Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo số cho khu vực việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (14.87 MB, 223 trang )
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
CỤC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ: CỤC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
********
BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐÁNH
GIÁ KHÁCH QUAN CÁC SẢN PHẨM CỦA MÔ HÌNH DỰ BÁO
SỐ CHO KHU VỰC VIỆT NAM
Chủ nhiệm: ThS. Nguyễn Thị Bình Minh
9092
HÀ NỘI, 01-2012
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
CỤC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ: CỤC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
********
BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐÁNH
GIÁ KHÁCH QUAN CÁC SẢN PHẨM CỦA MÔ HÌNH DỰ BÁO
SỐ CHO KHU VỰC VIỆT NAM
Chỉ số đăng ký:
Chỉ số phân loại:
Chỉ số lưu trữ:
Cộng tác viên chính:
TS Lê Đức ThS Đỗ Thị Lệ Thủy TS Phan Văn Tân
NCS Võ Văn Hòa CN. Trần Anh Đức TS Hoàng Đức Cường
ThS Dư Đức Tiến CN. Nguyễn Thu Hằng
CN. Nguyễn Thanh Tùng CN. Nguyễn Mạnh Linh
Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2012 Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2012
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
Nguyễn Thị Bình Minh
CƠ QUAN CHỦ TRÌ
Lê Công Thành
Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2012 Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2012
HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI
TL. BỘ TRƯỞNG
KT. VỤ TRƯỞNG
VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VỤ TRƯỞNG
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BIAS Chỉ số đánh giá sai số hệ thống
BoLAM Mô hình dự báo số trị khu vực BoLAM
(Bologna Limited Area Model)
BRK Loại mây (nhiều mây)
BRoKen
BS Chỉ số Brier
(Brier Score)
BSS Chỉ số kỹ năng Brier
(Brier Skill Score)
CRA Phương pháp đánh giá mưa CRA
(Contiguous Rain
Areas)
CRPS Chỉ số đánh giá xác suất hạng liên tục
(Continous Ranked Probability Score)
EF Dự báo tổ hợp
(Ensemble Forecast)
EPS Hệ thống dự báo tổ hợp
(Ensemble Prediction System)
ETA Mô hình dự báo số trị khu vực ETA
ETS Chỉ số đánh giá ETS
(Equitable Threat Score)
FB Chỉ số đánh giá FB
(Frequency Bias)
FAR Tỷ lệ cảnh báo khống
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
i
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
(False Alarm Ratio)
GDAS Hệ thống đồng hóa số liệu toàn cầu của NOAA
(Global Data Assimilation System)
GFS Mô hình toàn cầu của NCEP
(Global Forecasting System)
GSM Mô hình phổ toàn cầu của JMA
(Global Spectral Model)
GrADS Phần mềm hiển thị đồ họa GrADS
(Gridded Analysis and Display System)
GRIB Định dạng số liệu theo mã GRIB
(Gridded
Binary)
GUI Giao diện tương tác với người sử dụng
(Graphical User Interface)
HSS Chỉ số kỹ năng Heidke
(Heidke Skill Score)
HRM Mô hình dự báo số trị khu vực HRM
(High Resolution Model)
IGN Chỉ số đánh giá xác suất IGN
(IGNorance Score)
JRA-25 Số liệu tái phân tích chu kỳ 25 năm của Nhật Bản
(Japanese ReAnalysis - 25 years)
MAE
Sai số tuyệt đối trung bình
(Mean Absolute Error)
ME Sai số trung bình
(Mean Error)
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
ii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
MM5 Mô hình dự báo số trị khu vực MM5
(Fifth generation Mesoscale Model)
NetCDF Định dạng số liệu NetCDF
(Network Common Data Form)
NCEP Trung tâm dự báo môi trường quốc gia Mỹ
(National Centers for Environmental Prediction)
NWP Dự báo thời tiết số trị
(Numerical Weather Prediction)
KTTV Khí Tượng Thủy Văn
PC Chỉ số đánh giá
(Percentage Correct)
POD Chỉ số xác suất phát hiện mưa
(Probability Of Detection)
RMSE Sai số quân phương
(Root Mean Square Error)
RPS Chỉ số đánh giá xác suất hạng
(Ranked Probability Score)
TS Chỉ số đánh giá TS
(Threat Score)
TTDBTƯ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương
WMO Tổ chức khí tượng thế giới
(World M
eteorological Organization)
WRF Mô hình dự báo số trị khu vực WRF
(Weather and Research Forecasting System)
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
iii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
DANH SÁCH CÁC BẢNG
TT
Số thứ
tự bảng
Nội dung Trang
1 1.2.1 Bảng phân loại tần xuất cho biến dự báo dạng nhị phân 10
2 2.2.1 Các trường trong bảng quan hệ synop_stn của CSDL quan trắc bề mặt 20
3 2.2.2 Tương tự bảng 2.2.1 nhưng cho bảng quan hệ synop_rain_obs 21
4 2.2.3 Tương tự bảng 2.2.1 nhưng cho bảng quan hệ synop_t_obs 21
5 2.2.4 Tương tự bảng 2.2.1 nhưng cho bảng quan hệ synop_obs 21
6 2.2.5 Các trường trong bảng quan hệ temp_stn của CSDL quan trắc trên cao 22
7 2.2.6 Tương tự như bảng 2.2.5 nhưng cho bảng quan hệ temp_obs 22
8 2.2.7 Các trường trong bảng quan hệ ANA của CSDL tái phân tích 24
9 2.2.8 Tương tự bảng 2.2.7 nhưng cho bảng quan hệ ANA 25
10 2.2.9 Tương tự bảng 2.2.7 nhưng cho bảng quan hệ ANA_Level 25
11 2.2.10 Tương tự bảng 2.2.7 nhưng cho bảng quan hệ ANA_Time 25
12 2.2.11 Các trường trong bảng quan hệ NWP_HAN của CSDL dự báo số trị 26
13 2.2.12 Các trường trong bảng quan hệ Season của CSDL mùa đánh giá 27
14 2.2.13 Các trường trong bảng quan hệ Case_Study của CSDL trường hợp
nghiên cứu và hình thế thời tiết
28
15 2.2.14 Các trường trong bảng quan hệ Storage của CSDL sao lưu kết quả đánh
giá
29
16 3.1.1 Cấu hình số liệu tái phân tích JRA-25 của JMA được thu thập và lưu
vào CSDL tái phân tích của phần mềm đánh giá NWP_Verif
46
17 3.1.2 Cấu hình số liệu tái phân tích GDAS của NOAA được thu thập và lưu
vào CSDL tái phân tích của phần mềm đánh giá NWP_Verif
47
18 3.1.3 Cấu hình số liệu GFS được thu thập và sử dụng làm đầu vào cho các mô
hình dự báo số trị khu vực tham gia đánh giá
48
19 3.2.1 Cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của các mô hình HRM,
ETA và BoLAM tại TTDBTƯ tham gia đánh giá
53
20 3.2.2 Cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của mô hình MM5 tại
