Luận văn Mô hình dự báo thời tiết quy mô vừa RAMS và áp dụng dự báo quỹ đạo bão trên biển đông

hành đề tài nghiên cứu cấp nhà nước “Xây dựng mô hình dự báo các trường Khí tượng Thủy văn biển Đông Việt Nam”. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra kỹ năng dự báo ưu việt của mô hình RAMS đối với các trường khí tượng trên lãnh thổ Việt Nam. Ngoài việc có thể cập nhật tự động số liệu 7 giờ một lần trong ngày để dự báo thời tiết tại các tỉnh, thành trong cả nước, mô hình RAMS còn có thể dự báo thời tiết cho từng khu vực nhỏ, chẳng hạn như dự báo thời tiết cho sân vận động quốc gia Mỹ Đình trong thời 27 gian diễn ra SEAGAMES 22 hoặc có thể dự báo cho từng quận trong nội thành Hà Nội. Thử nghiệm với những trường hợp thời tiết bất thường như đợt mưa lũ lớn ở Nghệ An - Hà Tĩnh trong năm 2002, mô hình cũng đã mô phỏng được ... Trong nghiên cứu dự báo bão, mô hình RAMS cũng cho kết quả khả quan. Nó có thể mô phỏng được xu hướng di chuyển của ngay cả những cơn bão có sự đổi hướng đột ngột như bão Chan chu năm 2006. Tuy nhiên vì thiếu số liệu quan trắc trên biển nên sự sai lệch về vị trí và cường độ bão ngay trong trường phân tích toàn cầu ban đầu đã làm gia tăng sai số trong dự báo của RAMS. 2.1.1. Các phương trình cơ bản của RAMS Các phương trình cơ bản của RAMS là các phương trình nguyên thủy thủy tĩnh hoặc không thủy tĩnh được lấy trung bình Reynolds. Tất cả các biến, ngoại trừ một số kí hiệu khác, đều là các đại lượng được lấy trung bình trong một thể tích ô lưới và do đó kí hiệu gạch ngang chỉ giá trị trung bình được bỏ qua. Phép biến đổi tọa độ của lưới ngang và thẳng đứng được bỏ qua trong phần này. Các biến đổi này sẽ được trình bày trong phần sau. Các kí hiệu được trình bày trong Bảng 2.1. Các phương trình chuyển động:                          z uK zy uK yx uK x fv xz uw y uv x uu t u mmm ' (2.1)                          z vK zy vK yx vK x fu xz vw y vv x vu t v mmm ' (2.2)                          z wK zy wK yx wK x g xz ww y wv x wu t w mmm o v   '' (2.3) Phương trình nhiệt động lực: 28 rad ilil h il h il h ilililil tz K zy K yx K xz w y v x u t                              (2.4) Phương trình liên tục đối với tỷ hỗn hợp của các thực thể nước:                         z rK zy rK yx rK xz rw y rv x ru t r n h n h n h nnnn (2.5) Phương trình liên tục khối lượng:          z w y v x u c R t oooooo oov o    ' (2.6) Lựa chọn thủy tĩnh của RAMS sẽ thay thế phương trình chuyển động thẳng đứng và phương trình liên tục khối lượng bằng phương trình thủy tĩnh như sau:  vT v rrgg z      (2.7) 0u v w x y z          (2.8) Bảng 2.1. Các kí hiệu chính được sử dụng trong mô hình Kí hiệu Định nghĩa U Thành phần gió theo hướng đông-tây V Thành phần gió theo hướng bắc-nam W Thành phần gió thẳng đứng F Tham số coriolis Km Hệ số nhớt rối động lượng Kh Hệ số nhớt rối nhiệt và ẩm il Nhiệt độ thế vị của nước lỏng-băng rn Tỷ hỗn hợp