Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thạc sĩ Dư Đức Tiến, công tác tại Phòng Dự báo Số và Viễn thám, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương, người thầy đã trực tiếp hướng dẫ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI H
KHOA KHÍ T
NGHIÊN CỨU V
TRONG BÀI TOÁN D
I HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ N
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
=============
ĐẶNG THỊ KIM LIÊN
U VỀ PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ CLIPER TRONG BÀI TOÁN DỰ BÁO BÃO
HÀ NỘI, 2016
NG HÀ NỘI
NG KÊ CLIPER
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI H
KHOA KHÍ T
NGHIÊN CỨU V
TRONG BÀI TOÁN D
Ngành
Mã ngành
NGƯỜI HƯ
I HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
=============
ĐẶNG THỊ KIM LIÊN
U VỀ PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ CLIPER TRONG BÀI TOÁN DỰ BÁO BÃO
: Khí tượng học : D440221
I HƯỚNG DẪN: ThS Dư Đức Tiến
HÀ NỘI, 2016
NG HÀ NỘI
NG KÊ CLIPER
Trang 3i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là bài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của Th.S Dư Đức Tiến Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài là trung thực và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào dưới đây Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn số liệu khác nhau Ngoài ra, đồ án còn tham khảo một số nhận xét đánh giá của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc Nếu phát hiện có bất cứ gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình
Hà Nội, ngày 23 tháng 06 năm 2016
Sinh viên
Đặng Thị Kim Liên
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Với một sự tri ân và lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến các Thầy
Cô Khoa Khí tượng Thủy văn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã dồn hết tâm huyết của mình để truyền đạt tri thức cho chúng em, tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em để hoàn thànhđồ án tốt nghiệp này
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thạc sĩ Dư Đức Tiến, công tác tại Phòng Dự báo Số và Viễn thám, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, định hướng đề tài cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm đồ án Nếu không có những lời hướng dẫn và góp ý, dạy bảo của thầy thì em nghĩ đồ án này của em cũng khó có thể hoàn thành được
Em xin gửi lời cảm ơn tới Thạc sĩ Nguyễn Thu Hằng, công tác tại Phòng
Dự báo Số và Viễn Thám, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương cũng đã rất tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành đồ
án này
Nhận được nhiều sự giúp đỡ thế nhưng do chỉ là bước đầu trong việc đi vào thực tế, nghiên cứu vấn đề, kiến thức em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ
Do vậy không thể tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy Cô và các bạn để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn
Sau cùng, em xin kính chúc các Thầy Cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn
và thầy Dư Đức Tiến, cô Nguyễn Thu Hằng cùng anh chị trong Phòng Dự báo
Số và Viễn thám, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương, thật nhiều sức khỏe và công tác tốt
Trân trọng cảm ơn!
Trang 5iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO BÃO VÀ PHƯƠNG PHÁP CLIPER1 1.1 Dự báo bão 1
1.1.1 Một số khái niệm và đặc trưng cơ bản về bão 1
1.1.2 Các phương pháp dự báo bão 3
1.2 Phương pháp CLIPER 4
