Đánh giá lượng mưa dự báo của mô hình GSM trong điều kiện xoáy thuận nhiệt đới ảnh hưởng đến việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Thu Hương

ĐÁNH GIÁ LƯỢNG MƯA DỰ BÁO CỦA MƠ HÌNH GSM
TRONG ĐIỀU KIỆN XỐY THUẬN NHIỆT ĐỚI ẢNH HƯỞNG
ĐẾN VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Thu Hương

ĐÁNH GIÁ LƯỢNG MƯA DỰ BÁO CỦA MƠ HÌNH GSM
TRONG ĐIỀU KIỆN XỐY THUẬN NHIỆT ĐỚI ẢNH HƯỞNG
ĐẾN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khí tượng và Khí hậu học
Mã số: 60440222

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. LƯƠNG TUẤN MINH

Hà Nội - 2016


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trước hết tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các
thầy cô Khoa Khí tượng - Thủy văn - Hải dương học đã cung cấp cho tôi những
kiến thức chuyên ngành quý báu trong thời gian tôi học tập tại khoa và TS. Lương
Tuấn Minh đã giúp tôi định hướng đề tài luận văn. Trong q trình thực hiện tơi
ln được thầy cô tạo điều kiện hết sức thuận lợi và hướng dẫn tận tình để hồn
thành luận văn này.
Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành đến Đài Khí tượng Cao khơng, gia đình,
bạn bè là những người ln động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong
suốt thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn!

Học viên: Nguyễn Thị Thu Hương


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. 5
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO MƯA VÀ MƠ HÌNH
GSM ...................................................................................................................................... 8
1.1. Hiện trạng sử dụng các sản phẩm mơ hình dự báo thời tiết để dự báo định
lượng mưa trong xoáy thuận nhiệt đới........................................................................... 8
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về dự báo mưa trong và ngoài nước .......................... 9
1.2.1. Tổng quan những nghiên cứu trong nước ............................................................ 9

1.2.2. Tổng quan những nghiên cứu ngồi nước .......................................................... 11
1.3. Tổng quan về mơ hình tồn cầu GSM (Global Spectral Model) ........................ 13
CHƯƠNG 2: NGUỒN SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 15
2.1. Số liệu phục vụ nghiên cứu ..................................................................................... 15
2.1.1. Sản phẩm mơ hình dự báo .................................................................................. 15
2.1.2. Số liệu quan trắc thực tế ..................................................................................... 22
2.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 22
2.2.1. Đánh giá sai số trong dự báo mưa lớn của mô hình so với kết quả quan trắc
thực tế ........................................................................................................................... 23
2.2.2. Phân loại và đánh giá 10 cơn bão và 1 ATNĐ điển hình ................................... 24
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ MƯA KHI XỐY THUẬN NHIỆT ĐỚI
TƯƠNG TÁC VỚI HỒN LƯU KHÍ QUYỂN VÀ ĐỊA HÌNH ................................... 25
3.1. Nghiên cứu phân bố mưa khi xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt
Nam tương tác với khơng khí lạnh ............................................................................... 25
3.1.1. Đặc điểm của xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam tương tác với
gió mùa đơng bắc ......................................................................................................... 25
3.1.2. Trường mưa khi xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam tương tác
với gió mùa đông bắc ................................................................................................... 25
3.2. Nghiên cứu phân bố mưa khi xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt
Nam tương tác với gió mùa tây nam ............................................................................ 32

1


3.2.1. Đặc điểm của xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam tương tác với
gió mùa tây nam ........................................................................................................... 32
3.2.2. Trường mưa khi xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam tương tác
với gió mùa tây nam ..................................................................................................... 33
3.3. Nghiên cứu phân bố mưa khi xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt
Nam tương tác với đới gió tây trên cao ........................................................................ 39

3.3.1. Đặc điểm của xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam tương tác với
gió tây trên cao ............................................................................................................. 39
3.3.2.Trường mưa khi xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam tương tác
với đới gió tây trên cao ................................................................................................. 39
3.4. Đánh giá tác động của địa hình đến phân bố mưa trong xốy thuận nhiệt đới 43
3.4.1. Đặc điểm của xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam với tác động
địa hình ......................................................................................................................... 43
3.4.2.Trường mưa khi xoáy thuận nhiệt đới hoạt động ở khu vực Việt Nam với tác
động địa hình ................................................................................................................ 44
3.5. Từ kết luận của nghiên cứu đề tài ......................................................................... 64
3.5.1. Gió đơng bắc ...................................................................................................... 64
3.5.2. Gió mùa tây nam ................................................................................................ 64
3.5.3. Đới gió tây trên cao ............................................................................................ 65
3.5.4. Địa hình .............................................................................................................. 65
3.6. Thử nghiệm .............................................................................................................. 65
3.6.1. Bão PAKHAR (2012) .......................................................................................... 65
3.6.2. Bão VICENTE (2012) ......................................................................................... 66
KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 70

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT
Hình 2.1.

Hình 2.2.

Hình 3.1.

Tên hình
Minh họa sử dụng sản phẩm mơ hình để phân tích và dự báo mưa
trong XTNĐ khi ảnh hưởng trực tiếp đến lãnh thổ nước ta
Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng trong khu vực Việt Nam
Bản đồ áp, gió ngày 23/11/2004 và tổng lượng mưa 72h tính đến
7h ngày 26/11/2004

Trang
21

22

27

Hình 3.2.

Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 1/11/2009

29

Hình 3.3.

Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 7h ngày 2/11/2009

30

Hình 3.4.

Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 2/11/2009

31

Hình 3.5.

Bản đồ phân tích trường gió mặt đất và 500mb lúc 7h ngày
4/8/2007 (Bão số 2)

32

Hình 3.6.

Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 14/6/2004

34

Hình 3.7.

Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 4/8/2007

36

Hình 3.8.

Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 5/8/2007

37

Hình 3.9.

Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 6/8/2007

38

Hình 3.10. Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 17/10/2009

41

Hình 3.11. Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 7h ngày 18/10/2009

41

Hình 3.12. Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 18/10/2009

42

3


Hình 3.13. Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 7h ngày 12/7/2009

Hình 3.14.

Bản đồ áp, gió ngày 2/7/2001 và tổng lượng mưa 72h tính đến 7h
ngày 5/7/2001

46

48

Hình 3.15. Đường đi của cơn bão số 4 Kammuri (8/2008)

49

Hình 3.16. Dự báo mưa của mơ hình ngày 4/8/2008 lúc 00z cho 24, 48 và 72h

53

Hình 3.17. Dự báo mưa của mơ hình ngày 6/8/2008 lúc 00z cho 24, 48 và 72h

55

Hình 3.18.

Bản đồ áp, gió ngày 2/10/2007 và tổng lượng mưa 72h tính đến
7h ngày 5/10/2007

Hình 3.19. Bản đồ mưa dự báo và bản đồ quan trắc lúc 19h ngày 29/9/2009

Hình 3.20.

Hình 3.21.

Hình 3.22.

Bản đồ áp, gió ngày 17/11/2008 và tổng lượng mưa trong 2 ngày
16 đến 18/11/2008
Mô hình dự báo mưa 72h từ 7h ngày 31/3/2012 (a) và đường đi
bão số 1(b)
Mơ hình dự báo mưa 72h từ 7h ngày 24/7/2012 (a) và đường đi

bão số 4 (b)

4

58

60

63

66

68


DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT
Bảng 2.1.

Tên bảng biểu
Bão và ATNĐ từ năm 2001 – 2010 ảnh hưởng trực tiếp đến lãnh
thổ nước ta

Trang
15

Bảng 3.1

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Muifa

26

Bảng 3.2

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Marinae

27

Bảng 3.3

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Chanthu

33

Bảng 3.4

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão số 2 ngày 4-7/8/2007

35

Bảng 3.5

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h ATNĐ ngày 17-19/10/2009

39

Bảng 3.6

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Soudelor

45

Bảng 3.7

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Durian

47

Bảng 3.8

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Kammuri

50

Bảng 3.9

Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Lê Ki Ma

57

Bảng 3.10 Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Ketsana

59

Bảng 3.11 Lượng mưa quan trắc và dự báo 72h bão Noul

62

5

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, công tác dự báo khí tượng Việt Nam đã tiến bộ
đáng kể, từ dự báo synop thuần túy đã dần chuyển sang kết hợp với nhiều sản phẩm
của các mơ hình dự báo số. Mặc dù chúng ta đã có kinh nghiệm trên 10 năm sử
dụng các sản phẩm mơ hình, tuy nhiên cịn thiếu những nghiên cứu ứng dụng của
dự báo mơ hình đặc biệt là xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) kết hợp phức tạp với hồn
lưu khí quyển, địa hình vào nghiệp vụ. Thay vì đó, các dự báo viên chủ yếu xem các
kết quả mơ hình, do vậy sai số khá lớn; đặc biệt là dự báo định lượng mưa trong
xoáy thuận nhiệt đới khi ảnh hưởng trực tiếp đến nước ta.
Các nghiên cứu mới gần đây ở nước ta chủ yếu thực hiện ứng dụng các sản
phẩm và thử nghiệm cải tiến các thông số, nguồn số liệu… các mô hình dự báo để
tăng cường độ chính xác. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên cũng tăng độ phân
giải và cải tiến mơ hình dự báo thời tiết MM5, WRF và kết quả thu được khá tốt.
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường đã tiến hành cài xốy, tăng độ
phân giải cho mơ hình MM5, WRF để dự báo mưa trong bão. Trung tâm Dự báo
Khí tượng Thủy văn Trung ương cũng đã xây dựng mơ hình tổ hợp để dự báo mưa
cho các khu vực ở Việt Nam…
Đất nước ta hàng năm chịu ảnh hưởng của nhiều thiên tai như mưa bão, áp
thấp nhiệt đới (ATNĐ), mưa đá, hạn hán, ngập lụt, sụt lở đất, cháy rừng…Bão và áp
thấp nhiệt đới là hai loại thiên tai xảy ra thường xuyên trên mọi vùng miền và là
những thiên tai có mức độ tàn phá khốc liệt nhất. Các cơn bão thường kèm theo gió
mạnh, mưa lớn, sóng cao, lũ, nước biển dâng,…. gây thiệt hại to lớn cho người và
tài sản.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu dự báo xoáy thuận nhiệt đới đã và đang được
nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam tập trung nghiên cứu. Trong
luận văn này, tôi đi sâu vào: “Đánh giá lượng mưa dự báo của mơ hình GSM
(Global Spectral Model) trong điều kiện xoáy thuận nhiệt đới ảnh hưởng đến Việt

6

Nam, đặc biệt là xoáy thuận nhiệt đới kết hợp phức tạp với hồn lưu khí quyển, địa
hình vào dự báo nghiệp vụ.”
Nội dung chính của luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về dự báo mưa và mơ hình GSM.
Chương 2: Nguồn số liệu và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Nghiên cứu phân bố mưa khi xốy thuận nhiệt đới tương tác với
hồn lưu khí quyển và địa hình.
Mục tiêu cụ thể của luận văn:
-

Nghiên cứu các phương pháp dự báo lượng mưa trong XTNĐ khi đổ bộ

vào Việt Nam.
-

Nghiên cứu đánh giá các trường hợp cụ thể XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam

có tác động của địa hình; hồn lưu khí quyển như gió mùa đơng bắc, gió mùa tây
nam, gió tây trên cao.

