|
1. Tên tác giả/nhóm tác giả
|
TT
|
Chức danh khoa học, học vị, họ và tên
|
Cơ quan công tác
|
|
1
|
GS.TS. Trần Tân Tiến
|
ĐH KHTN, ĐHQGHN
|
|
2
|
PGS.TS. Nguyễn Thọ Sáo
|
ĐH KHTN, ĐHQGHN
|
|
3
|
TS. Nguyễn Minh Trường
|
ĐH KHTN, ĐHQGHN
|
|
4
|
ThS. Công Thanh
|
ĐH KHTN, ĐHQGHN
|
|
5
|
ThS. Lê Thị Hồng Vân
|
ĐH KHTN, ĐHQGHN
|
|
6
|
PGS.TS. Nguyễn Mạnh Hùng
|
Viện Cơ học
|
|
7
|
PGS.TS. Đỗ Ngọc Quỳnh
|
Viện Cơ học
|
|
8
|
TS. Hoàng Đức Cường
|
Viện khoa học KTTV và MT
|
|
9
|
TS. Phùng Đăng Hiếu
|
Viện khoa học KTTV và MT
|
|
10
|
ThS. Võ Văn Hòa
|
TT DBKTTV TƯ
|
2. Giới thiệu tóm tắt công trình
Mục đích: Xây dựng công nghệ dự báo bão, sống nước dâng ở Việt Nam đạt độ chính xác của khu vực và chuyển giao cho các cơ sở làm nghiệp vụ dự báo khí tượng thủy văn.
Những kết quả chính
Thu thập số liệu: Số liệu dùng để nghiên cứu và thử nghiệm dự báo bao gồm: Số liệu AVN với độ phân giải 1 x 1 độ, số liệu quan trắc synốp tại các trạm khí tượng, số liệu vệ tinh.Các số liệu trên mỗi loại có 800 trường hợp. Số liệu khảo sát một số cơn bão, áp thấp nhiệt đới năm 2009.
Áp dụng phương pháp cập nhật số liệu địa phương, cài xoáy giả và tạo nhiễu động cho mô hình dự báo số.
Cập nhật số liệu địa phương cài xoáy giả mô phỏng tốt hơn cấu trúc xoáy, vị trí và cường độ bão. Cấu trúc bão được mô tả tốt hơn với lõi nóng tại vùng tâm bão (nhiệt độ cao hơn ở vùng tâm xoáy). Đề tài đã xây dựng bộ chương trình tạo ra những nhiễu động ban đầu (Nhân ban đầu) và nuôi các nhiễu động này một ngày để tạo trường ban đầu. Cộng trường phân tích với các nhiễu ta tạo ra các trường ban đầu khác nhau. Bằng phương pháp này ta có thể tạo ra rất nhiều trường ban đầu phục vụ dự báo. Phương pháp này chỉ có một số nước phát triển nghiên cứu ứng dụng. Ở Việt Nam chưa có công trình nào làm về vấn đề nay. Đề tài KC08-05/06-10 đã áp dụng thành công phương pháp nuôi nhiễu phát triển để dự báo tổ hợp quỹ đạo bão trên Biển Đông.
Dự báo quỹ đạo bão bằng các mô hình số ở Việt nam thời hạn trước 3 ngày. Đã áp dụng các mô hình số RAMS , WRF, ETA, HRM, MM5, WBAR , BARO và cải tiến sơ đồ đối lưu để dự báo qũy đạo bão trên Biển Đông đạt độ chính xác của các trung tâm dự báo ở khu vực.
Sau khi có được kết quả dự báo của từng mô hình trên một tập hợp số liệu lớn (Khoảng 600 trường hợp) đã tiến hành xây dựng phương trình hồi quy giữa tọa độ thực và tọa độ dự báo của tâm bão. Kết quả dự báo của các mô hình sau khi hiệu chỉnh bằng hồi quy đã cho sai số trung bình khoảng cách giữa tâm bão dự báo và tâm bão thực ở tất cả các hạn dự báo giảm đáng kể. Đây là kết quả mới của đề tài mà các công trình khác chưa làm được do chưa có điều kiên chạy mô hình với số trường hợp lớn như trong đề tài này. Kết quả giúp ta có thể đưa ra công nghệ dự báo quỹ đạo bão bằng một mô hình số cũng đạt chất lượng cao.
Đã xây dựng được các phương trình dự báo kinh vĩ độ tâm bão bằng phương pháp siêu tổ hợp và trọng số theo phương sai của sai số trong tổ hợp từ 2 đến 9 mô hình. Đã đánh giá kết quả dự báo, so sánh các phương pháp và chỉ ra mức độ chính xác của từng phương án tổ hợp. Kết qủa cho thấy phương pháp siêu tổ hợp cho kết quả dự báo quỹ đạo bão tốt hơn phương pháp trọng số . Kết quả còn giúp cho người sử dụng dễ dàng chọn phương án tổ hợp tối ưu cho cơ sở làm dự báo.Đây là kết quả dự báo hoàn toàn mới ở Việt Nam và đạt độ chính xác của khu vực.
