Luận văn Mô hình WRF và quy trình đồng hóa số liệu xoáy giả phục vụ dự báo bão

iờ tr−ớc R1512 Bán kính gió 15m/s tại thời điểm 12 giờ tr−ớc. VMX12 Tốc độ gió cực đại tại thời điểm 12 giờ tr−ớc. BB H−ớng di chuyển của bão trong 24 giờ tới. Có giá trị từ 0 đến 360 độ. Trong đó h−ớng Bắc đ−ợc quy định là 0°, h−ớng Đông là 90°, h−ớng Nam là 180° và h−ớng Tây là 360°. Sau khi đ−a ba file đầu vào vào mô-đun BOGUS sẽ đ−ợc file kết quả là Onlybogus.txt. Đây là file số liệu các tr−ờng đã đ−ợc cài xoáy giả. 2.3. Đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả trong mô hình WRF WRF - 3DVAR là hệ thống đồng hóa số liệu thích hợp cùng mô hình WRF với mục đích cơ bản là đ−a ra một −ớc l−ợng tối −u trạng thái khí quyển thực ở thời điểm phân tích thông qua cực tiểu hóa hàm giá (cost function): 28 )()()( 2 1)()( 2 1)()()( 01010 yyFEyyxxBxxxJxJxJ TbTbb −+−+−−=+= −− (2.48) Quá trình cực tiểu hóa hàm giá đ−ợc thực hiện thông qua một thủ tục lặp, kết quả sẽ nhận đ−ợc giá trị phân tích x, đ−ợc xem nh− là nghiệm của ph−ơng trình (2.48). Nghiệm x đ−ợc xem là xấp xỉ tốt nhất trạng thái khí quyển thực khi cho tr−ớc hai nguồn số liệu: xb là giá trị nền (hay tr−ờng ban đầu) và y0 là giá trị quan trắc. Trong công thức (2.48), B, E và F theo thứ tự là các ma trận t−ơng quan sai số nền, sai số quan trắc và sai số đặc tr−ng (representivity error) (sai số đặc tr−ng là các sai số của các quan trắc có tính chất biến đổi ở quy mô d−ới l−ới, không đ−ợc mô phỏng theo các giá trị trên l−ới của mô hình); y = H(x) là giá trị của x đ−ợc biến đổi về vị trí các điểm trạm quan trắc thông qua toán tử H(x) để so sánh với y0. Nh− đã mô tả trong Baker (2004), thuật toán đồng hóa số liệu biến phân cụ thể đ−ợc mô phỏng trong WRF-Var là không gian mô hình, công thức gia số của bài toán biến phân. Trong tiếp cận này, các quan trắc, các dự báo có tr−ớc, các sai số của chúng và các định luật vật lý đ−ợc kết hợp với nhau để đ−a ra các gia số tr−ờng phân tích xa’ đ−ợc cộng đến tr−ờng dự đoán ban đầu xb để đ−a ra để đ−a ra tr−ờng phân tích đ−ợc cập nhật. Hình 2.3: Minh họa mối quan hệ giữa WRF-Var, các chuỗi số liệu khác nhau và các thành phần khác của hệ thống dự báo số trị). 29 Ba thành phần đầu vào đối với WRF-Var: • Tr−ờng dự đoán ban đầu xb: trong mode cold-start, tr−ờng phân tích hoặc dự báo lấy từ các mô hình khác đ−ợc nội suy đến l−ới ARW (và các biến) bởi các ch−ơng trình WPS và real. Trong mode cycling, tr−ờng dự đoán ban đầu là các dự báo hạn ngắn của ARW (1-6 giờ). • Các quan trắc y0: trong phiên bản hiện tại của WRF-Var, các quan trắc có thể đ−ợc hỗ trợ hoặc dạng định dạng PREPBUFR (ob_format=1) hoặc định dạng ASCII “little_r” (ob_format=2). Mo-đun xử lý quan trắc (3DVAR_OBSPROC) đ−ợc hỗ trợ để thực hiện kiểm tra chất l−ợng cơ bản, ấn định các sai số tổng cộng (R=E+F) và định dạng lại các quan trắc từ định dạng text “little_r” của MM5 thành định dạng text của 