Xem mẫu
- LUẬN VĂN THẠC SỸ
MÔ HÌNH WRF VÀ QUY
TRÌNH ĐỒNG HÓA SỐ LIỆU
XOÁY GIẢ PHỤC VỤ DỰ
BÁO BÃO
- Lêi c¶m ¬n
Tr−íc hÕt, t«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c tíi GS. TS. TrÇn T©n TiÕn, lµ
ng−êi ®· tËn t×nh chØ b¶o, h−íng dÉn vµ gióp ®ì t«i trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ hoµn
thµnh luËn v¨n nµy.
T«i xin c¶m ¬n c¸c ThÇy c« vµ c¸c c¸n bé trong khoa KhÝ t−îng - Thñy v¨n -
H¶i d−¬ng häc ®· cung cÊp cho t«i nh÷ng kiÕn thøc chuyªn m«n quý gi¸, gióp ®ì vµ
t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi vÒ c¬ së vËt chÊt trong suèt thêi gian t«i häc tËp vµ lµm viÖc
ë Khoa.
T«i còng xin c¶m ¬n Phßng sau ®¹i häc, Tr−êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn
®· t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i cã thêi gian hoµn thµnh luËn v¨n.
Cuèi cïng, t«i xin göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh tíi gia ®×nh, ng−êi th©n vµ b¹n
bÌ, nh÷ng ng−êi ®· lu«n ë bªn c¹nh cæ vò, ®éng viªn vµ t¹o mäi ®iÒu kiÖn tèt nhÊt
cho t«i trong suèt thêi gian häc tËp t¹i tr−êng.
Lª ThÞ Hång V©n
i
- Môc lôc
Më ®Çu............................................................................................................................ 1
CH¦¥NG 1: TæNG QUAN VÒ B·O §æ Bé Vµ §åNG HãA Sè LIÖU XO¸Y GI¶ ...... 3
1.1. Tæng quan vÒ b·o ®æ bé....................................................................................... 3
1.1.1. C¸c nghiªn cøu vÒ b·o ®æ bé ........................................................................ 3
1.1.2. Sai sè b·o ®æ bé ........................................................................................... 7
1.2 Tæng quan vÒ ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶. ............................................................. 8
1.3 C¸c m« h×nh dù b¸o b·o trong vµ ngoµi n−íc .................................................... 12
CH¦¥NG 2: M¤ H×NH WRF Vµ QUY TR×NH §åNG HãA Sè LIÖU XO¸Y GI¶
phôc vô dù b¸o b·o .............................................................................................. 16
2.1. M« h×nh WRF sö dông trong dù b¸o b·o .......................................................... 16
2.1.1. HÖ täa ®é th¼ng ®øng vµ c¸c biÕn th«ng l−îng........................................... 17
2.1.2. HÖ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n............................................................................... 17
2.1.3. Tham sè hãa vËt lý ...................................................................................... 21
2.1.4. CÊu h×nh miÒn tÝnh vµ nguån sè liÖu .......................................................... 22
2.2.M« h×nh x©y dùng xo¸y gi¶................................................................................ 23
2.2.1. C¬ së lý thuyÕt ............................................................................................ 23
2.2.2. X©y dùng xo¸y gi¶ ...................................................................................... 26
2.3. §ång hãa sè liÖu tr−êng cµi xo¸y gi¶ trong m« h×nh WRF .............................. 27
2.4. ChØ tiªu ®¸nh gi¸................................................................................................ 32
CH¦¥NG 3: §¸NH GI¸ KÕT QU¶ Dù B¸O B·O §æ Bé ...............................................34
CñA M¤ H×NH WRF.............................................................................................................34
3.1. TËp sè liÖu nghiªn cøu....................................................................................... 34
3.2. §¸nh gi¸ vai trß cña ®ång hãa sè liÖu tr−êng cµi xo¸y gi¶ trong dù b¸o b·o
b»ng m« h×nh WRF. ................................................................................................. 38
3.2.1. Lùa chän yÕu tè cÊu thµnh xo¸y gi¶ trong ®ång hãa sè liÖu tr−êng cµi
xo¸y gi¶................................................................................................................. 38
3.2.2. Vai trß cña ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶ ®èi víi lùa chän TH2 ..................... 44
3.3 §¸nh gi¸ kÕt qu¶ trªn bé mÉu sè liÖu c¸c c¬n b·o ®æ bé ®−îc lùa chän........... 57
3.3.1. §¸nh gi¸ vÒ quü ®¹o ................................................................................... 57
3.3.2. §¸nh gi¸ vÒ c−êng ®é ................................................................................. 60
3.4 §¸nh gi¸ vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé ...................................................................... 61
3.4.1. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé ......................................... 61
3.4.2. §¸nh gi¸ kÕt qu¶ ......................................................................................... 63
3.4.2.1. §¸nh gi¸ kÕt qu¶ dù b¸o vÞ trÝ ®æ bé .................................................... 64
3.4.2.2. §¸nh gi¸ kÕt qu¶ dù b¸o xu h−íng ®æ bé ............................................ 71
KÕt luËn ........................................................................................................................ 80
Tµi liÖu tham kh¶o........................................................................................................ 83
ii
- Më ®Çu
B·o lµ mét hiÖn t−îng thêi tiÕt phøc t¹p bao gåm nhiÒu qu¸ tr×nh tõ qui m«
synop ®Õn qui m« nhá t−¬ng t¸c víi nhau. MÆc dï b·o ®· ®−îc quan t©m nghiªn cøu
tõ nhiÒu thËp kû, nh−ng cho ®Õn nay ch−a cã mét lý thuyÕt ®Çy ®ñ vÒ c¸c c¬ chÕ
trong b·o. V× thÕ, b·o vµ dù b¸o b·o vÉn cßn lµ mét bµi to¸n lín thu hót sù chó ý
cña nhiÒu nhµ khoa häc. Nh÷ng khÝa c¹nh cña bµi to¸n dù b¸o b·o bao gåm: dù b¸o
quü ®¹o, dù b¸o sù thay ®æi c−êng ®é, thêi gian tån t¹i cña hoµn l−u sau khi b·o ®æ
bé, qu¸ tr×nh vµ kh¶ n¨ng m−a cña vïng bªn ngoµi vµ lâi bªn trong, dù b¸o thay ®æi
cÊu tróc trong ®ã dù b¸o vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé cña c¸c c¬n b·o lµ bµi to¸n cã ý
nghÜa c¶ vÒ khoa häc vµ thùc tiÔn ®èi víi nh÷ng ng−êi nghiªn cøu vµ nh÷ng ng−êi
lµm dù b¸o. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kÜ thuËt, nhiÒu
m« h×nh sè khu vùc ®· ®−îc ®−a vµo nghiªn cøu, thö nghiÖm dù b¸o b·o tuy nhiªn
nh÷ng thµnh tùu thu ®−îc míi chØ ë møc khëi ®Çu. Do m¹ng l−íi quan tr¾c trªn
vïng biÓn nhiÖt ®íi rÊt th−a thít vµ do chÝnh cÊu tróc to¸n lý, còng nh− ®é ph©n gi¶i
rÊt th«, nªn trong c¸c m« h×nh toµn cÇu t©m xo¸y b·o ban ®Çu th−êng ®−îc bÞ sai
lÖch vÞ trÝ vµ cã c−êng ®é yÕu h¬n so víi xo¸y b·o thùc. §Ó kh¾c phôc h¹n chÕ nµy
ng−êi ta sö dông ph−¬ng ph¸p ban ®Çu hãa xo¸y gi¶, tøc lµ thay thÕ xo¸y ph©n tÝch
kh«ng chÝnh x¸c trong tr−êng ban ®Çu b»ng mét xo¸y nh©n t¹o míi sao cho cã thÓ
m« t¶ gÇn ®óng nhÊt víi xo¸y b·o thùc vÒ cÊu tróc, vÞ trÝ vµ c−êng ®é. Xo¸y gi¶ cã
thÓ ®−îc cµi trùc tiÕp vµo m«i tr−êng mét c¸ch hµi hßa sao cho kh«ng cã sù bÊt liªn
tôc gi÷a tr−êng xo¸y vµ tr−êng m«i tr−êng. Qu¸ tr×nh nµy còng cã thÓ ®−îc thùc
hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p ®ång hãa sè liÖu, qua ®ã mét sè thµnh phÇn cña xo¸y nh©n
t¹o ®−îc ®−a vµo s¬ ®å ®ång hãa sè liÖu d−íi d¹ng c¸c quan tr¾c gi¶.
