ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI - hmo.hus.vnu.edu.vnhmo.hus.vnu.edu.vn/uploads/hoadt/files/Luan...
Transcript of ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI - hmo.hus.vnu.edu.vnhmo.hus.vnu.edu.vn/uploads/hoadt/files/Luan...
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
NGUYỄN HỮU THÀNH
ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN
ĐỂ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÃO TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH
ĐỊA TĨNH CHO KHU VỰC BIỂN ĐÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - Năm 2017
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
NGUYỄN HỮU THÀNH
ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP DVORAK CẢI TIẾN
ĐỂ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÃO TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH
ĐỊA TĨNH CHO KHU VỰC BIỂN ĐÔNG
Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 60440222
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM THỊ THANH NGÀ
Hà Nội - Năm 2017
2
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Phạm Thị Thanh Ngà đã tận
tình chỉ bảo và hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu Luận
văn Thạc sĩ này.
Trong quá trình nghiên cứu và học tập tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải
dương học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tôi đã có cơ hội
được tiếp thu những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về chuyên ngành Khí tượng và
khí hậu học. Qua đó, đã giúp tôi có được những kiến thức chuyên môn cũng như kinh
nghiệm trong suốt quá trình học tập, tạo động lực trong nghiên cứu khoa học, phục
vụ hiệu quả trong quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thiện Luận văn Thạc sĩ
của tôi.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ trong Khoa
Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên
môn quý giá, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá
trình học tập và thực hiện Luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo và cán bộ của Trung tâm Dự
báo khí tượng thủy văn Trung ương đã tạo điều kiện cho tôi tham gia khóa đào tạo
Thạc sĩ, tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn.
Trân trọng cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình
đã luôn sát cánh, động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành Luận
văn.
Nguyễn Hữu Thành
3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 2
MỤC LỤC ......................................................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... 7
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................. 9
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 11
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................... 14
1.1. Bão hoạt động trên biển Đông và ảnh hưởng đến Việt Nam ................... 14
1.2. Tình hình nghiên cứu xác định cường độ bão bằng phương pháp Dvorak
trên thế giới và Việt Nam ................................................................................ 15
1.2.1. Trên thế giới .................................................................................. 15
1.2.2. Tại Việt Nam .................................................................................. 20
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ADT VÀ SỐ LIỆU THỬ NGHIỆM .......... 23
2.1. Phương pháp ADT ................................................................................... 23
2.1.1. Những cải tiến của phương pháp ADT ......................................... 23
2.1.2. Sơ đồ phân tích trong phương pháp ADT ..................................... 27
2.2. Số liệu thử nghiệm ................................................................................... 34
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA PHƯƠNG PHÁP DVORAK
CẢI TIẾN (ADT) ............................................................................................ 37
3.1. Phương pháp đánh giá .............................................................................. 37
3.2. Đánh giá sai số ví trị và cường độ bão giữa ADT và Best track Việt Nam
theo dạng mây bão .......................................................................................... 39
3.2.1. Sai số vị trí ..................................................................................... 39
3.2.2. Sai số cường độ ............................................................................. 39
3.3. Đánh giá sai số ví trị và cường độ bão giữa ADT và best track Việt Nam
theo phân chia cấp bão .................................................................................... 43
4
3.3.1. Sai số vị trí ..................................................................................... 44
3.3.2. Sai số cường độ ............................................................................. 44
3.4. Đánh giá sai số giữa ADT, phương pháp Dvorak cổ điển và best track Việt
Nam và cho hai cơn bão điển hình trên biển Đông ......................................... 47
3.4.1. Cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 ........................................... 47
3.4.2. Cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 ..................................................... 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 62
PHỤ LỤC 1 ..................................................................................................... 65
PHỤ LỤC 2 ..................................................................................................... 67
PHỤ LỤC 3 ..................................................................................................... 68
PHỤ LỤC 4 ..................................................................................................... 69
PHỤ LỤC 5 ..................................................................................................... 72
5
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa cường độ bão, tốc độ gió (knot) và áp suất mực biển trên
khu vực vùng biển Đại Tây Dương và Tây Bắc Thái Bình Dương ......................... 36
Bảng 3.1: Tổng số trường hợp theo phân loại mây bão trong các cơn bão trên biển
Đông từ năm 2010 - 2015 ......................................................................................... 37
Bảng 3.2: Tổng số trường hợp theo phân loại cấp bão trong các cơn bão trên biển
Đông từ năm 2010 - 2015 ......................................................................................... 37
Bảng 3.3: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) và MAE của ADT và best track cho
từng loại mẫu mây bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 ....... 40
Bảng 3.4: Trung bình trị số khí áp thấp nhất (mb) và MAE của ADT và best track cho
từng loại mẫu mây bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 ....... 42
Bảng 3.5: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại (Vmax) và trị số khí áp thấp nhất
(Pmin) cho từng loại mẫu mây bão giữa ADT và best track .................................... 42
Bảng 3.6: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) và MAE của best track và ADT theo
các cấp bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 ......................... 45
Bảng 3.7: Trung bình trị số khí áp thấp nhất (mb) và MAE của best track và ADT
theo các cấp bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 ................. 46
Bảng 3.8: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất theo cấp bão
của ADT và best track trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 ........ 46
Bảng 3.9: Các chỉ số đánh giá trị số khí áp thấp nhất của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 ........................................ 49
Bảng 3.10: Các chỉ số đánh giá tốc độ gió cực đại của ADT và Dvorak cổ điển so với
best track trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 .............................................. 49
Bảng 3.11: So sánh việc xác định dạng mây bão của phương pháp ADT và Dvorak
cổ điển trong cơn bão số 2 năm 2014 ....................................................................... 51
Bảng 3.12: Các chỉ số đánh giá trị số khí áp thấp nhất của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 ................................................. 55
Bảng 3.13: Các chỉ số đánh giá tốc độ gió cực đại của ADT và Dvorak cổ điển so với
best track trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 ....................................................... 56
6
Bảng 3.14: So sánh việc xác định dạng mây bão của phương pháp ADT và Dvorak
cổ điển trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 ........................................................... 57
7
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hinh 1.1: Sơ đồ phát triển của phương pháp Dvorak theo thời gian ........................ 16
Hinh 2.1: Ví dụ về mắt bão rất nhỏ quan sát được trên kênh ảnh hồng ngoại tăng
cường trong cơn bão Wilma trên Đại Tây Dương (2005)......................................... 26
Hinh 2.2: Sơ đô mô ta cac bươc phân tich tâm, cương đô XTNĐ sư dung trong phương
phap ADT .................................................................................................................. 27
Hinh 2.3: Sơ đô phân tích mẫu mây bão trong phương phap ADT .......................... 29
Hinh 2.4: Ví dụ về 5 loại mây bão: SHEAR, CRVBND, EMBC, IRRCDO và
UNIFRM sử dụng trong phương phap ADT ............................................................. 30
Hinh 2.5: Ví dụ về 3 loại mây bão có dạng mắt trong phương phap ADT ............... 31
Hinh 2.6: Sơ đô ước tính cường độ bão trong phương phap ADT ........................... 31
Hinh 2.7: Ví dụ về kết quả đầu ra của phương phap ADT khi tâm bão chưa đổ bộ vào
đất liền ....................................................................................................................... 33
Hinh 2.8: Ví dụ kết quả đầu ra của phương phap ADT khi tâm bão trên đất liền .... 33
Hinh 2.9: Mười bước xác định cường độ XTNĐ bằng phương pháp Dvorak .......... 35
Hinh 3.1: Trung bình sai số vị trí giữa ADT và best track của các loại mây bão trong
các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 ...................................................... 39
Hinh 3.2: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) giữa ADT và best track trong các
cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 có dạng: tâm nhúng đĩa mây (EMBC),
dạng mắt (EYE), dạng lệch tâm (SHEAR), dạng băng cuốn (CRVBND), dạng khối
mây dày đặc phủ trên vùng tâm bão có sự thay đổi lớn trong vùng CDO (IRRCDO)
và khối mây đậm đặc phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều (UNIFRM) ................... 40
Hinh 3.3: Tương tự hình 3.2 cho trị số khí áp thấp nhất ........................................... 41
Hinh 3.4: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất giữa ADT và
best track của các loại mây bão ................................................................................. 43
Hinh 3.5: Trung bình sai số vị trí giữa ADT và best track theo phân chia cấp bão trong
các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 ...................................................... 44
8
Hinh 3.6: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) và trị số khí áp thấp nhất (mb)
giữa ADT và best track theo cấp bão của các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 -
2015 ........................................................................................................................... 45
Hinh 3.7: Diễn biến của bão số 2 (Rammasun) năm 2014 ....................................... 47
Hinh 3.8: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian của ADT và Dvorak so với best
track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 ..................................... 48
Hinh 3.9: Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT, Dvorak và best
track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 ..................................... 50
Hinh 3.10: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian của ADT, Dvorak và best
track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 ..................................... 50
Hinh 3.11: Diễn biến của bão số 6 (Megi) năm 2010 ............................................... 52
Hinh 3.12: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian của ADT và Dvorak so với best
track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 .............................................. 53
Hinh 3.13: Bão Megi trên ảnh thị phổ (VIS) (ảnh trái) và ảnh hồng ngoại tăng cường
màu (EIR) (hình phải) tại thời điểm lúc 00z ngày 20/10/2010 ................................. 54
Hinh 3.14: Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT, Dvorak và best
track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 .............................................. 54
Hinh 3.15: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian của ADT, Dvorak và best
track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 .............................................. 55
Hinh 3.16: Bão Megi trên ảnh hồng ngoại IR (a,b,c) và ảnh hồng ngoại tăng cường
EIR (d,e,f) tại thời điểm 12z, 18z ngày 19/10/2010 và lúc 00z ngày 20/10/2010 .... 58
9
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
ADT: Advanced Dvorak Technique - Phương pháp Dvorak cải tiến
AODT: Advanced Objective Dvorak Technique - Phương pháp Dvoark khách quan
có cải tiến
ATCF: Automated Tropical Cyclone Forecasting System - Hệ thống tự động dự báo
xoáy thuận nhiệt đới
CB: Curved band - Dải băng cuốn
CDO: Centre Dense Overcast - Dạng khối mây dày đặc ở trung tâm
CI: Current Intensity - Cường độ hiện tại
CIMSS: Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies - Trung tâm
nghiên cứu vệ tinh khí tượng thuộc đại học Wisconsin Madison của Mỹ
CPHC: Central Pacific Hurricane Center - Trung tâm bão Thái Bình Dương
CRVBND: Curved Band - Dạng băng cuốn
DD: Digital Dvorak - Chương trình tự động ước lượng cường độ bão
DT: Dvorak Technique - Phương pháp Dvorak cổ điển
EIR: Enhanced Infrared - Ảnh hồng ngoại tăng cường
EMBC: Embedded Center - Dạng tâm nhúng đĩa mây
IR: Infrared - Ảnh hồng ngoại
IRRCDO: Irregular CDO - Khối mây đậm đặc phủ trên vùng tâm bão, nhưng có sự
thay đổi lớn trong vùng CDO
JMA: Japan Meteorological Agency - Cơ quan Khí tượng Nhật Bản
JTWC: Joint Typhoon Warning Center - Trung tâm cảnh báo bão của hạn vừa Châu
Âu
MSLP: Mean sea level pressure - Áp suất mực nước biển
MTSAT: Multifunctional Transport Satellite - Tên loại vệ tinh địa tĩnh
NetCDF: Network Common Data Form - Tên một loại định dạng file
NHC: National Hurricane Center - Trung tâm bão Quốc gia
ODT: Objective Dvorak Technique - Phương pháp Dvorak khách quan
RF: Ring fitting - Phương pháp tích hợp vòng
10
RMW: Radius of maximum wind - Bán kính gió mạnh
RSMC: The Regional Specialized Meteorological Center - Trung tâm khu vực theo
phân công của WMO
SC: Spiral centering - Kỹ thuật định vị tâm xoắn
TOPO: Topography - Dữ liệu địa hình
UNIFRM: Uniform CDO - Khối mây đậm đặc phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều
WMO: World Meteorological Organization - Tổ chức Khí tượng Thế giới
11
MỞ ĐẦU
Công tác dự báo bão ở Việt Nam trong những năm gần đây đã được Chính phủ
quan tâm và đầu tư nhiều trang thiết bị hiện đại. Cho đến nay, một hệ thống quan trắc
KTTV với những trang thiết bị hiện đại có thể đáp ứng việc thu thập thông tin số liệu
KTTV phục vụ công tác dự báo. Song do điều kiện kinh tế nước ta còn nghèo, việc
hoàn chỉnh, duy trì và phát triển một mạng lưới quan trắc trên cả nước so với các
nước khác vẫn còn một khoảng cách và cần được hoàn thiện hơn. Việc phân tích được
cường độ bão, ATNĐ theo thời gian thực, từ đó làm cơ sở cho việc đưa ra những kết
quả dự báo về cường độ trong tương lai đóng vai trò hết sức quan trọng bởi nó liên
quan đến toàn bộ hệ thống phòng chống thiên tai các cấp từ Trung ương đến địa
phương. Một cảnh báo đúng, một dự báo chính xác sẽ tiết kiệm được rất nhiều công
sức, tiền bạc cũng như sẽ giảm nhẹ thiệt hại về tài sản, tính mạng của người dân. Một
ví dụ điển hình có thể lấy là cơn bão số 1 (Kujira) năm 2015. Tại thời điểm 01 giờ
sáng ngày 23/6/2015, khi bão đang ở gần đảo Bạch Long Vĩ, các cơ quan dự báo Bão
hàng đầu trên thế giới đánh giá rất khác nhau về cường độ của cơn bão này. Các
Trung tâm dự báo bão của các nước lần lượt phân tích cường độ bão như sau: Trung
Quốc cấp 8, Nhật Bản cấp 8, Hàn Quốc xấp xỉ cấp 10, Hồng Kông cấp 8, Hoa Kỳ cấp
7. Trong khi đó Việt Nam ngoài việc sử dụng ảnh mây vệ tinh để phân tích, kết hợp
với số liệu Radar Phủ Liễn và các trạm quan trắc bổ sung ven bờ cũng như trạm đảo
Bạch Long Vĩ xác định bão ở khoảng giữa cấp 8, đầu cấp 9. Như vậy có thể thấy,
ngay việc phân tích cường độ bão thời gian thực của các nước đã rất chênh lệch (giữa
Hoa Kỳ và Hàn Quốc là gần 3 cấp bão). Nếu chúng ta ước lượng bão quá mạnh so
với thực tế thì công tác phòng chống sẽ rất lãng phí về nhân lực và vật lực, còn nếu
ước lượng yếu hơn, hậu quả có thể còn nặng nề hơn rất nhiều. Như vậy có thể thấy
việc xác định cường độ bão thời gian thực hết sức quan trọng, nó vừa làm tiền đề để
nâng cao chất lượng bản tin dự báo, vừa là cơ sở để có thể giúp cơ quan phòng chống
thiên tai các cấp đưa ra những quyết định phòng chống kịp thời, hiệu quả.
Có thể thấy rằng, trong hơn 30 năm qua, phương pháp Dvorak [17] sử dụng
ảnh mây vệ tinh để xác định vị trí và cường độ bão là phương pháp nghiệp vụ duy
12
nhất, hiệu quả nhất, đặc biệt khi bão ở trên các vùng đại dương nơi mà số liệu quan
trắc bị hạn chế. Trên thế giới, phương pháp Dvorak cổ điển đã được các nhóm tác giả
phát triển, lần lượt từ phương pháp Dvorak cổ điển (DT), phương pháp Dvorak khách
quan (ODT), phương pháp Dvorak khách quan có cải tiến (AODT) và nay là phương
pháp Dvorak cải tiến (ADT). ADT đang được sử dụng nghiệp vụ tại hầu hết trung
tâm dự báo bão lớn trên thế giới (như tại: RSMC Tokyo, RSMC Australia, Trung tâm
bão quốc gia - NHC, Hoa Kỳ,...), phiên bản mới nhất hiện nay đang được sử dụng
trong nghiệp vụ là ADT V8.2.1. Ngoài ra, có thể thấy rằng bắt đầu từ năm 1995 ODT
đã phát triển, đến 2005 ADT ra đời và được thế giới sử dụng rộng rãi trong vòng 10
năm gần đây, nếu tính thời điểm ODT đã là 20 năm.
Trong khi đó, đến năm 2017, ở Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung
ương vẫn đang dùng phương pháp Dvorak cổ điển, so với những phát triển mới nhất
hiện nay thì chúng ta đang chậm hơn 20 năm trong nghiệp vụ xác định cường độ bão
bằng phương pháp Dvorak. Phương pháp Dvorak cổ điển đang dùng tại Trung tâm
Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương về bản chất là phương pháp thống kê thực
nghiệm, do đó kết quả phân tích phụ thuộc phần lớn vào trình độ người phân tích,
mang tính chủ quan nhiều. Do đó cần phải có một công cụ phân tích khách quan để
có thể loại bỏ tính chủ quan này.
