...Đặng Thị Kim Liên.pdf

TRƯỜNG ĐẠII HỌC
H
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
NG HÀ N
NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG
T
THỦY VĂN
=============

ĐẶNG THỊ KIM LIÊN

NGHIÊN CỨU
U VỀ
V PHƯƠNG PHÁP THỐNG
NG KÊ CLIPER
TRONG BÀI TOÁN DỰ
D BÁO BÃO

HÀ NỘI, 2016


TRƯỜNG ĐẠII HỌC
H
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
NG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG
T
THỦY VĂN
=============

ĐẶNG THỊ KIM LIÊN

NGHIÊN CỨU
U VỀ
V PHƯƠNG PHÁP THỐNG
NG KÊ CLIPER
TRONG BÀI TOÁN DỰ
D BÁO BÃO

Ngành
Mã ngành

: Khí tượng học
: D440221

NGƯỜII HƯỚNG
HƯ
DẪN: ThS. Dư Đức Tiến

HÀ NỘI, 2016


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là bài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn
khoa học của Th.S Dư Đức Tiến. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài là
trung thực và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào dưới đây. Những số liệu
trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả
thu thập từ các nguồn số liệu khác nhau. Ngoài ra, đồ án còn tham khảo một số
nhận xét đánh giá của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và

chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất cứ gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Hà Nội, ngày 23 tháng 06 năm 2016
Sinh viên

Đặng Thị Kim Liên

i


LỜI CẢM ƠN
Với một sự tri ân và lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến các Thầy
Cô Khoa Khí tượng Thủy văn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà
Nội đã dồn hết tâm huyết của mình để truyền đạt tri thức cho chúng em, tạo điều
kiện tốt nhất cho chúng em để hoàn thànhđồ án tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thạc sĩ Dư Đức Tiến, công tác
tại Phòng Dự báo Số và Viễn thám, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung
ương, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, định hướng đề tài
cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm đồ án. Nếu
không có những lời hướng dẫn và góp ý, dạy bảo của thầy thì em nghĩ đồ án này
của em cũng khó có thể hoàn thành được.
Em xin gửi lời cảm ơn tới Thạc sĩ Nguyễn Thu Hằng, công tác tại Phòng
Dự báo Số và Viễn Thám, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương
cũng đã rất tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành đồ
án này.
Nhận được nhiều sự giúp đỡ thế nhưng do chỉ là bước đầu trong việc đi
vào thực tế, nghiên cứu vấn đề, kiến thức em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ.
Do vậy không thể tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy Cô và các bạn để kiến
thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.

Sau cùng, em xin kính chúc các Thầy Cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn
và thầy Dư Đức Tiến, cô Nguyễn Thu Hằng cùng anh chị trong Phòng Dự báo
Số và Viễn thám, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương, thật nhiều
sức khỏe và công tác tốt.
Trân trọng cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
MỤC LỤC............................................................................................................. iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... vii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO BÃO VÀ PHƯƠNG PHÁP CLIPER1
1.1 Dự báo bão ................................................................................................... 1
1.1.1 Một số khái niệm và đặc trưng cơ bản về bão ......................................... 1
1.1.2 Các phương pháp dự báo bão ................................................................. 3
1.2 Phương pháp CLIPER ................................................................................. 4
CHƯƠNG 2. SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 13
2.1 Số liệu nghiên cứu....................................................................................... 13
2.1.1 Khu vực nghiên cứu .............................................................................. 13
2.1.2 Số liệu nghiên cứu ................................................................................ 13
2.2 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 16
2.2.1 Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến và ứng dụng của phương pháp
hồi quy tuyến tính đa biến trong bài toán CLIPER ....................................... 16
2.2.2 Các nhân tố dự báo trong bài toán CLIPER ......................................... 20
2.2.3 Phương pháp đánh giá kết quả ............................................................. 20

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 22
3.1 Xây dựng phương trình CLIPER .............................................................. 22
3.1.1 Đánh giá bộ số liệu phụ thuộc .............................................................. 24
3.1.2 Đánh giá bộ số liệu độc lập ................................................................... 25
3.2 So sánh sai số của phương pháp CLIPER với dự báo của 3 trung tâm Mỹ,
Nhật, Việt Nam ................................................................................................. 28
3.3 Một số cơn bão điển hình ........................................................................... 30
3.3.1 Diễn biến của một số cơn bão điển hình ............................................... 30
3.3.2 So sánh kĩ năng dự bão một vài cơn bão điển hình của ba trung tâm dự
báo và phương trình 2.................................................................................... 34
3.4 So sánh sai số của phương pháp CLIPER với dự báo mô hình GFS, GSM41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 45
iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
C