của nước tổng cộng, mưa, tinh thể băng, và tuyết  Mật độ Con Chỉ số kí hiệu khuynh hướng do tham số hoá đối lưu 29 Rad Chỉ số kí hiệu khuynh hướng do tham số hoá bức xạ Res Chỉ số kí hiệu khuynh hướng do tham số hoá các quá trình vật lý vi mô qui mô dưới lưới G Trọng lực rt Tỷ hỗn hợp của nước tổng cộng rv Tỷ hỗn hợp của hơi nước  Hàm Exner tổng cộng ' Hàm Exner nhiễu v Nhiệt độ thế vị ảo P Khí áp 2.1.2. Cấu trúc lưới 2.1.2.1. Lưới lồng Lưới lồng được sử dụng trong RAMS là lưới C dạng chuẩn (Mesinger và Arakawa, 1976) [57]. Tất cả các biến ẩm và nhiệt động lực được xác định tại cùng một điểm với các thành phần vận tốc u, v, còn w được xác định so le ở bước lưới 1/2x, 1/2y, và 1/2z tương ứng. 2.1.2.2. Phép chiếu bản đồ Lưới ngang sử dụng phép chiếu cực quay ba chiều, trong đó cực của phép chiếu được quay tới khu vực gần tâm của miền tính, do vậy làm giảm thiểu sự biến dạng của phép chiếu ở các khu vực chính cần quan tâm. Các tham số bản đồ phù hợp được sử dụng trong tất cả các số hạng đạo hàm theo phương ngang. 2.1.2.3. Hệ toạ độ địa hình Cấu trúc thẳng đứng của lưới sử dụng hệ tọa độ địa hình z (Gal-Chen và Somerville, 1975; Clark, 1977; Tripoli và Cotton, 1982) [83]. Đây là hệ tọa độ địa hình trong đó mực tại đỉnh của mô hình gần như phẳng còn các mực 30 dưới sẽ có dạng theo địa hình. Các toạ độ trong hệ này được xác định như sau:         g g zH zz Hz yy xx * * * (2.9) trong đó H là độ cao đỉnh lưới và zg là độ cao địa hình địa phương, là hàm của x và y. 2.1.2.4. Các mực thẳng đứng Việc sử dụng lưới thẳng đứng có khoảng cách biến đổi làm tăng độ phân giải ở gần mặt đất, nó giúp tránh được tỷ số giãn lưới jR~ lớn giữa các mực kề nhau trong đó jR~ được xác định đối với mực j bất kỳ như sau:    1~ ~ ~   j j j Z Z R (2.10) là tỷ số giữa bề dày lớp trên và lớp dưới và   jjj ZZZ ~~~ 1   (2.14) là bề dày lớp được xác định bằng hiệu độ cao của hai mực. Do vậy thông thường ta lấy một giá trị jR~ khá nhỏ cố định trên một số mực sao cho lưới biến đổi dạng hình học từ giá trị jZ~ nhỏ gần bề mặt tới giá trị lớn hơn ở trên cao. 2.1.3. Sai phân thời gian RAMS có nhiều cách lựa chọn đối với các sơ đồ sai phân thời gian cơ bản. Đối với mô hình không thủy tĩnh, người dùng có thể lựa chọn sơ đồ sai phân bậc nhất tiến-lùi, sơ đồ Leapfrog (Tripoli và Cotton, 1982) hoặc sơ đồ lai trong đó bao gồm sai phân thời gian tiến đối với các biến nhiệt động lực và 31 sai phân leapfrog đối với các thành phận vận tốc và áp suất. Mô hình thủy tĩnh sử dụng sơ đồ tiến-lùi. Tất cả các lựa chọn ở trên được tính toán bằng sơ đồ sai phân "tách thời gian" (Tripoli và Cotton, 1982; Tremback và các ĐTG, 1985) [80] tương tự như sơ đồ tách thời gian của Klemp và Wilhelmson (1978) [48] và sơ đồ tách hiện của Gadd (1978). ý tưởng cơ bản đằng sau các sơ đồ là chia bước thời gian thành các bước thời gian nhỏ hơn đối với các số hạng trong phương trình có khả năng tạo