DT cũng như ADT được sử dụng bắt nguồn từ các cơn bão trên vùng biển Đại
Tây Dương cũng như Tây Bắc Thái Bình Dương, trong khi đó vùng biển Đông của
Việt Nam là vùng biển tương đối kín lại bị ảnh hưởng nhiều bởi các hoàn lưu khí
quyển (gió mùa đông bắc, gió mùa tây nam) cũng như ảnh hưởng bởi địa hình. Do
vậy, cần phải thực hiện việc phân tích, đánh giá mẫu mây bão trên khu vực biển Đông
để có thể sử dụng trong ADT.
Yêu cầu của xã hội ngày càng cao đối với các bản tin dự báo bão. Do đó cần
phải tăng cường không chỉ chất lượng dự báo, mà còn phải đổi mới nội dung bản tin
cũng như tăng cường tần suất bản tin. Bắt đầu từ năm 2015, Trung tâm Dự báo khí
tượng thủy văn Trung ương đã phát bản tin nhanh về bão mỗi giờ một lần, kèm theo
đó thông tin về vị trí và cường độ bão cũng phải cập nhật hàng giờ, như vậy bài toán
13
tự động phải tính đến, đặc biệt trong những tình huống rất khẩn cấp khi yêu cầu tần
suất bản tin nhiều hơn nữa.
Với những hạn chế của phương pháp Dvorak cổ điển và những hiệu quả của
phương pháp Dvorak cải tiến mang lại, việc nghiên cứu đánh giá và áp dụng phương
pháp này là hết sức cần thiết, đem lại khả năng phân tích vị trí và cường độ bão một
cách tự động và khách quan, đặc biệt trong môi trường áp dụng nghiệp vụ. Chính vì
vây luận văn sẽ thực hiện đánh giá kết quả của phương pháp Drorak cải tiến trong
việc xác định cường độ bão từ ảnh mây vệ tinh cho các cơn bão xuất hiện trên biển
Đông từ năm 2010 đến năm 2015, nhằm đưa ra những nhận định một cách khách
quan về sai số của phương pháp so với số liệu thực tế làm tiền đề cho việc áp dụng
ADT vào thực tiễn.
Cấu trúc Luận văn bao gồm: Phần Mở đầu, 3 Chương, Kết luận và kiến nghị,
Danh mục tài liệu tham khảo và Phụ lục:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Phương pháp ADT và số liệu thử nghiệm
Chương 3: Đánh giá kết quả của phương pháp Dvorak cải tiến (ADT)
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
14
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Bão hoạt động trên biển Đông và ảnh hưởng đến Việt Nam
Áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) và bão được đánh giá là môt trong những loại hình
thiên tai ảnh hưởng đến nước ta không chỉ gây gió mạnh mà còn sinh ra mưa lớn diện
rộng gây ngập lụt nghiêm trọng, nước biển dâng cao. Việt Nam là một đất nước nằm
trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với đường bờ biển kéo dài trên 3200 km và tiếp
giáp với biển Đông (thuộc khu vực biển Tây Bắc Thái Bình Dương) là một trong
những ổ bão nhiệt đới nhiều nhất trên thế giới. Do bão biển Đông phức tạp về đường
đi, cường độ và địa hình nơi bão đi vào nên các hiện tượng thời tiết kèm theo bão
cũng khác nhau, có cơn bão gây mưa nhiều và kéo dài, lũ lụt nghiêm trọng, song có
cơn bão gió mạnh, mưa lại rất ít. Trong các cơn bão ảnh hưởng đến Việt Nam, có cơn
nguồn gốc phát sinh từ vùng biển phía Đông Philippin, có cơn phát sinh phát triển
trên Biển Đông, thậm chí có cơn bão phát sinh ngay trên vịnh Bắc Bộ.
Với các cơn bão có nguồn gốc phát sinh khác nhau, khi đi vào đất liền các hiện
tượng thời tiết kèm theo bão cũng khác biệt nhau đối với từng vùng trên lãnh thổ Việt
Nam. Đặc biệt đối với các tỉnh Miền Trung là nơi hàng năm chịu ảnh hưởng bão
nhiều nhất cùng với địa hình dãy Trường Sơn ở phía tây nằm song song với bờ biển;
ở sườn đón gió phía đông, hoàn lưu bão thường nhận được hướng gió gần như thẳng
góc với sống núi, tạo nên quá trình mưa bão đặc biệt. Hay khi bão vào đất liền cùng
với các quá trình xâm nhập của không khí lạnh từ phía bắc xuống, hoặc trong khoảng
thời gian ngắn có hai hoặc ba cơn bão ảnh hưởng đến khu vực này gây nên tình hình
mưa đặc biệt nghiêm trọng, quá trình mưa do cơn bão trước vừa kết thúc, hoặc chưa
chấm dứt, đã bị ảnh hưởng mưa của cơn bão sau.
Đã có nhiều nghiên cứu ở Việt Nam về đặc điểm ảnh hưởng của bão. Theo
Nguyễn Văn Khánh và Phạm Đình Thụy (1985) [3] có 72 cơn bão, ATNĐ đổ bộ vào
miền Bắc thời kỳ 1956 - 1980 có tới 43 cơn gây ra gió mạnh từ cấp 10 đến cấp 12 và
17 cơn gây ra gió mạnh trên cấp 13, với phạm vi gió mạnh cấp 6 trở lên là khoảng
vài trăm km (khoảng 2 độ kinh/vĩ) xung quanh tâm bão, ATNĐ. Bão hoạt động nhiều
nhất về số lượng và mạnh nhất về cường độ ở vùng bờ biển Bắc Bộ, hoạt động ít nhất
15
ở các vùng bờ biển Ninh Thuận - Bình Thuận, Nam Bộ (Trần Việt Liễn, 1990;
Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự, 2010) [4, 5]. Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự (2010) [5]
nghiên cứu đặc điểm bão dựa trên số liệu quan trắc cho thấy trung bình mỗi năm nước
ta chịu ảnh hưởng của trên 7 cơn bão và ATNĐ. Thời gian bão ảnh hưởng đến Việt
Nam kéo dài từ tháng 3 đến tháng 12 trong đó các tháng 6 - 10 có tần suất đáng kể,
đặc biệt trong 3 tháng 8 - 10 có tần suất lớn. Nguyễn Văn Thắng và cộng sự (2010)
[7] phân tích hoạt động của bão ở các đoạn bờ biển cho thấy, trong thời kỳ gần đây
tần suất của bão trên đa số đoạn bờ biển phía Bắc bao gồm Bắc Bộ, Thanh Hóa đến
Thừa Thiên Huế có xu hướng giảm, trong khi phía Nam, bao gồm Đà Nẵng - Bình
Định, Phú Yên - Bình Thuận, Nam Bộ có xu hướng tăng.
Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Thắng và cộng sự (2016) [8] trên toàn lãnh
thổ Việt Nam, trong thời kỳ 1961 - 2014 có 364 cơn bão, ATNĐ đổ bộ và ảnh hưởng
trong đó chiếm tỷ lệ từ 10% trở lên tập trung vào 5 tháng từ tháng 7 đến tháng 11.
Tổng tỷ lệ % bão ảnh hưởng so với cả năm của 5 tháng này là 87%, cao nhất vào
tháng 9, thấp nhất vào tháng 7. Thời gian có bão ảnh hưởng sớm nhất ở Bắc Bộ với
3 tháng nhiều bão ảnh hưởng nhất là các tháng 7 - 8 - 9, và lùi dần từ Bắc vào Nam,
bão ảnh hưởng tập trung vào các tháng 10 - 11 - 12 ở cực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên
và Nam Bộ. Tần số bão trung bình năm cao nhất là 2,0 - 2,5 cơn ở vùng Quảng Ninh
đến Thanh Hóa; thấp nhất là dưới 0,5 cơn ở vùng Tây Bắc, vùng Bình Thuận đến Cà
Mau - Kiên Giang; các vùng còn lại tần số bão dao động từ 0,5 - 1,5 cơn.
1.2. Tình hình nghiên cứu xác định cường độ bão bằng phương pháp Dvorak
trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Trên thế giới
Bão nhiệt đới trở thành một mối đe dọa ngày càng lớn đối với con người, đặc
biệt là khu vực ven biển nơi có dân số đang tăng nhanh. Trong hơn 20 năm qua, cùng
với những tiến bộ của khoa học, việc dự báo đường đi của bão đã đạt nhiều tiến bộ
khi sai số dự báo giảm đáng kể. Tuy vậy, việc dự báo cường độ bão vẫn là thách thức
rất lớn đối với các nhà khí tượng, nguyên nhân một phần cũng vì cường độ thật của
16
bão tại thời điểm dự báo luôn là bài toán khó khi mà các cơn bão thường hình thành
ngoài đại dương, nơi mạng lưới quan trắc khí tượng còn rất mỏng.
Để xác định cường độ bão thời gian thực, đầu những năm 1970, các nhà khoa
học đã phát triển một kỹ thuật dùng để ước lượng cường độ bão sử dụng thông tin từ
vệ tinh địa tĩnh, người tiên phong là Vernon Dvorak, sau đó Dvorak được lấy để đặt
tên cho phương pháp này - phương pháp Dvorak (Dvorak, 1972; Dvorak, 1973;
Dvorak, 1975) [9, 10, 11]. Phương pháp Dvorak với tính chất nguyên thủy là một kỹ
thuật bán chủ quan đã được sử dụng tại các trung tâm dự báo nghiệp vụ khí tượng
nhiệt đới trên toàn cầu trong hơn 30 năm qua. Những năm gần đây, cùng với sự phát
triển của thế hệ cảm biến trên các vệ tinh khí tượng mới và khả năng tính toán của
máy tính, kết hợp với sự tích lũy lâu năm kinh nghiệm dự báo viên và những thành
tựu mới của công nghệ tự động hóa, việc tự động phân tích và ước lượng cường độ
bão nhiệt đới bằng các hệ thống máy tính đã trở nên khả thi hơn rất nhiều, đó chính
là tiền đề để phương pháp Dvorak cải tiến (ADT) ra đời.
Dựa trên phương pháp phân tích Dvorak cổ điển, nhóm phát triển hệ thống tại
Trung tâm nghiên cứu vệ tinh CIMSS của Trường đại học Wisconsin đã tiến hành tự
động hóa qua 4 mốc chính (Hình 1.1), bao gồm: 1) Phương pháp Dvorak tự động ước
lượng cường độ bão, 2) Phương pháp Dvorak khách quan (ODT), 3) Phương pháp
Dvorak khách quan có cải tiến (AODT), và cuối cùng là 4) Phương pháp Dvorak cải
tiến (ADT) [17].
Hình 1.1: Sơ đồ phát triển của phương pháp Dvorak theo thời gian
17
Về kỹ thuật, phương pháp Dvorak cổ điển (DT) (Dvorak, 1973) [10] được thực
hiện qua 4 bước chính: 1) xác định vị trí tâm bão, ATNĐ, 2) xác định cường độ bão,
ATNĐ, 3) chọn ước lượng cường độ tốt nhất và 4) áp dụng một số quy định để đưa
ra kết quả ước lượng cường độ cuối cùng. Trong thời kỳ đầu, kỹ thuật này chủ yếu
dựa trên lý thuyết nhận dạng mẫu mây với 5 dạng cơ bản: 1) dạng khối mây dày đặc
ở trung tâm (CDO), 2) dạng lệch tâm (SHEAR), 3) dạng tâm nhúng đĩa mây (EMBC),
4) dạng có mắt (EYE) và 5) Dạng băng cuốn (CRVBND). Trên thực tế, đây là phương
pháp bán chủ quan, sử dụng chủ yếu để đánh giá sự thay đổi 24 giờ của mẫu mây và
cường độ để có thể chỉ ra sự thay đổi ngắn hạn của cấu trúc mây, nhược điểm chính
của phương pháp là tính chủ quan và trình độ không đồng đều của dự báo viên khi sử
dụng kỹ thuật này.
Năm 1984, Dvorak đã cải tiến phương pháp Dvorak cổ điển và phát triển thêm
ở một kỹ thuật cao hơn khi kết hợp bổ sung việc xác định các mẫu mây với việc đánh
giá, xác định các đặc trưng của mây cụ thể ở đây là nhiệt độ đỉnh mây (Dvorak, 1984)
[12]. Việc phân tích cường độ bão không chỉ giới hạn bởi phương pháp định tính nữa
mà thay vào đó được định lượng hóa qua việc đánh giá chỉ số tính toán từ kỹ thuật
Dvorak dựa trên mẫu mây bão (Tnumber).
Zehr (1989) [20] đã nghiên cứu và xây dựng chương trình tự động ước lượng
cường độ bão (DD) dựa trên đặc trưng cường độ bão có liên quan tới nhiệt độ lạnh
nhất ở đỉnh mây và nhiệt độ ấm nhất ở tâm xoáy thuận nhiệt đới khi đã có ảnh hồng
ngoại tăng cường (EIR) cho dạng có mắt (EYE). Phương pháp DD này đã đặt nền
tảng cho phương pháp Dvorak khách quan (ODT) sau này khi sử dụng các thuật toán
khách quan nhưng vẫn giữ được đặc trưng cơ bản của phương pháp Dvorak cổ điển.
Sang đến thập niên 1990, khi số liệu có đầy đủ hơn, độ phân giải ảnh vệ tinh cao hơn,
năng lực tính toán của máy tính mạnh hơn đã thúc đẩy phát triển phương pháp Dvorak
khách quan (ODT) (Velden và cộng sự, 1998) [18]. Với phương pháp ODT, dự báo
viên ở khắp nơi trên thế giới, kể cả trình độ và kĩ năng của từng nơi, từng người có
sự chênh lệch, vẫn có thể đưa ra những dự báo mang tính khách quan cao với độ sai
lệch về kết quả ở mức tối thiểu. Các kết quả thực nghiệm từ máy bay do thám khí
18
tượng cho thấy ước lượng cường độ bão của phương pháp ODT có thể so sánh được
với những phân tích đưa ra từ các trung tâm khí tượng của Hoa Kỳ. Tuy nhiên phương
pháp này có một nhược điểm lớn, đó là nó chỉ có thể áp dụng được cho những cơn
bão mạnh, điều này làm ảnh hưởng đến tính ứng dụng phổ cập của ODT. Ngoài ra
phương pháp ODT vẫn cần có dự báo viên khí tượng xác định vị trí tâm bão trước
khi sử dụng thuật toán.
Nhược điểm chủ yếu của phương pháp ODT là nó không thể xử lý được các
cơn bão yếu. Nhược điểm này sau đó đã được khắc phục bằng phương pháp Dvorak
khách quan có cải tiến (AODT). Phương pháp AODT làm việc được với mọi cường
độ bão và áp dụng tất cả các luật của phương pháp Dvorak. Phương pháp AODT là
bước cải tiến trực tiếp của phương pháp ODT trên ba phương diện chính: 1) phạm vi
ứng dụng được mở rộng, bao gồm việc xử lý ATNĐ và các giai đoạn khác nhau của
các cơn bão, 2) áp dụng thêm nhiều thuật toán và quy luật của phương pháp Dvorak
cổ điển, 3) tích hợp hệ thống tự động xác định tâm bão.
Để có thể áp dụng phương pháp AODT cho các cơn bão nhỏ và ATNĐ, người
ta cần phải sử dụng tới kỹ thuật “nhận dạng mẫu mây” (Olander và Velden, 2007)
[15]. Kỹ thuật dải băng cuốn (CB) trong AODT đưa ra thông tin về cường độ cơn bão
dựa trên độ uốn cong của đám mây trên ảnh chụp vệ tinh hồng ngoại (IR). Ngược lại,
trong phương pháp DT cổ điển, độ uốn cong của mây được xác định bằng tay dựa
trên những cung xoắn ốc 10 độ. Phương pháp này cũng được sử dụng để xác định
tâm bão nếu hình chụp không rõ nét. Tuy nhiên, việc xác định theo dải băng cuốn này
mang tính chủ quan của người phân tích dự báo khi quan sát ảnh chụp vệ tinh. Phương
pháp AODT đưa ra một hệ thống tự động hóa dựa trên phân tích dải băng cuốn của
nhiều người dùng khác nhau. Ngoài phương pháp dải băng cuốn, các phương pháp
khác cũng được tích hợp trong phương pháp AODT, và còn được sử dụng cho đến
bây giờ. Bước cải tiến đáng kể của phương pháp AODT đó chính là đưa ra các định
lượng cho hai chỉ số Tnumber và CI. Trong đó các giá trị Tnumber thay đổi cho biết xu
hướng mạnh lên hay yếu đi của bão, các giá trị CI được sử dụng để xác định cường
độ hiện tại.
