41
CHƯƠNG 2
SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO MƯA MÔ HÌNH
HRM
Chương 2 giới thiệu về bộ số liệu thực tế và dự báo của mô hình HRM, phương
pháp đánh giá chất lượng dự báo mưa của mô hình HRM, trong đó chú trọng đến sai số
hệ thống; đồng thời giới thiệu cơ sở khoa học của việc thống kê các hình thế synôp gây
mưa ở Bắc Bộ, phục vụ cho việc phân tích các kết quả đánh giá sai số.
2.1 Số liệu
2.1.1 Số liệu mưa quan trắc và thực tế
2.1.1.1 Khu vực đánh giá và trạm đo mưa trong khu vực
Để tiến hành đánh giá sai số hệ thống mưa của mô hình HRM, chúng tôi tiến
hành đánh giá cho khu vực phía Đông Bắc Bộ trong 5 tháng mùa mưa từ tháng 6 đến
tháng 10 trong vòng 3 năm gần đây nhất: 2005, 2006, 2007. Việc chỉ chọn khu vực
Đông Bắc Bộ để đánh giá vì khu vực phía Đông Bắc Bộ có mật độ trạm khí tượng dày
nhất, đủ đáp ứng tiêu chuẩn của tổ chức khí tượng thế giới (WTO) quy định về mật độ
trạm, trong khi khu vực phía Tây chủ yếu là vùng núi nên mật độ trạm thưa thớt hơn rất
nhiều.
Vị trí địa lý khu vực Đông Bắc Bộ bao gồm ba khu vực nhỏ hơn: khu vực Việt
Bắc, khu vực Đông Bắc và Đồng Bằng Bắc Bộ. Hình dưới là diện tích khu vực được
tiến hành đánh giá. 42
104 104.5 105 105.5 106 106.5 107 107.5 108
20
20.5
21
21.5

thế giới. Trên hình 2.2 là bản đồ phân bố các trạm mưa khu vực Đông bắc bộ.
104 104.5 105 105.5 106 106.5 107 107.5 108
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
48/31
48805
48/32
48/34
48812
48/36
48/37 48810
48831
48/44
48/51
4881348814
48/52
48/39
48808
48/33
48/43
48807
48830
48/47
48/49 4883848/50
48837

Tuy nhiên trong luận văn thạc sỹ này, số liệu được dùng là bộ số liệu phát báo
nghiệp vụ hàng ngày và được chỉnh biên, lưu trữ tại Trung tâm Tư liệu KTTV nên
được xem là có độ tin cậy cao.
2.1.2 Số liệu mưa dự báo của mô hình HRM
2.1.2.1 Đưa số liệu mưa dự báo trên các nút lưới về các trạm
Sản phẩm dự báo 24h của các tháng từ 6 – 10, các năm 2005, 2006, 2007 từ mô
hình HRM chạy nghiệp vụ hàng ngày là số liệu mưa tích lũy dự báo thời hạn 24 giờ từ
phiên bản có độ phân giải 14 km (đã trình bày ở chương 1).
Số liệu này đã được mô hình nội suy bằng phương pháp nội suy song tuyến tính
(Bilinear interpolation) về vị trí các trạm quan trắc cho trước theo danh sách và tọa độ
trạm đã nói ở tiểu mục trên. Việc tổ chức số liệu được thể hiện ở các file dữ liệu lưu,
trong đó các file đều có cột “số thứ tự trạm”, kinh độ và vĩ độ trạm, các ngày trong
tháng.
2.1.2.2 Tổ chức đồng bộ số liệu
Việc đánh giá dự báo trong luận văn này được tiến hành theo hướng: trước tiên
tiến hành đánh giá cho từng tháng sau đó mới đánh giá cho toàn mùa mưa nên tổ chức
các file số liệu riêng cho từng tháng, từ tháng 6 đến tháng 10.
Sản phẩm dự báo của mô hình là những dự báo trước một ngày, do đó để đồng
bộ số liệu, chúng tôi đã tiến hành sắp xếp số liệu mưa mô hình sang trái thêm một cột
và thêm vào cột cuối cùng của các tháng bằng cột đầu của tháng sau.
Các trường hợp khuyết sản phẩm mô hình, chúng tôi bỏ qua không tính và thay
vào bằng con số “-999”. 45
2.2 Phương pháp đánh giá dự báo mưa của mô hình HRM
2.2.1 Đánh giá khi xem mưa là biến liên tục
2.2.1.1 Mưa được xem như trường yếu tố khí tượng
Khi ta đo mưa ở các điểm đo thì lượng mưa đo được là các số thực dương
và ta có số liệu trường. Sau khi sản phẩm dự báo mưa HRM từ nút lưới được nội

