NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỢT MƯA LỚN ĐẦU THÁNG 8 NĂM 2017 TẠI TỈNH SƠN LA BẰNG MÔ HÌNH WRF

Mưa lớn là hệ quả của một số loại hình thời tiết đặc biệt như bão, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới, hội tụ gió, front lạnh, đường đứt,... đặc biệt khi có sự kết hợp giữa chúng với nhau. Mưa lớn thường gây ra những thiệt hại to lớn về người và tài sản, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế xã hội. Hiện tượng này có thể diễn ra trên mọi miền của đất nước, nó có thể gây ra lũ lụt, ngập úng ở đồng bằng hay lũ quét, lũ ống hay sạt lở đất ở vùng núi. Nghiên cứu mưa lớn và dự báo mưa lớn là một bài toán rất quan trọng nhưng đầy khó khăn và phức tạp, đặc biệt là trong các trường hợp mưa lớn do sự kết hợp của các hình thế như không khí lạnh kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới, bão, gió mùa và sự tương tác giữa bão,.. Trong các giai đoạn trước, hầu hết các nghiên cứu về các hình thế gây ra mưa lớn ở Việt Nam, đều được tiến hành dựa trên quá trình thống kê và phân tích các bản đồ hình thế synop (một loại bản đồ sử dụng làm công cụ dự báo) bề mặt và trên cao. Do đó, các kết quả nhận định thường mang tính chủ quan của người nghiên cứu khi phân loại hình thế thời tiết nên đôi khi việc dự báo mưa lớn ở Việt Nam còn chưa được chính xác và kịp thời. Còn trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ trong các sơ đồ vật lý, thuật toán và đồng hóa số liệu được phát triển từ các kỹ thuật viên trên khắp cộng đồng nghiên cứu trên thế giới, các mô hình số trị đã thể hiện là một công cụ hữu ích trong việc dự báo các yếu tố khí tượng. Việc ứng dụng sản phẩm của các mô hình số đã góp phần nâng cao chất lượng của các bản tin dự báo hàng ngày. Một số mô hình dự báo thời tiết đã và đang được sử dụng hiện nay ở Việt Nam như: mô hình toàn cầu GFS (Global Forecasting System), mô hình HRM (High resolution Regional Model), mô hình ETA, mô hình MM5... đặc biệt phải kể đến đó là mô hình WRF, đây là một hệ thống mô hình thời tiết quy mô vừa, được nghiên cứu và phát triển với hai mục đích là nghiên cứu các hoạt động diễn ra tại khí quyển và mục đích dự báo nghiệp vụ thời tiết. Mô hình số nói chung và mô hình WRF nói riêng sử dụng nguồn số liệu quan trắc tại thời điểm hiện tại để tính toán nhằm đưa ra trạng thái tương lai của khí quyển. Nắm bắt được trạng thái thời tiết tại thời điểm hiện tại sẽ giúp cho việc tính toán, xử lý số liệu khi đưa vào mô hình chính xác hơn. Bên cạnh đó, sự tối ưu hóa trong mã nguồn tính toán của WRF cho phép người dùng có thể chạy mô hình trên nhiều loại máy tính với các hệ điều hành khác nhau. Hiện nay có rất nhiều nguồn số liệu đầu vào cho mô hình số, thông qua việc đồng hóa số liệu sẽ 2 tạo ra các sản phẩm đầu ra như biến đổi của nhiệt độ, lượng mưa và hàng trăm biến khí tượng khác từ bề mặt đại dương tới đỉnh của khí quyển. 