3DVAR. • Các ph−ơng sai sai số nền B: đ−ợc dùng để xác định phản hồi của tr−ờng phân tích đến các quan trắc theo không gian và theo các biến (multivariate). Trong các hệ thống biến phân này, các ph−ơng sai này đ−ợc tính toán off-line và phải có hiệu chỉnh đáng kể để tối −u hóa việc thực hiện đối với ứng dụng cụ thể. Trong nghiên cứu này, tác giả lựa chọn sai số nền (BES) cho tr−ờng toàn cầu đ−ợc cung cấp từ số liệu thống kê của NCEP. Sau khi đồng hóa tất cả các số liệu, tr−ờng phân tích xa đ−ợc sinh ra phải đ−ợc hòa hợp với các điều kiện biên bên đã tồn tại xlbc trong ứng dụng WRF_BC. Tại giai đoạn này, các file điều kiện biên bên wrfbdy là đầu ra của WPS/real đ−ợc cập nhật để tạo các biên bên ổn định với tr−ờng phân tích và các tr−ờng bề mặt (chẳng hạn SST) cũng đ−ợc cập nhật trong file phân tích wrfinput [3], [13], [14], [15], [34]. Quy trình đồng hóa tr−ờng cài xoáy giả Sau khi đã sinh ra đ−ợc file số liệu tr−ờng cài xoáy giả, file Onlybogus.txt sẽ đ−ợc đ−a vào mô-đun Oblittle để thu đ−ợc file “oblittle_r” có định dạng đúng với đầu vào của ch−ơng trình xử lý số liệu trong hệ thống 3DVAR (mô-đun OBSPROC). File này bao gồm tập số liệu quan trắc “giả ” đ−ợc trích từ một vài tr−ờng đã đ−ợc 30 cài xoáy nhân tạo. Mạng l−ới quan trắc “giả” này đ−ợc coi nh− các trạm quan trắc phân bố xung quanh vùng bão. Các yếu tố quan trắc “giả” đ−ợc sử dụng bao gồm: áp suất mặt biển và gió trên 10 mực: 1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200 mb. Vùng xoáy bão sẽ đ−ợc xác định bởi vùng hình vành khuyên với các bán kình RCO= Min(2R15, 500km ) và RCI = 0.5*RCO. Xoáy nhân tạo sẽ đ−ợc hòa hợp vào tr−ờng môi tr−ờng nh− là các quan trắc bổ sung thông qua quá trình đồng hóa số liệu này. Chạy mô-đun OBSPROC sẽ sinh ra file obs_gst_yyyy-mm- dd_hh:00:00.3DVAR là file kết quả của hệ thống xử lý quan trắc này. File obs_gst_yyyy-mm-dd_hh:00:00.3DVAR cùng với các file điều kiên biên và điều kiện ban đầu của mô hình WRF (wrfinput_d01 và wrfbdy_d01) và file sai số nền (BES) sẽ đ−ợc đ−a vào mô- đun 3DVAR. Cuối cùng sẽ thu đ−ợc các file điều kiện biên và điều kiện ban đầu đã cập nhật số liệu xoáy giả và làm đầu vào để bắt đầu quy trình tích phân mô hình. Toàn bộ các quy trình trên đ−ợc thực hiện bằng lập trình Fortran kết hợp với lập trình Linux để tạo thành một hệ thống tự động liên tục. 31 Quy trình đ−ợc trình bày trên sơ đồ sau: Onlybogus.txt Mô-đun BOGUS Mô-đun Oblittle Oblittle_r Mô-đun OBSPROC Obs_gst… Mô-đun Gen_be Mô-đun WPS wrf* BES rmov.dat terrain.dat tyrcd_dat Mô-đun VAR Mô hình WRF Wrfvar_output 32 2.4. Chỉ tiêu đánh giá • Để đánh giá kết quả dự báo tôi đã sử dụng công thức tính khoảng cách giữa tâm bão thực tế và tâm bão dự báo nh− sau: [ ]ArcRPE e )cos()cos()cos()sin().sin(cos. 212121 ββαααα −+= (2.49) • Và giá trị trung bình của sai số khoảng cách PE đ−ợc tính nh− sau: n PE MPE n i ji j ∑ = = 1 , (2.50) Với Re là bán kính Trái đất Re = 6378.16 km. 1α và 2α là vĩ độ của tâm bão thực tế và tâm bão do mô hình dự báo sau khi đã đổi sang đơn vị radian. 