ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đỗ Thị Thu Nga NHẬN DẠNG HÌNH THẾ THỜI TIẾT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đỗ Thị Thu Nga NHẬN DẠNG HÌNH THẾ THỜI TIẾT Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngêi híng dÉn khoa häc Tiến sĩ Bùi Thế Duy Hà Nội - 2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 2- MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH . 4 DANH SÁCH CÁC BẢNG . TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO THỜI TIẾT .1 Khái niệm về thời tiết.2 Quan trắc thời tiết.1 Mạng lƣới trạm khí tƣợng .2 Hạn quan trắc .3 Xử lý và chỉnh lý số liệu .1 Mã hoá và giải mã .2 Kiểm tra số liệu .3 Trao đổi và lƣu trữ số liệu .4 Các phƣơng pháp dự báo thời tiết .5 Các hình thế thời tiết . PHƢƠNG PHÁP SYNOP VÀ MÔ HÌNH DỰ BÁO SỐ TRỊ .1 Phƣơng pháp synop .3 Phân tích bản đồ .2 Mô hình dự báo số trị .1 Giới thiệu mô hình MM5 .2 Cấu trúc mô hình MM5 .3 Một số giải pháp mới cho bài toán nhận dạng hình thế thời tiết . 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 3- Chƣơng 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG NHẬN DẠNG HÌNH THẾ THỜI TIẾT .1 Bài toán nhận dạng hình thế thời tiết .2 Bài toán nhận dạng hình thế thời tiết .3 Giới hạn của bài toán .4 Đặc điểm của các hình thế thời tiết.2 Phƣơng pháp nhận dạng hình thế thời tiết .3 Hệ thống nhận dạng hình thế thời tiết .1 Công cụ xây dựng hệ thống .3 Lƣợc đồ luồng dữ liệu .4 Giao diện hệ thống .5 Đặc tả các chức năng trong hệ thống .4 Đánh giá kết quả . 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 82 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 4- DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.2 Những ký hiệu về hiện tượng thời tiết và mây điền lên bản đồ.3 Các hình thế khí áp bề mặt .4 Mô hình hệ thống dự báo số trị MM5.5 Cấu trúc mô hình MM5 với các mô đun.6 Mô đun REGRID.7 Bản đồ synop lúc 0 giờ ngày 22/1/2007.1 Mô hình hệ thống nhận dạng hình thế thời tiết .2 Lược đồ luồng dữ liệu.3 Cửa sổ giao diện chương trình.4 Biểu mẫu “Nhập hình thế mẫu”.5 Biểu mẫu “Nhập dữ liệu theo ngày”.6 Cửa sổ hiển thị “Danh sách các trạm”.7 Cửa sổ “Hình thế thời tiết”.8 Bản đồ mô phỏng Áp cao Siberia.9 Bản đồ mô phỏng Áp thấp Nam Á. 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 5- DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng “Hình thế thời tiết” . 58 Bảng “Thông tin trạm” . 59 Bảng “Dữ liệu trạm” . 59 Bảng tóm tắt các hình thế mẫu . 71 Bảng tọa độ trạm . 71 Bảng dữ liệu các trạm thử nghiệm . 72 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 6- MỞ ĐẦU Thời tiết là quá trình khí quyển được đặc trưng bởi tập hợp các yếu tố khí tượng và sự biến thiên của chúng. Các yếu tố khí tượng liên quan mật thiết với nhau nên khi theo dõi sự biến thiên của một số yếu tố ta có thể suy đoán về những biến thiên có thể xảy ra của các yếu tố khác. Thời tiết ảnh hưởng quan trọng đến mọi mặt hoạt động trong cuộc sống của con người. Vì vậy hàng ngày chúng ta vẫn thường theo dõi diễn biến thời tiết và xem các bản tin thời tiết trên các kênh thông tin. Chúng ta luôn mong muốn nắm bắt được qui luật của thời tiết cũng như dự báo sớm tình hình thời tiết để đưa ra quyết định thực thi một hoạt động nào đó. Hơn thế nữa việc dự báo thời tiết sớm sẽ giúp con người có thể phòng chống thiên tai, giảm