CHƯƠNG 2 SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13
2.1 Số liệu nghiên cứu 13
2.1.1 Khu vực nghiên cứu 13
2.1.2 Số liệu nghiên cứu 13
2.2 Phương pháp nghiên cứu 16
2.2.1 Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến và ứng dụng của phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến trong bài toán CLIPER 16
2.2.2 Các nhân tố dự báo trong bài toán CLIPER 20
2.2.3 Phương pháp đánh giá kết quả 20
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 22
3.1 Xây dựng phương trình CLIPER 22
3.1.1 Đánh giá bộ số liệu phụ thuộc 24
3.1.2 Đánh giá bộ số liệu độc lập 25
3.2 So sánh sai số của phương pháp CLIPER với dự báo của 3 trung tâm Mỹ, Nhật, Việt Nam 28
3.3 Một số cơn bão điển hình 30
3.3.1 Diễn biến của một số cơn bão điển hình 30
3.3.2 So sánh kĩ năng dự bão một vài cơn bão điển hình của ba trung tâm dự báo và phương trình 2 34
3.4 So sánh sai số của phương pháp CLIPER với dự báo mô hình GFS, GSM41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 45
Trang 6DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Giải nghĩa
C Climatology – Phương pháp khí hậu học
CLIPER CLImatology& PERsistence -Phương pháp khí hậu & quán tính CMA China Meteorological Administration-Cơ quan Khí tượng Trung
Quốc
DPE Direct Positional Error- Sai số khoảng cách
GFS Global Forecasting System-Hệ thống dự báo toàn cầu
GSM Global Spectral Model- Mô hình phổ toàn cầu
JTWC Joint Typhoon Warning Center -Trung tâm Liên hợp Cảnh báo bão
của Hải quân Mỹ
MAE Mean Absolute Error-Sai số trung bình tuyệt đối
ME Mean Error-Sai số trung bình
MLR Multi-Linear Regression – Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến NCEP National Centers for Environmental Predictions -Trung tâm dự báo
môi trường Mỹ
NHC National Hurricane Center - Trung tâm Bão quốc gia Hoa Kỳ
NMC National Meteorological Centre –Trung tâm khí tượng quốc gia
P Persistence- Phương pháp quán tính
RMSE Root Mean Square Error-Sai số quân phương
RSMC
Tokyo
Regional Specialized Meteorological Center Tokyo- Trung tâm Khí
tượng Chuyên ngành Khu vực Tokyo
SHIFOR Statistical Hurricane Intensity Forecast Model – Mô hình dự báo
thống kê cường độ cho khu vực Đông Thái Bình Dương & Đại Tây Dương
STIFOR Statistical Typhoon Intensity Forecast Model – Mô hình dự báo
thống kê cường độ cho khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương
TC Tropical Cyclone - Xoáy thuận nhiệt đới
XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới
Trang 7v
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Phân loại bão theo cấp gió 1 Bảng 1.2 Sai số trung bình tuyệt đối của cường độ dự báo của mô hình STIFOR 3 ngày và mô hình STIFOR 5 ngày ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương năm 2001
Sự xác minh bao gồm tất cả cơn bão và áp thấp nhiệt đới 7 Bảng 1.3 Giá trị trung bình (bên trên) và độ lệch chuẩn (bên dưới) của bảy nhân tố
dự báo cường độ sơ cấp dựa trên bộ số liệu 1900-1972 9 Bảng 1.4 Bộ nhân tố dự báo đưa vào sử dụng cho từng hạn dự báo 9 Bảng 1.5 Kích cỡ mẫu và sự hồi quy của mô hình dự báo thống kê khí hậu và quán tính 10 Bảng 1.6 RMSE của mô hình khí hậu và quán tính với số liệu đầu vào 4 năm (2000-2003) từ những trung tâm dự báo khác nhau 10 Bảng 2.1 Số bản ghi của từng trung tâm dự báo ứng với các hạn dự báo khác nhau 14 Bảng 2.2 Số bản ghi của từng mô hình dự báo ứng với các hạn dự báo khác nhau 16 Bảng 3.1 Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo Lat24, Lon24, Lat48, Lon48, Lat72, Lon72 với bộ số liệu 2006-2010 22 Bảng 3.2 Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo v24, v48, v72 với