i
N
1i
i
OOFF
OOFF
R
(2.1)
Tuy nhiên trong luận văn chúng tôi đã không tiến hành đánh giá dự báo
trường, mà xem xét mưa dưới dạng biến liên tục trong từng cấp mưa để đánh giá
chất lượng dự báo mưa chi tiết hơn theo không gian và thời gian.
2.2.2 Đánh giá mưa khi phân lượng mưa ra đa cấp rời rạc 46
2.2.2.1 Phân lượng mưa ra 10 cấp
Để đánh giá một cách đầy đủ và có khả năng so sánh, phân tích giữa kết quả dự
báo và kết quả thực tế, việc tính toán được tiến hành cho 2 dạng hệ thống biến liên tục
và rời rạc theo cấp định lượng mưa dự báo và mưa thực tế. Hệ thống biến là các cấp
mưa được phân làm 10 cấp theo cấp định lượng tương tự với các nước và không khác
nhiều so với phân cấp mưa trong nghiệp vụ, được trình bày như ở bảng dưới đây:
Bảng 2.1 Các cấp mưa
Cấp mưa Lượng mưa
(mm)
Lượng mưa
(inch)
1 0.0-<6.3 mm 0 - 1/4
2 6.3-<12.7 1/4 - 1/2
3 12.7-<19.0 1/2 - 3/4
4 19.0-<25.4 3/4 - 1

n
22
n
23
- - - - - n
29
n
210
n
2.

3:12.7-<19.0 n
31
n
32
n
33
- - - - - n
39
n
310
n
3.

4:19.0-<25.4 - - - - - - - - - - -
5:25.4-<38.1 - - - - - - - - - - -
6:38.1-<50.8 - - - - - - - - - - -
7:50.8-<63.5 - - - - - - - - - - -
8:63.5-<76.2 - - - - - - - - - - -
9:76.2-<101.6 - - - - - - - - - - -

và biến thiên theo thời gian các ngày trong mỗi tháng và trong toàn mùa mưa.
a) Cho các biến liên tục được ký hiệu như sau: 48
 



N
i
ii
OF
N
RMSE
1
2
1
(2.2)


N
I
ii
OF
N
MAE

N
1
MSE

(2.5)Cmean =




   







N
1i
2
i
N
1i
2
i
i
N

k
O
k
Fn
FN
OFn
FN
OFn
(2.7)
PreP =
)(
),(

)
2
(
)
2
,
2
(
)
1
(
)
1
,
1
(
k

Fn
ON
Fn
ON
Fn

(2.9)
TS =
)()(
),(

)
2
()
2
(
)
2
,
2
(
)
1
()
1
(
)
1
,
1

BE
misses
hits
sfalsealarmhits
BE




(2.11)
POD
misses
hits
hits
POP



(2.12)
FAR
sfalsealarmhits
sfalsealarm
FAR



(2.13)
TS
falsealarmmisseshits
hits

random
hits
))((




(2.16)
ativescorrectnegmsfalssealar
sfalsealarm
misseshits
hits
HK





(2.17)

))(())((
)**(2
ativescorrectnegsflasealarmsfalsealarmhitsativescorrectnegmissesmisseshits
sfalsealarmmissesativescorrectneghits
HSS



(2.18)