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường tham gia đánh giá
55
21 3.2.3 Cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của mô hình WRF tại
Khoa Khí tượng Thủy văn và hải dương học, Trường đại học khoa học
tự nhiên
57
22 4.1.1 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa tích lũy dự báo từ ba mô hình
HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt Nam cho ngày thứ nhất (00-24h),
ngày thứ hai (24-48h) và ngày thứ ba (48-72h)
75
23 4.1.2 Sai số ME, MAE, RMSE độ cao địa thế vị các mực 850, 700 và 500mb 80
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
iv
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
dự báo từ ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho trạm Láng
24 4.1.3 Như bảng 4.1.2, nhưng cho trạm Vinh 80
25 4.1.4 Như bảng 4.1.2, nhưng cho trạm Tân Sơn Hòa 80
26 4.1.5 Sai số ME, MAE, RMSE nhiệt độ không khí mực 850, 700 và 500mb
dự báo từ ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho trạm Láng
81
27 4.1.6 Như bảng 4.1.5, nhưng cho trạm Vinh 81
28 4.1.7 Như bảng 4.1.5, nhưng cho trạm Tân Sơn Hòa 82
29 4.1.8 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa dự báo từ ba mô hình HRM,
BoLAM và ETA cho chín khu vực cho ngày thứ nhất (00-24h)
82
30 4.1.9 Như bảng 4.1.8, nhưng cho ngày thứ hai (24-48h) 83
31 4.1.10 Như bảng 4.1.8, nhưng cho ngày thứ ba (48-72h) 83
32 4.1.11 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2m dự
báo từ ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho chín khu vực tại hạn dự
báo 24h
84
33 4.1.12 Như bảng 4.1.11, nhưng cho hạn dự báo 48h 84
34 4.1.13 Như bảng 4.1.11, nhưng cho hạn dự báo 72h 84
35 4.1.14 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ điểm sương dự báo từ ba mô
hình HRM, BoLAM và ETA cho chín khu vực tại hạn dự báo 24h
85
36 4.1.15 Như bảng 4.1.14, nhưng cho hạn dự báo 48h 85
37 4.1.16 Như bảng 4.1.14, nhưng cho hạn dự báo 72h 85
38 4.1.17 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao dự báo từ ba mô hình
HRM, BoLAM và ETA cho chín khu vực tại hạn dự báo 06h
86
39 4.1.18 Như bảng 4.1.17, nhưng cho hạn dự báo 30h 86
40 4.1.19 Như bảng 4.1.17, nhưng cho hạn dự báo 54h 86
41 4.1.20 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp dự báo từ ba mô hình
HRM, BoLAM và ETA cho chín khu vực tại hạn dự báo 18h
87
42 4.1.21 Như bảng 4.1.20, nhưng cho hạn dự báo 42h 87
43 4.1.22 Như bảng 4.1.20, nhưng cho hạn dự báo 66h 87
44 4.1.23 Giá trị ME, MAE và RMSE của lượng mưa dự báo từ ba mô hình
HRM, BoLAM và ETA cho Hà Nội (trong 3 ngày 30/10/2008 đến
02/11/2008 cho ngày thứ nhất (00-24h), ngày thứ hai (24-48h) và ngày
thứ ba (48-72h))
88
45 4.1.24 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp dự báo từ ba mô hình
HRM, BoLAM và ETA cho khu vực Tây Bắc (từ ngày 21/01/2008 đến
20/02/2008)
89
46 4.1.25 Tương tự như bảng 4.1.24, nhưng cho khu vực Việt Bắc 89
47 4.1.26 Tương tự như bảng 4.1.24, nhưng cho khu vực Đông Bắc 89
48 4.1.27 Tương tự như bảng 4.1.24, nhưng cho khu vực Đồng bằng Bắc Bộ 89
49 4.1.28 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao dự báo từ ba mô hình 90
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
v
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
HRM, BoLAM và ETA cho khu vực Bắc Trung Bộ (từ ngày
21/06/2008 đến 30/06/2008)
50 4.1.29 Tương tự như bảng 4.1.28, nhưng cho khu vực Trung Trung Bộ 90
51 4.1.30 Tương tự như bảng 4.1.28, nhưng cho khu vực Nam Trung Bộ 90
52 4.1.31 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa tích lũy dự báo từ ba mô hình
HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt Nam cho mùa Xuân, ngày thứ
nhất (00-24h), ngày thứ hai (24-48h) và ngày thứ ba (48-72h)
91
53 4.1.32 Như bảng 4.1.31, nhưng cho mùa Hạ 91
54 4.1.33 Như bảng 4.1.31, nhưng cho mùa Thu 91
55 4.1.34 Như bảng 4.1.31, nhưng cho mùa Đông 91
56 4.2.1 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa tích lũy dự báo từ mô hình
MM5 cho toàn Việt Nam cho ngày thứ nhất (00-24h), ngày thứ hai (24-
48h) và ngày thứ ba (48-72h)
98
57 4.2.2 Sai số ME, MAE, RMSE độ cao địa thế vị các mực 850, 700 và 500mb
dự báo từ mô hình MM5 cho các trạm Láng, Vinh và Tân Sơn Hòa
101
58 4.2.3 Như bảng 4.2.2, nhưng cho nhiệt độ tại các mực 850, 700 và 500mb 102
59 4.2.4 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa dự báo từ mô hình MM5 cho
chín khu vực cho ngày thứ nhất (00-24h), ngày thứ hai (24-48h) và ngày
thứ ba (48-72h)
103
60 4.2.5 Giá trị ME, MAE và RMSE của lượng mưa dự báo từ mô hình MM5
cho khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, Đông Bắc và hai trạm Hà Nội, Hà
Đông (trong 3 ngày 30/10/2008 đến 02/11/2008) cho ngày thứ nhất (00-
24h), ngày thứ hai (24-48h) và ngày thứ ba (48-72h))
106
61 4.2.6 Giá trị ME, MAE, RMSE của nhiệt độ tối thấp trong hình thế có không
khí lạnh dự báo từ mô hình MM5 cho một số trạm điển hình tại hạn dự
báo 18h, 42h và 66h
108
62 4.2.7 Giá trị ME, MAE, RMSE của nhiệt độ tối cao trong hình thế có nắng
nóng dự báo từ mô hình MM5 cho một số trạm điển hình tại hạn dự báo
06h, 30h và 54h
109
63 4.2.8 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa tích lũy dự báo từ mô hình
MM5 cho toàn Việt Nam cho 4 mùa Xuân, Hạ, Thu Đông: ngày thứ
nhất (00-24h), ngày thứ hai (24-48h) và ngày thứ ba (48-72h)
109
64 4.3.1 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa tích lũy dự báo từ mô hình
WRF cho toàn Việt Nam cho ngày thứ nhất (00-24h), ngày thứ hai (24-
48h) và ngày thứ ba (48-72h)
112
65 4.3.2 Giá trị sai số độ cao địa thế vị tại các mực 850mb, 700mb và 500mb dự
báo từ mô hình WRF cho ba trạm Hà Nội, Vinh và Tân Sơn Hòa
115
66 4.3.3 Giá trị sai số nhiệt độ không khí tại các mực 850mb, 700mb và 500mb
dự báo từ mô hình WRF cho ba trạm Hà Nội, Vinh và Tân Sơn Hòa
116
67 4.3.4 Giá trị sai số của lượng mưa tích lũy 24h một cho các khu vực Việt
