Nghiên cứu dự báo xác suất mưa lớn ở bắc bộ sử dụng mô hình k điểm gần nhất

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

Trịnh Thùy Nguyên

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO XÁC SUẤT MƯA LỚN Ở BẮC BỘ
SỬ DỤNG MƠ HÌNH K ĐIỂM GẦN NHẤT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2019


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

Trịnh Thùy Nguyên

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO XÁC SUẤT MƯA LỚN Ở BẮC BỘ
SỬ DỤNG MƠ HÌNH K ĐIỂM GẦN NHẤT

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN MINH TRƯỜNG
TS. HOÀNG PHÚC LÂM

Hà Nội – Năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn này em nhận được rất nhiều sự giúp
đỡ tận tình, quý báu của thầy cơ khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học,
trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, ban lãnh đạo và các
đồng nghiệp cơng tác tại Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Quốc gia, Tổng cục
Khí tượng Thủy văn.
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Minh
Trường và TS. Hoàng Phúc Lâm là hai người thầy đã tận tình chỉ bảo, định hướng
khoa học và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện luận
văn này.
Cuối cùng, em xin bày tỏ đến lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân
yêu trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, họ là nguồn động viên tinh thần quý giá để
em hoàn thành luận văn này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong khuôn khổ một bài luận văn nên
không thể tránh khỏi những điều thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của thầy
cơ và các bạn để luận văn ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày tháng năm 2019
Người thực hiện

Trịnh Thùy Nguyên


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................7
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN....................................................................................9
1.1 Vấn đề dự báo mưa lớn ở Bắc Bộ ......................................................................9

1.1.1 Định nghĩa, phân cấp mưa lớn trong nghiệp vụ ................................................9
1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ...............................................................14
1.3 Nhận xét chung .................................................................................................19
CHƯƠNG 2 -SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .....................................................21
2.1 Số liệu .................................................................................................................21
2.1.1 Bộ số liệu sử dụng nghiên cứu .........................................................................21
2.1.2 Các đặc trưng khí tượng được lựa chọn để nghiên cứu ..................................22
2.2 Phương pháp ......................................................................................................24
2.2.1 Xử lý số liệu và tính tổ hợp trễ .........................................................................24
2.2.2 Phương pháp thống kê phi tham số K điểm gần nhất ......................................26
CHƯƠNG 3 -KẾT QUẢ & NHẬN XÉT ..............................................................31
3.1 Dị thường các trường khí tượng cho các cấp độ mưa lớn thời kỳ 3 ngày
trước, trong ngày xảy ra mưa lớn và sau 3 ngày khi có mưa lớn .......................31
3.1.1 Hình thế thời tiết đối với những ngày xảy ra mưa vừa thời kỳ 2001-2015 ..............32
3.1.2 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ trước, trong và sau khi xảy
ra mưa vừa ở mực 3000m .........................................................................................34
3.1.3 Hình thế thời tiết đối với những ngày xảy ra mưa to thời kỳ 2001-2015 ..................38
3.1.4 Hình thế thời tiết đối với những ngày xảy ra mưa rất to thời kỳ 2001-2015 ...44
3.2 Sử dụng mơ hình k điểm gần nhất để dự báo xác suất xuất hiện mưa lớn tại
khu vực Bắc Bộ ........................................................................................................51
3.2.1 Xử lý số liệu trước khi đưa vào mơ hình k điểm gần nhất ...............................51
3.2.2 Tính khoảng cách .............................................................................................53
3.2.3 Lựa chọn giá trị trọng số k ...............................................................................53

1


3.3 Phân tích đánh giá khả năng sử dụng mơ hình k điểm gần nhất thơng qua
một số ngày mưa lớn điển hình ..............................................................................56
3.3.1 Mưa lớn ngày 20/07/2014 ................................................................................56

3.3.2 Đợt mưa lớn ngày 23/05/2015 .........................................................................64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................75

2


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Đồ thị dự báo lượng mưa hàng năm của Nam Kinh bởi mơ hình thực
nghiệm EMD-KNN (biểu thị bằng hình kim cương) và mơ hình K-NN ( biểu thị bằng
hình tam giác) so với giá trị thực (đường liền nét) ...................................................15
Hình 3.1Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ từ 2 ngày trước đến 2
ngày sau khi xảy ra mưa vừa độ cao 1500m .............................................................33
Hình 3.2Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp trong thời điểm 3 ngày trước và
3 ngày sau khi xảy ra mưa vừa độ cao 1500m ..........................................................34
Hình 3.3Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ từ 2 ngày trước đến 2
ngày sau khi xảy ra mưa vừa độ cao 3000m .............................................................35
Hình 3.4Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp trong thời điểm 3 ngày trước và
3 ngày sau khi xảy ra mưa vừa độ cao 3000m ..........................................................36
Hình 3.5Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ từ 2 ngày trước đến 2
ngày sau khi xảy ra mưa vừa độ cao 5000m .............................................................37
Hình 3.6Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời điểm 3 ngày trước và 3 ngày
sau khi xảy ra mưa vừa độ cao 5000m .....................................................................38
Hình 3.7Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ từ 2 ngày trước, trong và
2 ngày sau khi xảy ra mưa to tại độ cao 1500m .......................................................39
Hình 3.8Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời điểm 3 ngày trước và 3 ngày
sau khi xảy ra mưa to tại độ cao 1500m ...................................................................40
Hình 3.9Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ từ 2 ngày trước, trong và
đến 2 ngày sau khi xảy ra mưa to độ cao 3000m ......................................................41
Hình 3.10Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời điểm khi xảy ra mưa to độ

cao 3000m .................................................................................................................42
Hình 3.11 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ trước, trong và sau khi
xảy ra mưa to ở độ cao 5000m ..................................................................................43
Hình 3.12 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ trước, trong và sau khi
xảy ra mưa to ở độ cao 5000m ..................................................................................44