Trªn thÕ giíi còng ®· cã nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu vÒ bµi to¸n ban ®Çu hãa b»ng
ph−¬ng ph¸p ®ång hãa sè liÖu cho c¸c m« h×nh sè vµ ®¹t ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ kh¶
quan trong bµi to¸n dù b¸o quü ®¹o vµ c−êng ®é b·o. ë ViÖt Nam, ®ång hãa sã liÖu
xo¸y gi¶ vÉn cßn lµ vÊn ®Ò míi mÎ ch−a cã nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu. ChÝnh v× vËy
trong luËn v¨n nµy, t«i sÏ tiÕn hµnh t×m hiÓu vµ ¸p dông ph−¬ng ph¸p ®ång hãa sè
1
- liÖu xo¸y gi¶ ®èi víi m« h×nh WRF, víi mong muèn n©ng cao h¬n chÊt l−îng dù
b¸o b·o cña m« h×nh WRF, ®Æc biÖt lµ nh÷ng c¬n b·o ®æ bé.
Bè côc luËn v¨n gåm c¸c phÇn:
Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ b·o ®æ bé vµ ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶.
Ch−¬ng 2: M« h×nh WRF vµ quy tr×nh ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶ phôc vô dù
b¸o b·o.
Ch−¬ng 3: §¸nh gi¸ kÕt qu¶ dù b¸o b·o ®æ bé cña m« h×nh WRF.
KÕt luËn.
2
- CH¦¥NG 1: TæNG QUAN VÒ B·O §æ Bé Vµ §åNG HãA Sè
LIÖU XO¸Y GI¶
1.1. Tæng quan vÒ b·o ®æ bé
1.1.1. C¸c nghiªn cøu vÒ b·o ®æ bé
Theo quy chÕ vÒ b·o, lò vµ th«ng t− cña ViÖt Nam do Tæng côc KhÝ t−îng
Thñy v¨n xuÊt b¶n th¸ng 10/1998: b·o ®æ bé lµ khi t©m b·o vµo ®Êt liÒn.
Sù ®æ bé cña c¸c c¬n b·o g©y ra nhiÒu nh÷ng nguy c¬ nghiªm träng ®Õn tÝnh
m¹ng vµ tµi s¶n cña nh÷ng ng−êi d©n ®Æc biÖt lµ ë c¸c vïng biÓn. C¸c c¬n b·o ®æ bé
th−êng kÌm theo thêi tiÕt nguy hiÓm, cã thÓ më réng ra phÝa ngoµi tõ t©m b·o. C¸c
vïng giã m¹nh, sãng d©ng trong b·o g©y tµn ph¸ vµ m−a lín d÷ déi th−êng x¶y ra
gÇn m¾t b·o. Chóng ta th−êng chØ nhËn ra nh÷ng nguy c¬ nµy gÇn t©m b·o nh−ng Ýt
thÊy thùc tÕ r»ng thêi tiÕt nguy hiÓm cã thÓ x¶y ra c¸ch xa ®ã, cã thÓ ®¹t cùc ®¹i t¹i
kho¶ng c¸ch 200- 400 km tõ m¾t b·o trong c¸c d¶i m−a phÝa ngoµi c¬n b·o (McCaul
1991) [17]. Do vËy ph¹m vi g©y ¶nh h−ëng cña b·o t−¬ng ®èi lín dÉn ®Õn nhiÒu khã
kh¨n trong c«ng t¸c dù b¸o.
Trªn thÕ giíi cã nhiÒu ch−¬ng tr×nh nh−: ITCLP ch−¬ng tr×nh b·o ®æ bé quèc
tÕ, thö nghiÖm b·o ®æ bé cña Trung Quèc - CLAYTEX, ch−¬ng tr×nh b·o ®æ bé cña
Hoa Kú vµ c¶ nh÷ng nghiªn cøu vÒ sù ®æ bé cña c¸c c¬n b·o nhiÖt ®íi b»ng c¸c sè
liÖu quan tr¾c hoÆc c¸c m« t¶ cña c¸c m« h×nh sè tõ c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu lý t−ëng.
Nh÷ng ch−¬ng tr×nh vµ nghiªn cøu trªn ®· b−íc ®Çu ®Æt nÒn mãng ®Ó n©ng cao sù
hiÓu biÕt vµ ®é chÝnh x¸c cña viÖc dù b¸o c¸c qu¸ tr×nh ®æ bé cña b·o ®Ó gi¶m thiÓu
nh÷ng t¸c h¹i tõ nh÷ng c¬n b·o ®æ bé nµy.
ë Hång K«ng, Cheng (2000) ®· ®¸nh gi¸ c¸c ®Æc tr−ng c¸c c¬n b·o ®æ bé
vµo Hång K«ng n¨m 1999 b»ng viÖc sö dông c¸c ¶nh vÖ tinh vµ c¸c quan tr¾c tõ c¸c
ra ®a Doppler cña ®µi Hång K«ng, c¸c profile giã vµ c¸c tr¹m thêi tiÕt tù ®éng. Chan
(2004) ®· ®Ò xuÊt r»ng ®é ®øt giã gi÷a c¸c mùc 850mb vµ 200mb cã liªn quan mËt
thiÕt c¸c cÊu tróc bÊt ®èi xøng ®èi l−u cña c¸c c¬n b·o ®æ bé däc bê biÓn nam Trung
Quèc. §¸nh gi¸ nµy ®−îc ¸p dông ®èi víi tr−êng hîp c¬n b·o Kompasu. Sau khi ®æ
bé, t©m mùc thÊp cña c¬n b·o Kompasu ®· chØ ra ®é nghiªng th¼ng ®øng vÒ h−íng
t©y. Sù ph©n bè cña vïng ®èi l−u xung quanh t©m cña nã còng trë nªn bÊt ®èi xøng.
3
- Sù bÊt ®èi xøng nµy liªn quan tíi ®é ®øt giã gi÷a c¸c mùc 850 - 200 mb víi vïng
®èi l−u chÝnh ®−îc t×m thÊy ë vïng giã cuèn xuèng cña vect¬ ®é ®øt [20].
M« h×nh ph−¬ng tr×nh nguyªn thñy nhiÒu mùc quy m« võa khu vùc còng ®·
®−îc dïng ®Ó dù b¸o sù ®æ bé vµ cÊu tróc cña b·o nhiÖt ®íi vµ chØ ra ba vïng nh¹y
cña m« h×nh trong viÖc dù b¸o c¸c c¬n b·o ®æ bé lµ: §é ph©n gi¶i ngang - ®Æc tr−ng
cho ®Þa h×nh ®åi nói; t¸c ®éng cña ph©n bè ®é Èm ®Êt bÒ mÆt ®èi víi vÊn ®Ò ®æ bé vµ
®é nh¹y cña c¬n b·o ®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn biªn [12].
Tuleva (1984) ®· m« t¶ sù ®æ bé cña c¸c c¬n b·o nhiÖt ®íi sö dông m« h×nh
l−íi tinh cã thÓ di chuyÓn vµ ®−a ra mét vµi kÕt luËn ®¸ng quan t©m trong suèt thêi
k× ®æ bé: cã sù thay ®æi ®¸ng kÓ trong quü ®¹o cña c¬n b·o; sù gi¶m râ rÖt trong d¶i
m−a mét vµi giê sau ®æ bé vµ b·o m« h×nh cã c−êng ®é nhá h¬n nªn di chuyÓn
chËm h¬n. Nghiªn cøu cña «ng n¨m 1994 vÒ ®é nh¹y cña sù ph¸t triÓn vµ tan r· cña
c¬n b·o ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn biªn bÒ mÆt vµ nhËn thÊy: sù gi¶m l−îng bèc h¬i qua bÒ
mÆt ®Êt, g©y ra chñ yÕu bëi sù gi¶m nhiÖt ®é bÒ mÆt ®Êt gÇn lâi b·o, lµm b·o kh«ng
thÓ ph¸t triÓn m¹nh thªm [20], [21].
Jone (1987) ®· sö dông m« h×nh b·o l−íi tinh vµ nhËn thÊy r»ng l−îng m−a
vïng lâi bªn trong, trong suèt thêi gian ®æ bé lín h¬n tr−êng hîp kh«ng ®æ bé. ¤ng
còng ®Ò xuÊt r»ng ®iÒu nµy lµ do nh÷ng thay ®æi trong c¸c qu¸ tr×nh líp biªn vµ
trong dßng ®i vµo theo ph−¬ng b¸n kÝnh khi b·o ®æ bé [20].