Nam
117
68 4.3.5 Giá trị sai số của lượng mưa tích lũy 24h một trong hình thế có mưa lớn 121
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
vi
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
69 4.3.6 Giá trị sai số của lượng mưa tích lũy 24h một trong hình thế có mưa lớn
ở hai trạm Hà Nội và Hà Đông
121
70 4.3.7 Giá trị ME, MAE, RMSE của nhiệt độ tối thấp trong hình thế có không
khí lạnh dự báo từ mô hình WRF cho một số trạm điển hình tại hạn dự
báo 18h, 42h, 66h
122
71 4.3.8 Giá trị ME, MAE, RMSE của nhiệt độ tối cao trong hình thế có nắng
nóng dự báo từ mô hình WRF cho một số trạm điển hình tại hạn dự báo
06h, 30h, 54h
124
72 4.3.9 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa tích lũy dự báo từ mô hình
WRF cho toàn Việt Nam cho 4 mùa Xuân, Hạ, Thu Đông: ngày thứ
nhất (00-24h), ngày thứ hai (24-48h) và ngày thứ ba (48-72h)
124
73 4.4.1 Giá trị BIAS, POD, FAR và ETS của mưa tích lũy dự báo từ mô hình
HRM, BoLAM, ETA, MM5 và WRF trên toàn Việt Nam cho ngày thứ
127
74 4.4.2 Sai số ME, MAE, RMSE độ cao địa thế vị các mực 850, 700 và 500mb
dự báo từ năm mô hình HRM, BoLAM, ETA, MM5 và WRF cho ba
trạm Láng (HN), Vinh (V) và TP Hồ Chí Minh (TSH)
131
75 4.4.3 Sai số ME, MAE, RMSE nhiệt độ không khí các mực 850, 700 và
500mb dự báo từ năm mô hình HRM, BoLAM, ETA, MM5 và WRF
cho ba trạm Láng (HN), Vinh (V) và TP Hồ Chí Minh (TSH)
132
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
vii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ
TT
Số thứ
tự hình
Nội dung
Trang
1 2.1.1 Cấu trúc phần mềm NWP_Verif 19
2 2.2.1 Sơ đồ quan hệ giữa các bảng thuộc tính của CSDL quan trắc bề mặt 20
3 2.2.2 Sơ đồ quan hệ giữa các bảng thuộc tính của CSDL quan trắc trên cao 22
4 2.2.3 Sơ đồ quan hệ giữa các bảng thuộc tính của CSDL tái phân tích 24
5 2.2.4 Sơ đồ quan hệ giữa các bảng thuộc tính của CSDL dự báo số trị 26
6 2.4.1 Giao diện chính của phần mềm NWP_verif 32
7 2.4.2 Sơ đồ khối tổng quát của phần mềm NWP_verif 32
8 2.4.3 Giao diện đồ họa quản trị CSDL quan trắc bề mặt 34
9 2.4.4 Giao diện nhập thêm trạm quan trắc vào CSDL quan trắc bề mặt 34
10 2.4.5 Giao diện chỉnh sửa siêu dữ liệu của nguồn số liệu tái phân tích 35
11 2.4.6 Giao diện thêm mới nguồn số liệu tái phân tích 35
12 2.4.7 Giao diện quản trị các nguồn số liệu dự báo của các mô hình NWP 35
13 2.4.8 Giao diện thêm mới mô hình NWP 36
14 2.4.9 Giao diện quản trị CSDL cấu hình đánh giá 36
15 2.4.10 Giao diện cho phép người sử dụng truy xuất số liệu quan trắc bề mặt
và trên cao theo một số định dạng cho trước
37
16 2.4.11 Giao diện cho phép người sử dụng hiển thị số liệu tái phân tích hoặc
dự báo từ các mô hình NWP
37
17 2.4.12 Giao diện thực hiện đánh giá mô hình NWP 39
18 2.4.13 Giao diện lựa chọn khoảng thời gian cần đánh giá 39
19 2.4.14 Giao diện lựa chọn biến cần đánh giá 40
20 2.4.15 Giao diện lựa chọn không gian đánh giá tại điểm trạm 40
21 2.4.16 Giao diện lựa chọn hạn dự báo và thực hiện đánh giá 41
22 2.4.17 Giao diện hiển thị biểu đồ đánh giá 42
23 2.4.18 Giao diện hiển thị trị số đánh giá 43
24 2.4.19 Giao diện hiển thị thống kê số liệu trong quá trình đánh giá 43
25 2.4.20 Giao diện trợ giúp trực tuyến 44
26 3.1.1 Lượng mưa quan trắc tích lũy 12h và 24h từ thời điểm 12UTC ngày
30/X/2008 đến 12UTC ngày 02/XI/2008
50
27 3.2.1 Miền tích phân dự báo của các mô hình HRM, ETA và BoLAM tại
Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương
54
28 3.2.2 Miền tích phân dự báo của mô hình MM5 tại Viện Khoa học Khí 56
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
viii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
tượng Thủy văn và Môi trường
29 3.2.3 Miền tích phân dự báo của mô hình WRF tại Khoa Khí tượng Thủy
văn và hải dương học, Trường đại học khoa học tự nhiên
58
30 3.3.1 Minh họa tính khoảng cách giữa hai điểm bằng công thưc Haversine 60
31 3.3.2 Minh họa phương pháp nội suy song tuyến tính 61
32 3.3.3 Một ví dụ cho phương pháp nội suy song tuyến tính 61
33 3.3.4 Nội suy bằng phương pháp thứ nhất: điểm lưới gần nhất, các giá trị
được cho tại các điểm chấm tròn đen
64
34 3.3.5 Phương pháp nội suy song tuyến tính, các giá trị được cho tại các
điểm chấm tròn đen
64
35 3.3.6 Phương pháp nội suy hàm bậc ba (bicubic), các giá trị được cho tại
các điểm chấm tròn đen
65
36 3.3.7 Minh họa vùng chung nhất (M) giữa các mô hình (MH-1, MH2,
MH-3 và MH-4) cần đánh giá
66
37 3.3.8 Lưới mô hình (độ phân giải cao hơn bên trong, màu đen) và lưới số
liệu tái phân tích (độ phân giải thô hơn bên ngoài, màu xan
67
38 3.3.9 Minh họa vùng lưới dùng để đánh gía 68
39 3.3.10 Minh họa nội suy giá trị mô hình về điểm lưới mới 68
40 3.3.11 Minh họa ba vùng số liệu JRA25, Mô hình BoLam và lưới mới để
đánh giá
69
41 3.3.12
Số liệu toàn vùng của Lưới quy chuẩn JRA25 độ phân giải 1.25
°
69
42 3.3.13
Số liệu toàn vùng của mô hình BoLam độ phân giải 0.15
°
70
43 3.3.14 Vùng lưới mới dùng để đánh giá cho mô hình BoLam dựa trên số
liệu JRA25
70
44 3.3.15 Minh họa hệ lưới cần nội suy từ các điểm trạm phân tán. Điểm xanh
là điểm lưới cần xác định giá trị. Vòng tròn xanh là vòng tròn ảnh
hưởng của quan trắc đến trị số điểm lưới
71
45 3.3.16 Nhiệt độ tại các trạm quan trắc Synop của Việt Nam được nội suy về
lưới với độ phân giải lưới = 0.125
o
72
46 3.3.17 Minh họa phương pháp Cressman với hai bán kính ảnh hưởng khác
nhau
74
47 4.1.1 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2m dự
báo từ ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt Nam tại
hạn dự báo 24h (trên, trái), 48h (trên, phải) và 72h (dưới, trái)
76
48 4.1.2 Như hình 4.1.1, nhưng cho nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2m 77
49 4.1.3(a,b) Giá trị ME, MAE và RMSE của gió kinh hướng tại độ cao 10m
(U10m) dự báo từ ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt
Nam tại hạn dự báo 24h (trên), 48h (giữa) và 72h (dưới) (a), gió vĩ
hướng V10m (b)
78
50 4.1.4 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao (Tmax) dự báo từ
ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt Nam tại hạn dự
79
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
ix
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
báo 06h (trên, trái), 30h (trên, phải) và 54h (dưới, trái)
51 4.1.5 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp (Tmin) dự báo từ
ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt Nam tại hạn dự
báo 18h (trên, trái), 42h (trên, phải) và 66h (dưới, trái)
79
52 4.1.6 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét
(T2m) dự báo từ ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt
Nam tại hạn dự báo 24h (trên, trái), 48h (trên, phải) và 72h (dưới,
trái) cho Mùa Xuân
92
53 4.1.7 Tương tự hình 4.1.6 nhưng cho Mùa Hạ 92
54 4.1.8 Như hình 4.1.6, nhưng cho Mùa Thu 93
55 4.1.9 Như hình 4.1.6, nhưng cho Mùa Đông 93
56 4.1.10 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao (Tmax) dự báo từ
ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt Nam tại hạn dự
báo 06h (trên, trái), 30h (trên, phải) và 54h (dưới, trái) cho Mùa
Xuân
94
57 4.1.11 Như hình 4.1.10, nhưng cho Mùa Hạ 94
58 4.1.12 Như hình 4.1.10, nhưng cho Mùa Thu 95
59 4.1.13 Như hình 4.1.10, nhưng cho Mùa Đông 95
60 4.1.14 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp (Tmin) dự báo từ
ba mô hình HRM, BoLAM và ETA cho toàn Việt Nam tại hạn dự
báo 18h (trên, trái), 42h (trên, phải) và 66h (dưới, trái) cho Mùa
Xuân
96
61 4.1.15 Như hình 4.1.14, nhưng cho Mùa Hạ 96
62 4.1.16 Như hình 4.1.14, nhưng cho Mùa Thu 97
63 4.1.17 Như hình 4.1.14, nhưng cho Mùa Đông 97
64 4.2.1 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình MM5 cho toàn Việt Nam tại các hạn dự báo 24h, 48h
và 72h
98
65 4.2.2 Như hình 4.2.1, nhưng cho nhiệt độ điểm sương 99
66 4.2.3 Giá trị ME, MAE và RMSE của gió kinh hướng (trái) và gió vĩ
hướng (phải) tại độ cao 10m dự báo từ mô hình MM5 trên toàn
miền cho toàn Việt Nam tại các hạn dự báo 24h, 48h và 72h
99
67 4.2.4 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình MM5 cho toàn Việt Nam tại các hạn dự báo 06h, 30h
và 54h
100
68 4.2.5 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình MM5 cho toàn Việt Nam tại các hạn dự báo 18h, 42h
và 66h
100
69 4.2.6 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình MM5 cho 9 khu vực tại hạn dự báo 24h (trên, trái),
48h (trên, phải) và 72h (dưới, trái)
104
70 4.2.7 Như hình 4.2.6, nhưng cho nhiệt độ điểm sương 104
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
x
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
71 4.2.8 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tối cao dự báo từ
mô hình MM5 cho 9 khu vực tại hạn dự báo 06h (trên, trái), 30h
(trên, phải) và 54h (dưới, trái)
105
72 4.2.9 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tối thấp dự báo
từ mô hình MM5 cho 9 khu vực tại hạn dự báo 18h (trên, trái), 42h
(trên, phải) và 66h (dưới, trái)
106
73 4.2.10 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp trong hình thế có
không khí lạnh dự báo từ mô hình MM5 cho các khu vực Tây Bắc,
Việt Bắc, Đông Bắc và Đông bằng Bắc Bộ tại hạn dự báo 18h (trên,
trái), 42h (trên, phải) và 66h (dưới, trái).
107
74 4.2.11 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao trong hình thế có
nắng nóng dự báo từ mô hình MM5 cho các khu vực Bắc Trung Bộ,
Trung Trung Bộ và Nam Trung Bộ tại hạn dự báo 06h (trên, trái),
30h (trên, phải) và 54h (dưới, trái)
108
75 4.2.12 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tại độ cao 2m dự báo từ mô
hình MM5 cho toàn Việt Nam theo 4 mùa Xuân, Hạ, Thu và Đông
tại hạn dự báo 24h (trên, trái), 48h (trên, phải)và 72h (dưới, trái)
110
76 4.2.13 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao (Tmax) dự báo từ
mô hình MM5 cho toàn Việt Nam theo 4 mùa Xuân, Hạ, Thu và
Đông tại hạn dự báo 06h (trên, trái), 30h (trên, phải) và 54h (dưới,
trái)
111
77 4.2.14 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp (Tmin) dự báo cho
toàn Việt Nam theo 4 mùa Xuân, Hạ, Thu và Đông tại hạn dự báo
18h (trên, trái), 42h (trên, phải) và 66h (dưới, trái)
112
78 4.3.1 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình WRF cho toàn Việt Nam tại các hạn dự báo 24h, 48h
và 72h
113
79 4.3.2 Như hình 4.3.1, nhưng cho nhiệt độ điểm sương 113
80 4.3.3 Giá trị ME, MAE và RMSE của gió kinh hướng (trái) và gió vĩ
hướng (phải) tại độ cao 10m dự báo từ mô hình WRF cho toàn Việt
Nam tại các hạn dự báo 24h, 48h và 72h
114
81 4.3.4 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình WRF cho toàn Việt Nam tại các hạn dự báo 6h, 30h
và 54h
114
82 4.3.5 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình WRF cho toàn Việt Nam tại các hạn dự báo 18h, 42h
và 66h
115
83 4.3.6 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2m dự
báo từ mô hình WRF cho 9 khu vực tại hạn dự báo 24h (trên, trái),
48h (trên, phải) và 72h (dưới, trái)
118
84 4.3.7 Như hình 4.3.6, nhưng cho nhiệt độ điểm sương 119
85 4.3.8 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tối cao dự báo từ
mô hình WRF cho 9 khu vực tại hạn dự báo 06h (trên, trái), 30h
(trên, phải) và 54h (dưới, trái)
119
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xi
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
86 4.3.9 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tối thấp dự báo
từ mô hình WRF cho 9 khu vực tại hạn dự báo 18h (trên, trái), 42h
(trên, phải) và 66h (dưới, trái)
120
87 4.3.10 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp trong hình thế có
không khí lạnh dự báo từ mô hình WRF cho các khu vực: Tây Bắc,
Việt Bắc, Đông Bắc và Đông bằng Bắc Bộ tại hạn dự báo 18h (trên,
trái), 42h (trên, phải) và 66h (dưới, trái).