1β và 2β là kinh độ của tâm bão thực tế và tâm bão do mô hình dự báo sau khi đã đổi sang đơn vị radian. • Ngoài ra, để tính toán tốc độ di chuyển dọc theo quỹ đạo của bão dự báo nhanh hơn hay chậm hơn so với vận tốc di chuyển thực của bão, quá trình dự báo lệch trái hay lệch phải hơn, ng−ời ta còn dùng thêm sai số dọc ATE (Along Track Error) và sai số ngang CTE (Cross Track Error) theo h−ớng di chuyển của cơn bão. 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 dọc theo quỹ đạo nhanh hơn so với thực và ng−ợc lại, MATE nhận giá trị âm thì tâm Tõm bóo dự bỏo PECTE ATE Tõm bóo quan trắc Tõm bóo quan trắc 6h trước Hình 2.4. Sơ đồ mô tả sai số 33 bão dự báo cho xu thế di chuyển dọc theo quỹ đạo chậm hơn. Sai số CTE trung bình (MCTE) d−ơng cho thấy quỹ đạo bão có xu thế lệch phải còn MCTE âm cho thấy xu thế lệch trái so với quỹ đạo thực. Hình 3.1 mô phỏng các chỉ tiêu sai số đ−ợc tính. n ATE MATE n i ji j ∑ = = 1 , (2.51); n CTE MCTE n i ji j ∑ = = 1 , (2.52) trong đó i là dung l−ợng mẫu (i=1, n), j là hạn dự báo (j =0, 6, 12...72). • Sai số trung bình (Mean Error) ∑ = −= N i fo xx N xME 1 )(1)( (2.53) Trong đó: xf : giá trị dự báo xo: giá trị quan trắc N: dung l−ợng mẫu Sai số trung bình (ME) đánh giá xu thế đúng (v−ợt quá hay thấp hơn) của mô hình so với quan trắc nh−ng không đánh giá đ−ợc mức độ sai số của mô hình v−ợt quá hay thấp hơn giá trị thực tế. • Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error) ∑ = −= N i fo xx N xMAE 1 1)( (2.54) Sai số tuyệt đối trung bình xác định mức độ sai lệch của giá trị dự báo so với quan trắc nh−ng không đề cập đến dấu của sự sai khác. 34 CHƯƠNG 3: ĐáNH GIá KếT QUả Dự BáO BãO Đổ Bộ CủA MÔ HìNH WRF 3.1. Tập số liệu nghiên cứu Trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành thử nghiệm dự báo bão cho khu vực Biển Đông và đổ bộ vào bờ biển Việt Nam. Tập số liệu bao gồm 11 cơn bão trong 4 mùa bão từ năm 2004 đến 2007 đ−ợc thử nghiệm với miền tính và nguồn số liệu đã đ−ợc mô tả ở trên. Số tr−ờng hợp thử nghiệm đ−ợc tính dựa trên số lần tích phân mô hình tại các thời điểm 00Z, 06Z, 12Z và 18Z với hạn dự báo 72 giờ. Các thời điểm thực hiện dự báo của mỗi cơn bão đổ bộ bao gồm ba tr−ờng hợp: + Thời điểm thực hiện dự báo tr−ớc thời điểm đổ bộ thực tế khoảng 1 ngày (T1). + Thời điểm thực hiện dự báo tr−ớc thời điểm đổ bộ thực tế khoảng 2 ngày (T2). + Thời điểm thực hiện dự báo tr−ớc thời điểm đổ bộ thực tế khoảng 3 ngày (T3). Mục đích của việc khảo sát các cơn bão tr−ớc thời điểm đổ bộ thực tế 1, 2 và 3 ngày nhằm đánh giá khả năng dự báo của mô hình WRF với tr−ờng hợp có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả và không đồng hóa số liệu xoáy giả khi bão đổ bộ vào bờ. Trong nghiên cứu này, tác giả thực hiện hai thử nghiệm nh− sau: + Thử nghiệm 1: Không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (No_bogus). + Thử nghiệm 2: Có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (Bogus). Các tr−ờng hợp đ−ợc liệt kê trong bảng 3.1 d−ới đây. Bảng 3.1. Danh sách các tr−ờng hợp bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam đ−ợc lựa chọn thực hiện thử nghiệm. Tên bão STT Thời điểm tiến hành dự báo Vĩ độ (Độ) Kinh độ (Độ) Pmin (Mb) 1 00Z – 09/06/2004 10.7 125.0 1006 35 2 12Z – 09/06/2004 11.0 122.4 1006 3 00Z – 10/06/2004 11.8 119.3 1002 4 12Z – 10/06/2004 12.1 118.5 1002 5 18Z – 10/06/2004 12.3 117.3 998 CHANTHU 6 00Z – 11/06/2004 12.5 116.3 996 7 06Z – 21/11/2004 12.0 116.1 975 8 18Z – 21/11/2004 11.8 114.3 965 9 06Z – 22/11/2004 11.0 112.9 975 10 18Z – 22/11/2004 10.6 112.3 975 MUIFA 11 06Z – 23/11/2004 9.9 110.8 985 12 18Z – 28/07/2005 18.0 113.0 996 13 00Z – 29/07/2005 18.4 112.5 996 14 06Z – 29/07/2005 18.6 112.0 994 15 18Z – 29/07/2005 19.1 110.9 985 16 00Z – 30/07/2005 19.2 110.2 985 17 06Z – 30/07/2005 19.5 109.4 985 18 12Z – 30/07/2005 19.7 108.6 985 WASHI 19 18Z – 30/07/2005 19.8 107.8 985 20 00Z – 17/09/2005 13.5 114.5 990 21 06Z – 17/09/2005 15.3 113.6 990 22 12Z – 17/09/2005 16.6 111.8 985 VICENTI 23 18Z – 17/09/2005 17.1 110.0 985 24 06Z – 24/09/2005 19.7 115.1 985 25 18Z – 24/09/2005 19.1 113.4 970 26 00Z – 25/09/2005 18.9 112.9 965 27 06Z – 25/09/2005 19.0 112.4 940 28 12Z – 25/09/2005 19.0 111.8 930 29 18Z – 25/09/2005 19.1 110.9 930 DAMREY 30 00Z – 26/09/2005 18.9 109.9 970 36 31 06Z – 26/09/2005 18.9 109.1 970 32 12Z – 26/09/2005 19.1 108.2 975 33 18Z – 26/09/2005 19.4 107.5 975 34 00Z – 29/10/2005 12.5 113.6 998 35 06Z – 29/10/2005 12.8 112.9 990 36 18Z – 29/10/2005 13.3 113.0 985 37 00Z – 30/10/2005 13.9 112.9 975 38 06Z – 30/10/2005 14.1 112.4 970 39 12Z – 30/10/2005 14.2 111.9 960 40 18Z – 30/10/2005 14.4 111.9 960 41 00Z – 31/10/2005 14.5 111.9 960 42 06Z – 31/10/2005 14.8 111.6 960 KAITAK 43 18Z – 31/10/2005 15.0 110.9 970 44 06Z – 28/09/2006 15.1 119.9 960 45 12Z – 28/09/2006 15.6 119.1 960 46 18Z – 28/09/2006 15.6 118.1 960 47 06Z – 29/09/2006 15.6 115.7 950 48 12Z – 29/09/2006 15.8 114.4 945 49 18Z – 29/09/2006 15.6 113.3 940 50 00Z – 30/09/2006 15.6 112.5 930 XANGSANE 51 06Z – 30/09/2006 15.7 111.6 930 52 00Z – 02/12/2006 13.5 116.9 980 53 06Z – 02/12/2006 13.8 116.4 975 54 18Z – 02/12/2006 14.0 114.6 960 55 00Z – 03/12/2006 13.8 114.0 960 56 06Z – 03/12/2006 13.7 113.2 960 57 12Z – 03/12/2006 13.7 112.7 960 58 18Z – 03/12/2006 13.3 112.3 975 DURIAN 59 00Z – 04/12/2006 12.8 111.4 980 37 60 00Z – 23/09/2007 19.5 116.0 994 61 12Z – 23/09/2007 19.3 114.0 990 62 18Z – 23/09/2007 19.6 112.9 990 63 00Z – 24/09/2007 19.8 111.8 990 64 12Z – 24/09/2007 19.3 109.5 996 FRANCISCO 65 18Z – 24/09/2007 19.0 108.7 996 66 12Z – 30/09/2007 14.6 113.7 990 67 18Z – 30/09/2007 14.7 113.3 985 68 00Z – 01/10/2007 14.9 112.8 985 69 12Z – 01/10/2007 16.1 112.4 