BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌCTÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
-------------------------

TRẦN ĐỨC BÁ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
DỰ BÁO MƯA HẠN NGẮN TỪ MÔ HÌNH IFS
CHO KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội, năm 2019


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌCTÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
-------------------------

TRẦN ĐỨC BÁ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
DỰ BÁO MƯA HẠN NGẮN TỪ MÔ HÌNH IFS
CHO KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ
CHUYÊN NGHÀNH: KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC
MÃ SỐ: 60440222

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. VÕ VĂN HÒA
2. TS.THÁI THỊ THANH MINH


i


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Võ Văn Hòa và TS
Thái Thị Thanh Minh - người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành
luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các Thầy cô và các cán bộ trong khoa Khí tượng, thủy
văn
kiệnđã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn, giúp đỡ và tạo điều
thuận lợi về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập ở Trường và
ở
Khoa.
Tôi xin cảm ơn các cán bộ phòng Dự báo thời tết, phòng Dự báo khí
hậu và phòng Số và Viễn thám (Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc
gia), tập thể cán bộ viên chức Đài KTTV Hà Tĩnh, Đài KTTV khu vực Bắc
Trung Bộ và các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin cám ơn, nhóm tác giả đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển
công nghệ cấp Bộ: “Nghiên cứu ứng dụng số liệu dự báo của Trung tâm Dự
báo thời tiết hạn vừa Châu Âu để xây dựng các phương án dự báo lũ 5 ngày
cho các sông chính ở Trung Trung Bộ”, mã số: TNMT.2018.05.35.
Tôi cũng xin cảm ơn Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà
Nội, Đài Khí tượng đã tạo điều kiện cho tôi có thời gian hoàn thành luận văn.
cùng, tôi
xin đã
gửiluôn
lời cảm
chân
tới viên
gia đình,

1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO 13
1.2.1 Ngoài nước .............................................................................................
13
1.2.2 Trong nước .............................................................................................
22
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU ....... 27
2.1 LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................ 27
2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ SỐ LIỆU ................................... 32
2.2.1 Số liệu quan trắc .....................................................................................
34
2.2.2 Sơ bộ về mô hình IFS và số liệu mô hình IFS ....................................... 35
2.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ......................................................... 37
2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ .................................................................. 39
3


2.4.1 Lựa chọn không gian đánh giá ...............................................................
39
2.4.2 Lựa chọn các chỉ số đánh giá ................................................................. 39
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU..................................................... 46

4


3.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỊNH LƯỢNG MƯA........................................ 46
3.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO THEO CẤP........................................ 54
3.3 PHÂN TÍCH MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP .................................................. 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 70


Instructon 1: Dr. Vo Van Hoa
Instructon 2: Dr. Thai Thi Thanh Minh
Project ttle: Research and evaluate the ability of rainfall short-term
forecastng from IFS model for North Central region
Summary: The author uses the indicators to assess the rainfall, the evaluaton
indicators according to the rainfall level on the 24-hour, with 20 meteorological
statons data in the North Central region, from 2012 to 2017 and forecast data
from IFS model.
The results show that the ability to rainfall short-term forecastng of IFS
model is skillful and error is not great in the North Central region. However IFS
model is not skillful forecatng with heavy rain and very heavy rain. So, it should be
noted when using forecast results in this cases.
6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TBNN

Trung bình nhiều năm

BTB

Bắc Trung Bộ KKL

Không khí lạnh GMĐB

Gió

mùa đông bắc

Phòng chống thiên tai

4


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Phân bố lượng mưa tháng TBNN từ năm (1988 - 2017) ................. 4
Bảng 1.2: Dự báo bão của Finley .................................................................... 14
Bảng 1.3: Cơ sở của phương pháp thống kê theo loại ....................................
17
Bảng 1.4: Các điểm số sử dụng bảng nhị phân ............................................... 17
Bảng 2.1 Danh sách các trạm lấy số liệu đánh giá.......................................... 32
Bảng 2.2 Bảng phân loại tần suất cho biến dự báo dạng nhị phân .................
42
Bảng 3.1: Chỉ số ME các trạm ........................................................................ 47
Bảng 3.2: Bảng chỉ số RMSE các trạm........................................................... 49
Bảng 3.3: Bảng chỉ số kỹ năng dự báo các trạm ............................................. 53
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chỉ số POD các cấp mưa ........................................ 55
Bảng 3.5: Chỉ số dự báo khống các trạm ........................................................ 57
Bảng 3.6: Chỉ số TS chuỗi lượng mưa các khu vực ....................................... 59
Bảng 3.7: Bảng chỉ số TS cấp mưa to các trạm .............................................. 59
Bảng 3.8 Bảng các chỉ số đánh giá lượng mưa đợt mưa lớn diện rộng ..........
61
Bảng 3.9 Bảng các chỉ số đánh giá lượng mưa đợt mưa lớn diện hẹp ...........
62
Bảng 3.10 Các chỉ số đánh giá cho hình thế đơn lẻ ........................................ 63
Bảng 3.11 Các chỉ số đánh giá cấp mưa vừa cho hình thế đơn lẻ .................. 63
Bảng 3.12 Các chỉ số đánh giá cấp mưa to cho hình thế đơn lẻ ..................... 64
Bảng 3.13 Các chỉ số đánh giá cho hình thế tổ hợp........................................ 64
Bảng 3.14 Các chỉ số đánh giá cấp mưa vừa cho hình thế tổ hợp ..................

