Ảnh hưởng của đồng hóa dữ liệu radar đến dự báo mưa ngắn hạn ở thành phố Hồ Chí Minh

• Tác giả: Trần Duy Thức
• Người hướng dẫn: TS. Công Thanh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khí tượng học
• Đề tài: Tác Động Của Đồng Hóa Dữ Liệu Radar Đến Dự Báo Mưa Ngắn Hạn Tại TP.HCM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về đồng hóa số liệu
• 1.2. Nghiên cứu đồng hóa số liệu RADAR trong bài toán dự báo mưa lớn hạn ngắn bằng phương pháp 3DVAR
• 1.3. Khu vực nghiên cứu và mục tiêu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU
• 2.1. Phương pháp đồng hóa số liệu Radar trong WRF-3DVAR
• 2.2. Giới thiệu về mô hình WRF
• 2.3. Giới thiệu về phương pháp biến phân ba chiều 3DVAR
• 2.4. Hệ thống đồng hóa 3DVAR trong mô hình WRF
• 2.5. Tương quan sai số trường nền
• 2.6. Quy trình xử lý số liệu Radar Nhà Bè
• 2.7. Giới thiệu về Radar Nhà Bè
• 2.8. Xử lý số liệu Radar Nhà Bè
• 2.9. Số liệu mưa lớn
• 2.10. Số liệu chạy mô hình
• 2.11. Thiết kế thí nghiệm
• 2.12. Phương pháp đánh giá dự báo
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Một số ảnh hưởng của quá trình đồng hóa
• 3.2. Ảnh hưởng của đồng hóa Radar đến thay đổi trường ban đầu
• 3.3. Ảnh hưởng của đồng hóa trong quá trình tích phân của mô hình
• 3.4. Kết quả mô phỏng mưa lớn cho đợt mưa 02-03/08/2016
• 3.5. Hình thế synop đợt mưa 02-03/08/2016
• 3.6. Khả năng mô phỏng mưa lớn cho đợt mưa 02-03/08/2016
• 3.7. Đánh giá sai số
• 3.7.1. Kết quả sai số cho hạn 06h
• 3.7.2. Kết quả sai số cho hạn 12h
• 3.7.3. Kết quả sai số cho hạn 24h
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về đồng hóa dữ liệu

Đồng hóa dữ liệu là một phương pháp quan trọng trong dự báo thời tiết, giúp cải thiện độ chính xác của các mô hình dự báo. Đồng hóa dữ liệu radar đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp thông tin thời gian thực, đặc biệt là trong bối cảnh dự báo mưa ngắn hạn tại TP.HCM. Theo Daley (1991), việc xác định điều kiện ban đầu cho mô hình dự báo là rất cần thiết, tuy nhiên, đây là một quá trình phức tạp. Dữ liệu radar cung cấp một lượng lớn thông tin từ bề mặt đến nhiều mực độ cao với độ phân giải cao, điều này cực kỳ hữu ích cho việc dự báo các hiện tượng thời tiết như bão và mưa lớn. Lịch sử của đồng hóa số liệu bắt đầu từ những năm 1950, với nhiều phương pháp khác nhau được phát triển, từ phương pháp thực nghiệm đến các phương pháp biến phân như 3DVAR và 4DVAR. Những phương pháp này giúp cải thiện đáng kể chất lượng dự báo bằng cách tối ưu hóa điều kiện ban đầu cho mô hình.

1.1. Lịch sử và phát triển của đồng hóa dữ liệu

Lịch sử đồng hóa dữ liệu bắt đầu từ những năm 1950 với các phương pháp nội suy thủ công. Qua thời gian, các phương pháp tự động và khách quan đã được phát triển, giúp cải thiện độ chính xác của các dự báo. Các phương pháp như 3DVAR và 4DVAR đã trở thành tiêu chuẩn trong việc đồng hóa dữ liệu radar, cho phép tối ưu hóa điều kiện ban đầu cho mô hình dự báo. Sự phát triển của công nghệ máy tính đã thúc đẩy sự phát triển của các phương pháp này, cho phép thực hiện các thuật toán phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả.

II. Phương pháp đồng hóa dữ liệu radar

Phương pháp đồng hóa dữ liệu radar trong mô hình WRF-3DVAR là một trong những kỹ thuật tiên tiến nhất hiện nay. Công nghệ radar cung cấp dữ liệu thời gian thực, giúp cải thiện đáng kể độ chính xác của dự báo thời tiết. Việc sử dụng mô hình WRF cho phép tích hợp dữ liệu radar vào quy trình đồng hóa, từ đó tạo ra một trường ban đầu chính xác hơn. Quy trình này bao gồm việc xử lý dữ liệu radar, xác định sai số trường nền và áp dụng các phương pháp biến phân để tối ưu hóa điều kiện ban đầu. Kết quả cho thấy rằng việc đồng hóa dữ liệu radar có tác động tích cực đến chất lượng dự báo, đặc biệt là trong các tình huống mưa lớn tại TP.HCM.

2.1. Quy trình xử lý dữ liệu radar

Quy trình xử lý dữ liệu radar bao gồm nhiều bước, từ việc thu thập dữ liệu đến việc áp dụng các phương pháp đồng hóa. Dữ liệu radar được thu thập từ các trạm radar tại Nhà Bè, sau đó được xử lý để loại bỏ nhiễu và cải thiện độ chính xác. Các thông tin này sau đó được đưa vào mô hình WRF để tạo ra các dự báo chính xác hơn. Việc áp dụng phương pháp 3DVAR giúp tối ưu hóa điều kiện ban đầu, từ đó nâng cao chất lượng dự báo mưa ngắn hạn.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng đồng hóa dữ liệu radar có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng dự báo mưa ngắn hạn tại TP.HCM. Các mô phỏng cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong việc dự báo lượng mưa và thời gian xảy ra mưa lớn. Đặc biệt, trong các trường hợp mưa lớn điển hình, việc áp dụng đồng hóa dữ liệu radar đã giúp giảm thiểu sai số dự báo. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc cải thiện hệ thống dự báo thời tiết tại thành phố, giúp giảm thiểu thiệt hại do thiên tai.

3.1. Đánh giá sai số dự báo

Đánh giá sai số dự báo là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các kết quả cho thấy rằng sai số dự báo giảm đáng kể khi áp dụng đồng hóa dữ liệu radar. Cụ thể, các chỉ số như MAE và RMSE cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong các trường hợp có đồng hóa so với không đồng hóa. Điều này chứng tỏ rằng công nghệ radar không chỉ cung cấp dữ liệu chính xác mà còn giúp nâng cao chất lượng dự báo, đặc biệt trong bối cảnh thời tiết biến đổi nhanh chóng tại TP.HCM.