thiểu tối đa thiệt hại do thời tiết xấu mang lại. Về cơ bản, trước hết muốn dự báo thời tiết, các dự báo viên khí tượng phải nghiên cứu diễn biến thời tiết qua những yếu tố khí tượng đã quan trắc được một cách chi tiết. Từ những yếu tố khí tượng này họ nhận dạng được hình thế thời tiết đang chế ngự trên địa bàn khảo sát và xác định tên của loại hình thời tiết đó. Do hình thế thời tiết ảnh hưởng trực tiếp đến thời tiết của vùng đang xét và ảnh hưởng rộng ra các vùng lân cận nên việc nhận dạng hình thế thời tiết trong quá trình dự báo thời tiết rất quan trọng. Tổ chức khí tượng thế giới có tên là WMO (World Meteorological Organization) đã thiết lập một mạng lưới thông tin khí tượng trên toàn cầu. Các số liệu quan trắc được từ các trạm khí tượng trong mạng lưới của của mỗi quốc gia được gửi về trung tâm dự báo quốc gia, các trung tâm dự báo quốc gia kết nối vào 23 trung tâm khu vực và kết nối 23 trung tâm khu vực này vào 3 trung tâm toàn cầu đóng tại các thành phố Moscow, Washington và Melbourne [3]. Các trung tâm toàn cầu thu thập toàn bộ số liệu khí tượng trên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 7- thế giới gửi trở lại các trung tâm khu vực và các trung tâm quốc gia. Khi đã có các số liệu của toàn khu vực và toàn cầu người ta thiết lập các bản đồ synop quy mô châu lục để thực hiện các công việc tiếp theo, đó là việc nhận dạng hình thế thời tiết. Sau khi xác định được hình thế thời tiết, dự báo viên sẽ áp dụng các phương pháp dự báo để dự báo thời tiết. Quy trình thu thập số liệu và dự báo thời tiết như trên có thể được chia thành ba giai đoạn: Giai đoạn thu thập, trao đổi và lưu trữ số liệu; giai đoạn nhận dạng hình thế thời tiết và giai đoạn dự báo thời tiết. Trong ba giai đoạn này thì hai giai đoạn đầu có thể áp dụng máy móc và công nghệ để thay thế con người. Nhưng đối với giai đoạn thứ ba chúng ta chưa làm như vậy được bởi vì máy móc không thể có kinh nghiệm và tính nhạy cảm như con người để có thể dự báo những diễn biến phức tạp tiềm ẩn của thời tiết. Chính vì vậy, việc dự báo chính xác thời tiết vẫn luôn là bài toán khó của ngành khí tượng. Đến nay trên thế giới người ta đã ứng dụng nhiều phương pháp dự báo thời tiết như: phương pháp synop, phương pháp thống kê, phương pháp số trị. Trong các phương pháp đó thì phương pháp dự báo số trị được ứng dụng mạnh mẽ nhờ máy tính ngày nay có khả năng tinh toán lớn. Tuy vậy liên quan đến bài toán nhận dạng hình thế thời tiết bằng việc áp dụng công nghệ thông tin lại chưa được quan tâm nhiều. Ở Việt Nam, Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Quốc gia người ta đã sử dụng các mô hình dự báo số trị để dự báo thời tiết. Nhưng việc chạy mô hình này mới chỉ được vận hành một cách thủ công, nghĩa là việc đưa số liệu vào mô hình chưa được tự động hóa và các tham số có thể bị thay đổi theo ước lượng chủ quan của người vận hành mô hình. Việc áp dụng mô hình dự báo số trị là một bước tiến lớn của ngành dự báo thời tiết, ưu điểm lớn nhất của mô hình này là nó mang lại kết quả dự báo thời tiết với độ chính xác cao. Nhưng chúng ta vẫn gặp phải rất nhiều khó khăn khi ứng dụng mô hình dự báo số trị để dự báo thời tiết bởi vì mô hình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 8- này dựa trên hệ phương trình thủy nhiệt động lực học hết sức phức tạp. Hệ phương trình này bao gồm mối quan hệ phụ thuộc giữa các yếu tố khí tượng rất nhằng nhịt mà người ta không thể tìm ra được nghiệm tổng quát của hệ phương trình. Mô hình dự báo số trị được chạy với khối lượng dữ liệu tính toán rất lớn và kết quả đầu ra của mô hình phụ thuộc nhiều vào độ chính xác và đầy đủ của số liệu đầu vào. Thực tế ở Việt Nam việc thu thập số liệu quan trắc không được tự động hoá nên việc này còn rất nhiều hạn chế. Nhiều khi chúng ta không có được số liệu đầy đủ và chính xác do phải phụ thuộc vào năng lực quan trắc và ý thức của con người. Mặt khác, ở Việt Nam, dữ liệu quan trắc không được cung cấp công khai theo quy định quốc tế nên ngoài trung tâm dự báo quốc gia thì các đơn vị khác muốn lấy được dữ liệu quan trắc đầy đủ cần bỏ ra chi phí lớn vì vậy việc áp dụng mô hình số trị còn chưa được ứng dụng ở nhiều nơi trong nước. Nếu chúng ta không thể dự báo thời tiết bằng mô hình dự báo số trị vì những khó khăn nêu trên thì chúng ta có thể sử dụng máy tính để nhận dạng hình thế thời tiết, sau đó bằng kinh nghiệm chúng ta sẽ tiến hành dự báo thời tiết. Do hình thế thời tiết được hình thành từ các khối khí tương đối đồng nhất về tính chất vật lý như nhiệt độ, độ ẩm,. và chúng chuyển động khá trật tự trong hoàn lưu khí quyển nên trong cùng một hình thế số liệu quan trắc khí tượng ở các trạm gần nhau sẽ tương tự nhau, khí áp của hình thế thời tiết có xu thế tăng dần hay giảm dần từ tâm hình thế ra ngoài. Ngoài ra các yếu tố khí tượng có mối quan hệ khăng khít và tác động qua lại với nhau cho nên từ một vài yếu tố khí tượng nào đó có thể suy diễn lô gíc ra những yếu tố khí tượng khác. Chính từ những đặc điểm và tính chất trên của hình thế thời tiết mà việc nhận dạng hình thế thời tiết hoàn toàn có thể thực hiện được khi không có đầy đủ số liệu quan trắc khí tượng. Vì vậy chỉ cần sử dụng một vài LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 9- yếu tố khí tượng cơ bản như khí áp, nhiệt độ, điểm sương,. chúng ta có thể nhận dạng được hình thế thời tiết. Trong quá trình nghiên cứu khoa học về thời tiết và dự báo thời tiết, tôi mong muốn xây dựng một công cụ nhận dạng hình thế thời tiết để hỗ trợ giảng dạy môn dự báo khí tượng tại nơi tôi đang làm việc, đó là Trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Vì vậy, ý tưởng về việc ứng dụng công nghệ thông tin để số hóa bản đồ synop [3] và nhận dạng hình thế thời tiết đã được hình thành trong tôi. Tôi bắt đầu tìm hiểu và định hướng việc nghiên cứu đề tài mang tên “Nhận dạng hình thế thời tiết”.
Nhận Dạng Hình Thế Thời Tiết - Luận Văn Thạc Sĩ VNU UET
Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu nhận dạng hình thế thời tiết, ứng dụng công nghệ hiện đại trong dự báo khí hậu và biến đổi thời tiết.
Trường đại học
Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà NộiChuyên ngành
Công nghệ thông tinNgười đăng
Ẩn danhThể loại
Luận văn thạc sĩPhí lưu trữ
30 PointMục lục chi tiết
THÔNG TIN CHI TIẾT
Tác giả: Đỗ Thị Thu Nga
Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Bùi Thế Duy
Trường học: Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Đề tài: Nhận Dạng Hình Thế Thời Tiết
Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản: 2007
Địa điểm: Hà Nội
Trích đoạn nội dung tài liệu
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