3


Hình 3.13 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ từ 2 ngày trước đến 2
ngày sau khi xảy ra mưa rất to độ cao 1500m ..........................................................45
Hình 3.14 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời điểm 3 ngày trước và 3
ngày sau khi xảy ra mưa rất to độ cao 1500m ..........................................................46
Hình 3.15 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ từ 2 ngày trước đến 2
ngày sau khi xảy ra mưa rất to ở độ cao 3000m .......................................................47
Hình 3.16 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời điểm 3 ngày trước và 3
ngày sau khi xảy ra mưa rất to ở độ cao 3000m .......................................................48
Hình 3.17 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ trước, trong và sau khi
xảy ra mưa rất to ở độ cao 5000m ............................................................................49
Hình 3.18 Dị thường xốy thế, gió u, v và trường áp thời kỳ trước, trong và sau khi
xảy ra mưa rất to ở độ cao 5000m ............................................................................50
Hình 3.19 Vùng lựa chọn nhân tố dự báo .................................................................50
Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn giá trị SR dự báo mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ ............56
Hình 3.21 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 86-22/07/2014 ở độ cao 1500m......57
Hình 3.22 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 18-22/07/2014 ở độ cao 3000m......58
Hình 3.23 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 18-22/07/2014 ở độ cao 5000m......59
Hình 3.24 Bản đồ tổng lượng mưa quan trắc ngày 20/07/2014 ...............................60
Hình 3.25 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 26-30/07/2006 ở độ cao 1500m......61
Hình 3.26 Bản đồ hình thế thời tiết thời từ ngày 26-30/07/2006 ở độ cao 3000m ...62
Hình 3.27 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 26-30/07/2006 ở độ cao 5000m......63

Hình 3.28 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 21-25/05/2015 ở độ cao 1500m......65
Hình 3.29 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 21-25/05/2015 ở độ cao 3000m......66
Hình 3.30 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 21-25/05/2015 ở độ cao 5000m......67
Hình 3.31 Bản đồ tổng lượng mưa quan trắc ngày 23/05/2015 ...............................68
Hình 3.32 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 04-08/05/2008 ở độ cao 1500m......69
Hình 3.33 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 04-08/05/2008 ở độ cao 3000m......70
Hình 3.34 Bản đồ hình thế thời tiết thời kỳ từ ngày 04-08/05/2008 ở độ cao 5000m......71

4


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Các đợt mưa lớn trong thời kỳ 2001-2015 ..................................... 21
Bảng 3.1 Cấu trúc bảng số tập mẫu của mơ hình kNN của các yếu tố dị
thường xoáy thế và xoáy tương đối ................................................................. 52
Bảng 3.2 Mẫu bảng tính tốn khoảng cách Ơclit đối với các dị thường xoáy 53
Bảng 3.3 Bảng kết quả dự báo pha mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ với k=11 .. 54
Bảng 3.4 Kết quả thử nghiệm với các lựa chọn K điểm gần nhất khác nhau 55
Bảng 3.5 Chỉ số SR với các lựa chọn K điểm gần nhất khác nhau ................ 55

5


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

EMD

Mô hình thực nghiệm (Empirical Mode Decomposition)

ECMWF

The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (Trung
tâm dự báo thời tiết hạn vừa châu Âu)

GSM

Mơ hình phổ tồn cầu (Global Spectral Model)

HRM

Mơ hình khu vực độ phân giải cao (High resolution Regional Model)

KNN

Mơ hình K điểm gần nhất (K- Nearest Neighbor)

ITCZ

Dải hội tụ nhiệt đới (Inter Tropical Convergence Zone)

MAE

Sai số dự báo tuyệt đối (Mean Absolute Error)

MJO

Dao động Madden – Julian (Madden – Julian Oscillation)

MM5

Mơ hình động lực quy mơ vừa MM5 (The fifth-generation mesoscale
regional weather model)

MRA

Sai số tương đối trung bình (Mean Relative Error)

NASA

Cơ quan hàng không và vũ trụ Hoa Kỳ (National Aeronautics and
Space Administration)

RMSE

Sai số gốc trung bình (Root-mean-square) – Sai số qn phương
(hoặc Sai số bình phương trung bình)

PV

Xốy thế (Potential Vorticity)

Xtđ

Xoáy tương đối

6

MỞ ĐẦU
Mưa đóng vai trị rất quan trọng trong đời sống thường nhật, góp phần cung cấp
nước sinh hoạt và một số hoạt động sản xuất, đem lại nguồn nước quý cho các vùng
khô hạn. Tuy nhiên, khi xuất hiện mưa lớn, đặc biệt tại khu vực các tỉnh phía bắc nước
ta lại có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng như ngập úng cho cây trồng hoa màu
trong nông nghiệp, gây ra lũ lụt, lũ quét, sạt lở đất,… ảnh hưởng đến môi trường, gây
thiệt hại nặng nề đến kinh tế và cướp đi nhiều sinh mạng. Trong dự báo nghiệp vụ, vấn
đề dự báo mưa, đặc biệt dự báo định lượng mưa cực đoan như mưa lớn là một bài tốn
vơ cùng phức tạp và nan giải khơng chỉ cho Việt Nam, mà cịn của nhiều nước có nền
khoa học cơng nghệ tiến tiến như Mỹ, Đức, Nhật Bản,… Trong khi đó các đại lượng
vật lý khí quyển luôn biến động và thường không theo quy luật, hay nói đúng hơn là
việc xác định quy luật vật lý của các đại lượng thời tiết rất khó thực hiện. Chính vì vậy,
việc dự báo chính xác cấp độ mưa trong thực tế là một cơng việc khó nhưng hết sức ý
nghĩa đối với cơng tác phịng, tránh và giảm thiểu thiệt hại do thiên tai mưa lớn gây ra.
Phương pháp được lựa chọn để nghiên cứu trong khuôn khổ nội dung luận văn
là phương pháp thông kê phi tham số. Yếu tố cốt lõi trong phương pháp này là cần một
bộ số liệu đặc trưng khí tượng về mưa, nhiệt, ẩm, gió, … trong thời gian đủ dài làm tiền
đề nghiên cứu. Phương pháp thống kê cho kết quả nhanh và độ chính xác đảm bảo
nếu có những phân tích lựa chọn hệ số hợp lý. Từ bộ số liệu thực tế trong quá khứ
tìm ra được các hình thế synơp trong các ngày có mưa lớn xảy ra tại khu vực Bắc Bộ.
Ngồi ra, luận văn cịn xem xét nghiên cứu cơ chế và tác nhân gây ra mưa lớn ở Bắc
Bộ trong một thời gian dài trong quá khứ, dựa trên cơ sở đó để lựa chọnkhu vực nghiên
cứu phù hợp và đưa ra được một số đặc trưng khí tượng đóng vai trị như các nhân tố
dự báo để dự báo xác suất xuất hiện mưa lớn.
Tôi hy vọng kết quả của nghiên cứu dự báo xác suất xuất hiện mưa lớn tại khu
vực Bắc Bộ bằng cách sử dụng mơ hình k điểm gần nhấtcó thể đóng góp một phần nào
đó trong cơng tác dự báo mưa lớn tại Việt Nam đặc biệt là tại khu vực Bắc Bộ cho thời
hạn ngắn, thời hạn vừa trong tương lai, để có những giải pháp giúp phòng chống tác

động của mưa lớn gây ra.