Cũng trên cơ sở số liệu dự báo của các mô hình đã xây dựng thuật toán dự báo quỹ đạo bão bằng phương pháp tối ưu hoá thống kê nhiều chiều tức là hồi quy các đại lượng véc tơ (kinh vĩ độ tâm bão không độc lập với nhau). Đây là kết quả mới dự kiến gửi một bài báo trên tạp chí quốc tế. Sử dụng bộ số liệu bao gồm 149 số liệu dự báo 72 h của mô hình WRF, ETA, BARO, RAMS, và RAMSBG để xây dựng phương trình. Kết quả cho thấy sai số của dự báo tổ hợp tuyến tính tăng theo thời gian, tương quan sai số của kinh độ và vĩ độ cũng tăng đáng kể theo thời gian, và vượt giá trị 0.1 sau 54 giờ dự báo. Điều này chỉ ra rằng giả thiết về tính độc lập tuyến tính của dự báo kinh độ và vĩ độ riêng lẻ sẽ không tốt sau 54 giờ.
Đã thử nghiệm dự báo quỹ đạo bão bằng phương pháp nuôi nhiễu phát triển nhanh với 7 cơn bão và áp thấp nhiệt đới (xoáy thuận nhiệt đới, XTNĐ) hoạt động trên biển Đông trong mùa bão năm 2006.Sai số khoảng cách trung bình thấp hơn rất nhiều so với dự báo kiểm tra (bảng 1).
Bảng 1.Sai số khoảng cách trung bình (MPE) của toàn bộ tập mẫu
ứng với từng phương án thử nghiệm (Km)
|
MPE
|
|
Hạn dự báo
|
Dự báo bằng phương pháp BGM
|
Dự báo kiểm tra
|
|
24 h
|
101
|
134
|
|
48 h
|
137
|
203
|
|
72 h
|
153
|
324
|
Ta thấy sử dụng phương pháp BGM cho sai số vị trí tâm bão giảm rất nhiều trong các thời hạn dự báo từ 2 đến 3 ngày.
Dự báo sóng ,nước dâng bằng các mô hình số ở Biển Đông thời hạn trước 3 ngày
Dựa trên kết quả dự báo khí tượng đã xây dựng được công nghệ dự báo sóng, nước dâng đạt độ chính xác như các trung tâm dự báo ở khu vực ,đáp ứng được yêu cầu của thực tế
Ý nghĩa khoa học, công nghệ, đào tạo, ứng dụng thực tiễn
Giá trị khoa học: Đã áp dụng thành công các phương pháp hiện đại của thế giới vào dự báo bão ở Việt nam, Các phương pháp đó là cài xoáy giả, cập nhật số liệu, tạo và nuôi nhiễu , cải tiến sơ đồ đối lưu, hiệu chỉnh sai số thống kê của mô hình, dự báo theo trọng số tỷ lệ nghịch với phương sai của sai số dự báo, dự báo siêu tổ hợp, tối ưu hoá thống kê nhiều chiều. Đã tổ hợp các trường khí tượng để dự báo trường sóng và nước dâng trên Biển Đông. Các kết quả khoa học hoàn toàn mới không chỉ ở Việt Nam mà cả với thế giới.
Giá trị thực tiễn: Công nghệ dự báo liên hoàn bão, sóng và nước dâng đáp ứng được yêu cầu hiện nay của nghiệp vụ dự báo KTTV và có khả năng sử dụng nó làm dự báo và phát báo độc lập. Kết quả nghiên cứu này đã góp phần đưa trình độ dự báo bão, sóng và nước dâng của chúng ta tiếp cận với các nước tiên tiến. Công nghệ đã chuyển giao cho 4 cơ quan để dự báo thử nghiêm và có thể chuyển giao cho các cơ quan khác có nhu cầu ứng dụng và nghiên cứu
- Trung tâm dự báo KTTV Trung ương.
- Đài khí tượng thủy văn Trung Trung Bộ.
- Đài khí tượng thủy văn Đông Bắc.
- Phân viện Phía Nam Viện khí tượng thủy văn và môi trường.
Đào tạo: 1 tiến sỹ , 8 thạc sỹ và nhiều cử nhân ngành khí tượng và hải dương hoc.
1. Project title: Development of a numerical medium-range (3 days) forecasting system for typhoons, storm surge, and related waves in Vietnam
2. Full name of author/group of authors
|
1
|
Prof. Dr. Tran Tan Tien
|
|
2
|
Ass .Prof. Dr. Nguyen Tho Sao
|
|
3
|
Dr. Nguyen Minh Truong
|
|
4
|
Mas. Cong Thanh
|
|
5
|
Mas. Le Thi Hong Van
|
|
6
|
Ass .Prof. Dr Nguyen Manh Hung
|
|
7
|
Ass .Prof. Dr Do Ngoc Quynh
|
|
8
|
Dr Hoang Duc Cuong
|
|
9
|
Dr Phung Dang Hieu
|
|
10
|
Mas.. Vo Van Hoa
|
3. Abstract
- Main results
3.1. Data
The data used for the experiment and research purposes in this project consists of the United State global analysis data (AVN) with a resolution of 10 ´ 10, radiosonde observations from surface stations, and satellite data. Each category of data has about 800 different collections for a number of typical typhoons and tropical storms during the typhoon season 2009.