Sù tiÕp cËn cña c¬n b·o ®Õn vïng cã ®Þa h×nh phøc t¹p còng mang l¹i nh÷ng
thay ®æi vÒ cÊu tróc vµ chuyÓn ®éng. Tr¹ng th¸i cña c¸c c¬n b·o d−íi ¶nh h−ëng cña
c¸c ®Þa h×nh nói ®−îc chøng minh trong mét vµi nghiªn cøu, phÇn lín sö dông sè
liÖu quan tr¾c vµ c¸c m« t¶ m« h×nh. Ch¼ng h¹n, Brand vµ Blelloch (1974) vµ Chang
(1982) ®· ®¸nh gi¸ tr¹ng th¸i vµ ¶nh h−ëng cña c¸c c¬n b·o ®· gÇn Taiwan. §Þa
h×nh nói m« t¶ tr−êng hîp nµy lµ vïng ®Êt liÒn cã quy m« ngang 300km vµ cã c¸c
®é cao cùc ®¹i trªn 2000m. Trong sè ®ã c¸c kÕt qu¶ ®¸ng chó ý nhÊt ®· nhËn ®−îc
tõ nghiªn cøu nµy ®· chøng minh vÒ c¸c dao ®éng quü ®¹o vµ c−êng ®é khi hoµn l−u
b·o tiÕp cËn gÇn bê ®Õn vïng ®Êt liÒn. Nh×n chung, cã sù suy gi¶m cña c¬n b·o vÒ
c−êng ®é, sù gia tèc cña chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn vµ ®é lÖch quü ®¹o b¾t ®Çu tõ vïng
phÝa xa vïng ®æ bé [32]. Bender (1987) ®· nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña ®Þa h×nh ®¶o
4
- ®Õn c¸c c¬n b·o vµ nhËn thÊy nh÷ng thay ®æi vÒ c−êng ®é liªn quan rÊt lín ®Õn dù
tr÷ n¨ng l−îng Èn nhiÖt vµ sù phï hîp theo ph−¬ng th¼ng ®øng cña hÖ thèng b·o. Hä
còng nhËn thÊy r»ng cã sù sai lÖch theo h−íng b¾c ®èi víi xo¸y b·o khi tiÕp cËn víi
bê biÓn Taiwan [23].
§èi víi m« h×nh khu vùc quy m« võa, Dastoor vµ Krishnamurti (1991) nhÊn
m¹nh tÇm quan träng cña viÖc xö lý c¸c biªn bªn, ®é ph©n gi¶i vµ ®Æc biÖt lµ tham
sè ®é Èm ®Êt trong viÖc dù b¸o b·o. Còng cã nhiÒu t¸c gi¶ ®· nghiªn cøu vÒ t¸c
®éng cña ®é Èm ®Êt ®Õn cÊu tróc vµ chuyÓn ®éng cña b·o ®æ bé. Dastoor vµ
Krishnamurti (1991) chØ ra c¸c tham sè ®é Èm ®Êt ®· c¶i thiÖn cÊu tróc vµ chuyÓn
®éng cña c¸c c¬n b·o ®æ bé. Tuleya (1994) nhËn thÊy ®é ghå ghÒ bÒ mÆt vµ ®é Èm
®Êt gi¶m sÏ lµm t¨ng sù tan r· cña c¸c c¬n b·o ®æ bé. Shen (2002) ®· nghiªn cøu
c¸c ¶nh h−ëng cña n−íc bÒ mÆt ®Êt ®Õn c¸c c¬n b·o ®æ bé, bao gåm nh÷ng thay ®æi
nhiÖt ®é bÒ mÆt vµ ¶nh h−ëng cña chóng ®Õn nh÷ng thay ®æi trong l−îng nhiÖt bÒ
mÆt (®èt nãng bÒ mÆt), cÊu tróc b·o vµ c−êng ®é b·o. Kimbail (2008) nghiªn cøu
t¸c ®éng cña c¸c ®Æc tr−ng bÒ mÆt ®Êt kh¸c nhau ®èi víi ph©n bè m−a b·o tr−íc,
trong vµ sau khi ®æ bé. Sù tan r· cña c−êng ®é b·o x¶y ra lµ do sù gi¶m bèc h¬i bÒ
mÆt vµ t¨ng ma s¸t khi c¬n b·o vµo gÇn bê. C¸c ®iÒu kiÖn bÒ mÆt ®Êt cã thÓ ®iÒu
khiÓn c¸c th«ng l−îng bÒ mÆt ®ãng vai trß trong viÖc m« t¶ c¸c c¬n b·o ®æ bé, ®Æc
biÖt lµ dù b¸o l−îng m−a liªn quan ®Õn b·o ®æ bé. Tuy nhiªn, c¸c chi tiÕt cña t¸c
®éng khÝ quyÓn- ®Êt ®èi víi sù ®æ bé cña c¸c c¬n b·o vÉn ch−a cã nh÷ng hiÓu biÕt
s©u s¾c. C¸c m« t¶ cña c¸c c¬n b·o ®æ bé sö dông c¸c m« h×nh ®é ph©n gi¶i cao
thùc sù cÇn thiÕt ®Ó hiÓu vÒ nh÷ng ®Æc tr−ng ®ã [12], [30].
Bªn c¹nh ®ã Krishnamurti (1994) còng lµm næi bËt viÖc c¶i thiÖn c¸c tham sè
hãa ®èi l−u, lµm t¨ng tr−êng ph©n tÝch nhiÖt ®é mÆt biÓn vµ sö dông c¸c quan tr¾c
giã bÒ mÆt bæ sung trong dù b¸o thµnh c«ng c¬n b·o B¨ngladesh. §Ó nghiªn cøu
nh÷ng ®Æc ®iÓm ®èi l−u cña b·o th× ®Æc tr−ng cña c¸c ¶nh h−ëng ®éng lùc häc vµ
nhiÖt ®éng lùc ®· quan tr¾c cña c¸c ®¸m m©y ®−îc thùc hiÖn trong m« h×nh giíi h¹n
khu vùc BMRC. §Æc tr−ng ®èi l−u nµy ®−îc kiÓm nghiÖm trong c¸c m« t¶ cña c¸c
hiÖn t−îng b·o AMEX trong ®ã cã sè liÖu kiÓm nghiÖm phï hîp trªn quy m« synop
(Davidson 1995) [20]. Nh÷ng m« t¶ sè trÞ víi ®é ph©n gi¶i cao gÇn ®©y trong céng
5
- ®ång nh÷ng ng−êi lµm m« h×nh ®ang ®−a ra nh÷ng hiÓu biÕt s©u s¾c, míi mÎ vÒ vai
trß cña c¸c qu¸ tr×nh ®èi l−u trong sù tæ chøc vµ tiÕn triÓn cña c¬n b·o. Sö dông c¸c
m« h×nh cã ®é ph©n gi¶i quy m« m©y theo ph−¬ng ngang hiÖn t¹i còng cã thÓ ph©n
tÝch ®−îc c¸c yÕu tè ®èi l−u ®¬n lÎ trong m«i tr−êng b·o cña chóng [16], [17].
VÒ viÖc ®¸nh gi¸ sai sè ®æ bé, khi nghiªn cøu sù ®æ bé cña c¸c c¬n b·o ë
vïng biÓn §¹i T©y D−¬ng, Mark D. Powell vµ Sim D. Aberson còng ®−a ra ®Þnh
nghÜa c¸c c¬n b·o ®−îc coi lµ ®æ bé nÕu vÞ trÝ t©m néi suy cña m« h×nh ®i qua ®−êng
bê biÓn hoÆc trong ph¹m vi bê biÓn 75km. §èi víi quü ®¹o dù b¸o song song víi
®−êng bê biÓn nh−ng cã thÓ chøa mét vµi vÞ trÝ tháa m·n ®iÒu kiÖn ®æ bé th× vÞ trÝ
gÇn nhÊt víi bê biÓn ®−îc chän. NÕu c¸c vÞ trÝ t¹i c¸c kho¶ng c¸ch víi ®−êng bê
biÓn gÇn gièng nhau th× vÞ trÝ sím nhÊt ®−îc chän. Mét vµi c¬n b·o kh«ng ®æ bé
nh−ng ®i qua víi kho¶ng c¸ch ®ñ gÇn (b»ng mét lÇn b¸n kÝnh giã cùc ®¹i bªn tr¸i
hoÆc hai lÇn b¸n kÝnh giã cùc ®¹i bªn ph¶i so víi t©m b·o) víi ®Êt liÒn còng tháa
m·n ®Þnh nghÜa ®æ bé cña NHC.
§Ó ®¸nh gi¸ vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé cña c¸c c¬n ®æ bé vµo bê biÓn Hoa Kú,
Powell vµ Aberson ®· chia theo c¸c ¶nh h−ëng sau :
¶nh h−ëng cña h−íng quü ®¹o liªn quan ®Õn ®−êng bê biÓn : Nh÷ng
quü ®¹o ®−îc ph©n thµnh hai lo¹i lµ nh÷ng quü ®¹o di chuyÓn so víi ®−êng bê biÓn
gãc tõ 45° - 90 ° vµ nh÷ng quü ®¹o cã h−íng di chuyÓn so víi ®−êng bê biÓn gãc
nhá h¬n 45°.
