(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu đánh giá khả năng dự báo mưa hạn ngắn từ mô hình IFS cho khu vực Bắc Trung Bộ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌCTÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
-------------------------

TRẦN ĐỨC BÁ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
DỰ BÁO MƯA HẠN NGẮN TỪ MÔ HÌNH IFS
CHO KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội, năm 2019


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌCTÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
-------------------------

TRẦN ĐỨC BÁ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
DỰ BÁO MƯA HẠN NGẮN TỪ MÔ HÌNH IFS
CHO KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ
CHUYÊN NGHÀNH: KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC
MÃ SỐ: 60440222

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. VÕ VĂN HÒA
2. TS.THÁI THỊ THANH MINH

HÀ NỘI, NĂM 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Võ Văn Hòa

Cán bộ hướng dẫn phụ : TS. Thái Thị Thanh Minh

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Nguyễn Văn Hiệp

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Nguyễn Đăng Quang

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 11 tháng 01 năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu đánh giá khả năng dự
báo mưa hạn ngắn từ mô hình IFS cho khu vực Bắc Trung Bộ” là do tôi
thực hiện với sự hướng dẫn của TS. Võ Văn Hòa và TS.Thái Thị Thanh Minh.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi thực hiện và chưa công bố bất cứ
ở đâu.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi trình bày
trong luận văn này.
Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ

Trần Đức Bá

i


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Võ Văn Hòa và TS
Thái Thị Thanh Minh - người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành
luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các Thầy cô và các cán bộ trong khoa Khí tượng, thủy
văn đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn, giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập ở Trường và ở
Khoa.
Tôi xin cảm ơn các cán bộ phòng Dự báo thời tiết, phòng Dự báo khí
hậu và phòng Số và Viễn thám (Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc
gia), tập thể cán bộ viên chức Đài KTTV Hà Tĩnh, Đài KTTV khu vực Bắc
Trung Bộ và các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin cám ơn, nhóm tác giả đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển
công nghệ cấp Bộ: “Nghiên cứu ứng dụng số liệu dự báo của Trung tâm Dự
báo thời tiết hạn vừa Châu Âu để xây dựng các phương án dự báo lũ 5 ngày
cho các sông chính ở Trung Trung Bộ”, mã số: TNMT.2018.05.35.
Tôi cũng xin cảm ơn Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà
Nội, Đài Khí tượng đã tạo điều kiện cho tôi có thời gian hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân
và bạn bè, những người đã luôn ở bên cạnh cổ vũ, động viên và tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường.
Trần Đức Bá

ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN: .................................................................................. v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM MƯA Ở KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ VÀ TỔNG
QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO .................... 3
1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐIỂM MƯA Ở BẮC TRUNG BỘ ..................... 3
1.1.1 Phân bố mưa theo không gian và thời gian .............................................. 3
1.1.2 Các hình thế gây mưa ............................................................................... 8
1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO 13
1.2.1 Ngoài nước ............................................................................................. 13
1.2.2 Trong nước ............................................................................................. 22
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU ....... 27
2.1 LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................ 27
2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU ................................... 32
2.2.1 Số liệu quan trắc ..................................................................................... 34
2.2.2 Sơ bộ về mô hình IFS và số liệu mô hình IFS ....................................... 35
2.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ......................................................... 37
2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ .................................................................. 39
2.4.1 Lựa chọn không gian đánh giá ............................................................... 39
2.4.2 Lựa chọn các chỉ số đánh giá ................................................................. 39
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................... 46

iii

3.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỊNH LƯỢNG MƯA ........................................ 46
3.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO THEO CẤP........................................ 54
3.3 PHÂN TÍCH MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP .................................................. 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 70

iv


TÓM TẮT LUẬN VĂN:
+ Họ và tên học viên: Trần Đức Bá
+ Lớp: CH3a-K Khoá: 2017 - 2019
+ Cán bộ hướng dẫn: 1. Hướng dẫn 1: TS. Võ Văn Hòa
2. Hướng dẫn 2: TS.Thái Thị Thanh Minh
+ Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá khả năng dự báo mưa hạn ngắn từ mô
hình IFS cho khu vực Bắc Trung Bộ.
+ Tóm tắt: Tác giả sử dụng các chỉ số đánh giá lượng mưa, các chỉ số đánh
giá theo cấp mưa trên tập số liệu quan trắc lượng mưa trong 24 giờ của 20 trạm khí
tượng thuộc khu vực BTB trong thời gian 6 năm từ năm 2012 - 2017 và số liệu dự
báo từ mô hình IFS.
Kết quả cho thấy: khả năng dự báo mưa thời hạn ngắn cho khu vực BTB của
IFS là có kỹ năng và sai số tổng thể không lớn, tuy nhiên khả năng dự báo các hiện
tượng mưa to và mưa rất to còn chưa đạt thấp, cần lưu ý khi sử dụng kết quả dự báo
trong trường hợp mưa lớn.
Thesis summary
Full name: Tran Duc Ba
Class: CH3AK
School year: 2017-2019