122
88 4.3.11 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao trong hình thế có
nắng nóng dự báo từ mô hình WRF cho các khu vực: Bắc Trung Bộ,
Trung Trung Bộ và Nam Trung Bộ tại hạn dự báo 06h (trên, trái),
30h (trên, phải) và 54h (dưới, trái)
123
89
4.3.12 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tại độ cao 2m dự báo từ mô
hình WRF cho toàn Việt Nam theo 4 mùa Xuân, Hạ, Thu và Đông
tại hạn dự báo 24h (trên, trái), 48h )trên, phải)và 72h (dưới, trái)
125
90
4.3.13 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối cao dự báo từ mô hình
WRF cho toàn Việt Nam theo 4 mùa Xuân, Hạ, Thu và Đông tại hạn
dự báo 06h (trên, trái), 30h (trên, phải) và 54h (dưới, trái)
126
91
4.3.14 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ tối thấp dự báo từ mô hình
WRF cho toàn Việt Nam theo 4 mùa Xuân, Hạ, Thu và Đông tại hạn
dự báo 18h (trên, trái), 42h (trên, phải) và 66h (dưới, trái)
126
92
4.4.1 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tại độ cao 2m
(bên trái) và nhiệt độ điểm sương (bên phải) dự báo từ năm mô hình
HRM, BoLAM, ETA, MM5 và WRF cho toàn Việt Nam tại hạn dự
báo +24h (trên), +48h (giữa) và +72h (dưới)
128
93 4.4.2
(a,b)
Giá trị ME, MAE và RMSE của gió kinh hướng tại độ cao 10m
(U10m) dự báo từ 5 mô hình HRM, BoLAM, ETA, MM5 và WRF
cho toàn Việt Nam tại hạn dự báo +24h (trên), +48h (giữa) và +72h
(dưới) (a); Gió vĩ hướng V10m (b)
129
94 4.4.3
Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tối cao dự báo từ
năm mô hình HRM, BoLAM, ETA, MM5 và WRF cho toàn Việt
Nam tại hạn dự báo +06h (trên), +30h (giữa) và +54h (dưới)
130
95 4.4.4 Giá trị ME, MAE và RMSE của nhiệt độ không khí tối thấp dự báo
từ năm mô hình HRM, BoLAM, ETA, MM5 và WRF cho toàn Việt
Nam tại hạn dự báo +18h (trên), +42h (giữa) và +66h (dưới)
130
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I. KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ
SẢN PHẨM DỰ BÁO TỪ MÔ HÌNH DỰ BÁO SỐ TRỊ
4
1.1 Khái quát tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 4
1.1.1 Trên thế giới 4
1.1.2 Tại Việt Nam 5
1.2 Các phương pháp đánh giá sản phẩm dự báo từ mô hình dự báo số
trị tất định
7
1.2.1 Đánh giá cho biến dự báo liên tục 7
1.2.2 Đánh giá cho biến dự báo theo cấp 10
1.2.3 Đánh giá theo diện 13
1.2.3.1 Phương pháp xác định sai số 14
1.2.3.2 Phương pháp tách sai số 15
CHƯƠNG II. XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐÁNH GIÁ KHÁCH QUAN
CÁC SẢN PHẨM CỦA MÔ HÌNH DỰ BÁO SỐ TRỊ
17
2.1 Phân tích và thiết kế cấu trúc phần mềm 17
2.2 Phân tích và thiết kế cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá 19
2.2.1 Cơ sở dữ liệu quan trắc bề mặt và trên cao 19
2.2.2 Cơ sở dữ liệu tái phân tích 23
2.2.3 Cơ sở dữ liệu dự báo số trị 25
2.2.4 Cơ sở dữ liệu mùa đánh giá 27
2.2.5 Cơ sở dữ liệu trường hợp nghiên cứu và hình thế thời tiết 27
2.2.6 Cơ sở dữ liệu sao lưu kết quả đánh giá 28
2.3 Kiểm tra chất lượng số liệu quan trắc 29
2.4 Giới thiệu một số giao diện của phần mềm đánh giá 32
2.4.1 Giao diện quản trị cơ sở dữ liệu 33
2.4.2 Giao diện xem số liệu 36
2.4.3 Giao diện thực hiện đánh giá 38
2.4.4 Giao diện xem kết quả đánh giá 41
2.4.5 Giao diện trợ giúp trực tuyến 44
CHƯƠNG III. MÔ TẢ TẬP SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU, CẤU HÌNH
CÁC MÔ HÌNH DỰ BÁO KHU VỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH
GIÁ
45
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xiii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
3.1 Mô tả tập số liệu nghiên cứu 45
3.1.1 Số liệu quan trắc 45
3.1.2 Số liệu tái phân tích 46
3.1.3 Số liệu dự báo toàn cầu 47
3.1.4 Các trường hợp nghiên cứu 49
3.2 Mô tả cấu hình các mô hình dự báo khu vực được đánh giá 50
3.2.1 Mô hình của Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương 50
3.2.2 Mô hình của Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và môi trường 54
3.2.3 Mô hình của Khoa Khí tượng thủy văn và Hải dương học 56
3.3 Phương pháp đánh giá và x
ử lý số liệu mô hình dự báo số trị 58
3.3.1 Lựa chọn nhóm biến dự báo để đánh giá 58
3.3.2 Lựa chọn không gian để đánh giá 59
3.3.2.1 Đánh giá tại điểm trạm 59
3.3.2.2 Đánh giá trên lưới 65
3.3.2.3 Nội suy từ trạm quan trắc về lưới mô hình 70
CHƯƠNG IV. MỘT SỐ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM PHẦN MỀM
ĐÁNH GIÁ
75
4.1 Kết quả đánh giá chất lượng dự báo các mô hình số trị khu vực
của Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương
75
4.1.1 Đánh giá chung 75
4.1.1.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
75
4.1.1.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
76
4.1.1.3 Đánh giá yếu tố nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2 mét dự báo (Td2m)
theo 3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
76
4.1.1.4 Đánh giá yếu tố gió tại độ cao 10 mét dự báo (U10m, V10m) theo 3
hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
77
4.1.1.5 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (06h, 30h, 54h)
77
4.1.1.6 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (18h, 42h, 66h)
77
4.1.1.7 Đánh giá yếu tố độ cao địa thế vị dự báo theo 3 hạn dự báo chính (24h,
48h, 72h) tại các mực đẳng áp 850, 700 và 500mb (H85, H70, H50)
78
4.1.1.8 Đánh giá y
ếu tố nhiệt độ không khí dự báo tại các mực 850, 700 và
500 hPa (T85, T70, T50) theo 3 hạn dự báo chính (+24h,+48h,+72h)
81
4.1.2 Đánh giá theo khu vực 82
4.1.2.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
82
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xiv
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
4.1.2.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
83
4.1.2.3 Đánh giá yếu tố nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2 mét dự báo (Td2m)
theo 3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
85
4.1.2.4 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (06h, 30h, 54h)
86
4.1.2.5 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (18h, 42h, 66h)
87
4.1.3 Đánh giá theo hình thế
thời tiết 88
4.1.3.1 Hình thế có mưa lớn 88
4.1.3.2 Hình thế có không khí lạnh 88
4.1.3.3 Hình thế có nắng nóng 89
4.1.4 Đánh giá theo mùa 90
4.1.4.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
90
4.1.4.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
91
4.1.4.3 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (+06h, +30h,+54h)
92
4.1.4.4 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp d
ự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (+18h, +42h,+66h)
95
4.2 Kết quả đánh giá chất lượng dự báo mô hình MM5 của Viện khoa
học khí tượng thủy văn và môi trường
98
4.2.1 Đánh giá chung 98
4.2.1.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
98
