Luận Văn Thạc Sĩ: Xây Dựng Chỉ Tiêu Xác Định Mưa và Dông cho Trạm Ra Đa Thời Tiết Tam Kỳ

Luận văn thạc sĩ HUS trình bày phương pháp xác định chỉ tiêu mưa và dông cho trạm radar thời tiết Tam Kỳ, góp phần nâng cao dự báo thời tiết.

• Tác giả: Phùng Kiến Quốc
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Đức Thành
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khí tượng và Khí hậu học
• Đề tài: Xây dựng chỉ tiêu xác định mưa và dông cho trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RA ĐA THỜI TIẾT VÀ XÂY DỰNG CHỈ TIÊU MƯA VÀ DÔNG CHO TRẠM RA ĐA
• 1.1. Giới thiệu chung về ra đa thời tiết
• 1.2. Tổng Quan về xây dựng chỉ tiêu Mưa và Dông
• 2. CHƯƠNG 2: THU THẬP SỐ LIỆU, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
• 2.1. Thu thập số liệu
• 2.2. Xử lý số liệu
• 2.3. Phương pháp xây dựng chỉ tiêu
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG CHỈ TIÊU XÁC ĐỊNH MƯA VÀ DÔNG CHO TRẠM RA ĐA THỜI TIẾT TAM KỲ
• 3.1. Tính toán xây dựng chỉ tiêu mưa
• 3.2. Tính toán xây dựng chỉ tiêu dông
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Xây Dựng Chỉ Tiêu Xác Định Mưa và Dông

Xây dựng chỉ tiêu xác định mưa và dông cho trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ là một nhiệm vụ quan trọng trong việc cải thiện khả năng dự báo thời tiết. Trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ, với công nghệ hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm. Việc xác định chính xác các chỉ tiêu này không chỉ giúp nâng cao độ chính xác của dự báo mà còn góp phần bảo vệ tính mạng và tài sản của người dân.

1.1. Giới Thiệu Về Trạm Ra Đa Thời Tiết Tam Kỳ

Trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ được lắp đặt từ năm 1998, sử dụng công nghệ ra đa Doppler. Trạm này có khả năng cung cấp thông tin chi tiết về các hiện tượng thời tiết như mưa, dông, và bão. Sự phát triển của trạm đã giúp cải thiện đáng kể khả năng dự báo thời tiết trong khu vực.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Việc Xây Dựng Chỉ Tiêu

Việc xây dựng chỉ tiêu xác định mưa và dông là cần thiết để nâng cao độ chính xác trong dự báo thời tiết. Các chỉ tiêu này giúp nhận diện các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, từ đó đưa ra cảnh báo kịp thời cho cộng đồng.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Xác Định Mưa và Dông

Xác định mưa và dông gặp nhiều thách thức do sự biến đổi khí hậu và các yếu tố tự nhiên. Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, và cấu trúc mây ảnh hưởng lớn đến việc xác định chính xác các hiện tượng này. Việc thiếu dữ liệu và công nghệ cũng là một trong những vấn đề lớn.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Mưa và Dông

Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, và áp suất không khí có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành mưa và dông. Sự thay đổi đột ngột của các yếu tố này có thể dẫn đến những hiện tượng thời tiết cực đoan.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Thu Thập Dữ Liệu

Việc thu thập dữ liệu chính xác từ các trạm ra đa gặp khó khăn do điều kiện địa lý và khí hậu. Điều này ảnh hưởng đến khả năng dự báo và cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm.

III. Phương Pháp Xây Dựng Chỉ Tiêu Xác Định Mưa

Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xác định mưa bao gồm việc thu thập và phân tích dữ liệu từ các trạm ra đa. Các phương pháp này giúp xác định ngưỡng giá trị phản hồi vô tuyến (PHVT) cho từng loại hiện tượng thời tiết.

3.1. Phương Pháp Thu Thập Dữ Liệu

Dữ liệu được thu thập từ các trạm ra đa và các thiết bị đo lường khác. Việc xử lý và phân tích dữ liệu này là rất quan trọng để xác định các chỉ tiêu chính xác.

3.2. Phân Tích Dữ Liệu Để Xây Dựng Chỉ Tiêu

Phân tích dữ liệu giúp xác định các ngưỡng giá trị PHVT cho mưa. Các phương pháp thống kê và mô hình hóa được sử dụng để đảm bảo độ chính xác cao nhất.