7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO
MƯA VÀ MƠ HÌNH GSM
1.1. Hiện trạng sử dụng các sản phẩm mơ hình dự báo thời tiết để dự
báo định lượng mưa trong xoáy thuận nhiệt đới
Trong những năm gần đây, các mơ hình dự báo thời tiết tại Trung tâm Khí

tượng Thủy văn Quốc gia đã và đang được ứng dụng hiệu quả trong nghiệp vụ dự
báo. Tuy nhiên, để dự báo định lượng mưa của bão, ATNĐ, các dự báo viên phải
nội ngoại suy từ các nguồn số liệu khác nhau, do vậy còn tồn tại những sai số khá
lớn, chưa đạt được độ chính xác cao.
Trong cuộc sống ngày nay, các thông tin về thời tiết ngày càng trở nên quan
trọng và không thể thiếu trong việc thực hiện các kế hoạch của mỗi cá nhân nói
riêng và tập thể nói chung. Để phù hợp với yêu cầu của người sử dụng, các công
nghệ dự báo thời tiết đã không ngừng được cải tiến, nâng cao chất lượng. Tại trung
tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, dự báo thời tiết đã có những bước
chuyển biến khá rõ rệt đặc biệt trong vài năm trở lại đây. Từ phương pháp dự báo
truyền thống bằng phương pháp Synop, ngày nay đã và đang được trang bị những
công cụ tiến tiến nhất như dự báo thời tiết bằng mơ hình số, các sản phẩm dự báo tổ
hợp. Trước đây, hạn dự báo chỉ 2 đến 3 ngày, nay tăng lên 7 ngày thậm chí đến 2
tuần. Do vậy, để phục vụ công tác dự báo thời tiết, việc thu thập các sản phẩm mơ
hình số trị là hết sức cần thiết.
Gần đây tại Việt Nam, xuất hiện nhiều các nghiên cứu mới về áp dụng sản
phẩm và cải tiến các mơ hình dự báo, nhưng chỉ tập trung chủ yếu vào nghiên cứu
làm thế nào để các mô hình dự báo chạy thơng, khơng bị trục trặc. Trung tâm Dự
báo Khí tượng Thủy văn Trung ương cũng đã xây dựng mơ hình tổ hợp để dự báo
mưa cho các khu vực của Việt Nam và chạy mơ hình dự báo XTNĐ dựa vào mơ
hình giản đơn BARO... Ngồi ra, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Mơi
trường cũng đã cài đặt mơ hình MM5, WRF và tiến hành cài xoáy, tăng độ phân
giải cho dự báo mưa trong bão của mơ hình.

8


Đối với một số nước phát triển (Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc) đã phát triển
các mơ hình dự báo XTNĐ trong nghiệp vụ, trong cùng một thời gian họ có thể
chạy một mơ hình đến nhiều mơ hình. Hồng Kơng cũng đã cải tiến các mơ hình ra

kết quả độc lập, thêm vào đó, họ cịn mua sản phẩm từ mơ hình giới hạn của Nhật
Bản thơng qua kênh liên lạc riêng từng giờ khi có bão trên khu vực Tây Bắc Thái
Bình Dương. Trung Quốc cũng sử dụng nhiều mơ hình trong dự báo nghiệp vụ, cải
tiến mơ hình tồn cầu GFM, MM5 và giới hạn cho khu vực. Nhìn chung là để được
đưa vào sử dụng trong nghiệp vụ, các mơ hình đều được thử nghiệm trong một thời
gian đủ dài và đảm bảo kết quả, tiếp sau mới được áp dụng cho từng khu vực sau
khi có hiệu chỉnh sai số cho khu vực đó.
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về dự báo mưa trong và ngoài nước
1.2.1. Tổng quan những nghiên cứu trong nước
Sự phân bố lượng mưa trong mỗi cơn bão ngoài biển thường đạt giá trị và
cường độ nhỏ hơn ở đất liền, điều đó cũng có thể giải thích rằng khi vào đất liền
với tác động của địa hình, khơng khí trong bão tăng tính chất bất ổn định của nó,
do vậy ở các khu vực có địa hình khác nhau lượng mưa sẽ thay đổi. Mưa lớn
trong bão tập trung trong bán kính 100 - 200km, nhưng phạm vi mưa lớn khơng
đồng đều hồn tồn quanh tâm bão. Thơng thường ở phần phía Bắc của bão mưa
lớn hơn phần phía Nam.
Quá trình mưa có liên quan đến bão hoặc mưa do bão chiếm từ 35 - 45%
tổng lượng mưa năm của khu vực ven biển Trung Bộ. Bão gây ra mưa lớn khi
chúng đổ bộ vào đất liền, theo số liệu thống kê có khoảng 20% số cơn bão và áp
thấp nhiệt đới có tổng lượng mưa lớn hơn 300mm, khoảng 45% số cơn bão và áp
thấp nhiệt đới có tổng lượng mưa từ 200 - 300mm, khoảng 15% số cơn bão và áp
thấp nhiệt đới có tổng lượng mưa dưới 150mm.
Ở khu vực ven biển Trung Bộ, sự kết hợp của bão và khơng khí lạnh là hình
thế gây mưa đặc biệt lớn, gây ra những trận mưa rất lớn, thời gian mưa lớn thường
tập trung trong vài ngày gây ra lũ lớn, đe dọa cuộc sống của người dân sinh sống