Scientific guidance:
Instruction 1: Dr. Vo Van Hoa
Instruction 2: Dr. Thai Thi Thanh Minh
Project title: Research and evaluate the ability of rainfall short-term
forecasting from IFS model for North Central region
Summary: The author uses the indicators to assess the rainfall, the evaluation
indicators according to the rainfall level on the 24-hour, with 20 meteorological
stations data in the North Central region, from 2012 to 2017 and forecast data from
IFS model.
The results show that the ability to rainfall short-term forecasting of IFS model
is skillful and error is not great in the North Central region. However IFS model is
not skillful forecating with heavy rain and very heavy rain. So, it should be noted
when using forecast results in this cases.

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TBNN

Trung bình nhiều năm

BTB

Bắc Trung Bộ

KKL

Không khí lạnh

GMĐB

Gió mùa đông bắc

KKLTC

Không khí lạnh tăng cường

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

XTNĐ

Xoáy thuận Nhiệt đới

ITCZ

Dải hội tụ nhiệt đới

NWP

Mô hình dự báo thời tiết số

KTTV

Khí tượng thủy văn

TTBDTƯ

Trung tâm Dự báo Trung ương

TTBDQG

Trung tâm Dự báo Quốc gia

ECMWF

Trung tâm dự báo hạn vừa Châu Âu

IFS

Hệ thống dự báo tích hợp

PCTT

Phòng chống thiên tai

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Phân bố lượng mưa tháng TBNN từ năm (1988 - 2017) ................. 4
Bảng 1.2: Dự báo bão của Finley .................................................................... 14
Bảng 1.3: Cơ sở của phương pháp thống kê theo loại .................................... 17
Bảng 1.4: Các điểm số sử dụng bảng nhị phân ............................................... 17
Bảng 2.1 Danh sách các trạm lấy số liệu đánh giá.......................................... 32
Bảng 2.2 Bảng phân loại tần suất cho biến dự báo dạng nhị phân ................. 42
Bảng 3.1: Chỉ số ME các trạm ........................................................................ 47

Bảng 3.2: Bảng chỉ số RMSE các trạm ........................................................... 49
Bảng 3.3: Bảng chỉ số kỹ năng dự báo các trạm ............................................. 53
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chỉ số POD các cấp mưa ........................................ 55
Bảng 3.5: Chỉ số dự báo khống các trạm ........................................................ 57
Bảng 3.6: Chỉ số TS chuỗi lượng mưa các khu vực ....................................... 59
Bảng 3.7: Bảng chỉ số TS cấp mưa to các trạm .............................................. 59
Bảng 3.8 Bảng các chỉ số đánh giá lượng mưa đợt mưa lớn diện rộng .......... 61
Bảng 3.9 Bảng các chỉ số đánh giá lượng mưa đợt mưa lớn diện hẹp ........... 62
Bảng 3.10 Các chỉ số đánh giá cho hình thế đơn lẻ ........................................ 63
Bảng 3.11 Các chỉ số đánh giá cấp mưa vừa cho hình thế đơn lẻ .................. 63
Bảng 3.12 Các chỉ số đánh giá cấp mưa to cho hình thế đơn lẻ ..................... 64
Bảng 3.13 Các chỉ số đánh giá cho hình thế tổ hợp ........................................ 64
Bảng 3.14 Các chỉ số đánh giá cấp mưa vừa cho hình thế tổ hợp .................. 64
Bảng 3.15 Các chỉ số đánh giá cấp mưa to cho hình thế tổ hợp ..................... 64
Bảng 3.16 Các kết quả đánh giá theo lượng các tháng mưa nhiều và ít mưa . 65
Bảng 3.17 Các kết quả đánh giá theo lượng các tháng mưa nhiều và ít mưa . 66

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Phân bố tổng lượng mưa TBNN khu vực BTB ................................ 6
Hình 1.2 Phân bố lượng mưa trung bình trong tháng 7 .................................... 7
Hình 1.3 Phân bố lượng mưa trung bình trong tháng 11 .................................. 8
Hình 1.4 Hình thế KKL hoạt động độc lập ..................................................... 10
Hình 1.5 Bão hoạt động độc lập ...................................................................... 10
Hình 1.6 Hình thế KKL ảnh hưởng kết hợp với ITCZ ................................... 11
Hình 1.7 Hình thế gây mưa ảnh hưởng XTNĐ ............................................... 12
Hình 1.8: Dự báo nhiệt độ cao (0C) cho thành phố Oklahoma từ ba hệ thống
và quan trắc tương ứng. ................................................................................... 15