7


Ngoài mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được bố cục thành 3
chương như sau:
Chương I: TỔNG QUAN
Chương II: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Chương III: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

8


CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1Vấn đề dự báo mưa lớn ở Bắc Bộ
Trong những năm gần đây, vấn đề dự báo mưa lớn thời đoạn ngắn, thời hạn
vừa và thời hạn dài tại khu vực Bắc Bộ là một trong những bài toán được các nhà
nghiên cứu cũng như những dự báo viên làm công tác nghiệp vụ đặc biệt quan tâm
bởi tính ứng dụng thiết thực đối với đời sống xã hội. Thông tin về dự báo, cảnh báo
mưa lớn thời hạn ngắn cho khu vực Bắc Bộ sẽ rất hữu ích cho các nhà hoạch định
chính sách như việc chủ động ứng phó với các hiện tượng thiên tai như lũ quét, sạt
lở đất, ngập úng, … thường hay xuất hiện trong những trận mưa lớn tại Bắc Bộ, đặc
biệt là khu vực vùng núi nơi có địa hình hiểm trở, dốc lớn, lưu vực hẹp. Đối với
thơng tin dự báo mưa lớn trong dự báo hạn vừa và dự báo hạn dài cho khu vực Bắc
Bộ sẽ là tiền đề cho các định hướng sản xuất dân sinh của người dân như trong việc
hoạch định sản xuất vụ hè thu, vụ đông xuân nhất là với các tỉnh thuộc đồng bằng
sơng Hồng.
Muốn dự báo mưa lớn, có hai vấn đề được quan tâm hàng đầu, đó là:
 Định nghĩa, phân cấp mưa lớn

 Những hình thế gây ra mưa lớn
1.1.1 Định nghĩa, phân cấp mưa lớn trong nghiệp vụ
Trước khi nghiên cứu dự báo mưa lớn thì khái niệm mưa lớn cần được làm
rõ. Mưa lớn có thể đươc định nghĩa theo những cách khác nhau tùy thuộc vào khu
vựcnghiên cứu và đặc điểm chế độ mưa của khu vực đó. Theo Hiệp hội khí tượng
Mỹ, mưa lớn được định nghĩa là là đợt/ngày mưa có lượng mưa một giờ lớn hơn
0,76cm(tương đương với 18,24 mm/ngày). Năm 2000, theo nghiên cứu của Osborn
và Hulme [14] về xu thế của các sự kiện mưa lớn trên khu vực nước Anh xác định
sự kiện mưa lớn là mưa có cường độ lớn hơn 15mm/ngày. Bằng cách sử dụng
ngưỡng phân vị thứ 90 và 95, năm 2005, Groisman và cộng sự[10] định nghĩa mưa
lớn là mưa có lượng mưa ngày lớn hơn lượng mưa tương ứng với các ngưỡng phân
vị. Tại Việt Nam, mưa thường được phân thành các cấp khác nhau, trong thông tư
41/2017/TT-BTNMT ngày 23/10/2017 [1] về quy định kỹ thuật đánh giá chất lượng

9


dự báo, cảnh báo khí tượng, phần phụ lục quy định thuật ngữ cấp mưa, mưa lớn
khơng tính thời gian mưa xảy ra liên tục hay ngắt quãng (theo ký hiệu trong sổ
AERO):
-

Mưa vừa: có lượng mưa trong 12h từ 8-25mm.

-

Mưa to: có lượng mưa trong 12h từ 25-50mm.

-

Mưa rất to: có lượng mưa trong 12h trên 50mm.

1.1.2 Những hình thế gây mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ
Những đợt mưa lớn xảy ra trên diện rộng tại các tỉnh vùng núi Bắc Bộ
thường bị ảnh hưởng nhiều từ điều kiện địa hình. Trong đó, những điểm mưa có
lượng rất lớn thường xuất hiện trong thời gian ngắn. Những đợt mưa lớn này thường
kéo dài 2, 3 ngày. Tuy nhiên, có những đợt mưa lớn có thời gian kéo dài tới 8 đến 9
ngày nhưng thời gian có mưa khơng xuất hiện liên tục, đôi lúc ngắt quãng đan xen
là các ngày có mưa với lượng ít hoặc những khoảng thời gian ngớt mưa.Các dạng
hình thế quy mơ lớn gây mưa lớn tương đối đa dạng. Các nguyên nhân gây ra mưa
lớn đa phần là do chịu ảnh hưởng từ xoáy thuận nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới kết
hợp với gió đơng nam, xốy thuận nhiệt đới kết hợp với khơng khí lạnh, dải hội tụ
nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với khơng khí lạnh, khơng khí lạnh kết hợp
với hội tụ gió tín phong, xốy thấp lạnh hoặc dải áp thấp ở Nam Trung Quốc kết
hợp với khơng khí lạnh; rãnh thấp nóng phía tây kết hợp với khơng khí lạnh, …Vào
mùa hè, mưa lớn trên diện rộng tại khu vực Bắc Bộ chủ yếu do hoạt động của dải
hội tụ nhiệt đới (ITCZ), nhất là trong tháng 6 khi ITCZ đã bắt đầu xuất hiện và có
trục ở phía nam Trung Quốc và phía bắc Việt Nam có thể nối với một vùng xốy
thấp hoặc bão trên khu vực Biển Đông. Sang đến mùa đông, hình thế gây mưa lớn
nhiều nơi tại khu vực Bắc Bộ thường do front lạnh, khối khơng khí lạnh phía Bắc…
Năm 2007, theo nghiên cứukhoa học “Nghiên cứu tác động tham số hóa đối lưu đối
với dự báo mưa lớn Bắc Bộ bằng mơ hình HRM” của Vũ Thanh Hằng [4] đã chỉ ra
rằng mưa trên lãnh thổ Việt Nam là kết quả tác động phức tạp của hoàn lưu nhiệt
đới với địa hình đồi núi trên ¾ lãnh thổ Việt Nam. Qua việc phân tích synốp trên cơ
sở số liệu bản đồ thời tiết, nghiên cứu đã phân chia thành 5 loại hình thế synốp cơ