ra sự lan truyền của các mode sóng nhanh. Trong mô hình không thủy tĩnh, các mode này là sóng âm và sóng trọng trường trong khi trong mô hình thủy tĩnh các mode này là sóng trọng trường ngoại và sóng Lamb. 2.1.3.1. Trường hợp không thủy tĩnh Sơ đồ sai phân thời gian có thể được mô tả đơn giản như dưới đây đối với hệ phương trình hai chiều, khô, nhớt và tựa Boussinesq trong đó phép biến đổi hệ toạ độ theo phương thẳng đứng và phương ngang được bỏ qua. Đối với trường hợp không thủy tĩnh, các phương trình cơ bản có dạng sau: uo Ffvz uw x uu xt u      ' (2.15) w o o Fgz ww x wu xt w           '' (2.16)   F z w x u t     (2.17)        z w x uc t oooo oo    2 2' (2.18) trong đó c là tốc độ âm. 2.1.3.1. Trường hợp không thủy tĩnh 32 Đối với việc lựa chọn điều kiện thuỷ tĩnh, các sơ đồ sai phân thời gian có thể được biểu diễn đối với một hệ phương trình đơn giản hai chiều, khô, không nhớt như sau: fv z uw x uuF F xt u u u        (2.19) x uF F z w t          (2.20) 0   z w t u  (2.21)   g z   (2.22) 2.1.4. Bình lưu RAMS sử dụng hai dạng sơ đồ bình lưu cho việc lựa chọn phép sai phân thời gian trong quá trình mô phỏng của mô hình, đó là sơ đồ dạng Leapfrog chuẩn và sơ đồ tiến ngược dòng (Tremback và các ĐTG, 1987) [81]. Sơ đồ Leapfrog được sử dụng đối với tất cả các biến trong quá trình lựa chọn sai phân thời gian Leapfrog và đối với các thành phần vận tốc trong quá trình lựa chọn sai phân thời gian lai. Các sơ đồ bình lưu được biểu diễn dưới dạng thông lượng để bảo toàn khối lượng và động lượng. Xét theo hướng x, các số hạng bình lưu trong phương trình (2.1)-(2.4) có thể được viết lại với giả thiết bước lưới không đổi và bỏ qua địa hình và sự chuyển đổi sang toạ độ cầu, có dạng như sau:           2/12/12/12/11 1       jjjjj j uuFF x x u x u x u    (2.23) 33 Trong đó u là thành gió theo hướng x,  là mật độ không khí,  là các biến được vận chuyển bình lưu. Chỉ số j chỉ điểm lưới xem xét. 2.1.4.1. Bình lưu Leapfrog Các thông lượng bình lưu Leapfrog được sai phân trung tâm theo không gian và thời gian với sơ đồ bình lưu Leapfrog bậc hai hoặc bậc bốn. Biểu thức của các thông lượng F này có dạng: Thông lượng Leapfrog bậc 2:   2/12/1   jj uF  (2.24) Thông lượng Leapfrog bậc 4:      2112/12/1 12 1 12 7 12 7 12 1 jjjjjj uF  (2.25) 2.1.4.2. Bình lưu tiến Các thông lượng bình lưu tiến được tính theo sơ đồ bình lưu tiến ngược dòng bậc hai hoặc bậc sáu, sơ đồ này là do Tremback (1987) xây dựng và thử nghiệm. Các sơ đồ này thuộc cùng một họ sơ đồ giống như sơ đồ tiến ngược dòng bậc nhất cổ điển và sơ đồ bậc hai được sử dụng nhiều hơn của Crowley (1968). Như đã được Tremback và các ĐTG mô tả chi tiết năm 1987, hai dạng khác nhau của sơ đồ thông lượng được xây dựng. Dạng thứ nhất dựa theo phương pháp của Crowley (1968), dạng xấp xỉ đa thức đối với trường được bình lưu sau đó tích phân hàm này. Tuy nhiên đối với các sơ đồ bậc ba hoặc cao hơn sơ đồ dạng này không trở lại dạng bình lưu khi bước lưới và vận tốc bình lưu không đổi. Dạng sơ đồ thứ hai được mô tả bởi Bott (1989) cũng thực hiện yêu cầu này. Dạng thứ hai chính xác hơn so với dạng thứ nhất nhưng nó đòi hỏi bước lưới là hằng số. Do vậy, dạng thứ nhất được gọi là dạng thông lượng tích phân, dùng trong phương thẳng đứng nơi mà bước lưới được kéo giãn để làm tăng độ phân giải ở các độ cao gần mặt đất. Dạng thứ 34 hai được dùng trong phương ngang nơi bước lưới là hằng số theo một hướng bất kỳ. Các thông lượng bình lưu tiến này có thể được biểu diễn như sau (trong đó  = ut/x): Thông lượng bậc hai )( 2 )( 2 1 2 12/1    jjjjj x tF  (2.26) Các thông lượng tích phân bậc sáu    )325150253(256 321122/1 jjjjjjj x tF  +   )9125225022501259(3840 32112 2 jjjjjj  +   )5393434395(288 32112 3 jjjjjj  +   )13343413(192 32112 4 jjjjjj  +   )3223(240 32112 5 jjjjjj  + )510105( 720 32112 6   jjjjjj  (2.27) Các thông lượng với bước lưới không đổi bậc sáu    )837378(60 321122/1 jjjjjjj x tF    )225245245252(360 32112 2 jjjjjj    )7667(48 32112 3 jjjjjj    )11282811(144 32112 4 jjjjjj  35   )3223(240 32112 5 jjjjjj    )510105(720 32112 6 jjjjjj  (2.28) 2.1.5. Các điều kiện biên 2.1.5.1. Điều kiện biên xung quanh RAMS bao gồm vài lựa chọn cho dạng đặc trưng của các điều kiện biên xung quanh. Dạng tổng quát với lưới so le C được sử dụng trong RAMS là điều kiện phát xạ cơ bản (Sommerfeld):   x ucu t u    (2.29) trong đó u là thành phần gió vuông góc với biên. Vấn đề là sau đó xác định dạng của c, là vận tốc pha. Các lựa chọn tồn tại trong RAMS theo sơ đồ Orlanski (1976), là sơ đồ cải tiến của Klemp và Lilly (1978) [48] (Durran, 1981) [46] và sơ đồ Klemp và Wilhelmson (1977) [47]. Orlanski (1976) tính c theo công thức:          x u t uc (2.30) Sơ đồ Klemp và Lilly (1978) tính trung bình vận tốc pha của Orlanski theo trục thẳng đứng, sau đó áp dụng vận tốc trung bình cho toàn bộ cột khí quyển thẳng đứng. Sơ đồ Klemp và Wilhelmson (1978) đơn giản chỉ rõ giá trị hằng số như là vận tốc pha của sóng trọng trường điển hình, cỡ 10-30 m/s. Điều kiện biên phát xạ chỉ áp dụng cho các thành phần vận tốc vuông góc. Vì lưới so le các biến khác được xác định lệch ra ngoài 1/2x so với thành phần vận tốc vuông góc. Các biến này cũng phải được xác định bằng một phương pháp nào đó. Trong RAMS, các lựa chọn tồn tại đối với điều kiện gradien bằng 0, các điều kiện dòng thổi vào và/hay dòng thổi ra là hằng số, hoặc các điều kiện dòng thổi ra phát xạ. 36 2.1.5.2. Điều kiện biên thẳng đứng Đối với các điều kiện biên dưới tại bề mặt, các dòng thông lượng ở lớp bề mặt cung cấp thông tin về sự trao đổi chủ yếu giữa khí quyển và bề mặt. Tuy nhiên, để thuận tiện hơn đối với mục đích số sẽ định nghĩa các giá trị biến tại một mực ảo 1/2 z nằm dưới bề mặt. Đối với các điều kiện biên trên, có một số lựa chọn phụ thuộc vào dạng mô phỏng và ý đồ mô phỏng. Đối