Việc phân tích tìm nguyên nhân gây ra các trận hoặc các đợt mưa lớn, cũng như
việc dự báo trước các hiện tượng này là một việc rất khó khăn và phức tạp, đang là một
trong những đối tượng mà các nhà dự báo Khí tượng quan tâm nghiên cứu.
Khi phân tích nguyên nhân gây ra mưa vừa, mưa lớn, thường người ta phải chú
ý đến 3 yếu tố sau
- Nhân tố nhiệt, ẩm của khối khí
- Nhân tố địa hình
- Nhân tố động lực
2.3.1.1 Nhân tố nhiệt, ẩm
a. Nhân tố ẩm
Trong khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 10 hàng năm, ở vùng đồng bằng
Bắc Bộ thường do các khối không khí nhiệt đới ẩm, hoặc khối khí xích đạo chi phối.
Đặc trưng của các khối khí này là độ ẩm cao, độ ẩm riêng ở lớp không khí tầng sát mặt
đất vào khoảng 33 – 34 gam, và ở lớp khí quyển trên cao 1500 m cũng đạt tới 13 – 14
gam. Vì vậy nhân tố độ ẩm luôn luôn thuận lợi cho việc phát sinh các đợt mưa vừa,
mưa lớn. Nhưng trong thực tế, mỗi tháng chỉ xảy ra một vài đợt mưa vừa, mưa lớn. 52
Qua đó có thể kết luận, nhân tố độ ẩm chỉ là điều kiện cần của một đợt mưa vừa, mưa
lớn. Nó phải được chú ý, xem xét khi dự đoán có khả năng xảy ra mưa vừa, mưa lớn.
b. Nhân tố Nhiệt
Như đã nói ở trên, trong thời gian từ tháng 6 đến tháng 9 ở vùng đồng bằng Bắc
Bộ thường bị chi phối bởi các khối khí với bản chất nóng, ẩm. Tầng kết nhiệt thì
thường ở trạng thái bất ổn định hoặc bất ổn định điều kiện. Trong trường hợp như vậy
nếu vì một nguyên nhân nào đó khối khí bị nóng lên rõ rệt nhất là vào buổi trưa thì
nhiệt độ không khí đạt từ 34 độ C trở lên, thì cũng dễ tạo ra hiện tượng không khí đối
lưu mạnh mang tính cục bộ, gây ra các trận mưa dông (gọi là dông nhiệt) với thời gian
ngắn và đợt mưa thường đạt mức mưa vừa, hiếm khi đạt mức mưa lớn. Vì vậy nhân tố
này cũng có thể xem như không phải nhân tố chính để gây ra mưa lớn ở vùng Đồng

ẩm, điều kiện động nhiệt lực ở các lớp khí quyển trên cao cũng như điều kiện địa hình
ảnh hưởng đến thời tiết. Bởi vì quá trình synop luôn luôn biến động, thay đổi theo thời
gian nên một quá trình thời tiết xảy ra trong nhiều ngày có thể do một hay nhiều tác
nhân, một hay nhiều hệ thống synop khác nhau, độc lập hay kết hợp nhiều hệ thống với
nhau.
Trên thực tế đối với miền Bắc nước ta, hệ thống synop chi phối chủ yếu là áp cao
lạnh phía bắc, áp cao cận nhiệt đới, áp thấp nóng Ấn Miến và xoáy thuận nhiệt đới.
Tuy nhiên tuỳ thuộc vào vị trí, cường độ, xu thế thay đổi các trường khí tượng, mối
tương tác giữa chúng, ,mà nêu thuộc tính kèm theo. Ngoài ra do sự tranh chấp của
nhiều hệ thống thời tiết nên kết quả xác định hệ thống synop có thể là hệ thống thời tiết
độc lập, nhiều hệ thống thời tiết tương tác, thậm chí đôi khi không thể xác định được 54
hình thế synop (trường khí tượng mờ). Xác định hệ thống synop gây thời tiết nói
chung, gây mưa nói riêng cần thiết phải xác định được hệ thống synop chính (hệ thống
thời tiết chủ đạo), các hệ thống thời tiết tương tác cũng như điều kiện hoàn lưu, điều
kiện động nhiệt lực (các tác nhân gây thời tiết) và mối quan hệ giữa chúng. Chính vì lẽ
đó, để xác định hình thế thời tiết cần thiết xây dựng tiêu chí phân loại dựa trên các đặc
trưng vật lý cũng như khuôn dạng của trường khí áp tầng thấp, trường địa thế vị trên
cao đồng thời dựa trên các đặc trưng khí hậu synop. Ngoài các tiêu chí trên cần thiết
xem xét các quá trình mưa về mặt thời gian, không gian và tính chất mưa.