Giải nghĩa
Climatology – Phương pháp khí hậu học

CLIPER

CLImatology& PERsistence -Phương pháp khí hậu & quán tính

CMA

China Meteorological Administration-Cơ quan Khí tượng Trung

Quốc

DPE

Direct Positional Error- Sai số khoảng cách

GFS

Global Forecasting System-Hệ thống dự báo toàn cầu

GSM

Global Spectral Model- Mô hình phổ toàn cầu

JTWC

Joint Typhoon Warning Center -Trung tâm Liên hợp Cảnh báo bão
của Hải quân Mỹ

MAE
ME

Mean Absolute Error-Sai số trung bình tuyệt đối
Mean Error-Sai số trung bình

MLR

Multi-Linear Regression – Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến

NCEP

National Centers for Environmental Predictions -Trung tâm dự báo
môi trường Mỹ

NHC

National Hurricane Center - Trung tâm Bão quốc gia Hoa Kỳ

NMC

National Meteorological Centre –Trung tâm khí tượng quốc gia

P

Persistence- Phương pháp quán tính

RMSE

Root Mean Square Error-Sai số quân phương

RSMC
Tokyo

Regional Specialized Meteorological Center Tokyo- Trung tâm Khí
tượng Chuyên ngành Khu vực Tokyo

SHIFOR

Statistical Hurricane Intensity Forecast Model – Mô hình dự báo
thống kê cường độ cho khu vực Đông Thái Bình Dương & Đại Tây

Dương

STIFOR
TC
XTNĐ

Statistical Typhoon Intensity Forecast Model – Mô hình dự báo
thống kê cường độ cho khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương
Tropical Cyclone - Xoáy thuận nhiệt đới
Xoáy thuận nhiệt đới

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Phân loại bão theo cấp gió ....................................................................... 1
Bảng 1.2. Sai số trung bình tuyệt đối của cường độ dự báo của mô hình STIFOR 3
ngày và mô hình STIFOR 5 ngày ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương năm 2001.
Sự xác minh bao gồm tất cả cơn bão và áp thấp nhiệt đới. ....................................... 7
Bảng 1.3. Giá trị trung bình (bên trên) và độ lệch chuẩn (bên dưới) của bảy nhân tố
dự báo cường độ sơ cấp dựa trên bộ số liệu 1900-1972............................................ 9
Bảng 1.4. Bộ nhân tố dự báo đưa vào sử dụng cho từng hạn dự báo ........................ 9
Bảng 1.5. Kích cỡ mẫu và sự hồi quy của mô hình dự báo thống kê khí hậu và quán
tính ........................................................................................................................ 10
Bảng 1.6. RMSE của mô hình khí hậu và quán tính với số liệu đầu vào 4 năm
(2000-2003) từ những trung tâm dự báo khác nhau ............................................... 10
Bảng 2.1. Số bản ghi của từng trung tâm dự báo ứng với các hạn dự báo khác nhau
.............................................................................................................................. 14
Bảng 2.2. Số bản ghi của từng mô hình dự báo ứng với các hạn dự báo khác nhau 16

Bảng 3.1. Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo Lat24, Lon24,
Lat48, Lon48, Lat72, Lon72 với bộ số liệu 2006-2010 .......................................... 22
Bảng 3.2. Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo v24, v48, v72 với
bộ số liệu 2006-2010 ............................................................................................. 23
Bảng 3.3. Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo Lat24, Lon24,
Lat48, Lon48, Lat72, Lon72 với bộ số liệu 2001-2010 .......................................... 23
Bảng 3.4. Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo v24, v48, v72 với
bộ số liệu 2001-2010 ............................................................................................. 24
Bảng 3.5. Sai số trung bình tuyệt đối của các phương trình dự báo Lat24, Lon24,
Lat48, Lon48, Lat72, Lon72 của a) pt (1) b) pt (2)................................................. 24
Bảng 3.6. Sai số trung bình tuyệt đối của các phương trình dự báo Vmax_24,
Vmax_48, Vmax_72 của a) pt (1) b) pt (2) ............................................................ 25
Bảng 3.7. Giá trị của các nhân tố dự báo hạn 24 dự báo cho quỹ đạo (bảng a), cường
độ (bảng b) cho cơn bão Haiyan ............................................................................ 35