19
Một ưu điểm nữa của AODT đó chính là loại bỏ bước thủ công xác định tâm
bão bằng việc phân tích vị trí tâm bão tự động thông qua các phương pháp xử lý và
phân tích ảnh, kỹ thuật định vị tâm xoắn (SC) sử dụng để hiệu chỉnh một tâm giả định
ban đầu (lấy từ dự báo hoặc cảnh báo của các trung tâm dự báo bão như JTWC của
Hải quân Mỹ hay RMSC của Nhật Bản), phương pháp Laplacian được áp dụng đối
với trường hợp bão có phát triển một cách hoàn thiện và phương pháp thích hợp vòng
(Wimmers và Velden, 2004) [19]. Ngoài ra phương pháp AODT còn có khả năng cập
nhật và sử dụng số liệu vệ tinh cực, kênh phổ sóng ngắn để tăng cường độ chính xác
đối với giá trị cường độ và xác định giai đoạn mà xoáy thuận nhiệt đới đang đạt đến.
Phương pháp Dvorak cải tiển (ADT) sau này được Olander và các cộng sự
[17] tại viện nghiên cứu vệ tinh khí tượng thuộc đại học Wisconsin Madison của Mỹ
(CIMSS) phát triển đã kế thừa các nghiên cứu, kỹ thuật mới của ODT và AODT đồng
thời quay trở lại thiết lập một số điều chỉnh mới trên cơ sở của phương pháp Dovorak
cổ điển. Đặc biệt, ADT được chạy hoàn toàn tự động và được áp dụng cho đến tận
ngày nay. Năm 2014, hệ thống mã nguồn ADT đã được Olander chia sẻ để áp dụng
trên khu vực Biển Đông. Một trong những điều chỉnh mới trong ADT đó chính là
việc hiệu chỉnh tâm bão bằng cách ước lượng cường độ khí áp mực biển (MSLP) dựa
trên sự thay đổi vị trí tâm bão theo quỹ đạo (Kossin và Velden, 2004) [13]. Kỹ thuật
mới trong ADT đó chính là xây dựng một sơ đồ mới cho việc xác định mẫu mây dạng
CDO và EYE sử dụng phương trình hồi quy. Những phương trình này có sử dụng
một số tham số cơ bản liên quan tới cường độ bão như khu vực có đối lưu thẳng đứng,
kích cỡ vùng mây và chênh lệch nhiệt độ giữa mắt bão và khu vực xung quanh. Khi
sử dụng phương trình hồi quy với những tính toán này, tiến hành so sánh với số liệu
thám sát máy bay khí tượng cho thấy kết quả tốt hơn khá nhiều. Kỹ thuật mới nhất
gần đây được phát triển trong ADT đó chính là việc cung cấp thông tin về bán kính
gió mạnh (RMW) trong trường hợp có mắt bão, bằng việc xử dụng thuật toán xác
định nhiệt độ đỉnh mây trên kênh ảnh hồng ngoại (IR) ở bốn phía cơn bão để tìm khu
vực nào đạt điều kiện về nhiệt độ đỉnh mây so với số liệu thống kê từ máy bay thám
20
sát khí tượng thì sẽ xác định được vùng RMW (Kossin và cộng sự, 2005) [14]. Hiện
nay kỹ thuật này đang được phát triển để áp dụng cho những mẫu mây không có mắt.
Tóm lại có thể thấy, các phương pháp về sau đều có sự bổ sung, khắc phục
những hạn chế của phương pháp trước. Đến phương pháp ADT thì kỹ thuật phân tích
bão đã ở tầm vượt trội và hoàn toàn tự động. Thực tế kiểm nghiệm đã cho thấy độ
chính xác của phương pháp ADT rất đáng tin cậy (Olander và Velden, 2007) [15].
1.2.2. Tại Việt Nam
Hiện nay, trong nghiệp vụ dự báo bão tại Việt Nam, việc phân tích vị trí và
cường độ bão được thực hiện dựa trên việc phân tích ảnh mây vệ tinh bằng phương
pháp Dvorak cổ điển và thông qua việc tổng hợp thông tin các nguồn phân tích và dự
báo của các trung tâm quốc tế trên thế giới. Vấn đề ứng dụng ảnh mây vệ tinh cũng
như phương pháp Dvorak cổ điển tại Việt Nam có quá trình tiến triển như sau:
Từ những năm 1980, mặc dù chưa có trạm thu ảnh vệ tinh phân giải cao như
hiện nay nhưng các bức ảnh đầu tiên từ thế hệ vệ tinh địa tĩnh đã được đưa vào sử
dụng trong nghiệp vụ phân tích bão và mưa lớn. Những nghiên cứu đầu tiên phải kể
đến các công trình của tác giả Trần Đình Bá năm 1983, 1985 [1, 2] trong việc ứng
dụng vào nghiệp vụ phân tích bão từ các phân tích ảnh vệ tinh. Tác giả cũng đã có
những nghiên cứu ban đầu về cấu trúc mây bão Biển Đông và kiểm chứng với 5 dạng
mây cơ bản tương tự như những kết quả nghiên cứu của Dvorak đã công bố năm 1984
[12]. Tác giả Trần Đình Bá cũng đưa ra trong nghiên cứu về đặc điểm mây bão trên
Biển Đông với các mẫu mây dạng tương tác với không khí lạnh. Bên cạnh đó, nhờ
những kết quả bước đầu xử lý số ảnh vệ tinh, tác giả Trần Đình Bá đã bước đầu
nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ đỉnh mây trên ảnh hồng ngoại nhiệt với vùng
mưa lớn. Nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ giữa vùng mưa lớn với vùng có nhiệt độ
đỉnh mây nhỏ hơn -25 độ C.
Từ năm 1997, trạm thu ảnh vệ tinh GMS-5 phân giải cao được lắp đặt tại Trung
tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia đã mở ra một bước ngoặt lớn trong sử dụng ảnh vệ
tinh tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương. Ngay sau thời gian đó các
phần mềm phân tích ảnh mây đã được đưa vào ứng dụng trong phân tích ảnh. Một
21
trong những ứng dụng cần thiết của phần mềm phân tích ảnh đó là hỗ trợ cho các tính
toán xác định tâm, cường độ xoáy thuận nhiệt đới. Trong vài năm tiếp theo, việc xác
định tâm và cường độ được thực hiện một cách định tính dựa trên các mẫu mây bão,
ATNĐ (gọi chung là XTNĐ).
Tới năm 2006, nghiên cứu “Ứng dụng thông tin vệ tinh xác định vị trí tâm bão,
cường độ bão phục vụ dự báo bão, dự báo mưa” do Nguyễn Văn Thắng và cộng sự
(2009) [6] thực hiện. Trong đó, mục tiêu đầu tiên của dự án hướng tới việc đưa vào
ứng dụng kỹ thuật Dvorak vào nghiệp vụ xác định tâm và cường độ của xoáy thuận
nhiệt đới (XTNĐ) bằng ảnh mây vệ tinh. Quá trình nghiên cứu đã áp dụng thử nghiệp
phương pháp cho các cơn bão hoạt động trên biển Đông từ năm 1997 - 2006 và cho
kết quả khả quan. Năm 2008 tới 2010 là quá trình vận hành thử nghiệm và hoàn thiện
quy trình xác định tâm và cường độ XTNĐ tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn
Trung ương. Hiện tại, quy trình này vẫn đang được sử dụng nghiệp vụ dự báo bão,
ATNĐ.
Cho tới nay, các ứng dụng kỹ thuật Dvorak (DT) vẫn được coi là duy nhất
trong phân tích XTNĐ bằng ảnh mây vệ tinh ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Quá
trình thực hiện nhiệm vụ tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương còn
gặp nhiều khó khăn, trước tiên phải kể đến việc nhận định và tính toán cường độ trong
giai đoạn ban đầu của XTNĐ hết sức khó khăn, bởi mẫu mây không rõ ràng dẫn tới
sai số cao khi phân tích. Đặc biệt là những trường hợp một ATNĐ bắt đầu hình thành
ngay ngoài khơi Trung Bộ hoặc ngay trên vịnh Bắc Bộ. Khó khăn thứ hai là những
mẫu mây XTNĐ có dạng tương tác đặc biệt với các hệ thống thời tiết khác như rãnh
gió tây trên cao, gió mùa đông bắc. Các mẫu mây này khi xuất hiện người phân tích
sẽ gặp khó khăn trong việc tính toán đo đạc các chỉ số dựa trên mẫu mây tiêu chuẩn
của kỹ thuật Dvorak. Khó khăn thứ ba là việc quy đổi giá trị Tnumber tính toán từ kỹ
thuật Dvorak dựa trên mẫu mây XTNĐ ra giá trị áp suất nhỏ nhất (Pmin) và tốc độ
gió cực đại (Vmax) chưa thực sự phù hợp với các XTNĐ hoạt động trên biển Đông.
Trong một số trường hợp, kết quả tính toán quy đổi từ kỹ thuật Dvorak đã cho kết
quả XTNĐ mạnh hơn thực tế dựa trên số liệu bão chuẩn (best track).
22
Vấn đề cuối cùng trong nghiệp vụ ứng dụng ảnh vệ tinh đối với phân tích
XTNĐ, kỹ thuật được thực hiện bởi quá nhiều thao tác thủ công của dự báo viên khi
sử dụng phần mềm phân tích ảnh. Các đo đạc và phân tích bị ảnh hưởng bởi kỹ năng
phân tích của dự báo viên và tốn nhiều thời gian. Trong các trường hợp ATNĐ gần
bờ và bão khẩn cấp các phân tích được thực hiện mỗi giờ một lần liên tục trong 24
giờ/ngày thì các tính toán thủ công gặp nhiều khó khăn. Chính vì vậy, ngoài việc khắc
phục những khó khăn nói trên, yêu cầu cấp bách hiện nay là đưa được vào sử dụng
các chương trình tính toán phân tích tự động để rút ngắn thời gian tính toán và kết
quả tính toán được khách quan và tin cậy hơn.
23
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ADT VÀ SỐ LIỆU THỬ NGHIỆM
2.1. Phương pháp ADT
2.1.1. Những cải tiến của phương pháp ADT
Phương pháp ADT (và các phương pháp trước đó ODT và AODT) đã cố gắng
làm giảm bớt những hạn chế được tìm ra trong phương pháp Dvorak và các thuật toán
khách quan trước đó dựa trên cơ sở các phương pháp được phác họa bởi Dvorak.
Phương pháp ADT hiện tại sử dụng sơ đồ xác định tâm bão khách quan và logic xác
định mẫu hình mây để loại bỏ tính chủ quan trong quá trình xử lý việc ước tính cường
độ. Nó có thể được áp dụng cho tất cả các giai đoạn của vòng đời XTNĐ. ADT là
một công cụ mạnh để xác định cường độ bão nhưng dễ sử dụng, ước tính độ chính
xác ngang bằng với các ước tính của các nhà dự báo có kinh nghiệm sử dụng kỹ thuật
Dvorak cổ điển.
Mục tiêu ban đầu của việc tạo ra thuật toán Dvorak khách quan là bắt chước
phương pháp gốc (DT) nhiều nhất có thể. Tuy nhiên, với sự phát triển gần đây, nhiều
phương pháp, quy tắc và các điều chỉnh dựa trên các thống kê khác nhau đã được
thực hiện với nhiều khác biệt so với các phương pháp DT cơ bản. Hiện nay phiên bản
mới nhất của thuật toán này là phương pháp Dvorak cải tiến. Thuật ngữ cải tiến trong
trường hợp này bao gồm việc tự động hóa phương pháp DT thành một phương pháp
hoàn toàn khách quan. Những bổ sung và sửa đổi của ADT so với phương pháp ODT
được đưa ra bởi Velden và các cộng sự (1998) [18] như sau:
- Mở rộng phạm vi phân tích các giai đoạn ATNĐ hay bão nhiệt đới trong một
vòng đời của XTNĐ.
- Thêm phân loại các dạng mẫu mây và mắt bão mới.
- Điều chỉnh sơ đồ xác định cường độ với dạng mắt và dạng CDO.
- Thay đổi bước 9 của DT (đánh giá cường độ CI).
- Thay đổi bước 8 của DT (đưa ra số Tnumber cuối cùng).
- Thực hiện những liên kết mới phụ thuộc vào từng tình huống và mẫu mây
khác nhau.
24
- Điều chỉnh sơ đồ xác định nhiệt độ khu vực xung quanh vùng mây (trung
bình vòng tròn lạnh nhất thay vì nhiệt độ điểm nóng nhất trên vòng tròn).
- Điều chỉnh sơ đồ xác định loại mây.
- Thực hiện các cải tiến về kỹ thuật xác định tâm bão tự động.
- Điều chỉnh sai số áp suất mực nước biển (MSLP) theo vĩ độ.
- Thêm sơ đồ xác định bán kính gió cực đại (RMW).
- Thêm bản đồ mới và tự động hóa dự báo.
- Lựa chọn tùy biến cho đầu ra.
Trong hầu hết các trường hợp, việc thực hiện một quy tắc mới hay việc điều
chỉnh một trong các quy tắc của kỹ thuật DT phải được thực hiện trước bởi quá trình
phân tích thống kê nghiêm ngặt. Bao gồm việc phân tích chi tiết ảnh hưởng của những
điều chỉnh được đưa ra đối với mỗi giai đoạn của bão (hình thành, trưởng thành hay
tan rã), các loại mẫu hình ADT đưa ra phải được đánh giá chi tiết thông qua một chu
trình của bão (từ vùng thấp cho đến giai đoạn bão mạnh).
Ngoài những thay đổi về mặt phương pháp, kỹ thuật ADT cũng cải tiến hơn
so với kỹ thuật DT gốc bằng cách đưa thêm những khái niệm mới. Như việc điều
chỉnh ước tính cường độ áp suất mực nước biển (MSLP) của XTNĐ dựa trên vĩ độ
của XTNĐ. Việc điều chỉnh này được thực hiện sau khi sai số phụ thuộc vĩ độ đã
được ghi chép lại trong các đánh giá theo phương pháp DT đối với áp suất mực nước
biển (MSLP) (Kossin và Velden, 2004) [13]. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sai số này có
liên quan đến độ nghiêng của đỉnh tầng đối lưu và sự thay đổi trong cách đo nhiệt độ
đỉnh mây trên kênh hồng ngoại tương ứng so với vĩ độ. Sự điều chỉnh này chỉ được
áp dụng để ước tính cường độ trong một số trường hợp đặc biệt, ví dụ trường hợp
dạng mắt, dạng mây phủ tâm (CDO) và dạng tâm nhúng đĩa mây được tính toán sử
dụng thông tin nhiệt độ đỉnh mây từ kênh hồng ngoại kỹ thuật số. Việc hiệu chỉnh sai
số này góp phần trong việc làm giảm sai số ước tính áp suất mực nước biển (MSLP)
trong phương pháp ADT, đặc biệt trong suốt giai đoạn tan rã của bão (nhất là khi cơn
bão ở các vĩ độ cao).
25
Những điều chỉnh về sơ đồ xác định cường độ đối với dạng mắt và dạng CDO
dựa trên các phương trình hồi quy cũng là một cải tiến quan trọng khác của phương
pháp ADT. Các phương trình liên quan tới một vài tham số môi trường đo, chẳng hạn
như tính đối xứng của vùng mây đối lưu, kích thước vùng mây, hiệu số giữa nhiệt độ
vùng mắt bão và nhiệt độ vùng mây xung quanh. Các tham số lựa chọn này được xác
định từ phân tích hồi quy mở rộng của các biến giữa vùng mắt và vùng mây xung
quanh. Độ chính xác tương quan được cải thiện đáng kể với việc sử dụng các phương
trình hồi quy mới so với các kỹ thuật trước đó, chỉ dựa vào các giá trị nhiệt độ mắt
bão và vùng mây xung quanh (trên cơ sở phương pháp DT). Khi so sánh với những
đo đạc về cường độ của các thám sát từ máy bay, các ước tính cường độ đạt được với
phương trình CDO mới đã làm gia tăng mối tương quan từ 0.28 đến 0.50, trong khi
các ước tính cường độ với phương trình mắt bão mới cho mối tương quan tăng từ
0.62 đến 0.70 [13]. Thêm vào đó, trường hợp mắt bão bị mờ hoặc không rõ đã lỗi thời
trong phương pháp mới này và đã bị loại trừ.
