...Lê Văn Tuân.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN LÊ VĂN TUÂN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRẬN MƯA LỚN CUỐI THÁNG 7 ĐẦU THÁNG 8 NĂM 2015 Ở QUẢNG NINH BẰNG MÔ HÌNH WRF Ch

KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN

LÊ VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRẬN MƯA LỚN CUỐI THÁNG 7 ĐẦU THÁNG 8 NĂM 2015 Ở QUẢNG NINH

BẰNG MÔ HÌNH WRF

HÀ NỘI, NĂM 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN

LÊ VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TRẬN MƯA LỚN CUỐI THÁNG 7 ĐẦU THÁNG 8 NĂM 2015 Ở QUẢNG NINH

BẰNG MÔ HÌNH WRF

Chuyên ngành : Khí tượng học

Mã ngành : D440221

Cán bộ hướng dẫn: TS NGUYỄN VĂN HIỆP

HÀ NỘI, NĂM 2016

i

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là bài nghiên cứu của riêng em và được hướng dẫn khoa

học bởi TS Nguyễn Văn Hiệp Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài là trung

thực và chưa được công bố dưới bất kì hình thức nào trước đây Những số liệu trong

các bảng biểu, hình vẽ phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được em sử

dụng từ các nguồn số liệu khác nhau Ngoài ra trong đồ án còn sử dụng một số nhận

xét đánh giá của các tác giả, các cơ quan tổ chức khác đều được chú thích và trích dẫn

nguồn gốc rõ ràng Em xin hoàn toàn chịu trách nghiệm về bài đồ án của mình

Hà Nội, tháng 6 năm 2016

Lê Văn Tuân

ii

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Hiệp - Giám đốc

Trung tâm Ứng dụng Vật lý Địa Cầu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt

Nam, người thầy đã trực tiếp chỉ bảo tận tình, định hướng chủ đề và tạo điều kiện cho em

trong quá trình làm khoá luận tốt nghiệp Em cảm ơn thầy về những kiến thức quý báu,

những lời khuyên và những lời góp ý chân thành để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt

nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô tại Khoa Khí tượng Thuỷ văn, Trường

Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt cho

em những kiến thức chuyên ngành trong quá trình học tập trên giảng đường những

năm học qua

Em gửi lời cảm ơn tới các cô chú, các anh chị công tác tại Trung tâm nghiên cứu

Khí tượng - Khí hậu, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã giúp

đỡ, cung cấp số liệu và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian em làm đồ án vừa qua

Em xin cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng - Khí hậu đã tạo điều

kiện về vật chất, chỗ ngồi, máy tính để có thực hiện tốt bài nghiên cứu này

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè

đã luôn giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình học

tập cũng như trong cuộc sống

Dù em đã cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ nên đồ

án này vẫn còn những thiếu sót, em rất mong được thầy cô và các bạn có những ý kiến

đóng góp cho bài khoá luận tốt nghiệp của em trở nên hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 6 năm 2016

Sinh viên

Lê Văn Tuân

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG ix

LỜI MỞ ĐẦU x

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích, nhiệm vụ và phạm vi của đề tài 1

2.1 Mục đích 1

2.2 Nhiệm vụ 1

2.3 Phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 3

1.1.1 Vị trí địa lý 3

1.1.2 Điều kiện tự nhiên 4

1.1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 5

1.2 Các đặc trưng chung và ảnh hưởng của mưa lớn tới khu vực nghiên cứu 5

1.2.1 Phân loại, điều kiện gây mưa lớn 5

1.2.2 Các hình thế gây mưa lớn ở Bắc Bộ Việt Nam 6

1.2.3 Các hình thế kết hợp gây mưa lớn ở Bắc Bộ Việt Nam 7

1.2.4 Ảnh hưởng của mưa lớn tới khu vực nghiên cứu 8

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 9

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 9

iv

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 11

CHƯƠNG II MÔ HÌNH VÀ SỐ LIỆU 14

2.1 Mô hình WRF 14

2.1.1 Giới thiệu mô hình 14

2.1.2 Quá trình vật lý trong mô hình 16

2.2 Thiết kế thí nghiệm 25

2.3 Số liệu và phương pháp nghiên cứu 26

2.3.1 Số liệu 26

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 26

CHƯƠNG III KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY MƯA LỚN

……… 28

3.1 Kết quả mô phỏng 28

3.1.1 Mô phỏng trường gió 28

3.1.2 Mô phỏng trường mưa 28

3.1.3 Mô phỏng vận tải ẩm 29

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của độ phân giải miền tính 30