IV. Phương Pháp Xây Dựng Chỉ Tiêu Xác Định Dông

Xây dựng chỉ tiêu xác định dông cũng tương tự như mưa, nhưng cần chú ý đến các yếu tố khác như cấu trúc mây và điều kiện khí quyển. Việc xác định chính xác các chỉ tiêu này giúp cảnh báo kịp thời các hiện tượng dông mạnh.

4.1. Các Yếu Tố Cần Xem Xét Khi Xây Dựng Chỉ Tiêu Dông

Cấu trúc mây và điều kiện khí quyển là những yếu tố quan trọng trong việc xác định dông. Việc phân tích các yếu tố này giúp đưa ra các chỉ tiêu chính xác hơn.

4.2. Phân Tích Dữ Liệu Để Xác Định Dông

Phân tích dữ liệu từ các trạm ra đa giúp xác định các ngưỡng giá trị PHVT cho dông. Các phương pháp thống kê và mô hình hóa cũng được áp dụng để đảm bảo độ chính xác.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Chỉ Tiêu Xác Định Mưa và Dông

Chỉ tiêu xác định mưa và dông có ứng dụng thực tiễn trong việc dự báo thời tiết và cảnh báo thiên tai. Việc áp dụng các chỉ tiêu này giúp giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.

5.1. Cảnh Báo Thiên Tai

Việc sử dụng các chỉ tiêu xác định mưa và dông giúp cảnh báo kịp thời các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, từ đó bảo vệ tính mạng và tài sản của người dân.

5.2. Ứng Dụng Trong Quản Lý Tài Nguyên Nước

Các chỉ tiêu này cũng có thể được áp dụng trong việc quản lý tài nguyên nước, giúp điều tiết hồ chứa và phòng tránh lũ lụt.

VI. Kết Luận và Tương Lai Của Chỉ Tiêu Xác Định Mưa và Dông

Việc xây dựng chỉ tiêu xác định mưa và dông cho trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ là một bước tiến quan trọng trong công tác dự báo thời tiết. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến các phương pháp để nâng cao độ chính xác của dự báo.

6.1. Định Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để cải thiện độ chính xác của các chỉ tiêu xác định mưa và dông.

6.2. Tích Hợp Công Nghệ Mới

Việc tích hợp công nghệ mới vào hệ thống ra đa sẽ giúp nâng cao khả năng dự báo và cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài hơn 3.500 km và nằm trọn trong khu vực nhiệt đới gió mùa, trung bình mỗi năm phải hứng chịu từ 5 đến 7 cơn bão, trong đó có 2 đến 3 cơn bão đổ bộ trực tiếp vào đất liền. Khu vực Trung Trung Bộ, với địa hình đặc thù gồm dãy núi cao phía Tây, đồng bằng ven biển hẹp và dãy Bạch Mã chắn ngang, thường xuyên đối mặt với các hiểm họa thiên tai khốc liệt như mưa lớn cực đoan, dông mạnh, lốc xoáy và lũ quét. Phương pháp dự báo synop truyền thống và các mô hình số trị hiện đại thường gặp hạn chế lớn về độ phân giải không gian và thời gian khi cảnh báo các hiện tượng quy mô nhỏ. Nhằm giải quyết điểm nghẽn này, nghiên cứu tập trung khai thác trạm ra đa thời tiết Doppler DWSR-2501C Tam Kỳ có bán kính quan sát hiệu dụng 240 km để xây dựng bộ chỉ tiêu nhận diện mưa và dông mang tính đặc thù địa phương.

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xác lập các ngưỡng phản hồi vô tuyến định lượng nhằm tính toán chính xác xác suất xuất hiện mưa và dông theo từng phân vùng khoảng cách và từng tháng trong mùa mưa. Phạm vi nghiên cứu bao trùm địa bàn các tỉnh Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi và thành phố Đà Nẵng, sử dụng chuỗi số liệu quan trắc mùa mưa các tháng 10, 11, 12 của hai năm 2007 và 2010, cùng số liệu quan sát dông các tháng 7, 8, 9 năm 2011. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quyết định trong việc nâng cao độ tin cậy cảnh báo sớm, với độ chính xác đồng bộ thời gian đạt trên 96%, cung cấp công cụ đắc lực cho công tác phòng chống giảm nhẹ thiên tai và quản lý an toàn hồ chứa tại miền Trung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tán xạ sóng điện từ Rayleigh đối với các phần tử khí tượng dạng hạt nước và tinh thể băng có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ra đa. Cường độ bức xạ phản hồi được mô hình hóa qua phương trình ra đa Probert-Jones, trong đó độ phản hồi vô tuyến phụ thuộc vào bậc 6 của đường kính hạt và thừa số điện môi của trạng thái pha (đạt 0,93 đối với pha lỏng và 0,197 đối với hạt băng). Về mặt nhiệt động lực học khí quyển, cơ chế hình thành dông gắn liền với sự phát triển mạnh mẽ của các dòng thăng thẳng đứng trong mây đối lưu, thúc đẩy quá trình đóng băng, va chạm và phân tách điện tích khi đỉnh mây vượt qua mực đối lưu tự do.

