Hình 1 là kết quả đánh giá cho hệ số tương quan của các trường độ cao địa thế vị, nhiệt, gió vĩ hướng và kinh hướng vào mùa đông.. Nhìn chưng hệ số tương quan của các trường nằm trong
Trang 1Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ đề tài:
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO CÁC TRƯỜNG
KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN VÙNG BIỂN ĐÔNG
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: KC.09.04
Chủ nhiệm đề tài: GS TS Trần Tân Tiến
Cơ quan chủ trì đề tài:Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN
Báo cáo chuyên đề:
DỰ BAO THỜI TIẾT HẠN VỪA (7-10 NGÀY) TRÊN
KHU VUC BIEN DONG BANG MO HINH RAMS
Chủ trì: ThS Nguyễn Minh Trưởng
Hà Nội, 12 - 2004
56.24 ~3
Trang 2MUC LUC
1 Miền dự báo và cấu hình lưới
TL Số liệu và phương pháp đánh g1á -sc+nL.nHHHnLnrey 4
IH Đánh giá dự báo hạn 7-1Ũ ngày c cú HH TH TH HH Hàng He 6 PHU WUC 17
Trang 31 MIEN DUBAO VA CAU HINH LUOI
Tương tự như dự báo 1-3 ngày, trong hạn dự báo 7-10 ngày mô hình RAMS có
tâm chiếu được chọn tâm chiếu tại 14?N — 1123°E Độ phân giải ngang có kích thước bước lưới 40 km cho miễn dự báo gồm 90x90 điểm lưới theo phương ngang, tạo ra miền tính có kích thước 3600x3600 km Biên phía bắc của miền tính ở vào khoảng
35°N còn biên phía nam vào khoảng 59S, với mục tiêu mô tả tốt các hoàn lưu gió mùa đông bắc vào mùa đông và gió mùa tây nam vào mùa hè trên khu vực Đông Nam Á
Trong hạn dự báo này không dử dụng lưới ngang kích thước 28 km cũng như lưới lông
Mặc dù vậy vùng biên xung quanh cũng được tạo ra với lớp hấp thụ có bể dày bằng 5
điểm lưới
Độ phân giải thẳng đứng được xác định giống như dự báo 1-3 ngày: bước lưới
đưới cùng được cho bằng 100 m, các bước lưới cao hơn được giãn với hệ số 1.15, nếu
bước lưới lớn hơn 1200 m thì được gán bằng 1200 m Bước thời gian được chọn là 90s
Ngoài ra, còn rất nhiều các tham số toán-lý khác cần xác định trước khi chạy mô hình
được đưa ra trong Phụ lục A của báo cáo này Về việc cài đặt và chạy mô hình hoàn toàn tương tự như trường hợp 1-3 ngày, do vậy có thể tham khảo báo cáo chuyên để
“Áp dụng RAMS dự báo hạn 1-3 ngày trên khu vực Biển Đông”
II SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ
Số liệu sử dụng để đánh giá dự báo của mô hình gồm có ba trường: trường ban đầu đưa vào mô hình là trường phân tích AVN do NCEP (National Center for Environmental Prediction, Hoa Kỳ) cung cấp, trường dự báo theo các thời hạn khác nhau của mô hình, và cuối cùng là trường phân tích vào thời điểm tương ứng cũng do
NCEP cung cấp Cần lưu ý là với hạn dự báo 7-10 ngày thì từ giờ thứ 192, NCEP chỉ đưa ra trường dự báo toàn cầu trên lưới 2,5° x 2,59 Với nguồn số liệu như vậy để dự
báo 7 ngày các bước tiến hành như dự báo 3 ngày, còn dự báo 10 ngày thì sau khi dự báo 7,5 ngày (180 giờ) số liệu trên biên được cập nhật 6 giờ 1 lần bằng cách nội suy trường dự báo quy mô lớn và bước lưới 2,5°
Các chỉ tiêu đánh giá được xác định như sau
Trang 4Gọi H : là yếu tố được chọn để đánh giá
Hạ: trường ban đầu Hạy: trường dự báo
Hy, : trường phân tích
M : số điểm lưới trên miền lưới tính của mô hình
Khi đó xác định các công thức toán học của các chỉ tiêu đánh giá như sau
1 Hệ số lương quan
1 dle, ) OF „ \(ow w) oH 2]
M feb (o,) a} | Sen.) 5H «)
trong đó OH, = Ay — Hig OH » = Hay ~ Hyg
Trang 54: biến động thực bình phương trung bình
6 Đánh giá mưa mô hình
Với hạn dự bao 7-10 ngày, chúng tôi chỉ đánh giá dự báo pha trên cơ sở các số
liệu đo đạc tại trạm trong vùng như đã nói trong báo cáo chuyên để “Áp đụng RAMS
dự báo hạn 1-3 ngày trên khu vực Biển Đông”, vì nếu lấy mưa tích luỹ đến ngày thứ 7
và 10 thì việc thu thập số liệu đo đạc sẽ gặp rất nhiều khó khăn
II ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO HẠN 7-10 NGÀY
Đối với han du báo 7-10 ngày chúng tôi chỉ đưa ra kết quả đánh giá dự báo của
mô hình RAMS tính trung bình cho mùa đông và mùa hè 2003-2004 Hình 1 là kết quả đánh giá cho hệ số tương quan của các trường độ cao địa thế vị, nhiệt, gió vĩ hướng và
kinh hướng vào mùa đông Nhìn chưng hệ số tương quan của các trường nằm trong
khoảng 0.5-0.9, trừ trường nhiệt có hệ số tương quan thấp ở các lớp dưới cho hạn dự báo 7 ngày (+168 giờ) Còn các trường khác đều cho hệ số tương quan của trường dự
báo 7 ngày tương đương hoặc tốt hơn hệ số tương quan của trường đự báo hạn 10 ngày
Một điển đáng iưu ý là cấu trúc thẳng đứng của hệ số tương quan trường gió vĩ hướng
biến đổi và dao động rất mạnh Điều này có thể do vào mùa đông các hoàn lưu gây ra
gió vĩ hướng biến đổi mạnh theo thời gian và không gian, ví dụ hoàn lưu gió mùa đông
bắc có chu kỳ khoảng 7 —10 ngày và chỉ ảnh hướng mạnh ở các lớp dưới 850 mb Tuy nhiên cần nhấc lại là hệ số tương quan chỉ phản ánh mức độ quan hệ, hay phân bố không gian, của trường dự báo so với trường phân tích Bản thân hệ số tương quan
không nói lên sai số dự báo
Hình 2 biểu điễn sai số tuyệt đối hạn dự báo 7 và 10 ngày cho các trường trên các mặt đẳng áp 1000, 700, 500, 300 mb Ngoại trừ trường nhiệt và trường gió vĩ hướng cho sai số dự báo hạn 7 ngày lớn hơn chút ít so với hạn đự báo 10 ngày, còn lại
hai trường kia hạn dự báo 10 ngày có sai số lớn hơn rất đáng kể Ví dụ, trường độ cao
địa thế vị mực 1000 mb có sai số dự báo hạn 10 ngày là gần 30 mđtv, trong khi đó với hạn đự báo 7 ngày con số này là đưới 20 mđtv Một điều đáng lưu ý là, giống như dự báo hạn 1-3 ngày, khi hạn dự báo tăng sai số của gió kinh hướng tăng nhanh Nhiệt độ
vấn cho sai số lớn ở các lớp đưới của khí quyền, trong khi đó địa thế cho sai số ở cả lớp
dưới và lớp trên Các nguyên nhân có thể dẫn đến sai số đã được nói đến trong báo cáo
Trang 6chuyén dé “Ap dụng RAMS dự báo hạn 1-3 ngày trên khu vực Biển Đông” Số liệu cụ thể xin xem trong các phần Phụ lục tương ứng
Không giống như mùa đông, mùa hè hệ số tương quan của các trường dự báo có
sự phân hoá rất rõ đệt giữa hạn dự báo 7 và 10 ngày (Hình 3) Tuy nhiên có một điểm chung là hệ số tương quan của trường nhiệt hạn dự báo 7 ngày vẫn nhỏ hơn hạn dự báo
10 ngày ở các lớp dưới Ngoại trừ trường nhiệt, hệ số tương quan cho hạn 7 ngày ít biến đổi theo độ cao, trong khi đó vào mùa hè nhìn chung hệ số tương quan hạn dự báo 10 ngày thay đổi nhanh theo độ cao (khuynh hướng chung là giảm) Vào mùa hè hệ số tương quan hạn 10 ngày của trường gió vĩ hướng dao động ít hơn so với mùa đông,
điều này có thể do vào mùa hè hoàn lưu vĩ hướng ổn định hơn theo thời gian và không
gian, chẳng hạn do hoàn lưu từ cao áp cận nhiệt Tây Thái Bình Dương thường thống trị
thời gian dài và thổi 6n định lên tới độ cao 500 mb So sánh Hình 1 và 3 còn thấy phân
bố thẳng đứng của hệ số tương quan hạn 10 ngày của gió vĩ hướng vào mùa hè có cấu trúc về cơ bản là ngược với mùa đông, nói cách khác gió vĩ hướng có tính mùa rõ hơn
gió kinh hướng
Trái ngược với mùa đông, vào mùa hè sai số tuyệt đối của trường độ cao địa thế
vị hạn 7 ngày lại lớn ở các lớp dưới và nhỏ hơn ở các lớp trên cùng của mô hình (Hình
4), dạng phân bố thẳng đứng của sai số hạn 10 ngày là giống nhau cho cả hai mùa, trong khi đó hạn 7 ngày cho phân bố khác nhau chút ít Cũng có sự ngược lại tương tự, sai số tuyệt đối của trường nhiệt hạn dự báo 10 ngày lớn hơn so với hạn dự báo 7 ngày
ở các lớp dưới và lớp trên của mô hình Sai số tuyệt đối của trường gió vĩ hướng và kinh hướng hạn dự báo 10 ngày lớn hơn hạn dự báo 7 ngày ở các lớp trên 700 mb, còn ở các
