(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu cải tiến và áp dụng sơ đồ đồng hóa số liệu cho mô hình HRM dự báo mưa gây lũ ở đồng bằng sông cửu long

Mục lục Lời cảm ơn ii Lời cam đoan iii Mục lục iv an mục c c iệu c ữ viết tắt v an mục bảng biểu viii an mục ìn vẽ ix Mở đầu C ương Tổng quan mưa lớn gây lũ lụt đồng sông Cửu Long ả dự b o .11 1.1 Mưa lớn gây lũ lụt Đồng sông Cửu Long 11 1.2 ự b o mưa lớn gây lũ lụt đồng sông Cửu Long 24 C ương Cơ sở l t uyết p ân tíc c quan .35 2.1 K i qu t c c p ương p p p ân tíc c quan 35 2.2 P ương p p iệu c ỉn liên tiếp Barnes 42 2.3 P ương p p biến p ân ba c iều VAR 51 C ương Xây dựng ệ t ống đồng óa số liệu .58 3.1 T m s t iểm tra c ất lượng t m s t 58 3.2 P ân tíc c quan 71 3.3 Ban đầu óa 81 3.4 Mơ ìn dự b o 87 3.5 Hệ t ống đồng óa số liệu 96 C ương Kết dự b o t ng iệm từ p ân tíc ệ t ống đồng óa số liệu đ n gi 101 4.1 P t triển ệ t ống p ân tíc mưa 101 4.2 Đ n gi dự b o mưa địn lượng lưu sông Me ong 109 Kết luận 135 Kiến ng ị n ững ng iên cứu tiếp t eo .138 an mục c c cơng trìn Tài liệu t am oa ọc t c giả liên quan đến luận n 139 ảo 140 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ục c c 1DVAR iệu c ữ viết tắt P ương p p biến p ân c iều sử dụng p ân tíc c quan 3B42 Trường mưa ng iên cứu từ vệ tin TRMM 3B42RT Trường mưa t ời gian t ực từ vệ tin TRMM 3DPSAS P ương p p biến p ân ba c iều t ực iện s t, sử dụng p ân tíc 3DVAR ơng gian t m c quan P ương p p biến p ân ba c iều t ực iện ìn , sử dụng p ân tíc ơng gian mơ c quan 4DVAR P ương p p biến p ân bốn c iều sử dụng đồng óa số liệu AMDAR Số liệu t m s t tự động từ m y bay t ương mại AMV B Số liệu gió x c địn từ vệ tin địa tĩn Ma trận sai số trường BMRC Trung tâm Ng iên cứu K í tượng Úc BUFR Một dạng mã óa số liệu quan trắc D í tượng Đ p ứng biên độ sơ đồ Barnes DFI Ban đầu óa lọc số Δn K oảng c c trung bìn c c quan trắc DRIBU DWD Δx Trạm p ao Cục T ời tiết Đức Độ p ân giải lưới p ân tíc ĐBSCL Đồng sơng Cửu Long ECMWF Trung tâm dự b o ạn vừa c âu Âu FAR FB FCY2 γ Tỷ số dự b o ống Sai số ệ t ống tần xuất Vệ tin địa tĩn Trung Quốc T am số ội tụ sơ đồ Barnes v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com GME H Mơ ìn dự b o t ời tiết toàn cầu Cục T ời tiết Đức To n tử quan trắc HIRLAM Mơ ìn dự b o t ời tiết u vực c c nước c âu Âu HRM Mơ ìn dự b o t ời tiết u vực Cục T ời tiết Đức HRM_DA HRM_GME P iên HRM có đồng óa số liệu P iên HRM ơng có đồng óa số liệu IDFI Ban đầu óa lọc số độ lệc IFS Hệ t ống dự b o t ời tiết toàn cầu c âu Âu J Hàm gi ay àm mục tiêu sử dụng c c p ương p p biến p ân p ân tíc JMANHM c quan Mơ ìn dự b o t