bộ nhân tố nhiệt động lực và bài toán dự báo sự hình thành của xtnđ trên khu vực biển đông

1. ThS. Trần Quang Năng Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương Trung tâm KTTV quốc gia bộ nhântốnhiệtđộnglực và bàitoándựbáosựhìnhthànhcủaxtnđtrênkhuvựcbiểnđông

2. Mụcđích nghiên cứu: trảlời 02 câuhỏi • Các tham số môi trường cóđặcđiểmvàvaitrònhư thế nào trong những lần có XTNĐ hìnhthành? • Sử dụng những kết quả thống kêđó trong công tác nghiệp vụ dự báo nhưthếnào? Sốliệusửdụng • Sốliệu best track 1980 – 2009 • Sốliệutáiphântích 1980 – 2009 chocácyếutố: • Nhiệtđộ (T, Td) • Gió (u,v) • Độcaođịathếvị • Độẩmtươngđối, độẩmtuyệtđối…

3. Phươngphápnghiêncứu • Phương pháp thống kê nhằm xác định các đặc trưng của các khu vực hình thành XTNĐ như: • Giá trị trung bình • Độ lệch chuẩn • Trung vị • Mốt • Giá trị cực tiểu, cực đại • Phương pháp kinh nghiệm 3-sigma xác định khoảng giá trị đặc trưng • Phương pháp dự báo hoàn hảo khai thác ưu điểm của mô hình số trị

4. Quy tắc 3-sigma đối với phân bố chuẩn Qui tắc đối với khối dữ liệu có phân bố hình chuông (Rule for Bell Shaped Data) – Quy tắc 3-sigma Đối với khối dữ liệu có dạng phân bố hình chuông thì : Khoảng 68% các giá trị của dữ liệu nằm ở khoảng μ ± σ Khoảng 95% các giá trị của dữ liệu nằm ở khoảng μ ± 2σ Khoảng 100% các giá trị của dữ liệu nằm ở khoảng μ ± 3σ

5. Phương pháp Dự báo hoàn hảo Phương pháp dự báo hoàn hảo (PP) là một phương pháp thống kê, trong đó, các phương trình là liên kết giữa yếu tố dự báo và các nhân tố dự báo cũng đượcquan trắc tại cùng thời điểm đó hoặc ngay trước thời điểm quan trắc của yếu tố dựbáo với một điều kiện là: các nhân tố dự báo phải là các biến được dự báo bởimô hình số trị. Cụ thể hơn, trong phương pháp dự báo hoàn hảo, ta sử dụng số liệuquan trắc đồng thời để xây dựng phương trình dự báo, sau đó khi áp dụng, giá trịcủa các nhân tố dự báo chính là số liệu dự báo của mô hình số. Do đó, ta có thể sửdụng một phương trình để dự báo cho bất kỳ thời hạn dự báo nào. Sai sốdự báo sẽ phụ thuộc nhiều vào sai số dự báo với thời hạn đó của mô hình

6. Phương pháp Dự báo hoàn hảo Một ưu điểm của phương pháp dự báo hoàn hảo đó là: nó không đòi hỏisố liệu mô hình khi xây dựng phương trình nhưng nó vẫn tận dụng được những ưuđiểm sẵn có của mô hình khi áp dụng vào nghiệp vụ. Xuất phát từ bản chất củaphương pháp PP, nó không tính đến sai số và độ kém chính xác của các dự báo từmô hình số (đặc biệt là sự tăng nhanh của sai số theo thời hạn dự báo), nếu đưa ra cùng một giá trị dự báo của mô hình số, nó sẽ cho cùng một kết quả dự báo mà không quan tâm đến thời hạn dự báo của mô hình. Cũng vì lý do đó, mà phươngpháp dự báo hoàn hảo tốt hơn với những thời hạn dự báo ngắn, khi mà kết quảcủa mô hình số có thể sử dụng được.

7. Cải tiến Phương pháp Dự báo hoàn hảo Sau khi nhận thấy những hạn chế của cách tiếp cận bằng phương pháp dựbáo hoàn hảo cổ điển, các tác giả đã có những thay đổi đáng kể trong cách xây dựngnên phương trình dự báo hoàn hảo và gọi là cách tiếp cận dự báo hoàn hảo cải tiến (modified Perfect Prog). Mục đích: Kết hợp những ưu điểm khác nhau của phương pháp PP và MOS. Trong khuôn khổ đề tài này, tác giả chọn cách tiếp cận là: giá trị các nhân tố dự báo được lấy từ số liệu tái phân tích chứ không phải là các quan trắc synôp do tính sẵn có và sản phẩm được cung cấp trên lưới cũng như có thể thu thập được số liệu trên đạidương, một điều rất khó thực hiện với các quan trắc truyền thống.