10


bản gây mưa lớn diện rộng đối với khu vực Bắc Bộ chính là do xốy thuận nhiệt

đới, do rãnh áp thấp, do rãnh áp thấp bị nén, do rãnh gió tây và do sự hội tụ kinh
hướng. Trong đó, mưa do xốy thuận nhiệt đới là loại hình thế gây mưa lớn đặc
trưng cho Đơng Bằng Bắc Bộ nói riêng và cho tồn Bắc Bộ nói chung. Xốy thuận
nhiệt đới ở đây được hiểu là bao gồm bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ), xoáy thấp
phát triển từ tầng thấp đến khoảng 5000m. Xoáy thuận nhiệt đới ảnh hưởng trực tiếp
đến Đồng Bằng Bắc Bộ thường gây mưa kéo dài vài ba ngày và tập trung vào hai
ngày đầu. Tuy nhiên mưa do bão, ATNĐ có cường độ gia tăng, thời gian kéo dài
hơn, phạm vi rộng hơn nếu hoạt động của bão, ATNĐ kèm theo hoạt động của dải
hộitụ nhiệt đới hoặc hoạt động của đới gió đơng nam mạnh từ rìa áp cao cận nhiệt
đới. Cần lưu ý rằng mưa do bão, ATNĐ đôi khi xảy ra không đồng nhất trong một
khu vực hẹp do vai trò địa hình đã làm phân hóa khá rõ các nơi khác nhau trong một
khu vực hẹp thậm chí hai khu vực liền kề. Mưa do bão, ATNĐ đối vớiBắc Bộ
thường tập trung vào mùa bão là tháng 7 và tháng 8, đây là những tháng tần suất
mưa xảy ra lớn hơn nên vai trị mưa do hoạt động xốy thuận nói chung, bão,
ATNĐ nói riêng có vị trí khá quan trọng trong các q trình mưa gây lũ lụt lớn.
Ngồi ra, một hình thế gây mưa khá đặc trưng cho khu vực đồng bằng Bắc
Bộ là do dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ) và rãnh áp thấp có trục Tây Bắc – Đông Nam.
ITCZ là một dải thời tiết xấu, nhiều mây kèm theo mưa bất ổn định gây ra bởi sự
hội tụ giữa 2 luồng gió tín phong bắc bán cầu và tín phong nam bán cầu hoặc giữa
tín phong bắc bán cầu và gió mùa mùa hè mà bản chất là do tín phong nam bán cầu
đổi hướng khi vượt qua xích đạo (gió mùa Tây Nam trên khu vực đông nam Châu Á
và biển Đông). ITCZ cho lượng mưa không lớn khoảng 30 –50mm và tập trung vào
các tháng 7, 8 và 9. ITCZ chỉ có khả năng gây mưa lớn khi có tác động kết hợp với
sự tăng cường lấn sâu về phía Tây của áp cao cận nhiệt đới với sự hoạt động của gió
mùa đơng nam dày và phát triển cao đến 5000m hoặc cao hơn. Ngồi ITCZ thơng
thường cịn phát hiện được 1 loại đường hội tụ khác đó là rãnh áp thấp có trụcTây
Bắc - Đông Nam. Sự tồn tại của rãnh này do sự gặp gỡ của tín phong từ áp cao cận
nhiệt đới Thái Bình Dương và gió mùa mùa hè thổi từ vịnh Belgan sang hoặc có sự

11

xâm nhập lạnh trong những tháng mùa hè. Rãnh áp thấp Tây Bắc – Đông Nam gây
mưa không nhiều và có thể quan sát rõ ở phần dưới tầng đối lưu vào khoảng thời
gian đầu mùa hè và cuối mùa hè. Nguyên nhân của mưa theo dạng hình thế này là
hậu quả của sự tranh chấp giữa các khối khí có nguồn gốc khác nhau tạo nên sự hội
tụ mạnh mẽ trong khu vực mặt đệm nóng ẩm và bất ổn định lớn.Nhìn chung mưa do
ITCZ và mưa do rãnh áp thấp có trục Tây Bắc – Đơng Nam khơng lớn nhưng nó
thường kèm theo dơng và xảy ra chủ yếu vào ban ngày nhiều hơn ban đêm. Đó là sự
hội tụ của hai hay nhiều khối khí có nguồn gốc khác nhau nên tính chất mưa từng
đợt cũng có khác nhau song xảy ra mãnh liệt nhất về cường độ mưa, tổng lượng
mưa, thời gian mưa liên tục kéo dài khi xuất hiện ITCZ bị nén do khơng khí lạnh
hay sự lấn về phía Tây của áp cao cận nhiệt đới với tín phong đơng nam mạnh phát
triển lên độ cao 3000 – 5000m trên khu vực Bắc Bộ.
Một hình thế thời tiết thường hay xuất hiện trong các tháng chuyển tiếp là
rãnh áp thấp bị nén cũng là một trong những tác nhân gây mưa lớn cho khu vực Bắc
Bộ. Rãnh áp thấp bị nén thể hiện rõ sự cạnh tranh giữa các khối khí có đặc trưng
nhiệt động lực khác nhau, trong đó áp thấp nóng phía Tây đóng vai trị rất quan
trọng. Mưa thường xảy ra vào chiều tối và tối khi mà hai điều kiện nhiệt lực và
động lực thuận lợi cho quá trình hình thành mây và mưa. Lượng mưa do hình thế
này tùy thuộc vào vị trí của trục rãnh thấp, vị trí của vùng áp thấp trên trục rãnh
thấp và mức độ nén do sự giao tranh của các hệ thống thời tiết liên quan. Phân bố
mưa tập trung vào phần phía Bắc trục rãnh nơi xảy ra hội tụ gió mãnh liệt nhất giữa
hai khối khí. Khi trục rãnh có hướng Tây Bắc - Đơng Nam thì cho lượng mưa trội
hơn so với các hướng khác bởi lẽ trục rãnh quyết định một phần hướng gió hội tụ.
Q trình mưa chỉ kết thúc khi phần đông nam của vùng áp thấp phía Tây bị nén
đầy hẳn lên và thay thế với loại hình thế khác như áp cao lạnh hoặc sự phát triển trở
lại của vùng thấp hồn chỉnh.
Một hình thế gây mưa đặc trưng cho các tỉnh phía bắc nước ta là rãnh gió tây
kết hợp với hoạt động của khơng khí lạnh (kèm theo front hay đường đứt). Trong đó

rãnh gió tây được hiểu là rãnh áp thấp trong dịng xiết gió tây trên cao. Rãnh gió