Trong các trường hợp mắt bão rất nhỏ, gọi là “lỗ kim” được xác định trên kênh
ảnh hồng ngoại của vệ tinh địa tĩnh với độ phân giải 4 km, nhưng có thể quan sát
được trên các kênh có độ phân giải cao hơn như trên ảnh thị phổ. Đây là các trường
hợp điển hình dẫn đến kết quả ước tính cường độ thấp hơn đáng kể của thuật toán
ODT và AODT do việc xác định sai dạng mẫu hình mây. Như đối với trường hợp
Bão Wilma năm 2005 (hình 2.1) (Olander và Velden, 2007) [15]. Trong ví dụ này,
thuật toán ODT và AODT xác định nhầm thành dạng CDO dẫn đến việc ước tính
cường độ Tnumber = 4.5. Thám sát từ máy bay đo được áp suất mực nước biển (MSLP)
tại thời điểm đó là 960mb (xấp xỉ Tnumber = 5.5), và 6h sau đó MSLP giảm nhanh
xuống còn 901mb (Tnumber = 7.6). Việc nhận biết chính xác dạng mẫu mây với dạng
mắt rất nhỏ từ phương pháp ADT trong trường hợp này đã làm tăng cường độ tương
ứng là 6.2 và 7.2, đã giúp cho dự báo viên phân tích trong trường hợp này thấy bão
đang trong quá trình tăng cường độ nhanh chóng. Sơ đồ xác định mắt dạng rất nhỏ đã
được thực hiện trong phiên bản mới nhất của phương pháp ADT.
26
Hình 2.1: Ví dụ về mắt bão rất nhỏ quan sát được trên kênh ảnh hồng ngoại tăng
cường trong cơn bão Wilma trên Đại Tây Dương (2005). Các vùng màu trắng trong
ảnh hồng ngoại tăng cường biểu thị nhiệt độ đỉnh mây lạnh nhất, trong khi màu đỏ,
xanh lá và xanh dương biểu thị các giá trị nhiệt độ ấm hơn theo mức tăng dần.
Một chức năng mới được thêm vào thuật toán ADT để hiển thị thông tin trường
gió trong khi các phương pháp cũ chỉ ước tính gió thịnh hành lớn nhất (Kossin và
cộng sự, 2005) [14]. Chương trình sẽ đưa ra ước lượng về bán kính gió cực đại
(RMW) trong trường hợp mắt bão xuất hiện rõ ràng. Phương pháp này xem xét trường
nhiệt độ đỉnh mây trên kênh hồng ngoại theo bốn hướng từ vị trí tâm bão để xác định
giá trị nhiệt độ tới hạn có mối liên hệ cao với vị trí của bán kính gió cực đại nhận
được từ phân tích thống kê trong các đo đạc của máy bay. Khoảng cách trung bình
dọc theo mỗi trục sẽ được tính toán và được sử dụng để xác định RMW. Phương pháp
này đang được mở rộng để tính toán các trường hợp bão không có mắt. Thuật toán
tương quan được sử dụng để ước tính trường gió bề mặt 2 chiều gần cơn bão dựa trên
việc ước tính cường độ từ phương pháp ADT, trường nhiệt độ đỉnh mây từ ảnh vệ
tinh, và hướng di chuyển của cơn bão. Chương trình này vẫn đang trong quá trình
phát triển nhưng sẽ trở thành một lựa chọn đầu ra được thêm vào trong phương pháp
ADT, và có thể được hiển thị khi sử dụng bất kỳ gói phần mềm đồ họa nào.
27
Với những tiến bộ trong thuật toán như vậy đã đánh dấu sự thay đổi trong
phương pháp DT đơn giản sang một phương pháp phức tạp hơn trong môi trường
máy tính để cải thiện phương pháp DT ban đầu.
2.1.2. Sơ đồ phân tích trong phương pháp ADT
Hình 2.2 chỉ ra sơ đồ các bước phân tích tâm, cường độ XTNĐ sử dụng trong
thuật toán của ADT (Olander và Velden, 2015) [16]. Bao gồm 3 bước chính đó là:
nhập giá trị số liệu đầu vào, phân tích cường độ XTNĐ và cuối cùng là đưa ra phân
tích cường độ và vị trí XTNĐ.
Hình 2.2: Sơ đô mô ta cac bước phân tich tâm, cương đô XTNĐ sư dung trong
phương phap ADT
Bươc 1: Nhâp gia tri đâu vao
Thuật toán ADT hoạt động trong môi trường Linux, đầu vào số liệu vệ tinh là
các sản phẩm của MTSAT-1, MTSAT-2, Himawari-8, Himawari-9… bao gồm các
kênh phổ: thị phổ, hồng ngoại nhiệt, cận hồng ngoại, hơi nước… dưới dạng NetCDF.
28
Đồng thời đầu vào cho thuật toán ADT là các thông tin dự báo bão của các
trung tâm trên thế giới bao gồm các thông số về cơn bão như: thời gian, vị trí, cường
độ, tốc độ và hướng di chuyển,… Số liệu này giúp cho thuật toán trong ADT ban đầu
định vị được khoảng vị trí tâm bão cần phân tích trong miền số liệu vệ tinh rộng lớn.
Các thông tin dự báo bão được lấy dễ dàng từ các nguồn internet khác nhau như:
- Hệ thống dự báo xoáy thuận nhiệt đới tự động (ATCF).
- Các bản tin cảnh báo từ trung tâm bão Quốc gia (NHC) và trung tâm bão
Thái Bình Dương (CPHC). Khu vực cảnh báo là Đại Tây Dương, phía Đông
và Giữa Thái Bình Dương.
- Bản tỉn cảnh báo bão từ trung tâm hạn vừa Châu Âu (JTWC).
- Các sản phẩm của các trung tâm dự báo bão khu vực (RSMC):
+ RSMC Nadi (đảo Fiji): FKPS01-02 NFFN
+ RSMC New Delhi (Ấn Độ): FKIN20 VIDP
+ RSMC Tokyo (Nhật): FKPQ30-34 RJTD
- Bản tin từ trung tâm cảnh báo xoáy thuận nhiệt đới Australia:
TCWC Perth: AXAU01-02 APRF
TCWC Darwin: AXAU01-02 ADRM
TCWC Brisbane: AXAU21 ABRF
- Bản tin dự báo bão của Việt Nam (VNN)
Bươc 2: Phân tích cường độ XTNĐ
Sau khi số liệu đầu vào đầy đủ, đến bước tiên hanh phân tich cương đô XTNĐ.
Trước tiên cần phải xac đinh vi tri tâm XTNĐ theo 2 cach thủ công hay tự động. Tiên
hanh xac đinh tâm XTNĐ theo phương phap thu công, ngươi sử dụng se phai sư dung
con tro đê xac đinh vi tri tâm cua XTNĐ theo từng bước của phương pháp Dvorak cổ
điển. Sau khi xac đinh đươc vị tri tâm XTNĐ, ngươi phân tich se chuyên qua đoc file
dư liêu địa hình TOPO. Còn nếu xac đinh vi tri tâm XTNĐ hoan toan tư đông, thuật
toán trong ADT se tiên hanh bươc đoc kêt qua dư bao bão đầu vào từ các trung tâm
dự báo bão trên thế giới, phân tich kỹ thuật xoắn trung tâm (SC) và định vị lại vị trí
29
tâm bão (RF) va xác định được tâm XTNĐ từ số liệu ảnh mây vệ tinh. Sau đó nó sẽ
tự động chuyển tới đoc file dư liêu địa hình TOPO.
Bươc tiếp theo trong qua trinh phân tich cường độ của XTNĐ của thuật toán
ADT la kiểm tra xem XTNĐ đã đô bô vao đât liên hay chưa độ bộ vào đất liền.
Trương hơp XTNĐ đổ bô vào đât liên, nó sẽ tự động xuât ra file sô liệu lich sư va
cho ra kết quả phân tích XTNĐ theo phương pháp ADT va kết thuc qua trinh phân
tich.
Trong trương hơp XTNĐ chưa đô bộ vao đât liên, thuật toán trong ADT sẽ
tiên hanh bước xác định dang mâu mây trong XTNĐ (theo sơ đồ hình 2.3), sau đo
ươc tinh cương đô XTNĐ (theo sơ đồ hình 2.6).
Hình 2.3: Sơ đô phân tích mẫu mây bão trong phương phap ADT
Hình 2.3 chỉ ra việc phân tích mẫu mây bão tự động trong phương pháp ADT.
Trước tiên nó sẽ xác định nhiệt độ vùng mắt bão và vùng mây xung quanh bão. Sau
đó sử dụng thuật toán biển đổi Fourier (FFT) phân tích vùng mắt bão và vùng mây
30
xung quanh bão. Tiếp theo thuật toán sẽ tính mức độ đối xứng đối lưu và độ lệch tiêu
chuẩn vùng mắt bão. Từ đó đưa ra được ngưỡng điểm cho mẫu mây phân tích.
Từ điểm mẫu mây chương trình xác định được một trong sáu dạng mẫu mây
chính đó là: dạng lệch tâm (SHEAR), dạng băng cuốn (CRVBND), khối mây đậm
đặc phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều (UNIFRM), khối mây đậm đặc phủ trên vùng
tâm bão nhưng có sử thay đổi lớn trong vùng CDO (IRRCDO), dạng tâm nhúng đĩa
mây (EMBC) và mắt (EYE). Hình 2.4 là ví dụ về 5 loại mây bão: SHEAR, CRVBND,
EMBC, IRRCDO và UNIFRM sử dụng trong phương phap ADT.
Hình 2.4: Ví dụ về 5 loại mây bão: SHEAR, CRVBND, EMBC, IRRCDO và
UNIFRM sử dụng trong phương phap ADT
Trong dạng mắt ADT chia làm 3 loại là: loại mắt bão lớn có bán kính mắt
≥38 km, loại mắt bão rất nhỏ và các loại mắt bão còn lại: nhìn rõ ràng, bị che khuất,…
Hình 2.5 là ví dụ về 3 loại mây bão có dạng mắt phương phap ADT.
31
Hình 2.5: Ví dụ về 3 loại mây bão có dạng mắt trong phương phap ADT
Tiếp theo với dạng lệch tâm thuật toán trong ADT tính khoảng cách đến vùng
đối lưu, dạng băng cuốn thì phân tích vòng xoắn logarit 100, dạng khối mây dày đặc
trung tâm thì tính kích thước vùng khối mây đồng thời kiểm tra dạng tâm nhúng đĩa
mây và dạng mắt siêu nhỏ, cuối cùng với dạng mắt sẽ xác định kích thước mắt bão.
Hình 2.6: Sơ đô ước tính cường độ bão trong phương phap ADT
32
Sơ đồ ước tính cường độ bão trong phương pháp ADT (hình 2.6) chỉ ra rằng
trước tiên thuật toán sẽ tính Tnumber từ phân tích ảnh mây hiện tại. Đối với dạng khối
mây dày đặc trung tâm (CDO) hay dạng mắt (EYE) sẽ được phân tích hồi quy, dạng
băng cuốn sử dụng độ cong đối lưu để xác định, còn sẽ tính khoảng cách đến vùng
đối lưu cho dạng lệch tâm.
Sau khi xác định được Tnumber sẽ so sánh với cơ sở dữ liệu lịch sử, nếu không
có trong cơ sở dữ liệu lịch sử sẽ đưa ra ước tính cường độ bão luôn, còn nếu cơ sở dữ
liệu lịch sử có, thuật toán trong ADT sẽ sử dụng bước 8 của Dvorack cổ điển nhằm
giới hạn giá trị Tnumber cuối cùng. Bước tiếp theo sẽ tính trung bình trọng số 3h và 6h
của Tnumber theo thời gian. Từ đó sử dùng bước 9 của Dvorak cổ điển xác định cường
độ CI hiện tại. Rồi điều chỉnh sai số áp suất mực nước biển (MSLP) theo vĩ độ. Và
cuối cùng đưa ra ước tính cường độ bão.
Bươc 3: Đưa ra kết quả phân tích cường độ XTNĐ
Bươc cuối cùng là xuất ra file số liêu lịch sư va cho ra kêt qua phân tich XTNĐ
theo phương phap ADT va kêt thuc qua trinh phân tích.
Sau khi tính toán cho ra kết quả cuối cùng, thuật toán trong ADT sẽ hiển thị
đầu ra dưới dạng văn bản trong cửa sổ Linux (hình 2.7). Bao gồm các thông tin thời
gian chạy khác nhau ước lượng vị trí, dự báo cường độ, khí áp trung tâm bão, tốc độ
gió cực đại, loại mây bão, nhiệt độ vùng mắt bão và vùng mây bão, phương pháp điều
chỉnh tâm bão (tự động hay thủ công),…
33
Hình 2.7: Ví dụ về kết quả đầu ra của phương phap ADT khi tâm bão chưa đổ bộ
vào đất liền
Khi tâm bão đã độ bộ vào đất liền, nội dung thông tin đầu ra chỉ bao gồm thời
gian chạy, vị trí tâm bão và không bao gồm ước tính cường độ (hình 2.8).
Hình 2.8: Ví dụ về kết quả đầu ra của phương phap ADT khi tâm bão trên đất liền
34
2.2. Số liệu thử nghiệm
Số liệu sử dụng để đánh giá sai số vị trí, cường độ bão giữa kết quả từ phương
pháp Dvorak cải tiến (ADT) so với best track Việt Nam của 41 cơn bão hoạt động
trên biển Đông với 632 chu kì dự báo (cách nhau 6 tiếng một lần) trong thời gian 6
năm từ 2010 - 2015 bao gồm những số liệu sau:
* Số liệu vệ tinh địa tĩnh MTSAT
Số liệu vệ tinh MTSAT từ năm 2010 - 2015 là thời gian vệ tinh địa tĩnh
MTSAT-2 của cơ quan khí tượng Nhật Bản (JMA) hoạt động và quét trên khu vực
biển Đông. Số liệu MTSAT sử dụng dưới định dạng NetCDF làm số liệu đầu vào cho
phương pháp ADT. Số liệu vệ tịnh địa tĩnh MTSAT-2 thu nhận tại Trung tâm Dự báo
khí tượng thủy văn Trung ương với miền tính -50N đến 400N và 950E đến 1400E, với
tần suất 30 phút có một sản phẩm bao gồm 5 kênh:
- Kênh thị phổ (VIS) với bước sóng 0.68µm.
- Kênh hồng ngoại nhiệt 1 (IR1) với bước sóng 10.8µm.
- Kênh hồng ngoại nhiệt 2 (IR2) với bước sóng 12µm.
- Kênh hơi nước (WV) với bước sóng 6.8µm.
- Kênh cận hồng ngoại (IR4) với bước sóng từ 3.7µm.
Trong đó kênh thị phổ có độ phân giải 1 km, còn 4 kênh ảnh còn lại có độ phân
giải 4 km.
* Số liệu dự báo bão của Nhật Bản
Cùng với số liệu vệ tinh MTSAT, số liệu dự báo về các cơn bão trên biển Đông
từ năm 2010 - 2015 của Nhật Bản được sử dụng làm số liệu đầu vào để chạy ADT
trong môi trường Linux. Số liệu dự báo bão của Nhật Bản được lấy từ trang mạng
internet: http://weather.unisys.com/hurricane/archive/.
* Số liệu kết quả của phương pháp ADT
Kết quả chạy ADT bao gồm số liệu tương ứng với số liệu best track về thời
gian, vị trí, tốc độ gió cực đại, trị số khí áp thấp và dạng mẫu mây bão của 41 cơn bão
hoạt động trên biển Đông (Phụ lục 1) với 632 chu kì dự báo (cách nhau 6 tiếng một
lần) trong thời gian 6 năm từ 2010 - 2015. Khi cơn bão đổ bộ vào đất liền, số liệu đã
35
được loại bỏ trong quá trình đánh giá vì trong trường hợp này, phương pháp ADT
không phân tích cường độ bão trên đất liền. Phụ lục 2 là một ví dụ về kết quả chạy
phương pháp ADT sử dụng đánh giá trong cơn bão số 1 (Con son) năm 2010.
* Số liệu best track của Việt Nam
Sử dụng để đánh giá với số liệu trong kết quả chạy ADT và phân tích Dvorak
cổ điển. Bao gồm số liệu về thời gian, vị trí, tốc độ gió cực đại, trị số khí áp thấp nhất
và cấp bão. Khi bão đổ bộ vào đất liền, số liệu best track cũng đã được loại bỏ. Phụ
lục 3 là một ví dụ về thông tin best track Việt Nam sử dụng trong đánh giá của cơn
bão số 1 (Con son) năm 2010.
* Số liệu phân tích Dvorak cổ điển của hai cơn bão số 6 (Rammasun) năm
2014 và số 2 (Megi) năm 2010
Số liệu phân tích theo phương pháp Dvorak cổ điển được tính toán trên ảnh
thị phổ (VIS) và hồng ngoại (IR). Quá trình thực hiện phương pháp được chia thành
10 bước như hình 2.9.
