Luận án tiến sĩ: Mối quan hệ giữa kỹ năng mô phỏng quỹ đạo bão và cường độ bão ở Tây Bắc Thái Bình Dương

• Tác giả: Dư Đức Tiến
• Người hướng dẫn: Ngô Đức Thành
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
• Đề tài: Khảo sát mối quan hệ giữa kỹ năng mô phỏng bão và cường độ bão cho khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT VÀ Ý NGHĨA
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SAI SỐ DỰ BÁO BÃO TRÊN KHU VỰC TÂY BẮC THÁI BÌNH DƯƠNG
• 1.1. Vấn đề quan trắc bão và các phương pháp dự báo bão
• 1.1.1. Đặc trưng cơ bản của bão và vấn đề quan trắc bão
• 1.1.2. Các phương pháp dự báo bão
• 1.1.3. Các nguồn phát sinh sai số trong mô hình và nhân tố ảnh hưởng đến sai số dự báo bão
• 1.2. Vấn đề về sai khác giữa dự báo quỹ đạo và cường độ bão
• 1.2.1. Tổng quan về sai số và kĩ năng dự báo quỹ đạo và cường độ bão trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương
• 1.2.2. Đánh giá sai số dự báo bão trên khu vực Biển Đông từ 2008-2014
• 1.2.3. Tương quan không đồng nhất của việc cải thiện chất lượng dự báo cường độ và quỹ đạo bão
• 1.3. Mục tiêu của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp đồng hóa số liệu
• 2.2. Phương pháp đồng hóa biến phân
• 2.3. Phương pháp đồng hóa tổ hợp
• 2.3.1. Bài toán tăng cường cấu trúc xoáy ban đầu cho mô hình số trong dự báo bão
• 2.3.2. Hệ thống mô hình khu vực áp dụng trong luận án
• 2.3.2.1. Mô hình khu vực WRF-ARW
• 2.3.2.2. Hệ thống đồng hóa tổ hợp LETKF cho mô hình khu vực WRF-ARW
• 2.3.2.3. Tích hợp module tạo cấu trúc xoáy ba chiều nhân tạo từ thông tin quan trắc bão thực cho hệ thống WRF-LETKF
• 2.4. Số liệu sử dụng trong luận án
• 2.4.1. Số liệu quan trắc bão và gió quy mô lớn
• 2.4.2. Số liệu tái phân tích quy mô toàn cầu
• 2.4.3. Số liệu dự báo quy mô toàn cầu
• 2.5. Phương pháp đánh giá
• 2.5.1. Đánh giá sai số dự báo quỹ đạo và cường độ
• 2.5.2. Đánh giá kĩ năng dự báo xác suất tổ hợp
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT TƯƠNG QUAN GIỮA SAI SỐ DỰ BÁO QUỸ ĐẠO VÀ CƯỜNG ĐỘ BÃO BẰNG HỆ THỐNG TỔ HỢP ĐA VẬT LÝ
• 3.1. Mục đích nghiên cứu
• 3.2. Thiết lập thử nghiệm
• 3.2.1. Cấu hình tổ hợp đa vật lý dựa trên mô hình khu vực WRF-ARW
• 3.2.2. Điều kiện biên và các cơn bão được lựa chọn mô phỏng trong thí nghiệm
• 3.2.3. Tiêu chuẩn phân loại các tập mẫu mô phỏng bão
• 3.3. Kết quả thử nghiệm
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: DỰ BÁO QUỸ ĐẠO VÀ CƯỜNG ĐỘ BÃO BẰNG HỆ THỐNG ĐỒNG HÓA TỔ HỢP
• 4.1. Mục đích nghiên cứu
• 4.2. Thiết lập thử nghiệm
• 4.2.1. Cấu hình hệ thống đồng hóa tổ hợp WRF-LETKF
• 4.2.2. Điều kiện biên và các cơn bão được lựa chọn dự báo
• 4.2.3. Dữ liệu quan trắc đồng thời quy mô lớn và quy mô bão cho sơ đồ LETKF
• 4.2.4. Các trường hợp dự báo trong thí nghiệm
• 4.3. Kết quả thử nghiệm
• 4.3.1. Tác động của phương pháp đồng hóa tổ hợp đến trường phân tích
• 4.3.2. Tác động của phương pháp đồng hóa tổ hợp đến kết quả dự báo
• 4.4. Kết luận chương 4
• KIẾN NGHỊ VỀ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT VÀ Ý NGHĨA
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU

I. Tổng quan về kỹ năng mô phỏng bão

Kỹ năng mô phỏng bão là một yếu tố quan trọng trong việc dự báo thời tiết, đặc biệt là trong khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương. Nghiên cứu này khảo sát mối quan hệ giữa kỹ năng mô phỏng bão và cường độ bão. Các phương pháp mô phỏng thời tiết hiện đại, như mô hình WRF-ARW, đã được áp dụng để cải thiện độ chính xác của dự báo. Theo nghiên cứu, kỹ năng mô phỏng bão không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố khí tượng mà còn vào các phương pháp đồng hóa dữ liệu. Việc cải thiện kỹ năng mô phỏng bão có thể dẫn đến những dự báo chính xác hơn về cường độ bão, từ đó giúp giảm thiểu thiệt hại do bão gây ra.