với hệ phương trình không thuỷ tĩnh, có hai lựa chọn cho việc xác định thành phần vận tốc vuông góc đến đỉnh của miền tính. Hoặc sử dụng điều kiện biên vách đơn giản (w = 0) hay áp dụng điều kiện biên phát xạ sóng trọng trường của Klemp và Durran (1983). Điều kiện Klemp-Durran được suy diễn cho sóng trọng trường tuyến tính, dừng, và thuỷ tĩnh, cho thấy khả năng ứng dụng tốt trong một số trường hợp, đặc biệt khi RAMS được ban đầu hoá với điều kiện đồng nhất ngang và dòng bị cưỡng bức bởi điạ hình. Kinh nghiệm cho thấy có một số tình huống kém thành công hơn với các trường hợp mà ở đó dòng thể hiện tính không dừng mạnh (ví dụ trong trường hợp đối lưu sâu). Điều kiện này không thích hợp với ban đầu hoá không đồng nhất, vì điều kiện này giả thiết là tất cả các chuyển động thẳng đứng tại đỉnh mô hình là kết quả của sự lan truyền sóng trọng trường thẳng đứng. Do đó, để có thể kết hợp cả điều kiện vách lẫn điều kiện Klemp- Durran, một lớp hấp thụ có thể được sử dụng mở rộng từ đỉnh của miền tính cần quan tâm đến đỉnh của mô hình. Trong trường hợp đồng nhất ngang, lớp này là một lớp ma sát Rayleigh đơn giản ở đó một số hạng mở rộng được thêm vào phương trình dự báo cơ bản:     0  t (2.31) 37 trong đó  tương ứng với các biến dự báo u, v, w, và , o là các giá trị ban đầu của các biến trên,  là qui mô thời gian được xác định là một hàm tuyến tính theo độ cao, biến đổi từ giá trị vô cùng tại đáy của lớp hấp thụ tới giá trị nhỏ nhất tại đỉnh miền tính của mô hình nó thường được gán giá trị trong khoảng từ 60 đến 300 giây. Đối với các ban đầu hoá không thuỷ tĩnh, điều kiện ép biên tương đương với sơ đồ của Davies (1978) [23] hay sơ đồ ma sát Rayleigh, có thể được sử dụng như là một lớp hấp thụ tại đỉnh mô hình. Tương tự như các điều kiện biên xung quanh, các biến khác được xác định lệch lên trên 1/2 z so với các thành phần vận tốc vuông góc vì lưới so le đã được sử dụng. Các biến này được xác định bằng phép ngoại suy đơn giản. Đối với mô hình thuỷ tĩnh, chiều thẳng đứng được áp dụng khác ít nhiều so với mô hình không thuỷ tĩnh. RAMS bao gồm 2 lựa chọn đối với điều kiện biên của phương trình thuỷ tĩnh. Hoặc áp suất biên tại đỉnh được tính với điều kiện Klemp-Durran đã mô tả ở trên hoặc áp suất tại mặt đất được dự báo theo cách sau. Phương trình thuỷ tĩnh được viết với dạng phi tuyến theo hàm Exner  vT v rrg z   1  pCR p p pC / 00     (2.32) Điều kiện biên đối với phương trình thuỷ tĩnh trong quá trình tích phân mô hình là phương trình dự báo áp suất bề mặt được nhận từ việc thế phương trình thuỷ tĩnh vào phương trình bảo toàn khối lượng nén được          T g z z g dz y v x u gt p 1 (2.33) trong đó zg là độ cao của mặt đất và zT là độ cao của đỉnh mô hình. 38 Điều kiện biên giả thiết là phân kỳ trên đỉnh mô hình là nhỏ được so với phân kỳ trong miền tính. Giả thiết này phù hợp với nhiều mô hình sử dụng trục toạ độ p trong đó đặt áp suất