lớp dưới sai số mắc phải là tương tự nhau cho cả hai hạn đự báo
So sánh sai số tuyệt đối của các trường vào hai mùa có thể thấy ngay là đối với trường nhiệt sai số tuyệt đối vào mùa hè nhỏ hơn rõ rệt so với mùa đông cho cả hai hạn
dự báo Điều này hoàn toàn có thể lý giải được vì vào mùa đông miền bắc của miễn
tính thường chịu ảnh hưởng của không khí lạnh cực đới, gắn với hoàn lưu tà áp mạnh của front lạnh là một đối tượng khó dự báo Ngược lại, sai số tuyệt đối của trường gió
vào mùa hè lại lớn hơn vào mùa đông cho cả hai hạn dự báo, nhất là các lớp ở trên cao
Nguyên nhân của hiện tượng này có thể do vào mùa hè phía đông của miền tính chịu
ảnh hưởng nhiều của các hoàn lưu nhiệt đới gắn liền với các nhiễu động mạnh như áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới
Trang 7Để minh hoa, Hình 5 đưa ra một ví dụ dự báo 7 ngày cho ngày 30/6/2004 Bên
phải là trường phân tích AVN tại thời điểm tương ứng như đã nói, bên trái là trường dự báo tương ứng cho các trường độ ẩm tương đối, nhiệt độ, áp suất bể mặt, và trường gió theo thứ tự từ trên xuống Theo hình vẽ này có thể thấy độ ẩm tương đối có dạng phân
bố không gian rất phù hợp với thực tế, nhưng trường ẩm dự báo có khuynh hướng thiên
cao Đối với trường nhiệt, kết quả dự báo cho phía bắc của miền tính, Miền Bắc Việt
Nam, Miền Nam Việt Nam cho kết quả dự báo tốt, nhưng Miền Trung Việt Nam cho
kết quả dự báo thấp hơn, điều này có thể do sai số nhiệt độ nước biển gây ra (so sánh
nhiệt độ bề mặt cho khu vực Biển Đông) Tuy nhiên khi so sánh cho khu vực Việt Nam
thì cả hai cho cùng một thang nhiệt độ Về trường gió và trường áp, đến ngày cuối cùng của hạn dự báo một cơn bão hình thành ngoài khơi Biển Đông đi chuyển về phía tây và chỉ có một phần rìa cơn bão xuất hiện trong miền tính, nhưng mô hình đã cho kết quả
dự báo là áp thấp đã vào gần sát Biển Đông, lệch khỏi vị trí thực khoảng 600 km
Hình 6, tương tự Hình 5, là kết quả dự báo 10 ngày cho ngày 23/6/2004 với các
kết luận tương tự cho trường độ ẩm tương đối và trường nhiệt Nhưng với hai trường áp suất bể mặt và nhiệt độ bể mặt thì cho kết quả tốt hơn nhiều vì vào những ngày này
trên miền tính không có bão, áp thấp nhiệt đới, hay dải hội tụ nhiệt đới Lưu ý là trường
áp bể mặt dự báo được vẽ với các đường đẳng trị đày hơn rất nhiều so với trường phân
tích tương ứng, nhưng dạng phân bố không gian của các đường đẳng áp là rất phù hợp
với nhau
Bảng 1 đưa ra các con số thống kê cho dự báo pha mưa hạn dự báo từ 7 đến 10 ngày cho một số đợt trong mùa đông 2003 Trong đó S5TDBD (STDBS) là số trạm dự báo đúng (sai) về pha, TSDBD là tỷ số trạm dự báo đúng về pha Cũng giống như hạn
dự báo 1-3 ngày, các trạm đo mưa lấy trong khoảng 0-30°N; 90°E-119°E Như đã nói nếu lấy mưa tích luỹ để tính các chỉ tiêu về lượng như hạn 1-3 ngày thì sẽ gặp khó
khăn vì số lượng trạm có đủ số liệu đo mưa liên tục trong 7-10 ngày là rất ít, do vậy ở
đây chỉ đạt vấn để dự báo pha theo nghĩa đến hạn dự báo nếu cả trạm đo mua và mô hình đều cho mưa thì được xem là dự báo đúng
Nhìn chung dự báo đúng về pha đạt tối thiểu trên 80%, trừ hai trường hợp ngày
13-14/11/2003 cho chất lượng dự báo pha rất thấp chỉ vào khoảng 20% Sở đĩ có chất
lượng dự báo pha cao như vậy trong các ngày đầu có thể là do thời kỳ này có hoàn lưu gây mưa điện rộng, nhưng sang đến ngày 13 và 14/11/2003 thì có sự chuyển biến đột
ngột về điều kiện hoàn lưu nhưng mô hình không phản ánh kịp sự chuyển biến đột ngột này Mặc dù vậy, với các kết quả đã chỉ ra cho thấy mô hình RAMS có thể cho kết quả
dự báo khả quan với hạn dự báo 7-10 ngày, một hạn đự báo còn gặp nhiều khó khăn
với các mô hình dự báo thời tiết bằng phương pháp số.