980 70 18Z – 01/10/2007 16.3 112.1 980 71 00Z – 02/10/2007 16.9 111.7 980 72 12Z – 02/10/2007 17.8 110.52 975 LEKIMA 73 18Z – 02/10/2007 18.2 109.1 980 74 00Z – 07/11/2007 18.5 117.6 980 75 06Z – 07/11/2007 18.4 117.1 985 76 12Z – 07/11/2007 17.7 115.8 990 77 00Z – 08/11/2007 16.8 114.3 994 78 06Z – 08/11/2007 16.5 113.5 994 79 12Z – 08/11/2007 16.3 112.8 995 80 00Z – 09/11/2007 15.0 112.1 1000 81 06Z – 09/11/2007 12.8 111.5 1002 PEIPAH 82 12Z – 09/11/2007 12.3 110.7 1004 Tùy theo thời gian tồn tại của từng cơn bão trên Biển Đông mà các thời điểm dự báo khác nhau sẽ có số tr−ờng hợp nghiên cứu khác nhau. Ph−ơng pháp xác định tâm bão 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 38 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 thõa mãn các yêu cầu này. 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. 3.2. Đánh giá vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả trong dự báo bão bằng mô hình WRF. 3.2.1. Lựa chọn yếu tố cấu thành xoáy giả trong đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả. Tr−ớc khi thực hiện các thử nghiệm dự báo bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam, tác giả thực hiện thử nghiệm lựa chọn thành phần của xoáy giả để đ−a vào sơ đồ đồng hóa đạt đ−ợc những cải thiện tối −u nhất. Thử nghiệm đ−ợc áp dụng cho tr−ờng hợp bão Lêkima (2007) ở các thời điểm: 12Z ngày 30/9, 00Z ngày 1/10 và 00Z ngày 2/10. 1 3 39 Bão Lêkima ban đầu là một áp thấp nhiệt đới hình thành ở phía Đông đảo Ludzong - Phillipin vào tr−a ngày 29/9/2007, sau đó mạnh lên thành bão (cơn bão số 5). Sau hai ngày hoạt động di chuyển nhanh theo h−ớng Tây Tây Nam, sau đó là h−ớng giữa Tây Nam và Tây Tây Nam với tốc độ 15 - 20 km/h. Bão Lêkima liên tục đổi h−ớng và đạt c−ờng độ t−ơng đối mạnh cấp 11- 12, giật trên cấp 12. Đến khoảng 18h30 ngày 3/10 thì đi vào đất liền thuộc địa phận các tỉnh Quảng Bình – Hà Tĩnh. Bão Lêkima tiếp tục di chuyển theo h−ớng Tây với tốc độ 15km/h và đi sâu vào đất liền rồi suy yếu thành áp thấp nhiệt đới trên lãnh thổ Thái Lan. Đây là cơn bão mạnh, đã gây gió mạnh và m−a lũ lớn cho hầu hết các tỉnh thuộc khu vực Trung Trung Bộ. Trong nghiên cứu này, tác giả đã tiến hành dự báo 72 giờ quỹ đạo và c−ờng độ cơn bão Lêkima bằng mô hình WRF trong các tr−ờng hợp: + Không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (TH1). + Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển và gió các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH2). + Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển, gió và ẩm các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH3). + Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển, gió và nhiệt các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH4). + Đồng hóa số liệu khí áp mặt biển, gió, ẩm và nhiệt độ các mực của tr−ờng cài xoáy giả (TH5).  