Nội dung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Văn Khương NGHIÊN CỨU DỰ BÁO HẠN MÙA CÁC ĐỢT XÂM NHẬP LẠNH ĐẾN VIỆT NAM BẰNG MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Văn Khương NGHIÊN CỨU DỰ BÁO HẠN MÙA CÁC ĐỢT XÂM NHẬP LẠNH ĐẾN VIỆT NAM BẰNG MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. Phan Văn Tân Hà Nội - 2017 2 LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của GS.TS. Phan Văn Tân. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới thầy Phan Văn Tân, người đã hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình và cung cấp những kiến thức quý báu, những lời khuyên chân thành và niềm say mê nghiên cứu khoa học trong suốt quá trình học tập tại trường. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thày cô giảng viên của Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Phòng Sau Đại học (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên), các anh chị em ở phòng Dự báo hạn ngắn cũng như phòng Dự báo hạn vừa và dài - Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương đã cung cấp cho tác giả những tài liệu và lời khuyên bổ ích. Đặc biệt, tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến em Phạm Quang Nam và Nguyễn Văn Nhâm, những người đã giúp đỡ một cách nhiệt tình và vô tư trong quá trình giúp đỡ và hướng dẫn chạy nghiệp vụ mô hình RegCM và WRF. Tác giả Vũ Văn Khương 1 Mục lục LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................1 Danh mục hình ............................................................................................................4 Danh mục bảng ...........................................................................................................5 Danh mục ký hiệu và các chữ viết tắt .........................................................................6 Lời nói đầu ..................................................................................................................7 Chương 1 – Tổng quan ................................................................................................9 1.1. Khái niệm..........................................................................................................9 1.1.1. Khái niệm và định nghĩa về gió mùa ..........................................................9 1.1.2. Những nhân tố hình thành gió mùa ..........................................................11 1.1.3. Khái niệm về không khí lạnh ....................................................................12 1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...................................................................14 1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................................19 1.4. Nhận xét chung ...............................................................................................22 Chương 2. Số liệu và phương pháp ............................................................................24 2.1. Số liệu quan trắc các đợt KKL ở Việt Nam ....................................................24 2.2. Số liệu tái phân tích ERA - Interim. ...............................................................24 2.3. Khu vực tính toán số liệu. ...............................................................................24 2.4. Số liệu dự báo từ các mô hình khu vực ..........................................................25 2.4.1. Giới thiệu sơ bộ chung về hai mô hình RegCM và WRF .........................25 2.4.2. Mô tả cách thực hiện chạy dự báo. ..........................................................26 2.4.3. Số liệu mô hình được sử dụng trong luận văn. ........................................28 2.5. Các chỉ tiêu xác định KKL xâm nhập. ............................................................28 2.5.1. Chỉ tiêu 1. .................................................................................................28 2.5.2. Chỉ tiêu 2. .................................................................................................28 2.5.3. Chỉ tiêu 3. .................................................................................................29 2.5.4. Chỉ tiêu 4 ..................................................................................................29 2.5.5. Chỉ tiêu 5 ..................................................................................................29 2.6. Phương pháp dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực. ............................................................................................30 2.7. Phương pháp đánh giá. ...................................................................................32 2.7.1. Sai số trung bình hay sai số hệ thống ME ................................................32 2 2.7.2. Sai số trung bình tuyệt đối MAE ..............................................................32 2.7.3. Hệ số tương quan .....................................................................................32 Chương 3. Kết quả và thảo luận ................................................................................34 3.1. Thử nghiệm xác định các đợt KKL theo các chỉ tiêu thực nghiệm ................34 3.1.1. Chỉ tiêu 3. .................................................................................................34 3.1.2. Chỉ tiêu 4 ..................................................................................................35 3.1.3. Các chỉ tiêu khác. .....................................................................................36 3.2. Thử nghiệm xây dựng chỉ tiêu xác định các đợt KKL cho Việt Nam dựa trên số liệu tái phân tích ERA interim ..........................................................................36 3.2.1. Khí áp .......................................................................................................36 3.2.2. Nhiệt độ ....................................................................................................37 3.2.3. Gió ............................................................................................................37 