Luận án Tiến sỹ Khí tượng và khí hậu học: Khảo sát mối quan hệ giữa kĩ năng mô phỏng quỹ đạo bão và cường độ bão cho khu vực tây bắc Thái Bình Dương bằng hệ thống dự báo tổ hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> ______________________<br /> <br /> DƢ ĐỨC TIẾN<br /> <br /> KHẢO SÁT MỐI QUAN HỆ GIỮA KĨ NĂNG<br /> MÔ PHỎNG QUỸ ĐẠO BÃO VÀ CƢỜNG ĐỘ<br /> BÃO CHO KHU VỰC TÂY BẮC THÁI BÌNH<br /> DƢƠNG BẰNG HỆ THỐNG DỰ BÁO TỔ HỢP<br /> LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƢỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC<br /> <br /> Hà Nội – 2017<br /> <br /> ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> _______________________<br /> <br /> DƢ ĐỨC TIẾN<br /> <br /> KHẢO SÁT MỐI QUAN HỆ GIỮA KĨ NĂNG<br /> MÔ PHỎNG QUỸ ĐẠO BÃO VÀ CƢỜNG ĐỘ BÃO<br /> CHO KHU VỰC TÂY BẮC THÁI BÌNH DƢƠNG<br /> BẰNG HỆ THỐNG DỰ BÁO TỔ HỢP<br /> Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học<br /> Mã số: 62440222<br /> LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƢỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC<br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC<br /> 1. PGS. TS. Ngô Đức Thành<br /> 2. TS. Kiều Quốc Chánh<br /> <br /> Xác nhận của Chủ tịch hội đồng<br /> Đại Học Quốc Gia<br /> <br /> Xác nhận của ngƣời hƣớng dẫn<br /> <br /> GS. TS. Trần Tân Tiến<br /> <br /> PGS. TS. Ngô Đức Thành<br /> <br /> Hà Nội – 2017<br /> <br /> LỜI CAM ĐOAN<br /> Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số<br /> liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công<br /> bố trong bất kỳ công trình nào khác.<br /> Tác giả luận án<br /> <br /> Dƣ Đức Tiến<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. 3<br /> DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... 7<br /> DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. 13<br /> DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT VÀ Ý NGHĨA .............................................. 14<br /> LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................... 17<br /> MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1<br /> CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SAI SỐ DỰ BÁO BÃO TRÊN KHU VỰC TÂY BẮC<br /> THÁI BÌNH DƢƠNG .......................................................................................................... 6<br /> 1.1 Vấn đề quan trắc bão và các phƣơng pháp dự báo bão ......................................... 6<br /> 1.1.1 Đặc trưng cơ bản của bão và vấn đề quan trắc bão ............................................... 6<br /> 1.1.2 Các phương pháp dự báo bão ................................................................................ 8<br /> 1.1.3 Các nguồn phát sinh sai số trong mô hình và nhân tố ảnh hưởng đến sai số dự<br /> báo bão.......................................................................................................................... 13<br /> 1.2 Vấn đề về sai khác giữa dự báo quỹ đạo và cƣờng độ bão ................................... 17<br /> 1.2.1 Tổng quan về sai số và kĩ năng dự báo quỹ đạo và cường độ bão trên khu vực<br /> Tây Bắc Thái Bình Dương ........................................................................................... 17<br /> 1.2.2 Đánh giá sai số dự báo bão trên khu vực Biển Đông từ 2008-2014 .................... 22<br /> 1.2.3 Tương quan không đồng nhất của việc cải thiện chất lượng dự báo cường độ và<br /> quỹ đạo bão................................................................................................................... 25<br /> 1.3 Mục tiêu của luận án ................................................................................................ 30<br /> CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................. 31<br /> 2.1 Phƣơng pháp đồng hóa số liệu ................................................................................ 31<br /> 2.1.2 Phương pháp đồng hóa biến phân ....................................................................... 31<br /> 2.1.3 Phương pháp tổ hợp............................................................................................. 34<br /> 2.1.3 Phương pháp đồng hóa tổ hợp ............................................................................. 36<br /> 2.2 Bài toán tăng cƣờng cấu trúc xoáy ban đầu cho mô hình số trong dự báo bão . 