8. Cải tiến Phương pháp Dự báo hoàn hảo Giống như cách tiếp cận MOS, cách tiếp cận PP cải tiến trên đây không hạn chếchúng ta trong việc chọn nhân tố dự báo được quan trắc tại những thời điểm nhấtđịnh, mà chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng các nhân tố dự báo là các biến của môhình tái phân tích, ví dụ như xoáy, phân kỳ, ... Và đặc biệt là các biến này sẵn có trên khu vực đại dương, nơi các XTNĐ vẫn hình thành.

9. CÔNG CỤ • Fortran • Grads • Python • GMT • Các công cụ hỗ trợ khác

10. các nhân tố liên quan đến sự hình thành xtnđ và miềntính Các nhân tố được khảo sát bao gồm: (1)Rãnh áp thấp (Rãnh gió mùa + dải hội tụ nhiệt đới), (2)Xoáy mực 850mb (Rot850), (3)phân kỳ mực 200mb (Div200), (4)độ đứt gió theo chiều thẳng đứng của thành phần gió u (u-shear), (5)độ đứt gió theo chiều thẳng đứng của thành phần gió v (v-shear), (6)Năng lượngđối lưu tiềm năng (CAPE), (7) Nhiệt độ thế vị tương đương (ePT), (8)độ ẩm tương đối mực đối lưu giữa (RH700-500) và (9)nhiệt độ mặt nước biển (SST). Miền tính: 80°E - 140°E, 0°N - 40°N, theo phương thẳng đứng tại các mực 1000, 850, 700, 500... mb, thời gian 30 năm (từ năm 1980 đến năm 2009)

11. Địnhnghĩathờiđiểmhìnhthànhcủa XTNĐ • Thờiđiểmhìnhthànhcủa XTNĐ đượcxácđịnhlàthờiđiểmđầutiênxuấthiệngiócấp 6 (25kts, tươngđươngkhoảng 13m/s) • Saukhicóđượcthờiđiểmđó, sốliệucủa 9 nhântốkểtrênđượctríchxuấttạiđúngthờiđiểm XTNĐ hìnhthànhvàlàtrịsốtrungbìnhcủa 4 điểmxácđịnh ô lướicóchứavịtríhìnhthànhcủa XTNĐ, riêngvớiyếutốrãnhápthấpthìsửdụngtrườngđườngdòngvàtrườngxoáytươngđốiđểxácđịnhxemrãnhápthấpcótồntại hay không. • Nhưvậymỗinhântố (trừnhântốrãnhápthấp) tasẽcó 4 chuỗisốliệu, mỗichuỗigồm 398 trịsố tươngứngvới 398 XTNĐ trongbộsốliệuthờiđiểmhìnhthành XTNĐ

12. Minh họasốliệuthờiđiểmhìnhthànhxtnđ

13. minh họasốliệuthờiđiểmhìnhthànhxtnđ

14. Kếtquả

15. PhânbốhìnhthànhcáccơnbãotheothờigiantrênkhuvựcbiểnĐôngcómởrộngđếnkinhtuyến 1400E giaiđoạn 1980 - 2009 • Trung bình hàng năm có khoảng 13.3 XTNĐ; • Bắt đầu từ khoảng tháng 5 với số lượng XTNĐ trung bình hình thành trong khu vực là 1.0 cơn và kết thúc vào khoảng tháng 12 với trị số 0.8 XTNĐ/năm; • Số lượng XTNĐ hình thành tăng dần và đạt đỉnh điểm trong 3 tháng: tháng 7, tháng 8 và tháng 9; • Các tháng đầu năm hầu như không có XTNĐ hình thành trên khu vực với con số trung bình dưới 0.3 XTNĐ/năm