ời tiết KTTV K í tượng T ủy văn LME Mơ ìn dự b o t ời tiết u vực Cục K í tượng N ật Bản u vực Cục T ời tiết Đức MAEG Sai số trung bìn lưới (trong p ương p p Barnes) MAEO Sai số trung bìn trạm (trong p ương p p Barnes) ME METEOSAT MM5 MTSAT Sai số trung bìn Vệ tin địa tĩn c âu Âu Mơ ìn dự b o t ời tiết u vực Đại ọc Pennsylvania Vệ tin địa tĩn N ật Bản NCEP Trung tâm ự b o Môi trường Quốc gia Hoa Kỳ NMC P ương p p x c địn ma trận sai số tương quan B đựa dự b o t ời điểm với ạn dự b o NMI NOAA O PILOT POD QuikSCAT R c n au Ban đầu óa t àn p ần c ín Vệ tin quỹ đạo cực đo xạ 40 ên p ổ Mỹ Ma trận sai số t m s t Trạm đo gió cao X c suất p t iện mưa Vệ tin quỹ đạo cực x c địn gió mặt biển Mỹ B n ín ản ưởng sơ đồ Barnes vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Rc B n ín cắt sơ đồ Barnes RMSE Sai số quân p ương trung bìn SHIP Trạm quan trắc bề mặt tàu biển SYNOP Trạm quan trắc bề mặt TEMP Trạm cao ông TRMM Số liệu mưa t m s t u vực n iệt đới từ tổ ợp vệ tin địa tĩn vệ tin cực TSS C ỉ số t ống ê ỹ t ực VarQC Kiểm tra c ất lượng biến p ân vii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ục bả g biểu Bảng 1.1 Tần suất p t ấp ản ưởng đến lưu sông Me ong 1947 – 2002 (Trung tâm Quốc gia ự b o KTTV 2002) 15 Bảng 3.1 T m s t ệ t ống p ân tíc ECMWF 9/2003 (T épaut 2003) 60 Bảng 3.2 Độ lệc c uẩn t m s t trạm SYNOP 73 Bảng 3.3 Độ lệc c uẩn t m s t trạm cao ông TEMP t eo mực p suất 73 Bảng 3.4 C c ệ số trước àm Bessel x c địn àm tương quan ngang (Rodin 2005) 78 viii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ục ì vẽ Hìn 1.1 Độ lệc c uẩn trung bìn lượng mưa ngày (tr i) tổng lượng mưa trung bìn lưu sơng Me ong (p ải) từ năm 1998 đến 2006 12 Hìn 1.2 Bản đồ địa ìn lưu sông Me ong 13 Hìn 1.3 Tổng lượng mưa từ t ng đến t ng 10 lưu sông Me ong năm 2000 (tr i) năm 1998 (p ải) 17 Hìn 1.4 Tổng lượng mưa từ t ng đến t ng 10 lưu sông Me ong năm 2001 (tr i) năm 2003 (p ải) 17 Hìn 1.5 Tổng lượng mưa t ng lưu sông Me ong năm 2000 (tr i) năm 2003 (p ải) 19 Hìn 1.6 Tổng lượng mưa t ng lưu sông Me ong năm 2001 (tr i) năm 2005 (p ải) 19 Hìn 1.7 Tổng lượng mưa t ng lưu sông Me ong năm 2002 (tr i) năm 2004 (p ải) 20 Hìn 1.8 Tổng lượng mưa t ng lưu sông Me ong năm 2001 (tr i) năm 1999 (p ải) 21 Hìn 1.9 Tổng lượng mưa t ng lưu sông Me ong năm 2001 (tr i) năm 1999 (p ải) 22 Hìn 1.10 Tổng lượng mưa t ng lưu sông Me ong năm 2000 (tr i) năm 2001 (p ải) 23 Hìn 2.1 Hàm trọng số Barnes bỏ qua ệ số c uẩn óa 44 Hìn 2.2 Hàm đ p ứng biên độ với lần quét t ứ n ất 45 Hìn 2.3 Hàm đ p ứng biên độ t eo p ương p p Barnes (1964) lần quét 46 Hìn 2.4 Hàm đ p ứng biên độ t eo p ương p p Barnes (1973) với γ = 0.2 48 Hìn 2.5 Hàm đ p ứng biên độ t eo p ương p p Barnes ba lần quét với γ = 0.2 49 Hìn 2.6 Qu trìn cực tiểu o àm mục tiêu J với biến .56 Hìn 3.1 P ân bố c c t m s t truyền t ống u vực Việt Nam 59 Hìn 3.2 Monitoring p ân bố c c quan trắc truyền t ống 64 Hìn 3.3 Monitoring p ân bố c c quan trắc viễn t m .65 ix TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hìn 3.4 Hàm tương quan ngang c c đạo àm Bên tr i: x c địn t eo àm Bessel Bên p ải: x c địn t eo àm đa t ức (Rodin 2005) 78 Hìn 3.5 Hàm tương quan t ẳng đứng độ cao - độ cao, n iệt độ - n iệt độ, n iệt độ - độ cao (bên tr i) p ương sai p ân bố t eo p ương t ẳng đứng n iệt độ (bên p ải) t eo Rodin (2005) 81 Hìn 3.6 Ba p ương p p lọc x c địn trường ban đầu ( ìn trịn trắng: c ưa lọc, ìn trịn đen: lọc, mũi tên nét đứt: tíc p ân đoạn n iệt, mũi tên nét liền: tíc p ân p i đoạn n iệt) 85 Hìn 3.7 Qu trìn vi vật l mây (Majews i 2005) 91 Hìn 3.8 Sơ đồ t am số óa đối lưu Tiedt e (Kiều T ị Xin 2005) 92 Hìn 3.9 C c qu trìn vận c uyển n iệt nước đất (Kiều T ị Xin 2005) 93 Hìn 3.10 Hệ t ống đồng óa số liệu c u ỳ .97 Hìn 4.1.C c trạm đo mưa truyền t ống lưu vực sông Me ong 103 Hìn 4.2 Lượng mưa 24 x c địn từ sản p ẩm 3B42RT (tr i) 3B42 (p ải) .105 Hìn 4.3 Bản đồ p ân bố c c quan trắc mưa c o ệ t ống p ân tíc 107 Hìn 4.4 P ân c ia lưu vực đ n gi dự b o sông Me ong 111 Hìn 4.5 P ân bố tổng lượng mưa t ng (tr i) t ng (p ải) năm 2005 113 Hìn 4.6 P ân bố tổng lượng mưa t ng (tr i) t ng (p ải) năm 2005 114 Hìn 4.7 P ân bố tổng lượng mưa t ng (tr i) t ng 10 (p ải) năm 2005 .115 Hìn 4.8 P ân bố tổng lượng mưa (tr i) độ lệc c uẩn lượng mưa ngày (p ải) từ t ng đến t ng 10 năm 2005 116 Hìn 4.9 P ân bố tổng lượng mưa dự b o địn lượng mưa 0024 từ t ng đến t ng 10 năm 2005 .117 Hìn 4.10 P ân bố sai số trung bìn dự b o địn lượng mưa 0024 118 Hìn 4.11 P ân bố sai số quân p ương dự b o địn lượng mưa 0024 118 Hìn 4.12 P ân bố ệ số tương quan dự b o địn lượng mưa 0024 119 Hìn 4.13 P ân bố sai số ệ t ống tần xuất dự b o địn lượng mưa 0024 120 Hìn 4.14 P ân bố x c suất p t iện dự b o địn lượng mưa 0024 121 x TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hìn 4.15 P ân bố tỷ số dự b o ống dự b o địn lượng mưa 0024 .121 Hìn 4.16 P ân bố c ỉ số t ống ê ỹ t ực dự b o địn lượng mưa 0024 122 Hìn 4.17 C c c ỉ số đ n gi liên tục dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Vientiane 124 Hìn 4.18 C c c ỉ số đ n gi n ị p ân dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Vientiane 124 Hìn 4.19 C c c ỉ số đ n gi liên tục dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Pakse 