Ứng dụng lọc Kalman trong hậu xử lý kết quả dự báo quỹ đạo và cường độ bão cho một số mô hình dự báo số trị toàn cầu

Bài viết này trình bày kết quả ứng dụng phương pháp lọc Kalman để hậu xử lý kết quả dự báo quỹ đạo và cường độ từ các mô hình số trị toàn cầu GSM của Nhật Bản, GFS của Mỹ và IFS của Trung tâm Dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu theo hai phương án khác nhau
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng lọc Kalman trong hậu xử lý kết quả dự báo quỹ đạo và cường độ bão cho một số mô hình dự báo số trị toàn cầu BÀI BÁO KHOA HỌC DOI:10.36335/VNJHM.2019(EME2).120-129 ỨNG DỤNG LỌC KALMAN TRONG HẬU XỬ LÝ KẾT QUẢ DỰ BÁO QUỸ ĐẠO VÀ CƯỜNG ĐỘ BÃO CHO MỘT SỐ MÔ HÌNH DỰ BÁO SỐ TRỊ TOÀN CẦU Trần Hồng Thái1, Võ Văn Hòa1 Tóm tắt: Bài báo này trình bày kết quả ứng dụng phương pháp lọc Kalman để hậu xử lý kết quả dự báo quỹ đạo và cường độ từ các mô hình số trị toàn cầu GSM của Nhật Bản, GFS của Mỹ và IFS của Trung tâm Dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu theo hai phương án khác nhau. Các kết quả đánh giá cho 24 cơn bão trong các mùa bão 2015-2019 đã cho thấy chất lượng dự báo quỹ đạo và cường độ bão đã được cải thiện đáng kể khi áp dụng lọc Kalman để hiệu chỉnh trong đó phương án hiệu chỉnh trực tiếp giá trị dự báo của mô hình đem lại nhiều hiệu quả nhất. Mức độ cải thiện tăng theo hạn dự báo. Từ khóa: Lọc kalman, quỹ đạo bão, cường độ bão, mô hình số trị toàn cầu. Ban Biên tập nhận bài: 11/12/2019 Ngày phản biện xong: 12/12/2019 Ngày đăng bài: 20/12/2019 1. Mở đầu cho thấy hầu hết các mô hình và hệ thống dự báo Trong nhiều năm trở lại đây, các sản phẩm dự tổ hợp đều tồn tại những sai số hệ thống nhất báo từ các mô hình dự báo thời tiết số trị (NWP) định trong dự báo quỹ đạo và cường độ bão. ở quy mô toàn cầu và khu vực đã được triển khai Để cải tiến chất lượng dự báo quỹ đạo và ứng dụng trong nghiệp vụ dự báo tại nhiều cơ cường độ bão của các mô hình NWP và hệ thống quan dự báo KTTV ở Việt Nam và là nguồn dự báo tổ hợp, rất nhiều hướng nghiên cứu đã tham khảo không thể thiếu trong các qui trình dự được triển khai như ứng dụng sơ đồ ban đầu hóa báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm. Trong xoáy để chính xác hóa vị trí tâm và cường độ bão nghiệp vụ dự báo bão, bên cạnh việc cung cấp trong trường ban đầu (Phan Văn Tân và Bùi các sản phẩm dự báo trường, các mô hình NWP Hoàng Hải (2004) [4], Phan Văn Tân và Nguyễn còn cung cấp các sản phẩm dự báo quỹ đạo và Lê Dũng (2009) [5],…), ứng dụng ban đầu hóa cường độ bão. Cho đến nay, đã có rất nhiều xoáy với đồng hóa số liệu địa phương (Trần Tân nghiên cứu ứng dụng các mô hình NWP toàn cầu Tiến và cộng sự, 2009 [9]) để nâng cao chất hoặc khu vực trong dự báo quỹ đạo và cường độ lượng trường ban đầu cho các mô hình NWP, bão ở Việt Nam như Kiều Thị Xin và cộng sự ứng dụng dự báo tổ hợp để nắm bắt được các (2002) [11], Phan Văn Tân và Bùi Hoàng Hải nguồn bất định và tạo ra dự báo trung bình tổ hợp (2004) [4], Phan Văn Tân và Nguyễn Lê Dũng tốt nhất (Trần Tân Tiến và cộng sự (2010 [7], (2009) [5], Trần Tân Tiến và cộng sự (2009 [9], 2012 [8]), Võ Văn Hòa và cộng sự (2008 [2], 2010 [7], 2012 [8]), Hoàng Đức Cường và cộng 2012 [3])),...Tuy nhiên, hướng nghiên cứu ứng sự (2011) [1], Võ Văn Hòa và cộng sự (2008 [2], dụng các phương pháp thống kê để hiệu chỉnh 2012 [3]),... Các công trình nghiên cứu này đều dự báo quỹ đạo và cường độ bão ở Việt Nam vẫn chỉ ra được khả năng ứng dụng của các mô hình còn nhiều hạn chế. NWP, hệ thống dự báo tổ hợp trong dự báo quỹ Bài báo này sẽ tập trung trình bày kết quả đạo hoặc cường độ bão trên khu vực biển Đông nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc Kalman Việt Nam. Ngoài ra, các kết quả đánh giá cũng để: 1) hiệu chỉnh trực tiếp kết quả dự báo quỹ Tổng cục Khí tượng Thủy văn 1 Email: vovanhoa80@yahoo.com 120 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số phục vụ Hội thảo chuyên đề  BÀI BÁO KHOA HỌC đạo và cường độ từ các mô hình số trị toàn cầu sử dụng B và u. Vấn đề đặt ra là ta biết quy luật GSM của Cơ quan khí tượng Nhật Bản (JMA), hoạt động của hệ thống qua ma trận A, nhưng GFS của Cục quản trị khí quyển và đại dương không thể xác định trực tiếp trạng thái xk từ các Mỹ (NOAA) và IFS của Trung tâm dự báo thời phép đo thích hợp (trạng thái bị ẩn) mà chỉ có tiết hạn vừa Châu Âu (ECMWF), và 2) hiệu được các quan trắc gián tiếp zk kích thước M có chỉnh phương trình sai số dạng hồi quy tuyến quan hệ tuyến tính với xk: tính đơn biến. Các phần tiếp theo sẽ trình bày (2) khái quát về cơ sở lý thuyết của phương pháp lọc zk = H × x k + vk Kalman và cách thức áp dụ ...