tại đỉnh mô hình là 100mb và định nghĩa /t = 0 tại đỉnh. Cả hai dạng của lớp hấp thụ tại đỉnh đều có sẵn trong mô hình thuỷ tĩnh. 39 2.2 ÁP DỤNG MÔ HÌNH RAMS ĐỂ DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO TRÊN BIỂN ĐÔNG. 2.2.1 Chọn miền tính và cấu hình lưới Để có thể nắm bắt được những cơn bão hình thành từ phía đông Philippin và di chuyển vào Biển Đông, tác giả lựa chọn miền dự báo gồm 161x161 điểm lưới theo phương ngang, với bước lưới là 28km, tạo ra miền tính có kích thước 4508x4508 km2. Tâm miền tính được đặt ở 150N và 1100E. Miền tính này bao phủ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và một phần lục địa Trung Quốc, vừa đảm bảo hạn chế sai số khuếch tán vào tâm miền tính, vừa tính đến ảnh hưởng của hoàn lưu gió mùa đông bắc, xuất phát từ cao áp Syberi và các trung tâm cực đới khác. Biên phía nam của miền tính ở vào khoảng -50S, với mục tiêu mô tả tốt hơn hoàn lưu gió mùa tây nam vào mùa hè, thổi từ nam bán cầu vượt qua xích đạo vào khu vực Đông Nam Á. Hình 2.1. Miền dự báo được lựa chọn trong nghiên cứu - Số mực theo chiều thẳng đứng là 26 mực, trong đó mực đẳng áp trên cùng là 10 mb. - Bước thời gian tích phân được đặt là 60 giây. 2.2.2 Cập nhật số liệu địa phương trong mô hình RAMS 40 Do số liệu của các mô hình toàn cầu có độ phân giải rất thấp nên khi chạy các mô hình khu vực cần phải tiến hành cập nhật số liệu địa phương nhằm mục đích phản ánh tốt hơn trường ban đầu. Nguồn số liệu địa phương dùng trong nghiên cứu này được lấy từ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, bao gồm 4 loại: (1) Số liệu quan trắc khí tượng bề mặt (AAXX). (2) Số liệu khí tượng thu được từ các tàu quan trắc hoặc các trạm phao tự động đặt trên biển (BBXX). (3) Số liệu quan trắc cao không tại các mực đẳng áp chuẩn trong lớp không khí từ mặt đất đến 100mb (TTAA). (4) Số liệu quan trắc nhiệt độ và gió tại các điểm đặc biệt (TTBB). Trong đó, các biến được đưa vào cập nhật là độ cao địa thế vị, hướng gió, tốc độ gió, nhiệt độ và nhiệt độ điểm sương. Hình 2.2 sau đây là bản đồ phân bố các trạm quan trắc bề mặt và các trạm cao không. a b Hình 2.2. Mạng lưới trạm bề mặt (a) và cao không (b) dùng trong thử nghiệm. 41 Cả 4 loại số liệu này sẽ được đưa vào mô-đun Ctdubao để tiến hành giải mã, đồng thời format cho đúng với định dạng số liệu cập nhật địa phương mà RAMS yêu cầu (Raph_2, Tremback, 10/2000). Sản phẩm đầu ra của Ctdubao là hai file: dp-s (số liệu bề mặt), dp-r (số liệu cao không). Đưa vào mô hình RAMS, mô hình sẽ thực hiện cập nhật các thông tin trên. 2.2.3 Đánh giá khả năng dự báo quỹ đạo bão bằng mô hình RAMS cho khu vực Biển Đông. Dựa vào đề tài KC08-05 tác giả đánh giá sai số dự báo cho toàn bộ tập mẫu khoảng 800 trường hợp bão trong các năm 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 đã được mô phỏng theo hai phương án (bảng 2.1). + Chạy mô hình RAMS có cập nhật số liệu địa phương (Rams) + Chạy mô hình RAMS vừa cài xoáy giả, vừa cập nhật số liệu địa phương (RamsBog). Bảng 2.1. Kết quả sai số vị trí dự bão theo 2 phương án Rams và RamsBog HanDB RAMS (km) RAMSBOG (km) 6 113 135 12 145 199 18 182 279 24 220 344 30 250 394 36 280 428 42 306 457 48 339 469 54 363 480 60 393 486 66 419 499 72 441 521 42 Kết quả từ bảng 2.1 cho thấy dự báo của mô hình RAMS đối với các cơn bão hoạt động trên Biển Đông có sai số tương đối lớn, cụ thể đối với hạn dự báo 24, 48 và 72 giờ lần lượt là 220, 339 và 441 km. Còn đối với trường hợp có sử dụng phương pháp tạo xoáy giả, kết quả của phương pháp này cho sai số khoảng cách lớn hơn so với trường hợp không cài xoáy lần lượt là 344, 469 và 521 km với hạn dự báo là 24, 48 và 72 giờ. 2.3 PHƯƠNG PHÁP TẠO NHÂN BAN ĐẦU VÀ NUÔI NHIỄU TRÊN MÔ HÌNH RAMS. Trong luận văn này tác giả chọn phương pháp tổ hợp 1 chiều sử dụng phương pháp nuôi những dao động phát triển nhanh. Mô hình dự báo số được giả thiết là hoàn hảo và sai số dự báo chỉ do điều kiện ban đầu gây nên. Do đó, điểm mấu chốt trong phương pháp này là tìm phương pháp tạo ra tập hợp các trường ban đầu khác nhau từ một trường phân tích ban đầu cho mô hình dự báo số. Theo lý thuyết (trình bày ở phần 1.2.1), nhân ban đầu tạo ra bằng phương pháp dự báo trễ có cấu trúc động lực phát triển của độ tán tổ hợp lớn hơn so với nhân ngẫu nhiên. Vì vậy, trong luận văn này tác giả sử dụng phương pháp dự báo trễ để tạo ra nhân ban đầu. 2.3.1 Tạo nhân ban đầu Trong luận văn này, tác giả tạo nhân ban đầu bằng phương pháp dự báo trễ, nội dung của phương pháp này như sau: o Sử dụng số liệu phân tích của những obs 48,42,36,30 giờ trước thời điểm dự báo. o Tích phân dự báo tới 24 giờ trước khi dự báo o Tìm hiệu của các tích phân này từng đôi một o Chuẩn hóa lại các nhiễu ban đầu này (D1, D2,…,D6)  D* = S.D 43 Ở đây  PCS  /    N np P N TT  1 2 850850 Với: N là số điểm lưới, T p850 , T n850 : là giá trị dương và âm của 1 cặp dự báo của trường nhiệt độ tại các mực 850mb, C là hệ số điều chỉnh (chọn theo kinh nghiệm) tác giả chọn C=1.2 }D5 }D6 (T-48) (T-42) (T-36) (T-30) (T-24) Hình 2.3: Cách tạo nhân ban đầu trước khi nuôi nhiễu }D3 }D4 }D1 }D2 Kết quả của phương pháp tạo nhân ban đầu này là tác giả đã tạo được 6 nhân ban đầu (hình 2.3) cho mỗi trường hợp dự báo bão. Như vậy, trong thử nghiệm này, mỗi cơn bão tác giả cần phải tạo ra 6 nhân với mỗi nhân tương ứng với hiệu của 2 dự báo trễ sau khi đã chuẩn hóa. Ví dụ: để có nhân ban đầu D1, cần chuẩn bị số liệu tại các obs trước thời điểm làm dự báo 48 (T-48) giờ và 42 giờ (T-42). Sau đó đưa các số liệu này vào tích phân đến cùng thời điểm trước khi làm dự báo 24 giờ (T-24). Tiếp theo, sử dụng công thức chuẩn hóa để tạo ra nhân ban đầu D1. Làm tương tự như vậy, sẽ tạo ra 6 nhân ban đầu là D1, D2, D3, D4, D5 và D6. Những nhân ban đầu này sẽ được dùng cho 44 phương pháp nuôi để tìm ra những dao động