Sè liÖu ®−îc ph©n thµnh c¸c dù b¸o ®èi víi c¸c c¬n b·o di chuyÓn
chËm vµ c¸c c¬n b·o di chuyÓn nhanh : liªn quan ®Õn tèc ®é quan tr¾c trung b×nh
t¹i thêi ®iÓm ®æ bé (5.2 m/s).
C¸c c¬n b·o còng ®−îc ph©n lo¹i theo c−êng ®é t¹i thêi ®iÓm ®æ bé
theo b¶ng giã Saffir Simpson. C¸c sai sè ®èi víi c¬n b·o yÕu (cÊp 1) vµ c¸c c¬n
b·o m¹nh (cÊp 2 -4) t¹i thêi ®iÓm ®æ bé còng ®−îc chØ ra.
C¸c sai sè liªn quan ®Õn ®−êng bê biÓn (C¸c sai sè theo tõng vïng) :
§Ó hiÓn thÞ c¸c sai sè vµ sai sè hÖ thèng sao cho chóng hiÖu qu¶ nhÊt ®èi víi c¸c dù
b¸o viªn vµ c¸c c¬ quan phßng chèng b·o lôt th× ®−êng bê biÓn ®−îc chia thµnh c¸c
6
- vïng nhá kho¶ng 5° vÜ . Thêi ®iÓm dù b¸o trung b×nh vµ c¸c sai sè vÞ trÝ ®æ bé ®−îc
tÝnh to¸n cho mçi vïng [24].
1.1.2. Sai sè b·o ®æ bé
Khi mét c¬n b·o cã kh¶ n¨ng ®æ bé th× mét yÕu tè quan träng cña qu¸ tr×nh
c¶nh b¸o lµ ®¸nh gi¸ c¸c sai sè quü ®¹o m« h×nh cã kh¶ n¨ng x¶y ra cña c¸c dù b¸o
viªn. V× vËy khi c¸c dù b¸o viªn tù tin h¬n trong h−íng dÉn kh¸ch quan ®−îc c¶i
thiÖn cña hä th× c¶nh b¸o cµng chÝnh x¸c h¬n.
§Þnh nghÜa sai sè ®æ bé:
Sai sè ®æ bé bao gåm sai sè vÒ vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé. Chóng ®−îc x¸c
®Þnh lµ vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm t¹i ®ã t©m b·o ®i qua bê biÓn dùa vµo c¸c th«ng tin chØ thÞ
b·o ®−îc cung cÊp bëi c¸c trung t©m dù b¸o. MÆc dï nh÷ng ¶nh h−ëng cña sù tµn
ph¸ cã thÓ x¶y ra c¸ch ®ã tr−íc vµ sau thêi ®iÓm ®æ bé vµi giê vµ më réng vµi tr¨m
km tõ ®iÓm ®æ bé.
Cã bèn lo¹i sai sè ®æ bé cã thÓ ®−îc ®Þnh nghÜa nh− sau:
Sai sè vÞ trÝ t¹i thêi ®iÓm ®æ bé quan tr¾c (®Þnh nghÜa 1): Sai sè vÞ trÝ
®−îc ®Þnh nghÜa nh− kho¶ng c¸ch gi÷a vÞ trÝ quan tr¾c vµ dù b¸o t¹i thêi ®iÓm ®æ bé
thùc tÕ. T¹i thêi ®iÓm ®æ bé ®· quan tr¾c, vÞ trÝ dù b¸o cña m« h×nh ®−îc néi suy.
§Þnh nghÜa 1 gièng víi c¸c ®¸nh gi¸ sai sè truyÒn thèng ®−îc thùc hiÖn t¹i c¸c thêi
k× x¸c ®Þnh 12 giê, 24 giê, 36 giê, 48 giê vµ 72 giê nh−ng ®−îc ¸p dông qua phÐp
néi suy cña quü ®¹o dù b¸o vµ kh«ng cho phÐp tÝnh to¸n sai sè thêi ®iÓm ®æ bé.
VÞ trÝ vµ thêi ®iÓm gÇn nhÊt ®èi víi ®iÓm ®æ bé (®Þnh nghÜa 2): §−îc
tÝnh b»ng kho¶ng c¸ch ng¾n nhÊt gi÷a vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé quan tr¾c víi vÞ trÝ vµ
thêi ®iÓm néi suy cña m« h×nh dù b¸o. §Þnh nghÜa 2 cho phÐp tÝnh to¸n cho c¸c
tr−êng hîp b·o kh«ng bao giê ®æ bé. Tuy nhiªn, khã x¸c ®Þnh ®−îc ®iÓm dù b¸o
gÇn nhÊt nµy.
Sai sè vÞ trÝ t¹i thêi ®iÓm ®æ bé dù b¸o (®Þnh nghÜa 3): lµ kho¶ng
c¸ch gi÷a vÞ trÝ cña quan tr¾c vµ dù b¸o t¹i thêi ®iÓm ®æ bé dù b¸o. VÞ trÝ t©m quan
tr¾c t¹i thêi ®iÓm ®æ bé dù b¸o ®−îc tÝnh b»ng phÐp néi suy. §Þnh nghÜa nµy bá qua
c¸c sai sè thêi ®iÓm vµ còng kh«ng cho phÐp xem xÐt c¸c tr−êng hîp cã kh¶ n¨ng
7
- x¶y ra ®æ bé nh−ng kh«ng dù b¸o. Tuy nhiªn, ®Þnh nghÜa nµy còng bao gåm c¸c
tr−êng hîp dù b¸o vÞ trÝ ®æ bé nh−ng kh«ng x¶y ra.
C¸c sai sè vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé gi÷a quan tr¾c vµ dù b¸o (®Þnh
nghÜa 4): C¸c sai sè vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n dùa vµo c¸c vÞ trÝ vµ
thêi ®iÓm ®æ bé ®· quan tr¾c vµ ®· dù b¸o. Tuy nhiªn, ®Þnh nghÜa nµy kh«ng cho
phÐp xem xÐt c¸c tr−êng hîp dù b¸o ®æ bé nh−ng kh«ng x¶y ra [24].
Trong khu«n khæ luËn v¨n nµy, t¸c gi¶ sö dông ®Þnh nghÜa 4 ®Ó ®¸nh gi¸ sai
sè vÞ trÝ vµ thêi ®iÓm ®æ bé cña c¸c c¬n b·o ®æ bé vµo bê biÓn ViÖt Nam trong c¸c
mïa b·o tõ n¨m 2004 ®Õn 2007.
1.2 Tæng quan vÒ ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶.
Do b·o h×nh thµnh vµ ho¹t ®éng trªn c¸c vïng ®¹i d−¬ng nhiÖt ®íi, n¬i cã
m¹ng l−íi quan tr¾c truyÒn thèng hÕt søc th−a thít, nªn hÇu hÕt c¸c c¬n b·o ®−îc
biÓu diÔn kh«ng râ vµ sai lÖch vÞ trÝ trªn tr−êng ph©n tÝch (Weber vµ Smith, 1995).
Nh÷ng sai lÖch ban ®Çu vÒ vÞ trÝ vµ cÊu tróc sÏ dÉn ®Õn nh÷ng sai sè lín h¬n trong
c¸c b−íc thêi gian tÝch ph©n tiÕp theo. §Ó n©ng cao chÊt l−îng dù b·o b¸o, tr−êng
ban ®Çu cÇn biÓu diÔn tèt h¬n vÞ trÝ, cÊu tróc vµ c−êng ®é. Bµi to¸n thùc hiÖn qu¸
tr×nh nµy ®−îc gäi lµ ban ®Çu hãa xo¸y b·o (hay ban ®Çu hãa xo¸y).
