Luận văn mô hình ETA và áp dụng vào dự báo bão ở việt nam

ong 5 mùa bão từ năm 2004 đến 2007 và năm 2009 sẽ đ−ợc sử dụng trong nghiên cứu này. Mục tiêu của luận án là đánh giá khả năng dự báo bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam. Vì vậy số tr−ờng hợp thử nghiệm đ−ợc lựa chọn là những cơn bão đổ bộ trực tiếp vào bờ biển Việt Nam, những tr−ờng hợp này đ−ợc liệt kê trong Bảng 2.1 sau đây. Bảng 2.1. Danh sách các tr−ờng hợp bão và áp thấp nhiệt đới đ−ợc lựa chọn thực hiện thử nghiệm. Tên bão SST Thời điểm dự báo Kinh độ Vĩ độ Chanthu 1 12Z ngày 09062004 122,4 11 2 12Z ngày 10062004 118,5 12,1 3 12Z ngày 11062004 113,8 13 Washi 7 06Z ngày 29072005 112,0 18,6 8 06Z ngày 30072005 109,4 19,5 Vicenti 9 12Z ngày 16092005 113,25 10,98 10 12Z ngày 17092005 111,77 15,38 Damrey 11 06Z ngày 24092005 114,8 19,7 35 12 06Z ngày 25092005 112,4 19,1 13 06Z ngày 26092005 108,9 18,8 Kaitak 14 06Z ngày 30102005 112,3 14,1 15 06Z ngày 31102005 111,5 14,8 16 06Z ngày 01112005 109,2 15,8 Xangsane 17 00Z ngày 28092006 121,7 13,9 18 00Z ngày 29092006 116,8 15,3 19 00Z ngày 30092006 112,5 15,6 Durian 20 06Z ngày 02122006 117,0 13,7 21 06Z ngày 03122006 114,0 13,9 22 06Z ngày 04122006 111,3 12,5 06W 23 18Z ngày 03082007 112,2 13,6 24 18Z ngày 04082007 109,8 14,2 25 18Z ngày 05082007 109,1 15,0 Lekima 26 12Z ngày 30092007 113,9 14,2 27 12Z ngày 01102007 112,7 15,9 28 12Z ngày 02102007 109,9 17,6 Mujigae 29 00Z ngày 09092009 114,9 19 30 00Z ngày 10092009 109,7 19,8 Ketsana 31 12Z ngày 26092009 119,5 15,3 32 12Z ngày 27092009 114,4 15,8 33 12Z ngày 28092009 111,1 16 Mirinae 34 12Z ngày 30102009 123,5 14,7 35 12Z ngày 31102009 117,8 14,2 36 12Z ngày 01112009 113,6 13,6 36 Tùy theo thời gian tồn tại của bão trên Biển Đông mà ở các hạn dự báo khác nhau sẽ có số tr−ờng hợp nghiên cứu khác nhau. Cụ thể, các hạn dự báo 24 h và 48 h đều có 12 tr−ờng hợp và hạn dự báo 72 giờ có 9 tr−ờng hợp. 2.7.3. Các ph−ơng án thử nghiệm Với bộ số liệu gồm 33 tr−ờng hợp, ứng với 12 cơn bão và áp thấp nhiệt đới nh− đã nêu trong Bảng 2.1, chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm dự báo bằng mô hình ETA theo 3 ph−ơng án nh− sau: Ph−ơng án 1: Dự báo bão và áp thấp nhiệt đới bằng sơ đồ BettsMiller Janjic của mô hình ETA (kí hiệu là BMJ). Ph−ơng án 2: Dự báo bão và áp thấp nhiệt đới bằng sơ đồ KainFritsch của mô hình ETA (kí hiệu là KF). Ph−ơng án 3: Dự báo bão và áp thấp nhiệt đới bằng sơ đồ KainFritsch với thông l−ợng động l−ợng của mô hình ETA (kí hiệu là KFMX). Nh− vậy tổng số tr−ờng hợp tác giả đã tiến hành chạy thử nghiệm trong luận văn này là: 33 x 3 =99 tr−ờng hợp. 2.7.4. Ph−ơng pháp xác định tâm bão Từ sản phẩm đầu ra của mô hình ETA là giá trị 6 tiếng một của các tr−ờng khí t−ợng nh− áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, độ cao địa thế vị, gió,... với hạn dự báo lên đến 72 giờ, để xác định vị trí tâm bão dự báo, chúng tôi đã sử dụng ph−ơng pháp tìm tâm Downhill. Bài toán tìm tâm bão ở cho tr−ờng ban đầu hoặc tr−ờng dự báo của mô hình số là một bài toán tìm cực trị: giá trị áp suất cực tiểu hoặc độ xoáy cực đại. Có nhiều ph−ơng pháp có thể sử dụng nh−ng đều phải thoả mãn yêu cầu là bảo đảm độ chính xác và tính toán nhanh. Ph−ơng pháp Downhill th−ờng đ−ợc sử dụng trong bài toán 2 chiều để thỏa mãn các yêu cầu này. 37 Về cơ bản, ph−ơng pháp downhill sử dụng việc so sánh các giá trị của 3 đỉnh của một tam giác và một chuỗi các phép biến hình để dò tìm vị trí của điểm cực tiểu. Giả sử chúng ta cần tìm vị trí cực đại của một hàm nào đó, Z0 là vị trí điểm cực đại phỏng đoán đầu tiên, quá trình dò tìm đ−ợc thực hiện nh− sau: 1) B−ớc đầu tiên của thuật toán downhill là 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 đ−ờng tròn với bán kính R là b−ớc tìm kiếm ban đầu và tâm là Z0. 