3.2. Local observation, bogused vortex, and a method of creating an ensemble perturbation
Our research has shown that assimilating of local observation as well as use of bogused vortex data could give better simulated typhoon structure, location, and intensity. The structure of all bogused typhoons possesses a warm core in consistence with the locations of the typhoon (the warm core is defined here as a higher potential temperature anomaly at the typhoon center than surrounding environment). This project has also succeeded in building a forecast system that is capable of generating an ensemble of initial perturbations. Addition/subtraction of these initial perturbations results in a set of initial inputs that could capture better the uncertainty of initial condition, thus helping the typhoon track forecasts more reliable. Although the ensemble technique has been continuously implemented in many international operational forecast centers, it has not been explored so far in Vietnam. Our project is the first to apply successfully the ensemble breeding method for ensemble forecasts of typhoon tracks the East Sea of Vietnam.
3.3. Numerical 3-day forecast of typhoon tracks
Several non-hydrostatic models have been used in this project including the RAMS, WRF, ETA, HRM, WBAR, and BARO models. In particular, we have implemented a newly improved cumulus parameterization scheme that allows for better track forecast of typhoons the East Sea of Vietnam as compared to other forecast centers in Asian region.
The key approach in our ensemble system is to carry out an ensemble of model runs. The resulted forecasts from each individual model are then combined statistically, based on the least square approach, to construct a forecast equation for the location of typhoon centers. The forecasts of the typhoon centers from such regressional equation demonstrate a substantial reduction in typhoon center error. This is a new result in our project that has not been achieved previously in Vietnam, partly due to the incapability of simulating a large number of cases as in our project. These important results are expected to help improve the typhoon track forecast in the future.
Of further interest is that we have formulated a number of diagnostic equations that predict the latitude and longitude of typhoon centers using either the super-ensemble approach or the weighted mean based on the error variance of the above different models. Evaluation of our formulation together with various comparisons between our approach and previous methods demonstrate the accuracy of the super-ensemble combination. Our results show that the super-ensemble approach gives better performance than the weighted mean approach. This result allows users to select the best combination for their forecasts.
In this project, we have also proposed a new approach for which the forecast of the typhoon centers is considered as a multivariate optimization, i.e., the latitude and longitude of the typhoon centers are not treated independently as in previous studies. This is a promising direction that we are working on and plan to publish our results in an international journal. Preliminary results with 149 72-h forecasts using the WRF, ETA, RAMS, BARO, and RAMSBG models showed that our multivariate optimization could capture the cross correlation between longitudinal and latitudinal errors of typhoon center, which becomes apparently after 54-h into integration.
As an evaluation of our ensemble forecast, we have tested our breeding ensemble system for 7 typhoons and tropical storm in the East Sea of Vietnam during 2006 typhoon season. The mean location errors of forecasted track with respect to the best track show smaller overall errors as seen in Table 1.
Table 1.Mean position error of the experiments for all data ( Km)
|
MPE
|
|
Forecast range
|
BGM
|
Control
|
|
24 h
|
101
|
134
|
|
48 h
|
137
|
203
|
|
72 h
|
153
|
324
|
3.4 Sea wave and strom surge 3-day forecasts using numerical models over the East Sea of Vietnam
Based on meteorological forecast fields, the sea wave and storm surge forecast technique has been successfully built with the accuracy equivalent to that by regional forecast centers, which satisfies the operational demands.
4.. Scientific significance
This project has successfully implemented up-to-date methods, which have been developed by centers over the world, for tropical cyclone forecast in Vietnam. Those are bogus technique, data assimilation, breeding the fastest growing modes, convective scheme modifications, model error statistical adjustment, forecast based on weighted coefficients inversely proportional to the variance of forecast error, superensemble forecast, and multi-dimension statistical optimization. Moreover, the sea wave and storm surge forecast have also been carried out using the ensemble of meteorological forecasts. The scientific results are new not only in Vietnam but also in the world.
5. Practical significance
The integrated technique for the tropical cyclone, sea wave and storm surge forecast could meet the current operational demands and is applicable to independent forecasts. These results contribute to enhancing our ability to forecast tropical cyclones, sea wave and storm surge with the accuracy approaching that by developed countries. The integrated technique has been transfered to four centers for semi-operation mode and ready for exchange to other centers which may require to apply.
The integrated techniqure has been transfered to four centers:
- Central center for hydrometeorological forecast.
- Hydrometeorological bureau in the middle of central Vietnam.
- Hydrometeorological bureau in northeastern Vietnam.
- Sub-institute of the Meteorological, Hydrological and Environment Science in southern Vietnam.
|