Kết quả và nhận xét Sau khi thực hiện các thử nghiệm trên, thu đ−ợc các kết quả về quỹ đạo và c−ờng độ dự báo tại các thời điểm 12Z ngày 30/9/2007, 00Z ngày 01/10/2007 và 00Z ngày 02/10/2007. Hình 3.1 (a, b, c ) biểu diễn đ−ờng đi của cơn bão và Hình 3.2 (a,b,c) biểu diễn c−ờng độ qua thông số khí áp mặt biển tại tâm bão trong các tr−ờng hợp thử nghiệm. 40 a) b) 41 c) Hình 3.1: Quỹ đạo thực và quỹ đạo dự báo của các tr−ờng hợp thử nghiệm đối với cơn bão Lêkima thời điểm dự báo 12Z ngày 30/9 (a), 00Z ngày 01/10 (b), 00Z ngày 02/10 (c). 1- Track 2- TH1 3- TH2 4- TH3 5- TH4 6- TH5 42 Pmin 960 965 970 975 980 985 990 995 1000 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Han DB Pm in Track TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 a) Pm in 960 965 970 975 980 985 990 995 1000 1005 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Han DB Pm in Track TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 b) Pmin 950 960 970 980 990 1000 1010 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Han DB Pm in Track TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 c) Hình 3.2: Khí áp mặt biển quan trắc và khí áp mặt biển dự báo tại tâm bão Lêkima của các tr−ờng hợp thử nghiệm. Thời điểm dự báoi 12Z ngày 30/9 (a), 00Z ngày 01/10 (b), 00Z ngày 02/10 (c) (Mb).
Nhận xét về quỹ đạo Từ hình vẽ ta nhận thấy đối với quỹ đạo cơn bão Lêkima, tại những thời điểm từ 00 giờ đến 48 giờ, các tr−ờng hợp thử nghiệm đều đ−a ra những dự báo khá giống nhau và gần với quỹ đạo thực. Sau hạn dự báo 48 giờ quỹ đạo bão trong các thử 43 nghiệm bắt đầu có sự phân tán lớn. Ta thấy rằng thời điểm bắt đầu dự báo càng gần thời điểm bão đổ bộ thì quỹ đạo dự báo càng sát với quỹ đạo thực (Hình 3.1c). Tr−ờng hợp TH2 và TH3 cho kết quả t−ơng tự nhau ở cả 3 ngày dự báo. Nh− vậy có thể thấy rằng vai trò của tr−ờng ẩm trong sơ đồ đồng hóa không mang lại hiệu quả cao đối với dự báo quỹ đạo bão. Khi xem xét tr−ờng ẩm sau khi tích phân của TH4 và TH2, TH3 thấy rằng TH4 mô tả tr−ờng ẩm không tốt, thậm chí là rất thấp. Vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả đã phát huy hiệu quả trong dự báo quỹ đạo ở các thời điểm ban đầu.
Nhận xét về c−ờng độ Về mặt c−ờng độ, các thử nghiệm đã cho những cải thiện đáng kể. Nhìn một cách tổng thể, có thể thấy kết quả dự báo c−ờng độ bão của mô hình WRF có thể chia làm 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 từ thời điểm 06 giờ đến 42 giờ. Giai đoạn 2 từ thời điểm 42 giờ đến 72 giờ. Giai đoạn 1: TH2 và TH3 cho kết quả dự báo áp suất ở tâm bão gần nhất với giá trị quan trắc. Các giá trị khí áp mặt biển tại tâm đều thấp hơn tr−ờng hợp thực nh−ng không nhiều. TH5 lại cho giá trị khí áp rất thấp so với thực tế. Có thời điểm giá trị thấp nhất của TH5 là 958 mb, trong khi giá trị quan trắc chỉ đạt 980 mb. TH4 cho giá trị về c−ờng độ thấp hơn TH2 và TH3 song không quá thấp nh− TH5. Chỉ TH1 có dự báo c−ờng độ cao hơn so với đ−ờng quan trắc nh−ng chênh lệch của nó không