2) Nếu điểm có giá trị lớn nhất là Zn (n=1,2,3): Tâm đ−ờng tròn đ−ợc chuyển thành Zn, và quay trở lại b−ớc 1). 3) Nếu điểm có giá trị lớn nhất là Z0: 3a) Tạm thời giảm bán kính đ−ờng tròn 4 lần và quay lại b−ớc 1) 3b) Nếu sau b−ớc 3a) Z0 vẫn tiếp tục có giá trị lớn nhất, phục hồi lại giá trị bán kính R nh− cũ (bằng cách nhân 4) và quay tam giác nội tiếp mỗi lần 15o (tối đa 7 lần) và quay trở lại b−ớc 1). 3c) Nếu sau 3a) và 3b), Z0 vẫn có giá trị lớn nhất, bán kính đ−ờng tròn giảm đi 4 lần và quay trở lại b−ớc 1). Quá trình tìm kiếm thành công khi bán kính đ−ờng tròn nhỏ hơn một giá trị tiêu chuẩn đủ nhỏ hoặc thất bại nếu số b−ớc lặp v−ợt quá một giới hạn cho tr−ớc. 2.7.5. Các chỉ tiêu đánh giá a. Sai số vị trí (PE): Đặc tr−ng cho mức độ sai lệch về mặt không gian giữa vị trí tâm bão dự báo và vị trí tâm bão quan trắc. Giả sử xét một ph−ơng án dự báo cho N tr−ờng hợp bão, tại hạn dự báo t (t = 6h, 12h,..., 72h) của tr−ờng hợp bão thứ 1 3 38 n, sai số vị trí đ−ợc định nghĩa là khoảng cách địa lý giữa tâm xoáy dự báo và tâm xoáy quan trắc. ( ) ( ) ( )tttPE onpnn xx −= (2.32) trong đó, ( )tpnx là vị trí tâm bão dự báo tại thời điểm t của tr−ờng hợp bão thứ n, còn ( )tonx là vị trí tâm bão quan trắc t−ơng ứng. Thực tế, khoảng cách địa lý giữa 2 điểm bất kỳ A(λ1,ϕ1) và B(λ2,ϕ2) là độ dài cung của đ−ờng tròn lớn đi qua hai điểm đó và đ−ợc tính theo công thức: ( )1 1 2 1 2 2 1cos sin sin cos cos cosAB ed R ϕ ϕ ϕ ϕ λ λ−= + −   (2.33) trong đó Re là bán kính trái đất, lấy giá trị bằng 6378.161 km. ϕ, λ lần l−ợt là vĩ độ và kinh độ của vị trí tâm bão tính bằng radian. b. Sai số CT và AT Chúng tôi sẽ sử dụng thêm sai số vị trí dọc với h−ớng di chuyển của bão AT (ATE: Along Track Error) và sai số vị trí ngang so với h−ớng di chuyển của bão CT (CTE: Cross Track Error) (Hình 2.4). ATE nhận dấu d−ơng nếu tâm bão dự báo nằm phía tr−ớc tâm bão quan trắc và nhận dấu âm khi tâm bão dự báo nằm phía sau tâm bão quan trắc. CTE nhận dấu d−ơng khi tâm bão nằm phía phải so với tâm bão quan trắc và nhận dấu âm khi nằm về trái. Với qui −ớc này, nếu sai số ATE trung bình (MATE) nhận giá trị d−ơng có nghĩa tâm bão dự báo có xu thế di chuyển nhanh hơn so với thực và ng−ợc lại, MATE nhận giá trị âm thì tâm bão dự báo cho xu thế di chuyển chậm hơn. Sai số CTE trung bình (MCTE) d−ơng cho thấy quĩ đạo bão có xu thế lệch phải còn MCTE âm cho thấy xu thế lệch trái so với quĩ đạo thực. n ATE MATE n i ji j ∑ = = 1 , (2.34) 39 n CTE MCTE n i ji j ∑ = = 1 , (2.35) trong đó i là dung l−ợng mẫu (i=1…n), j là hạn dự báo (j =0, 6, 12…..72). Tõm bóo dự bỏo PECTE ATE Tõm bóo quan trắc Tõm bóo quan trắc 6h trước Hình 2.4 Sơ đồ sai số ATE, CTE và PE. Trong Ch−ơng 3, luận văn sẽ sử dụng những chỉ tiêu đánh giá trên để đánh giá kêt quả dự báo quĩ đạo bão và dự báo vị trí đổ bộ của bão vào bờ biển Việt Nam bằng mô hình ETA. 40 CHƯƠNG III Dự BáO BãO Đổ Bộ VàO Bờ BIểN VIệT NAM BằNG MÔ HìNH ETA 3.1 Đánh giá kết quả dự báo quĩ đạo bão bằng mô hình ETA 3.1.1 Đánh giá kết quả dự báo cơn bão Mirinae a) Khảo sát quĩ đạo dự báo Sau khi tìm tâm bằng ph−ơng pháp Downhill, nối các tâm bão dự báo, ta sẽ có quỹ đạo dự báo của bão. Sau đây, tác giả sẽ khảo sát kết quả dự báo quỹ đạo cơn bão Mirinae với ba tr−ờng hợp 12Z ngày 30102009, 12Z ngày 31102009, 12Z ngày 01112009. Diễn biến cơn bão Mirinae: Tr−a ngày 2710, một áp thấp