Ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quĩ đạo bão trên Biển Đông bằng mô hình WRF

3) Tiến hành dự báo với 12 cơn bão từ năm 2004 đến năm 2007 gồm 22 mẫu thử nghiệm cho cả hai trường hợp không cài lưới lồng và có cài lưới lồng. Kết quả thu được cho thấy: a) Chạy mô hình WRF 3.1 có cài lưới lồng cố định cho kết quả dự báo sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h và 48h tương ứng khoảng 126km và 170km. Sau khi hiệu chỉnh với sai số hệ thống thì sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h và 48h tương ứng khoảng 125km và 158km. So với sai số dự báo của một số trung tâm dự báo trên thế giới thì kết quả cũng cho thấy chất lượng dự báo tương đương với các nước trong khu vực. b) Chạy mô hình WRF 3.1 sử dụng lưới lồng cố định cho kết quả dự báo sai số khoảng cách trung bình thấp hơn chạy mô hình WRF không cài lưới lồng (chênh lệch tương ứng với hạn dự báo 24h và 48h là 8km và 30km). Và hạn dự báo càng tăng thì chất lượng dự báo khi cài lưới lồng cố định còn còn tốt hơn khi không cài lưới lồng. c) Về tốc độ di chuyển dọc thì mô hình có xu hướng dự báo bão di chuyển chậm hơn thực tế trong khoảng thời gian đầu dự báo (khoảng 24h đầu), nhanh hơn thực tế trong khoảng thời gian tiếp theo và lệch trái so với thực tế. Trường hợp có cài lưới lồng cho kết quả dự báo tốc độ di chuyển dọc của bão sát với thực tế hơn trường hợp không cài lưới lồng nhưng lại dự báo bão di chuyển lệch trái nhiều hơn.

pdf84 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 25/12/2013 | Lượt xem: 1562 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quĩ đạo bão trên Biển Đông bằng mô hình WRF, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n như sau: Bước 1: so sánh giá trị của hàm tại 3 điểm Z1, Z2, Z3 với Z0. Ba điểm này lập thành một tam giác đều nội tiếp đường tròn với bán kính R là bước tìm kiếm ban đầu và tâm là Z0. Bước 2: Nếu điểm có giá trị lớn nhất là Zn (n=1,2,3): Tâm đường tròn được chuyển thành Zn, và quay trở lại Bước 1). Bước 3: Nếu điểm có giá trị lớn nhất là Z0 : 3a) Tạm thời giảm bán kính đường tròn 4 lần và quay lại Bước 1) Page 44 3b) Nếu sau bước 3a) Z0 vẫn tiếp tục có giá trị lớn nhất, phục hồi lại giá trị bán kính R như cũ (bằng cách nhân 4) và quay tam giác nội tiếp mỗi lần 15o (tối đa 7 lần) và quay trở lại Bước 1). 3c) Nếu sau 3a) và 3b), Z0 vẫn có giá trị lớn nhất, giảm bán kính đường tròn đi 4 lần và quay trở lại Bước 1). Quá trình tìm kiếm thành công khi bán kính đường tròn nhỏ hơn một giá trị tiêu chuẩn đủ nhỏ hoặc thất bại nếu số bước lặp vượt quá một giới hạn cho trước [20]. Phương pháp này được lập trình hóa bằng ngôn ngữ Fortran 90 trong chương trình wrf_to_grads để hỗ trợ xác định tâm bão cho mô hình WRF. 2.2.5. Chỉ tiêu đánh giá Để đánh giá kết quả dự báo tôi đã sử dụng công thức tính khoảng cách giữa tâm bão thực tế và tâm bão dự báo như sau:  ArcRPE e )cos()cos()cos()sin().sin(cos. 212121   (2.6) Với Re là bán kính Trái đất Re = 6378.16 km. 1 và 2 là vĩ độ của tâm bão thực tế và tâm bão do mô hình dự báo sau khi đã đổi sang đơn vị radian. 1 và 2 là kinh độ của tâm bão thực tế và tâm bão do mô hình dự báo sau khi đã đổi sang đơn vị radian. Tâm bão dự báo PECTE ATE Tâm bão quan trắc Tâm bão quan trắc 6h trước Hình 2.7. Sơ đồ mô tả sai số Page 45 Và giá trị trung bình của sai số khoảng cách PE được tính như sau: n PE MPE n i ji j   1 , (2.7) Ngoài ra, để tính toán tốc độ di chuyển dọc theo quỹ đạo của bão dự báo nhanh hơn hay chậm hơn so với vận tốc di chuyển thực của bão, quá trình dự báo lệch trái hay lệch phải hơn, người ta còn dùng thêm sai số dọc ATE (Along Track Error) và sai số ngang CTE (Cross Track Error) theo hướng di chuyển của cơn bão. ATE nhận dấu dương nếu tâm bão dự báo nằm phía trước tâm bão quan trắc và nhận dấu âm khi tâm bão dự báo nằm phía sau tâm bão quan trắc. CTE nhận dấu dương khi tâm bão nằm phía phải so với tâm bão quan trắc và nhận dấu âm khi nằm về trái. Với qui ước này, nếu sai số ATE trung bình (MATE) nhận giá trị dương có nghĩa tâm bão dự báo có xu thế di chuyển dọc theo quỹ đạo nhanh hơn so với thực và ngược lại, MATE nhận giá trị âm thì tâm bão dự báo cho xu thế di chuyển dọc theo quỹ đạo chậm hơn. Sai số CTE trung bình (MCTE) dương cho thấy quỹ đạo bão có xu thế lệch phải còn MCTE âm cho thấy xu thế lệch trái so với quỹ đạo thực. Hình 2.9 mô phỏng các chỉ tiêu sai số được tính. n ATE MATE n i ji j   1 , (2.8); n CTE MCTE n i ji j   1 , (2.9) trong đó i là dung lượng mẫu (i=1, n), j là hạn dự báo (j =0, 6, 12...72). Page 46 CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA ĐỘ PHÂN GIẢI ĐẾN KẾT QUẢ DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO TRÊN BIỂN ĐÔNG 3.1. Phương án thử nghiệm ảnh hưởng của độ phân giải trong mô hình WRF đến kết quả dự báo quỹ đạo bão 3.1.1. Tập số liệu nghiên cứu Trong nghiên cứu này, các trường phân tích và dự báo 6 giờ một của mô hình toàn cầu GFS với độ phân giải ngang 1x1 độ kinh vĩ được sử dụng làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình WRF. Tập số liệu bao gồm 12 cơn bão trong các mùa bão từ năm 2004 đến năm 2007 được thử nghiệm trong miền tính và nguồn số liệu đã được mô tả ở trên. Số mẫu thử nghiệm được liệt kê cụ thể trong Bảng 3.1. Bảng 3.1. Danh sách các cơn bão được lựa chọn thử nghiệm Tên bão-ATNĐ STT Thời điểm tiến hành dự báo Vĩ độ (0N) Kinh độ (0E) Vmax (kt) CHANTHU 1 06Z/11/6/2004 13.0 115.3 50 MUIFA 2 06Z/21/11/2004 11.8 116.1 70 WASHI 3 18Z/28/7/2005 18.9 113.1 25 4 06Z/29/7/2005 18.5 112.0 35 DAMREY 5 00Z/23/9/2005 20.2 118.4 50 6 00Z/24/9/2005 19.8 115.3 50 KAITAK 7 18Z/28/10/2005 12.7 113.6 30 8 00Z/30/10/2005 14.0 112.9 60 PRAPIROON 9 00Z/01/8/2006 16.8 118.8 40 10 00Z/02/8/2006 18.1 115.2 55 XANGSANE 11 18Z/28/9/2006 15.6 118.1 90 12 06Z/29/9/2006 15.4 115.6 105 CHEBI 13 00Z/11/11/2006 15.9 121.6 105 Page 47 14 12Z/12/11/2006 15.0 115.1 60 DURIAN 15 00Z/01/12/2006 13.3 119.9 95 16 12Z/02/12/2006 13.9 115.5 75 UTOR 17 00Z/10/12/2006 12.2 121.5 100 18 00Z/12/12/2006 14.4 115.7 75 FRANCISCO 19 00Z/23/9/2007 19.6 115.9 25 20 06Z/23/9/2007 19.4 114.8 30 PEIPAD 21 00Z/06/11/2007 18.4 118.6 70 22 00Z/08/11/2007 16.7 114.0 40 3.1.2. Các trường hợp thử nghiệm Mô hình WRF 3.1 được cài lưới lồng cố định như mô tả ở trên để thử nghiệm ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão trên Biển Đông. Lựa chọn 22 mẫu thử nghiệm trên đã chạy cho trường hợp không có lưới lồng với bước lưới ngang là 27km và có lưới lồng với bước lưới ngang của miền thô và miền mịn tương ứng là 27km và 9km. Trong nghiên cứu này, file dữ liệu đầu ra của mô hình lưu các trường khí tượng dự báo cách nhau 6h nhằm giảm dung lượng của file dữ liệu và đảm bảo yêu cầu mục đích dự báo đến 72 giờ. Số lượng tâm bão thu được ứng với từng hạn dự báo được cho cụ thể trong Bảng 3.2. Trường hợp chạy mô hình không có lưới lồng, số lượng tâm bão thu được giảm khi hạn dự báo tăng lên do một số thử nghiệm bão được dự báo đã suy yếu hoặc tan rã nên không tìm được tâm. Trường hợp chạy mô hình có lưới lồng, số lượng tâm bão thu được ở các hạn dự báo ít hơn so với trường hợp không có lưới lồng là do việc lựa chọn miền lồng nhỏ dẫn đến một số thử nghiệm thời gian đầu tâm bão chưa đi vào miền lồng, thời gian sau tâm bão đã ra khỏi miền lồng hoặc suy yếu nên không tìm được tâm. Page 48 Bảng 3.2. Số lượng tâm bão thu được trong từng hạn dự báo Hạn dự báo (h) 00 06 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Không lồng 22 22 22 22 21 21 19 18 14 11 11 8 7 Có lồng 17 20 20 20 21 20 19 18 14 10 8 7 5 3.2. Đánh giá ảnhh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão 3.2.1. Đánh giá trên một số cơn bão điển hình Sau khi tìm tâm bằng phương pháp Downhill, nối các tâm bão dự báo, ta sẽ có quỹ đạo dự báo của bão. Trong 12 cơn bão được thử nghiệm, gồm có các cơn bão mạnh, cơn bão yếu, cơn bão hoạt động đầu mùa và cơn bão hoạt động cuối mùa. Để đánh giá sâu hơn ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo những cơn bão này, tôi lựa chọn 2 cơn bão điển hình để tiến hành phân tích và đánh giá. Bão Prapiroon (28/7-15/8/2006) là cơn bão đầu mùa với cường độ yếu tại thời điểm dự báo. Bão Chebi (08/11-15/11/2006) là cơn bão cuối mùa với cường độ mạnh tại thời điểm dự báo. * Khảo sát bão Chebi: Diễn biến của bão Chebi (08-15/11/2006): Bão Chebi hình thành từ tây Thái Bình Dương và di chuyển vào biển Đông. Chebi là một cơn bão mạnh, cường độ mạnh nhất đạt tới cấp 15, 16 là cấp siêu bão, sức gió vùng gần tâm đạt 46-56 m/s. Bão di chuyển chủ yếu theo hướng tây, sau khi vượt qua quần đảo Phi-líp-pin tiến vào biển Đông, cường độ bão Chebi bắt đầu giảm dần và có quỹ đạo rích rắc (Hình 3.1). Đến đêm ngày 12/11/2006, khi đến vùng biển phía đông nam quần đảo Hoàng Sa, bão Chebi di chuyển chậm lại theo hướng tây bắc với tốc độ khoảng 10 km giờ và suy yếu đi khá nhanh. Đến 06Z ngày 14/11/2006, bão Chebi suy yếu thành áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) trên khu vực phía đông nam đảo Hải Page 49 Nam – Trung Quốc, đồng thời chuyển hướng di chuyển xuống phía tây nam và sau đó tan hẳn vào sáng sớm ngày 15/11/2006. Hình 3.1. Quỹ đạo cơn bão Chebi (08-15/11/2006) Để hiểu rõ thêm về diễn biến của cơn bão, tôi tiến hành phân tích bản đồ hình thế synop lúc 00Z các ngày 11,12, và 13 tháng 11 năm 2006. Vì đây là một cơn bão mạnh (tốc độ gần tâm bão đạt 46-56 m/s) nên tôi tập trung phân tích các bản đồ hình thế mực trên cao (cụ thể là mực 500mb) để xác định dòng dẫn đường cho bão như trong phần lý thuyết đã trình bày ở trên (Sự di chuyển của bão - Chương 1). Phân tích hình thế synop: Các bản đồ đẳng áp mực 500mb, là mực rất quan trọng vì được xem là mực dòng dẫn đường của bão. Tại thời điểm 00Z ngày 11/11/2006 (Hình 3.2), có thể thấy sự tồn tại của rãnh gió tây và hai trung tâm áp cao xung quanh cơn bão. Trong tháng 11, rãnh gió tây trên mực 500mb phát triển mạnh với các đường đẳng áp ken xít và lấn sâu xuống phía nam tạo điều kiện cho xâm nhập lạnh mạnh ảnh hưởng đến các vùng biển nước ta. Tại thời điểm này, trục của rãnh vẫn chưa vượt qua phía đông của trục bão theo hướng bắc nam nên mới chỉ mở rộng đường để kéo bão dịch chuyển lên phía bắc. Vì vậy bão vẫn chủ đạo di chuyển theo hướng tây. Bão hiện đang nằm giữa hai áp cao: một áp cao nằm ở phía tây cơn bão bao trọn khu vực Việt Nam và một vùng biển Page 50 Đông, một áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương nằm ở phía đông cơn bão và đang trong thời kỳ hoạt động yếu dần. Cả 2 trung tâm áp cao này và rãnh gió tây đều có thể quyết định hướng di chuyển của cơn bão. Có ba khả năng chính xảy ra: (1) Nếu rãnh gió tây ở các thời điểm tiếp theo được duy trì mạnh hoặc một rãnh mới hình thành mạnh không cho áp cao tây Thái Bình Dương lấn sang phía tây thì bão sẽ di chuyển lệch hẳn lên phía bắc, đồng thời cường độ bão cũng giảm nhanh do tương tác với không khí lạnh đang tràn xuống ở mực dưới thấp. (2) Nếu rãnh gió tây lệch đông nhanh, có một rãnh mới hình thành không mạnh, khi đó áp cao tây Thái Bình Dương vẫn lấn yếu về phía tây thì bão sẽ di chuyển theo hướng chủ đạo tây bắc và suy yếu dần. (3) Nếu rãnh gió tây lệch đông nhanh và không có rãnh mới hình thành khi đó áp cao cận nhiệt có thể lấn mạnh sang phía tây, bão sẽ di chuyển chủ đạo hướng tây theo rìa phía nam của hệ thống này. Trên thực tế, đến 00Z ngày 12 (Hình 3.3) trên mực 500 mb, trục rãnh gió tây dịch sang phía đông và nằm hẳn về phía đông của trục bão theo hướng bắc nam, đồng thời áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương cũng lấn yếu về phía tây. Đến 00Z ngày 13 (Hình 3.4) rãnh mới được hình thành nhưng nông hơn rãnh ngày 11, và áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương vẫn tiếp tục lấn sâu hơn về phía tây. Quan sát ảnh mây vệ tinh và quỹ đạo thực của bão cho thấy từ đêm ngày 12 đến sáng ngày 14, bão di chuyển theo hướng lệch lên phía tây bắc và suy yếu thêm. Như vậy, diễn biến của cơn bão đã xảy ra theo khả năng thứ 2 do rãnh gió tây mới được hình thành không đủ mạnh để kéo cơn bão lệch hẳn lên phía bắc. Đến trưa ngày 14, bão đã suy yếu thành ATNĐ, đồng thời chuyển hướng di chuyển xuống tây nam và tan rã vào sáng sớm ngày 15. Điều này được giải thích là do bão di chuyển theo hướng tây bắc và tương tác với không khí lạnh và khô đang tràn xuống nên bão suy yếu dần. Từ trưa ngày 14 chỉ còn là cấp ATNĐ và không chịu sự chi phối của mực dẫn đường 500mb nữa mà chủ yếu chịu sự chi phối bởi dòng dẫn Page 51 đường ở các mực thấp hơn (trên Hình 3.5 không còn thấy tâm bão trên mực 500 mb nữa). Hình 3.2. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 11/11/2006 Hình 3.3. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 12/11/2006 Hình 3.4. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 13/11/2006 Hình 3.5. Bản đồ đẳng áp mực 500mb lúc 00Z ngày 15/11/2006 Về cường độ bão, sau khi vượt qua đảo Lu-zông do ma sát với mặt đất, bão Chebi đã suy yếu đi. Hơn nữa, khi phân tích bản đồ mực 850mb lúc 00Z ngày 11/11/2006 (Hình 3.6) có thể thấy đang có sự mở rộng xuống phía nam của áp cao lạnh lục địa. Do Page 52 đó, khi bão di chuyển lên phía bắc và tương tác với không khí lạnh khô tràn về cũng làm cường độ bão giảm đi nhanh chóng. Hình 3.6. Bản đồ đẳng áp mực 850mb lúc 00Z ngày 11/11/2006 Trên ảnh mây vệ tinh lúc 00Z ngày 11/11/2006 (Hình 3.7), không quan sát thấy đường mây front lạnh chứng tỏ không khí lạnh đã thâm nhập sâu xuống khu vực biển nơi cơn bão hoạt động. Sự xuất hiện của những đợt lạnh đầu mùa như vậy, tuy không mạnh nhưng cũng làm nhiệt độ bề mặt biển giảm đi đáng kể, lớp không khí mỏng ở sát bề mặt cũng bị lạnh và khô hơn đã làm cho cơn bão Chebi có xu hướng yếu đi nhanh chóng. Trên các ảnh mây vệ tinh, điều này cũng được thể hiện rõ khi cấu trúc mây hoàn thiện của bão cũng bị phá vỡ nhanh theo thời gian. Hình 3.7. Ảnh mây vệ tinh thị phổ lúc 00Z ngày 11/11/2006 Đánh giá kết quả dự báo quỹ đạo cơn bão Chebi: Page 53 Tại thời điểm tiến hành thử nghiệm lúc 00Z ngày 11/11/2006, bão Chebi có vị trí ở 16.00N – 121.60E và cường độ rất mạnh (tốc độ gió đạt 52.5 m/s). Trong thử nghiệm có lưới lồng, từ hạn dự báo 24h mới xác định được tâm bão và đến hạn dự báo 72h bão được dự báo đã tan nên không tìm được tâm trong hạn dự báo này. Kết quả tính sai số trong trường hợp thử nghiệm không lồng và có lồng đối với cơn bão Chebi được cho trong Bảng 3.3 và Hình 3.8. Bảng 3.3. Kết quả tính sai số dự báo quỹ đạo cơn bão Chebi tại thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 11/11/2006 Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) ATE (km) CTE (km) PE (km) ATE (km) CTE (km) 00 96.31 -31.4 91.05 - - - 06 110.12 10.16 -109.65 - - - 12 185.26 130.84 -131.16 - - - 18 186.27 135.32 -128.01 - - - 24 266.30 265.8 16.36 272.41 271.58 21.24 30 211.09 180.67 -109.16 227.16 200.95 -105.92 36 194.32 102.49 -165.09 211.09 162.75 -134.44 42 194.94 76.92 -179.12 259.42 166.65 -198.81 48 296.19 114.71 -273.02 313.46 97.34 -297.97 54 416.42 107.11 -402.41 349.79 63.08 -344.06 60 358.33 117.94 -338.37 382.66 151.08 -351.58 66 449.65 -188.18 -408.71 441.86 -192.61 -397.67 72 465.65 -104.96 -453.66 - - - Phân tích kết quả sai số theo hạn dự báo cho thấy (Hình 3.8): Đến hạn dự báo 24h, miền lồng mới bắt được tâm bão nhưng sai số khoảng cách so với thực tế là khá cao (khoảng 272km), và lớn hơn trường hợp không có lưới lồng khoảng 6km. Sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng vẫn lớn hơn trường hợp không có lưới lồng Page 54 ở những hạn dự báo tiếp theo. Đến hạn dự báo 48h, sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng khoảng 313km lớn hơn trường hợp không có lưới lồng 7km. Đến hạn dự báo 66h, sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng khoảng 442km và nhỏ hơn trường hợp không có lưới lồng khoảng 8km. Như vậy, sai số khoảng cách trong cả hai trường hợp so với thực tế đều khá lớn và trường hợp có lưới lồng có xu hướng dự báo tốt hơn trường hợp không có lưới lồng ở những hạn dự báo sau nhưng lại kém hơn ở những hạn dự báo đầu. a) b) c) Hình 3.8. Sai số dự báo quỹ đạo bão Chebi so với thực tế từ hạn dự báo 00h đến 66h (đơn vị: km). a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Trường hợp không lồng-màu xanh Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ Sai số dọc trong cả hai trường hợp có giá trị dương và có xu hướng giảm từ hạn dự báo 00h đến 60h, từ các hạn dự báo tiếp theo lại có giá trị âm. Điều này cho thấy, mô hình dự báo bão di chuyển dọc so với thực tế nhanh hơn trong thời gian đầu và chậm hơn trong thời gian sau. Dự báo tốc độ di chuyển dọc của bão trong trường hợp Page 55 có lưới lồng chỉ tốt hơn trường hợp không có lưới lồng ở các hạn dự báo 48h và 54h. Sai số ngang có giá trị âm ở tất cả các hạn dự báo trong cả hai trường hợp (trừ thời điểm ban đầu) và có giá trị tuyệt đối càng lớn khi hạn dự báo càng tăng. Điều này cho thấy, mô hình dự báo bão di chuyển lệch trái so với thực tế và độ lệch càng lớn khi hạn dự báo càng tăng. Hình 3.9. Trường áp suất mặt biển dự báo 00h đến 72h từ 00Z/11/11/2006 Trường hợp không lồng - bên trái; Trường hợp có lồng - bên phải. Phân tích trường áp mặt biển theo thời gian cho thấy (Hình 3.9): cả hai trường hợp không có sự khác biệt nhiều và đều chỉ ra tại thời điểm dự báo, cường độ dự báo là rất yếu so với cường độ thực tế của bão (đường đẳng áp khép kín trong cùng được dự Page 56 báo là 1010 mb). Các thời điểm dự báo tiếp theo cường độ bão được cải thiện rõ rệt nhưng vẫn yếu hơn so với cường độ thực tế. Chính điều này cũng góp phần không nhỏ ảnh hưởng đến dự báo quỹ đạo di chuyển của bão. Việc dự báo cường độ bão yếu dẫn đến việc dự báo bão di chuyển theo hướng tây và tây tây nam cũng là điều hợp lý. * Khảo sát bão Prapiroon Diễn biến của cơn bão Prapiroon (28/7-15/8/2006) Đêm ngày 31/7 rạng sáng ngày 1/8 một áp thấp nhiệt đới vượt qua Philipin vào Biển Đông. Hồi 1h sáng ngày 1/8 vị trí tâm ATNĐ ở vào khoảng 16,90 N – 1200 E, sức gió mạnh nhất vùng gần trung tâm cấp 7, giật trên cấp 7, di chuyển ổn định theo hướng Tây Tây Bắc 15-20km/h. Đến trưa ngày 1/8 áp thấp nhiệt đới mạnh lên thành bão. Bão tiếp tục di chuyển theo hướng Tây Tây Bắc 10-15km/h và mạnh thêm, đến chiều tối ngày 2/8 đạt đến cấp 12, giật trên cấp 12, tối ngày 3/8 đổ bộ vào phía Tây tỉnh Quảng Đông (Trung Quốc), suy yếu dần và tiếp tục di chuyển theo hướng giữa Tây Bắc và Tây Tây Bắc. Bão đã gây gió mạnh cấp 6, cấp 7, giật trên cấp 7 ở phía Bắc vịnh Bắc Bộ; cấp 5, giật cấp 7 ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh- Hải Phòng. Các nơi thuộc phía Đông Bắc Bộ và Thanh Hóa có mưa vừa, có nơi mưa to (Hình 3.10). Hình 3. 