Hình 1.9: Giản đồ tụ điểm dự báo nhiệt độ cao cho thành phố Oklahoma .... 16
Hình 2.1 Bản đồ vị trí các trạm lấy số liệu ..................................................... 33
Hình 2.2 Sơ đồ minh họa phương pháp nội suy điểm gần nhất ...................... 38
Hình 3.1 Biểu đồ sai số sai số trung bình........................................................ 46
Hình 3.2 Biểu đồ sai số tuyệt đối trung bình .................................................. 49
Hình 3.3 Biểu đồ sai số quân phương ............................................................. 49
Hình 3.4 Biểu đồ sai số hệ thống .................................................................... 51
Hình 3.5 Biểu đồ hệ số tương quan................................................................. 52
Hình 3.6 Biểu đồ hệ số kỹ năng dự báo .......................................................... 52
Hình 3.7 Biểu đồ chỉ số dự báo đúng .............................................................. 54
Hình 3.8 Biểu đồ chỉ số dự báo khống ............................................................ 56
Hình 3.9 Biểu đồ chỉ số sai số hệ thống dự báo theo cấp ............................... 58

vi


MỞ ĐẦU
Trong nỗ lực nâng cao chất lượng dự báo, từ cuối năm 2011, sau một
quá trình chọn lựa, Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương đã được Bộ Tài
nguyên và Môi trường đầu tư dự án mua các sản phẩm dự báo từ mô hình
Integrated Forecasting System (IFS) của Trung tâm Dự báo hạn vừa Châu Âu
- ECMWF (ECMWF - European Centre for Medium-range Weather
Forecasts) để phục vụ công tác dự báo nghiệp vụ. Trong quá trình ứng dụng
mô hình IFS tại Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ cho thấy kết
quả dự báo của mô hình này cho chất lượng vượt trội hơn so với các mô hình
dự báo số trị khác, nhưng kết quả dự báo vẫn tồn tại nhiều sai số không tuân theo
quy luật gây không ít khó khăn cho dự báo viên trong quá trình ứng dụng [2].
Cũng như những mô hình khác, những sai số của mô hình IFS có nguyên
do từ sự không hoàn hảo về động lực, vật lý cũng như sai số về mô phỏng địa
hình dẫn tới những sai số trong kết quả dự báo. Để nâng cao chất lượng dự

báo thì trong quá trình ứng dụng mô hình cần phải có những nghiên cứu, đánh
giá mức độ chính xác của mô hình so với các giá trị quan trắc, để tìm ra ưu,
nhược điểm của mô hình từ đó rút ra kinh nghiệm để nâng cao chất lượng dự
báo. Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện nay chưa có tác giả nào nghiên cứu và
đánh giá kết quả của mô hình IFS cho dự báo hạn ngắn, duy chỉ có Võ Văn
Hòa và cộng sự có nghiên cứu đánh giá kết quả dự báo của mô hình này cho
hạn tháng và hạn mùa.
Khu vực Bắc Trung Bộ nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa, thường xuyên
có sự giao tranh mạnh mẽ của các khối khí, một trong những khu vực có tần
suất xảy ra thiên tai lớn nhất cả nước. Do đặc điểm khu vực Bắc Trung Bộ có
địa hình hẹp ngang và không đồng nhất nên kết quả dự báo định lượng mưa
của mô hình IFS cho khu vực này có sai số khá lớn và đặc biệt các sai số này
không mang tính quy luật.

1


Để nâng cao chất lượng dự báo mưa, các dự báo viên rất cần biết khuynh
hướng sai số, giá trị sai số, khả năng dự báo mưa của mô hình IFS. Chính vì
vậy, việc nghiên cứu, đánh giá chỉ ra chất lượng dự báo mưa của mô hình IFS
cho khu vực Bắc Trung Bộ bằng các chỉ số đánh giá là hết sức cấp thiết. Vì
vậy, đề tài:“Nghiên cứu đánh giá khả năng dự báo mưa hạn ngắn từ mô
hình IFS cho khu vực Bắc Trung Bộ” đã được chọn làm luận văn tốt nghiệp
Thạc sỹ. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở khoa học cho việc nâng cao
chất lượng dự báo, cảnh báo mưa, phục vụ công tác PCTT, hạn chế thiệt hại
do thiên tai gây ra trên khu vực BTB.
Mục tiêu của đề tài nhằm chỉ ra được chất lượng dự báo mưa của mô
hình IFS trên khu vực Bắc Trung Bộ; Đề xuất được các giải pháp cải tiến chất
lượng dự báo mưa từ mô hình IFS cho khu vực Bắc Trung Bộ.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là khả năng dự báo mưa mưa thời hạn

