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

MỞ ĐẦU
Bão từ lâu đã là nỗi khiếp sợ đối với người dân vùng biển cũng như các ngư dân
trên biển, và đặc biệt là các chiến sỹ Hải quân thường xuyên phải hoạt động trên biển
vì mức độ nguy hiểm của bão cũng như sức mạnh và qui mô của nó. Mặc dù, bão đã
được quan tâm nghiên cứu từ nhiều thập kỷ qua, nhưng cho đến nay vẫn chưa có một
lý thuyết đầy đủ về các cơ chế chuyển động của bão. Thêm vào đó, dưới tác động của
biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay thì cường độ bão mạnh và phạm vi ảnh hưởng của
bão đều có xu hướng tăng, đặc biệt là các cơn bão có quỹ đạo phức tạp cũng tăng lên
gây nhiều khó khăn cho công tác dự báo. Vì thế, dự báo bão nói chung, dự báo quỹ đạo
bão nói riêng luôn là đề tài được rất nhiều nhà dự báo và nghiên cứu khí tượng quan
tâm.
Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà khí tượng đã có rất nhiều nghiên cứu về bão
dựa trên việc quan trắc thực nhiệm, nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô hình số và đã
có những hiểu biết đầy đủ hơn về bão, dẫn tới những cải thiện đáng kể trong công tác
dự báo. Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nhiều mô
hình số khu vực đã được đưa vào nghiên cứu, thử nghiệm dự báo và bước đầu đã thu
được một số kết quả nhất định góp phần quan trọng trong công tác dự báo thời tiết, đặc
biệt là dự báo bão với độ chính xác được nâng lên rõ rệt. Một số mô hình số hiện đại có
hỗ trợ nhiều ‘module’ cho các mục đích như cài xoáy giả, cập nhật số liệu địa phương,
đồng hóa số liệu, tăng độ phân giải, nhằm cải thiện sai số dự báo. WRF là một hệ
thống bao gồm nhiều module khác nhau, linh hoạt và tối ưu cho cả mục đích nghiên
cứu cũng như chạy nghiệp vụ. Ngoài ra, mô hình còn thường xuyên được cập nhật các
phiên bản mới và có mã nguồn mở để người sử dụng, cũng như các nhà nghiên cứu có
thể đưa thêm vào mô hình các sơ đồ tham số hóa vật lý khác nhau, điều kiện biên di
động, hệ thống đồng hóa số liệu 3DVAR, hệ thống ban đầu hóa xoáy giả, và cấu hình
miền lưới lồng ghép. Trong luận văn này, với mục đích khảo sát, đánh giá ảnh hưởng
Page 2
của độ phân giải trong mô hình WRF đến kết quả dự báo quỹ đạo bão trên biển Đông.
Tôi đã lựa chọn cài đặt lưới lồng trong mô hình WRF với một miền thô có độ phân giải
ngang 27km và một miền lồng nằm bên trong có độ phân giải ngang 9km. Việc tăng độ
phân giải của mô hình WRF trong miền lồng với hy vọng mô hình có khả năng mô
phỏng tốt hơn các quá trình vật lý có quy mô nhỏ mà với độ phân giải thô hơn khó có
thể mô phỏng hết được. Nội dung của luận văn gồm các phần:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về bão nhiệt đới và vai trò của độ phân giải trong các mô
hình số dự báo quỹ đạo bão.
Trong phần này, tôi trình bày khái quát một số đặc trưng về bão nhiệt đới và
nghiên cứu gần đây về dự báo quỹ đạo bão của các mô hình số. Đưa ra một số nghiên
cứu tiêu biểu về vai trò của độ phân giải trong các mô hình số dự báo quỹ đạo bão.
Chương 2: Mô hình WRF và áp dụng để dự báo quỹ đạo bão.
Trong phần này, tôi trình bày các đặc trưng cơ bản của mô hình WRF. Thiết lập
cấu hình lưới lồng để thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự
báo quỹ đạo bão, đưa ra các công cụ hỗ trợ xử lý kết quả dự báo của mô hình.
Chương 3: Phân tích và đánh giá vai trò của độ phân giải đến kết quả dự báo
quỹ đạo bão trên biển Đông.
Trong phần này, tôi trình bày các kết quả nghiên cứu thu được, phân tích hình
thế synốp của một số cơn bão điển hình, và chỉ ra khả năng dự báo bão của mô hình
WRF. So sánh và đánh giá sai số dự báo quỹ đạo bão khi có sử dụng lưới lồng và khi
không sử dụng lưới lồng.
Kết luận
Tài liệu tham khảo

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1 . 3
TỔNG QUAN VỀ BÃO NHIỆT ĐỚI VÀ VAI TRÒ CỦA ĐỘ PHÂN GIẢI TRONG CÁC
MÔ HÌNH SỐ DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO . 3
1.1. Bão và dự báo quỹ đạo bão 3
1.1.1. Một số khái niệm và đặc trưng cơ bản về bão 3
1.1.2. Dự báo quỹ đạo bão bằng các mô hình số . 7
1.1.3. Ứng dụng mô hình số dự báo quỹ đạo bão .10
1.2. Vai trò của độ phân giải trong các mô hình số dự báo quỹ đạo bão . 7
CHƯƠNG 2 22
MÔ HÌNH WRF VÀ ỨNG DỤNG TRONG DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO 29
2.1. Mô hình WRF trong nghiên cứu và dự báo thời tiết .29
2.1.1. Hệ tọa độ thẳng đứng và các biến thông lượng 31
2.1.2. Sơ đồ tích phân theo thời gian 32
2.1.3. Tham số hóa vật lý .32
2.1.4. Lưới lồng .36
2.2. Áp dụng mô hình WRF trong dự báo quỹ đạo bão 41
2.2.1. Cấu hình miền tính và nguồn số liệu .41
2.2.2. Lựa chọn cấu hình cho WRF để dự báo quỹ đạo bão 42
2.2.3. Hiển thị trường kết quả mô phỏng 43
2.2.4. Xác định tâm bão .43
2.2.5. Chỉ tiêu đánh giá 44
CHƯƠNG 3 31
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA ĐỘ PHÂN GIẢI ĐẾN KẾT QUẢ DỰ BÁO
QUỸ ĐẠO BÃO TRÊN BIỂN ĐÔNG 46
3.1. Phương án thử nghiệm ảnh hưởng của độ phân giải trong mô hình WRF đến kết quả dự
báo quỹ đạo bão .46
3.1.1. Tập số liệu nghiên cứu .46
3.1.2. Các trường hợp thử nghiệm .47
3.2. Đánh giá ảnhh hưởng của độ phân giải đến kết quả dự báo quỹ đạo bão 48
3.2.1. Đánh giá trên một số cơn bão điển hình .48
3.2.2. Đánh giá các cơn bão mạnh và các cơn bão yếu tại thời điểm dự báo 62
3.2.3. Đánh giá các cơn bão theo thời gian hoạt động .67
3.2.4. Đánh giá trên toàn bộ tập mẫu lựa chọn 71
3.3. Sai số hệ thống 74
KẾT LUẬN .76
TÀI LIỆU THAM KHẢO .78