9


bên ven sông hoặc các vùng trũng, đôi khi ở vùng núi cịn có lũ qt. Mưa lớn trong

bão có thời gian trung bình từ 2 - 3 ngày, tuy nhiên khi bão kết hợp với khơng khí
lạnh thì diện mưa lớn sẽ mở rộng và thời gian mưa lớn sẽ kéo dài lên đến 3 - 5
ngày.
GS. TS Trần Tân Tiến, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội cũng đã
nghiên cứu dự báo mưa cho khu vực Trung Trung Bộ bằng các mơ hình số: WRF,
RAMS, ETA; trong đó mơ hình có khả năng cho dự báo mưa lớn trước 3 ngày với
lượng mưa lớn từ 100 đến 200 mm/ngày chỉ có mơ hình RAMS. Thử nghiệm cho
khu vực dự báo trên hệ thống sông Trà Khúc, tác giả đánh giá là đạt khá cao. [13]
Trần Quang Năng (2009) đã đánh giá đầy đủ cho khu vực Đông Bắc Bộ
trong 5 tháng mùa mưa (tháng 6,7,8,9,10) trong chuỗi số liệu 3 năm (năm 2005,
2006, 2007) và so sánh đánh giá dự báo của mơ hình ứng với từng hình thế thời tiết
cụ thể. Các chỉ tiêu đánh giá theo biến liên tục và theo biến cấp định lượng đều biến
thiên đúng quy luật, chứng tỏ được tính ổn định của các mơ đun tính mưa ở mơ hình
HRM. Sai số hệ thống phân bố theo khơng gian có quy luật, chất lượng dự báo của
mơ hình tốt hơn ngẫu nhiên. Nhìn chung, mơ hình HRM cho lượng mưa dự báo
thường lớn hơn lượng mưa thực tế đo được. [10]
TS. Hoàng Đức Cường và các cộng sự (2008) với nghiên cứu, đánh giá dự
báo trong khí tượng , đã sử dụng các chỉ số đánh giá như sai số trung bình ME, sai
số bình phương trung bình RMSE và sai số tuyệt đối MAE để thử nghiệm đánh giá
dự báo mưa ở Việt Nam bằng mơ hình MM5. Kết quả thu được rằng, trong số các
sơ đồ tham số hóa vật lý của mơ hình số trị khu vực, đối với dự báo mưa có lẽ sơ đồ
tham số hóa đối lưu có độ nhạy lớn nhất. [2]
Nguyễn Tiến Tồn (2011) với nghiên cứu mưa lớn khi khơng khí lạnh kết
hợp với dải hội tụ nhiệt đới cho khu vực Trung Trung Bộ bằng mơ hình WRF.
Trong nghiên cứu của mình, tác giả đã sử dụng mơ hình WRF với 2 miền tính lồng
nhau (miền trong là khu vực Trung Bộ, miền ngoài là toàn bộ lãnh thổ Việt Nam)
với độ phân giải lần lượt là 30km và 10km, bước thời gian tích phân 180s và hạn dự

10

báo 72h. Với mục đích dự báo mưa lớn khi khơng khí lạnh kết hợp với dải hội tụ
nhiệt đới (ITCZ) tác giả đã chọn được bộ thơng số thích hợp cho mơ hình. Kết quả
mơ hình cho thấy rằng hầu hết các trạm dự báo lượng mưa có cập nhật số liệu địa
phương tốt hơn các trạm không cập nhật số liệu địa phương. Dựa trên kết quả đánh
giá, ông đã tìm ra được các phương trình dự báo tối ưu cho các trạm, sau đó đã đưa
ra được qui trình dự báo mưa khi khơng khí lanh kết hợp ITCZ. [15]
1.2.2. Tổng quan những nghiên cứu ngoài nước
Mưa lớn trong bão phụ thuộc vào cường độ bão và tốc độ di chuyển của
chúng. Nhìn chung, khi bão đang ở giai đoạn đang phát triển hoặc di chuyển chậm
thì thời gian mưa kéo dài và mưa trong bão lớn nên tổng lượng mưa lớn. Ngược lại
nếu bão ở trong giai đoạn đang suy yếu hoặc di chuyển nhanh thì tổng lượng mưa
trong bão sẽ nhỏ hơn.
Dựa theo nghiên cứu của Matsumoto và Satoru Yokoi (2008) cho thấy sự
kiện mưa lớn này xảy ra ở miền Trung Việt Nam ngày 2-3 tháng 11 năm 1999, chủ
yếu do hai nhiễu động của khí quyển làm cho lượng mưa ở thành phố Huế là hơn
1800 mm cho 2 ngày. Hai nhiễu động khí quyển đó là:
Thứ nhất, một sự xâm nhập lạnh (CS) bất thường, gió bắc trong tầng đối lưu
thấp, di chuyển từ phía bắc xuống phía nam Biển Đơng và dừng lại đó một vài
ngày, có nguồn gốc ở miền bắc Trung Quốc gần 40°N, kết quả là những cơn gió
đơng bắc mạnh hơn bình thường thổi liên tục vào bán đảo Đơng Dương, thổi vng
góc với dãy Trường Sơn.
Thứ hai, một áp thấp nhiệt đới ở miền nam Việt Nam kết hợp với gió nam dị
thường trên trung tâm Biển Đơng nhằm ngăn chặn khơng khí lạnh di chuyển xa hơn
về phía nam. Trên phía Bắc Biển Đơng, gió nam dị thường mạnh mẽ hình thành kết
hợp với sự hội tụ của gió mùa Đơng bắc (do xâm nhập bất thường của khơng khí
lạnh) đã cung cấp lượng ẩm và nhiệt cho khơng khí nhiệt đới. Áp thấp nhiệt đới kết
hợp với sự xâm nhập lạnh đột ngột đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện lượng
mưa lớn ở miền Trung Việt Nam. Các nhiễu động sinh ra (do áp thấp nhiệt đới) có