nhiệt đới ở khu vực Tây Bắc Thái Bình D−ơng đã mạnh lên thành bão có tên quốc tế là Mirinae đây là cơn bão thứ 21 hoạt động ở khu vực này trong năm 2009. Sau khi hình thành, bão Mirinae di chuyển chủ yếu theo h−ớng tây trung bình khoảng 25 30 kmh. Sáng ngày 3110, bão Mirinae v−ợt qua đảo Lu Dông (Philippin) và sau đó đi vào phía đông khu vực bắc và giữa Biển Đông, thành cơn bão số 11 hoạt động trên khu vực này với c−ờng độ mạnh cấp 11, giật cấp 12, cấp 13. Sau khi vào Biển Đông, bão số 11 di chuyển chủ yếu theo h−ớng Tây với tốc độ trung bình khoảng 20 25 kmh (có thời điểm di chuyển với tốc độ khoảng 25 30 kmh) và c−ờng độ giảm dần xuống cấp 9. Từ tr−a ngày 0111, bão lại mạnh dần lên cấp 10, giật cấp 11, cấp 12, tiếp tục di chuyển chủ yếu theo h−ớng tây trung bình khoảng 20 kmh. Rạng sáng ngày 0211, khi cách bờ biển Bình Định Khánh Hòa khoảng 250 km về phía Đông, bão số 11 di chuyển theo h−ớng Tây Tây Nam. Chiều tối ngày 0211 bão đi vào địa phận Phú Yên Khánh Hòa và suy yếu nhanh thành áp thấp nhiệt đới, sau đó đi sâu vào đất liền suy yếu thành vùng áp thấp trên khu vực các tỉnh Nam Tây Nguyên (Hình 3.1). 41 Hình 3.1 Bản đồ đ−ờng đi cơn bão Mirinae. Bão càng xa bờ, dự báo quĩ đạo bão càng khó. Để đánh giá khả năng dự báo của mô hình khi bão vào gần bờ, chúng tôi đã chọn thời điểm làm dự báo tr−ớc khi bão đổ bộ 3 ngày, 2 ngày và 1 ngày và tích phân mô hình t−ơng ứng là 72 giờ, 48 giờ và 24 giờ để đánh giá kết quả. Hình 3.2 đến Hình 3.4 biểu diễn quĩ đạo dự báo bão Mirinae tr−ớc khi bão đổ bộ vào bờ 3 ngày, 2 ngày và 1 ngày bằng mô hình ETA với các sơ đồ BMJ, KF và KFMX và thời hạn dự báo lần l−ợt là 72 giờ, 48 giờ, 24 giờ. Trong đó: Đ−ờng màu đỏ biểu diễn quĩ đạo bão thực, đ−ờng màu xanh rêu biểu diễn quĩ đạo dự báo của sơ đồ BMJ, đ−ờng màu xanh đậm biểu diễn quĩ đạo dự báo của sơ đồ KF và đ−ờng màu xanh lá cây biểu diễn quĩ đạo dự báo của sơ đồ KFMX. 42 Hình 3.2 Quĩ đạo dự báo 72 giờ bằng mô hình ETA với các sơ đồ dối l−u (tr−ớc khi bão đổ bộ 3 ngày). Hình 3.3 Quĩ đạo dự báo 48 giờ bằng mô hình ETA với các sơ đồ dối l−u (tr−ớc khi bão đổ bộ 2 ngày). 43 Hình 3.4 Quĩ đạo dự báo 24 giờ bằng mô hình ETA với các sơ đồ dối l−u (tr−ớc khi bão đổ bộ 1 ngày). Hạn dự báo 72 giờ: Vào ngày 30102009 obs 12Z, bão đang ở vị trí 14,7 độ vĩ bắc, 123,5 độ kinh đông, trên phía đông khu vực đảo LuDông, Philíppin. Sức gió mạnh nhất vùng gần tâm bão Mirinae lúc đó đạt khoảng 29 ms, t−ơng đ−ơng cấp 11. Từ giờ dự báo 00 đến 30 sơ đồ KFMX có dự báo gần với quĩ đạo thực nhất, tuy nhiên từ giờ dự báo 54 thì sơ đồ này có dự báo bão di chuyển quá nhanh so với quĩ đạo thực. Từ giờ dự báo 54 đến 72, sơ đồ KF cho dự báo gần với quĩ đạo thực nhất. Hạn dự báo 48 giờ vào ngày 31102009 obs 12Z, tâm bão thực ở vị trí 117,8 độ dông và 14,2 vĩ độ bắc trên khu vực giữa Biển Đông, với gió gần tâm bão mạnh cấp 9. Với hạn dự báo này, cả ba sơ đồ có quĩ đạo dự báo khá sát so với quĩ đạo quan trắc, trong đó sơ đồ KF có quĩ đạo dự báo tốt nhất. Hạn dự báo 24 giờ vào ngày 01102009 obs 12Z, tâm bão dự báo ở (113.6 độ đông, 13,6 độ bắc) cách bờ biển các tỉnh Quảng Ngãi Phú Yên khoảng 470 km về phía đông. Sức gió mạnh nhất ở vùng gần tâm bão mạnh cấp 10 (tức là từ 89 đến 102 km một giờ), giật cấp 11, cấp 12. Quĩ đạo thực của cơn bão từ giờ 00 đến giờ 12 có sự chuyển h−ớng từ đông đông bắc sang tây tây nam, nên 44 ba sơ đồ những giờ đầu đều dự báo sai lệch nhiều. Sơ đồ KF vẫn có dự báo quĩ đạo tốt nhất. b) Đánh giá kết quả dự báo thông qua các chỉ tiêu đánh giá Sai số khoảng cách PE + Hạn dự báo 72 giờ (Bão cách bờ khoảng 3 ngày di chuyển). Bảng 3.1 trình bày sai số vị trí dự báo của các tr−ờng hợp thử nghiệm dự báo cơn bão Mirinae với thời điểm dự báo là 12Z ngày 30102009. Hình 3.5 là đồ thị biểu diễn kết quả t−ơng ứng. Bảng 3.1 Sai số khoảng cách tâm bão Miriane PE (km) dự báo bằng mô hình ETA với các sơ đồ đối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là 12 Z ngày 30102009). PE (km) Hạn BMJ KF KFMX 0 31,11 31,11 31,11 12 112,88 152,94 108,92 24 132,08 49,29 12,93 36 152,75 70,1 58,54 48 46,36 43,89 155,7 60 137,46 111,04 167,48 72 213,96 143,4 236,3 45 0 50 100 150 200 250 0 12 24 36 48 60 72 Hạn dự bỏo (giờ) PE (km) BMJ KF KFMX Hình 3.5 Sai số khoảng cách tâm bão Miriane PE(km) dự báo bằng mô hình Eta với các sơ đồ đối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là 12 Z ngày 30102009). Với tr−ờng hợp dự báo 72 giờ của ngày 30112009 lúc 12Z, dự báo của sơ đồ KFMX có sai số nhỏ nhất cho đến giờ dự báo 36, tuy nhiên từ giờ dự báo 48, sai số dự báo của sơ đồ này lớn nhất. Sơ đồ KF có sai số dự báo nhỏ nhất ở giờ dự báo 72 sai số chi có 143,4 km trong khi đó sai số của sơ đồ BMJ và KFMX lần l−ợt là 213,96 km và 236 km. Nguyên nhân có thể là do sơ đồ KF mô tả tốt nhất tr−ờng áp của cơn bão trong ba sơ đồ nh− trong Hình 3.6. Trong Hình 3.6, sơ đồ KF dự báo tr−ờng áp tốt hơn so với hai sơ đồ còn lại. với những đ−ờng đẳng áp dày xít, thể hiện c−ờng độ cơn bão mạnh. Trong hình 3.7, tại vị trí cơn bão tồn tại vùng có độ ẩm giá trị lớn trên 80%, độ ẩm dự báo của sơ đồ KF (Hình 3.7 b) khu vực này cao hơn so với hai sơ đồ còn lại (Hình 3.7 a, và Hình 3.7 c). , 46 (a) (b) (c) Hình 3.6 Tr−ờng áp suất mặt biển tại giờ dự báo 54 của mô hình ETA với các sơ đồ đối l−u a) Sơ đồ BMJ b) Sơ dồ KF c) Sơ đồ KFMX (Thời điểm tiến hành dự báo là 12 Z ngày 30102009). 47 (a) (b) (c) Hình 3.7 Tr−ờng độ ẩm t−ơng đối tại giờ dự báo 54 của mô hình ETA với các sơ đồ đối l−u a) Sơ đồ BMJ b) Sơ dồ KF c) Sơ đồ KFMX (Thời điểm tiến hành dự báo là 12 Z ngày 30102009). + Hạn dự báo 48 giờ (Bão cách bờ khoảng 2 ngày di chuyển). Bảng 3.2 trình bày sai số khoảng cách tâm bão Mirinae dự báo bằng mô hình ETA với các sơ đồ đối l−u BMJ, KF và KFMX và Hình 3.8 biểu diễn kết quả t−ơng ứng. 48 Bảng 3.2 Sai số khoảng cách tâm bão Miriane dự báo bằng mô hình Eta với các sơ đồ đối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là 12 Z ngày 31102009). PE (km) Hạn BMJ KF KFMX 0 17,12 17,12 17,12 12 14,1 59,12 82,4 24 155,03 96,84 177,56 36 120,81 92,91 142,67 48 156,38 35,73 200,88 0 50 100 150 200 250 0 12 24 36 48 Hạn dự bỏo (giờ) PE (km) BMJ KF KFMX Hình 3.8 Sai số khoảng cách tâm bão Miriane PE (km) dự báo bằng mô hình ETA với các sơ đồ đối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là 12Z ngày 31102009). Với hạn dự báo 48 giờ, sai số dự báo tăng nhanh cho đến giờ dự báo 24 ở các sơ đồ BMJ và KFMX, sai số dự báo của sơ đồ KF nhỏ hơn hẳn so với hai sơ đồ còn lại ở giờ dự báo 24 trở đi, đặc biệt ở giờ dự báo 48, sai số giảm hẳn so với giờ dự báo 24 chỉ còn 35,73 km. 49 + Hạn dự báo 24 giờ (Bão cách bờ khoảng 1 ngày di chuyển). Bảng 3.3 Sai số khoảng cách tâm bão Miriane dự báo bằng mô hình Eta với các sơ đồ đối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là 12 Z ngày 01112009). PE (km) Hạn BMJ KF KFMX 0 45,02 45,02 45,02 06 64,28 52,05 25,99 12 62,93 38,98 13,83 18 53,68 52,81 10,57 24 57,1 52,84 138,08 0 50 100 150 200 250 0 6 12 18 24 Hạn dự bỏo (giờ) PE (km) BMJ KF KFMX Hình 3.9 Sai số khoảng cách tâm bão Miriane PE (km) dự báo bằng mô hình ETA với các sơ đồ đối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là 