3.3 Đánh giá chất lượng dự báo mô hình 34

3.3.1 Đánh giá vai trò của lựa chọn vật lý 34

3.3.2 Đánh giá kết quả dự báo mưa trên khu vực nghiên cứu 35

3.4 Cơ chế gây ra trận mưa lớn 38

3.4.1 Diễn biến đợt mưa lớn 38

3.4.2 Hình thế và điều kiện khí quyển trong đợt mưa 42

3.4.3 Vai trò của địa hình 48

3.4.4 Vai trò của vận tải ẩm 52

3.4.5 Một số kết luận về cơ chế gây mưa lớn 54

KẾT LUẬN 55

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

v

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ARW Mô hình WRF tiên tiến (Advanced Research WRF)

CS Sóng lạnh (Cold Surge), đợt không khí lạnh

GFS Số liệu dự báo toàn cầu (Global Forecast System)

CFSR Số liệu tái phân tích từ mô hình khí hậu toàn cầu của Hoa Kỳ

(Climate Forecast System Reanalysis)

ITCZ Dải hội tụ nhiệt đới (Inter Tropical Convergence Zone)

MAE Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error)

KKL Không khí lạnh

KKLTC Không khí lạnh tăng cường

ME Sai số trung bình (Mean Error)

MM5 Mô hình quy mô trung bình thế hệ thứ 5 (Fifth-Generation NCAR

Mesoscale Model)

PBL Lớp biên hành tinh (Planet Boundary Layer)

RMSE Sai số bình phương trung bình (Root Mean Sqare Error)

SLP Áp suất mực biển (Sea Level Pressure)

TDD Nhiễu động - Áp thấp nhiệt đới (Tropical Depression-type Disturbance)

vi

TC Xoáy thuận nhiệt đới (Tropical Cyclone)

WRFDA Đồng hóa dữ liệu WRF (WRF Data Assimilation)

WRF Mô hình nghiên cứu và dự báo Thời tiết (Weather Research and

Forecasting)

NOOA Cục quản lý đại dương và khí quyển quốc gia Mỹ (National Oceanic and

Atmospheric Administration)

NCEP Trung tâm Dự báo Môi trường Quốc gia Hòa Kỳ (National Centers for

Environmental Prediction)

GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product)

MST Rãnh gió mùa (Monsoon Trough)

JMA Cơ quan khí tương Nhật Bản (Japan Meteorological Agency)

CRIEPI Viện Nghiên cứu Trung ương (Central Research Institute of Electric

Power Industry)

TRMM Lượng mưa khu vực nhiệt đới (Tropical Rainfall Measuring Mission)

IMHEN Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu

CN Cập nhật

KCN Không cập nhật

AC CNĐ Áp cao cận nhiệt đới

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ địa lý khu vực Đông Bắc Việt Nam [16] 3

Hình 1.2 Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ninh [20] 4

Hình 1.3 Cơ chế gây mưa lớn bởi địa hình và xoáy thuận nhiệt đới [7] 6

Hình 1.4 Hậu quả của mưa lớn gây lũ sụt sạt lở đất ở một số khu vực tỉnh 9

Hình 1.5 Lượng mưa và đường dòng (925hPa) trong trận mưa tháng 10-11 năm 1999 ở miền Trung Việt Nam số liêu JMA và CRIEP 10

Hình 2.1 Cấu trúc mô hình WRF [17] 14

Hình 2.2 Minh họa quá trình vậy lý trong các lựa chọn của mô hình WRF [18] 17

Hình 2.3 Sơ đồ tương tác vật lí [18] 21

Hình 2.5 Sơ đồ chạy hệ thống tiền sở lý số liệu ban đầu 22

Hình 2.6 Miền tính lựa chọn trong mô hình WRF 25

Hình 3.1 Mô phỏng trường gió ở mực 10m (ms-1) từ 00z -18z ngày 27/7/2015 28

Hình 2.2 Lượng mưa (mm) tích lũy 24h mô phỏng bởi mô hình WRF của miền 3 từ ngày 26-29/7/2015 29

Hình 3.3 Vận tải ẩm (kg m-1s-1) của cột không khí 1000 - 500mb của 30

ngày 27-28 /7/2015 30

Hình 3.4 Lượng mưa (mm) tích lũy 24h từ ngày 26-27/7/2015 miền 2 và miền 3 31

Hình 3.5 Lượng mưa tích lũy 24h từ bộ dữ liệu TRMM 3B42 [mm] 32

Hình 3.6 Lượng mưa (mm) quan trắc từ 12z ngày 24/07/2015-05/08/2015 33

Hình 3.7 Lượng mưa tích lũy từ bộ dữ liệu TRMM 3B42 (mm) từng ngày từ ngày 12z ngày 24/07/2015- 05/08/2015 33