11


thể coi là kết quả một phản ứng sóng Rossby bất thường của đối lưu quy mô lớn
trên Maritime Continent, liên quan đến sự biến đổi giao mùa ở xích đạo.
Sử dụng số liệu tái phân tích 24 năm (từ 1979-2002) và tập hợp dữ liệu mưa
bề mặt, các tác giả xác nhận rằng cùng tồn tại của Tropical Depression –Type
Disturbance (TDD) và Cold Surge (CS) là quan trọng cho sự xuất hiện mưa lớn ở
miền Trung Việt Nam. Ngoài ra, quan sát thấy rằng CS mà khơng có một TDD thì
khơng dẫn đến nhiều mưa. [18]
Nghiên cứu của các tác giả Cheung, Wu và Lo (2009) về sự tương tác giữa
bão Babs (1998) và gió mùa mùa đơng (gió mùa Đơng Á), quan sát thấy mưa lớn có
thể xảy ra ở phía đơng hoặc đơng bắc Đài Loan. Các tác giả cho rằng do có sự hội
tụ dịng khí với gió mùa đơng bắc được tăng cường nên khu vực vẫn xảy ra mưa lớn
mặc dù cơn bão vẫn cách xa Đài Loan, nó qua đảo Luzon (Philippines) và tồn tại ở
Nam Biển Đông. Các tác giả đã sử dụng mơ hình MM5 với ba lưới lồng nhau, độ
phân giải ngang cao nhất 6,67km. 20 km, độ phân giải mơ phỏng sự phân bố lượng
mưa chính xác trong 3 ngày nghiên cứu. Phân tích lượng mưa dựa trên hai chế độ
mưa đó là chế độ gió mùa trong thời gian 0000 UTC ngày 24-25 tháng 10 và chế độ
địa hình trong thời gian 0000 UTC ngày 25-26 tháng 10. [21]
Theo N.Tartaglionel, C. Accadia, A. Speranza, S.Mariani và M.Casaioli đã
đánh giá lượng mưa quan trắc được bởi mạng lưới thùng đo mưa dày đặc trên đảo
Síp so với lượng mưa mơ hình, áp dụng phương pháp phân tích diện mưa tiếp giáp
(CRA). Sử dụng các mảng khác nhau của loại kiểm nghiệm và miền con của các chỉ
số tương quan và sai số quân phương để so sánh sau khi tác động vào các kết quả
CRA. Kết quả cần lưu ý khi thử nghiệm lượng mưa mơ hình trên một miền nhỏ hơn
mơ hình. [20]
Theo nghiên cứu của Zhiyong Meng và Shuanzhu Gao (2009) đã quan sát
thấy lượng mưa lớn gây ra do sự đổ bộ của cơn bão nhiệt đới Bilis. Ở giai đoạn đầu
tiên của lượng mưa, có thể trực tiếp gây ra bởi hoàn lưu bên trong cơn bão (xảy ra

tại tỉnh Phúc Kiến và Chiết Giang). Giai đoạn thứ hai của lượng mưa, xuất hiện

12


xung quanh khu vực biên giới giữa các tỉnh Giang Tây, Quảng Đông, Hồ Nam gây
ra lũ lụt nghiêm trọng nhất và là tâm điểm của nghiên cứu này. Trong giai đoạn thứ
ba của lượng mưa, xảy ra dọc theo vùng ven biển của tỉnh Phúc Kiến và Quảng
Đông, rất có thể là kết quả của sự tương tác giữa cơn bão nhiệt đới Bilis và gió mùa
tăng cường trên Biển Đơng bằng cách nâng địa hình dọc theo bờ biển. [19]
A. Papadopuolos và P. Katsafados đã sử dụng hơn 900 trạm để quan trắc bề
mặt và so sánh những dự báo của trường nhiệt độ khơng khí 2m, trường gió 10m,
trường áp suất mực nước biển 3 giờ và trường lượng mưa tích lũy 6 giờ. Việc đánh
giá các hệ thống dựa trên việc so sánh các quan trắc bề mặt và điểm – điểm giữa các
biến số mô hình được tạo ra có liên quan. Do đó, đánh giá đã được phát triển dựa
trên ước tính của các kỹ thuật đánh giá khách quan truyền thống như RMSE,
MAE...cho các yếu tố dự báo liên tục và rời rạc. Kết quả cho thấy rằng các lỗi mơ
hình được đánh giá cao phụ thuộc vào chu kỳ ngày đêm, thời gian dự báo, và vị trí
các trạm. [17]
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều mơ hình dự báo số trị cho kết quả đáng
tin cậy như mơ hình GSM (Global Spectral Model) của JMA (Japan
Meteorologycal Agency), GFS (Global Forecast System) của NCEP (National
Centers for Environmental Prediction), GEM của CMC (Canada Meteorologycal
Centre…
Với sự hợp tác song phương của Cơ quan Khí tượng Nhật bản (JMA), Trung
tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương đã thu nhận và sử dụng sản phẩm mơ
hình GSM từ năm 2006 đến nay. Sản phẩm này ngày càng có vai trị quan trọng, là
cơng cụ khơng thể thiếu cho các dự báo viên, vì vậy để phục vụ cho bài toán đánh
giá định lượng mưa cho khu vực Việt Nam, việc thu thập và lưu trữ sản phẩm này là
rất cần thiết.

