®¹i häc quèc gia hµ néi tr−êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn nguyÔn minh tr−êng nghiªn cøu m« pháng m−a ®èi l−u b»ng m« h×nh rams cho khu vùc trung bé luËn ¸n tiÕn sÜ ngµnh khÝ t−îng Hμ Néi - 2008 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ®¹i häc quèc gia hµ néi tr−êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn -----***----- NguyÔn Minh Tr−êng nghiªn cøu m« pháng m−a ®èi l−u b»ng m« h×nh rams cho khu vùc trung bé Chuyªn ngµnh: KhÝ t−îng häc M· sè: 62.01 luËn ¸n tiÕn sÜ ngµnh khÝ t−îng ng−êi h−íng dÉn khoa häc GS. TrÇn T©n TiÕn Hµ Néi - 2008 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com môc lôc Trang Trang phô b×a 1 Lêi cam ®oan 2 Lêi c¶m ¬n 3 Môc lôc 4 Danh môc c¸c ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t 7 Danh môc c¸c b¶ng 9 Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ 10 Më ®Çu 15 Ch−¬ng i Tæng quan vÒ dßng, m©y vµ m−a trªn ®Þa 20 h×nh nói 1.1 Dßng trªn ®Þa h×nh nói 20 1.1 §éng lùc häc dßng trªn nói ®¬n 20 1.2 Dßng trªn d·y nói cã d¹ng h×nh sin 24 1.2 M−a trªn ®Þa h×nh nói 35 Ch−¬ng 2 Mét sè s¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u dïng 46 trong m« h×nh qui m« võa 2.1 Bµi to¸n tham sè ho¸ 51 2.3 Mét vÝ dô vÒ s¬ ®å Fritsch-Chappell 59 2.1 C¸c ph−¬ng tr×nh qui m« lín 60 2.3 Mét vÝ dô vÒ s¬ ®å Tiedtke 66 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.4 Mét sè s¬ ®å vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu kh¸c 67 Ch−¬ng 3 C¶i tiÕn s¬ ®å kain-fritsch cho m« h×nh qui 73 m« võa rams 3.1 Giíi thiÖu vÒ m« h×nh RAMS 73 3.2 Mét sè ®Æc tr−ng to¸n-lý cña m« h×nh RAMS 75 3.1 HÖ c¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n 75 3.2 Sai ph©n thêi gian 76 3.3 Tham sè ho¸ c¸c qu¸ tr×nh vËt lý 78 3.6 Ban ®Çu ho¸ ®Þa h×nh 83 3.3 S¬ ®å Kain-Fritsch gèc 85 3.1 Hµm kÝch ho¹t ®èi l−u 86 3.2 Dßng th¨ng ®èi l−u Èm 87 3.3 Dßng gi¸ng ®èi l−u Èm 88 3.4 C¶i tiÕn s¬ ®å Kain-Fritsch 90 Ch−¬ng 4 Mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n cho khu vùc 99 trung bé 4.1 M« pháng lý t−ëng ho¸ 99 4.1 Thùc nghiÖm sè 99 4.3 §èt nãng ®èi l−u 103 4.4 Ph©n tÝch nh©n tè 105 4.2 Thùc nghiÖm sè m« pháng sù kiÖn thùc 106 4.3 H×nh thÕ synèp vµ sè liÖu ®o ®¹c 109 4.4 M« pháng hoµn l−u qui m« lín 115 4.5 M−a m« pháng 116 