời hạn dự báo
48h. Thử nghiệm lựa chọn 10 cơn bÃo hoạt động trên biển Đông từ 2006-2008. Kết quả
cho thấy, việc sử dụng nguồn số liệu giả đà cải thiện đáng kể chất lượng dự báo quỹ
đạo bÃo, nhất là đối với các cơn bÃo mạnh [11]. Võ Văn Hòa (2007,2008) đà áp dụng
mô hình WRF để dự báo bÃo trên khu vực biển Đông và chú trọng đến độ nhạy của các
sơ đồ tham số hóa đối l-u. Nghiên cứu đà chỉ ra rằng kĩ năng dự báo quỹ đạo bÃo bằng
mô hình WRF là t-ơng đối tốt, đặc biệt là trong tr-ờng hợp những cơn bÃo có quỹ đạo
phức tạp [4], [5], [6]. Hoàng Đức C-ờng (2011), trong khuôn khổ đề tài cấp bộ Nghiên
cứu ứng dụng mô hình WRF phục vụ dự báo thời tiết và bÃo ở Việt Nam đà đ-a ra một
cách nhìn tổng quát trong các ứng dụng của mô hình WRF. Đối với dự báo bÃo, tác giả
sử dụng mô hình WRF với l-ới lồng ghép di động cho kết quả tích kiệm thời gian tích
phân của mô hình, dự báo quỹ đạo t-ơng đối tốt trong thời gian đầu, còn dự báo c-ờng
độ thì ng-ợc lại [1].
Ngoài các nghiên cứu dự báo thành phần (dự báo của các mô hình đơn lẻ) thì dự
báo tổ hợp cũng đang rất đ-ợc quan tâm hiện nay ở n-ớc ta. ĐÃ có một số công trình
nghiên cứu về dự báo tổ hợp của Nguyễn Chi Mai, Võ Văn Hòa, Công Thanh đối với
dự báo quỹ đạo bÃo, Trần Tân Tiến đối với dự báo các tr-ờng khí t-ợng biển Đông trên
cơ sở các mô hình RAMS và ETA,.
Hiện nay, n-ớc ta sử dụng các mô hình HRM và ETA để dự báo nghiệp vụ với
hạn dự báo 3 ngày. Hạn dự báo 5 ngày hiện nay đang trong quá trình nghiên cứu, điển
hình là đề tài cấp nhà n-ớc (mà số KC-08.01/06-10) Xây dựng quy trình dự báo quỹ
đạo và cường độ bÃo Tây Thái Bình Dương và biển Đông hạn 5 ngày do GS.TS Trần
Tân Tiến thuộc ĐH Khoa Học Tự Nhiên-ĐH Quốc Gia Hà Néi chđ tr×.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