ngắn của mô hình IFS trong phạm vi khu vực Bắc Trung Bộ trong khoảng
thời gian 6 năm từ năm 2012 - 2017.
Nội dung của luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo
được bố cục thành 3 chương như sau:
Chương 1: Đặc điểm mưa ở Bắc Trung Bộ và tổng quan tình hình
nghiên cứu đánh giá dự báo
Phần này đề cập khái quát về đặc điểm mưa, các hình thế gây mưa ở Bắc
Trung Bộ và sơ bộ về tình hình nghiên cứu chung liên quan đến bài toán đánh
giá dự báo trên thế giới và trong nước
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở số liệu
Phần này nêu lý do lựa chọn đối tượng, phạm vi nghiên cứu, phương
pháp nghiên cứu, cơ sở số liệu.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
Phần này nêu các kết quả có được trong quá trình thực hiện việc đánh giá
khả năng dự báo mưa hạn ngắn của mô hình IFS trên khu vực Bắc Trung bộ.

2


CHƯƠNG I
ĐẶC ĐIỂM MƯA Ở KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ VÀ TỔNG QUAN
VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO
1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐIỂM MƯA Ở BẮC TRUNG BỘ
1.1.1 Phân bố mưa theo không gian và thời gian
Vùng Bắc Trung Bộ (Theo phân vùng của nghành Khí tượng Thủy văn)
kéo dài 2,5 vĩ độ, từ 18oN - 20,5oN gồm địa bàn ba tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An
và Hà Tĩnh. Nhìn chung, vùng khí hậu Bắc Trung Bộ giữ những đặc điểm
chính của khí hậu miền Bắc, mùa đông lạnh, mùa hè nền nhiệt độ cao, mưa
nhiều vào nửa cuối năm [5].
Do vị trí địa lý của khu vực BTB nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa,

thuộc khu vực có sự giao tranh mạnh mẽ của các khối không khí kết hợp với
yếu tố địa hình nên khu vực này có lượng mưa nhiều hơn trung bình của cả
nước [7]. Lượng mưa trung bình năm của khu vực BTB dao động từ 1478 –
2676mm. Lượng mưa khu vực BTB phân bố không đều, có sự phân hóa mạnh
theo không gian, và thời gian.
Sự phân hóa tổng lượng mưa TBNN theo không gian theo hướng giảm
dần chiều đông sang tây tại phần phía bắc và phần phía nam của khu vực rất
khác nhau. Tính trên chênh lệch tổng lượng mưa TBNN ở khu vực Thanh
Hóa trạm vùng ven biển có lượng mưa trung bình nhiều năm cao nhất chỉ cao
hơn trạm có lượng mưa TBNN thấp nhất ở khu vực phía tây khoảng 330mm,
thì khu vực Nghệ An chênh lệch đó là 625mm và khu vực Hà Tĩnh và
730mm, tương ứng với mức chênh lệch theo chiều đông - tây là 22% ở khu
vực Thanh Hóa và 37 - 48% ở khu vực Nghệ An và Hà Tĩnh. Khoảng cách
địa lý giữa các trạm khu vực đồng bằng phía đông và miền núi phía tây ở
Thanh Hóa và Nghệ An khoảng 100km nhưng khoảng cách đó ở khu vực Hà

3


Tĩnh chỉ khoảng 50km điều đó càng cho thấy sự khác biệt về phân hóa lượng
mưa TBNN theo chiều đông - tây giữa các khu vực.
Tổng lượng mưa TBNN khu vực BTB còn phân hóa rất rõ theo chiều từ
bắc vào nam. Vùng có mưa cao nhất là vùng đồng bằng ven biển phía nam
của tỉnh Hà Tĩnh, vùng có lượng mưa thấp nhất là vùng núi phía tây thuộc
tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An. Chênh lệch lượng mưa giữa vùng mưa nhiều nhất
và vùng mưa ít nhất là khoảng gần 2 lần. Cụ thể, tại vùng núi của Thanh Hóa
đến Nghệ An, lượng mưa trung bình năm các trạm thấp nhất dao động từ
1298 mm đến 1448 mm, trong khi đó vùng đồng bằng ven biển phía nam của
tỉnh Hà Tĩnh lượng mưa năm dao động từ 2584 đến 2676mm. Ngoài ra, ở khu
vực Hà Tĩnh do ảnh hưởng của địa hình còn có một số khu vực có lượng mưa

cao hơn như vùng thượng Kỳ Anh và vùng núi thuộc huyện Hương Khê.
Bảng 1.1: Phân bố lượng mưa tháng TBNN từ năm (1988 - 2017)
Đơn vị: mm
Tháng