3.2.4. Chỉ tiêu xác định thời gian kết thúc của một đợt không khí lạnh ............40 3.3. Thử nghiệm áp dụng bộ chỉ tiêu để dự báo số đợt KKL cho Việt Nam dựa trên số liệu sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực cho ba mùa đông (từ tháng 9 năm 2012 đến hết tháng 6 năm 2015). ...................................................................45 3.3.1. Mô hình RegCM .......................................................................................45 3.3.2. Mô hình WRF ...........................................................................................48 Nhận xét chương 3 .................................................................................................50 Kết luận .....................................................................................................................53 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................54 Phụ lục .......................................................................................................................57 3 Danh mục hình Hình 1.1. Phân vùng gió mùa của Trần Công Minh. 10 Hình 2.1 Khu vực tính toán số liệu trong luận văn 25 Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc của phương pháp xây dựng luận văn. 31 Hình 3.1. Kết quả số đợt KKL phát hiện bởi bộ chỉ tiêu 3. 33 Hình 3.2. Kết quả số đợt KKL phát hiện bởi bộ chỉ tiêu 4. 34 Hình 3.3. Biểu đồ tần suất xuất hiện của các đợt KKL theo giá trị biến 35 thiên khí áp trung bình 24 giờ (%). Hình 3.4. Đồ thị khảo sát yếu tố gió tại khu vực 2. 38 Hình 3.5. Bộ chỉ tiêu xác định các đợt KKL trên cơ sở số liệu tái phân tích 43 ERA Interim trong 22 mùa đông (từ tháng 9 năm 1993 đến hết tháng 6 năm 2015) 4 Danh mục bảng Bảng 1.1. Một số chỉ tiêu xác định một đợt KKL của một số nước. 16 Bảng 1.2. Một số nhóm chỉ số xác định cường độ của các đợt KKL. 17 Bảng 1.3. Tần suất KKL xâm nhập xuống miền Bắc Việt Nam. 21 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát 4 ngưỡng tốc độ gió của nhóm 2. 38 Bảng 3.2 - Các ngưỡng chỉ tiêu với các ngưỡng phân chia nhóm theo các 39 giá trị biên thiên khí áp trung bình trong 24 giờ Bảng 3.3. Kết quả khảo sát theo 4 ngưỡng biến thiên khí áp 40 Bảng 3.4. Số đợt KKL được phát hiện bởi bộ chỉ tiêu CTK từng tháng 42 trên bộ số liệu tái phân tích ERA interim trong 22 mùa đông (từ tháng 8 năm 1993 đến hết tháng 6 năm 2015). Bảng 3.5. Số đợt KKL khống phát hiện bởi bộ chỉ tiêu CTK từng tháng 44 trên bộ số liệu tái phân tích ERA interim trong 22 mùa đông (từ tháng 8 năm 1993 đến hết tháng 6 năm 2015). Bảng 3.6. Số đợt KKL trong từng tháng dự báo bằng mô hình RegCM cho 45 các hạn 1-6 tháng Bảng 3.7. Bảng số liệu so sánh giữa thực tế quan trắc với số đợt KKL của 46 mô hình RegCM dự báo trong 3 mùa đông Bảng 3.8. Số đợt KKL trong từng tháng dự báo bằng mô hình WRF cho 47 các hạn từ 1 đến 6 tháng. Bảng 3.9. Bảng số liệu so sánh giữa thực tế quan trắc với số đợt KKL của mô hình WRF dự báo trong 3 mùa đông 5 48 Danh mục ký hiệu và các chữ viết tắt RegCM – Mô hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model). WRF – Mô hình nghiên cứu và dự báo khí tượng (Weather Research and Forecasting) KKL – Không khí lạnh GMĐB – Gió mùa đông bắc. KKLTC – Không khí lạnh tăng cường. CTK – Chỉ tiêu xác định không khí lạnh. HSTQ – Hệ số tương quan. ME – Sai số trung bình hệ thống. MAE – Sai số trung bình tuyệt đối. 6 Lời nói đầu Hiện nay, các bản tin dự báo hạn dài về không khí lạnh ở Việt Nam mới chỉ dừng lại ở việc đưa ra các cảnh báo về không khí lạnh một cách định tính với thời hạn dự báo tương đối ngắn. Quân chủng Hải quân là Quân chủng chiến đấu, quân chủng kỹ thuật đã và đang đầu tư nhiều vũ khí trang bị kỹ thuật, tàu thuyền, máy bay hiện đại… với nhiệm vụ bảo vệ chủ quyền vùng biển đảo. Quân chủng đóng quân ở địa bàn rộng trên các khu vực ven biển, hải đảo, nhà giàn… tàu thuyền thường xuyên hoạt động độc lập, xa bờ, dài ngày trên biển chịu ảnh hưởng rất lớn của thời tiết cho nên đòi hỏi công tác dự báo khí tượng phải đưa ra được một bản tin chính xác, đầy đủ với thời hạn dự báo đủ dài để tàu thuyền lên kế hoạch phù hợp, đầy đủ. Các bản tin dự báo thời tiết, khí hậu hiện nay mới chỉ đưa ra các thông tin dự báo về không khí lạnh với thời hạn vừa (dưới 10 ngày) nên chưa đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi của các lực lượng tàu Hải quân hoạt động trên biển. Chính vì vậy, việc có thể chủ động đưa ra các bản tin khí hậu hạn dài, đặc biệt là thông tin về hoạt động của gió mùa với thời hạn dài (từ 1 đến 3 tháng) là rất cần thiết cho việc lên kế hoạch hoạt động của các lực lượng Hải quân. Hiện nay, tại Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương và các đài khí tượng khu vực đã sử dụng sản phẩm dự báo của các mô hình số trị để tham khảo nhằm đưa ra các bản tin dự báo, đặc biệt là các bản tin hạn vừa và hạn dài. Tuy nhiên, vẫn chưa một bộ chỉ tiêu xác định các đợt không khí lạnh cho các sản phẩm của các mô hình khí hậu một cách đầy đủ và chi tiết. Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra một bộ chỉ tiêu xác định các đợt xâm nhập lạnh trên cơ sở số liệu sản phẩm mô hình khí hậu là rất cần thiết cho công tác dự báo ở các cơ quan làm công tác dự báo khí tượng. Ngoài ra, hiện nay đã có những công trình nghiên cứu về việc sử dụng các sản phẩm của mô hình dự báo số trị để đưa vào hoạt động nghiệp vụ dự báo tại Việt Nam về gió mùa mùa hè nhưng các công trình nghiên cứu về gió mùa mùa đông còn rất hạn chế mặc dù một số nước trong khu vực đã có nghiên cứu về vấn đề này. Như vậy, việc ứng dụng các sản phẩm của mô hình dự báo số trị vào hoạt động 7 nghiệp vụ là cần thiết và có cơ sở khoa học. Trong luận văn này, tác giả bước đầu thử nghiệm xây dựng một bộ chỉ tiêu xác định các đợt không khí lạnh trên cơ sở số liệu tái phân tích và bước đầu thử nghiệm áp dụng vào số liệu sản phẩm của các mô hình số trị nhằm đưa ra các nhận xét, đánh giá khả năng sử dụng các sản phẩm mô hình dự báo khí hậu này vào trong nghiệp vụ. 8