Download miễn phí Luận văn Mô hình WRF và quy trình đồng hóa số liệu xoáy giả phục vụ dự báo bão



Mục lục
Mở đầu. 1
CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về BãO Đổ Bộ Và ĐồNG HóA Số LIệU XOáY GIả . 3
1.1. Tổng quan về bão đổ bộ. 3
1.1.1. Các nghiên cứu về bão đổ bộ . 3
1.1.2. Sai số bão đổ bộ . 7
1.2 Tổng quan về đồng hóa số liệu xoáy giả. . 8
1.3 Các mô hình dự báo bão trong và ngoài nước . 12
CHƯƠNG 2: MÔ HìNH WRF Và QUY TRìNH ĐồNG HóA Số LIệUXOáY GIả
phục vụ dự báo bão . 16
2.1. Mô hình WRF sử dụng trong dự báo bão . 16
2.1.1. Hệ tọa độ thẳng đứng và các biến thông lượng . 17
2.1.2. Hệ phương trình cơ bản. 17
2.1.3. Tham số hóa vật lý . 21
2.1.4. Cấu hình miền tính và nguồn số liệu . 22
2.2.Mô hình xây dựng xoáy giả . 23
2.2.1. Cơ sở lý thuyết . 23
2.2.2. Xây dựng xoáy giả . 26
2.3. Đồng hóa số liệu trường cài xoáy giả trong mô hình WRF . 27
2.4. Chỉ tiêu đánh giá. 32
CHƯƠNG 3: ĐáNH GIá KếT QUả Dự BáO BãO Đổ Bộ .34
CủA MÔ HìNH WRF .34
3.1. Tập số liệu nghiên cứu. 34
3.2. Đánh giá vai trò của đồng hóa số liệu trường cài xoáy giả trong dự báo bão
bằng mô hình WRF. . 38
3.2.1. Lựa chọn yếu tố cấu thành xoáy giả trong đồng hóa số liệu trường cài
xoáy giả. 38
3.2.2. Vai trò của đồng hóa số liệu xoáy giả đối với lựa chọn TH2 . 44
3.3 Đánh giá kết quả trên bộ mẫu số liệu các cơn bão đổ bộ được lựa chọn. 57
3.3.1. Đánh giá về quỹ đạo . 57
3.3.2. Đánh giá về cường độ . 60
3.4 Đánh giá vị trí và thời điểm đổ bộ . 61
3.4.1. Phương pháp xác định vị trí và thời điểm đổ bộ . 61
3.4.2. Đánh giá kết quả . 63
3.4.2.1. Đánh giá kết quả dự báo vị trí đổ bộ . 64
3.4.2.2. Đánh giá kết quả dự báo xu hướng đổ bộ . 71
Kết luận . 80
Tài liệu tham khảo . 83


http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-12-26-luan_van_mo_hinh_wrf_va_quy_trinh_dong_hoa_so_lieu.u6pj22Yc9G.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-51580/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

iờ tr−ớc
R1512 Bán kính gió 15m/s tại thời điểm 12 giờ tr−ớc.
VMX12 Tốc độ gió cực đại tại thời điểm 12 giờ tr−ớc.
BB H−ớng di chuyển của bão trong 24 giờ tới. Có giá trị từ 0
đến 360 độ. Trong đó h−ớng Bắc đ−ợc quy định là 0°, h−ớng
Đông là 90°, h−ớng Nam là 180° và h−ớng Tây là 360°.
Sau khi đ−a ba file đầu vào vào mô-đun BOGUS sẽ đ−ợc file kết quả là
Onlybogus.txt. Đây là file số liệu các tr−ờng đã đ−ợc cài xoáy giả.
2.3. Đồng hóa số liệu tr−ờng cài xoáy giả trong mô hình WRF
WRF - 3DVAR là hệ thống đồng hóa số liệu thích hợp cùng mô hình WRF
với mục đích cơ bản là đ−a ra một −ớc l−ợng tối −u trạng thái khí quyển thực ở thời
điểm phân tích thông qua cực tiểu hóa hàm giá (cost function):
28
)()()(
2
1)()(
2
1)()()( 01010 yyFEyyxxBxxxJxJxJ TbTbb −+−+−−=+= −− (2.48)
Quá trình cực tiểu hóa hàm giá đ−ợc thực hiện thông qua một thủ tục lặp, kết
quả sẽ nhận đ−ợc giá trị phân tích x, đ−ợc xem nh− là nghiệm của ph−ơng trình
(2.48). Nghiệm x đ−ợc xem là xấp xỉ tốt nhất trạng thái khí quyển thực khi cho tr−ớc
hai nguồn số liệu: xb là giá trị nền (hay tr−ờng ban đầu) và y0 là giá trị quan trắc.