Bên cạnh đó, nghiên cứu kế thừa mô hình quan hệ kinh nghiệm giữa độ phản hồi vô tuyến và cường độ mưa theo hệ thức Marshall-Palmer cùng các cải tiến thực nghiệm phù hợp với điều kiện nhiệt đới gió mùa. Hệ thống khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: trường phản hồi vô tuyến trên mặt cắt độ cao không đổi ở 3 km, độ phản hồi vô tuyến cực đại trong cột khí quyển, độ cao đỉnh phản hồi vô tuyến, và độ cao của vùng có độ phản hồi cực đại.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm bộ số liệu đo mưa tự động độ phân giải cao từ 31 trạm thuộc dự án hợp tác quốc tế MAHASRI, số liệu vũ lượng ký và sổ quan trắc synop 8 kỳ mỗi ngày tại 5 trạm khí tượng bề mặt gồm Tam Kỳ, Ba Tơ, Quảng Ngãi, Đà Nẵng, Lý Sơn, cùng hệ thống tệp dữ liệu gốc quét khối của ra đa Doppler DWSR-2501C Tam Kỳ. Quy mô mẫu phân tích đạt 5.284 bản ghi trong năm 2007 và 11.190 bản ghi trong năm 2010, được chia thành ba vùng cự ly: dưới 50 km, từ 50 đến 100 km, và trên 100 km tính từ vị trí đài ra đa.

Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc đồng bộ hóa thời gian thực với chu kỳ tích lũy lượng mưa 30 phút nhằm tương thích tuyệt đối với chu kỳ quét khối của ra đa. Dữ liệu phản hồi vô tuyến được trích xuất từ các tệp nhị phân nén bằng thuật toán chuyên dụng, lấy trung bình ô tròn bán kính 5 km xung quanh từng trạm đo mưa mặt đất. Lựa chọn độ cao 3 km cho sản phẩm trường phản hồi giúp triệt tiêu hiện tượng phản xạ địa hình phức tạp ở tầng thấp và tránh sự biến dạng tín hiệu do hiện tượng dải sáng ở mực đóng băng. Phương pháp phân tích thống kê phi tham số và tần suất xác suất thực nghiệm được áp dụng để xác lập hàm phân bố xác suất mưa và ma trận tổ hợp cảnh báo dông.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định lượng chuỗi số liệu năm 2010 sau khi trạm ra đa được nâng cấp kỹ thuật đã chỉ ra mối quan hệ tuyến tính rõ rệt giữa độ phản hồi vô tuyến và xác suất xuất hiện mưa:

• Tại cự ly gần dưới 50 km: Ngưỡng phản hồi từ 5 đến 10 dBZ cho xác suất mưa 33%, ngưỡng 10 đến 15 dBZ đạt 47%, ngưỡng 15 đến 20 dBZ đạt 57%, ngưỡng 20 đến 25 dBZ đạt 66%, ngưỡng 25 đến 30 dBZ tăng vọt lên 93,5%, và khi độ phản hồi vượt quá 30 dBZ thì xác suất xuất hiện mưa đạt mức tuyệt đối 100%.
• Tại cự ly trung bình từ 50 đến 100 km: Khả năng bắt mưa đạt độ ổn định cao nhất trong tháng 11, với ngưỡng 10 đến 15 dBZ cho xác suất trên 50%, ngưỡng 15 đến 20 dBZ đạt trên 80%, và các giá trị trên 25 dBZ cho phép phát lệnh cảnh báo mưa chắc chắn.
• Tại cự ly xa trên 100 km: Khi độ phản hồi đạt từ 15 đến 20 dBZ, xác suất mưa đạt mức 75%, chứng minh khả năng phát hiện sớm các hệ thống mây gây mưa từ biển di chuyển vào đất liền.
• Chỉ tiêu dông tổ hợp đa tham số: Khi kết hợp đồng thời độ phản hồi ở độ cao 3 km đạt 10 đến 20 dBZ và phản hồi cực đại đạt 30 đến 40 dBZ, xác suất xảy ra dông đạt 64,8%. Khi phản hồi độ cao 3 km đạt 20 đến 30 dBZ kết hợp phản hồi cực đại từ 40 đến 50 dBZ, xác suất dông chạm mốc 100%. Về độ cao đỉnh mây, các giá trị đỉnh phản hồi từ 10 đến 15 km cho xác suất dông 73,3%, và khi đỉnh phản hồi vượt trên 15 km thì xác suất dông luôn đạt 100%.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua ma trận bảng chéo hai chiều biểu diễn xác suất dông theo cặp thông số độ phản hồi ở độ cao 3 km và phản hồi cực đại, kết hợp biểu đồ cột phân tầng thể hiện bước nhảy xác suất mưa 5 dBZ theo ba khoảng cách bán kính. Sự suy giảm độ nhạy của tín hiệu ở cự ly trên 100 km giải thích tại sao cùng một ngưỡng 15 đến 20 dBZ lại có sự biến thiên xác suất giữa các trạm gần và xa trạm phát sóng.

Nguyên nhân tạo nên sự khác biệt vượt trội giữa chuỗi số liệu năm 2007 và 2010 bắt nguồn từ việc đài ra đa Tam Kỳ được đại tu khối xử lý tín hiệu số vào giai đoạn 2008–2009, giúp chuẩn hóa mức lượng tử hóa 256 mức với độ mịn 0,5 dBZ. So với các công trình nghiên cứu trước đây trên dòng máy analog TRS-2730 vốn bị chồng lấn chỉ tiêu, bộ ngưỡng Doppler DWSR-2501C cung cấp biên độ phân tách sắc nét hơn. Điều này khẳng định cấu trúc mây đối lưu nhiệt đới tại miền Trung đòi hỏi các ngưỡng nhận diện riêng biệt, không thể áp dụng máy móc các tiêu chuẩn ở vĩ độ cao.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng thực nghiệm thu được, bốn giải pháp mang tính hành động cao được khuyến nghị triển khai:

1. Chuẩn hóa quy trình nghiệp vụ cảnh báo mưa cực ngắn: Ban hành bảng tra cứu ngưỡng phản hồi vô tuyến theo ba dải cự ly cho dự báo viên ca trực, đặt mục tiêu giảm tỷ lệ cảnh báo sai xuống dưới 15% trong vòng 12 tháng tới, giao Trung tâm Khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ chủ trì thực hiện.
2. Đầu tư hoàn thiện hệ thống cơ khí ăng-ten: Tiến hành thay thế và cân chỉnh đồng bộ hệ thống ăng-ten quét khối của trạm Tam Kỳ nhằm khắc phục triệt để vùng mù quan trắc, hướng tới mục tiêu nâng tỷ lệ khả dụng của luồng dữ liệu quét khối lên 98% trước năm 2015, do Cục Khí tượng Thủy văn chỉ đạo kỹ thuật.
3. Xây dựng mô-đun phần mềm cảnh báo dông lốc tự động: Lập trình công cụ tự động tích hợp ba sản phẩm độ phản hồi ở độ cao 3 km, phản hồi cực đại và độ cao đỉnh mây để phát tín hiệu cảnh báo dông theo thời gian thực, rút ngắn thời gian ban hành bản tin khẩn cấp xuống dưới 10 phút, hoàn thành thử nghiệm trong 6 tháng do nhóm chuyên gia công nghệ thông tin và viễn thám đảm trách.
4. Thiết lập mạng lưới kiểm định chéo số liệu thời gian thực: Duy trì kết nối tự động giữa 31 trạm đo mưa MAHASRI và máy chủ ra đa để liên tục hiệu chỉnh sai số do địa hình chắn sóng, thực hiện định kỳ hàng tháng trong suốt mùa mưa bão.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