Hình 3.8 Lượng mưa (mm) tích lũy từ 12z ngày 25/07/2015-03/08/2015 34

Hình 3.9 Các lựa chọn tham số vật lý của từng mô hình và kết quả sản phẩm thu được lượng mưa (mm) 24h của ngày 27/7/2015 35

viii

Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện sai số giữa số liêu quan trắc và số liệu mô hình ngày 27/8

và 03/8/2015 37

Hình 3.11 Biểu đồ lượng mưa (mm) từ ngày 25/7 đến 6/8 năm 1975-2006 và năm 2015 của các trạm quan trắc của tỉnh Quảng Ninh 40

Hình 3.12 Biểu đồ lượng mưa (mm) các trạm quan trắc tỉnh Quảng Ninh từ ngày 25/7 đến 6/8 năm 2015 và trung bình năm từ năm 1975-2006 41

Hình 3.1 Bản đồ synop bề mặt của Thái Lan 19h ngày 25-26 /7/ 2015 42

Hình 3.14 Bản đồ đường dòng các mực 850-200mb của ngày 26/7/2015 42

Hình 3.15 Mô phỏng cấu trúc dòng không khí theo chiều thẳng đứng từ mực 43

Hình 3.16 Ảnh mây vệ tinh lúc 14-15h ngày 26/07/2016 của JMA 44

Hình 3.17 Bản đồ bề mặt và bản đồ đường dòng mực 850mb từ ngày 45

Hình 3.18 Bản đồ bề mặt và bản đồ đường dòng mực 850mb từ ngày 31/7-03/8/2015 46

Hình 3.19 Bản đồ đường dòng, hội tụ gió (s-1) mực 850, 500mb từ ngày 02/8/2015 47

Hình 3.20 Độ cao địa hình thực và lượng mưa tích lũy 24h ngày 27/7/2015 48

Hình 3.21 Độ cao địa hình đưa về mực 2m và trường mưa ngày 27/7/2015 48

Hình 3.22 Mặt cắt thẳng đứng gió vĩ hướng và gió thẳng đứng từ 1000-200mb 06z từ ngày 25 đến 28/07/2015 49

Hình 3.23 Mặt cắt thẳng đứng qua vĩ độ 14,33ºN của tốc độ gió mô phỏng [ms-1] và vector gió thẳng đứng đã nhân với 100 tại thời điểm 06z 25-28/07/2015 50

Hình 3.24 Mặt cắt vĩ hướng (a), kinh hướng (b) qua khu vực có địa hình ngày 27/7/2015 51

Hình 3.26 Bản đồ vận tải ẩm(kgm-1s-1) 12z từ ngày 25 đến 28-7-2015 53

Hình 3.27 Tổng lượng nước (mm) của khí quyển lúc 00z ngày 25/07/2015 54

Hình 3.28 Sơ đồ mô phỏng quá trình gây mưa lớn trên khu vực nghiên cứu 56

ix

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê nguyên nhân gây mưa lớn trên khu vực Bắc Bộ từ năm 2005

-2013 7

Bảng 1.2 Tổng hợp các đợt mưa lớn xảy ra trên khu vực Bắc Bộ từ năm 2005-2013 8

Bàng 2.1 Tùy chọn tham số vật lý cho mô hình 16

Bảng 2.2 Tùy chọn bức xạ sóng dài 17

Bảng 2.3 Sơ đồ bức xạ sóng ngắn 18

Bảng 2.4 Tùy chọn lớp biên hành tinh trong mô hình WRF 19

Bảng 2.5 Tùy chọn tham số hóa đối lưu mây tích 19

Bảng 3.1 Kết quả đánh giá của ba sự lựa chọn mô hình mưa ngày 27/7/2015 36

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá sai số trong 10 ngày mưa từ ngày 26/7-3/8/2015 36

Bảng 3.3 Lượng mưa (mm) các trạm ven biển vịnh Bắc Bộ 38

Bảng 3.4 Lượng mưa (mm) các trạm tỉnh Quảng Ninh từ ngày 25/7 đến 03/8/2016 39

Bảng 3.5 Tổng mưa (mm) 10 ngày các trạm tỉnh Quảng Ninh 40

Bảng 3.6 Vận tốc dịch chuyển (ms-1) của áp thấp từ ngày 25/7-3/8/2015 47