BƯỚC 1: Xác định tâm hệ thống mây
TÍNH Tnumber TỪ VIỆC ĐO ĐẠC
CÁC ĐẶC TRƯNG MÂY
BƯỚC 2: Lựa chọn mẫu hình mây để
phân tích:
2A. Dạng băng cuốn (Curved band)
2B. Dạng lệch tâm (Shear)
2C. Dạng có mắt (Eye)
2D. Dạng khối mây dày đặc trung tâm
(CDO)
2E. Dạng tâm nhúng đĩa mây
(Embedded)
TÍNH Tnumber TỪ VIỆC SO SÁNH
MẪU VỚI MÔ HÌNH
BƯỚC 3: Khối mây lạnh ở tâm
BƯỚC 4: Xác định khuynh hướng cường
độ bão trong 24h qua
BƯỚC 5: Chỉ số MET (Model expected
Tnumber)
BƯỚC 6: Chỉ số PT (Pattern Tnumber)
BƯỚC 7, 8 VÀ 9: Áp dụng những nguyên
tắc của phương pháp để xác định Tnumber
cuối cùng và CInumber
BƯỚC 10: Đưa ra dự báo cường độ 24h
tới
Hình 2.9: Mười bước xác định cường độ XTNĐ bằng phương pháp Dvorak
36
Kết quả số liệu phân tích Dvorak cổ điển cho hai cơn bão số 6 (Rammasun)
năm 2014 và số 2 (Megi) năm 2010 để đánh giá bao gồm: thời gian, vị trí, dạng mẫu
mây, cường độ CI (Phụ lục 4).
Sử dụng bảng tổng kết của Dvorak (1984) [17] chuyển đổi cường độ CI qua
việc phân tích Dvorak cổ điển sang tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất trên
khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương để đánh giá với số liệu best track và ADT (bảng
2.1).
Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa cường độ bão, tốc độ gió (knot) và áp suất mực biển
trên khu vực vùng biển Đại Tây Dương và Tây Bắc Thái Bình Dương
Cường độ
CI
Tốc độ gió
(Knot)
Áp suất mực biển
trên Đại Tây
Dương (mb)
Áp suất mực biển
trên Tây Bắc Thái
Bình Dương (mb)
1 25
1.5 25
2 30 1009 1000
2.5 35 1005 997
3 45 1000 991
3.5 55 994 984
4 65 987 976
4.5 77 979 966
5 90 970 954
5.5 102 960 941
6 115 948 927
6.5 127 935 914
7 140 921 898
7.5 155 906 879
8 170 890 858
37
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA PHƯƠNG PHÁP DVORAK
CẢI TIẾN (ADT)
3.1. Phương pháp đánh giá
Đánh giá sai số vị trí và cường độ của các cơn bão hoạt động trên biển Đông
từ năm 2010 - 2015 mà phương pháp ADT đưa ra được thực hiện qua việc đánh giá
sai số của tốc độ gió cực đại (Vmax) và chỉ số khí áp thấp nhất (Pmin) theo phân chia
thành các dạng mây bão trong ADT (bảng 3.1) và cường độ bão theo quy định của tổ
chức Khí tượng Thế giới (WMO) thông qua cấp gió Bô-pho (Phục lục 5): bão có
cường độ cấp 8 - 9, bão có cường độ cấp 10 - 11 (bão mạnh) và bão có cường độ cấp
≥ 12 (bão rất mạnh) (bảng 3.2). Nhằm xác định sai số vị trí và cường độ bão của ADT
so với best track trong dạng mây bão nào hay cấp bão nào cho kết quả là tốt hay xấu
nhất. Đồng thời đánh giá kết quả của ADT so với best track Việt Nam cũng như phân
tích Dvorak cổ điển cho hai cơn điển hình: bão số 6 (Megi) năm 2010 và số 2
(Rammasun) năm 2014.
Bảng 3.1: Tổng số trường hợp theo phân loại mây bão trong các cơn bão trên biển
Đông từ năm 2010 - 2015
Phân loại theo mẫu mây
SH
EA
R
CR
VB
ND
IRR
CD
O
UN
IFR
M
EM
BC
EY
E
Số trường hợp xảy ra 40 136 26 261 61 108
Bảng 3.2: Tổng số trường hợp theo phân loại cấp bão trong các cơn bão trên biển
Đông từ năm 2010 - 2015
Phân loại theo cấp bão
Cấ
p 8
- 9
Cấ
p 1
0 -
11
Cấ
p ≥
12
Số trường hợp xảy ra 272 122 238
38
Sử dụng các chỉ số trong đánh giá cường độ bão như sau:
- Hệ số tương quan (Cor): chỉ số này dao động trong khoảng từ -1 đến 1 với
giá trị hoàn hảo là 1. Chỉ số Cor cho biết mức độ tương quan giữa các giá trị dự báo
và quan trắc. Hệ số Cor dương phản ánh mối quan hệ đồng biến. Ngược lại, hệ số
tương quan âm biểu thị mối quan hệ nghịch biến giữa dự báo và quan trắc.
2
1
2
1
1
11
))((
N
i
i
N
i
i
N
i
ii
OON
FFN
OOFF
Cor
- Chỉ số BIAS: chỉ số này có giá trị biến thiên từ - đến + , trong đó giá trị
bằng 1 là “hoàn hảo”. Chỉ số này cho biết độ lớn của dự báo trung bình so với độ lớn
của quan trắc trung bình. Tuy nhiên, BIAS không cho biết độ lớn của sai số cũng như
mức độ tương quan giữa quan trắc và dự báo.
N
1i
i
N
1i
i
ON
1
FN
1
BIAS
- Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error - MAE):
|OF|N
1MAE
i
N
1i
i
Chỉ số này cho biết biên độ trung bình của sai số dự báo, nhưng không cho
biết hướng của độ lệch. Giá trị 0 cho biết dự báo là “hoàn hảo”. Thông thường, chỉ
số MAE được sử dụng cùng với chỉ số BIAS để đưa ra ước lượng về độ tin cậy khi
hiệu chỉnh sản phẩm bằng chỉ số BIAS. Ví dụ khi giá trị MAE và BIAS tương đối
gần nhau, chúng ta có thể tin tưởng để hiệu chỉnh sản phẩm bằng độ lệch, còn khi hai
giá trị này khác xa nhau thì nên cẩn thận khi hiệu chỉnh bằng độ lệch.
- Căn bậc hai của sai số bình phương trung bình (Root Mean Square Error -
RMSE): là thước đo của biên độ sai số.
2N
1iii
OFN
1RMSE
39
Chỉ số này cho biết biên độ trung bình của sai số dự báo, nhưng không cho
biết hướng của độ lệch. Giá trị RMSE bằng 0 chỉ khi có sự tương đồng tuyệt đối ở
mọi nơi giữa dự báo và quan trắc, còn không, chúng đều có giá trị lớn hơn 0.
3.2. Đánh giá sai số ví trị và cường độ bão giữa ADT và Best track Việt Nam
theo dạng mây bão
3.2.1. Sai số vị trí
Qua việc phân chia mây bão trong phương pháp ADT thành các dạng mây bão
khác nhau, hình 3.1 cho thấy giá trị sai số vị trí trung bình giữa ADT và best track
lớn nhất vào khoảng 44 km ứng với trường hợp mây bão có dạng lệch tâm (SHEAR).
Thường xuất hiện trong giai đoạn đầu của sự phát triển của XTNĐ và cũng có thể
xuất hiện sau giai đoạn bão mạnh, khi nó yếu dần trở về giai đoạn đầu của XTNĐ.
Và giá trị sai số vị trí trung bình là nhỏ nhất là khoảng 28 km ứng với trường hợp
cường độ bão có cường độ mạnh và có dạng mắt (EYE). Sai số vị trí của các dạng
mây bão trong phương pháp ADT giảm dần theo thứ tự: SHEAR, CRVBND,
IRRCDO, UNIFRM, EMBC, EYE.
Hình 3.1: Trung bình sai số vị trí giữa ADT và best track của các loại mây bão
trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
3.2.2. Sai số cường độ
Như trên đã nói, việc đánh giá sai số cường độ của phương pháp ADT trong
các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 sẽ được thực hiện qua việc đánh giá
40
sai số tốc độ gió cực đại và chỉ số khí áp thấp nhất giữa kết quả của phương pháp
ADT so với best track của Việt Nam.
Hình 3.2: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) giữa ADT và best track trong
các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 có dạng: tâm nhúng đĩa mây
(EMBC), dạng mắt (EYE), dạng lệch tâm (SHEAR), dạng băng cuốn (CRVBND),
dạng khối mây dày đặc phủ trên vùng tâm bão có sự thay đổi lớn trong vùng CDO
(IRRCDO) và khối mây đậm đặc phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều (UNIFRM)
Bảng 3.3: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) và MAE của ADT và best track cho
từng loại mẫu mây bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
Loại mẫu mây
SH
EA
R
CR
VB
ND
IRR
CD
O
UN
IFR
M
EM
BC
EY
E
Trung bình Vmax Best track 38.6 42.7 44.6 56.9 59.6 87
Trung bình Vmax ADT 37.1 46.8 49.4 67.4 69.5 111
Chênh lệch ADT - Best track -1.5 4.1 4.8 10.5 9.9 24
Phần trăm sai số trung bình
Vmax (%) 4 9,6 10,8 18,4 16,6 27,6
MAE của ADT và best track 6.3 8.1 7.3 13.1 12.7 24.4
41
Biểu đồ phân tán hình 3.2 và bảng 3.3 cho thấy bão càng mạnh sai số tốc độ
gió cực đại càng lớn. Trung bình giá trị tốc độ gió cực đại trong phương pháp ADT
đều đưa ra kết quả lớn hơn so với best track. Riêng với trường hợp các cơn bão dạng
lệch tâm (SHEAR) cho kết quả trung bình tốc độ gió cực đại là nhỏ hơn so với best
track thực tế khoảng gần 1.5kts và giá trị MAE bằng 6.3 là nhỏ nhất. Dạng SHEAR
là dạng có cường độ bão nhỏ nhất, đồng thời hệ số tương quan trong bảng 3.5 là rất
nhỏ và bằng -0.01 vì vậy giá trị trên không phản ánh được kết quả chính xác. Dạng
EYE cho kết quả sai số tốc động gió cực đại là lớn nhất trong 6 loại mẫu mây bão thể
hiện bằng đường hồi quy tuyến tính giữa ADT và best track nằm cách xa đường hồi
quy ADT bằng best track nhất và trung bình sai số tốc độ gió cực đại của dạng mắt
lớn hơn khoảng 24kts so với best track tương đương sai số đến 27% và giá trị MAE
cũng lớn nhất. Với dạng băng cuốn (CRVBND) đường hồi quy tuyến tính giữa ADT
và best track gần như song song và sát với đường hồi quy ADT bằng best track nhất
và giá trị trung bình tốc độ gió cực đại của ADT chỉ lớn hơn best track khoảng 4kts
tương đương với 9,6% sai số, như vậy dạng CRVBND cho kết quả sai số tốc độ gió
cực đại là tốt nhất. Với 3 dạng mây bão: EMBC, IRRCDO và UNIFRM đưa ra kết
quả trung bình tốc độ gió cực đại của ADT lớn hơn 5 - 10kts so với best track.
Hình 3.3: Tương tự hình 3.2 cho trị số khí áp thấp nhất (mb)
42
Bảng 3.4: Trung bình trị số khí áp thấp nhất (mb) và MAE của ADT và best track
cho từng loại mẫu mây bão trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
Loại mẫu mây
SH
EA
R
CR
VB
ND
IRR
CD
O
UN
IFR
M
EM
BC
EY
E
Trung bình Pmin của Best track 995.1 991.8 990 978.7 976.7 943.1
Trung bình Pmin của ADT 999.2 994.4 993.1 981.6 980 946.6
Chênh lệch ADT - Best track 4.1 2.6 3.1 2.9 3.3 3.5
Phần trăm sai số trung bình Pmin 0,4 0,26 0,3 0,3 0,34 0,37
MAE của ADT và Best track 5.2 6.4 7.3 9,0 7.5 11.3
Hình 3.3 và bảng 3.4 cho thấy kết quả trung bình trị số khí áp thấp nhất của
ADT đưa ra đều lớn hơn so với best track trong các dạng mây bão và chênh lệch giá
trị trung bình này nhỏ, phổ biến dưới 4mb. Với phần trăm sai số trung bình của khí
áp thấp nhất mà ADT đưa ra so với best track trong các loại mây bão đều rất nhỏ. Giá
trị sai số tuyệt đối trung bình trong trường hợp EYE là lớn nhất. Trường hợp các cơn
bão dạng lệch tâm (SHEAR) và mắt (EYE) cho kết quả sai số trị số khí áp thấp nhất
là lớn nhất. Như vậy, dạng SHEAR trong đánh giá bằng trị số khí áp thấp nhất cho
kết quả phản ánh đúng hơn so với đánh giá của ADT và best track qua tốc độ gió cực
đại.
Bảng 3.5: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại (Vmax) và trị số khí áp thấp nhất
(Pmin) cho từng loại mẫu mây bão giữa ADT và best track
Loại mẫu mây
Hệ số tương quan
giữa ADT và best track
SH
EA
R
CR
VB
ND
IRR
CD
O
UN
IFR
M
EM
BC
EY
E
Vmax (kts) -0.01 0.63 0.7 0.77 0.83 0.84
Pmin (mb) 0.45 0.63 0.68 0.75 0.84 0.82
43
Hình 3.4: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất giữa ADT
và best track của các loại mây bão
Qua bảng 3.5 và hình 3.4 thấy trường hợp mây bão dạng SHEAR có hệ số
tương quan tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất là nhỏ nhất. Hệ số tương quan
trong trường hợp tốc độ gió cực đại của của ADT so với best track với dạng mây
SHEAR là rất thấp và bằng -0.01. Còn các trường hợp mây bão khác cho hệ số tương
quan cao dao động trong khoảng 0.7 đến 0.84 và hệ số tương quan giữa tốc độ gió
cực đại và trị số khí áp thấp nhất của mỗi dạng mây bão cho giá trị khá trùng nhau.
Hai hệ số tương quan này có giá trị cao nhất là trường hợp mây bão có dạng tâm
nhúng đĩa mây và dạng mắt dao động trong khoảng 0.82 - 0.84. Như vậy, bão có
cường độ càng mạnh thì tương quan càng cao.
Hình 3.1 và 3.4 cho thấy trung bình sai số vị trí tâm bão càng nhỏ thì hệ số
tương quan càng lớn. Trường hợp bão có mắt có giá trị trung bình sai số vị trí là nhỏ
nhất thì hệ số tương quan tốc độ gió cực đại giữa ADT và best track là lớn nhất trong
các loại mây bão.
3.3. Đánh giá sai số ví trị và cường độ bão giữa ADT và best track Việt Nam theo
phân chia cấp bão
Tương tự mục 3.1, trong phần này sẽ đi đánh giá sai số vị trí và cường độ bão
trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015 giữa kết quả ADT đưa ra và
best track Việt Nam theo phân chia cấp bão thành 3 cấp bão: bão (cấp 8 - 9), bão
mạnh (cấp 10 - 11) và bão rất mạnh (cấp ≥ 12) (bảng 3.2).
44
3.3.1. Sai số vị trí
Qua hình 3.5 với cách phân chia tập số liệu đánh giá trong các cơn bão trên
biển Đông từ năm 2010 - 2015 theo cấp bão thấy rằng cấp bão càng mạnh thì trung
bình sai số vị trí giữa best track và ADT càng giảm. Trung bình sai số vị trí của ADT
so với best track có giá trị nhỏ nhất trong cả 3 trường hợp vào khoảng 33 km tương
ứng với những cơn bão rất mạnh có cường độ ≥ cấp 12 trở lên. Còn những cơn bão
có cấp độ không mạnh (cấp 8 - 9) thì sai số vị trí mà ADT đưa ra so với best track là
lớn nhất (khoảng 39 km).
Hình 3.5: Trung bình sai số vị trí giữa ADT và best track theo phân chia cấp bão
trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
3.3.2. Sai số cường độ
Qua biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại giữa ADT và best track (hình 3.6) thì
đường hồi quy tuyến tính giá trị tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất trong
phương pháp ADT so với best track đều nằm trên đường hồi quy ADT bằng best
track. Như vậy kết quả tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất mà ADT đưa ra
trong cách phân chia thành các cấp bão này tiếp tục lớn hơn so với best track. Sai số
tốc độ gió cực đại trong trường hợp bão rất mạnh (cấp ≥ 12) là lớn nhất trong 3 trường
hợp của phân cấp theo cường độ bão.