v


Bảng 3.8. Giá trị dự báo tính được từ pt (2) và giá trị thực của cơn bão Haiyan hạn
24h với yếu tố lat24, lon24 (Bảng a); yếu tố Vmax (bảng b) .................................. 37
Bảng 3.9. So sánh sai số dự báo vận tốc cực đại và sai số khoảng cách giữa các
trung tâm dự báo và pt (2) theo từng cơn bão với hạn 24h (bảng a), hạn 48h (bảng b)
.............................................................................................................................. 39

vi


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.Sự so sánh kĩ năng CLIPER trong mùa bão 1996-2002 ở Đại Tây Dương...

................................................................................................................................ 6
Hình 1.2. So sánh giữa giá trị R2 liên kết với mô hình Cliper 5 ngày (SHIFOR cho
Đại Tây Dương, SHIFOR cho Đông Bắc Thái Bình Dương, và STIFOR cho Tây
Bắc Thái Bình Dương) và các mô hình tương tự chỉ sử dụng các thông tin về khí
hậu học (CLIM.). So sánh được thể hiện (a) Bắc Đại Tây Dương, (b) Đông Bắc
Thái Bình Dương, và (c)Tây Bắc Thái Bình Dương. ............................................... 7
Hình 1.3. Sai số cường độ trung bình tuyệt đối (kt) từ mô hình SHIFOR 5 ngày và
mô hình STIFOR trong 5 ngày, từ dữ liệu hoạt động 1997-2000, khi so sánh với mô
hình dự báo quán tính của điều kiện ban đầu. Sai số Bắc Đại Tây Dương (a), Đông
Bắc Thái Bình Dương (b), Tây Bắc Thái Bình Dương (c). ....................................... 8
Hình 1.4. Độ lệch dự báo cường độ (kt) từ mô hình SHIFOR 5 ngày và mô hình
STIFOR trong 5 ngày, từ dữ liệu hoạt động 1997-2000, khi so sánh với mô hình dự
báo quán tính của điều kiện ban đầu. Sai số Bắc Đại Tây Dương (a), Đông Bắc Thái
Bình Dương (b), Tây Bắc Thái Bình Dương (c). ...................................................... 8
Hình 2.1. Bản đồ Biển Đông.................................................................................. 13
Hình 3.1. So sánh sai số vận tốc gió cực đại (bên trái), sai số khoảng cách (bên phải)
trung bình trong khoảng 4 năm (2011-2014) với các hạn dự báo 24h, 48h, 72h của
phương trình 1 và phương trình 2. ......................................................................... 25
Hình 3.2. So sánh sai số vận tốc và sai số khoảng cách giữa pt (1) và pt (2) theo
từng hạn dự báo (2011-2014) a) Hạn 24h, b)Hạn 48h, c) Hạn 72h ......................... 26
Hình 3.3.Sai số dự báo của 3 trung tâm dự báo JWTC (Mỹ), RMSC (Nhật), VNN
(Việt Nam) từ 2011-2014 với hạn dự báo 24h và 48h với từng yếu tố: vận tốc gió
cực đại (bên trái), khoảng cách (bên phải) ............................................................. 28
Hình 3.4. Sai số khoảng cách và sai số vận tốc gió cực đại trung bình trong các năm
2011-2014 của trung tâm JTWC, RMSC, VNN và pt (2) với từng hạn dự báo:...... 29
Hình 3.5.Diễn biến cơn bão NESAT Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải) ..... 31
Hình 3.6. Diễn biến cơn bão SONTINH Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải) 32
Hình 3.7. Diễn biến cơn bão HAIYAN Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải) . 33

vii

Hình 3.8.Diễn biến cơn bão KALMEAGI Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải)
.............................................................................................................................. 34
Hình 3.9. So sánh sai số dự báo khoảng cách và vận tốc cưc đại (2011-2014) giữa
mô hình GFS, GSM và pt (2) ................................................................................. 41

viii