4.2.1.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
98
4.2.1.3 Đánh giá yếu tố nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2 mét dự báo (Td2m)
theo 3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
99
4.2.1.4 Đánh giá yếu tố gió tại độ cao 10 mét dự báo (U10m, V10m) theo 3
hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
99
4.2.1.5 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (06h, 30h, 54h)
100
4.2.1.6 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (18h, 42h, 66h)
100
4.2.1.7 Đánh giá yếu tố độ cao địa thế vị dự báo theo 3 hạn dự báo chính (24h,
48h, 72h) tại các mực đẳng áp 850, 700 và 500mb (H85, H70, H50)
101
4.2.1.8 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí dự báo tại các mực 850, 700 và
500 hPa (T85, T70, T50) theo 3 hạn dự báo chính (+24h,+48h,+72h)
101
4.2.2 Đánh giá theo khu vực 102
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xv
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
4.2.2.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
102
4.2.2.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
103
4.2.2.3 Đánh giá yếu tố nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2 mét dự báo (Td2m)
theo 3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
103
4.2.2.4 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (06h, 30h, 54h)
104
4.2.2.5 Đánh giá yếu tố nhiệt độ
tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (18h, 42h, 66h)
105
4.2.3 Đánh giá theo hình thế thời tiết 106
4.2.3.1 Hình thế có mưa lớn 106
4.2.3.2 Hình thế có không khí lạnh 107
4.2.3.3 Hình thế có nắng nóng 108
4.2.4 Đánh giá theo mùa 109
4.2.4.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
109
4.2.4.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
110
4.2.4.3 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (+06h, +30h,+54h)
111
4.2.4.4 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (+18h, +42h,+66h)
111
4.3 Kết quả đánh giá chất lượng dự báo mô hình WRF của Khoa Khí
tượng thủy văn và Hải dương học
112
4.3.1 Đánh giá chung 112
4.3.1.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
112
4.3.1.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
112
4.3.1.3 Đ
ánh giá yếu tố nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2 mét dự báo (Td2m)
theo 3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
113
4.3.1.4 Đánh giá yếu tố gió tại độ cao 10 mét dự báo (U10m, V10m) theo 3
hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
113
4.3.1.5 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (06h, 30h, 54h)
114
4.3.1.6 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (18h, 42h, 66h)
115
4.3.1.7 Đánh giá yếu tố độ cao địa th
ế vị dự báo theo 3 hạn dự báo chính (24h,
48h, 72h) tại các mực đẳng áp 850, 700 và 500mb (H85, H70, H50)
115
4.3.1.8 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí dự báo tại các mực 850, 700 và 116
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xvi
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
500 hPa (T85, T70, T50) theo 3 hạn dự báo chính (+24h,+48h,+72h)
4.3.2 Đánh giá theo khu vực 117
4.3.2.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
117
4.3.2.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
118
4.3.2.3 Đánh giá yếu tố nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2 mét dự báo (Td2m)
theo 3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
118
4.3.2.4 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (06h, 30h, 54h)
119
4.3.2.5 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (18h, 42h, 66h)
120
4.3.3 Đánh giá theo hình thế thời tiết 121
4.3.3.1 Hình thế có mưa lớn 121
4.3.3.2 Hình thế có không khí lạnh 121
4.3.3.3 Hình thế có nắng nóng 123
4.3.4 Đánh giá theo mùa 124
4.3.4.1 Đánh giá yếu tố mưa dự báo (Rain) theo 3 hạn dự báo chính (00-24h,
24-48h, 48-72h)
124
4.3.4.2 Đánh giá yếu tố nhiệt độ không khí tại độ cao 2 mét dự báo (T2m) theo
3 hạn dự báo chính (24h, 48h, 72h)
124
4.3.4.3 Đánh giá yếu tố nhiệt
độ tối cao dự báo (Tmax) theo 3 hạn dự báo
chính (+06h, +30h,+54h)
125
4.3.4.4 Đánh giá yếu tố nhiệt độ tối thấp dự báo (Tmin) theo 3 hạn dự báo
chính (+18h, +42h,+66h)
126
4.4 So sánh kết quả đánh giá chất lượng dự báo giữa 5 mô hình HRM,
BoLAM, ETA, MM5 và WRF
127
4.4.1 Mưa dự báo (Rain) tích lũy 24h theo 3 hạn: 00-24h, 24-48h và 48-72h 127
4.4.2 Nhiệt độ không khí (T2m) và nhiệt độ điểm sương tại độ cao 2 mét dự
báo (Td2m) theo 3 hạn: 24h, 48h, 72h
127
4.4.3 Gió tại độ cao 10 mét (U10m, V10m) dự báo theo 3 hạn: 24h, 48h, 72h 127
4.4.4 Nhiệt độ không khí tố
i cao (Tmax) dự báo theo 3 hạn 06h, 30h, 54h và
nhiệt độ không khí tối thấp (Tmin) dự báo (Td2m) theo 3 hạn: 18h,
42h, 66h
128
4.4.5 Độ cao địa thế vị dự báo theo 3 hạn dự báo chính (+24+48,+72h trên
ba mực 850, 700 và 500mb)
130
4.4.6 Nhiệt độ không khí dự báo theo 3 hạn dự báo chính (+24+48,+72h trên
ba mực 850, 700 và 500mb)
130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO 136
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xvii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
PHỤ LỤC I: Danh sách các trạm quan trắc khí tượng bề mặt và thám
không vô tuyến được thu thập và đưa vào CSDL đánh giá
139
PHỤ LỤC II: Khái quát về mô hình dự báo số trị khu vực BoLAM
142
PHỤ LUC III: Một số kết quả đánh giá trên lưới
148
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo
số cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
xviii
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
MỞ ĐẦU
Từ lâu, người ta đã nhận thấy tầm quan trọng của công tác dự báo khí tượng
thuỷ văn (KTTV) đối với sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng và
đặc biệt trong công tác chủ động phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây
ra. Trong điều kiện xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đòi hỏi thông tin về dự báo
KTTV ngày càng cao, không chỉ phong phú về mặt nội dung mà cả về độ chính xác
của sả
n phẩm dự báo. Vì vậy, việc đánh giá chất lượng sản phẩm dự báo KTTV là
một việc rất cần thiết và ngày càng được các Cơ quan KTTV Quốc gia trên thế giới
quan tâm chú ý hơn. Việc đánh giá chất lượng dự báo KTTV là một trong các chỉ
tiêu cơ bản để đánh giá công việc của các Cơ quan KTTV quốc gia, đồng thời,
thông qua chất lượng dự báo KTTV, có thể định hướng được công tác nghiên cứu
và nâng cao chất lượ
ng dự báo một khi biết được chi tiết chỗ mạnh yếu của các sản
phẩm dự báo (Dương Liên Châu và cộng sự, 2007). Theo Tổ chức Khí tượng Thế
giới (WMO), có 3 lý do quan trọng nhất cần phải đánh giá chất lượng dự báo KTTV
là:
1. Để theo dõi chất lượng dự báo: xem các sản phẩm dự báo chính xác đến
mức nào và mức chính xác có ngày càng tốt hơn không?