41<br /> 2.3 Hệ thống mô hình khu vực áp dụng trong luận án ............................................... 47<br /> 2.3.1 Mô hình khu vực WRF-ARW ............................................................................. 47<br /> 2.3.2 Hệ thống đồng hóa tổ hợp LETKF cho mô hình khu vực WRF-ARW............... 48<br /> 2.3.3 Tích hợp module tạo cấ u trúc xoáy ba chiề u nhân tạo từ thông tin quan trắc bão<br /> thực cho hệ thống WRF-LETKF .................................................................................. 52<br /> 2.4 Số liệu sử dụng trong luận án.................................................................................. 57<br /> <br /> 2.4.1 Số liệu quan trắc bão và gió quy mô lớn ............................................................. 57<br /> 2.4.2 Số liệu tái phân tích quy mô toàn cầu .................................................................. 58<br /> 2.4.3 Số liệu dự báo quy mô toàn cầu .......................................................................... 59<br /> 2.5 Phƣơng pháp đánh giá ............................................................................................. 59<br /> 2.5.1 Đánh giá sai số dự báo quỹ đạo và cường độ ...................................................... 59<br /> 2.5.2 Đánh giá kĩ năng dự báo xác suất tổ hợp............................................................. 60<br /> CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT TƢƠNG QUAN GIỮA SAI SỐ DỰ BÁO QUỸ ĐẠO VÀ<br /> CƢỜNG ĐỘ BÃO BẰNG HỆ THỐNG TỔ HỢP ĐA VẬT LÝ ................................... 65<br /> 3.1 Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 65<br /> 3.2 Thiết lập thử nghiệm ................................................................................................ 65<br /> 3.2.1 Cấu hình tổ hợp đa vật lý dựa trên mô hình khu vực WRF-ARW ...................... 65<br /> 3.2.2 Điều kiện biên và các cơn bão được lựa chọn mô phỏng trong thí nghiệm ........ 68<br /> 3.2.3 Tiêu chuẩn phân loại các tập mẫu mô phỏng bão ............................................... 69<br /> 3.3 Kết quả thử nghiệm ................................................................................................. 73<br /> 3.4. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................... 78<br /> CHƢƠNG 4: DỰ BÁO QUỸ ĐẠO VÀ CƢỜNG ĐỘ BÃO BẰNG HỆ THỐNG<br /> ĐỒNG HÓA TỔ HỢP ....................................................................................................... 81<br /> 4.1 Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 81<br /> 4.2 Thiết lập thử nghiệm ................................................................................................ 81<br /> 4.2.1 Cấu hình hệ thống đồng hóa tổ hợp WRF-LETKF ............................................. 81<br /> 4.2.2 Điều kiện biên và các cơn bão được lựa chọn dự báo ......................................... 82<br /> 4.2.3 Dữ liệu quan trắc đồng thời quy mô lớn và quy mô bão cho sơ đồ LETKF ....... 85<br /> 4.2.4 Các trường hợp dự báo trong thí nghiệm ............................................................ 86<br /> 4.3 Kết quả thử nghiệm ................................................................................................. 88<br /> 4.3.1 Tác động của phương pháp đồng hóa tổ hợp đến trường phân tích .................... 88<br /> 4.3.2 Tác động của phương pháp đồng hóa tổ hợp đến kết quả dự báo ....................... 95<br /> 4.4 Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................. 110<br /> KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 113<br /> KIẾN NGHỊ VỀ CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ................................... 116<br /> DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN<br /> ĐẾN LUẬN ÁN ................................................................................................................ 117<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 118<br /> PHỤ LỤC.......................................................................................................................... 128<br /> I.1 Danh sách cơn bão mô phỏng bằng mô hình WRF-ARW trong chƣơng 3 và sai<br /> số cùng tiêu chuẩn lọc quỹ đạo I ................................................................................. 128<br /> <br />