Năm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Yên
Định

23.9

16.9

41.3

65.1

169.2

156.9

211.7

257.5

281.1

172.0

61.2

21.0

1477.7

Hồi
Xuân

18.2

16.6

42.3

75.3

213.2

237.7

276.8

316.3

250.6

134.3

37.8

17.4

1636.4

Thanh

Hóa

24.8

16.3

46.7

58.6

156.9

154.6

190.0

272.4

345.3

231.4

69.8

31.3

1598.0

Như
Xuân

29.4

19.0

45.4

52.3

172.7

152.2

172.3

286.8

341.9

239.7

79.6

28.5

1619.7

Bái
Thượng

38.2

26.1

58.6

75.1

255.8

218.8

220.1

325.3

292.1

195.9

69.8

26.9

1802.9

Tĩnh
Gia

34.4

30.3

52.8

59.6

153.5

141.8

201.3

273.0

416.2

316.4

93.4

35.4

1808.2

Đô
Lương

35.9

33.1

51.9

57.5

191.0

128.5

144.1

268.9

379.1

374.1

86.3

40.4

1790.7

Tây
Hiếu

23.0

18.3

34.1

51.8

154.8

154.8

178.8

268.7

308.8

252.4

52.4

23.1

1521.1

Quỳ
Châu

21.3

14.8

33.7

69.7

244.0

182.1

192.7

281.9

279.1

204.4

48.3

22.0

1594.0

Trạm

4


Tháng

Năm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Quỳ
Hợp

22.2

19.0

44.0

54.5

223.0

176.5

168.4

257.6

264.8

212.9

41.5

21.8

1506.1

Con
Cuông

36.5

35.8

57.3

66.9

194.1

135.0

163.1

265.2

320.6

279.4

64.6

33.5

1652.0

Quỳnh
Lưu

16.7

19.1

35.8

46.1

106.9

115.8

131.1

251.7

393.3

350.4

67.8

35.7

1570.4

Tương
Dương

17.6

14.9

36.0

69.0

155.4

157.1

192.0

235.1

231.8

147.6

28.1

13.6

1298.2

Vinh

48.6

35.6

51.5

43.8

151.9

92.8

89.4

264.4

399.6

547.9

126.6

72.3

1924.3

Hương
Sơn

48.7

49.6

64.0

89.4

195.8

95.8

117.0

270.5

316.4

491.0

143.2

65.2

1946.5

Hương
Khê

44.5

48.5

71.6

77.1

212.0

129.1

163.9

307.9

448.5

630.0

194.3

79.3

2406.6

Hà Tĩnh

95.0

57.3

68.6

68.8

168.2

122.9

104.3

241.8

457.5

763.1

273.6

163.1

2584.3

Kỳ Anh

115.
1

69.4

71.4

52.3

161.3

92.9

92.8

242.8

471.8

750.6

349.1

206.7

2676.0

Trạm

(Nguồn: Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ)
Sự phân hóa theo không gian của tổng lượng mưa từng năm ở các khu
vực cũng có nhiều khác biệt giữa các năm. Phần lớn các năm phân bố tổng
lượng mưa năm giữa phần phía bắc và phía nam tương tự với phân hóa của
lượng mưa trung bình nhiều năm nhưng một số năm sự phân bố này khác hẳn.
Trong chuỗi số liệu 30 năm, từ 1988 - 2017 bên cạnh những năm có chênh
lệch lượng mưa cả theo chiều đông - tây và bắc - nam rất ít như năm 1988,
2003, 2006, 2014 với mức chênh lệch chỉ từ 300 - 500mm, thì có những năm
mức chênh lệch rất lớn từ 1400 - 1700mm như các năm 1989, 1999, 2001 và
2007.

5

Hình 1.1 Phân bố tổng lượng mưa TBNN khu vực BTB
Từ hình 1.1 thể hiện rất rõ phân bố tổng lượng mưa năm TBNN với tâm
mưa lớn tập trung ở phía nam khu vực. Tổng lượng mưa tháng TBNN giảm
dần từ nam ra bắc, khu vực Nghệ An và Hà Tĩnh lượng mưa TBNN giảm dần
từ đông sang tây, riêng khu vực Thanh Hóa phân bố tổng lượng mưa TBNN
theo chiều đông tây không nhiều.
Do điều kiện địa hình mà thời gian bắt đầu và kết thúc mùa mưa của các
địa phương trong một tỉnh cũng khác nhau. Tháng VII là tháng đầu mùa mưa
nhưng lượng mưa ≥100mm chỉ tập trung vào vùng núi hai tỉnh phía bắc
(Thanh Hóa, Nghệ An), trong khi vùng đồng bằng ven biển mùa mưa thực sự
bắt đầu từ tháng XIII. Xét theo chỉ tiêu trên có thể nói khu vực miền núi phía
Bắc mùa mưa bắt đầu sớm hơn vùng đồng bằng ven biển.
Vào cuối mùa hè, khi gió mùa Tây Nam có dấu hiệu kết thúc, vùng đồng
bằng ven biển mới bước vào mùa mưa. Điều đáng lưu ý trong mùa mưa là do