Ban ®Çu hãa xo¸y lµ mét bµi to¸n phøc t¹p, vµ cã thÓ sö dông nhiÒu ph−¬ng
ph¸p kh¸c nhau. H×nh 1.1 lµ m« t¶ tæng qu¸t bµi to¸n ban ®Çu hãa xo¸y b·o. Nãi
chung, tÊt c¶ c¸c bµi to¸n ban ®Çu hãa xo¸y b·o cÇn cã thªm th«ng tin bæ sung vÒ
c¬n b·o (nh− vÞ trÝ t©m quan tr¾c, tèc ®é giã cùc ®¹i, th«ng tin vÒ kÝch th−íc b·o,
v.v.) ®−îc gäi lµ th«ng tin chØ thÞ b·o ®Ó cã thÓ x©y dùng mét xo¸y cã cÊu tróc,
c−êng ®é gÇn víi thùc h¬n, ®−îc gäi lµ xo¸y gi¶ hay xo¸y nh©n t¹o. Xo¸y nh©n t¹o
cã thÓ ®−îc x©y dùng b»ng ph−¬ng ph¸p ®éng lùc, hoÆc b»ng ph−¬ng ph¸p kinh
nghiÖm. Ph−¬ng ph¸p ®éng lùc th−êng ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch sö dông mét phiªn
b¶n ®èi xøng trôc cña m« h×nh dù b¸o vµ tÝch ph©n ®Ó nhËn ®−îc mét xo¸y nh©n t¹o
®èi xøng víi c¸c tr−êng c©n b»ng ®éng lùc víi nhau. Ph−¬ng ph¸p kinh nghiÖm dùa
trªn c¸c hiÓu biÕt lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ®Ó x©y dùng nªn mét xo¸y nh©n t¹o cã
cÊu tróc vµ c−êng ®é x¸c ®Þnh. ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p kinh nghiÖm lµ kh«ng cÇn
mét phiªn b¶n ®èi xøng trôc cña m« h×nh dù b¸o vµ thêi gian tÝnh to¸n nhanh h¬n,
8
- v× thÕ cã rÊt nhiÒu s¬ ®å ban ®Çu hãa xo¸y sö dông ph−¬ng ph¸p nµy (Iwasaki vµ
nnk 1987, Davidson vµ nnk 1993, Weber 2001,.).
Thông tin Trư ng
ch th bão phân tích
PP
th c Xây d ng PP phân tích
xoáy gi ng l c Xoáy
nghi m
H×nh 1.1: S¬ ®å m« t¶
Trư ng bµi to¸n ban ®Çu hãa
Xoáy gi
môi trư ng
xo¸y b·o
K th p ng hóa
Cài xoáy
xoáy gi SL
Trư ng
ban u
§Ó nhËn ®−îc xo¸y ®· ban ®Çu hãa, xo¸y nh©n t¹o ®−îc kÕt hîp víi tr−êng
m«i tr−êng b»ng ph−¬ng ph¸p cµi xo¸y hoÆc ®ång hãa sè liÖu. Xo¸y nh©n t¹o cã thÓ
®−îc cµi trùc tiÕp vµo tr−êng m«i tr−êng mét c¸ch hµi hßa sao cho kh«ng cã sù bÊt
liªn tôc gi÷a tr−êng xo¸y vµ tr−êng m«i tr−êng [33]. §Ó lµm ®−îc ®iÒu nµy, c¸c
thµnh phÇn xo¸y nh©n t¹o ph¶i cã c©n b»ng ®éng lùc tèt, tr¸nh nh÷ng chÊn ®éng
trong qu¸ tr×nh tÝch ph©n ban ®Çu cña m« h×nh. Qu¸ tr×nh nµy còng cã thÓ thùc hiÖn
b»ng ph−¬ng ph¸p ®ång hãa sè liÖu, qua ®ã, mét hoÆc mét sè thµnh phÇn cña xo¸y
nh©n t¹o ®−îc ®−a vµo s¬ ®å ®ång hãa sè liÖu d−íi d¹ng c¸c quan tr¾c gi¶ [4], [27].
Baker cïng ®ång sù (2006) ®· sö dông m« h×nh MM5 thö nghiÖm s¬ ®å ®ång
hãa sè liÖu ®Çu hãa sè liÖu gi¶ tõ mét s¬ ®å xo¸y lý thuyÕt ®Ó m« t¶ thµnh c«ng sù
thay ®æi c−êng ®é vµ cÊu tróc bªn trong cña c¬n b·o Rusa (2002). Xo¸y nh©n t¹o
bao gåm tr−êng khÝ ¸p mÆt biÓn vµ tr−êng giã t¹i c¸c mùc kh¸c nhau. Trong ®ã
tr−êng khÝ ¸p mÆt biÓn ®−îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc Fujita (1952):
9
- ∆P
P (r ) = Pmax − 1/ 2
1 r 2 (1.1)
1 + ( )
2 R
0
Víi
∆P = Pmax - PC (1.2)
PB − PC
Pmax = PC +
1−
1 (1.3)
1 + ( R B / R0 ) 2
Trong ®ã r lµ kho¶ng c¸ch tõ t©m b·o (km).
R0 lµ b¸n kÝnh giã cùc ®¹i
PC lµ khÝ ¸p mÆt biÓn quan tr¾c t¹i t©m b·o.
PB lµ khÝ ¸p mÆt biÓn trung b×nh trong vïng xo¸y b·o.
ë ®©y b¸n kÝnh vïng xo¸y b·o ®−îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc thùc nghiÖm sau:
1/ 2
2V
RB = 1 + 15
.R15 (1.4)
fR15
Víi R15 lµ b¸n kÝnh giã 15 m/s.
RB lµ b¸n kÝnh cña vïng xo¸y b·o gi¶.
Tr−êng giã ®èi xøng ®−îc x©y dùng dùa trªn quan hÖ giã gradient:
1/ 2
r ∂P f 2 r 2 r f
V (r ) =
ρ ∂r + 4 − (1.5)
2
Tr−êng giã nµy ®−îc t¹o ra trªn 7 mùc: mùc biÓn, 1000, 925, 850, 700, 600
vµ 500 hPa. Sau khi x©y dùng ®−îc c¸c tr−êng xo¸y gi¶, sè liÖu nµy ®−îc ®−a vµo hÖ
thèng ®ång hãa sè liÖu cña m« h×nh MM5. Hµm môc tiªu trong tr−êng hîp ®ãng
gãp cña tr−êng khÝ ¸p mùc biÓn:
∑ P (r ) − P
T
JP =
bogus
( r )
OP 1 P ( r ) − P bogus ( r )
−
(1.6)
r ≤ RB
Vµ ®ãng gãp cña tr−êng giã ®èi xøng:
10
- JV = ∑ ∑ V ( r , k ) − V bogus ( r , k ) OV 1 V ( r , k ) − V bogus ( r , k )
T
−
(1.7)
k r ≤ RB
Trong ®ã, P(r) vµ V(r,k) lµ tr−êng giã vµ ¸p suÊt mùc biÓn ph©n tÝch, Pbogus(r)
vµ Vbogus(r,k) lµ tr−êng giã vµ ¸p suÊt mùc biÓn gi¶, OP vµ OV lµ c¸c ma trËn ®−êng
chÐo ph−¬ng sai, r lµ b¸n kÝnh vµ RB lµ b¸n kÝnh vïng xo¸y b·o gi¶, k lµ c¸c mùc
th¼ng ®øng [19], [29].
Còng víi lý thuyÕt x©y dùng xo¸y nh− trªn nh−ng Qingnong Xiao vµ nhãm
nghiªn cøu (2006) l¹i x©y dùng tr−êng giã gi¶ trªn 13 mùc: mùc biÓn, 1000, 925,
850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150 vµ 100 hPa. S¬ ®å ®−îc ¸p dông cho m«
h×nh MM5 víi sè liÖu tr−êng nÒn cña hÖ thèng ®ång hãa 3DVAR lµ mode cycling
(nghÜa lµ c¸c dù b¸o tr−êng nÒn lµ c¸c dù b¸o h¹n ng¾n cña m« h×nh MM5 tõ chu kú
ph©n tÝch 3DVAR tr−íc ®ã). KÕt qu¶ thö nghiÖm còng chØ ra r»ng s¬ ®å ®ång hãa sè
liÖu xo¸y gi¶ ®· cho nh÷ng c¶i thiÖn ®¸ng kÓ vÒ c¶ quü ®¹o vµ c−êng ®é b·o [28].
S¬ ®å ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶ víi lý thuyÕt x©y dùng xo¸y ë trªn cßn ®−îc
Liqiang Chen vµ Qingnong Xiao thö nghiÖm cho m« h×nh WRF. Hä nhËn thÊy r»ng
ngoµi viÖc kh«i phôc l¹i cÊu tróc ban ®Çu cña xo¸y b·o hiÖu qu¶ th× s¬ ®å nµy cßn
sinh ra tr−êng ph©n tÝch cña c¬n b·o c©n b»ng víi m« h×nh h¬n khi chØ ®−îc néi suy
víi WPS [22].