Trong công thức (2.48), B, E và F theo thứ tự là các ma trận t−ơng quan sai số nền,
sai số quan trắc và sai số đặc tr−ng (representivity error) (sai số đặc tr−ng là các sai
số của các quan trắc có tính chất biến đổi ở quy mô d−ới l−ới, không đ−ợc mô phỏng
theo các giá trị trên l−ới của mô hình); y = H(x) là giá trị của x đ−ợc biến đổi về vị
trí các điểm trạm quan trắc thông qua toán tử H(x) để so sánh với y0.
Nh− đã mô tả trong Baker (2004), thuật toán đồng hóa số liệu biến phân cụ
thể đ−ợc mô phỏng trong WRF-Var là không gian mô hình, công thức gia số của bài
toán biến phân. Trong tiếp cận này, các quan trắc, các dự báo có tr−ớc, các sai số
của chúng và các định luật vật lý đ−ợc kết hợp với nhau để đ−a ra các gia số tr−ờng
phân tích xa’ đ−ợc cộng đến tr−ờng đoán ban đầu xb để đ−a ra để đ−a ra tr−ờng
phân tích đ−ợc cập nhật.
Hình 2.3: Minh họa mối quan hệ giữa WRF-Var, các chuỗi số liệu khác
nhau và các thành phần khác của hệ thống dự báo số trị).
29
Ba thành phần đầu vào đối với WRF-Var:
• Tr−ờng đoán ban đầu xb: trong mode cold-start, tr−ờng phân tích
hay dự báo lấy từ các mô hình khác đ−ợc nội suy đến l−ới ARW (và các biến) bởi
các ch−ơng trình WPS và real. Trong mode cycling, tr−ờng đoán ban đầu là các
dự báo hạn ngắn của ARW (1-6 giờ).
• Các quan trắc y0: trong phiên bản hiện tại của WRF-Var, các quan
trắc có thể đ−ợc hỗ trợ hay dạng định dạng PREPBUFR (ob_format=1) hay định
dạng ASCII “little_r” (ob_format=2). Mo-đun xử lý quan trắc (3DVAR_OBSPROC)
đ−ợc hỗ trợ để thực hiện kiểm tra chất l−ợng cơ bản, ấn định các sai số tổng cộng
(R=E+F) và định dạng lại các quan trắc từ định dạng text “little_r” của MM5 thành
định dạng text của 3DVAR.
• Các ph−ơng sai sai số nền B: đ−ợc dùng để xác định phản hồi của
tr−ờng phân tích đến các quan trắc theo không gian và theo các biến (multivariate).
Trong các hệ thống biến phân này, các ph−ơng sai này đ−ợc tính toán off-line và
phải có hiệu chỉnh đáng kể để tối −u hóa việc thực hiện đối với ứng công cụ thể.
Trong nghiên cứu này, tác giả lựa chọn sai số nền (BES) cho tr−ờng toàn cầu
đ−ợc cung cấp từ số liệu thống kê của NCEP.
Sau khi đồng hóa tất cả các số liệu, tr−ờng phân tích xa đ−ợc sinh ra phải
đ−ợc hòa hợp với các điều kiện biên bên đã tồn tại xlbc trong ứng dụng WRF_BC.
Tại giai đoạn này, các file điều kiện biên bên wrfbdy là đầu ra của WPS/real đ−ợc
cập nhật để tạo các biên bên ổn định với tr−ờng phân tích và các tr−ờng bề mặt
(chẳng hạn SST) cũng đ−ợc cập nhật trong file phân tích wrfinput [3], [13], [14],
[15], [34].
Quy trình đồng hóa tr−ờng cài xoáy giả
Sau khi đã sinh ra đ−ợc file số liệu tr−ờng cài xoáy giả, file Onlybogus.txt sẽ
đ−ợc đ−a vào mô-đun Oblittle để thu đ−ợc file “oblittle_r” có định dạng đúng với
đầu vào của ch−ơng trình xử lý số liệu trong hệ thống 3DVAR (mô-đun OBSPROC).