6


vị trí địa lý nên khu vực BTB chịu ảnh hưởng hầu hết các loại hình thế thời
tiết nguy hiểm xảy ra như bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, hội tụ nhiệt
đới, gió Đông trên cao... đặc biệt là sự phối kết hợp chi phối của các hệ thống
thời tiết đó. Những trận mưa lớn gây ra lũ lụt đặc biệt lớn là hệ quả của sự
phối kết hợp chi phối của các hình thế thời tiết này.

Hình 1.2 Phân bố lượng mưa trung bình trong tháng 7
Từ tháng XI trở đi không khí lạnh ở phía Bắc tiếp tục tràn xuống phía
Nam nhưng thời kỳ này các nhiễu động nhiệt đới (bão, áp thấp nhiệt đới, dải
hội tụ...) đã lùi hẳn về phía Nam [4]. Vì vậy, khi không khí lạnh hoặc tín
phong Đông Bắc tràn về sẽ không có sự kết hợp chi phối giữa gió mùa hoặc
tín phong Đông Bắc với các nhiễu động nhiệt đới ở phía Nam biển Đông, thời

tiết thường chỉ mưa hoặc mưa vừa cho các tỉnh ở BTB. Riêng khu vực Hà
Tĩnh do nằm ở phía nam của khu vực nên vào tháng XI vẫn còn có mưa to,
mùa mưa kết thúc muộn hơn so với hai tỉnh phía bắc của khu vực.

7


Hình 1.3 Phân bố lượng mưa trung bình trong tháng 11
Khu vực BTB có tổng lượng mưa phân bố không đồng đều giữa các
mùa, cũng như giữa các tháng trong năm, gây ra những bất lợi cho sản xuất và
sinh hoạt [7]. Chính sự phân bố không đồng nhất theo thời gian đã gây thừa
nước trong mùa mưa và thiếu nước trong mùa khô.
1.1.2 Các hình thế gây mưa
Nằm ở khu vực có sự giao tranh mạnh mẽ của các hệ thống gió mùa nên
các hình thế gây mưa ở khu vực BTB rất đa dạng. Trong các hình thế thời tiết
gây mưa cho khu vực Bắc Trung Bộ có thể chia làm hai loại: các hình thế thời
tiết hoạt động độc lập và các hình thế hoạt động kết hợp.
Trong số các hình thế thời tiết hoạt động độc lập thì hình thế không khí
lạnh thường gây mưa nhỏ cho phần lớn khu vực, chỉ một số ít đợt gây mưa to
cho khu vực ven biển phía nam của tỉnh. Các hình thế hoạt động độc lập khác

8


như: rãnh áp thấp, dải hội tụ nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới, gió đông trên
cao... thường gây mưa vừa, mưa to cho khu vực Bắc Trung Bộ.
Các hình thế ảnh hưởng kết hợp đến khu vực BTB gồm các hình thế:
không khí lạnh, rãnh áp thấp, dải hội tụ nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới, gió
đông trên cao... kết hợp lại với nhau dưới dạng tổ hợp 2 hình thế hoặc 3 hình
thế làm cho diễn biến mưa phức tạp. Phần lớn các đợt mưa lớn diện rộng có

lượng mưa đặc biệt lớn thường do các hình thế gây mưa tổ hợp này gây ra.
Dưới đây là một số hình thế thời tiết gây mưa điển hình khu vực BTB:
* Hình thế thời tiết gây mưa do KKL hoạt động độc lập
Hình thế synốp KKL ảnh hưởng độc lập là cách nói tương đối trong phân
tích hình thế synốp chỉ quá trình xâm nhập của áp cao lạnh xuống phía nam
khi không kết hợp với những hệ thống thời tiết khác [4]. Đây là hình thế gây
mưa điển hình trong mùa đông, khi áp cao lạnh lục địa hoạt động mạnh,
khuếch tán xuống phía nam dưới dạng những đợt KKL thường gây mưa cho
khu vực BTB.
Trường hợp KKL hoạt động độc lập mặc dù lượng mưa do nó gây ra còn
tùy thuộc vào cường độ, hướng di chuyển và điều kiện mặt đệm nhưng nhìn
chung lượng mưa do ảnh hưởng của không khí lạnh không nhiều. Mưa do
không khí lạnh hoạt động độc lập có sự phân hóa theo hướng bắc - nam cả về
lượng mưa và dạng mưa, ở phần phía bắc lượng mưa nhỏ hơn và chủ yếu
dưới dạng mưa rào hoặc mưa nhỏ thời gian ngắn, phần phía nam do ảnh
hưởng địa hình chắn gió đông bắc nên lượng mưa thường lớn hơn và mưa nhỏ
thường kéo dài nhiều ngày.