125 Hìn 4.20 C c c ỉ số đ n gi n ị p ân dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Pakse 126 Hìn 4.21 C c c ỉ số đ n gi liên tục dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Tây Nguyên 127 Hìn 4.22 C c c ỉ số đ n gi n ị p ân dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Tây Nguyên 128 Hìn 4.23 C c c ỉ số đ n gi liên tục dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Tonle Sap .129 Hìn 4.24 C c c ỉ số đ n gi n ị p ân dự b o địn lượng mưa 0024 lưu vực Tonle Sap .129 Hìn 4.25 P ân bố sai số trung bìn dự b o địn lượng mưa 2448 130 Hìn 4.26 P ân bố sai số quân p ương dự b o địn lượng mưa 2448 131 Hìn 4.27 P ân bố ệ số tương quan dự b o địn lượng mưa 2448 131 Hìn 4.28 P ân bố sai số ệ t ống tần xuất dự b o địn lượng mưa 2448h 132 Hìn 4.29 P ân bố c ỉ số t ống ê ỹ t ực dự b o địn lượng mưa 2448 132 xi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Mở đầu L lự c ọ đề tài Trong 46 năm gần ( ể từ i có quan trắc t ủy văn c c ệ t ống), ệ t ống sông Mekong xảy 10 trận lũ đặc biệt lớn gây ngập lụt lớn đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) Trung bìn năm có năm lụt lớn với mực nước đỉn lũ Tân C âu sông Tiền lớn ơn 4,5 mét Đặc biệt, năm 2000, ĐBSCL p ải đương đầu với trận lũ lụt lớn n ất ể từ năm 1926 đến Ngập lụt lớn n ất vùng Đồng T p Mười vùng lân cận, lớn ơn lũ lụt đặc biệt lớn năm 1978, 1996 oảng 20 đến 60cm Bốn nước lưu sông Mekong T i Lan, Lào, Campuc ia Việt Nam bị ản ưởng rộng ắp, t iệt ại ng iêm trọng người tài sản, gây ậu xấu in tế, xã ội môi trường Ngay sau lũ lụt lịc sử năm 2000 năm lũ lụt đặc biệt lớn 2001 2002 với mức độ tương đương năm 2000 diện ngập, t ời gian ngập Tuy độ sâu ngập vùng đầu nguồn ĐBSCL c ỉ mức n năm 1978 song diễn biến p ức tạp t eo t ời gian ông gian Lũ lớn năm 2000, 2001, 2002 trường ợp n ất quan trắc 76 năm qua với năm liền có lũ lụt đặc biệt lớn với dạng lũ đỉn cao - dạng lũ bất lợi n ất c o p òng tr n ĐBSCL Lũ lụt ba năm liên tiếp đặt yêu cầu c o c c n quản l , c c n oa ọc c i n ìn tồn diện vấn đề lũ, lụt ĐBSCL, từ có t ể oạc địn đắn c iến lược “sống c ung với lũ” Đây vấn đề lớn p ức tạp đòi ỏi p ối ợp t am gia n iều n oa ọc Từ đó, n ững oa ọc đưa p ục vụ quy oạc lũ nói riêng, quy oạc p t triển ĐBSCL nói chung Riêng với ngàn í tượng t ủy văn, cần tăng cường công t c ng iên cứu c c quy luật t ời tiết, mưa, lũ, lụt lưu vực sông Mekong Đ n gi n ững t ay đổi, n ững xu ướng biến đổi c c yếu tố t c động ết sức quan trọng Điều c ủ yếu p ải p t triển công t c cản b o, dự b o lũ, lụt p ục vụ p òng tr n , giảm t iệt ại C c ng iên cứu trước c o t tổng