2.3.2 Đặc trưng và mô phỏng các loại hình thời tiết gây mưa ở khu vực Đông Bắc
Bộ.
Đặc trưng loại hình thời tiết gây mưa trong các tháng mùa hè ở khu vực Đông Bắc
Bộ bao gồm 5 loại hình thế chính, đó là áp cao lạnh, áp thấp nóng Ấn Miến, áp cao cận
nhiệt đới (áp cao phó nhiệt đới), xoáy thuận nhiệt đới và dải hội tụ nhiệt đới. Ngoài ra
trong quá trình tranh chấp của các khối khí tạo nên một loại hình thế synop không rõ
ràng hoặc một loại hình thời tiết chịu tác động bởi nhiều loại hình thế có tác động

cao lạnh có thể kèm theo đường đứt, front lạnh cùng với quá trình tăng khí áp, giảm
nhiệt độ và điểm sương. Mưa và dông ở các tỉnh miền Bắc chỉ có thể xảy ra trong thời
kỳ đầu và cuối mùa đông hoặc trong những tháng chuyển tiếp. Thông thường quá trình
mưa và dông xảy ra do sự tương tác của áp cao lạnh với các hệ thống thời tiết khác
trong đó vai trò của áp thấp nóng Ấn Miến giữ một vị trí hết sức quan trọng. Vào
những tháng cuối mùa đông vị trí trung tâm áp cao lạnh lệch dần về phía đông, sự biến
tính của áp cao này thể hiện rõ hơn và quá trình tác động cũng kém phần mãnh liệt. Vì
vậy, quá trình mưa bất ổn định nói chung, mưa rào và dông nói riêng cũng giảm dần
đồng thời qua trình mưa nhỏ mưa phùn xuất hiện thường xuyên hơn.
 Áp cao lạnh kết hợp rãnh áp thấp bị nén
Đây là loại hình thế synop gây mưa và dông đặc trưng nhất và thường xảy ra trong
mùa chuyển tiếp khi áp thấp nóng Ấn - Miến còn hoạt động ở khu vực đông nam Trung
Hoa hoặc Bắc Bộ cũng như quá trình phát triển trở lại của áp thấp này sau thời kỳ mùa
đông lạnh giá. Quá trình mưa và dông xuất hiện ngay trước khu vực áp cao lạnh ảnh
hưởng, nơi đối lưu phát triển mạnh mẽ nhất. Trong trường hợp áp cao lạnh cường độ
mạnh, di chuyển nhanh kèm theo front lạnh, đường đứt thì dông tố lốc hay xảy ra đặc
biệt khu vực vịnh Bắc Bộ và ven biển Trung Bộ. Tuỳ thuộc vị trí trung tâm áp cao
lạnh, mức độ phát triển, hình dạng cũng như đặc trưng của rãnh áp thấp và cấu trúc
hoàn lưu trên cao mà phạm vi, thời gian và cường độ mưa, dông có khác nhau. Vị trí áp
trung tâm áp cao lạnh tồn tại dưới hai vùng khác nhau trên khu vực Tứ Xuyên hoặc
phía tây tỉnh Quảng Đông (Trung Quốc). Quá trình di chuyển xuống phía nam của các
áp cao lạnh này cũng khác nhau theo hướng Bắc-Nam hoặc Đông bắc-Tây nam. Dưới
tác động nén của áp cao lạnh và dạng phát triển ban đầu của áp thấp nóng Ấn -Miến 57
mà rãnh áp thấp bị nén tồn tại dưới dạng rãnh áp thấp có hướng Đông-Tây hoặc Tây
bắc-Đông nam. Quá trình mưa và dông của loại hình thế synop này phụ thuộc rất nhiều
hình dạng của trục rãnh bởi lẽ nó liên quan chặt chẽ đến cấu trúc hoàn lưu và điều kiện
nhiệt ẩm. Loại hình thế này đôi khi kèm theo xoáy thuận hoặc hội tụ gió trên cao song