1.3. Tổng quan về mơ hình tồn cầu GSM (Global Spectral Model)
Mơ hình phổ toàn cầu GSM (Global Spectral Model) sử dụng hệ phương
trình nguyên thủy để biểu diễn sự chuyển động và trạng thái của khí quyển. Mơ

13


hình GSM đã được đưa vào sử dụng nghiệp vụ tại Cơ quan Khí tượng Nhật Bản
JMA (Japan Meteorologycal Agency) từ tháng 3 năm 1988. Mơ hình đầu tiên với
độ phân giải theo phương ngang là T63, và 16 mực theo chiều thẳng đứng lên đến
10 hPa.
Tháng 9 năm 1989, mơ hình GSM đã được nâng cấp, số sóng bị chặn tăng
lên T106 và số mực thẳng đứng tăng lên tới 21 mực. Tháng 3 năm 1996, độ phân
giải theo phương ngang đã tăng gấp đôi T213. Số mực theo chiều thẳng đứng lên
đến 30 mực. Sơ đồ tham số hóa mây đối lưu chuyển từ sơ đồ Kuo sang sơ đồ
Arakawa-Schubert.
Tháng 9 năm 1999, tiến hành tinh xảo hóa các quá trình vật lý, hàm lượng
nước trong mây được đưa vào như một biến dự báo và các quá trình đối lưu ẩm đã
được cải tiến. Đầu tháng 3 năm 2001, số mực theo chiều thẳng đứng tăng lên 40
mực và miền tính thẳng đứng đã lên đến tận 0.4 hPa (mực đẳng áp trên cùng).
Tháng 3 năm 2005, sơ đồ bình lưu Eulerian được thay thế bởi sơ đồ bán
Lagrangian một, tăng độ phân giải phổ từ T213 (lưới vng) lên TL319 (lưới tuyến
tính), cùng với các q trình ban đầu hóa thơng thường và ban đầu hóa thẳng đứng
cũng được đưa vào. Đến ngày 1 tháng 3 năm 2006, thời gian dự báo cho các phiên
06 và 18UTC là 36h, trong khi 00UTC là 90h và 12UTC là 216h dự báo.
Qua nhiều giai đoạn phát triển, GSM là một trong những mơ hình tồn cầu
có độ phân giải ngang tinh nhất trên thế giới, hiện nay mô hình GSM có độ phân
giải 0.1875 độ (khoảng 20km). Tuy nhiên khi cung cấp cho các nước sử dụng sản
phẩm, các độ phân giải đưa ra là 1.25 độ, 0.5 độ, và 0.25 độ. [11]

14


CHƯƠNG 2: NGUỒN SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Số liệu phục vụ nghiên cứu
2.1.1. Sản phẩm mơ hình dự báo
Các sản phẩm từ mơ hình dự báo thời tiết tồn cầu chạy tại Trung tâm Dự
báo Khí tượng Thủy văn Trung ương GSM (Nhật Bản) được đưa vào tham khảo đối
với 11 trường hợp điển hình của bão, ATNĐ với tác động của địa hình và hồn lưu
khí quyển ảnh hưởng đến lãnh thổ nước ta từ năm 2001 đến 2010, ngồi ra có tham
khảo kết quả nghiên cứu của nước ngoài.
Bảng 2.1. Bão và ATNĐ từ năm 2001 - 2010 ảnh hưởng đến lãnh thổ nước ta
Bão và ATNĐ
Năm

Tên bão

Tình hình mưa

Bão số 2 Durian (2/7/2001) Lơi
Châu (Trung Quốc) vào Quảng
Tây, Cao Bằng

2001

Mưa: 100 - 250mm; Mưa địa hình
Việt Bắc

Bão số 5 Usagi (10-11/8/2001)

Mưa: 50 - 150mm; Mai Hóa (Quảng

vào Hà Tĩnh, Kỳ Anh

Bình) 256mm; Cồn Cỏ 259mm

Bão số 8 Lingling (10-11-12/8)

Mưa: 80 - 250mm; Tam Kỳ

vào Bình Định, Phú n

253mm; Tuy Hịa 243mm

ATNĐ Tháng 9

Gây ra mưa

ATNĐ Tháng 10

Một đợt mưa lớn to

Bão số 4 Hagupit (13-15/9) vào
Lơi Châu suy yếu

Bắc Bộ có mưa

2002
Bão số 5 Mekkhala (29-30/9)
vào Quảng Đông, Trung Quốc

2003

Bão số 3 Koni (21-22/7/2003)