12


Tây trên cao là nhiễu động sóng dạng rãnh trong đới gió tây cận nhiệt đới hình
thành ở độ cao khoảng 3000m trở lên và nhìn rõ nhất ở độ cao khoảng 5000m và có
hướng dịch chuyển từ Tây sang Đơng. Trong q trình di chuyển về phía Đơng rãnh
áp thấp này có thể thay đổi cường độ theo hướng phát triển (rãnh sâu xuống) hoặc
suy thoái (rãnh đầy lên) cùng với sự giảm tốc độ gió Tây Nam trước rãnh. Rãnh
càng sâu thì tốc độ di chuyển của rãnh càng chậm và ngược lại. Mưa do rãnh gió
Tây trên cao có chiều từ tây sang đơng cùng với sự di chuyển của rãnh, mưa chỉ xảy
ra ở khu vực hội tụ gió gây ra dịng xiết trước rãnh với dạng mưa rào, ít khi có mưa
xuất hiện liên tục và đa phần kèm theo dông mạnh. Đôi khi mưa do rãnh gió Tây
trên cao cịn có thể đi kèm theo sự xuất hiện của mưa đá bởi đỉnh mây đối lưu phát
triển tới độ cao từ 12 - 14km với sự bất ổn định của khơng khí lớn. Q trình mưa
do dịng xiết trước rãnh gió Tây trên cao thường khơng kéo dài thậm chí chỉ vài giờ
và rất khi mưa lặp lại trong nhiều ngày liên tiếp bởi khi rãnh đi qua, khu vực trục
rãnh và phía sau rãnh, tốc độ dòng xiết giảm mạnh. Tuy nhiên loại hình thế này chỉ
có thể gây mưa lớn khi có tác động đồng thời của hội tụ khơng khí tầng thấp do
khơng khí lạnh ở tầng thấp (dưới dạng tăng áp, đường đứt hoặc front lạnh) tạo nên
sự xáo trộn của các khối khí có nguồn gốc khác nhau hoặc có sự tác động của gió
tín phong mạnh ở lớp khí quyển bên dưới tầng đối lưu hoặc có sự tồn tại của rãnh
áp thấp, vùng xoáy thấp ở mực bề mặt.
Hội tụ kinh hướng là một dạng hình thế gây mưa có tần suất lớn nhất ở khu
vực Bắc Bộ. Đây là loại hình thế gây mưa cho khu vực Bắc Bộ không chỉ riêng trong
mùa hè hay mùa đông mà trong cả những tháng chuyển mùa. Hội tụ kinh hướng là sự
hịa trộn của hai khối khí nóng ẩm có nguồn gốc trên Biển Đơng và vịnh Bengal tạo
thành sự hội tụ theo chiều Bắc - Nam. Sự hội tụ này thể hiện bởi mơ hình synơp đặc
trưng ở lớp khí quyển tầng thấp đó là rãnh áp thấp có trục Tây Bắc - Đơng Nam(ở độ

cao dưới 1500m) và vùng hội tụ gió trên cao (từđộ cao 1500m). Sự hội tụ hướng gió
thịnh hành từ Tây đến Tây Nam có nguồn gốc từ vịnh Bengal với hướng gió thịnh hành
từ tây nam đến đơng nam có nguồn gốc từ Biển Đông. Tùy thuộc vào cấu trúc và mức
độ hội tụ mà mưa do loại hình thế này mang lại tập trung thành từng vệt hoặc thành

13


vùng cùng với sự phát triển và cấu trúc hệ thống mây đối lưu. Mưa lớn thường liên tục
kéo dài và chỉ có thể suy giảm hay kết thúc khi tác nhân gây hội tụ yếu dần hoặc khơng
cịn tồn tại trên vùng núi Bắc Bộ. Tùy thuộc vào mức độ hội tụ và thời gian tồn tại mà
lượng mưa có thể từ vài chục đến vài trăm mm và mưa lớn quyết định bởi mức độ hội
tụ gió. Mức độ hội tụ kinh hướng xảy ra vào ban đêm thường mãnh liệt hơn ban ngày
do q trình tích nhiệt ban ngày tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng năng
lượng vào ban đêm.
1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước
a. Các nghiên cứu trên thế giới.
Dự báo lượng mưa chính xác đóng vai trị quan trọng, là một trong những
tiền đề chính phục vụ q trình quản lý tài nguyên nước và phòng chống lũ lụt. Tuy
nhiên, dự báo lượng mưa một cách chính xác vẫn là một cơng việc khó khăn cho tới
thời điểm hiện nay. Một phương pháp thống kê được đề cập tới đó là mơ hình k
điểm gần nhất đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới sử dụng để nghiên cứu các
đặc trưng khí tượng khác nhau trong đó có việc nghiên cứu để mô phỏng định lượng
lượng mưa. Trong bài báo mô phỏng lượng mưa ngày và các biến thời tiết khác dự
trên mơ hình k điểm gần nhất vào tháng 10, năm 1999 của Balaji Rajagopalan và
Upmanu Lall [7] đã mô phỏng chuỗi thời gian đa biến, không theo tỉ lệ trong 30
năm dữ liệu thời tiết hàng ngày tại thành phố Salt Lake, Utah, thời kỳ 1961–1991
cho 6 biến đặc trưng khí tượng là bức xạ mặt trời, nhiệt độ tối cao Tx, nhiệt độ tối
thấp Tm, nhiệt độ điểm sương, tốc độ gió trung bình và lượng mưa. Đặc điểm khí
hậu tại thành phố Salt Lake với vị trí ở 40046’N, 111058’W và ở độ cao 1288m, hầu

hết lượng mưa đến ở trong mùa đông và tuyết rơi chủ yếu vào mùa xn, đơi khi có
thể có tuyết vào mùa thu. Tất cả sáu biến thời tiết hàng ngày (bao gồm cả lượng
mưa) được coi là một vectơ thời tiết của một ngày, đây sẽ là "vectơ đặc trưng". Biểu
thị chuỗi thời gian vectơ của các biến thời tiết bằng xt, trong đó t =1, … , n. Tác giả
giả sử có cấu trúc phụ thuộc, tức là độ trễ của các giá trị trong tương lai sẽ phụ
thuộc vào số lượng k điểm gần nhất sẽ sử dụng. Trong nghiên cứu, sáu biến thời tiết
vào một ngày cần quan tâm sẽ được xác định dựa trên việc “nhớ lại” từ dữ liệu lịch
sử bằng cách điều chỉnh trên vectơ của cùng một biến (vectơ đặc trưng) dựa trên số