1. Lý do chọn đề tài Mưa lớn tại Sơn La vào đầu tháng 8 năm 2017 là một hiện tượng thời tiết cực đoan và hiếm gặp. Mưa lớn đã gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản cho người dân tỉnh Sơn La đặc biệt là trên địa bàn huyện Mường La. Theo thống kê của Ban Chỉ huy PCTTTKCN huyện Mường La, tỉnh Sơn La, tính đến 17h ngày 682017, lũ quét do mưa lớn gây ra đã làm chết 10 người, mất tích 5 người, 12 người bị thương. Lũ cũng cuốn trôi, làm sập đổ hoàn toàn 183 ngôi nhà, 143 ngôi nhà bị sạt lở cần phải di chuyển gấp, cầu Nậm Păm trên quốc lộ 279D bị lũ cuốn trôi hai mố cầu gây ách tắc giao thông... Nhiều công trình giao thông, thủy lợi, điện, tài sản của Nhà nước, hoa màu, gia súc của nhân dân cũng bị cuốn trôi theo dòng nước. Thiệt hại nặng nhất là xã Nậm Păm và thị trấn Ít Ong. Tổng thiệt hại ước tính khoảng 672 tỷ đồng. Đây được coi là trận lũ lịch sử lớn nhất trong gần 70 năm trở lại đây. Xuất phát từ nhu cầu dự báo mưa lớn tại Sơn La và hậu quả cực kỳ nghiêm trọng do hiện tượng mưa lớn nói trên gây ra em đã quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng đợt mưa lớn tại tỉnh Sơn La đầu tháng 8 năm 2017 bằng mô hình WRF” để tìm hiểu kỹ hơn về hiện tượng cực đoan này. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ Đề tài được thực hiện với hai mục tiêu : 1) Xác định được nguyên nhân và cơ chế gây ra mưa lớn vào đầu tháng 8 năm 2017 tại tỉnh Sơn La; 2) Đánh giá được khả năng mô phỏng mưa lớn vào đầu tháng 8 tại tỉnh Sơn La bằng mô hình WRF. Để thực hiện đề tài nghiên cứu đã thực hiện thu thập tài liệu, thông tin và số liệu liên quan trắc, sau đó tổng hợp và phân tích vấn đề dựa vào các kiến thức đã học và tự tìm hiểu, tham khảo thêm về kết quả nghiên cứu của các đề tài nghiên cứu khác thuộc chuyên ngành khí tượng học và khí hậu để cho cái nhìn tổng quan nhất về đề tài nghiên cứu. Sử dụng tốt tài nguyên máy tính để học tập và tìm hiểu, nghiên cứu và đưa ra kết quả bước đầu. Trau dồi kiến thức để phục vụ tốt công việc nghiên cứu sau này. Đồ án được trình bày trong 3 chương, ngoài các phần mục lục, danh mục 3 bảng và chữ viết tắt, mở đầu và tài liệu tham khảo, nội dung cụ thể của các chương có thể tóm tắt như sau: Chương 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu và dự báo mưa lớn Trong chương này đã trình bày một cách khái quát nhất về khu vực nghiên cứu: vị trí địa lý, địa hình và khí hậu; các kiến thức cơ bản về đặc trưng và ảnh hưởng của mưa lớn trên khu vực; tổng hợp, phân tích và đúc kết các thành tựu nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến cơ chế gây mưa lớn bằng các phương pháp khác nhau, chủ yếu là các nghiên cứu có liên quan đến mô hình số đặc biệt là mô hình WRF. Chương 2. Cơ sở số liệu và phương pháp nghiên cứu Trong chương này trình bày về số liệu và các phương pháp được sử dụng trong thống kê, tính toán, mô phỏng và đánh giá kết quả đề tài. Chương 3. Một số kết quả nghiên cứu Trong phần đầu của chương sẽ trình bày về kết quả lựa chọn tham số vật lý cho mô hình WRF phù hợp với việc mô phỏng mưa lớn ở khu vực Sơn La. Trong phần tiếp theo của chương 3 trình bày một số kết quả mô phỏng các trường khí tượng từ đó phân tích hình thế và cơ chế gây mưa lớn trên khu vực Sơn La vào đầu tháng 8. Trong phần cuối chương 3 sẽ trình bày kết quả đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình WRF đối với đợt mưa lớn trên khu vực Sơn La, chất lượng mô phỏng được đánh giá bằng các sai số thống kê: ME, MAE, RMSE.