Thạc Sĩ Mô hình wrf và quy trình đồng hóa số liệu xoáy giả phục vụ dự báo bão

Mở đầu
Bão là một hiện tượng thời tiết phức tạp bao gồm nhiều quá trình từ qui mô
synop đến qui mô nhỏ tương tác với nhau. Mặc dù bão đã được quan tâm nghiên cứu
từ nhiều thập kỷ, nhưng cho đến nay chưa có một lý thuyết đầy đủ về các cơ chế
trong bão. Vì thế, bão và dự báo bão vẫn còn là một bài toán lớn thu hút sự chú ý
của nhiều nhà khoa học. Những khía cạnh của bài toán dự báo bão bao gồm: dự báo
quỹ đạo, dự báo sự thay đổi cường độ, thời gian tồn tại của hoàn lưu sau khi bão đổ
bộ, quá trình và khả năng mưa của vùng bên ngoài và lõi bên trong, dự báo thay đổi
cấu trúc trong đó dự báo vị trí và thời điểm đổ bộ của các cơn bão là bài toán có ý
nghĩa cả về khoa học và thực tiễn đối với những người nghiên cứu và những người
làm 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 bão tuy nhiên
những thành tựu thu được mới chỉ ở mức khởi đầu. Do mạng lưới quan trắc trên
vùng biển nhiệt đới rất thưa thớt và do chính cấu trúc toán lý, cũng như độ phân giải
rất thô, nên trong các mô hình toàn cầu tâm xoáy bão ban đầu thường được bị sai
lệch vị trí và có cường độ yếu hơn so với xoáy bão thực. Để khắc phục hạn chế này
người ta sử dụng phương pháp ban đầu hóa xoáy giả, tức là thay thế xoáy phân tích
không chính xác trong trường ban đầu bằng một xoáy nhân tạo mới sao cho có thể
mô tả gần đúng nhất với xoáy bão thực về cấu trúc, vị trí và cường độ. Xoáy giả có
thể được cài trực tiếp vào môi trường một cách hài hòa sao cho không có sự bất liên
tục giữa trường xoáy và trường môi trường. Quá trình này cũng có thể được thực
hiện bằng phương pháp đồng hóa số liệu, qua đó một số thành phần của xoáy nhân
tạo được đưa vào sơ đồ đồng hóa số liệu dưới dạng các quan trắc giả.
Trên thế giới cũng đã có nhiều tác giả nghiên cứu về bài toán ban đầu hóa bằng
phương pháp đồng hóa số liệu cho các mô hình số và đạt được những kết quả khả
quan trong bài toán dự báo quỹ đạo và cường độ bão. ở Việt Nam, đồng hóa só liệu
xoáy giả vẫn còn là vấn đề mới mẻ chưa có nhiều tác giả nghiên cứu. Chính vì vậy
trong luận văn này, tôi sẽ tiến hành tìm hiểu và áp dụng phương pháp đồng hóa số
2
liệu xoáy giả đối với mô hình WRF, với mong muốn nâng cao hơn chất lượng dự
báo bão của mô hình WRF, đặc biệt là những cơn bão đổ bộ.
Bố cục luận văn gồm các phần:
Chương 1: Tổng quan về bão đổ bộ và đồng hóa số liệu xoáy giả.
Chương 2: Mô hình WRF và quy trình đồng hóa số liệu xoáy giả phục vụ dự
báo bão.
Chương 3: Đánh giá kết quả dự báo bão đổ bộ của mô hình WRF.
Kết luận.

Mục lục
Mở đầu 1
CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về BãO Đổ Bộ Và ĐồNG HóA Số LIệU XOáY GIả 3
1.1. Tổng quan về bão đổ bộ . 3
1.1.1. Các nghiên cứu về bão đổ bộ 3
1.1.2. Sai số bão đổ bộ . 7
1.2 Tổng quan về đồng hóa số liệu xoáy giả. . 8
1.3 Các mô hình dự báo bão trong và ngoài nước 12
CHƯƠNG 2: MÔ HìNH WRF Và QUY TRìNH ĐồNG HóA Số LIệU XOáY GIả
phục vụ dự báo bão 16
2.1. Mô hình WRF sử dụng trong dự báo bão 16
2.1.1. Hệ tọa độ thẳng đứng và các biến thông lượng . 17
2.1.2. Hệ phương trình cơ bản . 17
2.1.3. Tham số hóa vật lý 21
2.1.4. Cấu hình miền tính và nguồn số liệu 22
2.2.Mô hình xây dựng xoáy giả 23
2.2.1. Cơ sở lý thuyết 23
2.2.2. Xây dựng xoáy giả 26
2.3. Đồng hóa số liệu trường cài xoáy giả trong mô hình WRF 27
2.4. Chỉ tiêu đánh giá 32
CHƯƠNG 3: ĐáNH GIá KếT QUả Dự BáO BãO Đổ Bộ .34
CủA MÔ HìNH WRF .34
3.1. Tập số liệu nghiên cứu . 34
3.2. Đánh giá vai trò của đồng hóa số liệu trường cài xoáy giả trong dự báo bão
bằng mô hình WRF. . 38
3.2.1. Lựa chọn yếu tố cấu thành xoáy giả trong đồng hóa số liệu trường cài
xoáy giả . 38
3.2.2. Vai trò của đồng hóa số liệu xoáy giả đối với lựa chọn TH2 . 44
3.3 Đánh giá kết quả trên bộ mẫu số liệu các cơn bão đổ bộ được lựa chọn . 57
3.3.1. Đánh giá về quỹ đạo . 57
3.3.2. Đánh giá về cường độ . 60
3.4 Đánh giá vị trí và thời điểm đổ bộ 61
3.4.1. Phương pháp xác định vị trí và thời điểm đổ bộ . 61
3.4.2. Đánh giá kết quả . 63
3.4.2.1. Đánh giá kết quả dự báo vị trí đổ bộ 64
3.4.2.2. Đánh giá kết quả dự báo xu hướng đổ bộ 71
Kết luận 80
Tài liệu tham khảo 83