15

Bắc Bộ có mưa vừa
Mưa: 100 - 150mm; Phú Thọ


vào Ninh Bình cấp 9, Nho Quan 357mm
cấp 8
Bão số 4 Imbudo (23-24-

Mưa vùng thấp vào Việt Trung; Hà

25/7/2003) vào Quảng Tây,

Giang 208mm; Bắc Cạn 197mm

Trung Quốc
Bão số 5 Krovanh (24-25-

Mưa: 100 - 150mm; Lai Châu

26/7/2003) vào Móng Cái,

276mm; Vĩnh Phúc 236mm

Quảng Ninh cấp 10

Mưa: ATNĐ + khơng khí lạnh; Đặc
biệt to 200 - 400mm, gây ngập đặc

ATNĐ (8-9-10/9/2003) vào

biệt Ba Lạt (Thái Bình) 701mm;

Nghệ An

Văn Lý 660mm; Thị xã Thái Bình
749mm

Bão số 2 Chanthu (12-13-

Mưa vừa, mưa to hầu hết các khu

14/6/2004), tâm Quy Nhơn cấp 6 vực
ATNĐ (28-29-30/8/2004) suy
yếu vào Móng Cái

2004

ATNĐ tháng 9/2004 vào Quảng
Ngãi, Lý Sơn cấp 7

Mưa Bắc Bộ 50 - 100mm
Mưa kết hợp hội tụ Đông Nam, phổ
biến 100 - 200mm; Hà Tĩnh
391mm; Quảng Ngãi 319mm

Bão số 4 Muifa (23-2425/11/2004) qua Cà Mau, vào
Thổ Chu, và sau đó vào Vịnh

Mưa to ở khu vực Trung Bộ

Thái Lan
2005

Bão số 2 Washi (30-31/7 và
1/8/2005) vào Thái Bình, sau đó

16

Mưa: 50 - 100mm


vào Nam Định
Bão số 3 (11-12/7/2005) vào

Mưa: 100 - 200mm; Văn Lý

Thanh Hóa

327mm; Nghệ An 256mm

Bão số 5 (29-30-31/8/2005) vào

Mưa: 100 - 150mm; Hà Tĩnh

Vinh, Nghệ An

380mm; Quảng Bình 347mm

Bão số 6 Vicente (17-18/9/2005) Mưa: 150 - 200mm; Hà Tĩnh
vào Vinh, Nghệ An

321mm, Quảng Bình 287mm

Bão số 7 Damrey (26-27-

Mưa: 100 - 150mm; Hịa Bình

28/9/2005) vào Thanh Hóa

348mm; Lương Sơn 382mm

Bão số 8 Kaitak (từ 31/10 đến 12/11/2005) vào Thái Bình, Nam
Định

Mưa đặc biệt to: Đà Nẵng, Quảng
Ngãi > 600mm

ATNĐ (12-13/9/2005) vào Bình

Mưa: Huế 277mm; Quảng Nam

Định

320mm

ATNĐ (6-7-8/10/2005) vào Huế, Mưa: 300 - 400mm; Huế 408mm;
Đà Nẵng

Quảng Trị 606mm
Mưa: 100 - 200mm; Quảng Ninh

Bão số 3 Prapiroon (3-4-

505mm; Yên Bái 239mm; Tuyên

5/8/2006) vào Lôi Châu

Quang 224mm

Bão số 5 (24-25-26/9/2006) vào

Mưa: 100 - 200mm; Quảng Trị

Hà Tĩnh

424mm; Huế 362mm

2006
Bão số 6 Xangsane (từ 30/9 đến
1- 2/10/2006) đi thẳng vào Đà
Nẵng

Mưa: 200 - 300mm; Quảng Bình Huế 300 - 400mm; Huế 362mm

Bão số 9 Ourian (4-5-6/11/2006) Mưa: 50 - 150mm; Đà Nẵng
đi dọc xuống Nam Trung Bộ vào 325mm; Quảng Ngãi 243mm

17


Bến Tre, Trà Vinh
ATNĐ (3-4/7/2006) vào Quảng
Ninh
Bão số 1 Toraji (5-6/7/2007) vào
Tiên Yên, Móng Cái, Quảng
Ninh

Mưa: 30 - 50mm

Mưa: 50 - 100mm; Hịa Bình
170mm; Văn Lý 182mm

Bão số 2 (4-5-6-7/8/2007) Bình
Định đi lên vào Vịnh Bắc Bộ,

Mưa to đến rất to khu vực Trung Bộ

suy yếu thành ATNĐ, vào Hà

và Nam Bộ

Tĩnh, Quảng Bình
Bão số 4 Francko (24-25/9/2007)
2007

vào Vịnh Bắc Bộ, suy yếu thành

Mưa ít; Hà Nội 147mm; Thanh Hóa

ATNĐ, suy yếu thành vùng thấp

183mm

và vào Thái Bình
Bão số 5 Lekima (2-34/10/2007) hướng thẳng đến Đèo
Ngang

Mưa vừa, mưa to, riêng Trung
Trung Bộ mưa rất to

Bão số 7 Hagibis (24-25-

Mưa: 50 - 100mm; Quảng Ngãi

26/11/2007)

218mm; Tuy Hòa 398mm

ATNĐ (29-30/10/2007) vào Quy Mưa: 100 - 250mm; Kim Long
Nhơn, Bình Định

555mm; Quảng Nam 347mm

Bão số 4 Kamuri (7-8/8/2008)

vào Quảng Đông, Trung Quốc,
2008

vào Quảng Ninh, suy yếu thành

Mưa to đến rất to khu vực Bắc Bộ

ATNĐ
Bão số 6: Hagupit (24-

Mưa: 200 - 250mm; Quảng Ninh

18


25/9/2008) dọc biên giới vào

622mm; Bắc Giang 491mm

Quảng Ninh
Bão số 7 Mekkhala (2930/9/2008) vào Quảng Bình, Hà
Tĩnh

Mưa: 100 - 200mm; Đồng Hới
319mm; Cồn Cỏ 567mm

Bão số 10 Nonl (16-17/11/2008)