Hình 3.3 Biểu đồ sai số quân phương ............................................................. 49
Hình 3.4 Biểu đồ sai số hệ thống .................................................................... 51
Hình 3.5 Biểu đồ hệ số tương quan................................................................. 52
Hình 3.6 Biểu đồ hệ số kỹ năng dự báo .......................................................... 52
Hình 3.7 Biểu đồ chỉ số dự báo đúng.............................................................. 54
Hình 3.8 Biểu đồ chỉ số dự báo khống............................................................ 56
Hình 3.9 Biểu đồ chỉ số sai số hệ thống dự báo theo cấp ...............................
58

6


MỞ ĐẦU
Trong nỗ lực nâng cao chất lượng dự báo, từ cuối năm 2011, sau
một quá trình chọn lựa, Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương đã được Bộ Tài
nguyên và Môi trường đầu tư dự án mua các sản phẩm dự báo từ mô hình
Integrated Forecasting System (IFS) của Trung tâm Dự báo hạn vừa Châu Âu
- ECMWF (ECMWF - European Centre for Medium-range Weather
Forecasts) để phục vụ công tác dự báo nghiệp vụ. Trong quá trình ứng
dụng mô hình IFS tại Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ cho thấy
kết quả dự báo của mô hình này cho chất lượng vượt trội hơn so với các mô
hình dự báo số trị khác, nhưng kết quả dự báo vẫn tồn tại nhiều sai số không
tuân theo quy luật gây không ít khó khăn cho dự báo viên trong quá trình ứng
dụng [2].
Cũng như những mô hình khác, những sai số của mô hình IFS có nguyên
do từ sự không hoàn hảo về động lực, vật lý cũng như sai số về mô phỏng địa
hình dẫn tới những sai số trong kết quả dự báo. Để nâng cao chất lượng
dự báo thì trong quá trình ứng dụng mô hình cần phải có những nghiên cứu,
đánh giá mức độ chính xác của mô hình so với các giá trị quan trắc, để tm ra
ưu, nhược điểm của mô hình từ đó rút ra kinh nghiệm để nâng cao chất

Chương 1: Đặc điểm mưa ở Bắc Trung Bộ và tổng quan tình hình
nghiên cứu đánh giá dự báo
Phần này đề cập khái quát về đặc điểm mưa, các hình thế gây mưa ở
Bắc Trung Bộ và sơ bộ về tình hình nghiên cứu chung liên quan đến bài toán
đánh giá dự báo trên thế giới và trong nước
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở số liệu
Phần này nêu lý do lựa chọn đối tượng, phạm vi nghiên cứu,
phương pháp nghiên cứu, cơ sở số liệu.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
Phần này nêu các kết quả có được trong quá trình thực hiện việc đánh
giá
khả năng dự báo mưa hạn ngắn của mô hình IFS trên khu vực Bắc Trung bộ.
2


CHƯƠNG I
ĐẶC ĐIỂM MƯA Ở KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ VÀ TỔNG QUAN VỀ TÌNH
HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO
1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐẶC ĐIỂM MƯA Ở BẮC TRUNG BỘ
1.1.1 Phân bố mưa theo không gian và thời
gian
Vùng Bắc Trung Bộ (Theo phân vùng của nghành Khí tượng Thủy văn)
kéo dài 2,5 vĩ độ, từ 18oN - 20,5oN gồm địa bàn ba tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An
và Hà Tĩnh. Nhìn chung, vùng khí hậu Bắc Trung Bộ giữ những đặc điểm chính
của khí hậu miền Bắc, mùa đông lạnh, mùa hè nền nhiệt độ cao, mưa nhiều
vào nửa cuối năm [5].
Do vị trí địa lý của khu vực BTB nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa,
thuộc khu vực có sự giao tranh mạnh mẽ của các khối không khí kết hợp với
yếu tố địa hình nên khu vực này có lượng mưa nhiều hơn trung bình của cả
nước [7]. Lượng mưa trung bình năm của khu vực BTB dao động từ 1478 –

tỉnh Hà Tĩnh lượng mưa năm dao động từ 2584 đến 2676mm. Ngoài ra, ở
khu vực Hà Tĩnh do ảnh hưởng của địa hình còn có một số khu vực có lượng
mưa cao hơn như vùng thượng Kỳ Anh và vùng núi thuộc huyện Hương Khê.
Bảng 1.1: Phân bố lượng mưa tháng TBNN từ năm (1988 - 2017)
Đơn vị: mm
Tháng