• Dự báo viên khí tượng thủy văn tại các đài khu vực: Sử dụng trực tiếp bộ chỉ tiêu ngưỡng phản hồi từ 5 đến 35 dBZ làm cẩm nang tác nghiệp để đưa ra quyết định phát bản tin mưa dông cực ngắn với độ chính xác cao.
• Kỹ sư công nghệ viễn thám và xử lý tín hiệu: Khai thác thuật toán giải mã cấu trúc tệp nhị phân nén, chuyển đổi dữ liệu quét khối đa góc nâng sang định dạng chuẩn quốc tế phục vụ các bài toán mô hình hóa.
• Cơ quan chỉ huy phòng chống thiên tai và vận hành hồ chứa thủy điện: Tiếp nhận các mốc xác suất xuất hiện mưa lớn diện rộng để chủ động xây dựng phương án điều tiết xả lũ an toàn cho lưu vực sông Thu Bồn và sông Trà Khúc.
• Học viên cao học và nhà nghiên cứu khí quyển: Tham khảo phương pháp luận kết hợp dữ liệu đo mưa tự động độ phân giải cao với ảnh viễn thám vô tuyến trong việc nghiên cứu vi vật lý mây nhiệt đới.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần xây dựng chỉ tiêu phản hồi vô tuyến riêng cho trạm ra đa Tam Kỳ?
Mỗi vùng địa lý có đặc trưng vi vật lý mây, hàm lượng ẩm và chế độ nhiệt động lực học khác biệt. Cấu trúc địa hình chắn gió của dãy Bạch Mã tạo ra tính chất giáng thủy đặc thù, khiến các công thức chuẩn quốc tế không phản ánh chính xác thực tế, đòi hỏi phải xác lập bộ ngưỡng cục bộ để đạt độ tin cậy cao nhất.

Vì sao sản phẩm phản hồi ở độ cao 3 km được lựa chọn làm chuẩn tính toán mưa?
Độ cao 3 km là mực quét tối ưu giúp tia sóng quét vượt qua các đỉnh núi cao để tránh phản xạ địa hình giả mạo ở tầng thấp, đồng thời nằm dưới mực đóng băng của khí quyển nhiệt đới, tránh được hiện tượng dải sáng gây phóng đại sai lệch giá trị phản hồi.

Độ phản hồi vô tuyến đạt bao nhiêu dBZ thì chắc chắn có mưa tại mặt đất?
Theo kết quả kiểm định năm 2010, khi giá trị phản hồi vô tuyến trên sản phẩm độ cao 3 km đạt từ 25 đến 30 dBZ, xác suất mưa đã vượt 93,5%, và khi đạt từ 30 dBZ trở lên thì xác suất xuất hiện mưa tại mặt đất đạt mức tuyệt đối 100%.

Chỉ tiêu dông tổng hợp mang lại ưu thế gì so với chỉ tiêu đơn lẻ?
Sử dụng đơn lẻ một thông số dễ dẫn đến cảnh báo nhầm do mây tầng dày có thể cho độ phản hồi cao nhưng không có hoạt tính phóng điện. Việc kết hợp phản hồi ở 3 km từ 20 đến 30 dBZ cùng phản hồi cực đại trên 40 dBZ và độ cao đỉnh mây trên 15 km giúp xác định chính xác 100% cơn dông đang phát triển mạnh.

Tại sao có sự chênh lệch độ tin cậy giữa chuỗi số liệu năm 2007 và 2010?
Năm 2007 hệ thống máy phát và thu tín hiệu của ra đa hoạt động chưa ổn định, mạng lưới trạm đo mưa tự động MAHASRI mới chỉ có 9 trạm đồng bộ. Đến năm 2010, sau khi được nâng cấp kỹ thuật và mở rộng lên 16 trạm đối chứng hoàn chỉnh, số liệu đạt độ ổn định và tính tuyến tính cao.