10. Quỹ đạo thực của bão Prapiroon (28/7-15/8/2006) Page 57 Phân tích hình thế synop: Nhìn vào các bản đồ hình thế từ mặt đất đến mực 500 mb các ngày 1/8 và 2/8, ta thấy có những hệ thống chủ đạo ảnh hưởng tới hoạt động của bão là: áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương và dải hội tụ nhiệt đới. Trên bản đồ phân tích mặt đất lúc 00Z ngày 1/8 và 00Z ngày 2/8, dải hội tụ nhiệt đới có trục ít thay đổi và nối với tâm cơn bão. Áp cao cận nhiệt tây Thái Bình dương có xu hướng lấn sang phía tây. Trong khi đó, trên bản đồ phân tích mực 500 mb lúc 00Z ngày 1/8 và 00Z ngày 2/8 thì áp cao này vẫn đang trên đà suy yếu chậm. Như vậy áp cao cận nhiệt đang trong quá trình suy yếu chậm (trước đó áp cao cận nhiệt đới rất mạnh) (Hình 3.13). Đến ngày 02, áp cao cận nhiệt phát triển trở lại với lưỡi cao lấn dần sang phía tây. Dải hội tụ nhiệt đới vẫn tồn tại và có trục tương đối ổn định (Hình 3.11 và Hình 3.12). Đó là nguyên nhân chính làm cho bão di chuyển ổn định hướng tây bắc dọc theo rìa phía tây nam của áp cao cận nhiệt. Về cường độ, khi bão đi vào biển Đông nơi có điều kiện thuận lợi cả về nhiệt lực và động lực nên bão mạnh lên rất nhanh chóng. Chỉ khi đi vào đất liền Trung Quốc các điều kiện này không còn nữa, lại thêm ma sát mạnh với bề mặt thì bão mới suy yếu đi. Hình 3.11. Bản đồ phân tích mặt đất lúc 00z ngày 01/08/2006 Page 58 Hình 3.12. Bản đồ phân tích mặt đất lúc 00z ngày 02/08/2006 Hình 3.13. Bản đồ phân tích mực 500mb lúc 00z ngày 01/08/2006 Hình 3.14. Bản đồ phân tích mực 500mb lúc 00z ngày 02/08/2006 Phân tích kết quả dự báo quỹ đạo cơn bão Prapiroon: Page 59 Tại thời điểm tiến hành thử nghiệm lúc 00Z ngày 01/8/2006, bão Prapiroon có vị trí ở 17.10N – 118.90E và cường độ yếu (cấp 7, cấp 8). Trong thử nghiệm lưới lồng, tại thời điểm 00h tâm bão chưa đi vào miền lồng nên không tìm được tâm, các hạn dự báo khác đều xác định được tâm. Với hạn dự báo 72h, bão thực tế đã tan nên không có kết quả tính sai số (không có vị trí tâm thực tế thời điểm 00Z ngày 04/8/2006). Kết quả dự báo quỹ đạo trong trường hợp không lồng và có lồng với cơn bão Prapiroon tại thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 01/8/2006 được cho trong Bảng 3.4 và Hình 3.15. Bảng 3.4. Kết quả tính sai số dự báo quỹ đạo bão Prapiroon tại thời điểm dự báo lúc 00Z ngày 01/8/2006 Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) ATE (km) CTE (km) PE (km) ATE (km) CTE (km) 00 101.61 -68.66 -74.91 - - - 06 166.19 66.35 152.37 99.25 94.98 -28.81 12 103.88 78.76 67.74 59.3 57.95 12.56 18 167.22 163.94 32.95 125.21 125.07 -5.88 24 181.57 151.11 -100.66 139.54 98.87 -98.48 30 173.87 -38.23 -169.62 164.69 -35.40 -191.45 36 165.15 68.26 -150.38 176.75 18.36 -175.79 42 217.82 -60.82 -209.16 201.12 -98.59 -175.30 48 246.99 -64.06 -238.54 229.89 -81.76 -214.86 54 274.16 -70.11 -265.04 261.78 -91.90 -245.11 60 373.40 -140.17 -346.09 326.87 -135.6 -297.42 66 379.57 -32.68 -378.16 369.11 -79.04 -360.55 Phân tích kết quả tính sai số theo thời gian cho thấy (Hình 3.15): Sai số khoảng cách trong trường hợp không có lưới lồng tại các hạn dự báo 24h, 48h và 66h tương ứng khoảng 182km, 247km và 380km, với trường hợp có lưới lồng tương ứng khoảng 140km, 230km và 369km. Như vậy, sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng Page 60 nhỏ hơn trong trường hợp không có lưới lồng ở hầu hết các hạn dự báo (trừ hạn dự báo 36h). Độ chênh lệch là đáng kể ở các hạn dự báo đầu (hạn dự báo 24h khoảng 42km), các hạn dự báo tiếp theo độ chênh lệch là nhỏ hơn (hạn dự báo 48h và 66h tương ứng khoảng 17km và 11km). a) b) c) Hình 3.15. Sai số dự báo quỹ đạo bão Prapiroon so với thực tế từ hạn dự báo 00h đến 66h (đơn vị: km). a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Trường hợp không lồng-màu xanh Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ Phân tích sai số dọc của cả hai trường hợp cho thấy giá trị dương đến hạn dự báo 36h (trừ hạn dự báo 30h), và có giá trị âm từ các hạn dự báo tiếp theo. Tức là mô hình dự báo bão di chuyển dọc nhanh hơn thực tế ở thời gian đầu, và chậm hơn thực tế ở thời gian sau đó. Kết quả sai số dọc cũng cho thấy ở pha dự báo nhanh hơn thực tế thì trường hợp có lưới lồng dự báo bão di chuyển sát với thực tế hơn trường hợp không có lưới lồng nhưng ở pha dự báo chậm hơn thực tế thì ngược lại. Phân tích sai số ngang cho thấy: trong trường hợp không có lưới lồng, sai số ngang có giá trị dương ở thời gian đầu (hạn dự báo 00h, 12h và 18h), có giá trị âm ở thời gian tiếp theo. Trong Page 61 trường hợp có lưới lồng, sai số ngang có giá trị âm ở hầu hết các hạn dự báo (trừ hạn dự báo 12h). Và cả hai trường hợp đều chỉ ra, giá trị tuyệt đối sai số khoảng cách có xu hướng tăng lên khi hạn dự báo tăng. Tức là hạn dự báo càng tăng thì mô hình dự báo bão càng lệch trái nhiều hơn. Và kết quả cũng chỉ ra nhìn chung độ lệch so với thực tế trong trường hợp có lưới lồng nhỏ hơn trường hợp không có lưới lồng (trừ hạn dự báo 30h và 36h). Hình 3.16. Trường áp suất mặt biển dự báo 00h đến 72h từ 00Z/01/8/2006 Trường hợp không lồng - bên trái; Trường hợp có lồng - bên phải. Page 62 Phân tích trường áp mặt biển theo thời gian cho thấy (Hình 3.16): Cường độ bão dự báo trong cả hai trường hợp không có sự khác biệt nhiều. Cả hai trường hợp đều chỉ ra cường độ bão được mô phỏng tại thời điểm tiến hành dự báo yếu hơn cường độ thực tế (với đường đẳng áp khép kín trong cùng là 1004 mb) và mức chênh lệch không lớn, nhưng vị trí lại sai lệch tương đối nhiều ( khoảng 101km). Kết quả dự báo từ 00h đến 72h với cả hai trường hợp cũng cho thấy cường độ bão tăng lên phù hợp với thực tế. 3.2.2. Đánh giá các cơn bão mạnh và các cơn bão yếu tại thời điểm dự báo Việc phân chia bão mạnh và bão yếu dựa vào tốc độ gió cực đại. Những cơn bão mạnh có tốc độ gió cực đại từ 55 kt trở lên, những cơn bão yếu có tốc độ gió cực đại từ 50 kt trở xuống. Số mẫu các cơn bão mạnh tại thời điểm tiến hành dự báo gồm 12 mẫu, số mẫu cơn bão yếu gồm 10 mẫu (phân tích từ Bảng 3.1). Kết quả tính sai số dự báo trung bình của những cơn bão mạnh tại thời điểm dự báo được cho trong Bảng 3.5. Trên Hình 3.17 biểu diễn kết quả sai số từ hạn dự báo 00h đến hạn dự báo 54h, các hạn dự báo còn lại do số lượng mẫu quá nhỏ (thấp hơn một nửa số mẫu thử nghiệm) nên không được thể hiện trên hình này. Bảng 3.5. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bão mạnh tại thời điểm dự báo Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu 00 51.62 -9.29 9.13 12 59.63 -8.23 15.02 9 06 71.28 -8.76 -29.16 12 69.27 8.45 -16.69 10 12 102.07 20.24 -58.51 12 78.87 8.61 -48.26 10 18 136.56 22.60 -69.61 12 129.30 29.73 -65.57 10 24 134.35 48.63 -36.41 11 139.99 63.34 -61.52 11 30 143.71 64.99 -78.43 11 154.20 65.42 -85.43 10 36 175.13 57.11 -77.30 10 181.99 59.40 -74.66 9 Page 63 42 182.75 16.58 -71.32 10 190.95 14.09 -54.45 10 48 197.86 57.79 -93.45 8 202.25 46.57 -59.29 8 54 192.16 64.58 -79.95 7 196.72 95.63 -34.82 7 60 222.43 62.27 -39.50 7 216.45 95.85 -95.02 5 66 224.94 3.07 -35.10 5 257.32 -24.75 -41.82 4 72 243.73 7.9 -28.01 5 222.87 31.29 76.05 3 Phân tích kết quả tính sai số trung bình đối với bão mạnh cho thấy: Sai số khoảng cách trung bình tại các hạn dự báo 12h, 24h, 36h và 48h trong trường hợp không có lưới lồng tương ứng khoảng 102km, 134km, 175km và 198km; còn trong trường hợp có lưới lồng tương ứng khoảng 79km, 140km, 182km và 202km. Như vậy, dự báo thời gian đầu (đến hạn dự báo 18h) sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng thấp hơn trường hợp không có lưới lồng. Ngược lại, từ hạn dự báo 24h trở đi, sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng lại cao hơn trường hợp không có lưới lồng. Phân tích sai số dọc cho thấy: Trong cả hai trường hợp sai số dọc có giá trị dương ở hầu hết các hạn dự báo (trừ 00h và 06h đối với trường hợp không có lưới lồng; 00h đối với trường hợp có lưới lồng). Tức là mô hình có xu hướng dự báo bão mạnh di chuyển dọc nhanh hơn so với thực tế. Hạn dự báo càng tăng thì xu hướng dự báo tốc độ di chuyển dọc của bão càng tăng (trừ hạn dự báo 36h và 42h). Sai số dọc cũng chỉ ra trường hợp có lưới lồng cho giá trị dự báo nhỏ hơn trường hợp không có lưới lồng ở các hạn dự báo 12h, 42h và 48h; các hạn dự báo còn lại đều cho giá trị lớn hơn nhưng sự chênh lệch là không nhiều, chênh lệch lớn nhất ở hạn dự báo 54h khoảng 35km. Phân tích sai số ngang cho thấy: Cả hai trường hợp đều cho sai số ngang có giá trị âm ở tất cả các hạn dự báo trừ thời điểm đầu. Điều này cho thấy mô hình dự báo bão Page 64 mạnh di chuyển lệch trái so với thực tế. Trường hợp có cài lưới lồng dự báo bão lệch trái ít hơn trường hợp không cài lưới lồng trừ hạn dự báo 24h và 30h. a) b) c) Hình 3.17. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 54h của các cơn bão mạnh tại thời điểm dự báo (đơn vị: km). a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Trường hợp không lồng-màu xanh Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ Kết quả tính sai số dự báo trung bình của các cơn bão yếu tại thời điểm dự báo được cho trong Bảng 3.6. Trên Hình 3.18 biểu diễn kết quả tính sai số dự báo trung bình từ hạn dự báo 00h đến hạn dự báo 48h, các hạn dự báo còn lại không được biểu diễn do số lượng mẫu quá nhỏ. Bảng 3.6. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bão yếu tại thời điểm dự báo Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu 00 47.34 19.21 2.73 10 44.31 33.92 11.99 8 Page 65 06 105.21 -66.16 17.19 10 74.31 -33.36 -6.69 10 12 106.80 -46.12 14.08 10 98.78 -46.53 7.44 10 18 129.34 -58.31 24.11 10 122.20 -56.28 22.74 10 24 134.13 -72.89 38.41 10 110.95 -46.67 32.49 10 30 129.69 -70.73 15.96 10 116.44 -64.98 -5.47 10 36 145.73 -51.57 56.75 9 97.45 -29.67 11.40 10 42 173.63 -64.51 71.36 8 98.25 -37.73 5.65 8 48 202.94 -38.60 86.97 6 126.62 -41.31 17.45 6 54 190.45 6.05 -9.43 4 147.31 -14.40 -88.72 3 60 199.97 33.54 -78.55 4 182.84 -28.95 -113.68 3 66 216.53 50.12 -137.89 3 186.55 12.72 -133.03 3 72 139.03 29.10 -106.51 2 130.8 21.63 65.74 2 Phân tích kết quả sai số trung bình của các cơn bão yếu tại thời điểm dự báo cho thấy: Trường hợp không có lưới lồng, sai số khoảng cách trung bình các hạn dự báo 24h và 48h tương ứng khoảng 134km và 203km. Còn trường hợp có lưới lồng, sai số khoảng cách tương ứng khoảng 111km và 127km. Như vậy, sai số khoảng cách dự báo trong trường hợp có lưới lồng nhỏ hơn trong trường hợp không có lưới lồng ở tất cả các hạn dự báo, hạn dự báo càng tăng thì sự chênh lệch này có xu hướng càng lớn (chênh lệch ở các hạn dự báo 24h, 36h và 48h tương ứng khoảng 23km, 48km và 76km). Phân tích sai số dọc cho thấy: Cả hai trường hợp đều có giá trị sai số dọc âm trừ thời điểm ban đầu. Như vậy, mô hình dự báo các cơn bão yếu có xu hướng di chuyển dọc chậm hơn thực tế. Kết quả cũng cho thấy giá trị tuyệt đối của sai số dọc trong trường hợp có lưới lồng nhỏ hơn trường hợp không có lưới lồng ở hầu hết các hạn dự báo. Tức là trường hợp có lưới lồng cho dự báo tốc độ di chuyển dọc của bão sát với thực tế hơn trường hợp không có lưới lồng. Page 66 Phân tích sai số ngang cho thấy: Cả hai trường hợp đều cho giá trị sai số ngang dương (trừ hạn dự báo 06h và 30h đối với trường hợp có lưới lồng). Tức là mô hình dự báo các cơn bão yếu có xu hướng lệch phải so với thực tế. Kết quả cũng chỉ ra, trường hợp không có lưới lồng, hạn dự báo càng tăng thì bão được dự báo càng lệch phải nhiều hơn. Và giá trị tuyệt đối của sai số ngang trong trường hợp có lưới lồng nhỏ hơn trường hợp không có lưới lồng ở hầu hết các hạn dự báo trừ thời điểm đầu. Điều này cho thấy trường hợp có lưới lồng bão được dự báo lệch ít hơn trường hợp không có lưới lồng. a) b) c) Hình 3.18. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 48h của các cơn bão yếu tại thời điểm dự báo (đơn vị: km). a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Trường hợp không lồng-màu xanh Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ Như vậy, với các cơn bão có cường độ mạnh tại thời điểm dự báo thì mô hình có cài lưới lồng chỉ dự báo tốt hơn không cài lưới lồng ở những thời điểm đầu (đến hạn Page 67 dự báo 18h). Còn với các cơn bão có cường độ yếu tại thời điểm dự báo thì mô hình có cài lưới lồng dự báo tốt hơn không cài lưới lồng ở tất cả các hạn dự báo. Và sai số khoảng cách dự báo với các cơn bão yếu cũng nhỏ hơn các cơn bão mạnh trong trường hợp có cài lưới lồng. Đồng thời, mô hình dự báo với bão mạnh có xu hướng di chuyển dọc nhanh hơn và lệch trái còn với bão yếu di chuyển dọc chậm hơn và lệch phải so với thực tế. Và với các cơn bão yếu thì mô hình có cài lưới lồng cho dự báo tốc độ di chuyển dọc sát với thực tế và lệch ít hơn so với không cài lưới lồng. 3.2.3. Đánh giá các cơn bão theo thời gian hoạt động Từ đầu mùa đến cuối mùa bão, đường đi của bão dịch dần xuống phía nam theo sự dịch chuyển của dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ) và dòng dẫn đường ở rìa phía nam của cao áp cận nhiệt Tây Thái Bình Dương. Đặc điểm của bão đầu mùa thường có quỹ đạo vòng lên phía bắc, còn bão cuối mùa lại có quỹ đạo phức tạp hơn rất nhiều. Dựa vào đặc điểm di chuyển của bão, có thể chia bão đầu mùa từ đầu năm đến hết tháng 9, bão cuối mùa từ tháng 10 đến hết tháng 12. Như vậy, từ Bảng 3.1 ta thu được 11 mẫu cho các cơn bão đầu mùa và 11 mẫu cho các cơn bão cuối mùa. Kết quả tính sai số dự báo với các cơn bão đầu mùa và cuối mùa được cho tương ứng trong Bảng 3.7 và Bảng 3.8. Hình 3.19 biểu diễn sai số trung bình của các cơn bão đầu mùa từ hạn dự báo 00h đến hạn dự báo 42h, các hạn dự báo khác không được biểu diễn do lượng mẫu thử nghiệm quá nhỏ. Hình 3.20 biểu diễn sai số dự báo trung bình của các cơn bão cuối mùa từ hạn dự bão 00h đến hạn dự báo 60h, các hạn dự báo còn lại không được biểu diễn do số lượng mẫu thử quá nhỏ. Bảng 3.7. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bão đầu mùa Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu 00 40.37 1.74 -12.33 11 32.93 18.75 0.18 8 Page 68 06 95.43 -56.96 33.86 11 74.67 -27.87 8.14 11 12 93.35 -29.98 31.20 11 84.61 -36.44 15.12 11 18 117.22 -48.92 24.39 11 116.79 -50.84 39.68 11 24 126.25 -32.95 33.85 11 94.26 -21.84 19.26 11 30 112.34 -21.40 14.87 11 103.67 -33.22 -8.68 11 36 143.35 -27.05 54.29 9 114.48 -29.24 -5.96 10 42 170.30 -55.38 50.31 9 127.90 -38.05 -28.75 9 48 223.72 -31.83 117.87 5 135.77 -40.67 34.44 5 54 219.74 35.52 7.80 3 192.56 1.69 -102.55 2 60 237.51 58.66 -79.16 3 220.94 -15.33 -125.19 2 66 283.67 74.59 -165.72 2 243.25 16.59 -163.05 2 72 238.59 26.92 237.07 1 187.36 -5.72 187.27 1 Phân tích kết quả sai số trung bình các cơn bão đầu mùa cho thấy: Sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng nhỏ hơn trong trường hợp không có lưới lồng ở tất cả các hạn dự báo. Sai số khoảng cách ở các hạn dự báo 12h, 24h và 36h trong trường hợp không có lưới lồng tương ứng khoảng 93km, 126km và 143km. Còn trong trường hợp có lưới lồng tương ứng khoảng 85km, 94km và 114km. Phân tích sai số dọc trong cả hai trường hợp không có lưới lồng và có lưới lồng đều cho giá trị âm từ hạn dự báo 06h trở đi, tức là mô hình dự báo bão đầu mùa di chuyển dọc chậm hơn so với thực tế. Sai số dọc trong hai trường hợp không có sự chênh lệch nhiều. Phân tích sai số ngang chỉ ra: trường hợp không có lưới lồng, sai số ngang có giá trị dương từ hạn dự báo 06h trở đi, tức là dự báo bão di chuyển lệch phải so với thực tế. Trường hợp có lưới lồng, sai số ngang có giá trị dương đến hạn dự báo 24h, từ hạn dự báo 30h trở đi có giá trị âm, tức là dự báo bão di chuyển lệch phải trong thời gian đầu, thời gian sau lại lệch trái so với thực tế. Và nhìn chung, dự báo độ lệch ngang trong trường hợp có lưới lồng nhỏ hơn trường hợp không có lưới lồng ở hầu hết các Page 69 hạn dự báo (trừ hạn dự báo 18h), hạn dự báo càng lớn thì độ lệch trong cả hai trường hợp đều có xu hướng càng tăng. a) b) c) Hình 3.19. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 42h của các cơn bão đầu mùa (đơn vị: km). a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Trường hợp không lồng-màu xanh Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ Bảng 3.8. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bão cuối mùa Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu 00 59.99 5.59 24.77 11 69.75 5.26 25.51 9 06 77.98 -12.74 -50.04 11 68.27 6.39 -35.93 9 12 115.09 5.13 -82.22 11 93.97 2.41 -63.83 9 18 149.33 20.56 -78.42 11 136.70 32.65 -96.09 9 24 143.05 16.85 -38.87 10 161.24 47.03 -56.37 10 30 164.19 24.30 -86.67 10 174.01 41.09 -90.39 9 Page 70 36 177.27 35.05 -75.08 10 163.06 58.92 -55.37 9 42 187.10 16.47 -66.13 9 171.60 20.17 -26.73 9 48 186.88 43.32 -90.57 9 188.76 36.45 -60.20 9 54 180.96 46.21 -77.60 8 181.74 77.85 -38.10 8 60 205.55 49.25 -44.15 8 198.16 70.51 -94.29 6 66 201.16 2.76 -42.96 6 220.49 -18.80 -48.06 5 72 209.69 11.80 -27.36 6 185.72 35.71 43.09 4 Phân tích kết quả sai số trung bình các cơn bão cuối mùa cho thấy: Trong trường hợp không có lưới lồng, sai số khoảng cách trung bình với hạn dự báo 12h, 24h, 36h, 48h và 60h tương ứng khoảng 115km, 143km, 177km, 187km và 206km. Còn trường hợp có lưới lồng tương ứng khoảng 94km, 161km, 163km, 189km và 198km. Độ chênh lệch sai số khoảng cách trong hai trường hợp là 21km, -18km, 14km, -2km và 8km tương ứng với hạn dự báo 12h, 24h, 36h, 48h và 60h. Như vậy, độ chênh lệch là không lớn và giảm đi khi hạn dự báo tăng lên. Phân tích sai số dọc cho thấy: Trong cả hai trường hợp, sai số dọc có giá trị dương ở hầu hết các hạn dự báo (trừ hạn dự báo 06h của trường hợp không có lưới lồng), tức là mô hình dự báo bão cuối mùa có xu hướng di chuyển dọc nhanh hơn so với thực tế. Kết quả cũng chỉ ra sai số dọc trong trường hợp có lưới lồng lớn hơn trường hợp không có lưới lồng ở hầu hết các hạn dự báo (trừ hạn dự báo 12h và 48h). Và dự báo tốc độ di chuyển dọc của bão có xu hướng tăng lên khi hạn dự báo tăng. Phân tích sai số ngang cho thấy: Trong cả hai trường hợp, sai số ngang có giá trị âm ở hầu hết các hạn dự báo trừ thời điểm đầu. Tức là mô hình dự báo bão cuối mùa có xu hướng di chuyển lệch trái so với thực tế. Page 71 a) b) c) Hình 3.20. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 60h của các cơn bão cuối mùa (đơn vị: km). a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Trường hợp không lồng-màu xanh Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ Như vậy, mô hình có xu hướng dự báo với các cơn bão đầu mùa tốt hơn với các cơn bão cuối mùa. Khi có lưới lồng thì mô hình cũng dự báo tốt hơn khi không có lưới lồng với các cơn bão đầu mùa. Đồng thời, mô hình dự báo với các cơn bão đầu mùa thì bão di chuyển dọc chậm hơn còn với các cơn bão cuối mùa thì di chuyển dọc nhanh hơn so với thực tế. Và mô hình cũng dự báo với các cơn bão đầu mùa di chuyển lệch phải (trừ trường hợp có lưới lồng di chuyển lệch trái từ hạn dự báo 30h) còn với các cơn bão cuối mùa di chuyển lệch trái so với thực tế. 3.2.4. Đánh giá trên toàn bộ tập mẫu lựa chọn Tập mẫu lựa chọn gồm 22 mẫu dự báo cho 12 cơn bão trong cả hai trường hợp không cài lưới lồng và có cài lưới lồng. Kết quả tính sai số trung bình được cho trong Page 72 Bảng 3.9. Hình 3.21 biểu diễn kết quả tính sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến hạn dự báo 48h, các hạn dự báo còn lại không được biểu diễn do số lượng mẫu lựa chọn thử nghiệm là quá nhỏ (thấp hơn một nửa số mẫu được lựa chọn). Bảng 3.9. Kết quả tính sai số trung bình các cơn bão được chọn Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu PE (km) ATE (km) CTE (km) Số Mẫu 00 49.68 3.66 5.71 22 52.42 11.61 13.59 17 06 86.70 -34.85 -8.37 22 71.79 -12.46 -11.59 20 12 104.22 -9.92 -24.52 22 88.82 -18.96 -20.41 20 18 133.28 -14.18 -28.27 22 126.49 -13.27 -21.41 20 24 134.25 -9.24 -1.31 21 126.16 10.95 -16.76 21 30 137.03 0.36 -35.54 21 135.32 0.22 -45.45 20 36 161.20 5.63 -15.20 19 137.49 12.52 -29.37 19 42 178.70 19.46 -7.91 18 149.75 