lượng lũ từ trung lưu c âu t ổ đóng vai trò địn mức độ ngập lụt ĐBSCL, n iên diễn biến lụt, mức độ ngập, TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com diện ngập bị c i p ối t c động điều tiết Biển Hồ, vùng trũng ven sông, t c động t ủy triều, lượng mưa nội đồng ản ưởng sở tầng, c c biện p p cơng trìn p ịng tr n lũ C o đến n ững năm gần đây, sở tầng có n ững t ay đổi lớn, n ất xuất iện oạt động c c cơng trìn so t lũ, cơng trìn dẫn t o t lũ ĐBSCL, c c t ông vượt lũ, đường giao t ơng c c cao trìn p ức tạp có n ững biểu iện iểm u đê bao c ống lũ, c c đường giao c n au dẫn đến lũ lụt diễn biến c biệt n ất địn so với trước ù vậy, n quy luật c ung, nguyên n ân trực tiếp gây lũ sông Me ong c ủ yếu mưa lớn tập trung p ần lưu vực t uộc lãn t ổ Lào, Tây Nguyên Việt Nam đông bắc Campuc ia t c động c c n iễu động t ời tiết xuất iện i gió mùa tây nam oạt động mạn n xo y t uận n iệt đới, dải ội tu n iệt đới số ìn t ế t ời tiết gây mưa Me ong c o yếu tố lượng mưa lưu vực sông ông t ể bỏ qua p ương p p dự b o lũ c o ĐBSCL Yếu tố lượng mưa sử dụng dự b o lũ dạng quan trắc dự b o Lượng mưa quan trắc lượng mưa đo lưu vực sử dụng c c trạm đo mưa truyền t ống ay viễn t m n vệ tin radar Lượng mưa dự b o ết dự b o t eo p ương p p oa ọc mà t ơng t ường c c mơ ìn dự b o t ời tiết Sử dụng lượng mưa dự b o lũ p ụ t uộc vào t ời gian truyền lũ n ạn dự b o lũ ự b o mưa ngắn ạn đặc biệt quan trọng dự b o lũ n ững sông ngắn dốc n c c sông miền Trung Việt Nam Đối với dự b o lũ ĐBSCL, tầm quan trọng dự b o mưa ạn ngắn t ấp ơn t ời gian truyền lũ từ vùng Trung Lào Hạ Lào ĐBSCL t ường từ ba đến bảy ngày ự b o mưa lưu vực sông Me ong c o p ép ta éo dài t ời ạn dự b o lũ ĐBSCL t êm đến ngày Đối với dự b o lũ vùng biên giới Lào T i Lan, lượng mưa dự b o ngắn ạn trở nên quan trọng ơn Lũ ĐBSCL t c động lớn đến đời sống in tế xã ội u vực dân sin in tế rộng lớn c o nên éo dài t ời đoạn dự b o có tầm quan trọng n ất địn TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... lượng dự b o: đồng óa số liệu, dự b o tổ ợp ay mơ ìn g ép đại dương í Luận n c ỉ giới ạn to n đồng óa số liệu cho mơ ìn HRM Đó “Ng iên cứu cải tiến p dụng sơ đồ đồng óa số liệu cho mơ ìn HRM dự. .. nay, để dự b o lũ người ta p ải lấy số liệu t ực đo trạm làm số liệu đại diện c o lưu vực N ệ t ống p ân tíc mưa u vực sử dụng c c số liệu viễn t m trở nên ữu íc việc cung cấp số liệu mưa quan... mưa gây lũ đồng sông Cửu Long? ?? TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Mục đíc , đối tượ g, p vi g iê cứu N nói p ần trên, dự b o lũ ĐBSCL p ụ t uộc vào n ân tố đầu vào quan trọng lượng mưa