12 Z ngày 01112009). Với hạn dự báo 24 giờ, dự báo của hai sơ đồ BMJ và KF có sai số chênh lệch ít giữa các giờ dự báo. Sơ đồ KFMX dự báo khá tốt ở những giờ đầu, riêng giờ dự báo 24 của sơ đồ KFMX lớn hơn hẳn so với giờ dự báo tr−ớc. Sai số dọc ATE 50 Kết quả tính toán sai số dọc ATE của các ph−ơng án thử nghiệm dự báo cơn bão Mirinae (2009) tại các hạn dự báo 72 giờ, 48 giờ và 24 giờ đ−ợc trình bày ở Bảng 3.4 và Hình 3.10 biểu diễn kết quả t−ơng ứng. 150 100 50 0 50 100 150 0 12 24 36 48 60 72 Hạn dự bỏo (giờ) AT (km) BMJ KF KFMX (a) 150 100 50 0 50 100 150 0 12 24 36 48 Hạn dự bào (giờ) AT (km) BMJ KF KFMX (b) 150 100 50 0 50 100 150 0 6 12 18 24 Hạn dự bào (giờ) AT (km) BMJ KF KFMX (c) Hình 3.10. Sai số dọc AT (km) của các ph−ơng án thử nghiệm dự báo cơn bão Mirinae. a) Hạn 72 giờ, b) Hạn 48 giờ, c) Hạn 24 giờ. Với hạn dự báo 72 giờ, ngoại trừ giờ dự báo đầu tiên, dự báo của sơ dồ BMJ có sai số AT âm, tức là dự báo bão di chuyển chậm hơn thực tế. Dự báo của sơ đồ KF có sai số AT d−ơng ở giờ dự báo 00 và 48 và có sai số AT âm ở các giờ dự báo còn lại. Dự báo của sơ đồ KFMX có sai số AT d−ơng nhỏ ở giờ dự báo 24 đến 48 (9,46 km đến 18,21 km),tuy nhiên giờ dự báo 60 sai số khá lớn 104,71 km. Với hạn dự báo 48 giờ, dự báo của sơ đồ KF và sơ đồ BMJ đều có sai số AT âm ở những giờ đầu, tức dự báo bão di chuyển chậm hơn so với thực tế, tuy nhiên từ giờ dự báo 24 thì dự báo của ba sơ đồ đều cho sai số AT d−ơng 51 tức dự báo bão chuyển động nhanh hơn thực tế, đến giờ dự báo 48 thì dự báo của sơ đồ KF có sai số AT nhỏ nhất trong ba sơ đồ: 19,57 km Hạn BMJ KF KFMX 0 16,37 16,37 16,37 12 33,85 35,1 45,67 24 50,89 34,75 10,07 36 102,63 21,41 9,46 48 44,49 43,41 18,21 60 104,36 52,46 104,71 72 31,34 11,69 10,95 (a) Hạn BMJ KF KFMX 0 9,08 9,08 9,08 12 4,43 41,25 82,2 24 72,8 18 42,32 36 89 77,63 93,98 48 69,16 19,57 50,42 (b) Hạn BMJ KF KFMX 0 30,02 30,02 30,02 06 49,59 13,5 15,12 12 58,74 29,73 1,82 18 50,37 37,71 6,27 24 65,29 18,61 42,28 (c) Bảng 3.4 Sai số dọc ATE (km) của các ph−ơng án thử nghiệm dự báo cơn bão Mirinae. a) Hạn 72 giờ, a)Hạn 48 giờ, c) Hạn 24 giờ. Với hạn dự báo 24 giờ, dự báo của sơ đồ BMJ có dao động sai số AT khá lớn, ở hai sơ đồ còn lại dao động sai số nhỏ hơn. Sai số ngang CT Bảng 3.5 trình bày kết quả tính toán sai số ngang CT với các ph−ơng án thử nghiệm tại các hạn dự báo 72, 48 và 24 giờ. Hình 3.11 biểu diễn kết quả t−ơng ứng. 52 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0 12 24 36 48 60 72 Hạn dự bỏo (giờ) CT BMJ KF KFMX (a) 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 0 12 24 36 48 Hạn dự bỏo (giờ) CT BMJ KF KFMX (b) 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 0 6 12 18 24 Hạn dự bỏo (giờ) CT BMJ KF KFMX (c) Hình 3.11. Sai số dọc CT (km) của các ph−ơng án thử nghiệm dự báo cơn bão Mirinae. a) Hạn 72 giờ, b)Hạn 48 giờ, c) Hạn 24 giờ Hạn BMJ KF KFMX 0 26,46 26,46 26,46 12 107,69 148,86 98,88 24 121,89 34,95 8,11 36 113,13 66,75 57,77 48 13,03 6,42 154,63 60 89,47 97,87 130,7 72 211,65 142,92 236,04 (a) Hạn BMJ KF KFMX 0 14,52 14,52 14,52 12 13,38 42,35 5,67 24 136,88 95,15 172,44 36 81,69 51,06 107,34 48 140,26 29,89 194,45 (b) Hạn BMJ KF KFMX 0 33,55 33,55 33,55 06 40,9 50,27 21,14 12 22,58 25,2 13,71 18 18,54 36,98 8,51 24 142,89 49,46 131,45 (c) Bảng 3.5 Sai số dọc CTE (km) của các ph−ơng án thử nghiệm dự báo cơn bão Mirinae. a) Hạn 72 giờ, b)Hạn 48 giờ, c) Hạn 24 giờ 53 Với hạn dự báo 72 giờ, dự báo của ba sơ đồ đều có sai số CT d−ơng từ giờ dự báo 00 đến giờ dự báo 48 (Hình 3.11 a), tức là