Y.-R Guo vµ ®ång sù chØ ra sù thµnh c«ng cña ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶ kÕt
hîp víi t¸c ®éng ®Õn thµnh phÇn thèng kª sai sè nÒn (BES)- lµ mét thµnh phÇn quan
träng trong hÖ thèng ®ång hãa sè liÖu 3DVAR cña m« h×nh WRF. Thö nghiÖm víi
c¬n b·o Haitang (2005) kh«ng chØ cho nh÷ng c¶i thiÖn ®¸ng kÓ trong vÞ trÝ vµ c−êng
®é b·o mµ cßn c¶ víi tr−êng ph©n tÝch cña hoµn l−u synop quy m« lín khi kÕt hîp
nh÷ng hiÖu chØnh BES kh¸c nhau víi hÖ thèng ®ång hãa nµy [18].
GÇn ®©y h¬n, s¬ ®å ®ång hãa sè liÖu gi¶ 4DVAR ®−îc ®Ò xuÊt trong ban ®Çu
hãa b·o ®Ó sinh ra xo¸y ban ®Çu æn ®Þnh víi m« h×nh dù b¸o (Zou vµ Xiao 2000).
4DVAR sö dông m« h×nh dù b¸o thùc ®Ó ®−a ra c©n b»ng ®éng lùc trong suèt quy
tr×nh ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶. Xo¸y ban ®Çu ®−îc sinh ra kh«ng chØ c©n b»ng víi
tr−êng ban ®Çu mµ cßn æn ®Þnh víi vËt lý vµ ®é ph©n gi¶i m« h×nh. Lîi thÕ cña
4DVAR trong nghiªn cøu c¸c c¬n b·o ®· ®−îc chøng minh trong tµi liÖu gÇn ®©y
11
- (Xiao 2000; Zhang 2003). Tuy nhiªn h¹n chÕ dÔ thÊy trong ph−¬ng ph¸p nµy lµ quy
tr×nh cùc tiÓu hãa cña nã kh¸ tèn kÐm. T¹i giai ®o¹n hiÖn t¹i, viÖc ¸p dông thêi gian
thùc cña ®ång hãa sè liÖu 4DVAR trong hÖ thèng dù b¸o b·o vÉn cã nh÷ng khã
kh¨n cña nã. Ng−îc l¹i tiÕp cËn 3DVAR cã chi phÝ tÝnh to¸n rÎ h¬n. V× c¸c hÖ thèng
3DVAR chøa c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng thèng kª vµ ®éng lùc (Lorenc 2000, Barker
2004) nªn viÖc thùc hiÖn ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶ trong suèt quy tr×nh ph©n tÝch
cho phÐp cÊu tróc b·o ®−îc ph¸t triÓn trong c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng vµ æn ®Þnh [31].
ë ViÖt Nam, bµi to¸n xo¸y gi¶ còng ®· ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu. Tuy
nhiªn chñ yÕu ®Ò cËp ®Õn ph−¬ng ph¸p cµi xo¸y ®Ó kÕt hîp xo¸y nh©n t¹o víi
tr−êng m«i tr−êng [5], [7], [8], [10], [11]. Míi ®©y, t¸c gi¶ Phan V¨n T©n vµ
NguyÔn Lª Dòng còng ®−a ra mét vµi kÕt qu¶ thö nghiÖm ®−îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ ®èi
víi ®ång hãa sè liÖu xo¸y gi¶ víi lý thuyÕt xo¸y cña Smith trong m« h×nh WRF.
Theo lý thuyÕt xo¸y cña Smith, khi cho tr−íc mét ph©n bè giã lý thuyÕt vµ ph©n bè
cña c¸c yÕu tè m«i tr−êng, cã thÓ tÝnh ®−îc ph©n bè theo b¸n kÝnh vµ ®é cao cña khÝ
¸p, mËt ®é vµ nhiÖt ®é. M¹ng l−íi tr¹m quan tr¾c "gi¶" ph©n bè theo ph−¬ng b¸n
kÝnh, víi t©m lµ vÞ trÝ t©m quan tr¾c cña xo¸y b·o ë thêi ®iÓm ph©n tÝch. C¸c yÕu tè
quan tr¾c “gi¶” ®−îc sö dông bao gåm ¸p suÊt mùc biÓn, giã (tèc ®é vµ h−íng), ®é
cao ®Þa thÕ vÞ, nhiÖt ®é vµ ®é Èm trªn sè mùc ®¼ng ¸p tïy thuéc vµo ®é m¹nh cña
c¬n b·o. §èi víi tr−êng hîp c¸c c¬n b·o m¹nh (cÊp Typhoon theo thang Saffir-
Simpson), hä sö dông sè liÖu trªn ba mùc 1000mb, 850mb vµ 700mb cña xo¸y nh©n
t¹o. Vµ ®èi víi c¸c tr−êng hîp b·o yÕu h¬n (Tropical Storm) t¸c gi¶ chØ sö dông hai
mùc 1000mb vµ 850mb [2].
1.3 C¸c m« h×nh dù b¸o b·o trong vµ ngoµi n−íc
B·o lµ mét lo¹i h×nh thêi tiÕt ®Æc biÖt, v× thÕ vÒ nguyªn t¾c, mét m« h×nh dù
b¸o thêi tiÕt cã thÓ dù b¸o b·o. Tuy nhiªn, trong øng dông thùc tÕ, tïy vµo t×nh
huèng cô thÓ ng−êi ta cã thÓ x©y dùng nh÷ng m« h×nh dµnh riªng cho dù b¸o b·o
hay mét phiªn b¶n dµnh riªng cho dù b¸o b·o. Trong môc nµy sÏ chØ tr×nh bµy
nh÷ng m« h×nh nghiÖp vô ®−îc x©y dùng víi môc ®Ých chÝnh ®Ó dù b¸o b·o hoÆc cã
nh÷ng c¶i tiÕn nh»m ®−a ra dù b¸o b·o tèt h¬n.
12
- M« h×nh ®Çu tiªn ®−îc ®−a vµo dù b¸o quÜ ®¹o b·o nhiÖt ®íi nghiÖp vô lµ m«
h×nh chÝnh ¸p SANBAR (Sanders Barotropic Hurricane Track Forcast Model).
SANBAR ®−îc ph¸t triÓn bëi Sanders vµ Burpee (1968) vµ ®−îc ®−a vµo dù b¸o
nghiÖp vô t¹i Trung t©m B·o Quèc gia Hoa Kú ë Miami vµo cuèi thËp kû 60. M«
h×nh dùa trªn quan ®iÓm truyÒn thèng lµ b·o nhiÖt ®íi di chuyÓn theo dßng dÉn.
Dßng dÉn ë ®©y ®−îc x¸c ®Þnh lµ tr−êng trung b×nh líp s©u (DLM - Deep Layer
Mean: ®−îc x¸c ®Þnh bëi trung b×nh cã träng sè th¼ng ®øng cña c¸c biÕn khÝ t−îng).
QuÜ ®¹o b·o ®−îc dù b¸o b»ng c¸ch tÝch ph©n ph−¬ng tr×nh xo¸y chÝnh ¸p sö dông
ph©n bè ®é xo¸y vµ hµm dßng trung b×nh líp. C¸c c¬n b·o ®−îc biÓu diÔn bëi c¸c
xo¸y ®èi xøng nh©n t¹o vµ mét ph©n bè hµm dßng phi ®èi xøng ®Ó x¸c ®Þnh vËn tèc
tr«i t¹i t©m b·o. MÆc dï víi ®é ph©n gi¶i rÊt th« (154 km) vµ sè liÖu quan tr¾c khÝ
t−îng rÊt th−a thít nh−ng SANBAR ®· ®−a ra nh÷ng dù b¸o quÜ ®¹o rÊt tèt so víi
nh÷ng m« h×nh khÝ hËu vµ qu¸n tÝnh.
Mét m« h×nh chÝnh ¸p rÊt thµnh c«ng sau SANBAR lµ m« h×nh phæ lång cña
Vic Ooyama (VICBAR; DeMaria vµ nnk. 1992). VICBAR sö dông biÓu diÔn spline-
B cho tÊt c¶ c¸c biÕn vµ gi¶i ph−¬ng tr×nh n−íc n«ng trªn täa ®é sö dông phÐp chiÕu
Mercator. Bèn l−íi lång liªn tiÕp cã ®é ph©n gi¶i lÇn l−ît lµ: 4.8, 2.4, 1.2, 0.6 ®é
kinh vÜ. Sè liÖu ph©n tÝch 800-200 hPa cña mét m« h×nh phæ toµn cÇu cña NCEP
®−îc sö dông ®Ó tÝnh trung b×nh líp cho ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ ®iÓu kiÖn biªn phô
thuéc thêi gian cña VICBAR. Ngoµi ra, m« h×nh cßn sö dông thªm c¸c sè liÖu tõ
quan tr¾c m¸y bay vµ ¶nh m©y vÖ tinh vµ bãng th¸m kh«ng trong qu¸ tr×nh ban ®Çu
hãa. Dùa trªn c¸c chØ thÞ b·o nghiÖp vô, mét xo¸y ®èi xøng nhËn t¹o vµ mét thµnh
phÇn vËn tèc giã h»ng sè (dùa trªn tèc ®é di chuyÓn quan tr¾c) ®−îc x©y dùng vµ kÕt
hîp víi ph©n tÝch kh¸ch quan cña m« h×nh toµn cÇu. N¨m 1996, VICBAR ®−îc ph¸t
triÓn thµnh phiªn b¶n ch¹y nghiÖp vô b»ng c¸ch thay biÓu diÔn spline-B b»ng biÓu
diÔn d¹ng chuçi hµm sin trë thµnh m« h×nh dù b¸o quÜ ®¹o b·o LBAR
(Limited_Area Sine Transform Barotropic Track Model) (Horsfall vµ nnk. 1997.