14


liệu của ngày hôm trước. Việc lấy mẫu lại được thực hiện từ mơ hình k điểm gần
nhất trong khơng gian trạng thái của vectơ đặc trưng bằng cách sử dụng hàm trọng
số, ở đây k được lựa chọn là √𝑛 và sử dụng khoảng cách Ơclit. Thuật toán này được
áp dụng cho một mùa nhất định (ví dụ: 3 tháng, 1 tháng) và được khởi tạo bởi các
giá trị xt, cho ngày cuối cùng của mùa trước. Cách tiếp cận này tương đương với
phép tính gần đúng của một quá trình Markov đa biến với độ trễ là 1. Trong đó u
cầu các giả định trước về hình thức của hàm đảm bảo xác suất chung của các biến.
Vào tháng 11/2013, Jian Hu; Jun Liu; Yong Liu; and Cheng Gao [10] đã đề
xuất mơ hình kết hợp EMD-KNN để dự báo lượng mưa trung bình hàng năm. Mơ
hình này được cải thiện bằng cách kết hợp hai phương pháp, sử dụng mơ hình thực
nghiệm EMDvà mơ hình hồi quy kép K điểm gần nhất. Khu vực nghiên cứu dự báo
lượng mưa trung bình hàng năm là thành phố Nam Kinh và lưu vực sơng
Dahuofang. Đó là hai khu vực điển hình đặc trưng cho vùng có lượng mưa trung
bình năm lớn như thành phố Nam Kinh (Trung Quốc) và một khu vực điển hình cho
vùng ít mưa là tại lưu vực sông Dahuofang ở Đông Bắc Trung Quốc. Sau khi
nghiên cứu thử nghiệm, kết quả nhận được cho thấy mơ hình EMD-KNN làm giảm
sai số tuyệt đối dự báo, sai tương đối trung bình và sai số gốc trung bình đối với mơ
hình K-NN đơn gần 50 %, vì vậy mơ hình gợi ý có thể cải thiện hiệu quả độ chính

xác dự báo lượng mưa trung bình hàng năm (hình 1.1).

Hình 1.1. Đồ thị dự báo lượng mưa hàng năm của Nam Kinh bởi mơ hình thực
nghiệm EMD-KNN (biểu thị bằng hình kim cương) và mơ hình K-NN ( biểu thị bằng
hình tam giác) so với giá trị thực (đường liền nét)

15


Năm 2011, TsingChang Chen và các cộng sự [18] đã nghiên cứu mưa lớn tại
Hà Nội năm 2008, cụ thể vào ngày 30, ngày 31/10/2008 tại Hà Nội, mưa lớn đã xảy
ra gây ngập lụt diện rộng. Đó là sự kiện xảy ra bất thường tại khu vực phía Bắc
nước ta. Nguyên nhân của hiện tượng này được các tác giả phân tích do tồn tại
nhiễu động quy mơ synop xảy ra trong điều kiện tương tác giữa vĩ độ trung bình và
vùng nhiệt đới. Tại vĩ độ trung bình có sự gia tăng sóng lạnh có thể đi theo hướng
Tây đến vùng khuất gió của vùng xốy hội tụ giữa dãy núi Altai và Thiên Sơn.
Vùng xoáy này phát triển thành bão ở biển Đông cùng lúc với sự xuất hiện của đợt
mưa lớn bất thường ở Hà Nội. Tại vùng nhiệt đới, sự xuất hiện của 1 xoáy lạnh hình
thành vào 26/10 ở phía Nam Philipines thơng qua sự tương tác của nhiễu động sóng
Đơng tồn tại vùng xốy nhỏ ở Biển Celebes và sự tăng sóng lạnh ở Đơng Á. Vùng
xốy lạnh này phát triển thành vùng hội tụ cùng với ở bề mặt là sự nhập nhập lạnh
theo hướng Đông Nam mang lượng hơi ẩm lớn từ vùng biển Nam Trung Quốc để
duy trì mưa lớn ở Hà Nội. Tác giả sử dụng phương pháp phân tích phổ của khu vực
gió phía nam và phía bắc của vùng hội tụ gió trong đợt mưa lớn ở Hà Nội. Trong
bài viết này tác giả sử dụng số liệu GFS của Trung tâm dự báo môi trường để phân
tích đợt mưa lớn này. Các phân tích, đánh giá được thực hiện trong nghiên cứu này
đã chỉ ra cơ chế hình thành của xốy lạnh là ngun nhân chính trong trận mưa lịch
sử ở Hà Nội năm 2008. Sự kiện này bao gồm các yếu tố sự tương tác giữa các nhiễu
động gió Đơng và sự tăng cường sóng lạnh. Môi trường thuận lợi cho sự phát triển
của các sóng lạnh này và sự tăng cường của nó bởi hệ thống gió mùa các mùa đã

khơng được xem xét. Bên cạnh đó, cơ chế cung cấp hơi ẩm để duy trì lượng mưa
cũng đã bị bỏ quên. Phát hiện mới này nhằm nhấn mạnh trước đó có lẽ nên cho
phép chúng ta xây dựng một cơng thức hữu ích trong việc dự báo mưa vào cuối mùa
thu cho Việt Nam.
Thứ nhất: Các sóng lạnh mới tăng cường phát triển từ bề mặt hình thành cặp
áp cao-áp thấp trong vùng lân cận ở núi Altai. Nó có thể được quan sát và theo dõi
vài ngày trước sự xuất hiện của sóng lạnh trên bờ biển Đơng ở Đơng và Đơng bắc

16


Châu Á. Cùng lúc này xuất hiện xoáy thuận ở bề mặt, nó kết hợp với sóng lạnh góp
phần gây nên sự kiện mưa lớn ở Hà Nội.
Thứ hai: Sự kiện mưa lớn ở Hà Nội năm 2008 đã xảy ra khi mà ở các mực
thấp là dòng hội tụ, ở các mực trên cao là dòng phân kỳ, dao động MJO đã được
phát hiện ở khu vực gió mùa Châu Á trùng với dị thường lượng mưa là sự giao thoa
của 3 chế độ gió mùa ở Hà Nội.
Thứ ba: Sự biến đổi giữa các năm của xoáy nghịch cận nhiệt đới Tây Thái
Bình Dương là sự phản ứng lại với việc nóng lên dị thường ở vùng nhiệt đới Tây
Thái Bình Dương, và cũng là một nhân tố trung tâm hoạt động để dự đốn tiềm
năng vị trí, vĩ độ của mưa lớn Việt Nam.
Trong năm 2015 đã xảy ra một đợt mưa cực trị ở phía đơng bắc Việt Nam
vào cuối tháng 7 đến đầu tháng 8. Trong đó khu vực ven biển tỉnh Quảng Ninh là
nơi bị ảnh hưởng nặng nề nhất, với lượng mưa mưa từ 1000-1500 mm. Mưa lớn dẫn
đến lũ lụt và lở đất, dẫn đến tổn thất kinh tế ước tính là 108 triệu đô la Mỹ và 32
người thiệt mạng. Năm 2017, Roderick van der Linden, Andreas H. Fink, Joaquim
G. Pinto, Tan Phan-Van [16] trong nghiên cứu về quá trình động lực xảy ra trong
đợt mưa lớn cực trị tại Đông Bắc Việt Nam năm 2015 và khả năng dự báo mưa cực
trị trong hệ thống tổ hợp dự báo ECMWF đã sử dụng nhiều nguồn dữ liệu và các dự
tổ hợp của ECMWF để nghiên cứu về sự phát triển của các quá trình động lực gây

