TẠP CHÍ K H O A H Ọ C D H Q G H N KHTN & CN. T XX. sò 3PT„ 2004

SỬDỤNGPHƯƠNGPHÁPNGOẠI SUYTHỐNGKẺTối ưu
Đ Ế D ự BÁ O D À I H Ạ N CÁC ĐẶC T R Ư N G K H Í T Ư Ợ N G
P h ạ m V ăn H u â n
Khoa K h i tượng - T húy văn và H ái dương học
Truông Đại học Khoa học T ự nhiên, ĐHQG Hà N ội

Tóm tấ t. Dự báo dái hạn các yếu tô khí tượng trên biến nhàm có dược thòng
tin (lịnh hướng vể điều kiện biển phục vụ các hoạt động kinh tê kỹ thuật trẽn biên.
Trong bài này giỏi thiệu những kết quả thử nghiệm phương pháp ngoại suy tuyến
tính tôì ưu đê thực hiện dự báo một sô'yếu tô' khí tượng biến quy mô lớn.
Kết quả thử nghiệm dự báo thấy rằng đế đạt hệ sô’ tương quan chung giữa
các giá trị thực v ĩ các giá trị dự bâo ở mức không nhỏ hơn 0,98 và độ đảm bảo dự
báo trên 95% thướng cán tới cd hơn hai chục số hạng à vế phải của phương trinh dự
báo. Đế đạt được nhủng dự báo với độ đảm bảo cao nhốt có thê sú dụng tới trên 50,
thậm chi trên 60 số hạng ỏ vê phải của phương trinh đự báo. Đáng chú ý là thử
nghiệm dự báo với những thòi hạn dự báo khác nhau (đến 12 bước thài gian) đều
cho những kết quà tốt nhu nhau.

1. v ể p h ư ơ n g p h á p n g o ại s u v tu y ế n tí n h tố i ư u v à á p d ụ n g v ào d ự b á o d ả i h ạ n
Phương pháp này, càn gọi là phương pháp thống kê động lực, dựa trên già thiết về sự
tổn tại những quy l u ậ t . lội tại trong sự biến thiên thời gian của các quá trình k h i tượng, thủy
văn vĩ mò U I chịu tác động đống thời cùa nhiều yếu tô ánh hưởng.
Tư tưỏng cùa phương pháp do I.M. Alekhin để xướng nhàm đôi tượng là những quá
trìn h cỡ lớn, tức quá trìn h được lấy tru n g bình trê n quy mô rộng theo không gian hoậc (và)
.theo thòi gian để đám báo nó là hệ quả của nhiều nguyên nhân, trong đỏ các nguyên nhân
cùng có ảnh hương đểu như nhau, không trội han so vỏi nhau. N hững nguyên nhân này vể
phần m ình lại là hệ quả của hàn g loạt các quá trìn h khác, tức có sơ dồ hình cây của các
nguyên nhân tác động fói yếu tố m à ta cần dự báo. Biến động nhiểu hướng của vó s ố những
nguyên nhân ấy th iế t lập trong yếu tô' được dự báo một ch ế độ dao động ổn định trong thời

những trị sô cúa hàm K m . Theo phương pháp này, những trị sô K m j , i = 1,2, ...,0 , được
xác định sao cho tống của các bình phương cúa sai số ngoại suy theo công thức (1) so với các
q uan trắc thực tê đ ạt cực tiểu
N-tì
X (qt “ Km.lQt-m - Km.2
bình tháng, trung bình mùa và nảm của nhiệt độ nưốc Bắc Đại Tây Dương. Tác giả báo cáo này
cũng đã từng th ử nghiệm phương pháp cho một số chuỗi nhiệt độ nước biên, nhiệt độ không
khí tại một sô trạm h ài văn ven biển và thấy rằng phương pháp cho k ết quả khá tôt [2, 3j.

2. S ố liệ u q u a n tr ắ c
Trường các yếu tô’ khí tượng tru n g bình ngày tại vùng biến Đông th u th ập được trong
giai đoạn từ 1979 đến 2002. Trén rriiền nghiên cứu giới hạn trá i bởi kinh tuyến 95"Đ, giới
hạn phải bởi kinh tuyến 120°Đ, giỏi hạn dưới bởi vĩ tuyến 0" và giới h ạn trê n bởi vĩ tuyến
22,5"B được chia th à n h m ạng lưới các ô vuông cạnh 2,5° kinh vĩ. Tại mỗi điểm n ú t lưới ghi
lại giá trị trung bình ngày của từng yếu tố cần đọ báo. Từ dạng s ố liệu này đ ã tính ra các
giá trị tru n g bình th án g và lập th àn h m a trậ n sô liệu trung bình th án g gồm 288 dòng ửng
với các th án g từ th án g 1 năm 1979 đến tháng 12 nàm 2002 và 110 cột ứng với 110 điểm
phân bô đều trê n miền tính (hình 1).

H ình 1. SỐ hiệu các điểm trên miển dự báo
Cách thức xây dựng các ma trậ n số liệu n h ư trê n áp dụng cho tấ t cảc các yếu tố quan
trắc nh ư áp su ất khí quyển, n h iệt độ không khí, độ ẩm không khí...