45
Hình 3.6: Biểu đồ phân tán tốc độ gió cực đại (kts) và trị số khí áp thấp nhất (mb)
giữa ADT và best track theo cấp bão của các cơn bão trên biển Đông từ 2010 - 2015
Bảng 3.6: Trung bình tốc độ gió cực đại (kts) và MAE theo các cấp bão trong các
cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
Phân cấp bão
Cấ
p 8
- 9
Cấ
p 1
0 -
11
Cấ
p ≥
12
Trung bình Vmax của Best track 39.4 54.4 80.2
Trung bình Vmax của ADT 45.9 60.2 96.3
Chênh lệch ADT - Best track 6.5 5.8 16.1
Phần trăm sai số trung bình Vmax (%) 1,6 10,6 20
MAE của ADT và Best track 8.6 10.5 18.7
Bảng 3.6 cho thấy hai trường hợp bão và bão mạnh (cấp 8 - 11) kết quả trung
bình tốc độ gió cực đại và MAE mà ADT đưa ra so với best track tốt hơn so với
trường hợp bão rất mạnh (cấp ≥ 12). Với phần trăm sai số trung bình của tốc độ gió
cực đại tăng lên khi bão có cường độ càng mạnh.
46
Bảng 3.7: Trung bình trị số khí áp thấp nhất (mb) và MAE theo các cấp bão trong
các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
Phân cấp bão
Cấ
p 8
- 9
Cấ
p 1
0 -
11
Cấp
≥ 1
2
Trung bình Pmin của Best track 995.1 981.8 953
Trung bình Pmin của ADT 998.3 984.8 956.7
Chênh lệch ADT - Best track 3.2 3 3.7
Phần trăm sai số trung bình Pmin (%) 0.32 0.3 0.39
MAE của ADT và Best track 4.9 9.7 11.7
Còn bảng 3.7 cho thấy kết quả chênh lệch trung bình trị số khí áp trong cách
phân chia cấp bão của ADT và best track vẫn cho kết quả rất nhỏ. Với giá trị chênh
lệch trung bình của 3 dạng cấp bão đều dưới 4mb và với cấp bão rất mạnh (cấp ≥ 12)
thì chênh lệch trung bình trị số khí áp thấp nhất mà ADT đưa ra so với best track là
lớn nhất nhưng cũng không lớn hơn nhiều so với 2 trường hợp còn lại. Đồng thời
phần trăm sai số trung bình khí áp thấp nhất vẫn rất nhỏ như với trường hợp đánh giá
sai số cường độ qua trung bình khí áp thấp nhất của phân loại thành các dạng mây
bão. Sai số tuyệt đối trung bình tăng khi cường độ bão tăng, nhất là trường hợp bão
có cường độ rất mạnh.
Bảng 3.8: Hệ số tương quan tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất theo cấp
bão của ADT và best track trong các cơn bão trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
Phân cấp bão
Hệ số tương quan
giữa ADT và best track
Cấ
p 8
- 9
Cấ
p 1
0 -
11
Cấp
≥ 1
2
Vmax (kts) 0.36 0.37 0.81
Pmin (mb) 0.39 0.41 0.78
47
Hệ số tương quan trong bảng 3.8 đưa ra kết quả rất tương đồng với trường hợp
phân chia theo dạng mây bão được trình bày trong phần 3.2. Đó là bão có cường độ
càng mạnh thì hệ số tương quan giữa tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất càng
lớn.
3.4. Đánh giá sai số giữa ADT, phương pháp Dvorak cổ điển và best track Việt
Nam và cho hai cơn bão điển hình trên biển Đông
Trong phần này sẽ đi đánh giá kết quả của ADT so với best track Việt
Nam và phân tích cường độ bão bằng phương pháp Dvorak cổ điển cho hai cơn
bão điển hình trên biển Đông đó là: cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 và số
6 (Megi) năm 2010.
3.4.1. Cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014
Hình 3.7: Diễn biến của bão số 2 (Rammasun) năm 2014
Diễn biến đường đi của bão số 2 (Rammasun) được trình bày trên hình 3.7.
Trưa ngày 12/7/2014 một ATNĐ ở vùng biển ngoài khơi phía Đông quần đảo
Philippin đã mạnh lên thành bão có tên quốc tế là Rammasun (1409), đây là cơn bão
thứ 9 hoạt động ở vùng biển khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương trong năm 2014. Bão
Rammasun di chuyển nhanh về phía Tây và mạnh dần lên cấp 10 - 12, sau tăng lên
cấp 13 - 14. Trưa ngày 16/7, bão Rammasun vượt qua quần đảo Philippin đi vào vùng
biển phía Đông Biển Đông, trở thành cơn bão số 2 hoạt động ở Biển Đông trong năm
48
2014, cường độ bão mạnh cấp 13. Sau khi vào Biển Đông, bão số 2 di chuyển theo
hướng Tây Tây Bắc rồi theo hướng Tây Bắc khoảng 20 - 25 km/h và cường độ mạnh
dần lên cấp 14 - 15. Chiều và đêm 18/7, bão số 2 vượt qua phía Bắc đảo Hải Nam
(Trung Quốc) đi vào phía Bắc vịnh Bắc Bộ, đến sáng 19/7 bão đi vào vùng biên giới
Việt - Trung, cường độ giảm xuống cấp 10 - 11. Sau khi vào đất liền, bão di chuyển
theo hướng Tây Tây Bắc, suy yếu nhanh thành ATNĐ và đến chiều tối 19/7 thì thành
vùng áp thấp trên khu vực vùng núi Bắc Bộ rồi sau đó tan dần.
Do số liệu phân tích trong phương pháp ADT chỉ có giá trị khi cơn bão nằm
trên biển, còn khi Bão đổ bộ di chuyển vào đất liền thì phương pháp ADT sẽ không
đưa ra giá trị phân tích cường độ bão. Vì vậy, trong phần đánh giá về cơn bão
Rammasun dưới đây sẽ đánh giá từ thời điểm 00z ngày 12/7/2014 đến thời điểm 06z
ngày 18/7/2014 và số liệu best track, ADT và phân tích Dvorak cổ điển khi cơn bão
di chuyển trên đất liền sẽ được loại bỏ đi.
Hình 3.8: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014
Hình 3.8 cho thấy từ thời điểm 00z ngày 12/7/2014 đến 00z ngày 13/7/2014,
sai số vị trí mà phương pháp ADT đưa ra so với best track là lớn nhất ứng với thời
0102030405060708090
100
20140712-0
0z
20140712-0
6z
20140712-1
2z
20140712-1
8z
20140713-0
0z
20140713-0
6z
20140713-1
2z
20140713-1
8z
20140714-0
0z
20140714-0
6z
20140714-1
2z
20140714-1
8z
20140715-0
0z
20140715-0
6z
20140716-0
0z
20140716-0
6z
20140716-1
2z
20140716-1
8z
20140717-0
0z
20140717-0
6z
20140717-1
2z
20140717-1
8z
20140718-0
0z
20140718-0
6z
Sai
số v
ị tr
í (k
m)
Thời gian
Sai số vị trí ADT và Best track Sai số vị trí Dvorak và Best track
49
điểm vùng ATNĐ trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương mạnh dần lên thành bão
số 2 (Rammasun) với cấp 7 - 8.
Từ thời điểm 06z ngày 13/7/2014 đến 06z ngày 18/7/2014, bão số 2 mạnh dần
về cường độ lên cấp 15 thì sai số vị trí của ADT và Dvorak cổ điển so với best track
đưa ra phân tích đều khá tốt, phổ biến dưới 40km. Phương pháp ADT đưa ra phân
tích sai số vị trí lớn hơn không nhiều so với best track và Dvoark cổ điển.
Bảng 3.9: Các chỉ số đánh giá trị số khí áp thấp nhất của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014
Các chỉ số
đánh giá
Pmin
Bias RMSE MAE
ADT - Best track 1.01 8.5 5.8
Dvorak - Best track 1 5.6 4.4
Bảng 3.10: Các chỉ số đánh giá tốc độ gió cực đại của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014
Các chỉ số
đánh giá
Vmax
Bias RMSE MAE
ADT - Best track 0.82 18.4 13.7
Dvorak - Best track 0.96 5.8 3.9
Sử dụng các chỉ số đánh giá cho tốc độ gió cực đại và trị số khí áp thấp nhất
của ADT và Dvorak cổ điển so với best track trong cơn bão số 2 (Rammasun) (bảng
3.9 và 3.10) cho thấy trong cơn bão số 2 này kết quả của ADT không tốt bằng phân
tích Dvorak cổ điển. Các chỉ số đánh giá trị số khí áp thấp nhất của ADT cho kết quả
nhỏ hơn so với tốc độ gió cực đại. Chỉ số Bias trong hai trường hợp (Pmin và Vmax)
của ADT và Dvorak cổ điển so với best track không khác nhau nhiều vì vậy trung
bình Vmax hay Pmin của ADT không khác mấy so với Dvorak cổ điển. Nhưng hai
50
chỉ số RMSE và MAE lại khác nhau khá nhiều nhất là trong đánh giá Vmax vì vậy
biên độ trung bình Vmax hay Pmin của ADT lớn hơn so với Dvorak cổ điển.
Hình 3.9: Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT, Dvorak cổ điển
và best track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014
Hình 3.10: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian của ADT, Dvorak cổ
điển và best track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014
860880900920940960980
10001020
20140712-0
0z
20140712-0
6z
20140712-1
2z
20140712-1
8z
20140713-0
0z
20140713-0
6z
20140713-1
2z
20140713-1
8z
20140714-0
0z
20140714-0
6z
20140714-1
2z
20140714-1
8z
20140715-0
0z
20140715-0
6z
20140716-0
0z
20140716-0
6z
20140716-1
2z
20140716-1
8z
20140717-0
0z
20140717-0
6z
20140717-1
2z
20140717-1
8z
20140718-0
0z
20140718-0
6z
Pm
in (
mb)
Thời gian
Pmin Best track Pmin ADT Pmin Dvorak
020406080
100120140160
20140712-0
0z
20140712-0
6z
20140712-1
2z
20140712-1
8z
20140713-0
0z
20140713-0
6z
20140713-1
2z
20140713-1
8z
20140714-0
0z
20140714-0
6z
20140714-1
2z
20140714-1
8z
20140715-0
0z
20140715-0
6z
20140716-0
0z
20140716-0
6z
20140716-1
2z
20140716-1
8z
20140717-0
0z
20140717-0
6z
20140717-1
2z
20140717-1
8z
20140718-0
0z
20140718-0
6z
Vm
ax (
kts
)
Thời gian
Vmax Best track Vmax ADT Vmax Dvorak
51
Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT và Dvorak cổ điển
so với best track Việt Nam trong cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014 (hình 3.9) đưa
ra kết quả là rất tốt, không sai khác nhiều. Nhưng biến thiên tốc độ gió cực đại theo
thời gian (hình 3.10) trong phương pháp ADT đưa ra kết quả lớn hơn so với phương
pháp Dvorak cổ điển so với best track nhất là trong trường hợp bão đang mạnh lên,
như tại thời điểm 00z ngày 18/7/2014 khi cơn bão số 2 mạnh lên cấp 15. Điều đó có
thể được lý giải qua việc so sánh mẫu mây bão của phương pháp ADT đưa ra sai khác
với việc phân tích Dvorak cổ điển đưa ra (bảng 3.11). Với 7/8 trường hợp dạng băng
cuốn trong phân tích Dvorak cổ điển thì phương pháp ADT chủ yếu phân tích thành
dạng khối mây đậm đặc bao phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều (UNIFRM) nên cho
kết quả thường lớn hơn so với Dvorak cổ điển.
Bảng 3.11: So sánh việc xác định dạng mây bão của phương pháp ADT và Dvorak
cổ điển trong cơn bão số 2 năm 2014
DVORAK
ADT SHEAR
CURVED
BAND CDO EMBEDDED EYE
SHEAR
CURVED BAND 1
IRRCDO 3
UNIFRM 7 2
EMBEDDED 1 1
EYE 9
3.4.2. Cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
Cơn bão số 6 (Megi) là một trong số những cơn bão nhiệt đới mạnh nhất được
ghi nhận và nó cũng là cơn bão duy nhất đạt cấp độ siêu bão trong năm 2010. Với
thời gian tồn tại của bão tương đối dài và các dạng mẫu mây của cơn bão tương đối
phong phú kể từ giai đoạn phát triển ban đầu cho tới khi suy yếu và tan rã.
52
Hình 3.11: Diễn biến của bão số 6 (Megi) năm 2010
Chiều ngày 13/10/2010, một ATNĐ ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương đã
mạnh lên thành bão có tên quốc tế là MEGI (1013), đây là cơn bão thứ 13 hoạt động
ở khu vực này trong năm 2010. Sau khi hình thành, bão MEGI di chuyển theo hướng
Tây Tây Bắc khoảng 20 - 25 km/h và mạnh dần lên cấp 17 - 18; trưa ngày 17/10 bão
MEGI đổi hướng di chuyển theo hướng Tây Tây Nam với tốc độ khoảng 20 km/h.
Đến tối 18/10 bão MEGI đã đi qua đảo Lu Dông (Philippin) vào vùng biển phía Đông
Bắc biển Đông, đây là cơn bão thứ 6 hoạt động ở biển Đông trong năm 2010, cường
độ bão giảm xuống còn cấp 15 - 16. Sau khi vào biển Đông, bão số 6 di chuyển theo
hướng Tây Tây Nam rồi theo hướng Tây Tây Bắc khoảng 10 km/h, cường độ bão
mạnh cấp 5; đến sáng ngày 20/10, bão đổi hướng di chuyển chậm chủ yếu theo hướng
Bắc khoảng 10 km/h; từ ngày 22/10, khi di chuyển đến vùng biển phía Đông Nam
tỉnh Phúc Kiến - Quảng Châu (Trung Quốc) cường độ bão suy giảm dần. Chiều ngày
23/10 bão số 6 đi vào địa phận phía Tây Nam tỉnh Phúc Kiến (Trung Quốc), sao đó
tiếp tục đi sâu vào đất liền và tan dần (Xem sơ đồ đường đi của bão số 6 - hình 3.11).
Số liệu sử dụng đánh giá từ thời điểm 06z ngày 13/10/2010 đến thời điểm 06z
ngày 23/10/2010 khi cơn bão số 6 bắt đầu đi vào địa phận phía Tây Nam tỉnh Phúc
Kiến (Trung Quốc). Và số liệu best track, ADT và Dvorak cổ điển khi cơn bão số 6
53
đi vào đảo Lu Dông (Philippin) được loại bỏ đi do không có số liệu phân tích của
ADT khi cơn bão di chuyển trên đất liền.
Nhìn chung sai số vị trí trong hình 3.12 theo thời gian của ADT so với best
track lớn hơn phương pháp Dvorak cổ điển so với best track, trong đó cũng có những
thời điểm sai số của ADT đưa ra là tốt hơn so với phương pháp Dvorak cổ điển (như
tại thời điểm 12z ngày 15/10/2010). Với trung bình sai số vị trí của tất cả các ốp thời
gian đánh giá của ADT so với best track trong cơn bão số 6 có giá trị khoảng 28 km,
còn giá trị trung bình sai số vị trí của phương pháp Dvorak cổ điển là 18 km. Trong
cơn bão số 6 này, sai số vị trí mà phương pháp ADT đưa ra lớn nhất ứng với thời
điểm ban đầu của bão có cường độ không mạnh (cấp 8), sau đó cường độ bão tăng
lên thì sai số vị trí của ADT và Dvorak cổ điển so với best track đưa ra phân tích cũng
đều khá tốt, phổ biến dưới 40 km.
Hình 3.12: Sai số vị trí tâm bão (km) theo thời gian của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
Nguyên nhân dẫn đến sai số vị trí lớn là do tại thời điểm phát triển ban đầu, tổ
chức mây phát triển chưa tốt nên khó xác định được vị trí tâm bão hoặc dễ nhầm lẫn
các dạng mây bão với nhau. Một nguyên nhân khác dẫn đến sai số trong việc xác định
tâm giữa ADT và Dvorak cổ điển qua việc nhận dạng nhầm mẫu mây, như tại thời
điểm 00z ngày 20/10 (hình 3.13). Trong thời điểm này, ADT xác định đây là dạng
0102030405060708090
20101013-1
2z
20101014-0
0z
20101014-1
2z
20101015-0
0z
20101015-1
2z
20101016-0
0z
20101016-1
2z
20101017-0
0z
20101017-1
2z
20101018-0
0z
20101018-1
8z
20101019-0
6z
20101019-1
8z
20101020-0
6z
20101020-1
8z
20101021-0
6z
20101021-1
8z
20101022-0
6z
20101022-1
8z
20101023-0
6z
Sai
số v
ị tr
í (k
m)
Thời gian
Sai số vị trí ADT và Best track Sai số vị trí Dvorak và Best track
54
mắt bão, vị trí tâm được xác định là trung tâm của lõi nóng bên trong cơn bão. Trong
khi phương pháp Dvorak cổ điển phân tích được đây là dạng banding eye (tức là dạng
mắt bão hình thành từ dải mây uốn cong) nên vị trí tâm của bão Megi lệch khỏi lõi
nóng. Thực tế từ best track cũng cho thấy vị trí tâm bão không trùng với lõi nóng bên
trong mây bão.