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.6 T−¬ng t¸c ®èi l−u-qui m« lín, nguyªn nh©n cña sù c¶i tiÕn 121 chÊt l−îng KÕt luËn 130 Danh môc c«ng tr×nh khoa häc cña t¸c gi¶ liªn quan 132 ®Õn luËn ¸n Tµi liÖu tham kh¶o 133 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Danh môc c¸c ký hiÖu vμ ch÷ viÕt t¾t A DiÖn tÝch « l−íi Ad DiÖn tÝch dßng gi¸ng AE DiÖn tÝch m«i tr−êng cña m©y ®èi l−u Au DiÖn tÝch dßng th¨ng ABE N¨ng l−îng næi hiÖu dông ADV B×nh l−u AOR M−a ®o ®¹c tÝch luü B Lùc næi CAPE N¨ng l−îng ®èi l−u tiÒm n¨ng CASR M−a ®èi l−u tÝch luü m« pháng CIN N¨ng l−îng c¶n ®èi l−u CISK BÊt æn ®Þnh cã ®iÒu kiÖn lo¹i 2 CPS S¬ ®å tham sè ho¸ ®èi l−u CSU §¹i häc Tæng hîp bang Colorado CT §Ønh m©y D Dßng cuèn ra DMF Th«ng l−îng khèi l−îng dßng gi¸ng §TG §ång t¸c gi¶ E Dßng cuèn vµo ETL Mùc c©n b»ng nhiÖt ®é Fr Sè Froude GFU Dßng th¨ng front giã giËt k Sè sãng ngang hoÆc mùc m« h×nh l Tham sè Scorer LCL Mùc ng−ng kÕt n©ng LFC Mùc ®èi l−u tù do LFS Mùc gi¸ng tù do LLJ Dßng xiÕt mùc thÊp 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com M Th«ng l−îng khèi l−îng NASA C¬ quan Hµng kh«ng vµ Vò trô, Hoa Kú NCAR Trung t©m Quèc gia Nghiªn cøu KhÝ quyÓn, Hoa Kú NCEP Trung t©m Quèc gia Dù b¸o M«i tr−êng, Hoa Kú NG L−íi con NOAA C¬ quan qu¶n lý KhÝ quyÓn vµ §¹i d−¬ng, Hoa Kú Nw TÇn sè Brunt-Vaisala Èm ODEP Plume mét chiÒu cã dßng cuèn vµo PBE N¨ng l−îng næi tiÒm n¨ng PDB Tû sè gi÷a gradient th¼ng ®øng cña nhiÔu ®éng ¸p suÊt vµ lùc næi PG L−íi mÑ Q Tèc ®é ®èt nãng/lµm l¹nh RAMS HÖ thèng m« h×nh ho¸ khÝ quyÓn khu vùc RASR M−a qui m« l−íi tÝch luü m« pháng RH §é Èm t−¬ng ®èi SST NhiÖt ®é mÆt n−íc biÓn TAMEX Thùc nghiÖm qui m« võa khu vùc §µi Loan TASR M−a tÝch luü m« pháng TF Hµm kÝch ho¹t ®èi l−u TKE §éng n¨ng rèi TMI Sè liÖu m−a ®o b»ng vi sãng TRMM Ch−¬ng tr×nh ®o m−a nhiÖt ®íi Tu NhiÖt ®é dßng th¨ng U Tèc ®é dßng nÒn UMF Th«ng l−îng khèi l−îng dßng th¨ng USL Líp nguån ®èi l−u UTC HÖ täa ®é thêi gian phæ th«ng τc Qui m« thêi gian ®èi l−u 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Danh môc c¸c b¶ng Trang B¶ng 2.1 Sai sè vµ bias cho c¸c tr−êng nhiÖt ®é vµ ®é Èm trung b×nh 69 trªn cao th¸ng 7/1999. C¸c gi¸ trÞ bias víi chØ sè KF, BMJ, Grell chØ ®é lÖch gi÷a c¸c bias trung b×nh cã ®é tin cËy thèng kª trªn 95% (Gochis vµ c¸c §TG 2002).1 Mét sè module vËt lý quan träng cña m« h×nh RAMS.1 Bèn thùc nghiÖm sè víi ®Þa h×nh lý t−ëng ho¸.2 Bèn thùc nghiÖm sè m« pháng sù kiÖn m−a lín ngµy 24- 106 26/11/2004. 