Pham Vãn Huáii

3. K ế t q u ả t h ử n g h iệ m d ự b á o
N hũng th ủ tục tín h toán theo sơ đồ phương pháp ngoại suy thống kẽ tôi ưu được thực
hiện trong chương trìn h ALE do chúng tói xảy dựng chuyên dụng cho phương ph áp để xử lý
các chuồi thời gian củ a các yếu tỏ khi tượng hoặc thúy vãn quy mò lớn.
C hương trìn h tinh bao gồm cả th ú tụ c tự động kháo s á t sô lượng tối ưu cãc sô hạng ỏ
vế phái cùa phương trìn h dự báo. Trị số tối ưu của 0 dược xác định bàng cách thiết lặp các
phương trìn h dự báo với các G khác n hau, biến đổi từ 1 đến 60-70, ứng với mỗi phương trìn h
dự báo thực hiện dự báo kiêm tr a lại trê n chuỗi sô liệu phụ thuộc cho từng số hạn g trong
chuỗi, tính các hệ sô tương q u an giủa chuỗi quan trắc và chuỗi nh ận được, tính độ tlám bảo

trực quan th ể hiện k ế t q u á khôi phục các trường bằng phương ph áp dự báo ngoại suy thống


Sứ dụng phương pháp ngoại suy thống kỗ tồi ưu..

kê tốì ưu. Trên các bán đồ cũng dẫn các đường đắn g trị n h iệt độ hoặc khí áp qu an trắc đê
tiện nh ận định về sự trù n g hợp khá cao giữa dự báo và qu an trắc.
T hấy rằng, h ệ số tương quan giữa các giá trị dự báo và giá trị qu an trác khá cao, tại
phần lớn các điểm hệ sô tuơng quan đều lớn hơn 0,90. S ai sô bình phương tru n g bình
thường n h ỏ hơn l ° c . Độ đảm bảo dự báo trong t ấ t cả các vùng đều đ ạ t trê n 90% (bảng 1).
Đặc b iệt không có sự khác nh au về hiệu quả giữa dự báo độc lập và dự báo phụ thuộc. Điều
đó cho th ấ y phương pháp dự báo có tín h tin cậy. Từ các b ản đồ so s á n h th ấ y rằ n g các trường
dự báo k h á phù hợp với các trưòng số liệu qu an trắc.

H ình 2. So sánh quan trác (đưòng liền nét) và dự báo phụ thuộc (đường gạch nối):
điểm sô”15 (102,5‘Đ - 20,0''B) thòi kỷ 1984 - 2002

H ỉnh 3. So sánh quan trắc (đuờng liền nét) và dụ báo phụ thuộc (đưòng gạch nối):
điểm số 49 {105,0’Đ - 12,5°B) thời kỷ 1984 - 2002

H ình 4. So sánh quan trắc (đường liền nét) và dự báo phụ thuộc (đưòng gạch nối):
điểm số 20 (115,Ơ’Đ - 20,0°B) thời kỷ 1984 - 2002


p _____________________________________________________________

Phạm Vãn Huấn

30
25


4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32


15
49
20
40
70
105

15
49
20
40
70
105

Các đạc trưng thống kè

Hệ số tương
quan giữa dự
báo và quan
Biên đõ,
Phương sai
trắc
"C
D ư báo phu thuóc
0.97
28,48
31.06
49
8,27

Số số hạng
tôì ưu

Sai số bình
phương trung
bình. "C
1,43
0 79
1 30
0.74
0.65
0.61
0,95
0.99
0 49
1,48
0.62
046
0 42
0,63

Độ đám báo.

100
100
99
98
99
99



3.

4.

Phạm Vân Huấn, Dự báo thủy văn biên, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội, 2003. 165 tr.
Nguyễn Tài Hợi, Phạm Vản Huấn, Thử nghiệm phương pháp ngoại suy thống ké tuyến tính
đê dụ báo những yếu tố khí tượng thủv vản biến, Tạp chi K hí tượng th ú \ văn. 2 (434), 1997,
tr. 30-35.
Nguyễn Tài Hợi, Phạm Vàn Huấn, T hứ nghiêm phương pháp động lực thông kê đê d ự báo
n h ữ n g yểu tô k h i tư ợ n g th ủ y văn biển, Tổng cục KTTV. Viện KTTV. (Tập báo cáo công trình
NCKH Hội nghị khoa học lần thử VI). tập 1, 1997, tr. 140-145.
lỉonpouii (rraTHCTMKo-.iHMaMM'iocKoro Iipomoaa It ciKỉKTỊKMMior» aiia.in.ia npcMinim.ix pn.ion.
(’.Oopimk rpy.ioii. JII’MM, JleiiHiirpaii, N° 56, 1975
VNU. JOURNAL OF SCIENCE, Na».. Sa.. & Tech., T XX, N03AP-, 2004

A P P L IC A T IO N O F T H E O P TIM A L S T A T IST IC A L EX T R A PO L A T IO N
F O R L O N G -T E R M P R O G N O S IS O F M E T E O R O L O G IC A L P A R A M E T E R S
P ham Van Huan
D epartm ent o f Hydro-Meteorology & Oceanography
College o f Science, VN U
The prognosis of meteorological p aram eters over the sea surface aim s a t the
obtainm ent of th e some inform ation on hydrometeorological conditions useful for technique
activities of men on the sea. T his paper presents th e re su lts of experim ents of using the
optimal linear extrapolation m ethod for predicting m acro-scale m arine meteorological
processes.
The experim ents pointed out th a t in order to obtain a high correlation between
observed and calculated values and a sufficient efficiency of th e prognoses a num ber of
term s in th e rig h t of the prognosis equations m u st be m ore th a n twenty. And for the
highest prognosis efficiency this num ber would be larg e r th a n 50, even larg e r th a n 60. In