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN  NGUYỄN THỊ THANH LAM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỢT MƯA LỚN ĐẦU THÁNG NĂM 2017 TẠI TỈNH SƠN LA BẰNG MƠ HÌNH WRF HÀ NỘI, NĂM 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN  NGUYỄN THỊ THANH LAM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỢT MƯA LỚN ĐẦU THÁNG NĂM 2017 TẠI TỈNH SƠN LA BẰNG MƠ HÌNH WRF Chun ngành : Khí tượng học Mã ngành : 52440221 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN VIẾT LÀNH HÀ NỘI, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nghiên cứu riêng em hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Viết Lành Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá em thu thập từ nguồn số liệu khác Ngoài ra, đề tài tham khảo số nhận xét đánh giá số tác giả quan tổ chức ngồi nước có trích dẫn thích rõ nguồn gốc Nếu phát có gian lận em xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đồ án tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Thanh Lam LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn trân thành sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Viết Lành, người Thầy trực tiếp định hướng chủ đề, tận tình bảo, tạo điều kiện hướng dẫn cho em trình thực đề tài Em xin cảm ơn thầy tất lời khuyên lời góp ý chân thành, chia sẻ cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu để em hồn thành tốt đồ án Em xin cảm ơn Thầy cô cán cơng tác Khoa Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội cung cấp cho em kiến thức chuyên môn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất suốt thời gian em học tập thực hành Khoa Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn Trung tâm Công nghệ Thông tin tạo điều kiện giúp đỡ em nhiều mặt kỹ thuật sở vật chất trình thực đồ án Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân bạn bè, người ln bên cạnh cổ vũ, động viên tạo điều kiện tốt cho em suốt thời gian học tập Mặc dù em cố gắng để hoàn thành tốt đề tài kiến thức kinh nghiệm thân hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để giúp em bổ sung kiến thức hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Thanh Lam MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH i DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC CHỮ CÁI VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Điều kiện địa hình 1.1.3 Điều kiện khí hậu 1.2 Các đặc trưng và ảnh hưởng mưa lớn khu vực nghiên cứu 1.2.1 Khái niệm, phân loại điều kiện xảy mưa lớn 1.2.2 Các hình synop gây mưa lớn Bắc Bộ 1.3 