File này bao gồm tập số liệu quan trắc “giả ” đ−ợc trích từ một vài tr−ờng đã đ−ợc
30
cài xoáy nhân tạo. Mạng l−ới quan trắc “giả” này đ−ợc coi nh− các trạm quan trắc
phân bố xung quanh vùng bão. Các yếu tố quan trắc “giả” đ−ợc sử dụng bao gồm:
áp suất mặt biển và gió trên 10 mực: 1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250,
200 mb. Vùng xoáy bão sẽ đ−ợc xác định bởi vùng hình vành khuyên với các bán
kình RCO= Min(2R15, 500km ) và RCI = 0.5*RCO. Xoáy nhân tạo sẽ đ−ợc hòa hợp vào
tr−ờng môi tr−ờng nh− là các quan trắc bổ sung thông qua quá trình đồng hóa số
liệu này.
Chạy mô-đun OBSPROC sẽ sinh ra file obs_gst_yyyy-mm-
dd_hh:00:00.3DVAR là file kết quả của hệ thống xử lý quan trắc này. File
obs_gst_yyyy-mm-dd_hh:00:00.3DVAR cùng với các file điều kiên biên và điều
kiện ban đầu của mô hình WRF (wrfinput_d01 và wrfbdy_d01) và file sai số nền
(BES) sẽ đ−ợc đ−a vào mô- đun 3DVAR. Cuối cùng sẽ thu đ−ợc các file điều kiện
biên và điều kiện ban đầu đã cập nhật số liệu xoáy giả và làm đầu vào để bắt đầu
quy trình tích phân mô hình.
Toàn bộ các quy trình trên đ−ợc thực hiện bằng lập trình Fortran kết hợp với
lập trình Linux để tạo thành một hệ thống tự động liên tục.
31
Quy trình đ−ợc trình bày trên sơ đồ sau:
Onlybogus.txt
Mô-đun BOGUS
Mô-đun Oblittle
Oblittle_r
Mô-đun OBSPROC
Obs_gst…
Mô-đun Gen_be Mô-đun WPS
wrf*
BES
rmov.dat terrain.dat tyrcd_dat
Mô-đun VAR Mô hình WRF
Wrfvar_output
32
2.4. Chỉ tiêu đánh giá
• Để đánh giá kết quả dự báo tui đã sử dụng công thức tính khoảng cách
giữa tâm bão thực tế và tâm bão dự báo nh− sau:
[ ]ArcRPE e )cos()cos()cos()sin().sin(cos. 212121 ββαααα −+= (2.49)
• Và giá trị trung bình của sai số khoảng cách PE đ−ợc tính nh− sau:
n
PE
MPE
n
i
ji
j
∑
=
=
1
,
(2.50)
Với Re là bán kính Trái đất Re = 6378.16 km. 1α và 2α là vĩ độ của tâm
bão thực tế và tâm bão do mô hình dự báo sau khi đã đổi sang đơn vị radian. 1β và
2β là kinh độ của tâm bão thực tế và tâm bão do mô hình dự báo sau khi đã đổi sang
đơn vị radian.
• Ngoài ra, để tính
toán tốc độ di chuyển dọc theo
quỹ đạo của bão dự báo nhanh
hơn hay chậm hơn so với vận tốc
di chuyển thực của bão, quá trình
dự báo lệch trái hay lệch phải
hơn, ng−ời ta còn dùng thêm sai
số dọc ATE (Along Track Error)
và sai số ngang CTE (Cross
Track Error) theo h−ớng di chuyển của cơn bão. ATE nhận dấu d−ơng nếu tâm bão
dự báo nằm phía tr−ớc tâm bão quan trắc và nhận dấu âm khi tâm bão dự báo nằm
phía sau tâm bão quan trắc. CTE nhận dấu d−ơng khi tâm bão nằm phía phải so với
tâm bão quan trắc và nhận dấu âm khi nằm về trái. Với qui −ớc này, nếu sai số ATE
trung bình (MATE) nhận giá trị d−ơng có nghĩa tâm bão dự báo có xu thế di chuyển
dọc theo quỹ đạo nhanh hơn so với thực và ng−ợc lại, MATE nhận giá trị âm...

---