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Danh môc c¸c h×nh vÏ vμ ®å thÞ Trang H×nh 1.1 MÆt c¾t th¼ng ®øng cña tèc ®é giã ngang vÏ qua 4 m s-1 (tr¸i), 21 ®−êng dßng vµ xo¸y ngang (ph¶i) (Doyle vµ Durran, 2002).2 MÆt c¾t th¼ng ®øng cña ®−êng dßng, xo¸y ngang (vïng mµu) 22 cho líp ®øt giã tõ 4-7 km (a), vµ tõ 2-4 km (b) (Doyle vµ Durran, 2002).3 Sãng lan truyÒn vµo tÇng b×nh l−u (ph¶i) vµ c¸c vïng vì sãng 23 trong nöa d−íi tÇng ®èi l−u (tr¸i d−íi) vµ tÇng b×nh l−u (tr¸i trªn) thÓ hiÖn qua c¸c ®−êng ®¼ng trÞ cña nhiÖt ®é thÕ vÞ (Leutcher vµ Volkert, 2000).4 §−êng dßng trong dßng dõng v−ît qua nói h×nh sin dµi v« h¹n 25 khi (a) sè sãng ®Þa h×nh v−ît qu¸ tham sè Scorer (nói hÑp) vµ (b) sè sãng ®Þa h×nh nhá h¬n tham sè Scorer (nói réng) (Durran, 1986b).5 §−êng dßng cña dßng dõng trªn nói c« lËp h×nh chu«ng khi so 29 s¸nh t−¬ng ®èi víi tr¹ng th¸i cña dßng: (a) nói hÑp, (b) nói cã bÒ réng t−¬ng ®−¬ng víi tham sè Scorer, vµ (c) lµ nói réng, vïng tèi lµ n¬i m©y cã thÓ xuÊt hiÖn (Durran, 1986b).7 KÕt qu¶ m« pháng sè cho dßng hai chiÒu ®o¹n nhiÖt g©y ra 31 sãng biªn ®é lín.
BÇu khÝ quyÓn ®Æc tr−ng bëi mét líp kÐm æn ®Þnh phÝa trªn vµ mét líp æn ®Þnh h¬n phÝa d−íi sãng khuÊt nói bÞ "bÉy". C¸c ®−êng ®¼ng trÞ lµ nhiÖt ®é thÕ, vïng tèi lµ n¬i mµ 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com m©y cã thÓ h×nh thµnh nÕu kh«ng khÝ ®ñ Èm (Durran, 1986a).8 KÕt qu¶ m« pháng sè cho dßng hai chiÒu ®o¹n nhiÖt g©y ra 33 sãng biªn ®é lín. Trong tr−êng hîp nµy tr¹ng th¸i nÒn cã mét líp tíi h¹n vµ hiÖn t−îng vì sãng ®· x¶y ra. C¸c ®−êng ®¼ng trÞ lµ nhiÖt ®é thÕ, vïng tèi lµ n¬i mµ m©y cã thÓ h×nh thµnh nÕu kh«ng khÝ ®ñ Èm (Durran vµ Klemp, 1987).9 C¸c tr¹ng th¸i cña dßng n−íc n«ng v−ît ®Þa h×nh: (a) dßng trªn 34 tíi h¹n (supercritical) ë mäi n¬i; (b) dßng d−íi tíi h¹n (subcritical) ë mäi n¬i vµ (c) lµ dßng cã b−íc nh¶y thñy lùc (hydraulic jump) (Durran, 1986a).10 C¬ chÕ h×nh thµnh m−a ®Þa h×nh: (a) m−a s−ên ®ãn giã trong 36 khÝ quyÓn æn ®Þnh, (b) m−a ®Þa h×nh trong khÝ quyÓn bÊt æn ®Þnh, vµ (c) M−a ®Þa h×nh g©y ra bëi c¬ chÕ “m©y nu«i d−ìng” (Lin, 1993).11 M« h×nh t¸i sinh vµ lan truyÒn æ ®èi l−u.
Bao gåm bèn giai 37 ®o¹n: (a) h×nh thµnh vµ duy tr× dßng th¨ng trong front giã giËt- GFU, (b) b×nh l−u ë r×a cña GFU ®ang ph¸t triÓn, (c) æ ®èi l−u ®ang ph¸t triÓn c1 bÞ c¾t rêi khái GFU bëi dßng gi¸ng båi hoµn phÝa ng−îc dßng, vµ (d) t¸i sinh æ vµ cïng tån t¹i mode ph¸t triÓn (c2 vµ c3) vµ mode lan truyÒn (c1) (Lin vµ c¸c §TG, 1998).12 MÆt c¾t th¼ng ®øng cña nhiÖt ®é thÕ (®−êng liÒn m¶nh), tèc ®é 39 th¼ng ®øng (vïng mê), l−îng n−íc m−a (®−êng liÒn ®Ëm), vµ biªn cña dßng mËt ®é (®−êng chÊm ®Ëm) cho Fw = 0,208 vµ U = 2,5 m s-1 (Chu vµ Lin, 2000).13 MÆt c¾t th¼ng ®øng cña biªn m©y (®−êng liÒn ®Ëm), tèc ®é 41 th¼ng ®øng (®−êng m¶nh liÒn- tèc ®é d−¬ng, nÐt ®øt- tèc ®é ©m), l−îng n−íc m−a (vïng tèi), vµ biªn cña dßng mËt ®é (nÐt ®øt ®Ëm) sau 2 (a), 4 (b), 6 (c) vµ 8 (d) giê (Chu vµ Lin, 2000). 44 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 (a) C−êng ®é m−a qui m« lín (®−êng ®øt) vµ m−a ®èi l−u 59 (vïng mµu) vÏ qua 1, 5, 10, vµ 20 mm h-1 lóc 03 UTC 11/6/1985.2 (a) L−îng m−a ngµy lÊy trung b×nh tõ 1/6/1985 ®Õn 1/5/1986 67 sö dông s¬ ®å Tiedtke.3 (a) Tæng s¶n phÈm ng−ng kÕt (®−êng ®øt, vÏ qua 0.5 g kg-1) vµ 68 tèc ®é ®èt nãng ®èi l−u (®−êng liÒn vÏ qua 1 K h-1) tÝch luü theo chiÒu th¼ng ®øng lóc 03 UTC 11/6/1985.4 Tæng l−îng m−a tÝch luü th¸ng 7/1999 cho (a) s¬ ®å Betts- 69 Miller-J¹njic, (b) s¬ ®å Kain-Fritsch, (c) s¬ ®å Grell, vµ (d) sè liÖu m−a ®o ®¹c ph©n tÝch sö dông m¹ng thÇn kinh nh©n t¹o (Gochis vµ c¸c §TG 2002).5 HiÖu nhiÖt ®é m« pháng trung b×nh vµ quan tr¾c (trôc hoµnh, 70 0 K) trªn c¸c mÆt ®¼ng ¸p c¬ b¶n (trôc tung) cho c¸c tr¹m TUS (a), DRT (b), GYM (c), MCV (d), MZT (e), MAN (f) vµ GUD (g) (Gochis vµ c¸c §TG 2002).1 §Þnh nghÜa trung b×nh theo ph−¬ng ngang cña biÕn qui m« 94 l−íi dïng trong m« h×nh RAMS, theo Pielke (2001).1 Gi¶n ®å nhiÖt ®éng t¹i 16,0°N-108,2°E do RAMS néi suy tõ sè 100 liÖu t¸i ph©n tÝch NCEP-NCAR lóc 00 UTC ngµy 24/11/2004.2 Ph©n bè TASR 24 giê (mm) cho m« pháng lý t−ëng f0 (a), f2 101 (b), f1 (c), vµ f12 (d). §−êng ®¼ng trÞ vÏ c¸ch nhau 10 mm. Vïng t« ®Ëm lµ ®Þa h×nh (m).2, ngo¹i trõ vÏ cho RASR.
§−êng ®¼ng trÞ vÏ 102 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com c¸ch nhau 1,25 mm.4 MÆt c¾t th¼ng ®øng-vÜ h−íng ®i qua t©m miÒn tÝnh cho vector 103 giã vµ tèc ®é ®èt nãng ®èi l−u sau 4 (a), 8 (b), 12 (c), 16 (d), 20 (e), vµ 24 (f) giê tÝch ph©n cho tr−êng hîp f1. C¸c ®−êng ®¼ng trÞ vÏ qua 8x10-4 K s-1.4, ngo¹i trõ vÏ cho tr−êng hîp f12. §−êng ®¼ng trÞ vÏ c¸ch nhau 10 mm.7 CÊu h×nh miÒn tÝnh cho m« pháng sù kiÖn thùc.8 ¸p suÊt mÆt biÓn vµ tr−êng giã mùc 1000 mb khu vùc ViÖt 108 Nam lóc 00 UTC ngµy 24/11/2004. Sè liÖu t¸i ph©n tÝch NCEP- NCAR.