9


Hình 1.4 Hình thế KKL hoạt động độc lập
(Nguồn:Trung tâm dự báo KTTV Trung ương)
* Hình thế XTNĐ ảnh hưởng độc lập.
Đây là loại hình thế synốp ATNĐ, bão ảnh hưởng gây mưa lớn mà
không có sự đóng góp trực tiếp của các hệ thống synốp khác. Mưa do ATNĐ,
bão hoạt động đơn thuần có lượng mưa mỗi đợt thường dao động từ 100 300mm và thời gian không kéo dài, thường kết thúc nhanh cùng với sự suy
yếu nhanh của XTNĐ khi di chuyển sâu vào đất liền (khoảng vào 2 - 3 ngày).

Hình 1.5 Bão hoạt động độc lập

(Nguồn:Trung tâm dự báo KTTV Trung ương)
10


* Dải hội tụ nhiệt đới hoạt động độc lập
Đây là dạng hình thế synốp được cấu trúc bởi sự hội tụ tín phong của hai
bán cầu và được thể hiện phía Bắc là đới tín phong dày và mạnh của rìa áp
cao cận nhiệt đới Tây Bắc Thái Bình Dương và phía Nam là gió Tây Nam có
nguồn gốc từ Nam bán cầu khi vượt qua xích đạo [4]. Cần chú ý rằng mưa lớn
do hệ thống này phụ thuộc khá nhiều ở cường độ của áp cao cận nhiệt đới.
Mưa lớn thường xuất hiện trong thời kỳ mạnh lên và lấn về phía tây của áp
cao cận nhiệt đới.
* Hình thế KKL kết hợp với các hình thế khác
Trong các loại hình thế kết hợp đáng chú ý nhất là các hình thế: KKL kết
hợp với XTNĐ và KKL kết hợp với nhiễu động trên cao, KKL kết hợp với tín
phong và các nhiễu động nhiệt đới khác như ITCZ, XTNĐ hay nhiễu động
sóng trong đới gió Đông trên cao…. Trong các loại hình thế synốp đặc trưng
gây mưa lớn đối với BTB thì loại hình thế áp cao lạnh kết hợp với ITCZ hoặc
XTNĐ gây mưa mãnh liệt nhất. Thực tế cho thấy khi áp cao lạnh ảnh hưởng
thì thường gây mưa nhưng không phải đợt nào cũng gây mưa lớn mà nó hoàn
toàn phụ thuộc hoàn lưu trên cao ở lớp dưới của tầng đối lưu (tiêu biểu ở mực
1500m). Thời gian bắt đầu và kết thúc mưa, cường độ mưa, thời gian duy trì
mưa lớn, phạm vi mưa... không đồng nhất giữa các đợt xâm nhập của KKL.

Hình 1.6 Hình thế KKL ảnh hưởng kết hợp với ITCZ
(Nguồn:Trung tâm dự báo KTTV Trung ương)

11

* Hình thế thời tiết gây mưa do XTNĐ kết hợp với các hình thế khác
Áp thấp nhiệt đới, bão là một trong các loại thiên tai ảnh hưởng đến
nước ta nói chung, khu vực BTB nói riêng không chỉ về gió mạnh mà còn
sinh ra mưa lớn diện rộng gây ngập lụt nghiêm trọng [5].
Đối với khu vực BTB mưa lớn do ATNĐ, bão xảy ra khá nghiêm trọng.
Mưa bão xảy ra tùy thuộc tốc độ di chuyển nhanh hay chậm, hướng di
chuyển, hệ thống synốp xung quanh, khả năng tồn tại của xoáy trên khu vực
ảnh hưởng. Cường độ của XTNĐ có liên quan đến mưa do quá trình phát
triển đối lưu mạnh hay yếu. Mùa bão ở BTB thường trùng với mùa hoạt động
của gió mùa mùa đông nên thường kết hợp với nhiều hệ thống synốp khác
như KKL, dải hội tụ nhiệt
Sự kết hợp nhiều hình thế thời tiết gây mưa trong đó có sự góp mặt của
nhiễu động gió đông trên cao là những hình thế thường gây mưa đặc biệt lớn.
Nhiễu động mạnh trong dòng gió đông trên cao góp phần kích hoạt đối lưu
sâu và chính gió đông cũng là nguồn cung ẩm dồi dào góp phần làm tăng quy
mô, mức độ ảnh hưởng của các hình thế thời tiết khác.

