Luận Văn Đồng hóa số liệu bằng phương pháp biến phân bốn chiều trong dự báo thời tiết bằng phương pháp số trị

TÓM TẮT: Đồng hóa số liệu trong dự báo thời tiết bằng phương pháp số trị là một quy
trình phức tạp và ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dự báo. Trong quy trình này các số liệu
quan trắc được kết hợp với kết quả dự báo ngắn hạn trước đây của mô hình để tạo ra điều
kiện ban đầu cho một phiên dự báo mới.
Bài báo giới thiệu: kỹ thuật đồng hóa biến phân bốn chiều (4D-Var), là phương pháp
đồng hóa số liệu tiên tiến nhất hiện nay; xem xét khả năng áp dụng đồng hóa số liệu trong dự
báo thời tiết bằng các mô hình số trị và hướng phát triển trong tương lai của kỹ thuật này ở
Việt Nam.
Từ khóa: Đồng hóa biến phân bốn chiều, dự báo thời tiết bằng số toán.
1.GIỚI THIỆU
Đối với dự báo thời tiết bằng phương pháp số trị thì độ chính xác của số liệu đầu vào là rất
quan trọng (giả sử mô hình là hoàn hảo). Vì vậy, nếu chúng ta có số liệu đầu vào tốt thì sẽ cho
kết quả dự báo tốt và ngược lại. Để cải thiện độ chính xác của số liệu đầu vào người ta dùng
các kỹ thuật đồng hóa số liệu (data assimilation). Đồng hóa số liệu trong dự báo thời tiết bằng
phương pháp số trị là một quy trình hết sức phức tạp và đòi hỏi khả năng tính toán cao. Trong
quá trình đó, các số liệu thu được từ quan trắc và các số liệu có được từ kết quả dự báo ngắn
trước đó bằng mô hình sẽ được kết hợp lại với nhau (nhưng vẫn thỏa mãn các ràng buộc về
động lực) để tìm ra được kết quả tốt nhất làm điều kiện ban đầu cho một dự báo mới. Hiện
nay, kỹ thuật đồng hóa biến phân bốn chiều, thường được viết tắt là 4D-Var (Four
Dimensional VARiational data assimilation), là kỹ thuật đồng hóa tiên tiến và phức tạp nhất.
Tuy nhiên, để áp dụng 4D-Var trong thực tế thì các cơ quan khí tượng cần có hệ thống máy
tính rất mạnh. Vì vậy, hiện tại chỉ có một số trung tâm phát triển mạnh về dự báo số trị trên thế
giới như Trung tâm dự báo hạn vừa của Châu Âu (ECMWF - European Centre for Mediumrange
Weather Forecasts), Cơ quan Khí tượng của Nhật, Cơ quan Khí tượng của Pháp (Météo-
France) mới có đủ khả năng sử dụng 4D-Var cho mô hình toàn cầu.
Bài báo này giới thiệu kỹ thuật 4D-Var đang được thực hiện ở ECMWF, đồng thời cũng
đề cập đến mức độ phát triển của đồng hóa số liệu trong hệ thống dự báo thời tiết ở nước ta
hiện nay.