Hình 3.13: Bão Megi trên ảnh thị phổ (VIS) (ảnh trái) và ảnh hồng ngoại tăng
cường màu (EIR) (hình phải) tại thời điểm lúc 00z ngày 20/10/2010
Hình 3.14: Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT, Dvorak cổ
điển và best track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
800
850
900
950
1000
1050
20101013-1
2z
20101014-0
0z
20101014-1
2z
20101015-0
0z
20101015-1
2z
20101016-0
0z
20101016-1
2z
20101017-0
0z
20101017-1
2z
20101018-0
0z
20101018-1
8z
20101019-0
6z
20101019-1
8z
20101020-0
6z
20101020-1
8z
20101021-0
6z
20101021-1
8z
20101022-0
6z
20101022-1
8z
20101023-0
6z
Pm
in (
mb)
Thời gian
Pmin Best track Pmin ADT Pmin Dvorak
55
Bảng 3.12: Các chỉ số đánh giá trị số khí áp thấp nhất của ADT và Dvorak cổ điển
so với best track trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
Các chỉ số đánh giá
Pmin Bias RMSE MAE
ADT - Best track 1 7.6 10
Dvorak - Best track 1.01 8.9 10.2
Biến thiên trị số khí áp thấp nhất theo thời gian của ADT, Dvorak cổ điển so
với best track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 (hình 3.14) và bảng
3.12 đưa ra kết quả rất tương đồng, ba đường giá trị theo thời gian của best track,
ADT và Dvorak cổ điển rất sát nhau. Các chỉ số đánh giá Bias, RMSE, MAE trị số
khí áp thấp nhất mà ADT và Dvorak cổ điển đưa ra so với best track rất giống nhau,
thậm chí các chỉ số đánh giá ADT còn nhỏ hơn so với Dvorak cổ điển. Như vậy không
có sự chênh lệch nhiều giữa ADT so với phân tích Drorak cổ điển khi đưa ra trị số
khí áp thấp nhất.
Hình 3.15: Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian của ADT, Dvorak cổ điển và
best track Việt Nam trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
020406080
100120140160180
20101013-1
2z
20101014-0
0z
20101014-1
2z
20101015-0
0z
20101015-1
2z
20101016-0
0z
20101016-1
2z
20101017-0
0z
20101017-1
2z
20101018-0
0z
20101018-1
8z
20101019-0
6z
20101019-1
8z
20101020-0
6z
20101020-1
8z
20101021-0
6z
20101021-1
8z
20101022-0
6z
20101022-1
8z
20101023-0
6z
Vm
ax (
kts
)
Thời gian
Vmax Best track Vmax ADT Vmax Dvorak
56
Bảng 3.13: Các chỉ số đánh giá tốc độ gió cực đại của ADT và Dvorak cổ điển so
với best track trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
Các chỉ số đánh giá
Vmax Bias RMSE MAE
ADT - Best track 1.3 26.3 23.7
Dvorak - Best track 1.04 6.6 10.5
Biến thiên tốc độ gió cực đại theo thời gian của ADT đưa ra trong cơn bão số
6 (Megi) lớn hơn so với kết quả phân tích bằng phương pháp Dvorak cổ điển và best
track (hình 3.15). Đồng thời các chỉ số đánh giá tốc độ gió cực đại trong cơn bão này
(bảng 3.13) của ADT so với best track lớn hơn của Dvorak cổ điển so với best track.
Qua hình 3.14 và 3.15 thấy rằng với những thời điểm cơn bão số 6 mạnh lên
hay yếu đi, phương pháp ADT và phân tích Dvorak cổ điển nhìn chung đều đưa ra
những phân tích trùng khớp với quá trình đó. Tại thời điểm 00z ngày 18/10/2010,
cường độ cơn bão đạt cấp 18 lớn nhất thì kết quả của ADT và Dvorak cổ điển đều
đưa ra cực trị cả về trị số khí áp nhỏ nhất và tốc độ gió cực đại, nhưng kết quả của
ADT và phân tích Dvorak cổ điển đều phân tích giá trị tốc độ gió cực đại lớn hơn so
với best track.
Bằng cách so sánh mẫu mây bão của phương pháp ADT và phương pháp
Dvorak cổ điển đưa ra cho thấy có một số khác biệt trong quá trình phân tích và nhận
dạng mây bão. Nhìn trên bảng 3.14 cho thấy, phương pháp Dvorak chia các mẫu mây
thành 5 dạng mẫu mây cơ bản, trong khi đó phương pháp ADT chia thành 6 dạng
mẫu mây. Về cơ bản, mẫu mây trong Dvorak và ADT được phân chia giống nhau,
riêng mẫu mây CDO trong phương pháp ADT được chia thành dạng IRRCDO và
UNIFRM (tương ứng với mẫu mây CDO phân định và CDO không phân định trong
Dvorak). Đối với dạng mắt bão, có sự tương đồng lớn giữa phương pháp ADT và
Dvorak với 17/19 trường hợp. Dạng mây có sự chênh lệch lớn nhất trong việc xác
định mẫu mây là dạng băng cuốn. Phần lớn trường hợp (7/10) Dvorak xác định là
57
dạng băng cuốn thì ADT xác định ở dạng khối mây đậm đặc bao phủ vùng tâm có
nhiệt độ đồng đều (UNIFRM) nên cho kết quả lớn hơn so với Dvorak.
Bảng 3.14: So sánh việc xác định dạng mây bão của phương pháp ADT và Dvorak
cổ điển trong cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
DVORAK
ADT
SHEAR CURVED
BAND
CDO EMBEDDED EYE
SHEAR
CURVED BAND 2 1
IRRCDO 1
UNIFRM 7 4 1 1
EMBEDDED 1 2 1
EYE 1 17
Trong hình 3.14 và 3.15 kết quả của phương pháp ADT và phân tích Dvorak
cổ điển đều phân tích tại thời điểm 18z ngày 19/10/2010, cơn bão số 2 mạnh lên rồi
lại có phần suy yếu, còn số liệu best track không cho thấy điều đó. Điều đó được làm
sáng tỏ qua cách phân tích ảnh mây vệ tinh hồng ngoại và hồng ngoại tăng cường trên
hình 3.16 là ba thời điểm trước, trong và sau khi cơn bão Megi có dấu hiệu mạnh lên.
Hình 3.16 (a,b,c) đưa ra hình ảnh của bão Megi phân tích được trên các kênh
ảnh vệ tinh hồng ngoại nhiệt tại các thời điểm khác nhau trong ngày 19 và 20/10/2010.
Tại thời điểm 12z ngày 19/10/2010 (hình 3.16.a) cho thấy ở phần phía tây nam của
cơn bão, mây đối lưu phát triển tương đối mạnh. Trên kênh hồng ngoại IR cũng có
thể nhận ra rõ ràng với màu trắng sáng tại phần phía tây nam của cơn bão. Trong khi
đó, ở phần phía đông bắc của cơn bão, mây biểu hiện kém sáng hơn, đây cũng là dấu
hiệu cho thấy mây bão tại khu vực này phát triển không mạnh như ở phần phía tây
nam của cơn bão. Đến thời điểm 18z ngày 19/10/2017 (hình 3.16.b), bão Megi phát
triển rất đối xứng với mây đối lưu phát triển tương đối đồng đều xung quanh khu vực
mắt bão. Dải đuôi mây hình dấu phẩy cũng được phân tích khá rõ trên kênh ảnh vệ
58
tinh hồng ngoại IR. Đây cũng là dấu hiệu cho thấy cường độ bão Megi có xu hướng
phát triển mạnh hơn so với 6h trước đó. Đến thời điểm 6h sau đó lúc 00z ngày
20/10/2010, cho thấy bão Megi đang có sự thay đổi về dạng mây bão. Trên ảnh thị
phổ VIS (hình 3.16.c) cho thấy mặc dù mắt bão vẫn còn nhưng tồn tại dưới dạng mắt
xơ xác và hệ thống mây bão đang có xu hướng phát triển dần thành dạng băng cuốn,
như vậy bão đang yếu đi.
a b c
d e f
Hình 3.16: Bão Megi trên ảnh hồng ngoại IR (a,b,c) và ảnh hồng ngoại tăng
cường EIR (d,e,f) tại thời điểm 12z, 18z ngày 19/10/2010 và lúc 00z ngày
20/10/2010
Ngoài kênh ảnh thị phổ VIS và hồng ngoại IR, việc sử dụng ảnh hồng ngoại
tăng cường EIR trong việc xác định cường độ bão cũng tương đối quan trọng. Trên
hình 3.16 (d,e,f) đưa ra sự phát triển của dạng mây bão tại các thời điểm khác nhau
của cơn bão Megi trên ảnh hồng ngoại tăng cường EIR lần lượt vào lúc 12z, 18z và
00z của ngày 19 và 20/10/2010. Từ hình 3.16.d cũng có thể phân tích thấy rõ vùng
mây phát triển trong cơn bão là không đối xứng nhau với phần phía tây nam mây đối
59
lưu phát triển tương đối mạnh biểu thị bằng thang màu CDG ( với nhiệt độ nhỏ hơn
-810C). Trong khi đó, tại phần phía đông bắc mây phát triển yếu hơn hẳn hiển thị với
thang màu MG (với nhiệt độ -420C đến -530C). Sử dụng phương pháp Dvorak cổ điển
có thể tính toán được cường độ của bão Megi tại thời điểm 12z ngày 19/10/2010 có
CI = 5.0. Đến thời điểm 18z ngày 19/10/2010 (hình 3.16.e), bão Megi có dấu hiệu
mạnh lên rõ ràng khi phân tích trên kênh ảnh hồng ngoại tăng cường. Dải mây lạnh
CMG (màu xanh dương) với nhiệt độ từ -760C đến -800C đã xuất hiện xung quanh
vùng mắt bão. Dải đuôi mây hình dấu phẩy phân tích được khá rõ nét trên kênh ảnh
hồng ngoại tăng cường. Tính toán theo phương pháp Dvorak cổ điển cho thấy tại thời
điểm này bão Megi có chỉ số CI = 5.5. Sang đến thời điểm 00z ngày 20/10/2010 (hình
3.16.f), lúc này mây bão đang có dấu hiệu suy yếu hơn. Dải đuôi mây hình dấu phẩy
không còn xuất hiện trên ảnh vệ tinh. Mắt bão cũng xuất hiện kém rõ nét hơn so với
các giờ trước đó. Sử dụng phương pháp Dvorak cổ điển cho việc tính toán cường độ
lúc này xác định được chỉ số CI = 5.0.
Với việc phân tích các mẫu mây tại các thời điểm khác nhau trong ngày 19 và
20/10/2010 thì kết quả của phương pháp ADT và phân tích Dvorak cổ điển đều phân
tích tại thời điểm 18z ngày 19/10/2010 cơn bão số 2 (Megi) mạnh lên rồi lại suy yếu
là hoàn toàn có căn cứ.
60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Nghiên cứu trong Luận văn Thạc sĩ “Đánh giá phương pháp Dvorak cải tiến
để xác định cường độ bão từ ảnh mây vệ tinh địa tĩnh cho khu vực Biển Đông” đã
tổng quan được về sự phát triển của phương pháp Dvorak cải tiến trên Thế Giới,
những cải tiến so với phương pháp Dvorak cổ điển. Hệ thống hóa sơ đồ phân tích
trong phương pháp ADT để phục vụ cho chạy nghiệp vụ tại Trung tâm Dự báo khí
tượng thủy văn Trung ương. Chạy thử nghiệm ADT với số liệu vệ tinh MTSAT của
Nhật Bản cho khu vực Biển Đông - Việt Nam với chuỗi số liệu 6 năm (2010 - 2015).
Đánh giá kết quả chạy thử nghiệm của phương pháp Dvorak cải tiến (ADT) so với
dữ liệu quỹ đạo bão chuẩn (best track) của Việt Nam. Đồng thời đánh giá cả với kết
quả phân tích Dvorak cổ điển cho hai cơn bão số 6 (Megi) năm 2010 và số 2
(Rammasun) năm 2014, các kết quả cho thấy:
1. Bão càng mạnh thì sai số vị trí mà ADT đưa ra so với best track càng nhỏ.
Có thể xắp xếp thứ tự sai số vị trị của các dạng mây bão trong phương pháp ADT
theo thứ tự giảm dần như sau: SHEAR, CRVBND, IRRCDO, UNIFRM, EMBC,
EYE. Với những cơn bão có cường độ không mạnh (cấp 8 - 9) tương ứng với mây
bão có dạng SHEAR hay CRVBND thì sai số vị trị ADT so với best track đưa ra là
lớn nhất, những cơn bão rất mạnh (cấp ≥ 12) chủ yếu là dạng có mắt (EYE) sai số vị
trị ADT đưa ra là nhỏ nhất. Sai số vị trí tâm bão theo thời gian của ADT so với best
track lớn hơn phương pháp Dvorak cổ điển so với best track nhưng không nhiều.
Trong giai đoạn đầu hình thành hoặc trong các trường hợp tâm bão bị che phủ bởi
lớp mây lạnh phía trên, việc xác định vị trí tâm bão khó khăn hơn nên sai số vị trí mà
ADT đưa ra thường lớn.
2. Việc đánh giá cường độ bão qua trị số khí áp thấp nhất và tốc độ gió cực đại
cho thấy sai số trị số khí áp thấp nhất nhỏ hơn sai số giá trị tốc độ gió cực đại mà
ADT đưa ra so với best track. Sai số của trị số khí áp thấp nhất của ADT so với best
track là không nhiều và phổ biến dưới 4mb. Trong một số trường hợp, trị số khí áp
thấp nhất của ADT so với best track còn tốt hơn của Dvorak cổ điển so với best track
như trong trường hợp cơn bão số 6 (Megi) năm 2010. Bão càng mạnh sai số tốc độ
61
gió cực đại của ADT so với best track càng lớn, nhất là trường hợp bão có cường độ
rất mạnh (cấp ≥ 12) hay mây bão có dạng mắt (EYE).
3. Sai số giá trị tốc độ gió cực đại mà ADT đưa ra lớn hơn phương pháp Dvorak
cổ điển đưa ra so với best track. Là do quá trình nhận dạng mây trong phương pháp
ADT thường nhận dạng băng cuốn trong phân tích Dvorak cổ điển thành dạng khối
mây đậm đặc bao phủ vùng tâm có nhiệt độ đồng đều (UNIFRM) nên cho kết quả
thường lớn hơn so với Dvorak cổ điển.
4. Những thời điểm bão mạnh lên hay yếu đi thì phương pháp ADT đều đưa
ra những phân tích kịp thời và trùng khớp với quá trình mạnh lên hay yếu đi đó. Thậm
chí phương pháp ADT còn rất nhạy trong việc phân tích cường độ bão đang mạnh
dần lên hay yếu đi.
5. Khi bão di chuyển vào đất liền, thuật toán ADT sẽ không có ước tính về
cường độ bão mà chỉ gồm thời gian và vị trí.
Trên cơ sở các kết quả mà nghiêu cứu trong Luận văn đạt được, tôi có một số
kiến nghị như sau:
1. Cần phải xây dựng hệ thống ADT hoàn toàn tự động trong việc xác định vị
trí và cường độ bão tại Việt Nam áp dụng trong nghiệp vụ. Việc ứng dụng sản phẩm
của ADT cho phép tăng tính trực quan, rút ngắn thời gian thực hiện xác định tâm và
cường độ bão, hướng tới ứng dụng kết quả của Luận văn đối với thực tế.
2. Sử dụng tập số liệu mẫu mây khu vực Biển Đông bằng dữ liệu Himawari-8.
Từ tháng 7 năm 2015 cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) đã chính thức đưa vào khai
thác số liệu nhận được từ vệ tinh Himawari-8 trong nghiệp vụ dự báo, thay thế hoàn
toàn số liệu vệ tinh MTSAT. Tại Việt Nam vào cuối năm 2015, WMO và JMA đã tài
trợ cho Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia hệ thống thu nhận và xử lý số liệu
vệ tinh Himawari-8. Hệ thống được đặt tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn
Trung ương, có thể thu nhận được hầu hết các kênh ảnh của vệ tinh Himawari-8 với
tần suất 10 phút/lượt.
3. Hiệu chỉnh kết quả của ADT với số liệu quan trắc và số liệu radar của Việt
Nam.
62
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Trần Đình Bá (1983), “Một số đặc điểm của hệ thống mây bão trên Biển Đông và
vùng kế cận”, Tập công trình khoa học của đề tài 25 05-01.
2. Trần Đình Bá (1985), “Sử dụng số liệu ảnh vệ tinh phân tích và dự báo bão ở Biển
Đông”, Tập công trình của Chương trình Bão, Tổng cục KTTV.