16. rãnh ápthấpvàsựhìnhthànhXTNĐ

17. sst vàsựhìnhthànhXTNĐ

18. ept vàsựhìnhthànhXTNĐ

19. RH700-500 vàsựhìnhthành XTNĐ

20. CAPE vàsựhìnhthành XTNĐ

21. Vshearvàsựhìnhthành XTNĐ

22. Ushearvàsựhìnhthành XTNĐ

23. Div200 vàsựhìnhthành XTNĐ

24. Rot850 vàsựhìnhthành XTNĐ

25. Khoảnggiátrịđặctrưngcủa 04 yếutốđộnglực

26. Khoảnggiátrịđặctrưngcủa 04 yếutốnhiệtẩm

27. Nhậnxétcácđặctrưngthốngkê • Qua kếtquảkhảosátđượcthốngkê ở trên, mộtđặcđiểmdễnhậnrađólàcácnhântốnhiệtẩmcóđộdaođộng (thểhiện qua độlệchchuẩn) nhỏhơnrấtnhiều so vớicácnhântốđộnglực. Nhântốnhiệtẩmcóđộdaođộnglớnnhấtlànănglượngđốilưutiềmnăng, vớimứcđộdaođộnglà 22,1% giátrịtrungbình. Trongkhiđó, mặcdùđóngvaitròquantrọnghơntrongsựhìnhthànhcủa XTNĐ, cácnhântốđộnglựclạimứcđộdaođộngrấtlớn, đặcbiệthainhântốđộđứtgiótheochiềuthẳngđứngcóđộdaođộngtớitrên 100% giátrịtrungbình. • Đốivớiquátrìnhhìnhthànhcủa XTNĐ, cácnhântốđộnglựcsẽđóngvaitròđiềukiệncần, trongkhicácnhântốnhiệtẩmđóngvaitròđiềukiệnđủ. Do đó, đểxemxétmộtvùngápthấpcómạnhlênthành XTNĐ hay khôngthìtrướctiêncầnxemxétđếncácđiềukiệnvềđộnglực, trongđóđặcbiệtlưu ý đếnhaiyếutốđộnglựccóđộổnđịnhcaolàxoáytươngđốimực 850mb vàphânkỳmực 200mb.

28. Nhậnxétcácđặctrưngthốngkê • Qua kếtquảkhảosátđượcthốngkê ở trên, mộtđặcđiểmdễnhậnrađólàcácnhântốnhiệtẩmcóđộdaođộng (thểhiện qua độlệchchuẩn) nhỏhơnrấtnhiều so vớicácnhântốđộnglực. Nhântốnhiệtẩmcóđộdaođộnglớnnhấtlànănglượngđốilưutiềmnăng, vớimứcđộdaođộnglà 22,1% giátrịtrungbình. Trongkhiđó, mặcdùđóngvaitròquantrọnghơntrongsựhìnhthànhcủa XTNĐ, cácnhântốđộnglựclạimứcđộdaođộngrấtlớn, đặcbiệthainhântốđộđứtgiótheochiềuthẳngđứngcóđộdaođộngtớitrên 100% giátrịtrungbình. • Đốivớiquátrìnhhìnhthànhcủa XTNĐ, cácnhântốđộnglựcsẽđóngvaitròđiềukiệncần, trongkhicácnhântốnhiệtẩmđóngvaitròđiềukiệnđủ. • Cácnhântốnhưxoáytươngđốimực 850mb, phânkỳmực 200mb, nhiệtđộmặtnướcbiển, nhiệtđộthếvịtươngđươngsẽđượcxemlàcácnhântốchính, cóvaitròquantrọnghơnkhixemxétcácđiềukiệnmôitrườngxungquanhcáckhuvựccókhảnăng XTNĐ hìnhthành; còncácnhântốkhácđượcxemnhưcácnhântốbổ sung

29. Khuvựchìnhthành XTNĐ tiềm năngchotừngnhântố

30. Khuvựchìnhthành XTNĐ tiềm năngchotừngnhântố

31. Xác suất phát hiện (POD) sự hình thành của XTNĐ

32. Xác định “khu vực hình thành XTNĐ tiềm năng”

33. Sảnphẩm “Khuvựchìnhthànhtiềmnăng”

34. Dựbáo “Khuvựchìnhthànhtiềmnăng”

35. Dựbáo “Khuvựchìnhthànhtiềmnăng”

36. Dựbáo “Khuvựchìnhthànhtiềmnăng”

37. Quytrìnhdựbáosựhìnhthànhcủa XTNĐ • Quy trình đảm bảo. • “Trực quan và dễ tham khảo”. • “Đơn giản, không mất nhiều thời gian khi thực hiện”

38. Quytrìnhdựbáosựhìnhthànhcủa XTNĐ • Bước 1: Xem xét ảnh mây vệ tinh và xác định các khu vực có đối lưu phát triển. Đặc biệt lưu ý các vùng đối lưu phát triển liên tục theo thời gian, không phụ thuộc vào quy luật ngày – đêm và trả lời câu hỏi: • Có tồn tại vùng đối lưu tồn tại và phát triển liên tục trên một phạm vi nhất định trong vòng 12 giờ qua hay không?