Tình hình nghiên cứu và ngoài nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 11 Chương CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Cơ sở số liệu 16 2.2 Giới thiệu mơ hình 17 2.2.1 Các trình vật lý mơ hình 19 2.2.2 Các bước chạy mơ hình 22 2.3 Phương pháp nghiên cứu 25 2.3.1 Thiết kế thí nghiệm 25 2.3.2 Phương pháp đánh giá sai số mơ hình 26 Chương MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 28 3.1 Lựa chọn tham số vật lí phù hợp cho mơ hình WRF dự báo mưa lớn khu vực nghiên cứu 28 3.2 Kết mô số trường khí tượng 30 3.2.1 Mơ trường gió trường khí áp bề mặt 30 3.2.2 Mô trường mưa 32 3.2.3 Mô trường độ cao địa vị 33 3.3 Nguyên nhân gây mưa lớn vào đầu tháng 8/2017 khu vực Sơn La 35 3.3.1 Phân tích hình gây mưa lớn khu vực nghiên cứu 35 3.3.2 Cơ chế gây đợt mưa lớn vào đầu tháng tỉnh Sơn La 38 3.4 Đánh giá khả mô mô hình WRF đợt mưa lớn đầu tháng 8/2017 tỉnh Sơn La 42 3.4.1 Đánh giá ảnh hưởng độ phân giải miền tính 42 3.4.2 Đánh giá khả mô mưa lớn mơ hình WRF 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 53 PHỤ LỤC 56 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ hành tỉnh Sơn La Hình 2.1 Vị trí trạm khí tượng, thủy văn đo mưa nhận dân khu vực Sơn La 17 Hình 2.1 Cấu trúc tổng quan mơ hình WRF 18 Hình 2.2 Sơ đồ tương tác vật lí 22 Hình 2.3 Các bước chạy mơ hình 22 Hình 2.4 Sơ đồ chạy hệ thống tiền xử lý số liệu ban đầu 23 Hình 2.5 Các miền tính mơ hình 26 Hình 3.1 Lượng mưa tích lũy 24h mơ mơ hình WRF miền D01, D02 D03 ngày 01/08/2017 29 Hình 3.2 Hướng gió (vector), tốc độ gió (m/s; shaded) trường khí áp mực biển (contour) 00 UTC ngày từ 01 đến 06/08/2017 31 Hình 3.3 Lượng mưa mơ tích lũy 24h (mm; shaded) trường đường dòng ngày từ 01 – 06/08/2017 32 Hình 3.4 Trường độ cao địa vị mơ (mđtv; contour), hướng gió (stream) tốc độ gió (m/s; shaded) mực 850, 700 500 hPa 00 UTC ngày từ 01-06/08/2017 35 Hình 3.5 Bản đồ khí áp bề mặt trường đường dòng mực cao vào 00z ngày 05/8/2017 mơ mơ hình WRF (trái) đồ mực tương ứng Thái Lan (phải) 37 Hình 3.6 Mặt cắt thẳng đứng qua vĩ độ 21.3ºN điểm trạm Sơn La tốc độ gió mơ vào 00z ngày từ 01-06/8/2017 38 Hình 3.7 Mặt cắt thẳng đứng qua trạm Sơn La, vĩ độ 21.3ºN gió thẳng đứng mơ nhân thành phần gió thẳng đứng với 100 00z ngày từ 01-06/8/2017 40 Hình 3.8 Vận tải ẩm tổng hợp tồn cột khí từ 1000mb đến 500mb (kgm-1s-1) 00 UTC ngày 01-06/08/2017 41 i Hình 3.9 Lượng mưa tích lũy 24h (mm) ngày 05/8/2017 mô lưới 54km (a), 18km ( b) 6km (c) 42 Hình 3.10 Biểu đồ lượng mưa tích lũy (mm) mơ mơ hình WRF lượng mưa tích lũy quan trắc ngày 03/8/2017 43 Hình 3.11 Biểu đồ lượng mưa tích lũy (mm) mơ mơ hình WRF lượng mưa tích lũy quan trắc ngày 05/8/2017 43 Hình 3.12 Sai số lượng mưa tích lũy mơ miền mơ hình WRF ngày từ 01-06/8/2017 44 Hình 3.13 Lượng mưa tích lũy 24h mơ mơ hình WRF (trái) liệu từ vệ tinh TRMM 3B42.7 (phải) ngày 01 02/8/2017 46 Hình 3.14 Biểu đồ tổng lượng mưa tích lũy 06 ngày từ 01-06/8/2018 từ số liệu quan