ra mưa lớn và kiểm nghiệm dự đoán thực tế của đợt mưa lớn cực trị trong thời gian
4 ngày từ 12z UTC ngày 25 tháng 7 đến 12z UTC ngày 29 tháng 7 năm 2015. Bộ số
liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm dữ liệu vệ tinh tích hợp đa chiều của NASA
là TRMM 3B42, số liệu đo từ vệ tinh địa tĩnh MTSAT-2 của cơ quan khí tượng
Nhật Bản, số liệu nhiệt độ 00z và 12z theo giờ UTC từ kênh hồng ngoại MTSAT-2
độ phân giải 0.040 x 0.040 trong kênh phổ 10.8μm, cuối cùng là số liệu ra đa từ
băng tần C ở trạm radar Phủ Liễn với độ phân giải 5 phút có trong thời kỳ 2528/7/2015 đã được sử dụng để cho thấy sự phát triển quy mô lớn về sự đối lưu
mạnh gây ra mưa cực đoan. Mặt khác, để mô tả nguyên nhân về động lực và khả
năng dự báo thực tế của mưa lớn cực đại tại Quảng Ninh, nghiên cứu đã sử dụng

17


các sản phẩm ECMWF. Các phân tích từ mơ hình dự báo tổ hợp của ECMWF đã
đưa ra được kết quả dự báo về sự kiện mưa lớn cực đoan xảy ra trong 3 ngày đầu
qua việc dự báo chính xác về cường độ hoạt động và vị trí của rãnh thấp cận nhiệt
đới từ kết quả tổ hợp của 51 mơ hình thành phần. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng
tồn tại một rãnh thấp ở tầng khí quyển trên cao và ở bề mặt đi qua khu vực Vịnh
Bắc Bộ làm gia tăng độ ẩm và quá trình đối lưu kéo dài về phía Đơng Bắc Việt
Nam. Độ ẩm duy trì ở mức cao trên dải thấp được nối liền từ bán đảo Đông Dương
bắt nguồn từ một cơn bão nhiệt đới trên Vịnh Bengal. Như vậy, sự kiện mưa lớn đã
xảy ra tại Quảng Ninh là một ví dụ điển hình cho thấy tác động của đối lưu nhiệt
đới trong hệ thống synốp quy mô lớn, trong trường hợp này đó là sự tương tác vùng
nhiệt đới và ngoại nhiệt đới và chưa từng được ghi nhận trong quá khứ.
b. Các nghiên cứu trong nước
Đối với khu vực nhiệt đới dự báo thời tiết nói chung, dự báo định lượng mưa
nói riêng càng phức tạp hơn và đang được các nhà khí tượng Việt Nam và các nước
vùng nhiệt đới đầu tư nghiên cứu đặc biệt mạnh bằng nhiều phương pháp và cơng
nghệ tiên tiến. Có thể điểm ra một số cơng trình đã nỗ lực dự báo dông và dự báo
định lượng mưa gần đây ở Việt Nam như: Năm 2005, Nguyễn Đức Hậu [3] trong

luận án tiến sĩ về nghiên cứu dự báo mưa lớn ở phía Tây Bắc Bộ thời hạn trước 3
ngày bằng phương pháp thống kê đã sử dụng nhân tố dự báo là trường địa thế vị
mực 850hPa và 500hPa qua phương pháp thống kê thực nghiệm. Tác giả đã nghiên
cứu dự báo mưa lớn cho thời hạn trước 3 ngày ở phía Tây Bắc Bộ, gồm: phân khu
Lai Châu, phân khu Sơn La, tồn khu Tây Bắc và Đơng Hồng Liên Sơn. Mưa lớn
có tiêu chí là tổng lượng mưa 3 ngày > 75mm. Theo tiêu chí đó, tần suất mưa lớn
phía Tây Bắc Bộ 5-22%, và tính chung cả 3 phân khu số ngày mưa lớn xấp xỉ số
ngày khơng mưa (với tiêu chí: tổng lượng mưa 3 ngày <1,5mm). Khi sử dụng
phương pháp phân tích hai trường địa thế vị cho hai trường hợp trái ngược nhau: có
mưa lớn và khơng mưa, đã phát hiện 4 vùng ở mực 850hPa và 5 vùng ở mực
500hPa chứa nhiều thơng tin liên quan đến mưa lớn ở phía Tây Bắc Bộ. Các thông
tin về mưa lớn trên hai trường địa thế vị nói trên liên quan trực tiếp tới nhiều hệ

18


thống khí áp, nhưng quan trọng nhất là áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dương.
Từ sự đối lập trên hai trường địa thế vị 850hPa và 500hPa giữa hình thế 3 ngày
trước mưa lớn và khơng mưa, tác giả đã xác định được các điều kiện gây mưa lớn
và khơng mưa trên hai trường địa thế vị đó. Thực tế chứng tỏ, phía Tây Hồng Liên
Sơn các điều kiện gây mưa lớn tập trung nhiều ở trường 500hPa, trong khi mưa lớn
ở phía Đơng Hồng Liên Sơn thể hiện tập trung nhiều ở trường 850hPa. Trong
nghiên cứu, tác giả đã xây dựng phương trình hồi quy và ứng dụng dự báo pha mưa
lớn đồng thời xây dựng được phương trình phân lớp dự báo mưa lớn sau 3 ngày cho
khu vực Tây Bắc có thể dùng trong nghiệp vụ dự báo hạn vừa, phục vụ phòng
chống lũ lụt trong mùa mưa ở Bắc Bộ.
Năm 2016, đề tài nghiên cứu khoa học cấp quốc gia về “Nghiên cứu xây
dựng hệ thống nghiệp vụ dự báo mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ Việt Nam” của
Hoàng Đức Cường tập trung giải quyết bài toán dự báo định lượng mưa lớn dựa
trên các mơ hình khu vực phân giải cao có sử dụng đồng hoá số liệu 4 chiều