cơn bão di chuyển lệch phải so với thực tế, riêng giờ dự báo 60 cả ba sơ đồ đều có giá trị CT âm, tức là dự báo tâm bão lệch trái so với thực tế, đến giờ dự báo thứ 72, sơ đồ KF và BMJ dự báo tâm bão di chuyển lệch trái (CT âm), ng−ợc lai sơ đồ KFMX dự báo cho tâm bão lệch phải. Dự báo của sơ đồ KF có sai số CT nhỏ nhất trong ba sơ đồ, ở giờ dự báo 72, sai số CT chỉ có 142,92 km. Với hạn dự báo 48 giờ, ngoại trừ giờ dự báo 12, dự báo của sơ đồ KFMX và sơ đồ BMJ đều có giá trị CT âm (Hình 3.11 b) tức là hai sơ đồ này cho dự báo tâm bão lệch trái, sơ đồ KF dự báo tâm bão lệch phải từ giờ dự báo 12 đến 24 tuy nhiên, ở những giờ cuối sơ đồ này cho dự báo cơn bão lệch trái. Với hạn dự báo 24 giờ, cả ba sơ đồ đều cho sai số CT nhỏ, ngoại trừ giờ dự báo 24, sơ đồ BMJ và KFMX có sai số CT lần l−ợt là 142,89 và 131,45 km, sai số này khá lớn. Do giờ dự báo này cơn bão đổ bộ vào đất liền nên các sơ đồ không dự báo đ−ợc chính xác tâm bão. Tóm lại, thông qua đánh giá kết quả sai số của ba sơ đồ của cơn bão Mirinae, ta thấy rằng, sơ đồ KF cho kết quả dự báo tốt nhất. Dự báo của sơ đồ này có sai số dọc ATE và sai số ngang CTE nhỏ nhất, tức là sơ đồ dự báo quĩ đạo bão sát với quĩ đạo thực. 3.1.2 Đánh giá khả năng dự báo trên toàn bộ tập mẫu Trong tiểu mục này, tôi sẽ tiến hành tính toán sai số dự báo cho toàn bộ tập mẫu gồm 33 tr−ờng hợp bão trong các năm 2004, 2005, 2006, 2007, 2009 đã đ−ợc tiến hành thử nghiệm theo ba ph−ơng án. Danh sách các cơn bão và thời điểm thực hiện dự báo đ−ợc trình bày ở Bảng 2.1. Sai số khoảng cách trung bình MPE: 54 Bảng 3.6 trình bày kết quả sai số khoảng cách trung bình toàn bộ dung l−ợng mẫu ứng với ba ph−ơng án thử nghiệm: sơ đồ BMJ, sơ đồ KF và sơ đồ KFMX. Hình 3.12 là đồ thị biểu diễn giá trị sai số t−ơng ứng của Bảng 3.6. Hình 3.12a biểu diễn giá trị MPE trung bình hạn 72 giờ, với sơ đồ BMJ sai số tăng nhanh theo hạn dự báo, đến giờ dự báo 72 sai số trung bình MPE là 472 km. Sơ đồ KF sai số tăng chậm theo thời gian dự báo, tại giờ dự báo 72, sai số MPE chỉ có 224,9 km. Sơ đồ KFMX sai số trung bình ít biến đổi giữa các giờ dự báo đầu nh−ng tăng nhanh từ giờ dự báo 48, tại giờ dự báo 72, sai số dự báo là 342,04 km. (a) 0 100 200 300 400 500 0 12 24 36 48 Hạn dự bỏo (giờ) MPE (km) BMJ KF KFMX (b) 0 100 200 300 400 500 0 6 12 18 24 Hạn dự bỏo (giờ) MPE (km) BMJ KF KFMX (c) Hình 3.12 Sai số trung bình MPE (km) của các ph−ơng án thử nghiệm a) Hạn 72 giờ, b)Hạn 48 giờ, c) Hạn 24 giờ 0 100 200 300 400 500 0 12 24 36 48 60 72 Hạn dự bỏo ( gi ờ) M P E ( km) BM J KF KFM X 55 Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 69,71 70,31 70,20 12 104,60 125,54 99,66 24 158,87 115,37 123,79 36 192,41 126,24 111,81 48 262,69 171,68 154,23 60 354,43 179,56 245,44 72 472,81 224,90 342,04 (a) Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 40,59 40,59 40,59 12 76,52 75,57 86,88 24 124,50 103,76 111,24 36 181,74 133,77 163,81 48 291,99 204,08 245,38 (b) Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 46,80 46,72 46,80 6 55,67 70,15 95,51 12 91,03 87,89 150,93 18 109,42 97,00 129,52 24 135,52 134,61 199,06 (c) Bảng 3.6 Sai số trung bình MPE (km) của các ph−ơng án thử nghiệm a) Hạn 72 giờ, b)Hạn 48 giờ, c) Hạn 24giờ Với hạn dự báo 48 giờ, sai số MPE tăng tuyến tính theo hạn dự báo (Hình 3.12 b), Sai số MPE của sơ đồ BMJ cao nhất, ở giờ dự báo 48, sai số MPE là 291,99 km, sơ đồ KF và KFMX có sai số dự báo lần l−ợt là 204,08 km và 245,38 km. Hạn dự báo 24 giờ, sai số MPE của sơ đồ KF và BMJ tăng ít theo giờ dự báo (Hình 3.12 c), riêng sơ dồ KFMX sai số MPE