trắc, mơ hình WRF liệu vệ tinh TRMM3B42.7 46 ii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Danh sách trạm 16 Bảng 2.2 Một số tùy chọn tham số hóa đối lưu mây tích thường sử dụng mơ hình WRF 20 Bảng 2.3 Tùy chọn bề mặt đất WRF 20 Bảng 2.4 Tùy chọn sơ đồ xạ WRF 21 Bảng 2.5 Sơ đồ vật lý sử dụng mô 26 Bảng 3.1 Kết tính sai số ME, MAE, RMSE cho miền ngày 01/08/2017 30 Bảng 3.2 Sơ đồ vật lý sử dụng mô 30 Bảng 3.3 Kết đánh giá sai số thống kê miền từ ngày 01-06/8/2017 44 iii DANH MỤC CHỮ CÁI VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT ATNĐ CRIEPI ETA GFS HRM ITCZ JMA KKL MAE ME MM5 PBL PCTT&TKCN RMSE TPW TRMM 3B42.7 WMO WRF XTNĐ Áp thấp nhiệt đới Trung tâm nghiên cứu công nghiệp điện Mơ hình dự báo thời tiết bất thủy tĩnh ETA Số liệu dự báo toàn cầu (Global Forecast System) Mơ hình dự báo thời tiết khu vực phân giải cao HRM (High resolution Regional Model) Dải hội tụ nhiệt đới Cơ quan Khí tượng Nhật Bản Khơng khí lạnh Sai số tuyệt đối Sai số trung bình (Mean Error) Mơ hình quy mơ trung bình hệ thứ (Fifth- Generation NCAR Mesoscale Model Lớp biên hành tinh Phịng chống thiên tai tìm kiếm cứu nạn Sai số bình phương trung bình (Root Mean Sqare Error) Tổng lượng giáng thủy Chương trình đo mưa nhiệt đới vệ tinh (Tropical Rainfall Measuring Mission) Tổ chức Khí tượng giới Mơ hình nghiên cứu dự báo thời tiết (Weather Research and Forecasting) Xoáy thuận nhiệt đới iv 3.3.2 Cơ chế gây đợt mưa lớn vào đầu tháng tỉnh Sơn La a) Vai trò địa hình Để làm rõ vai trị địa hình đợt mưa lớn này, đề tài tiến hành phân tích mặt cắt thẳng đứng gió qua vĩ độ 21.3°N điểm trạm Sơn La (khoảng kinh độ 103.9°E) (hình 3.6) Hình 3.6 Mặt cắt thẳng đứng qua vĩ độ 21.3ºN điểm trạm Sơn La tốc độ gió mơ vector gió tổng hợp vào 00z ngày từ 01-06/8/2017 Trong ngày 01, 02, 03/8, xoáy thấp khu vực Bắc Bộ phát triển mạnh dần lên thể rõ hơn, đồng thời vùng hội tụ rìa tây nam xốy thấp nằm khu vực Tây Bắc Bộ nên gió mùa tây nam hoạt động mạnh mực cao với tốc độ gió lớn phổ biến từ 15-20 m/s sườn đón gió khu vực có địa hình cao phát triển đến mực 700mb; lên đến mực 500mb tốc độ gió giảm xuống cịn khoảng 10 m/s So với vùng địa hình 38 phẳng tốc độ gió khu vực nghiên cứu lớn nhiều Từ ngày 04 đến 06/8 gió Tây Nam yếu dần với tốc độ gió phổ biến 8m/s tương ứng với thời điểm xoáy thấp khu vực Bắc Bộ dịch chuyển từ đông sang tây, vùng hội tụ mạnh rìa tây nam xoáy thấp di chuyển theo ảnh hưởng yếu đến khu vực Tốc độ dòng thăng, dòng giáng khu vực nghiên cứu đánh giá dựa mặt cắt thẳng đứng tốc độ gió thẳng đứng qua vĩ độ 21.3°N (đã nhân thành phần gió thẳng đứng với 100) (hình 3.7) Tại 00z ngày 01/8, dịng thăng sườn đón gió phía Tây có tốc độ phổ biến 0,4m/s phát triển đến mực 700mb cao nơi có địa hình cao, đến ngày 02/8 dòng thăng phát triển cao lên đến mực 500mb, đặc biệt ngày có dịng thăng có cường độ mạnh vị trí khoảng 104.5°E với tốc độ 1.0 m/s phát triển lên đến mực 300mb Vào 00z ngày 03-4/8, tốc độ dòng thăng giảm