3. Nguyễn Văn Khánh và Phạm Đình Thụy (1985), “Một số đặc trưng cơ bản của bão
hoạt động trên Biển Đông và Việt Nam”, Tổng cục KTTV.
4. Trần Việt Liễn (1990), “Phân vùng gió mạnh, gió bão lãnh thổ Việt Nam”, Chương
trình khoa học cấp Nhà nước, Mã số 42A,03,05.
5. Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự (2010), “Phân vùng ảnh hưởng của bão ở Việt Nam”,
Báo cáo chuyên đề thuộc đề tài: Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng tai
biến môi trường tự nhiên lãnh thổ Việt Nam, Mã số KC-08-01.
6. Nguyễn Văn Thắng và cộng sự (2009), “Ứng dụng thông tin ảnh mây vệ tinh xác
định vị trí và cường độ bão phục vụ dự báo bão, dự báo mưa”, Báo cáo tổng
kết Đề tài NCKH cấp Bộ, 205 trang.
7. Nguyễn Văn Thắng (2010), “Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến các
điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và đề xuất các giải pháp chiến lược
phòng tránh, giảm nhẹ và thích nghi, phục vụ phát triển bền vững kinh tế xã
hội ở Việt Nam”, Mã số đề tài KC.08.13/06-10.
8. Nguyễn Văn Thắng và cộng sự (2016), “Ảnh hưởng của bão ở Việt Nam thời kỳ
1961 - 2014”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, tập 32, số 3S(2016), trang 210 -
216.
Tài liệu tiếng Anh
9. Dvorak, V. F. (1972), “A technique the Analysis and forecasting of tropical
cyclone intensities from satellite pictures”, NOAA Tech. Memo. NESS 36,
15pp.
63
10. Dvorak, V. F. (1973), “A technique the Analysis and forecasting of tropical
cyclone intensities from satellite pictures”, NOAA Tech. Memo. NESS 45,
19pp.
11. Dvorak, V. F. (1975), “Tropical cyclone intensity analysis and forecasting from
satellite imagery”, Monthly Weather Review, 103, pp. 420 - 430.
12. Dvorak, V. F. (1984), “Tropical cyclone intensity analysis using satellite data”,
NOAA Techical Report NESDIS 11, Available from NOAA/NESDIS, 5200
Auth Rd., Washington DC, 47pp.
13. Kossin, J. P., and C. S. Velden (2004), “A pronounced bias in tropical cyclone
minimum sea level pressure estimation based onthe Dvorak technique”,
Monthly Weather Review, 132, pp. 165 - 173.
14. Kossin, J. P., K. Mueller, J. Knaff, and M. DeMaria (2005), “Estimating surface
wind fields in tropical cyclones using infrared satellite imagery”, 59th
Interdepartmental Hurricane Conference, Jacksonville, FL, Office of the
Federal Coordinator for Meteorology.
15. Olander, T. L., and C. S. Velden (2007), “The advanced Dvorak Technique
Continued development of an objective scheme to estimate TC intensity
using geostationary infrared satellite imagery”, Weather and Forecasting,
pp. 287 - 298.
16. Olander, T. L., and C. S. Velden (2015), “ADT - Advanced Dvorak Technique -
Users’ Guide”, 74.
17. Velden, C. S., B. Harper, F. Wells, John L. Beven II, Ray Zehr, T. L. Olander,
M. Mayfield, Charles Guard, Mark Lander, R. Edson, L. Avila, Andrew
Burton, Mike Turk, Akihiro Kikuchi, A. Christian, P. Caroff, P. McCrone
(2006), “The dvorak tropical cyclone intensity estimation technique”,
American meteorological society, pp. 1195 - 1210.
18. Velden, C. S., T. L. Olander, and R. Zehr (1998), “Development of an objective
scheme to estimate tropical cyclone intensity from digital geostationary
satellite infrared imagery”, Weather and Forecasting, 13, pp. 172 - 186.
64
19. Wimmers, A., and C. S. Velden (2004), “Satellite based center fixing of TCs:
New automated approaches”, 26th Conference on Hurricanes and Tropical
Meteorology, Miami, FL, American Meteorology Society, pp. 82 - 83.
20. Zehr, R., (1989), “Improving objective satellite estimates of tropical cyclone
intensity”, 18th Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, San
Diego, CA., American Meteorology Society, pp. 25 - 28.
65
PHỤ LỤC 1
Danh sách các cơn bão hoạt động trên biển Đông từ năm 2010 - 2015
Năm Tên cơn bão Thời gian đánh giá
2010 Bão số 1 - CON SON 20100712-00Z đến 20100717-12Z
Bão số 2 - CHAN THU 20100719-12Z đến 20100722-00Z
Bão số 3 - MINDULLE 20100823-00Z đến 20100824-00Z
Bão số 4 - LION ROCK 20100828-18Z đến 20100902-00Z
Bão số 8 - MERANTI 20100909-00Z đến 20100909-18Z
Bão số 6 - MEGI 20101013-12Z đến 20101023-06Z
2011 Bão số 1 - SARIKA 20110609-18Z đến 20110610-18Z
Bão số 2 - HAIMA 20110621-06Z đến 20110624-06Z
Bão số 3 - NOCKTEN 20110726-00Z đến 20110730-06Z
Bão số 4 - HAITANG 20110925-00Z đến 20110926-18Z
Bão số 5 - NESAT 20110924-00Z đến 20110928-26Z
Bão số 6 - NALGAE 20110928-00Z đến 20111004-18Z
Bão số 7 - WASHI 20111215-06Z đến 20111219-00Z
2012 Bão số 1 - PAKHAR 20120329-06Z đến 20120401-00Z
Bão số 2 - TALIM 20120618-00Z đến 20120620-12Z
Bão số 4 - VICENTE 20120721-12Z đến 20120723-18Z
Bão số 5 - KAI TAK 20120813-00Z đến 20120817-06Z
Bão số 6 - TEMBIN 20120819-06Z đến 20120829-18Z
Bão số 7 - GAEMI 20121001-18Z đến 20121006-06Z
Bão số 8 - SONTINH 20121024-00Z đến 20121028-18Z
66
Năm Tên cơn bão Thời gian đánh giá
2013 Bão số 2 - BEBINCA 20130621-00Z đến 20130623-06Z
Bão số 3 - RUMBIA 20130628-12Z đến 20130701-12Z
Bão số 4 - CIMARON 20130717-00Z đến 20130718-00Z
Bão số 5 - JEBI 20130731-06Z đến 20130803-00Z
Bão số 6 - MANGKHUT 20130806-00Z đến 20130807-12Z
Bão số 7 - UTOR 20130809-18Z đến 20130814-00Z
Bão số 9 - USAGHI 20130917-00Z đến 20130922-12Z
Bão số 10 - WUTIP 20130927-06Z đến 20130930-06Z
Bão số 11 - NARI 20131009-12Z đến 20131014-18Z
Bão số 12 - KROSA 20131030-06Z đến 20131104-06Z
Bão số 5 - HAIYAN 20131104-06Z đến 20131110-18Z
2014 Bão số 1 - HAGIBIS 20140614-18Z đến 20140615-06Z
Bão số 2 - RAMMASUN 20140712-06Z đến 20140718-18Z
Bão số 3 - KALMAEGI 20140912-06Z đến 20140916-06Z
Bão số 4 - RAMMASUN 20141128-00Z đến 20141129-12Z
Bão số 5 - HAGUPIT 20141202-00Z đến 20141211-06Z
2015 Bão số 1 - KAJIRA 20150621-00Z đến 20150623-18Z
Bão số 2 - LINFA 20150702-12Z đến 20150709-06Z
Bão số 3 - VAMCO 20150913-18Z đến 20150914-06Z
Bão số 4 - MUJIGAE 20151001-18Z đến 20151004-06Z
Bão số 5 - MELOR 20151213-00Z đến 20151216-18Z
67
PHỤ LỤC 2
Kết quả của ADT về cơn bão số 1 (Con son) năm 2010
Ngày Giờ
(UTC) Vĩ độ Kinh độ Pmin Vmax
Dạng
mây bão
12/07/2010 00 14.31 130.69 1000.3 37 UNIFRM
12/07/2010 06 14.61 129.36 1003.9 57 UNIFRM
12/07/2010 12 14.34 127.82 992.7 72.2 UNIFRM
12/07/2010 18 14.54 126.36 991.9 72.2 UNIFRM
13/07/2010 00 14.41 125.02 991.4 72.2 EMBC
13/07/2010 06 14.45 123.21 987.7 72.2 IRRCDO
13/07/2010 12 14.5 122.37 994.1 63 IRRCDO
14/07/2010 00 14.83 120.05 1002.1 51 EMBC
14/07/2010 06 15.06 118.6 1003.2 49 CRVBND
14/07/2010 12 15.86 117.14 1006.9 43 UNIFRM
14/07/2010 18 16.55 116.27 1008.1 41 IRRCDO
15/07/2010 00 16.53 114.82 1000.6 53 EMBC
15/07/2010 06 16.72 113.98 990.9 65 UNIFRM
15/07/2010 12 17.14 112.9 985.7 72.2 UNIFRM
15/07/2010 18 17.13 111.97 984.2 72.2 EMBC
16/07/2010 00 17.49 110.89 983.4 72.2 EMBC
16/07/2010 06 17.32 109.87 983 72.2 UNIFRM
16/07/2010 12 18.44 108.75 982.8 72.2 EMBC
16/07/2010 18 18.64 108.53 983.5 72.2 EYE
17/07/2010 00 19.23 107.72 984.1 72.2 CRVBND
17/07/2010 06 19.63 106.58 990.4 63 UNIFRM
17/07/2010 12 20.87 106.77 999.8 53 CRVBND
68
PHỤ LỤC 3
Thông tin best track Việt Nam về cơn bão số 1 (Con son) năm 2010
Ngày Giờ
(UTC) Vĩ độ Kinh độ Pmin Vmax Cấp bão
12/07/2010 00 14.2 130.6 1000 35 8
12/07/2010 06 14.1 129.3 994 40 8
12/07/2010 12 14.3 127.7 975 60 11
12/07/2010 18 14.3 126.5 975 60 11
13/07/2010 00 14.3 124.9 975 60 11
13/07/2010 06 14.4 123.5 980 60 11
13/07/2010 12 14.6 122.3 980 55 10
14/07/2010 00 14.8 119.8 990 50 10
14/07/2010 06 15.3 118.6 992 45 9
14/07/2010 12 15.9 117.6 992 45 9
14/07/2010 18 16.4 116.4 992 45 9
15/07/2010 00 16.5 115.1 990 50 10
15/07/2010 06 16.5 114 985 55 10
15/07/2010 12 16.8 113 980 60 11
15/07/2010 18 17 112 980 60 11
16/07/2010 00 17.1 111 980 60 11
16/07/2010 06 17.6 110.1 975 65 12
16/07/2010 12 17.9 109.4 970 70 12
16/07/2010 18 18.4 108.7 970 70 12
17/07/2010 00 19 107.9 980 60 11
17/07/2010 06 19.7 107.1 985 50 10
17/07/2010 12 20.6 106.5 990 45 9
69
PHỤ LỤC 4
Kết quả phân tích Dvorak cổ điển cho cơn bão số 2 (Rammasun) năm 2014
Ngày Giờ
(UTC) Vĩ độ Kinh độ Dạng mây bão CI
12/07/2014 00 13.6 144.9 CDO 2
12/07/2014 06 13.5 142.4 Curved band 2.5
12/07/2014 12 13.5 141.2 IRRCDO 2.5
12/07/2014 18 13.6 139.7 IRRCDO 2.5
13/07/2014 00 13.6 137.6 IRRCDO 2.5
13/07/2014 06 13.5 136 Curved band 2.5
13/07/2014 12 13.5 134.5 Curved band 2.5
13/07/2014 18 13.5 132.4 CDO 3
14/07/2014 00 13.3 130.8 IRRCDO 3.5
14/07/2014 06 12.8 129.1 Curved band 4
14/07/2014 12 12.7 128.1 Curved band 4
14/07/2014 18 12.7 126.7 Eye 4.5
15/07/2014 00 12.6 125.6 Eye 4.5
15/07/2014 06 13 124.5 Eye 4.5
16/07/2014 00 14.2 120.5 Curved band 4.5
16/07/2014 06 15.3 118.8 Eye 4.5
16/07/2014 12 15.3 117.6 Curved band 4
16/07/2014 18 15.8 116.7 Curved band 4
17/07/2014 00 16.5 115.4 Embedded center 4.5
17/07/2014 06 16.9 115 Eye 4.5
17/07/2014 12 17.6 114.1 Eye 5
17/07/2014 18 18.5 113.2 Eye 5
18/07/2014 00 19.1 112.2 Eye 5.5
18/07/2014 06 19.9 111 Eye 5.5
70
Kết quả phân tích Dvorak cổ điển cho cơn bão số 6 (Megi) năm 2010
Ngày Giờ
(UTC) Vĩ độ Kinh độ Dạng mây bão CI
13/10/2010 12 11.7 141 Curved band 2.5
13/10/2010 18 11.7 140.8 Curved band 2.5
14/10/2010 00 11.9 140.5 CDO 2.5
14/10/2010 06 12.6 139.2 Curved band 3
14/10/2010 12 12.9 138.6 CDO 3.5
14/10/2010 18 13.5 137.8 CDO 3.5
15/10/2010 00 14.5 137.1 CDO 3.5
15/10/2010 06 15 136.4 Curved band 4
15/10/2010 12 15.9 135.3 CDO 4
15/10/2010 18 16.8 134.1 Embedded center 4.5
16/10/2010 00 17.4 132.9 Curved band 4.5
16/10/2010 06 18 131.2 CDO 4.5
16/10/2010 12 18.4 130 CDO 5
16/10/2010 18 18.7 128.5 Eye 5.5
17/10/2010 00 18.7 127.2 Eye 6
17/10/2010 06 18.4 126 Eye 7
17/10/2010 12 18 124.9 Eye 7
17/10/2010 18 17.5 124 Eye 7.5
18/10/2010 00 17.4 123.1 Eye 7.5
18/10/2010 12 16.7 120.7 Curved band 5
18/10/2010 18 16.6 119.3 Curved band 4.5
19/10/2010 00 16.4 119 Eye 5
19/10/2010 06 16.6 118.4 Eye 5
19/10/2010 12 16.8 118 Eye 5
19/10/2010 18 17.1 117.4 Eye 5.5
71
Ngày Giờ
(UTC) Vĩ độ Kinh độ Dạng mây bão CI
20/10/2010 00 17.2 117.3 Banding eye 5
20/10/2010 06 17.7 117.2 Banding eye 5
20/10/2010 12 18.4 117.2 Eye 5
20/10/2010 18 18.8 117.3 Curved band 5
21/10/2010 00 19.4 117.6 Eye 5
21/10/2010 06 19.8 117.5 Eye 5.5
21/10/2010 12 20.2 117.8 Eye 5.5
21/10/2010 18 20.6 118 Eye 4.5
22/10/2010 00 21 118.2 Eye 4.5
22/10/2010 06 21.4 118.5 Embedded center 4
22/10/2010 12 22.1 118.2 Embedded center 4
22/10/2010 18 22.8 118.2 Eye 3.5
23/10/2010 00 23.4 118 Curved band 3.5
23/10/2010 06 24 117.8 Curved band 3.5
72
PHỤ LỤC 5
Bảng cấp gió Bô-pho
Cấp gió Tốc độ gió
Mức độ nguy hại
Bô-pho m/s km/h
0-3 0-5.4 0-19 Gió nhẹ. Không gây nguy hại.
4
5
5,5-7,9
8,0-10,7
20-28
29-38
- Cây nhỏ có lá bắt đầu lay động.
- Biển hơi động. Thuyền đánh cá bị chao
nghiêng, phải cuốn bớt buồm.
6
7
10,8-13,8
13,9-17,1
39-49
50-61
- Cây cối rung chuyển. Khó đi ngược gió.
- Biển động. Nguy hiểm đối với tàu thuyền.
8
9
17,2-20,7
20,8-24,4
62-74
75-88
- Gió làm gãy cành cây, tốc mái nhà.
- Biển động rất mạnh. Rất nguy hiểm đối
với tàu, thuyền.
10
11
24,5-28,4
28,5-32,6
89-102
103-117
- Gió làm đổ cây cối, nhà cửa, cột điện.
- Biển động dữ dội. Làm đắm tàu biển.
12
13
14
15
16
17
32,7-36,9
37,0-41,4
41,5-46,1
46,2-50,9
51,0-56,0
56,1-61,2
118-133
134-149
150-166
167-183
184-201
202-220
- Sức phá hoại cực kỳ lớn.
- Sóng biển cực kỳ mạnh. Đánh đắm tàu
biển có trọng tải lớn.