quá lớn. Giai đoạn 1, các tr−ờng hợp thử nghiệm áp suất dự báo ở tâm bão phân tán lớn. Giai đoạn 2: các đ−ờng dự báo rất sát nhau và gần với đ−ờng thực. Nhóm các tr−ờng hợp gần nhất là TH1 và TH5. Các tr−ờng hợp còn lại TH2, TH3 và TH4 có sự khác biệt không đáng kể. Từ đó có thể thấy TH2 và TH3 có thể sử dụng để dự báo c−ờng độ ở cả hai giai đoạn. Riêng với TH1 và TH5 chỉ nên sử dụng ở giai đoạn 2. Từ những kết quả trên có thể thấy rằng vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả là quan trọng trong cải thiện chất l−ợng dự báo bão, đặc biệt là về c−ờng độ. Tuy nhiên việc chọn yếu tố nào của thành phần xoáy giả để đ−a vào đồng hóa các tr−ờng ban đầu cần xem xét một cách thận trọng. Từ các kết quả thử nghiệm 44 cho thấy việc lựa chọn TH2 cho dự báo bão trên Biển Đông là hợp lý hơn cả về quỹ đạo, c−ờng độ bão và thời gian tính toán. 3.2.2. Vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả đối với lựa chọn TH2 Qua phân tích cơn bão Lêkima cho thấy lựa chọn tr−ờng khí áp mặt biển và gió các mực để đ−a vào quy trình đồng hóa số liệu 3DVAR của mô hình WRF là tối −u hơn cả về dự báo quỹ đạo, c−ờng độ và thời gian tính toán. Để thấy rõ hơn vai trò của đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả trong bài toán dự báo bão, sau đây tác giả phân tích chi tiết hơn cho cơn bão Durian đổ bộ vào tỉnh Bến Tre năm 2006.  Khảo sát tr−ờng khí t−ợng tr−ớc và sau khi đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả. Hình 3.3 biểu diễn tr−ờng đ−ờng dòng mực 1000mb và 200mb của cơn bão Durian tại thời điểm thực hiện dự báo 00Z ngày 03/12/2006 với tr−ờng hợp không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả và có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả. Hình 3.4 là mặt cắt ngang qua tâm bão của tr−ờng nhiệt độ tr−ớc và sau khi đ−a vào hệ thống đồng hóa của lớp từ mực 1000mb đến 200mb. Từ Hình 3.3 ta thấy với tr−ờng hợp không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (Hình 3.3a,b), tr−ờng đ−ờng dòng đã không thể hiện đ−ợc độ xoáy tại vùng xoáy bão. C−ờng độ và cấu trúc xoáy bão đã đ−ợc tăng c−ờng và mô tả hoàn thiện hơn đối với tr−ờng hợp có đồng hóa (Hình 3.3c,d). Cấu trúc lõi nóng của cơn bão cũng đ−ợc mô tả rõ hơn trong tr−ờng hợp này, thể hiện ở các đ−ờng đẳng nhiệt vồng lên ở vùng tâm bão (Hình 3.4a,b). Nh− vậy, vai trò của hệ thống đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả đã phát huy tích cực trong việc mô tả và khôi phục lại c−ờng độ, vị trí và cấu trúc lõi nóng của vùng tâm bão. 45 a) b) c) d) Hình 3.3: Tr−ờng đ−ờng dòng mực 1000 mb, 200mb không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (a,b) và có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (c,d) của cơn bão Durian. 