biến đổi nhiều hơn, đến giờ dự báo 24 giờ sai số MPE của sơ dồ BMJ, KF, KFMX lần l−ợt là 135,52, 134,61, 199,06 km. Nh− vậy, ta thấy khi bão xa bờ (tr−ớc thời điểm bão đổ bộ 72 giờ) và gần bờ (tr−ớc thời điểm bão đổ bộ 24 giờ) thì dự báo của sơ đồ KF có sai số nhỏ nhất, tức là sơ đồ này cho kết quả dự báo tốt nhất trong ba sơ đồ. 56 Sai số dọc trung bình MATE: Bảng 3.7 trình bày sai số trung bình MATE của các ph−ơng án thử nghiệm tại các hạn dự báo 72 giờ, 48 giờ và 24 giờ. Hình 3.13 biểu diễn giá trị sai số t−ơng ứng của Bảng 3.7. 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 0 12 24 36 48 60 72 Hạn dự bỏo (giờ) MATE (km) BMJ KF KFMX (a) 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 0 12 24 36 48 Hạn dự bỏo (giờ) MATE (km) BMJ KF KFMX (b) 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 0 6 12 18 24 Hạn dự bỏo (giờ) MATE (km) BMJ KF KFMX (c) Hình 3.13 Sai số trung bình MATE (km) của các ph−ơng án thử nghiệm a) Hạn 72 giờ, b)Hạn 48 giờ, c) Hạn 24 giờ 57 Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 13,47 12,84 13,09 12 56,73 47,30 17,73 24 83,03 39,20 34,50 36 92,76 39,99 5,51 48 130,92 31,71 17,02 60 144,48 83,91 7,52 72 208,71 119,76 71,17 (a) Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 11,97 11,97 11,97 12 28,33 43,75 63,22 24 50,61 1,43 27,48 36 5,76 44,28 188,41 48 45,98 14,95 83,26 (b) Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 19,89 19,89 19,89 6 17,68 30,49 46,30 12 20,37 19,43 50,36 18 38,55 28,83 36,76 24 16,87 51,35 58,36 (c) Bảng 3.7 Sai số trung bình MATE (km) của các ph−ơng án thử nghiệm a) Hạn 72 giờ, b) Hạn 48 giờ, c) Hạn 24 giờ Hạn dự báo 72 giờ: Dự báo của ba sơ đồ đều có sai số dọc trung bình MATE đều có giá trị âm (Hình 3.13 a), tức là ba sơ đồ của mô hình ETA đều dự báo bão di chuyển chậm hơn so với thực tế. Dự báo của sơ đồ BMJ có sai số trung bình MATE tăng khá nhanh theo hạn dự báo. Dự báo của sơ đồ KF có sai số biến đổi ít cho đến giờ dự báo 48 giờ, nh−ng tăng nhanh từ giờ 60. Dự báo của sơ đồ KFMX sai số MATE khá ổn định và có giá trị MATE nhỏ nhất trong ba sơ đồ ở giờ dự báo 72, với giá trị là 71.17 km. Hạn dự báo 48 giờ: Dự báo của sơ đồ KFMX có sai số MATE d−ơng từ giờ dự báo 12 tức là hai sơ đồ này dự báo bão di chuyển nhanh hơn so với thực tế (Hình 3.13 b). ở hạn dự báo này, dự báo của sơ đồ KFMX có sai số MATE biến đổi nhiều từ giờ dự báo 24 giờ, dự báo của hai sơ đồ còn lại có sai số ít biến đổi giữa các hạn dự báo. Hạn dự báo 24 giờ: ba sơ đồ đều cho giá trị MATE âm tức là trung bình các sơ đồ dự báo bão di chuyển chậm hơn so với thực tế (Hình 3.13 c). 58 Nh− vậy khi bão ở xa bờ (thời điểm dự báo tr−ớc 72 giờ bão đổ bộ) và khi bão ở gần bờ (thời điểm dự báo tr−ớc 24 giờ bão đổ bộ), các sơ đồ đều dự báo bão di chuyển chậm hơn thực tế. Sai số trung bình ngang MCTE +Hạn dự báo 72 giờ: (Hình 3.14 a) Dự báo của ba sơ đồ đều cho giá trị sai số MCTE d−ơng, trung bình ba sơ đồ đều dự báo lệch phải so với quĩ đạo thực. Dự báo của ba sơ đồ có sai số MCTE đến giờ dự báo 36 đều thấp, tuy nhiên t−ơng tự nh− sai số MPE, MATE, sơ đồ BMJ dự báo ở giờ cuối sai số MCTE tăng nhanh (30,03 km ở giờ dự báo 00 và 247,11 km ở giờ dự báo 72). Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 30,03 30,07 30,41 12 3,21 24,96 46,05 24 40,00 16,32 2,41 36 34,90 51,56 43,83 48 101,22 83,45 100,95 60 134,95 79,49 103,24 72 247,11 115,23 149,72 (a) Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 2,59 2,59 2,59 12 29,26 15,17 9,34 24 30,39 12,33 12,21 36 49,45 20,44 72,18 48 35,58 32,18 45,15 (b) Sơ đồ Hạn BMJ KF KFMX 0 8,28 8,28 12,88 6 27,30 30,25 0,14 12 4,54 16,02 5,89 18 7,56 3,34 0,40 24 33,66 30,41 66,78 (c) Bảng 3.8 Sai số trung bình MCTE (km) của các ph−ơng án thử nghiệm a) Hạn 72 giờ, b) Hạn 48 giờ, c) Hạn 24giờ + Hạn dự báo 48 giờ: (Hình 3.14 b) Dự báo của sơ đồ KF cho giá trị sai số MCTE âm, sơ đồ này dự báo quĩ đạo lệch trái so với quĩ đạo thực. Dự báo của sơ đồ BMJ có giá trị MCTE âm trừ giờ dự báo 36. Dự báo của sơ đồ KFMX có giá trị MCTE d−ơng ở giờ dự báo 12 và 36. 59 +Hạn dự báo 24 giờ: (Hình 3.14 c) Dự báo của các sơ đồ có sai số chênh lệch ít cho đến giờ dự báo 18, ở giờ dự báo 24, dự báo của sơ đồ KFMX có sai số MCTE khá cao ( 66,78 km). Nh− vậy, khi bão xa bờ (cách thời điểm bão đổ bộ 72 giờ) các sơ đồ đều dự báo bão di chuyển lệch phải so với quĩ đạo thực (Sai số MCTE có giá trị d−ơng). Khi bão gần bờ (cách thời điểm bão đổ bộ 24 giờ), tại giờ đầu tiên các sơ đồ đều dự báo bão di chuyển lệch phải so với quĩ đạo thực, nh−ng ở giờ dự báo 24 các sơ đồ đều dự báo bão di chuyển lệch trái so với quĩ đạo thực. 3.2. Đánh giá kết quả dự báo vị trí đổ bộ của bão 3.2.1. Định nghĩa vị trí đổ bộ của bão Theo qui chế báo bão, lũ và thông t− của Việt Nam do Tổng cục khí t−ợng thủy văn xuất bản tháng 101998: bão đổ bộ là khi tâm bão vào đất liền. 3.2.2 Ph−ơng pháp xác định vị trí đổ bộ của bão Danh sách các cơn bão tiến hành thử nghiệm đ−ợc đ−a ra trong Bảng 2.1. + Tr−ờng hợp 1: Bão đổ bộ vào những obs quan trắc 00Z 72Z, với khoảng cách 6 giờ) xác định vị trí bão đổ bộ bằng ph−ơng pháp Downhill đã nêu ở mục 2.7.4. Ví dụ nh− Hình 3.16 với đ−ờng màu đỏ là quĩ đạo bão thực, tr−ờng hợp này bão đổ bộ vào đúng giờ 72. 60 Hình 3.16 Quĩ đạo dự báo 72 giờ của bão Kaitak bằng mô hình ETA với các sơ đồ dối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là ngày 30102005 obs 00Z). + Tr−ờng hợp 2: Bão đổ bộ ở những giờ giữa ốp quan trắc. Ví dụ minh hoạ cho tr−ờng hợp này là Hình 3.16: Quĩ đạo dự báo 24 giờ của bão Damrey bằng mô hình ETA với các sơ đồ dối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là ngày 26092005 obs 06Z). 61 Hình 3.17 Quĩ đạo dự báo 24 giờ của bão Damrey bằng mô hình ETA với các sơ đồ dối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là ngày 26092005 obs 06Z). Với tr−ờng hợp này, chúng tôi tiến hành nh− sau: Gọi vị trí tâm bão tr−ớc khi đổ bộ là điểm A (kinh độ x1, vĩ độ y1). Ví trí tâm bão sau khi đổ bộ là điểm B (kinh độ x2, vĩ độ y2). Khoảng cách giờ giữa hai vị trí tâm bão là 6 giờ. Độ lệch theo ph−ơng ngang là 11012 xxx −=∆ (đổi từ độ sang km). Độ lệch theo ph−ơng dọc là 11012 yyy −=∆ (đổi từ độ sang km). Vận tốc trung bình theo ph−ơng ngang là 6xvx ∆= . Vận tốc trung bình theo ph−ơng dọc 6yvy ∆= . Sau khoảng thời gian 15=∆t phút, ta có : Quãng đ−ờng di chuyển theo ph−ơng ngang sx=vx0.25110 (đổi từ km sang độ). Quãng đ−ờng di chuyển theo ph−ơng dọc sy=vy0.25110 (đổi từ km sang độ). 62 Gọi điểm C là vị trí mới của điểm A. Điểm C có vị trí là xsxx ±= 13 ; ysxy ±= 13 (Dấu cộng trừ tuỳ theo vị trí mới của cơn bão ở phía bên phải hay bên trái, hay ở bên trên hay bên d−ới so với vị trí cũ). Gọi độ cao địa hình của điểm C là h. Nếu h0, điểm C ở trên đất liền, chính là vị trí tâm bão đổ bộ. + Tr−ờng hợp 3: Bão quan trắc dổ bộ vào đất liền nh−ng mô hình dự báo bão ch−a đổ bộ. (Hình 3.18). Hình 3.18 Quĩ đạo dự báo 48 giờ của bão Ketsana bằng mô hình ETA với các sơ đồ đối l−u (Thời điểm tiến hành dự báo là ngày 27092009 obs 12Z) Với tr−ờng hợp này, gọi vị trí tâm bão tại giờ dự báo cuối cùng của các hạn dự báo là A (x1,y1). A có độ cao địa hình là h. Nếu h