2. Để nâng cao chất lượng dự báo: vì trước h
ết phải tìm ra dự báo sai cái gì,
sai như thế nào thì mới có thể cải tiến công nghệ dự báo.
3. Để so sánh chất lượng dự báo của các hệ thống dự báo khác nhau.
Theo kết quả điều tra trên quy mô toàn cầu vào năm 1997 của WMO, 57%
các Cơ quan KTTV quốc gia có hệ thống đánh giá dự báo được chính thức dùng
trong nghiệp vụ trong đó bao gồm cả đánh giá mô hình dự báo thời tiết số trị
(NWP). Tuy nhiên, có sự khác biệt r
ất lớn về phương thức và bản chất của cách
đánh giá giữa quốc gia này với quốc gia khác. Sở dĩ có sự khác biệt đó là do các
phương pháp đánh giá được sử dụng hoàn toàn phụ thuộc vào đặc trưng riêng của
từng loại sản phẩm dự báo, yếu tố dự báo, cách xây dựng phương pháp dự báo, và
đôi khi còn do yếu tố chủ quan của người xây dựng phương pháp đánh giá dự báo.
Trong nhi
ều năm qua, WMO đã có những cố gắng để đưa ra những chuẩn mực
thống nhất về đánh giá chất lượng dự báo (bao gồm cả dự báo NWP) cho các cơ
quan KTTV Quốc gia nhưng vẫn chưa đạt được kết quả mong muốn. Bởi vì mỗi
quốc gia đều có những quy định, quy tắc riêng trong đánh giá chất lượng dự báo
KTTV cho riêng quốc gia mình.
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo số
cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
1
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
Tại Việt Nam, NWP đã được nghiên cứu ứng dụng từ những năm 90 của thế
kỷ trước và chính thức sử dụng các sản phẩm NWP trong dự báo nghiệp vụ từ năm
1997. Cho đến nay, đã có rất nhiều sản phẩm NWP toàn cầu và từ các hệ thống mô
hình NWP khu vực được nghiên cứu và triển khai nghiệp vụ tại Trung tâm Dự báo
khí tượng thủy văn Trung ương (TTDBTƯ), các Đài KTTV khu v
ực, Viện Khoa
học Khí tượng thủy văn và Môi trường (Viện KTTV), Khoa KTTV và Hải dương
học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, …Tuy nhiên, cho đến nay chưa có
một nghiên cứu đánh giá toàn diện nào cho từng mô hình NWP cũng như các
nghiên cứu so sánh kỹ năng dự báo giữa các mô hình NWP đang có để chỉ ra mô
hình NWP tốt nhất cho điều kiện Việt Nam. Chính vì lý do này, nghiên cứu xây
dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan hoàn chỉnh cho các sả
n phẩm dự
báo từ các mô hình NWP hiện tại ở Việt Nam là hết sức cần thiết và cấp bách.
Theo đăng ký trong thuyết minh đề cương, mục tiêu của Đề tài là
xây dựng
được một hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm dự báo số trị, qua đó tổ chức
đánh giá và so sánh chất lượng dự báo của các mô hình dự báo thời tiết số trị hiện
có tại Việt Nam
. Dựa trên mục tiêu và nội dung công việc đã đăng ký trong bản
thuyết minh đề tài, nội dung của báo cáo tổng kết đề tài được bố cục thành các phần
như sau:
Mở đầu
Chương I. Khái quát về các phương pháp đánh giá sản phẩm dự báo từ
mô hình dự báo số trị
Chương II. Xây dựng phần mềm đánh giá khách quan các sản phẩm của
mô hình dự báo số trị
Chương III. Mô tả tập s
ố liệu nghiên cứu và cấu hình các mô hình dự
báo số trị khu vực được đánh giá
Chương IV. Một số kết quả thử nghiệm phần mềm đánh giá
Kết luận và Kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Đề tài do các cán bộ của Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu thực
hiện với sự cộng tác chặt chẽ của các đồng nghiệ
p đang làm việc tại Trung tâm Dự
báo khí tượng thủy văn Trung ương, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi
trường, Khoa Khí tượng thủy văn và Hải dương học thuộc Trường Đại học Khoa
học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và sự theo dõi, chỉ đạo kịp thời của Lãnh
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo số
cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
2
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
đạo Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu. Nhóm thực hiện đề tài hy vọng
những kết quả nghiên cứu mà đề tài đạt được sẽ có những đóng góp cho công tác
đánh giá chất lượng NWP tại Việt Nam, qua đó góp phần nâng cao chất lượng dự
báo nghiệp vụ, cũng như nghiên cứu phát triển các hệ thống đánh giá chất lượng dự
báo sau này tại Cục Khí tượng thủy văn và Bi
ến đổi khí hậu nói riêng và Ngành
KTTV nói chung. Nhân dịp này, chủ nhiệm đề tài và các cộng tác viên xin gửi lời
cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo Bộ Tài nguyên và Môi trường và Lãnh đạo Cục
Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu đã tạo mọi điều kiện cho chúng tôi hoàn
thành đề tài. Một lần nữa, xin trân trọng cảm ơn.