cũng trùng với thời kỳ hoạt động của gió mùa mùa đông. Do vậy phần lớn các XTNĐ
trong đó có ATNĐ, bão có nguồn gốc từ Biển Đông nên quá trình tương tác này
thường xảy ra mãnh liệt và thời gian kéo dài hơn. Tuy nhiên khi đề cập đến quá trình
tương tác của rìa áp cao lạnh với XTNĐ cần thiết phải đề cập đến đặc điểm về mặt thời
gian của quá trình: áp cao lạnh ảnh hưởng trước, sau hay cùng thời kỳ hoạt động của
XTNĐ, bởi lẽ điều đó liên quan chặt chẽ với điều kiện mặt đệm trong quá trình phát
triển mây đối lưu, mưa rào và dông.
2.3.2.2 Hình thế rìa áp cao cận nhiệt đới tăng cường
Như chúng ta đã biết áp cao cận nhiệt đới là áp cao nóng quy mô hành tinh và thời
tiết xấu chỉ xuất hiện ở khu vực rìa áp cao này. Đối với nước ta nằm ở phần tây bắc của
áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương và là nơi tranh chấp mãnh liệt nhất của nhiều hệ
thống thời tiết ở lớp dưới của tầng đối lưu trong đó quá trình tăng cường và lấn về phía
tây của áp cao cận nhiệt đới là phổ biến nhất. Quá trình lấn về phía tây của áp cao này
thường xảy ra theo chu kỳ 3 ngày hay 5, 7 ngày tuỳ thuộc mức độ và thời kỳ hoạt động
của nó. Song song với quá trình lấn về phía tây là quá trình trục áp cao cận nhiệt đới
được nâng dần lên phía bắc. Áp cao cận nhiệt đới tăng cường và lấn về phía tây làm
cản trở sự xâm nhập của các khối không khí lạnh phía bắc hoặc hạn chế sự phát triển 59
của áp thấp nóng Ấn - Miến . Quá trình mưa và dông xảy ra mãnh liệt nhất vào thời
gian gần sáng và sáng trong thời kỳ áp cao cận nhiệt bắt đầu lấn mạnh về phía tây với
độ cao địa thế vị tăng 2-3 dam . Cường độ mưa do hình thế synop này phụ thuộc nhiều
vào độ dày và cường độ đới gió Đông-Nam và mức độ ẩm trên khu vực. Lớp gió Đông
Nam phát triển mạnh nhất có thể lên độ cao đến 5000m. Quá trình mưa và dông di
chuyển từ đông sang tây, xảy ra mạnh mẽ đối với các tỉnh phía đông Bắc Bộ và Thanh
Hoá, rất ít khi xảy đối với khu vực phía tây dãy núi Hoàng Liên Sơn. Cần lưu ý rằng
trong cùng thời kỳ nếu hoàn lưu Tây nam có nguồn gốc từ vịnh Ben Gan được duy trì
hoặc dòng xiết trong đới gió tây hoạt động mạnh ở khu vực 20˚N-30˚N , 100˚E-110˚E
tạo nên sự hội tụ gió ở khu vực Bắc Bộ thì quá trình mưa và dông sẽ có cường độ mạnh