phát triển nhanh của mô hình dự báo. 2.3.2 Nuôi những dao động phát triển nhanh Sử dụng phương pháp nuôi những dao động ban đầu để tìm ra nhiễu phát triển nhất cho trường ban đầu của các cơn bão thử nghiệm. Phương pháp này dựa trên ý tưởng của 2 tác giả Toth and Kanay (Breeding of Growing Model viết tắt BGM). Nội dung của phương pháp này như sau: a/ Tạo một nhân ban đầu bất kỳ và chuẩn hóa như đã trình bày ở trên b/ Cộng và trừ nhiễu đã chuẩn hóa với trường phân tích, sử dụng điều kiện biên cập nhật của NCEP và tích phân mô hình 6 giờ với hai trường ban đầu này. c/ Lấy hiệu của 2 trường trường dự báo để được nhiễu mới D ở thời điểm t+6 d/ Chuẩn hóa nhiễu này theo công thức D* = S.D Ở đây PCS  /   N np P N TT  1 2 850850 Với: N là số điểm lưới, , T p850 T n850 : là giá trị dương và âm của 1 cặp dự báo của trường nhiệt độ tại các mực 850mb, C là hệ số điều chỉnh (chọn theo kinh nghiệm) tác giả chọn C=1.2 e/ Lặp lại từ bước b/ cho tới thời điểm T00 (hình 2.4) ta tìm được nhiễu phát triển nhanh đối với mô hình dự báo (hình 2.5). 45 Hình 2.4: Phương pháp nuôi mode phát triển Hình 2.5: Các cặp nhiễu dùng trong dự báo tổ hợp Sau 24 giờ nuôi, 6 giờ chuẩn hóa 1 lần ta tìm được những dao động phát triển nhanh cho mô hình dự báo. Mỗi nhân ban đầu ở trên sau khi nuôi sẽ tạo ra 1 nhiễu mới. Đây là một mode phát triển nhanh của mô hình RAMS. Nhiễu này sẽ được cộng và trừ với trường phân tích kiểm tra để tạo ra 2 trường ban đầu. Trong luận văn này, do tác giả chọn số nhân ban đầu là 6 vì vậy các trường ban đầu được tạo ra sẽ là 12. Kết hợp với trường phân tích kiểm tra, ta thu được sẽ là 13 trường ban đầu. 13 trường ban đầu này được đưa vào mô hình 46 RAMS để tích phân dự báo hạn 72 giờ, kết quả ta sẽ thu được 13 trường dự báo (các dự báo thành phần) tương ứng với 13 trường đầu vào. Tìm tâm bão của 13 trường này và tổ hợp bằng cách lấy trung bình, cho ta dự báo tổ hợp vị trí tâm bão. Như vậy, để dự báo 72 giờ cho 7 cơn bão, không kể trường hợp tạo nhân ban đầu cho mỗi cơn bão, khối lượng tích phân mô hình để ra được sản phẩm tổ hợp là khá lớn 7x13=91 lần tích phân mô hình hạn dự báo 72 giờ. 47 CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM DỰ BÁO QUỸ ĐẠO BÃO BẰNG PHƯƠNG PHÁP NUÔI NHƯNG DAO ĐỘNG PHÁT TRIỂN NHANH CỦA MÔ HÌNH RAMS 3.1 MÔ TẢ TẬP SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu này, các trường phân tích và dự báo 6 giờ một của mô hình toàn cầu GFS với độ phân giải ngang 1x1 độ kinh vĩ sẽ được sử dụng làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình RAMS. Với miền tính toán như hình 2.1, tác giả đã thử nghiệm với 7 cơn bão và áp thấp nhiệt đới (xoáy thuận nhiệt đới, XTNĐ) hoạt động trên biển Đông trong mùa bão năm 2006. Danh sách các cơn bão được liệt kê trong bảng 3.1 B¶ng 3.1. Danh sách các trường hợp bão và áp thấp nhiệt đới được lựa chọn thực hiện thử nghiệm. Tên bão và ATNĐ Thời điểm tiến hà