Năm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1477.7

Hồi
Xuân

18.2

16.6

42.3

75.3

213.2

237.7

276.8

316.3

250.6

134.3

37.8

17.4

1636.4

Như
Xuân

29.4

19.0

45.4

52.3

172.7

152.2

172.3

286.8

341.9

239.7

79.6

28.5

1619.7

Bái


34.4

30.3

52.8

59.6

153.5

141.8

201.3

273.0

416.2

316.4

93.4

35.4

1808.2

Đô
Lương



18.3

34.1

51.8

154.8

154.8

178.8

268.7

308.8

252.4

52.4

23.1

1521.1

Trạm

5





Tháng

Năm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12


Cuông

36.5

35.8

57.3

66.9

194.1

135.0

163.1

265.2

320.6

279.4

64.6

33.5

1652.0

Quỳnh
Lưu

17.6

14.9

36.0

69.0

155.4

157.1

192.0

235.1

231.8

147.6

28.1

13.6

1298.2

Vinh

48.6



64.0

89.4

195.8

95.8

117.0

270.5

316.4

491.0

143.2

65.2

1946.5

Hương
Khê

44.5

48.5


68.8

168.2

122.9

104.3

241.8

457.5

763.1

273.6

163.1

2584.3

Kỳ Anh

115.
1

69.4

71.4

52.3

2003, 2006, 2014 với mức chênh lệch chỉ từ 300 - 500mm, thì có những
năm mức chênh lệch rất lớn từ 1400 - 1700mm như các năm 1989, 1999,
2001 và
2007.

7


Hình 1.1 Phân bố tổng lượng mưa TBNN khu vực BTB
Từ hình 1.1 thể hiện rất rõ phân bố tổng lượng mưa năm TBNN với tâm
mưa lớn tập trung ở phía nam khu vực. Tổng lượng mưa tháng TBNN giảm
dần từ nam ra bắc, khu vực Nghệ An và Hà Tĩnh lượng mưa TBNN giảm dần
từ đông sang tây, riêng khu vực Thanh Hóa phân bố tổng lượng mưa TBNN
theo chiều đông tây không nhiều.
Do điều kiện địa hình mà thời gian bắt đầu và kết thúc mùa mưa của các
địa phương trong một tỉnh cũng khác nhau. Tháng VII là tháng đầu mùa mưa
nhưng lượng mưa ≥100mm chỉ tập trung vào vùng núi hai tỉnh phía
bắc (Thanh Hóa, Nghệ An), trong khi vùng đồng bằng ven biển mùa mưa thực
sự bắt đầu từ tháng XIII. Xét theo chỉ têu trên có thể nói khu vực miền núi
phía Bắc mùa mưa bắt đầu sớm hơn vùng đồng bằng ven biển.

8


Vào cuối mùa hè, khi gió mùa Tây Nam có dấu hiệu kết thúc, vùng đồng
bằng ven biển mới bước vào mùa mưa. Điều đáng lưu ý trong mùa mưa là
do

9


lạnh thường gây mưa nhỏ cho phần lớn khu vực, chỉ một số ít đợt gây mưa
to cho khu vực ven biển phía nam của tỉnh. Các hình thế hoạt động độc lập
khác
11


như: rãnh áp thấp, dải hội tụ nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới, gió đông
trên
cao... thường gây mưa vừa, mưa to cho khu vực Bắc Trung Bộ.
Các hình thế ảnh hưởng kết hợp đến khu vực BTB gồm các hình thế:
không khí lạnh, rãnh áp thấp, dải hội tụ nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới, gió
đông trên cao... kết hợp lại với nhau dưới dạng tổ hợp 2 hình thế hoặc 3 hình
thế làm cho diễn biến mưa phức tạp. Phần lớn các đợt mưa lớn diện rộng có
lượng mưa đặc biệt lớn thường do các hình thế gây mưa tổ hợp này gây ra.
Dưới đây là một số hình thế thời tiết gây mưa điển hình khu vực BTB:
* Hình thế thời tiết gây mưa do KKL hoạt động độc lập
Hình thế synốp KKL ảnh hưởng độc lập là cách nói tương đối trong phân
tch hình thế synốp chỉ quá trình xâm nhập của áp cao lạnh xuống phía
nam khi không kết hợp với những hệ thống thời tiết khác [4]. Đây là hình thế
gây mưa điển hình trong mùa đông, khi áp cao lạnh lục địa hoạt động mạnh,
khuếch tán xuống phía nam dưới dạng những đợt KKL thường gây mưa cho
khu vực BTB.
Trường hợp KKL hoạt động độc lập mặc dù lượng mưa do nó gây ra còn
tùy thuộc vào cường độ, hướng di chuyển và điều kiện mặt đệm nhưng nhìn
chung lượng mưa do ảnh hưởng của không khí lạnh không nhiều. Mưa do
không khí lạnh hoạt động độc lập có sự phân hóa theo hướng bắc - nam cả
về lượng mưa và dạng mưa, ở phần phía bắc lượng mưa nhỏ hơn và chủ
yếu dưới dạng mưa rào hoặc mưa nhỏ thời gian ngắn, phần phía nam
do ảnh hưởng địa hình chắn gió đông bắc nên lượng mưa thường lớn hơn và
mưa nhỏ thường kéo dài nhiều ngày.