(4DVAR), xây dựng bản đồ ước lượng và dự báo mưa tức thời từ số liệu vệ tinh,
nhận dạng hồn lưu khí quyển dựa trên trường gió, áp và hiệu chỉnh dự báo định
lượng mưa của mơ hình khu vực phân giải cao dựa trên số liệu đo mưa tự động.
Trong đề tài này, tác giả sử dụng ngưỡng mưa lớn (50mm/ngày) theo quy định tại
Quyết định 46/2014/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về các loại hình thiên tai ở
Việt Nam) cho tồn Bắc Bộ.
1.3 Nhận xét chung
Dự báo xác suất xuất hiện mưa lớn là bài tốn khá khó khăn tuy nhiên nếu
làm được lại có ý nghĩa ứng dụng lớn đối với các hoạt động kinh tế xã hội.Những
thông tin về định lượng được lượng mưa hay cụ thể hơn là dự báo được khả năng
xuất hiện mưa lớn được tại khu vực Bắc Bộ được kỳ vọng là sẽ góp phần tạo tiền đề
cho việc hạn chế những tác hại do mưa lớn gây ra, mặt khác lại là một điểm nhấn
cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính
sách xác định chiến lược phát triển kinh tế bền vững và bảo đảm an sinh xã hội cho
khu vực miền Bắc nước ta. Có thể áp dụng phương pháp tối ưu nhất cho khả năng

19


dự báo xác suất cao, sát với thực tế làm cơ sở nghiên cứu cho các vùng miền khác
trên cả nước, cụ thể là các khu vực Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ.
Thông thường, hướng tiếp cận thống kê cũng cho khá nhiều kết quả tốt và
được nghiên cứu cho một khoảng thời gian khá dài và cũng là một cách tiếp cận đỡ
tốn chi phí máy móc và nhân lực hơn hướng tiếp cận dựa trên mơ hình số. Trong
luận văn đã sử dụng phương pháp thống kê phi tham số. Phương pháp này không
dựa trên việc xây dựng các phương trình dự báo truyền thống, thay vào đó sử dụng
ln chuỗi số liệu trong lịch sử làm cơ sở nghiên cứu. Luận văn đã nghiên cứu tính
tốn, dùng cách tính tổ hợp trễ cho thời đoạn từ 1 đến 3 ngày trước, trong chính
ngày có mưa lớn xảy ra và thời kỳ từ 1 đến 3 ngày sau khi có mưa lớn xuất hiện
trong quá khứ để tìm ra hình thế thời tiết synơp đặc trưng cho tất cả các ngày có

mưa lớn trong một thời kỳ dài 15 năm giai đoạn 2001-2015. Từ đó, lựa chọn vùng
nghiên cứu và các yếu tố làm đầu vào cho mơ hình k điểm gần nhất để nghiên cứu
dự báo xác suất xuất hiện mưa lớn cho khu vực Bắc Bộ.

20


CHƯƠNG 2 -SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Số liệu
2.1.1 Bộ số liệu sử dụng nghiên cứu
- Trong luận văn này, tôi sử dụng bộ số liệu sử dụng chuỗi số liệu tái phân
tích ECMWF trong 15 năm từ 2001 – 2015. Số liệu tái phân tích này sẽ được sử
dụng để nghiên cứu cấu trúc theo không gian của các đặc trưng nhiệt động lực học
như nhiệt độ thế vị tương đương, xốy thế, khí áp mực biển, xốy tương đối, …
trước những ngày xảy ra mưa lớn, trong những ngày xảy ra mưa lớn và sau những
ngày có mưa lớn xảy ra cho khu vực Bắc Bộ. Số liệu tái phân tích được lấy từ
website biến
được lựa chọn gồm trường gió, độ cao địa thế vị, nhiệt độ, ẩm, khí áp với các bước
thời gian là 6h, độ phân giải 0.750 x 0.750.
Miền tính được lựa chọn bao gồm khu vực Việt Nam và vùng lân cận 0400N, 900E-1200E được cho là phù hợp khi so sánh và phân tích các khu vực có ảnh
hưởng đáng kể tới sự xuất hiện mưa lớn tại các tỉnh Bắc Bộ.
- Bộ số liệu quan trắc data obs trong 15 năm từ năm 2001-2015 cho toàn khu
vực Bắc Bộ bao gồm: Tây Bắc, Việt Bắc, Đông Bắc và các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ
từ Trung tâm dự báo Khí tượng thủy văn Quốc gia, Tổng cục Khí tượng Thủy văn.
Từ bộ số liệu quan trắc tìm ra các đợt xảy ra mưa lớn cho thời kỳ 15 năm lựa
chọn để nghiên cứu trong luận văn như sau:
Bảng 2.1. Các đợt mưa lớn trong thời kỳ 2001-2015
Cấp độ mưa

Năm

Thời gian

2001

2001051412

2

2001

2001051512

2

2001

2001051612

2

2001

2001051712

2

2001

2001080112

2

21

lớn


2001

2001080212

2

…

…

…

…

…

…

2015

2015080312

1

2015

2015080412

1

2015

2015082912

2

2015

2015083012

2

2015

2015092212

2

2015

2015100912

2

2015

2015101012

2

2015

2015120412

2

2015

2015120512

2

2.1.2 Các đặc trưng khí tượng được lựa chọn để nghiên cứu
Trong nội dung luận văn, tôi đã lựa chọn đặc trưng dị thường xoáy thế và dị
thường xoáy tương đối (dựa trên gió kinh hướng và vĩ hướng) để phân tích đưa ra
hình thế đặc trưng tiêu biểu trong những ngày trước khi có mưa lớn xảy ra, ngay
trong ngày có mưa lớn và thời điểm từ 1 đến 3 ngày sau khi có mưa lớn xảy ra tại
khu vực Bắc Bộ. Dị thường xốy sẽ được tính tốn từ tổ hợp trễ giá trị xoáy tại thời
điểm 1, 2, 3 ngày trước và 1, 2, 3 ngày sau khi có mưa lớn xảy ra tại Bắc Bộ trừ đi
giá trị trung bình theo từng tháng có mưa lớn xảy ra tại khu vực Bắc Bộ của 15 năm
nghiên cứu. Trong đó, xốy thế, xốy tương đối và các giá trị dị thường xoáy vừa

được đề cập này sẽ được tính theo các cơng thức ở dưới đây. Ngày có mưa lớn sẽ
được xác định dựa trên số liệu quan trắc tại các trạm trên khu vực Bắc Bộ trong 15
năm (2001-2015).
2.1.2.1 Xoáy tương đối
Xoáy, một số đo vi mô của sự quay trong chất lỏng, là một trường vector và
được xác định bằng độ xoắn của tốc độ. Xoáy tương đối là độ xoắn của vận tốc
tương đối 𝑈 (cơng thức 1).
𝜔 = ∇ × 𝑈 (1)

22