46 a) b) Hình 3.4: Mặt cắt ngang qua tâm bão của tr−ờng nhiệt độ không đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (a) và có đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả (b) của cơn bão Durian ngày 03/12/2006. Hình 3.5 mô tả tr−ờng khí áp mực biển tại thời điểm 00h và 24h sau khi tích phân mô hình của hai tr−ờng hợp. Sau khi đồng hóa số liệu xoáy giả, tr−ờng áp tại thời điểm bắt đầu tích phân (Hình 3.5c) đã thấp hơn so với tr−ờng hợp không đồng hóa (Hình 3.5a) khá nhiều. Đ−ờng đẳng áp trong cùng của tr−ờng hợp đồng hóa tr−ờng cài xoáy đạt tới 996 mb trong khi tr−ờng hợp không đồng hóa chỉ đạt tới 1004 mb. Sau 24 giờ tích phân mô hình, tr−ờng áp vẫn tiếp tục đ−ợc tăng c−ờng với cả hai tr−ờng hợp và mạnh hơn đối với tr−ờng hợp có đồng hóa. Điều này mở ra một h−ớng khả quan đối với bài toán dự báo c−ờng độ bão. 47 a) b) c) d) Hình 3.5: Tr−ờng khí áp mực biển tại thời điểm 00h và 24h sau khi tích phân mô hình ứng với các thử nghiệm No_bogus (a,b) và Bogus (c,d).  Tình hình diễn biến ảnh h−ởng của cơn bão DURIAN Tr−a ngày 26/11, một áp thấp nhiệt đới trên khu vực phía đông quần đảo Philippin đã mạnh lên thành bão và có tên quốc tế là DURIAN. Sau khi hình thành bão, bão DURIAN di chuyển theo h−ớng tây tây bắc khoảng 20-25km/giờ và mạnh lên nhanh chóng. Tối ngày 29/11, bão đạt c−ờng độ cực đại (cấp 16). Sáng ngày 30/11,bão đổ bộ vào khu vực quần đảo Phillipin với c−ờng độ cấp 15, di chuyển dần 48 về phía tây và suy yếu đi nhanh chóng. Sáng ngày 1/12, bão đi vào biển Đông, c−ờng độ suy giảm xuống cấp 12, cấp 13, bão tiếp tục di chuyển theo h−ớng tây với tốc độ khoảng 15 km/giờ. Tr−a ngày 3/12, khi còn cách đất liền khoảng 450 km về phía đông, bão có dấu hiệu di chuyển dần về phía tây nam. Chiều tối ngày 4/12, khi còn cách đất liền khoảng 120 km về phía đông, bão số 9 lại thay đổi h−ớng đi sang h−ớng tây tây nam c−ờng độ cấp 10, cấp 11, sau đó đi sát đảo Phú Quý với c−ờng độ cấp 11 và di chuyển dọc theo ven biển các tỉnh Nam Trung Bộ và sáng ngày 5/12, vùng tâm bão đi vào các tỉnh Bến Tre-Trà Vinh, tiếp tục đi qua các tỉnh ở miền Tây Nam Bộ. Tối cùng ngày, bão đi xuống vịnh Thái Lan, suy yếu thành vùng áp thấp, di chuyển về phía tây ra khỏi vịnh Thái Lan và không còn ảnh h−ởng đến n−ớc ta.  Phân tích hình thế Synop của cơn bão số 9 DURIAN (0621) tháng 11- 12/2006 Phân tích hình thế Synop hai ngày 3 và 4/12, khi cơn bão ảnh h−ởng đến Việt Nam. Ngày 3/12 cơn bão bắt đầu di chuyển theo h−ớng Tây Nam. Sang ngày 4/12, cơn bão di chuyển theo h−ớng Tây Tây Nam và đi qua các tỉnh miền tây Nam Bộ. Nhìn vào hệ thống bản đồ của cơn bão thấy có những hệ thống Synop cơ bản sau: bản đồ mặt đất và 850mb có dải thấp xích đạo, cao lạnh lục địa và front. Trên các bản đồ 700mb và 500mb chủ yếu bị khống chế bởi hệ thống cao cận nhiệt đới, dòng xiết gió tây, hệ thống sống rãnh. Ngày 1 và 2/12, ở tầng bề mặt, áp cao lục địa tăng c−ờng ít thay đổi, hoàn l−u của áp cao này phát triển và mở rộng chủ yếu về phía đông tới vùng biển Nhật Bản và bán đảo Triều Tiên, trong khi vùng biển Đông và bán đảo Đông D−ơng hoàn l−u