bộ số liệu 2006-2010 23 Bảng 3.3 Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo Lat24, Lon24, Lat48, Lon48, Lat72, Lon72 với bộ số liệu 2001-2010 23 Bảng 3.4 Hệ số của phương trình hồi quy cho các yếu tố dự báo v24, v48, v72 với
bộ số liệu 2001-2010 24 Bảng 3.5 Sai số trung bình tuyệt đối của các phương trình dự báo Lat24, Lon24, Lat48, Lon48, Lat72, Lon72 của a) pt (1) b) pt (2) 24 Bảng 3.6 Sai số trung bình tuyệt đối của các phương trình dự báo Vmax_24, Vmax_48, Vmax_72 của a) pt (1) b) pt (2) 25 Bảng 3.7 Giá trị của các nhân tố dự báo hạn 24 dự báo cho quỹ đạo (bảng a), cường
độ (bảng b) cho cơn bão Haiyan 35
Trang 8Bảng 3.8 Giá trị dự báo tính được từ pt (2) và giá trị thực của cơn bão Haiyan hạn 24h với yếu tố lat24, lon24 (Bảng a); yếu tố Vmax (bảng b) 37 Bảng 3.9 So sánh sai số dự báo vận tốc cực đại và sai số khoảng cách giữa các trung tâm dự báo và pt (2) theo từng cơn bão với hạn 24h (bảng a), hạn 48h (bảng b) 39
Trang 9vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Sự so sánh kĩ năng CLIPER trong mùa bão 1996-2002 ở Đại Tây Dương 6 Hình 1.2 So sánh giữa giá trị R2 liên kết với mô hình Cliper 5 ngày (SHIFOR cho Đại Tây Dương, SHIFOR cho Đông Bắc Thái Bình Dương, và STIFOR cho Tây Bắc Thái Bình Dương) và các mô hình tương tự chỉ sử dụng các thông tin về khí hậu học (CLIM.) So sánh được thể hiện (a) Bắc Đại Tây Dương, (b) Đông Bắc Thái Bình Dương, và (c)Tây Bắc Thái Bình Dương 7 Hình 1.3 Sai số cường độ trung bình tuyệt đối (kt) từ mô hình SHIFOR 5 ngày và
mô hình STIFOR trong 5 ngày, từ dữ liệu hoạt động 1997-2000, khi so sánh với mô hình dự báo quán tính của điều kiện ban đầu Sai số Bắc Đại Tây Dương (a), Đông Bắc Thái Bình Dương (b), Tây Bắc Thái Bình Dương (c) 8 Hình 1.4 Độ lệch dự báo cường độ (kt) từ mô hình SHIFOR 5 ngày và mô hình STIFOR trong 5 ngày, từ dữ liệu hoạt động 1997-2000, khi so sánh với mô hình dự báo quán tính của điều kiện ban đầu Sai số Bắc Đại Tây Dương (a), Đông Bắc Thái Bình Dương (b), Tây Bắc Thái Bình Dương (c) 8 Hình 2.1 Bản đồ Biển Đông 13 Hình 3.1 So sánh sai số vận tốc gió cực đại (bên trái), sai số khoảng cách (bên phải) trung bình trong khoảng 4 năm (2011-2014) với các hạn dự báo 24h, 48h, 72h của phương trình 1 và phương trình 2 25 Hình 3.2 So sánh sai số vận tốc và sai số khoảng cách giữa pt (1) và pt (2) theo từng hạn dự báo (2011-2014) a) Hạn 24h, b)Hạn 48h, c) Hạn 72h 26 Hình 3.3.Sai số dự báo của 3 trung tâm dự báo JWTC (Mỹ), RMSC (Nhật), VNN (Việt Nam) từ 2011-2014 với hạn dự báo 24h và 48h với từng yếu tố: vận tốc gió cực đại (bên trái), khoảng cách (bên phải) 28 Hình 3.4 Sai số khoảng cách và sai số vận tốc gió cực đại trung bình trong các năm 2011-2014 của trung tâm JTWC, RMSC, VNN và pt (2) với từng hạn dự báo: 29 Hình 3.5.Diễn biến cơn bão NESAT Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải) 31 Hình 3.6 Diễn biến cơn bão SONTINH Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải) 32 Hình 3.7 Diễn biến cơn bão HAIYAN Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải) 33
Trang 10Hình 3.8.Diễn biến cơn bão KALMEAGI Vmax (bên trái), quỹ đạo thực (bên phải) 34 Hình 3.9 So sánh sai số dự báo khoảng cách và vận tốc cưc đại (2011-2014) giữa
mô hình GFS, GSM và pt (2) 41