8.94 -27.74 18 48 200.04 16.48 -16.13 14 169.83 8.91 -26.40 14 54 191.54 43.30 -54.31 11 181.90 62.62 -50.99 10 60 214.26 51.82 -53.70 11 203.85 49.05 -102.02 8 66 221.79 20.72 -73.65 8 226.99 -8.69 -80.91 7 72 213.82 13.96 10.42 7 186.04 27.43 71.92 5 Phân tích kết quả sai số trung bình cho thấy: Sai số khoảng cách trung bình trong trường hợp không có lưới lồng với hạn dự báo 12h, 24h, 36h và 48h tương ứng khoảng 104km, 134km, 161km và 200km. Còn với trường hợp có lưới lồng sai số khoảng cách trung bình tương ứng khoảng 89km, 126km, 137km và 170km. Sai số khoảng cách trong cả hai trường hợp không có lưới lồng và có lưới lồng tăng lên khi hạn dự báo tăng. Kết quả cũng chỉ ra sai số khoảng cách trong trường hợp có lưới lồng nhỏ hơn trường hợp không có lưới lồng ở tất cả các hạn dự báo. Sự chênh lệch sai số Page 73 khoảng cách có xu hướng tăng khi hạn dự báo tăng (độ chênh lệch trong hai trường hợp với hạn dự báo 12h, 24h, 36h và 48h tương ứng khoảng 5km, 8km, 24km và 30km). Phân tích sai số dọc trung bình cho thấy: Cả hai trường hợp đều cho sai số dọc có giá trị âm tại các thời điểm đầu (đến hạn dự báo 18h với trường hợp có lưới lồng và hạn dự báo 24h với trường hợp không có lưới lồng) và dương tại các thời điểm sau. Tức là mô hình dự báo bão di chuyển dọc so với thực tế chậm hơn trong thời gian đầu và nhanh hơn trong thời gian sau. a) b) c) Hình 3.21. Sai số trung bình từ hạn dự báo 00h đến 48h trên toàn bộ tập mẫu (đơn vị: km). a) Sai số khoảng cách b) Sai số dọc c) Sai số ngang Trường hợp không lồng-màu xanh Trường hợp có lồng-màu nâu đỏ Phân tích sai số ngang trung bình cho thấy: Sai số ngang trong cả hai trường hợp đều có giá trị âm trừ thời điểm ban đầu. Tức là mô hình dự báo bão di chuyển lệch Page 74 trái so với thực tế. Và dự báo bão trong trường hợp có lưới lồng lệch nhiều hơn trường hợp không có lưới lồng (trừ hạn dự báo 12h và 18h). 3.3. Sai số hệ thống Công thức tính sai số trung bình hoặc BIAS: (3.1) Với: Fi là thành phần dự báo; Oi là thành phần quan trắc. Sử dụng công thức (3.1) để tính sai số trung bình của vĩ độ và kinh độ cho tập mẫu các cơn bão được lựa chọn. Kết quả được cho trong Bảng 3.10 Bảng 3.10. Kết quả tính sai số trung bình của vĩ độ và kinh độ Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng  (độ)  (độ) Số Mẫu  (độ)  (độ) Số Mẫu 24 -0.2 -0.06 21 -0.3 -0.31 21 48 -0.15 -0.725 14 -0.18 -0.99 14 Sau khi có kết quả tính sai số trung bình của vĩ độ và kinh độ, ta tiến hành hiệu chỉnh kết quả dự báo của từng mẫu thử theo công thức: ửdbhc = ửdb -  ; ởdbhc = ởdb -  Với ửdbhc , ởdbhc tương ứng là vĩ độ dự báo và kinh độ dự báo đã hiệu chỉnh ửdb , ởdb tương ứng là vĩ độ dự báo và kinh độ dự báo chưa hiệu chỉnh Từ đó, ta tính được sai số khoảng cách cho mỗi mẫu thử nghiệm và lấy trung bình các sai số này ta được sai số khoảng cách trung bình đã hiệu chỉnh. Kết quả tính sai số khoảng cách trung bình đã hiệu chỉnh được cho trong Bảng 3.11 dưới đây: )(1 1 i N i OFNMEBIAS i    Page 75 Bảng 3.11. Sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h và 48h sau hiệu chỉnh Hạn dự báo (h) Không lồng Có lồng PE (km) PE (km) 24 130.56 125.35 48 187.93 158.24 Như vậy, sau khi hiệu chỉnh kết quả dự báo sai số khoảng cách trung bình đã giảm đi. Sai số khoảng cách trong trường hợp không cài lưới lồng và có cài lưới lồng giảm đi tương ứng 3.69km và 0.81km với hạn dự báo 24h; tương ứng 12.11km và 11.59km với hạn dự báo 48h. Độ chênh lệch sai số khoảng cách giữa không có lưới lồng và có lưới lồng tương ứng với hạn dự báo 24h và 48h khoảng 5km và 30km. Page 76 KẾT LUẬN Sau khi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão trên biển Đông bằng mô hình WRF, tôi đã thu được một số kết quả như sau: 1) Đã tổng quan các nghiên cứu dự báo quỹ đạo bão trên thế giới và ở Việt Nam; đặc biệt vấn đề sử dụng lưới lồng và vai trò của độ phân giải trong các mô hình số dự báo quỹ đạo bão. 2) Áp dụng thành công module cài đặt lưới lồng hai chiều cố định trong mô hình WRF 3.1 với miền ngoài có độ phân giải ngang 27km, miền lồng bên trong có độ phân giải ngang 9 km để dự báo quỹ đạo bão khu vực Biển Đông. 3) Tiến hành dự báo với 12 cơn bão từ năm 2004 đến năm 2007 gồm 22 mẫu thử nghiệm cho cả hai trường hợp không cài lưới lồng và có cài lưới lồng. Kết quả thu được cho thấy: a) Chạy mô hình WRF 3.1 có cài lưới lồng cố định cho kết quả dự báo sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h và 48h tương ứng khoảng 126km và 170km. Sau khi hiệu chỉnh với sai số hệ thống thì sai số khoảng cách trung bình hạn dự báo 24h và 48h tương ứng khoảng 125km và 158km. So với sai số dự báo của một số trung tâm dự báo trên thế giới thì kết quả cũng cho thấy chất lượng dự báo tương đương với các nước trong khu vực. b) Chạy mô hình WRF 3.1 sử dụng lưới lồng cố định cho kết quả dự báo sai số khoảng cách trung bình thấp hơn chạy mô hình WRF không cài lưới lồng (chênh lệch tương ứng với hạn dự báo 24h và 48h là 8km và 30km). Và hạn dự báo càng tăng thì chất lượng dự báo khi cài lưới lồng cố định còn còn tốt hơn khi không cài lưới lồng. c) Về tốc độ di chuyển dọc thì mô hình có xu hướng dự báo bão di chuyển chậm hơn thực tế trong khoảng thời gian đầu dự báo (khoảng 24h đầu), nhanh hơn thực tế Page 77 trong khoảng thời gian tiếp theo và lệch trái so với thực tế. Trường hợp có cài lưới lồng cho kết quả dự báo tốc độ di chuyển dọc của bão sát với thực tế hơn trường hợp không cài lưới lồng nhưng lại dự báo bão di chuyển lệch trái nhiều hơn. d) Qua kết quả phân tích các cơn bão ta thấy: quỹ đạo dự báo của các cơn bão mạnh, các cơn bão yếu, các cơn bão đầu mùa và các cơn bão cuối mùa có những quy luật khác nhau nên cần phải khảo sát kỹ hơn. e) Mô hình cài lưới lồng cho kết quả dự báo quỹ đạo bão tốt hơn không cài lưới lồng đối với các cơn bão yếu và các cơn bão đầu mùa. Trong khi, đối với các cơn bão mạnh và các cơn bão cuối mùa thì lại cho kết quả không hoàn toàn tốt hơn ở tất cả các hạn dự báo. Kiến nghị: Những kết luận trên đây được rút ra từ những bước đầu nghiên cứu mô hình WRF. Để có những kết luận chính xác hơn cần phải tiến hành nhiều thử nghiệm hơn nữa và có những phân tích, đánh giá sâu hơn nữa. Page 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. TS. Hoàng Đức Cường (2011), “Nghiên cứu ứng dụng mô hình WRF phục vụ dự báo thời tiết và bão ở Việt Nam”, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp bộ, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường. 2. Bùi Hoàng Hải, Phan Văn Tân (2002), “Khảo sát ảnh hưởng của trường ban đầu hóa đến sự chuyển động của bão trong mô hình chính áp dự báo bão khu vực biển Đông”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 8(500). Tr 17-25. 