1.1. Đặc điểm của bão tại Tây Bắc Thái Bình Dương

Bão tại khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương thường có cường độ mạnh và diễn biến phức tạp. Các cơn bão này thường hình thành từ các nhiễu động nhiệt đới và có thể gây ra những tác động nghiêm trọng đến môi trường và con người. Đặc điểm khí hậu của khu vực này, bao gồm nhiệt độ nước biển và các yếu tố khí quyển khác, ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và phát triển của bão. Nghiên cứu cho thấy rằng việc hiểu rõ các đặc điểm này là cần thiết để cải thiện kỹ năng mô phỏng bão.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp đồng hóa số liệu và mô hình hóa để khảo sát mối quan hệ giữa kỹ năng mô phỏng bão và cường độ bão. Các phương pháp như đồng hóa biến phân và đồng hóa tổ hợp được áp dụng để cải thiện độ chính xác của dự báo. Hệ thống mô hình khu vực WRF-ARW được sử dụng để mô phỏng các cơn bão trong khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương. Dữ liệu quan trắc bão và gió quy mô lớn được thu thập và phân tích để đánh giá sai số dự báo. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp đồng hóa có thể cải thiện đáng kể kỹ năng mô phỏng bão.

2.1. Dữ liệu và mô hình sử dụng

Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm số liệu quan trắc bão và gió quy mô lớn, cũng như số liệu tái phân tích quy mô toàn cầu. Mô hình WRF-ARW được lựa chọn vì khả năng mô phỏng chính xác các hiện tượng khí tượng phức tạp. Các cơn bão được lựa chọn để mô phỏng dựa trên tiêu chí về cường độ và quỹ đạo. Phương pháp đánh giá sai số dự báo cũng được áp dụng để xác định mức độ chính xác của các mô hình. Kết quả cho thấy rằng các mô hình có thể cải thiện đáng kể kỹ năng mô phỏng bão khi được áp dụng đúng cách.

III. Kết quả khảo sát

Kết quả khảo sát cho thấy có mối quan hệ chặt chẽ giữa kỹ năng mô phỏng bão và cường độ bão. Các mô hình dự báo cho thấy rằng khi kỹ năng mô phỏng bão được cải thiện, cường độ bão cũng có xu hướng được dự báo chính xác hơn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các yếu tố như điều kiện biên và cấu trúc xoáy ban đầu có ảnh hưởng lớn đến kết quả dự báo. Việc phân tích sai số dự báo cho thấy rằng các mô hình có thể giảm thiểu sai số khi áp dụng các phương pháp đồng hóa hiệu quả.

3.1. Tác động của phương pháp đồng hóa

Phương pháp đồng hóa tổ hợp đã chứng minh được hiệu quả trong việc cải thiện kỹ năng mô phỏng bão. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp này giúp giảm thiểu sai số dự báo quỹ đạo và cường độ bão. Các thử nghiệm cho thấy rằng mô hình đồng hóa tổ hợp có thể cung cấp những dự báo chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này cho thấy rằng việc cải thiện kỹ năng mô phỏng bão không chỉ có lợi cho việc dự báo mà còn cho công tác phòng chống thiên tai.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có mối quan hệ rõ ràng giữa kỹ năng mô phỏng bão và cường độ bão tại khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương. Việc cải thiện kỹ năng mô phỏng bão thông qua các phương pháp đồng hóa có thể dẫn đến những dự báo chính xác hơn, từ đó giúp giảm thiểu thiệt hại do bão gây ra. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo là tiếp tục phát triển và áp dụng các phương pháp mới trong mô phỏng bão, đồng thời tăng cường hợp tác giữa các trung tâm dự báo bão trên toàn cầu.

4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các mô hình dự báo bão mới, có khả năng tích hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau. Việc áp dụng công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy có thể giúp cải thiện đáng kể kỹ năng mô phỏng bão. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu sâu hơn về tác động của các yếu tố khí tượng đến cường độ bão để có thể đưa ra những dự báo chính xác hơn trong tương lai.