phụ thuộc rất lớn do vị trí và dạng trục áp cao. Có thể chia làm hai loại: Một là vị trí
trục áp cao cận nhiết đới ở vĩ độ từ 25˚N trở lên, có trục Đông-Tây hay Tây bắc- Đông
nam với sự tác động của tín phong Đông hay Đông nam với đới gió tây có nguồn gốc
từ vịnh Ben Gan; Hai là trục áp cao có vị trí dưới 15˚N, các tỉnh miền Bắc chịu tác
động hội tụ của hoàn lưu gió Tây nam ở rìa Tây bắc áp cao cận nhiệt đới với gió Tây
nam từ vịnh Ben Gan như đã nêu ở trên. Trong cả hai trường hợp này đã xuất hiện
dòng hội tụ gió kinh hướng của hai đới gió có nguồn gốc khác nhau (chủ yếu theo
chiều kinh tuyến) . Quá trình mưa và dông của loại hình thế này thường kéo dài và chỉ
kết thúc khi quá trình hội tụ tan rã. Cường độ mưa ở các tỉnh miền Bắc suy giảm hoặc
kết thúc khi cường độ áp cao cận nhiệt đới suy giảm hoăc thay đổi vị trí trục làm mức
độ hội tụ yếu dần hoặc vị trí vùng hội tụ di chuyển sang vùng khác ra ngoài phạm vi
miền Bắc nước ta
2.3.2.3 Xoáy thuận nhiệt đới
Xoáy thuận nhiệt đới ảnh hưởng đến thời tiết nước ta nói chung, các tỉnh miền
Bắc nói riêng có nhiều nguồn gốc khác nhau song thường do hai quá trình chủ yếu đó
là những xoáy thuận nhiệt đới di chuyển từ nơi khác như vùng áp thấp, ATNĐ, bão và
những xoáy thuận hình thành và phát triển ngay trên đất liền tồn tại dưới dạng vùng áp
thấp. Tuỳ thuộc vào cường độ và mức độ phát triển mà độ cao tồn tại của xoáy thuận
duy trì hoặc tồn tại ở mực nào của khí quyển. Đối với những xoáy thuận có cường độ
đạt cấp bão rất ít khi xảy ra quá trình dông, nhưng quá trình tố, lốc lại hay xảy ra ở
vành đai gió mạnh nơi mà đối lưu phát triển mạnh nhất. 62
Hình thế xoáy thuận nhiệt đới có thể tồn tại một hay nhiều đường đẳng áp đóng
kín bao trùm trên một khu vực rộng lớn. Quá trình mưa, vùng mưa gắn chặt với cơ chế
hoàn lưu trong khu vực tồn tại xoáy thuận. Xoáy thuận nhiệt đới gây mưa và dông đôi
khi có sự kết hợp với các hệ thống synop khác như dải hội tụ nhiệt đới, áp cao lạnh, áp
cao cận nhiệt đới song quá trình này chỉ xảy ra theo trình tự kế tiếp các hệ thống synop
trong quá trình tương tác, thay thế lẫn nhau. Quá trình mưa kết thúc khi xoáy thuận di

khi ATNĐ, bão ảnh hưởng đến các tỉnh Trung Bộ do tác động của địa hình và sự tương
tác với các hệ thống thời tiết khác mà quá trình mưa thường ác liệt hơn Bắc Bộ.
2.3.2.4 Dải hội tụ nhiệt đới

Hình 2.8 Hình thế dải hội tụ nhiệt đới Như đã nói ở phần trên, đặc điểm hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới đối với các
khu vực tuỳ thuộc vào vị trí của nó. Đối với các tỉnh miền Bắc dải hội tụ nhiệt đới hoạt
động vào thời kỳ cuối mùa hè thường bắt đầu cuối tháng VI đến đầu tháng IX. Hình thế
synop dải hội tụ nhiệt đới liên qua chặt chẽ đến hoạt động của tín phong và gió mùa tây
nam. Thông thường dải hội tụ nhiệt đới liên quan mật thiết với rãnh áp thấp có trục Tây 65
bắc-Đông nam có vị trí qua Bắc Bộ. Tiêu chí phân loại hình thế synop dải hội tụ nhiệt
đới là dựa trên tín phong và gió mùa tây nam. Tuy nhiên khó có thể phân biệt ranh giới
của rãnh áp thấp có trục Tây bắc-Đông nam và dải hội tụ nhiệt đới đặc biệt vào thời kỳ
cuối của hoạt động gió mùa mùa hè. Mưa và dông do dải hội tụ nhiệt đới xảy ra mãnh
liệt hơn khi chịu tác động bởi các hệ thống synop khác trong đó hoạt động của xoáy
thuận nhiệt đới và tín phong đông nam là đáng kể nhất. Hoạt động của dải hội tụ nhiệt
đới đơn thuần không có khả năng xảy ra tố lốc. Quá trình tố lốc chỉ có thể xuất hiện bởi
sự kết hợp của hoạt động của xoáy thuận và tín phong mạnh.

2.3.2.5. Áp thấp nóng Ấn Miến bị nén (Rãnh áp thấp bị nén )
 Rãnh áp thấp bị nén

Hình 2.9 Rãnh áp thấp bị nén