Hình 1.7 Hình thế gây mưa ảnh hưởng XTNĐ
(Nguồn:Trung tâm dự báo KTTV Trung ương)

12


* Dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với các hình thế khác
Thông thường ITCZ không phải là loại hình thế đặc trưng gây mưa lớn.
Mưa do ITCZ chỉ là loại mưa bất ổn định xảy ra không tuân thủ theo thời gian
ban ngày hay ban đêm và chỉ xuất hiện trong khu vực có hội tụ mạnh [4].
Theo số liệu thống kê về mặt khí hậu thì các dạng hình thế synốp
thường khác nhau và điều này quyết định đến cường độ, tổng lượng mưa cũng
như thời gian kéo dài do ITCZ gây ra. Đối với các tỉnh BTB ITCZ xuất hiện

dưới hai dạng chủ yếu: ITCZ hoạt động đơn thuần và ITCZ kết hợp với các hệ
thống synop và các nhiễu động khác như KKL, nhiễu động trong đới gió
Đông nhiệt đới trên cao, XTNĐ,…..
Thực tế trong công tác dự báo hiện nay, các hình thế thời tiết gây mưa
kết hợp với nhau sự tương tác qua lại giữa chúng tạo ra nhiều hệ quả khác
nhau nên gây khó khăn hơn nhiều trong việc dự báo định lượng mưa, kết quả
dự báo thường có độ sai lệch lớn hơn so với các đợt mưa do các hình thế thời
tiết hoạt động độc lập.
1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO
1.2.1 Ngoài nước
Murphy (1996a) là người đầu tiên đưa ra câu hỏi về chất lượng dự báo
và thực hiện đánh giá chất lượng dự báo đầu tiên ở Hoa Kỳ và Tây Âu năm
1880. Koppen và Finley (1984) đã đưa ra một số điểm số quan trọng về đánh
giá dự báo dự trên dạng nhị phân (bảng 1.1) [13]. Dự báo bão của Finley thực
hiện từ ngày 10 tháng 3 đến hết tháng 5 năm 1884, với thời gian dự báo 2
lần/ngày, cho 18 quận phía đông núi Rockies của Hoa Kỳ. Bảng 1.2 chỉ ra
tổng cộng có 2803 dự báo được thực hiện, trong đó có 100 dự báo có 51 số
cơn bão xuất hiện [13].

13


Bảng 1.2: Dự báo bão của Finley
Thám sát
Dự báo

Bão

Không có bão

Tổng

Bão

28

72

100

Không có bão

23

2680

2703

Tổng

51

2752

2803

Trong nửa đầu thế kỷ XX, công tác đánh giá dự báo phát triển rất mạnh
mẽ. Muller (1944) đã chỉ ra rằng có 55 các nghiên cứu liên quan đến đánh giá
kết quả dự báo thời tiết bằng mô hình số. Tổ chức Khí tượng Thế giới
(WMO) đã đưa ra 114 trang báo cáo về phương pháp đánh giá sản phẩm của

mô hình dự báo số trị (Stanski và cộng sự, 1989) và được áp dụng sau năm
1980. Tài liệu này rất hữu ích trong việc đánh giá kết quả dự báo thời tiết hạn
ngắn. Tiếp đến, Trung tâm Dự báo Khí tượng hạn vừa châu Âu đưa ra tài liệu
hướng dẫn về kỹ thuật đánh giá kết quả sản phẩm dự báo số trị. Kỹ thuật này
được ứng dụng tại Trung tâm Khí tượng quốc gia Úc.
Trong dự báo được chia thành 02 loại: Dự báo liên tục và dự báo pha
(hay dự báo xác suất). Chính vì vậy, tùy thuộc vào từng loại dự báo, chúng ta
đưa ra các phương pháp đánh giá khác nhau. Một bài toán đánh giá chất
lượng của sản phẩm dự báo chính là trả lời cho người sử dụng là: Độ chính
xác, kỹ năng, độ tin cậy, độ kiên định, độ nhọn và độ biến động của sản phẩm
dự báo từ mô hình như thế nào?
Các phương pháp đánh giá chất lượng dự báo được sử dụng bao gồm:
Phương pháp đồ thị, phương pháp thống kê liên tục và theo loại.
Phương pháp đồ thị được xem là công cụ đánh giá đơn giản nhất và
thường được sử dụng trong đánh giá các biến liên tục như nhiệt độ và gió.
Hình 1.1 chỉ ra dự báo nhiệt độ cao từ ba hệ hệ thống dự báo khác nhau, được
thực hiện bởi Trung tâm Dự báo thời tiết Quốc gia, Norman, thành phố

14