Trang 8Trường địa thế vị “Trường nhiệt
Trang 10Trường ẩm dự báo +168h Trường ẩm phân tích tương ứng
Trang 11Trường áp bề mặt dự báo +168h Trường áp bề mặt phân tích tương ứng
Hình 5: Dự báo hạn bảy ngày từ ngày 23/06/2004 đến ngày 30/06/2004 (trái) và l
trường phân tích (phải) cho các trường độ ẩm tương đối, nhiệt, áp suất bề mặt,
và trường gió, theo thứ tự từ trên xuống
12
Trang 12Trường ẩm dự báo +240h Trường ẩm phân tích tương ứng
TRUONG NHIET CO BE MAT 23-08-2004
13
Trang 13Trường gió dự báo +240h Trường gió phân tích tương ứng
Hình 6: Dự báo hạn mười ngày từ ngày 13/06/2004 đến ngày 23/06/2004 (trái) và
trường phân tích (phải) cho các trường độ ẩm tương đối, nhiệt, áp suất bề mặt,
và trường gió, theo thứ tự từ trên xuống
14
Trang 14Bảng 1: Một số đánh giá dự báo pha mưa - không mưa hạn 7-10 ngay
192h 57 3 0.95 216h 54 6 0.90 240h 53 7 0.88 13/11/2003 168h 56 4 0.93
192h 36 36 0.50 216h 15 45 0.25 240h 42 48 0.20 14/11/2003 168h 17 43 0.28
192h 12 48 0.20 216h 14 49 0.18 240h 41 49 0.18
15
Trang 15TAI LIEU THAM KHAO
Tiếng Việt
1 Trần Công Minh, 2004: Khí tượng synốp (Phần cơ sở) Nhà xuất bản Đại học Quếc gia Hà Nội 27TTpp
Tiếng Anh
2 Cotton, W.R., R.A Pielke $%r., R.L Walko, G.E Liston, C.J Tremback, H
Jiang, R-L McAnelly, J.Y Harington, M.E Nicholls, G.G Carrio, and J.P
McFadden, 2003: RAMS 2001: Current status and future directions Meteorol Atmos Phys., 82, 5-29
Davies, H.C., 1978: A lateral boundary formulation for multi-level prediction
models Quart J R Met Soc., 102, 405-418
Klemp, J.B and D.K Lilly, 1978: Numerical simulation of hydrostatic mountain waves J Atmos Sci., 35, 78-107
Klemp, J.B and R.B Wilhelmson, 1978a: The simulation of three-dimensional
convective storm dynamics J Atmos Sci., 35, 1070-1096
Klemp, J.B and RB Wilhelmson, 1978b: Simulations of right- and left-moving storms produced through storm splitting J Atmos Sci., 35, 1097-1110
Pielke, R.A, W.R Ctton, R.L Walko, C.J Tremback, W.A Lyons, L.D Grasso,
MLE Nicholls, M.D Moran, D.A Wesley, T.J Lee, and J.H Copeland, 1992: A comprehensive meteorological modeling system RAMS Meteorol Atmos Phys., 49, 69-91
16
Trang 16PHU LUC
!namelist
PHU LUC A: CAC THAM SO LUA CHON
LRŸHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHE Change Log
"NY Test Run -v4.4',
MAKEVFILE, INITIAL, HISTORY 1o'h','m','s' - Time units of TIMMAX, TIMSTR
! Final time of simulation ISAN processing