Mét m« h×nh chÝnh ¸p dù b¸o quÜ ®¹o b·o kh¸ thµnh c«ng gÇn ®©y ®−îc ph¸t
triÓn bëi Weber (2001) (WBAR). WBAR gåm 2 phÇn chÝnh: (1) ban ®Çu hãa xo¸y
nh»m lo¹i bá xo¸y thiÕu chÝnh x¸c trªn tr−êng ph©n tÝch toµn cÇu vµ x©y dùng xo¸y
13
- nh©n t¹o lµm ®Çu vµo cho m« h×nh; (2) m« h×nh sè tÝch ph©n hÖ ph−¬ng tr×nh n−íc
n«ng trªn täa ®é ®Þa lý sö dông c¸c biÕn trung b×nh líp. WBAR ®· ®−îc thö nghiÖm
cho 167 tr−êng hîp b·o §¹i T©y D−¬ng vµ ®· kh¼ng ®Þnh ®−îc kü n¨ng dù b¸o quÜ
®¹o b·o t−¬ng ®èi tèt, tuy thÕ còng thÓ hiÖn nh−îc ®iÓm cña m« h×nh chÝnh ¸p lµ sù
t¨ng lªn cña sai sè vÞ trÝ khi c¸c hÖ thèng tµ ¸p ph¸t triÓn.
Cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ m¸y tÝnh lµ sù sù ph¸t triÓn
cña nh÷ng m« h×nh khu vùc ba chiÒu phøc t¹p, nh− m« h×nh b·o cña GFDL cña Hoa
Kú (Kurihara vµ nnk. 1993, Bender vµ nnk. 1993) vµ TC-LAPS (Davidson vµ Weber
2000) cña Australia ®· dÉn tíi chÊt l−îng dù b¸o quÜ ®¹o b·o ®−îc c¶i thiÖn ®¸ng
kÓ. Do sù th−a thít sè liÖu ë vïng l©n cËn b·o, hai m« h×nh trªn ®Òu sö dông c¸c
ph−¬ng ph¸p ban ®Çu hãa xo¸y kh¸ phøc t¹p. M« h×nh qui m« võa MM5 (Grell vµ
nnk. 1994) còng ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ sö dông nghiªn cøu dù b¸o quÜ ®¹o b·o víi sù ¸p
dông cña s¬ ®å cµi xo¸y ®èi xøng (Lownam, 2001) hoÆc ¸p dông ph−¬ng ph¸p ®ång
hãa sè liÖu (Zou and Xiao (2000), Xiao vµ nnk (2006)).
ë ViÖt Nam, viÖc nghiªn cøu ph¸t triÓn vµ øng dông c¸c m« h×nh sè ®· ®−îc
b¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 70 cña thÕ kû tr−íc. Song v× nhiÒu lý do kh¸c nhau mµ chñ
yÕu lµ sù h¹n chÕ cña ph−¬ng tiÖn tÝnh to¸n, cho ®Õn nh÷ng n¨m gÇn ®©y c¸c m«
h×nh sè míi thùc sù ®−îc nghiªn cøu øng dông mét c¸ch hiÖu qu¶. TrÞnh V¨n Th−
vµ Kinsnamurti (1992) ®· nghiªn cøu ban ®Çu hãa xo¸y b·o cho mét m« h×nh n−íc
n«ng mét mùc ®Ó dù b¸o quÜ ®¹o hai c¬n b·o Betty (1987) vµ Dan (1989) trªn khu
vùc BiÓn §«ng. VÒ c¬ b¶n, xo¸y nh©n t¹o lµ mét xo¸y Rankine sö ®æi víi sè mò lµ
-0.6, tr−êng ®é cao nhËn ®−îc b»ng c¸ch gi¶i ph−¬ng tr×nh giã gradient. Tuy nhiªn,
v× nhiÒu lÝ do kh¸ch quan vÒ ph−¬ng tiÖn tÝnh to¸n nªn m« h×nh kh«ng ®−îc ¸p dông
réng r·i ë ViÖt Nam.
Mét trong nh÷ng m« h×nh ®· ®−îc nghiªn cøu øng dông vµ ®−îc nhiÒu t¸c
gi¶ trong n−íc quan t©m lµ m« h×nh WBAR. Phan V¨n T©n vµ nnk (2002) ®· kh¶o
s¸t WBAR vµ thÊy r»ng m« h×nh nµy cã kh¶ n¨ng dù b¸o quÜ ®¹o b·o cho khu vùc
T©y B¾c Th¸i B×nh D−¬ng vµ BiÓn §«ng. V× thÕ, nã ®· ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ trong
n−íc nghiªn cøu c¶i tiÕn, nh− Bïi Hoµng H¶i, Phan V¨n T©n (2002), Vâ V¨n Hßa
(2004) [7]. HÇu hÕt c¸c t¸c gi¶ ®· nghiªn cøu ®iÒu chØnh c¸c ph−¬ng ¸n ban ®Çu
14
- hãa, c¸ch tÝnh trung b×nh líp s©u, v.v ®Ó rót ra ®−îc nh÷ng bé tham sè tèi −u cho dù
b¸o quÜ ®¹o b·o ë ViÖt Nam. Ngoµi ra, m« h×nh n−íc n«ng 3 líp Dengler còng ®−îc
mét sè t¸c gi¶ nghiªn cøu vµ cho thÊy nã cã kh¶ n¨ng dù b¸o quÜ ®¹o b·o cho khu
vùc BiÓn §«ng (Lª C«ng Thµnh vµ KiÒu ThÞ Xin, 2003).
Ngoµi c¸c m« chÝnh ¸p, mét sè m« h×nh ba chiÒu ®Çy ®ñ còng ®−îc c¸c t¸c
gi¶ nghiªn cøu kh¶ n¨ng dù b¸o quÜ ®¹o b·o. M« h×nh ®Çu tiªn cÇn ®−îc nh¾c ®Õn lµ
m« h×nh khu vùc ph©n gi¶i cao HRM, hiÖn ®ang ®−îc ch¹y nghiÖp vô t¹i Trung t©m
dù b¸o khÝ t−îng thñy v¨n Trung −¬ng. S¶n phÈm dù b¸o cña HRM ®−îc dïng nh−
mét nguån th«ng tin tham kh¶o chÝnh cho c¸c b¶n tin dù b¸o, trong ®ã cã th«ng tin
dù b¸o ®−êng ®i cña b·o. Nh÷ng nghiªn cøu cña Lª C«ng Thµnh, 2004 cho thÊy
HRM cã kü n¨ng dù b¸o cao h¬n c¸c m« h×nh WBAR vµ Dengler vµ cã thÓ n¾m b¾t
®−îc nh÷ng tr−êng hîp b·o cã quÜ ®¹o phøc t¹p mµ c¸c m« h×nh chÝnh ¸p kh«ng
n¾m b¾t ®−îc. M« h×nh qui m« võa MM5 còng ®−îc nhiÒu t¸c gi¶ quan t©m nghiªn
cøu kh¶ n¨ng dù b¸o quÜ ®¹o b·o. TrÇn T©n TiÕn vµ nnk. (2004) còng ®· nghiªn cøu
thö nghiÖm m« h×nh ETA kh«ng thñy tÜnh vµo dù b¸o mét sè hiÖn t−îng thêi tiÕt ë
ViÖt Nam trong ®ã cã dù b¸o quÜ ®¹o b·o. Hoµng §øc C−êng (2004) trong khu«n
khæ ®Ò tµi cÊp Bé vÒ kh¶ n¨ng ¸p dông m« h×nh MM5 cho dù b¸o h¹n ng¾n ë ViÖt
Nam ®· cã nhËn ®Þnh lµ “khi trong miÒn tÝnh cã sù ho¹t ®éng cña xo¸y thuËn nhiÖt
®íi nhÊt thiÕt ph¶i sö dông chøc n¨ng cµi xo¸y cña m« h×nh” vµ cÇn cã nh÷ng
nghiªn cøu chuyªn s©u vÒ c¸c s¬ ®å ban ®Çu hãa xo¸y ®Ó ¸p dông vµo dù b¸o quÜ
®¹o b·o. §Æng ThÞ Hång Nga vµ céng sù (2006) ®· nghiªn cøu ¸p dông s¬ ®å ban
®Çu hãa xo¸y cña TC-LAPS vµo m« h×nh MM5 vµ ®¹t ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ kh¶ quan
[4].