Mưa to Nam Trung Bộ và Tây

vào Khánh Hòa, Ninh Thuận

Nguyên

ATNĐ (11-12/8/2008) vào

Mưa: 100 - 150mm; Móng Cái

Quảng Ninh

180mm; Cửa Ơng 209mm

Bão số 4 Soudelor (1112/7/2009) vào Lôi Châu, vào
Quảng Ninh- Hải Phòng, suy yếu

Mưa to đến rẩt to khu vực Bắc Bộ

thành ATNĐ
Bão số 7 Meigae (10-1112/7/2009) vào Nam Định,vào

Mưa: 80 - 150mm

Thanh Hóa
2009

Bão số 9 Ketsana (28-29/9/2009) Mưa to đến rất to từ Quảng Bình
vào Quảng Nam, Quảng Ngãi

đến Bình Định

Bão số 10 Parma (12-1314/10/2009) vào Hà Nam, suy

Mưa: 100 - 150mm; Móng Cái

yếu thành ATNĐ vào vùng biển

181mm; Thanh Hóa 257mm

Thái Bình
Bão số 11 Marinae (1-2/11/2009)
vào Phú n, vào Khánh Hịa,
kết hợp với khơng khí lạnh
ATNĐ (6-8/9/2009) đi dọc vào

19

Mưa to đến rất to khu vực Trung và
Nam Trung Bộ
Mưa rất to: Quảng Ngãi 794mm;


Quảng Ngãi, Bình Định (gián

Đà Nẵng 830mm; Lý Sơn 1184mm

tiếp)
ATNĐ (17-18-19/10/2009) đi
dọc ra Quảng Nam, Đà Nẵng,
sau đó vào Hải Nam (gián tiếp)
Bão số 1 Conson (15-1617/7/2010) vào Hải Phòng, Thái

Bình
Bão số 2 Chanthu (2223/7/2010) vào Trung Quốc, suy
yếu thành ATNĐ vào Cao Bằng
(gián tiếp)
2010

Mưa to đến rất to các tỉnh ven biển
Trung Bộ

Mưa ít: Láng Hà Nội 80mm; Văn
Lý 127mm

Mưa: vùng thấp vào biên giới Việt
Trung gây mưa to Việt Bắc; Bắc
Giang 279mm; Yên Bái 314mm
Mưa: 50- 100mm; Hải Phòng

Bão số 3 Mindulle (23-24-

157mm; Nho Quan 174mm; Văn Lý

25/8/2010) vào Nghệ An

155mm; Hà Tĩnh 413mm; Quảng
Trị 262mm

ATNĐ (19-20/1/2010) vào Vũng Mưa: ATNĐ đón gió Đơng; mưa 50
Tàu, Bến Tre

- 100mm; Quảng Trị 536mm

ATNĐ (3-4-5/11/2010) suy yếu
tại vùng biển Quảng Ngãi, Phú
Yên (gián tiếp)

20

Mưa: Huế - Quảng Ngãi: 100 200mm; Tuy Hòa 418mm.


Hình 2.1. Minh họa sử dụng sản phẩm mơ hình để phân tích và dự báo mưa
trong XTNĐ khi ảnh hưởng trực tiếp đến lãnh thổ nước ta
Từ năm 1997 trở lại đây, trên cơ sở hợp tác song phương và qua kênh thông
tin hợp tác quốc tế, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương đã thu được
một số sản phẩm dự báo của các mơ hình số từ Cơ quan khí tượng Nhật bản (JMA)
và từ các mơ hình tồn cầu GFS, NOGAPS. Để phục vụ cho bài tốn “Đánh giá
lượng mưa dự báo của mơ hình GSM trong điều kiện xốy thuận nhiệt đới ảnh
hưởng đến Việt Nam”, việc khai thác các trường phân tích và dự báo của mơ hình
dự báo số trị tồn cầu GSM là rất quan trọng và cần thiết.

21


2.1.2. Số liệu quan trắc thực tế

Hình 2.2. Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng trong khu vực Việt Nam
Bên cạnh các sản phẩm mơ hình, trong luận văn này còn tiến hành thu thập
số liệu quan trắc các trạm khí tượng trong nước. Các trạm đo khí tượng chủ yếu
quan trắc các yếu tố khí tượng theo các obs qui định trong ngày (00z, 03z, 06z, 09z,
12z, 15z, 18z và 21z). Tuy nhiên, đối với các trường hợp có bão, ATNĐ thì một số

trạm đo có thể quan trắc liên tục từ 30 phút đến 01 giờ tùy từng trường hợp cụ thể.
Số liệu mưa từ các trạm đo hầu hết được quan trắc tích lũy trong khoảng thời gian
06 giờ theo 04 obs quan trắc trong ngày vào các giờ phát báo chính: 00z, 06z, 12z
và 18z.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Trong 10 năm qua (2001 – 2010), có 51 cơn bão ảnh hưởng đến lãnh thổ
nước ta và đã được trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương đánh giá. Sử
dụng mơ hình cho thấy hiệu quả chưa cao và còn tồn tại sai số lớn. Trong các nước,
các Trung tâm dự báo bão khu vực như Trung tâm dự báo bão Thượng Hải, Hồng

22