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo số
cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
3
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM
DỰ BÁO TỪ MÔ HÌNH DỰ BÁO SỐ TRỊ
1.1. KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.1. Trên thế giới
Như đã biết, tại hầu hết các trung tâm dự báo khí tượng, trước khi đưa ra bản
tin dự báo cuối cùng, các dự báo viên phải tham khảo rất nhiều nguồn thông tin
trong đó các sản phẩm từ các mô hình dự báo thời tiết số (NWP) có vai trò rất quan
trọng. Trong khi các nguồn số liệu quan trắc truyền thống và phi truyền thống cho
dự báo viên biết được về trạng thái khí quyển hiện tại, thì các sản phẩm dự báo t
ừ
mô hình cho biết xu thế biến đổi của khí quyển trong tương lai. Do đó, nếu các sản
phẩm NWP có độ chính xác cao, có thể đem lại các dự báo chủ quan từ dự báo viên
có chất lượng tốt hoặc thậm chí cao hơn dự báo trực tiếp từ mô hình. Ngày nay, sự
phát triển của công nghệ máy tính, đặc biệt là các siêu máy tính và sự hiểu biết sâu
hơn về các quá trình vật lý khí quyển đã đưa ra được những mô hình số “hoàn h
ảo”
hơn và do vậy, chất lượng các sản phẩm dự báo từ các mô hình này cũng ngày càng
được nâng cao. Cùng với sự tiến bộ của các mô hình NWP, các kỹ thuật để đánh giá
kỹ năng của các sản phẩm này cũng không ngừng phát triển. Tuy nhiên, cho đến
nay, chưa có một phương pháp đơn lẻ nào là thích hợp để áp dụng chung cho việc
đánh giá các sản phẩm dự báo khách quan từ mô hình. Theo Stanski và đồng nghiệp
(1989), cần phải có một vài cách khác nhau để
đánh giá mô hình và bất kỳ một sự
đánh giá nào về kỹ năng của mô hình khí quyển đều phụ thuộc vào quy mô về thời
gian và không gian được sử dụng để đánh giá, và điều này lại phụ thuộc vào mối
quan tâm của người sử dụng. Ví dụ, dự báo viên chủ yếu chỉ quan tâm đến kỹ năng
của mô hình trong việc dự báo hệ thống khí áp cho vùng mà họ có trách nhiệm dự
báo và thường trong kho
ảng thời gian 3 ngày, trong khi đó các nhà khoa học lại
quan tâm đến kỹ năng dự báo của mô hình đối với tất cả quy mô về không gian và
thời gian.
Philippe B. (2003) đưa ra kết quả điều tra về các phương pháp đánh giá mô
hình cũng như các yếu tố dự báo thường được đánh giá tại một số nước trên thế
giới. Tại Cơ quan khí tượng Australia (BoM), dự báo mưa từ mô hình NWP được
đánh giá so với l
ượng mưa quan trắc 24 giờ trên toàn lãnh thổ; độ phân giải của
trường phân tích là 0.25°, và trường phân tích được quy về độ phân giải của mô
hình. Các chỉ số đánh giá cơ bản là BIAS, RMSE và một số chỉ số khác áp dụng cho
dự báo nhị phân (có/không). Tại Cơ quan khí tượng Canada (CMC), người ta sử
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo số
cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
4
Cục Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu
dụng các chỉ số BIAS và RMSE đối với các yếu tố như gió, nhiệt độ, điểm sương,
khí áp mặt đất và độ cao địa thế vị; các chỉ số BIAS và TS cho các ngưỡng khác
nhau được sử dụng để đánh giá mưa. Tại Tổng cục khí tượng Trung Quốc (CMA),
400 trạm quan trắc đã được lựa chọn kỹ càng để dùng vào việc đánh giá mưa từ mô
hình NWP. Các sản phẩm dự báo s
ố và dự báo khách quan được nội suy về vị trí
các trạm này. Các chỉ số được sử dụng là BIAS và TS cho 1 số ngưỡng (0,1; 10; 25;
50 và 100 mm/24 giờ).
Tại Cơ quan khí tượng Pháp (Meteo France), người ta đánh giá các yếu tố
mưa, lượng mây, nhiệt độ và độ ẩm tại 2m, tốc độ gió, hướng gió, và cường độ gió
giật. Điểm lưới gần điểm quan trắc nhất được sử dụng để đánh giá v
ới các chỉ số
BIAS, RMSE và các chỉ số đánh giá cho dự báo nhị phân. Tại Cơ quan khí tượng
Nhật Bản (JMA) chỉ đánh giá mưa và nhiệt độ. Số liệu quan trắc được biến đổi
thành một lưới số liệu đồng nhất độ phân giải 80 km, và số liệu dự báo được so sánh
với số liệu quan trắc này sử dụng các chỉ số BIAS, TS và ETS.
Tại Cơ quan khí tượng Anh (UKMet), MSE được s
ử dụng để đánh giá nhiệt
độ và gió, trong khi đó ETS lại được dùng để đánh giá mưa, lượng mây và tầm nhìn
xa với các ngưỡng khác nhau. Tại Cơ quan khí tượng Mỹ (NWS), chỉ có các yếu tố
như nhiệt độ, gió, độ ẩm, lượng mưa, trường khí áp, độ cao địa thế vị được đánh
giá. Các chỉ số được sử dụng là BIAS, ETS, POD, FAR và OR. Như vậy, tại mỗi
quốc gia, việc lự
a chọn phương pháp đánh giá mô hình cũng như các yếu tố dự báo
cần được đánh giá là hoàn toàn phụ thuộc vào mục đích, yêu cầu, thực trạng công
tác quan trắc đo đạc, công tác dự báo và trình độ khoa học công nghệ dự báo của
quốc gia đó. Nói chung, người ta thường sử dụng các phương pháp khác nhau để
đánh giá các yếu tố khí tượng khác nhau. Thông thường, các yếu tố này được phân
loại thành các yếu tố liên tục như gió, nhi
ệt độ, độ cao địa thế vị …và các yếu tố rời
rạc được dự báo theo ngưỡng hoặc theo xác suất như lượng mưa, dạng mưa,
…(Murphy, 1987; Denial, 1995; Jolliffe, 2003).
1.1.2. Tại Việt Nam
Tại Việt Nam, từ năm 1997 trở lại đây, trên cơ sở hợp tác song phương,
Trung Tâm Quốc gia dự báo KTTV, Tổng cục KTTV (nay là Trung Tâm dự báo
KTTV Trung ương (TTDBTƯ), Trung Tâm KTTV Quốc gia) đã thu được một số
sản phẩm dự báo của các mô hình số từ JMA (dạng số từ cuối năm 1997), BoM
(dạng bản đồ từ năm 1999, dạng số đầu năm 2001); và một vài Trung tâm khí tượng
khác (dạng bản đồ
). Đến năm 2002, tại TTDBTƯ bắt đầu chạy nghiệp vụ mô hình
số phân giải cao HRM với phiên bản 28km và 14km. Hai phiên bản này sử dụng
Nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống đánh giá khách quan các sản phẩm của mô hình dự báo số
cho khu vực Việt Nam - Hà Nội 2011
5