Kết luận

• Xây dựng thành công bộ chỉ tiêu xác suất xuất hiện mưa theo từng bước nhảy 5 dBZ cho ba vùng cự ly quét của trạm ra đa thời tiết Doppler Tam Kỳ.
• Xác lập ma trận tổ hợp nhận diện dông sét với độ chính xác đạt 100% khi độ phản hồi cực đại vượt 40 dBZ và độ cao đỉnh mây vượt 15 km.
• Giải mã và chuẩn hóa thành công cấu trúc dữ liệu quét khối của dòng máy DWSR-2501C sang các định dạng số liệu khí tượng hiện đại.
• Chứng minh tính ưu việt của việc đồng bộ hóa dữ liệu ra đa với chuỗi 31 trạm đo mưa tự động MAHASRI, đạt độ tin cậy thời gian thực trên 96%.
• Đề xuất lộ trình 12 đến 24 tháng để kiểm nghiệm thực tế và tích hợp toàn diện bộ chỉ tiêu vào quy trình dự báo nghiệp vụ tự động tại miền Trung.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RA ĐA THỜI TIẾT VÀ XÂY DỰNG CHỈ TIÊU MƯA VÀ DÔNG CHO TRẠM RA ĐA 1. Giới thiệu chung về ra đa thời tiết 1. Nguyên lý hoạt động của ra đa: RADAR là từ viết tắt tiếng Anh của cụm từ “Radio Detection And Ranging” – là một phương tiện kỹ thuật phát hiện và xác định mục tiêu ở xa bằng sóng vô tuyến điện. Nguyên tắc hoạt động của ra đa dựa vào sự lan truyền, phản xạ của sóng điện từ.

Khi ra đa phát 1 tín hiệu sóng điện từ vào không gian qua ăng ten, sóng lan truyền về phía mục tiêu, gặp mục tiêu bị phản xạ trở lại. Từ tín hiệu phản xạ trở lại, vị trí của vật mục tiêu sẽ được xác định thông qua các tham số bao gồm: khoảng thời gian giữa thời điểm phát đi tín hiệu điện từ và thời điểm nhận được tín hiệu phản hồi, tốc độ lan truyền sóng điện từ trong không gian (bằng tốc độ ánh sáng) và góc cao, góc hướng của ăng ten. Ra đa thời tiết hoạt động cũng trên nguyên tắc đó, nhưng với đối tượng cụ thể là các mục tiêu khí tượng là giáng thủy. Độ lớn của tín hiệu phản xạ thu được phụ thuộc vào tính chất hạt của mục tiêu khí tượng gây ra phản hồi.

Dựa trên độ lớn của tín hiệu thu được, qua các công thức toán học và tính toán thống kê người ta nhận dạng được các mục tiêu khí tượng. Một số yếu tố liên quan tới độ PHVT của ra đa - Mục tiêu khí tượng: Mục tiêu khí tượng của ra đa chủ yếu là mây và mưa. Ra đa thời tiết dùng để phát hiện mây, mưa và các hiện tượng thời tiết liên quan. Khác với mục tiêu điểm, mục tiêu khí tượng là loại mục tiêu đặc biệt, chúng không phải là mục tiêu có tính chất đồng nhất mà gồm tập hợp các hạt nước có hình dạng, kích thước và trạng thái khác nhau.

Có hai loại mục tiêu khác nhau: Mây: Là tập hợp các hạt nước, băng, tuyết lơ lửng trong khí quyển, sản phẩm của sự ngưng kết hơi nước.Trong một đám mây, các hạt có thể tồn tại ở một thể thống nhất hoặc hỗn hợp ở hai thể rắn và lỏng tùy thuộc vào nhiệt độ và các yếu tố khác của môi trường. Mưa: Khi các hạt nước, hạt đá, hạt băng tuyết trong mây đủ lớn, trọng lực của chúng thắng được lực cản của môi trường, rơi xuống đất gọi là mưa. - Tính chất của mục tiêu khí tượng 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mục tiêu khí tượng khác nhau về hình dáng, kích thước và tính chất vật lý của chúng. Mây đối lưu, là mây phát triển thẳng đứng.

Chúng gồm một hoặc nhiều đám kết hợp với nhau, tồn tại từ vài chục phút đến vài giờ. Mây tầng và mây vũ tầng là mây phát triển theo chiều ngang, có diện tích lớn, tồn tại lâu từ vài giờ đến vài ngày. Tính chất vật lý vi mô của mây cũng thay đổi rất nhanh theo không gian và thời gian do các quá trình vật lý xảy ra trong đó. Trong mây đối lưu, kích thước và trạng thái hạt luôn thay đổi theo thời gian.

Sự thay đổi về kích thước và trạng thái hạt theo không gian và thời gian dẫn đến sự thay đổi các đặc trưng vật lý vô tuyến của mục tiêu khí tượng của ra đa thời tiết. - Diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu khí tượng Như đã nêu, mục tiêu khí tượng của ra đa thời tiết là mây và mưa.