39. Quytrìnhdựbáosựhìnhthànhcủa XTNĐ • Bước 2: Xem xét trường đường dòng và đường đẳng áp mực thấp (mặt đất và 850mb) để xác định các vùng áp thấp, vùng tâm xoáy. Trả lời các câu hỏi: • Có tồn tại rãnh áp thấp tương ứng với các vùng mây đối lưu xác định được ở bước 1 không? • Ở bản đồ bề mặt, có vùng áp thấp với đường đẳng áp 1006mb đóng kín không? • Có vùng tâm xoáy biểu hiện rõ trên cả mặt đất và mực 850mb không?

40. Quytrìnhdựbáosựhìnhthànhcủa XTNĐ • Bước 3: Xem xét bản đồ tổ hợp xác suất hình thành XTNĐ (phân tích và các thời hạn dự báo) và trả lời câu hỏi: • Có giá trị xác suất tổ hợp lớn hơn 50% trên các khu vực kể trên không? • Nếu tất cả các câu trả lời ở các bước trên là “Có” và các khu vực xác định là tương đồng với nhau thì coi các khu vực đó là “Khu vực hình thành tiềm năng” và tiếp tục xem xét các bước tiếp theo, ngược lại thì kết thúc quy trình ở đây và đưa ra kết luận “Không có khả năng hình thành XTNĐ trên khu vực biển Đông vào thời điểm…”

41. Quytrìnhdựbáosựhìnhthànhcủa XTNĐ • Bước 4: Xem xét bản đồ phân bố của lần lượt 8 nhân tố chia thành 2 nhóm, nhóm các nhân tố chính bao gồm: độ xoáy tương đối mực 850mb, phân kỳ mực 200mb, nhiệt độ mặt nước biển, nhiệt độ thế vị tương đương; • Nhóm các nhân tố phụ bao gồm: độ ẩm tương đối tầng đối lưu giữa, năng lượng đối lưu tiềm năng, độ đứt gió theo chiều thẳng đứng của thành phần kinh hướng và vĩ hướng. • Sau đó trả lời câu hỏi: • Giá trị của các nhân tố nhiệt động lực tại các “khu vực hình thành tiềm năng” có độ lớn nằm trong khoảng đặc trưng tương ứng hay không?

42. Quytrìnhdựbáosựhìnhthànhcủa XTNĐ • Bước 5: Kết luận. • Nếu chỉ có dưới 4 trên tổng số 8 nhân tố có câu trả lời là “Có” ở bước 4 thì kết luận: “Ít có khả năng hình thành XTNĐ ở khu vực… vào thời điểm…” • Nếu có từ 4 – 5 trên tổng số 8 nhân tố có câu trả lời là “Có” ở bước 4, trong đó có ít nhất 1 nhân tố chính, thì kết luận: “Có khả năng hình thành XTNĐ ở khu vực… vào thời điểm…” • Nếu có 6 – 8 trên tổng số 8 nhân tố có câu trả lời là “Có” ở bước 4 thì kết luận: “Có nhiều khả năng hình thành XTNĐ ở khu vực… vào thời điểm…”

43. Quytrìnhdựbáosựhìnhthànhcủa XTNĐ

44. Thửnghiệmsảnphẩm

45. Xácsuấttổhợpvùngápthấpđầutháng 11

46. Ảnhmâyvệtinhngày 02 và 03/11 05 giờ ngày 02/11/2011 05 giờ ngày 03/11/2011

47. Ảnhmâyvệtinhngày 04 và 05/11 05 giờ ngày 04/11/2011 05 giờ ngày 05/11/2011

48. Phântíchvàdựbáo 00Z ngày 05/11

49. Phântíchvàdựbáo 00Z ngày 06/11 Đến 00z ngày 06/11, lần đầu tiên tất cả các tiêu chuẩn trong 3 câu hỏi đầu đều có câu trả lời là “Có”, và đó là lúc chúng ta xem xét ra quyết định về khả năng hình thành của một áp thấp nhiệt đới trên khu vực giữa và nam biển Đông Trong trường phân tích đã xuất hiện đường đẳng áp 1006, mặc dù quy mô vẫn còn khá hẹp. Nhưng điều quan trọng là đường 1006 này còn được duy trì trong dự báo 12, 24 và thậm chí là cả 48 tiếng.

50. Phântíchvàdựbáo 00Z ngày 06/11 Thực tế, 12z ngày 07/11, áp thấp nhiệt đới đã hình thành! Như vậy, sản phẩm dự báo đầu tiên phát hiện được những điều kiện thuận lợi cho sự hình thành của áp thấp nhiệt đới trên khu vực ngoài khơi các tỉnh Trung Bộ trong những ngày đầu tháng 11 là vào lúc 00z ngày 06/11, 36 tiếng trước khi ATNĐ hình thành