ThS. Vâ V¨n Hßa còng cã nghiªn cøu vÒ ®¸nh gi¸ dù b¸o quü ®¹o b·o cña
m« h×nh WRF vµ nhËn thÊy r»ng m« h×nh WRF cã sai sè trung b×nh t−¬ng ®èi nhá.
§Æc biÖt, kü n¨ng dù b¸o quü ®¹o b·o cña m« h×nh trong tr−êng hîp c¸c c¬n b·o cã
quü ®¹o phøc t¹p lµ kh¸ tèt [6].
Nh÷ng nghiªn cøu kÓ trªn cho thÊy kh¶ n¨ng ¸p dông m« h×nh sè trÞ vµo dù
b¸o quÜ ®¹o b·o ë ViÖt Nam lµ hiÖn thùc vµ nghiªn cøu ph¸t triÓn s¬ ®å ban ®Çu hãa
xo¸y lµ b−íc cÇn thiÕt ®èi víi bµi to¸n dù b¸o b·o.
15
- CH¦¥NG 2: M¤ H×NH WRF Vµ QUY TR×NH §åNG HãA Sè LIÖU
XO¸Y GI¶ phôc vô dù b¸o b·o
2.1. M« h×nh WRF sö dông trong dù b¸o b·o
M« h×nh Nghiªn cøu vµ Dù b¸o Thêi tiÕt WRF (Weather Research and
Forecasting) lµ mét hÖ thèng gåm nhiÒu mo®un kh¸c nhau, ®−îc ph¸t triÓn bëi sù
hîp t¸c gi÷a mét sè trung t©m khÝ t−îng lín cña Hoa kú, nh− trung t©m Quèc gia
nghiªn cøu khÝ quyÓn (NCAR), trung t©m Quèc gia dù b¸o m«i tr−êng (NCEP), côc
khÝ t−îng kh«ng qu©n (AFWA), v.v... Dù ¸n x©y dùng WRF nh»m môc ®Ých chÝnh
lµ cã ®−îc mét m« h×nh khu vùc võa cã thÓ ¸p dông trong dù b¸o nghiÖp vô võa lµm
c«ng cô nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh qui m« võa. WRF ra ®êi vµ ph¸t triÓn dùa trªn sù
kÕ thõa nh÷ng thµnh tùu trong lÜnh vùc m« h×nh hãa thêi tiÕt vµ khÝ hËu, mÆt kh¸c
nã còng ®−îc thiÕt kÕ ®Ó cã thÓ ¸p dông vµ h−íng tíi c¸c ph−¬ng ph¸p hiÖn ®¹i
trong ph©n tÝch, xö lý vµ ®ång hãa sè liÖu. M« h×nh WRF cho phÐp sö dông c¸c tïy
chän kh¸c nhau ®èi víi tham sè hãa c¸c qu¸ tr×nh vËt lý, nh− tham sè hãa bøc x¹,
tham sè ho¸ líp biªn hµnh tinh, tham sè ho¸ ®èi l−u m©y tÝch, khuÕch t¸n xo¸y rèi
qui m« d−íi l−íi hay c¸c qu¸ tr×nh vi vËt lý kh¸c.
HiÖn t¹i WRF cã hai phiªn b¶n lµ phiªn b¶n nghiªn cøu n©ng cao ARW
(Advanced Research WRF) vµ phiªn b¶n m« h×nh qui m« võa phi thñy tÜnh NMM
(Nonhydrostatic Meso Model). Trong luËn v¨n nµy t¸c gi¶ ®· sö dông phiªn b¶n
ARW lµm c«ng cô nghiªn cøu.
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, m« h×nh WRF ®· ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn trªn
thÕ giíi vµ ViÖt Nam. Theo thèng kª gÇn ®©y (cho ®Õn ngµy 13/09/2006) th× ®· cã
h¬n 4000 c¬ quan vµ c¸ nh©n ®¨ng ký lµm thµnh viªn vµ sö dông m« h×nh WRF
trong nghiªn cøu còng nh− ch¹y nghiÖp vô. Cô thÓ, t¹i Mü m« h×nh WRF ®ang ®−îc
ch¹y nghiÖp vô t¹i Trung t©m dù b¸o m«i tr−êng quèc gia NCEP (tõ n¨m 2004) vµ
C¬ quan KhÝ t−îng Kh«ng lùc Hoa Kú AFwa (tõ th¸ng 7 n¨m 2006). Trªn thÕ giíi,
m« h×nh WRF ®−îc ch¹y nghiÖp vô t¹i KMA (tõ n¨m 2006), t¹i Ên ®é, Israel vµ §µi
Loan (tõ n¨m 2007).... H¬n n÷a, m« h×nh WRF lµ mét trong rÊt Ýt m« h×nh dù b¸o sè
trÞ trªn thÕ giíi cã hç trî c¶ hÖ thèng ®ång hãa sè liÖu còng nh− c¸c c«ng cô hiÓn thÞ
vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶. Bªn c¹nh ®ã, sù tèi −u hãa trong m· nguån tÝnh to¸n cña WRF
16
- cho phÐp ng−êi sö dông cã thÓ ch¹y m« h×nh trªn rÊt nhiÒu lo¹i m¸y tÝnh víi c¸c hÖ
®iÒu hµnh kh¸c nhau còng nh− ch¹y song song víi bé nhí chia sÎ OpenMP hay bé
nhí ph©n t¸n MPI. ChÝnh v× nh÷ng tÝnh n¨ng −u viÖt trªn, trong luËn v¨n nµy t¸c gi¶
®· lùa chän m« h×nh WRF lµm c«ng cô cho nghiªn cøu vÒ bµi to¸n dù b¸o b·o [6].
2.1.1. HÖ täa ®é th¼ng ®øng vµ c¸c biÕn th«ng l−îng
C¸c ph−¬ng tr×nh trong m« h×nh ARW ®−îc x©y dùng cho hÖ täa ®é th¼ng
®øng thñy tÜnh theo ®Þa h×nh, ký hiÖu lµ η, ®−îc
®Þnh nghÜa bëi: Pht=const
η = ( p h − pht ) µ víi µ = p hs − p ht (2.1) 0
Trong ®ã ph lµ thµnh phÇn thñy tÜnh cña 0.25
khÝ ¸p, phs vµ pht lµ c¸c gi¸ trÞ däc theo bÒ mÆt
vµ biªn trªn t−¬ng øng. Bëi µ ( x, y ) thÓ hiÖn η 0.5
khèi l−îng cña cét khÝ quyÓn cã diÖn tÝch ®¬n 0.75
Phs
vÞ t¹i « l−íi (x,y) cña miÒn tÝnh, nªn ARW sö
1
dông c¸c biÓu thøc ë d¹ng th«ng l−îng cã
H×nh 2.2: Täa ®é th¼ng
d¹ng:
®øng η cña ARW.
V = µv = (U ,V ,W ), Ω = µη , Θ = µθ
& (2.2)
Trong ®ã, v = (u,v,w) lµ vector giã, ω = η lµ tèc ®é th¼ng ®øng trong hÖ täa
&
®é η, θ lµ nhiÖt ®é thÕ vÞ, φ = gz lµ ®Þa thÕ vÞ, p lµ khÝ ¸p, α lµ thÓ tÝch riªng ®−îc
®Þnh nghÜa lµ nghÞch ®¶o cña mËt ®é ρ.
2.1.2. HÖ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n
C¸c ph−¬ng tr×nh Euler d¹ng th«ng l−îng cã thÓ viÕt d−íi d¹ng:
∂ tU + (∇ ⋅ Vu ) − ∂ x ( pφη ) + ∂ η ( pφ x ) = FU (2.3)
∂ tV + (∇ ⋅ Vv ) − ∂ v ( pφη ) + ∂ η ( pφv ) = FV (2.4)
∂ tW + (∇ ⋅ Vw) − g (∂η p − µ ) = FW (2.5)
∂ t Θ + (∇ ⋅ Vθ ) = FΘ (2.6)
17
nguon tai.lieu . vn