3. Bùi Hoàng Hải, Phan Văn Tân, Nguyễn Minh Trường, (2005), “Nghiên cứu lý tưởng sự tiến triển của xoáy thuận nhiệt đới bằng mô hình WRF”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 4(532), tr. 11-21. 4. Võ Văn Hòa, (2007), “Nghiên cứu thử nghiệm mô hình WRF dự báo quỹ đạo bão trên khu vực biển Đông”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 561(2007), tr. 13-20. 5. Võ Văn Hòa (2008), “Khảo sát độ nhạy kết quả dự báo quỹ đạo bão tới các sơ đồ tham số hóa đối lưu trong mô hình WRF”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 571(2008), tr. 12-19. 6. Võ Văn Hòa (2008), “Đánh giá kỹ năng dự báo quỹ đạo bão của mô hình WRF”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 3(576). 7. Trần Công Minh (2001), “Khí tượng synốp (phần nhiệt đới)”, Trường Đại học KHTN, Đại học QGHN. 8. Đặng Hồng Nga và nnk (2006), “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MM5 dự báo cường độ và quỹ đạo bão ở Việt Nam”, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Bộ. 9. TS. Nguyễn Thị Minh Phương (2007), “Kết quả dự báo nghiệp vụ quỹ đạo các cơn bão hoạt động trên biển Đông năm 2005 bằng mô hình chính áp với sơ đồ Page 79 ban đầu hóa xoáy cải tiến”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ 10 – Viện KH KTTV & MT. 10. Phan Văn Tân và cộng sự, (2002), “Kỹ thuật phân tích xoáy tạo trường ban đầu cho mô hình chính áp dự báo quỹ đạo bão”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 1(493), Tr. 13-22. 11. Phan Văn Tân, Nguyễn Lê Dũng (2008), “Thử nghiệm ứng dụng hệ thống WRF-VAR kết hợp với ban đầu hóa xoáy vào dự báo quỹ đạo bão trên biển Đông”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 7(583), Tr. 1-9. 12. Phan Văn Tân, Bùi Hoàng Hải (2004), “Ban đầu hóa xoáy ba chiều cho mô hình MM5 và ứng dụng trong dự báo quỹ đạo bão”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 10(526), Tr. 14-25. 13. Phan Văn Tân, Bùi Hoàng Hải (2008), “Thử nghiệm áp dụng phiên bản HRM_TC vào dự báo chuyển động bão ở Việt Nam”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 2(566), Tr. 1-10. 14. Phan Văn Tân, Kiều Thị Xin, Nguyễn Văn Sáng (2002), “Mô hình chính áp WBAR và khả năng dự báo quỹ đạo bão khu vực Tây Thái Bình Dương và biển Đông năm 2002”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 6(498), Tr 27-33. 15. Công Thanh (2008), “Thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão bằng mô hình RAMS”, Đề tài TN 08-37, Phòng Dự báo thời tiết và khí hậu, Khoa Khí tượng-Thủy văn- Hải dương học, Đại học KHTN. 16. Ths. Lê Công Thành (2004), “Ứng dụng các loại mô hình số dự báo bão ở Việt Nam”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 5(521), Tr 10-22. 17. GS.TS. Trần Tân Tiến và nnk (2004), “Ứng dụng mô hình ETA không thủy tĩnh để dự báo định lượng mưa và quỹ đạo bão tại Việt Nam”. Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 5(521), Tr 1-9. Page 80 18. Nguyễn Minh Trường, (2004), “Nghiên cứu cấu trúc và sự di chuyển của xoáy thuận nhiệt đới lý tưởng hóa bằng mô hình WRF”, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp trường. 19. PGS. TSKH. Kiều Thị Xin, Ths. Lê Công Thành, TS. Phan Văn Tân (2000, 2001), “Áp dụng mô hình số khu vực phân giải cao vào dự báo hoạt động của bão ở Việt Nam và biển Đông”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 7(499), Tr 12-21. Tiếng Anh 20. John Cangialosi, Shuyi S. Chen, and John Michalakes (2005), “Hurricane simulations using a vortex-following nested grid in MM5 and WRF”, RSMAS/University of Miami, Miami, Florida. 21. Michael Fiorino and Russell L. Elsberry (1988), “Some Aspects of Vortex Structure Related to Tropical Cyclone Motion”, Journal of The Atmospheric Sciences, Vol. 46, No. 7. 22. Megan S. Gentry and Gary M. Lackmann (2009), “Sensitivity of simulated tropical cyclone structure and intensity to horizontal resolution”, Ame. Met. Soc. 23. Y. –R. Guo, H. –C. Lin, X. X. Ma, X. –Y. Huang, C. T. Terng and Y. –H. Kuo, (2006), “Impact of WRF-Var (3DVAR) Background Error Statistics on Typhoon Analysis and Forecast”, WRF users workshop, Boulder, Corolado. 24. Lucas M. Harris and Dale R. Durran (2009), “An Idealized Comparison of One- Way and Two-Way Grid Nesting”, Department of Atmospheric Sciences University of Washington. 25. Edward J. Harrison (1980), “Initial Results From The Navy Two-Way Interactive Nested Tropical Cyclone Model”, Mon. Wea. Rev., Volume 109, Tr. 173-177. 26. Sujata Pattanayak and U. C. Mohanty (2008), “A comparative study on performance of MM5 and WRF models in simulation of tropical cyclones over Page 81 Indian seas”, Center for Atmospheric Sciences, Indian Institute of Technology New Delhi, New Delhi 110016, India. 27. M. Rajeevan et al (2010), “Sensitivity of WRF cloud microphysics to simulations of a severe thunderstorm event over Southeast India”, Annales Geophysicae, 28, 603-619. 28. William R. Ryerson (2006), “Evaluation of The AFWA WRF 4-km Moving Nest Model Predictions For Western North Pacific Tropical Cyclone”, Master of Science in Meteorology from The Naval Postgraduate School. 29. Shafer et al (2008), “Evaluation of WRF Forecasts of Tornado and Nontornado Outbreaks When Initialized with Synoptic-Scale Input”, Mon. Wea. Rev., V137, 1250-1270. 30. Jonathan Vigh, Scott R. Fulton, Mark DeMaria and Wayne H. Schubert (2002), “Evaluation of a Multigrid Barotropic Tropical Cyclone Track Model”, Mon. Wea. Rev. 31. Bangzhong Wang, Yinglong Xu, and Baogui Bi (2007), “forecasting and warning of tropical cyclones in China”, Data Science Journal, Volume 6. 32. Weber H. C. (2001), “Hurricane track prediction with a new barotropic model”, Mon. Wea. Rev., 108, 642-654. 33. Weber H. C. (2004), “Probabilistic Prediction of Tropical Cyclone. Part I: Position”, Mon. Wea. Rev., Vol. 133, pp. 1840-1852. 34. Prungchan Wongwises and Boonlert Archevarahuprok (2004), “The Application of Adative Mesh to the Numerical Forecasting of Tropical Storm Track”, The Joint International Conference on “Suitainable Energy and Environment”, Hua Hin, Thailand.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnguyen_xuan_yen_0585.pdf
Luận văn liên quan