rõ rệt so với ngày trước với tốc độ phổ biến 0,3 m/s, dịng thăng có cường độ mạnh trước yếu cách đáng kể với tốc độ từ 0,4-0,5 m/s phát triển đến mực 700mb (ngày 03/8), đến ngày 04/8 khơng cịn thấy phát triển dịng thăng Ngày 05/8, xốy thấp khu vực Bắc Bộ di chuyển hẳn sang phía tây nằm khu vực Tây Bắc, tạo điều kiện cho dòng thăng phát triển mạnh lên đến mực 300mb với tốc độ mực cao 1,0m/s Đến ngày 06/8, xoáy thấp tiếp tục dịch chuyển sang phía tây nằm khu vực Thượng Lào, tốc độ dòng thăng khu vực giảm cách rõ rệt phổ biến 2m/s, thời điểm mưa khu vực giảm xuống cách đáng kể 39 Hình 3.7 Mặt cắt thẳng đứng qua trạm Sơn La, vĩ độ 21.3ºN gió thẳng đứng mơ nhân thành phần gió thẳng đứng với 100 00z ngày từ 01-06/8/2017 b) Vai trò vận tải ẩm Tổng ẩm khí yếu tố quan trọng góp phần gây mưa lớn, điều kiện cần cho trình hình thành mưa Bản đồ vận tải ẩm tổng hợp cột khí từ mực 100mb đến 500mb ngày mưa lớn từ 01-06/8 hình 3.8 Kết mô cho thấy, 00z ngày 01/08, dải vận tải ẩm hướng Tây-Tây Nam từ vịnh Bengal di chuyển theo hồn lưu gió mùa Tây Nam hội tụ vào xoáy thuận hoạt động mạnh khu vực lục địa phía đơng nam Trung Quốc, trị số vận tải ẩm khu vực nghiên cứu đạt khoảng 40-60kgm-1s-1 Vào ngày 02/8, ngồi tồn xốy thuận phía đơng nam Trung Quốc nói trên khu vực phía đơng bắc Việt Nam phân tích thấy xốy thuận hoạt động khu vực này, dịng ẩm theo hồn 40 lưu gió mùa Tây Nam hội tụ vào phía nam xốy thuận này, trị số vận tải ẩm khu vực tăng lên đạt khoảng 60-80 kgm-1s-1 Trong ngày tiếp theo, xoáy thuận hoạt động mạnh khu vực Trung Quốc hoạt động yếu dần tan đi, xốy thuận khu vực phía đơng bắc Việt Nam hoạt động mạnh dần lên di chuyển từ đơng sang tây, dịng vận tải ẩm hướng TâyTây Nam từ vịnh Bengal theo hoàn lưu gió mùa Tây Nam hội tụ vào xốy thuận Hình 3.8 Vận tải ẩm tổng hợp tồn cột khí từ 1000mb đến 500mb (kgm-1s-1) 00 UTC ngày 01-06/08/2017 Như kêt luận rằng, vận tải ẩm hướng Tây-Tây Nam từ khu vực vịnh Bengal phát triển phía Đơng nguồn cung cấp ẩm cho đợt mưa lớn 41 vào đầu tháng 8/2017 khu vực nghiên cứu 3.4 Đánh giá khả mơ mơ hình WRF đợt mưa lớn đầu tháng 8/2017 tỉnh Sơn La 3.4.1 Đánh giá ảnh hưởng độ phân giải miền tính a) b) Hình 3.9 Lượng mưa tích lũy 24h (mm) ngày 05/8/2017 mô lưới 54km (a), 18km ( b) 6km (c) c) Lượng mưa tích lũy 24h mô miền 1, có độ phân giải tương ứng 54km, 18km, 6km (hình 3.9), ta thấy tăng độ phân giải lên, so sánh lượng mưa diện mưa đạt miền tính khác nhau, ta thấy miền 3, kết đạt lượng mưa diện mưa tăng gần sát so với thực tế quan trắc Từ kết đạt ta nhận thấy rằng, với độ phân giải cao khả mô phỏng, nắm bắt diện mưa lượng mưa mơ hình WRF rõ ràng chi tiết 3.4.2 Đánh giá khả mô mưa lớn mơ hình WRF Trong phần nội dung này, đề tài sử dụng cấu hình mơ hình 42 lựa chọn sử dụng phần mềm GrADS (V.2.0.2.ora.2) để nội suy số liệu từ sản phẩm mơ hình WRF điểm trạm từ đánh giá khả mơ mưa mơ hình WRF thơng qua số thống kê ME, MAE, RMSE Từ kết nội suy số liệu lượng mưa tích lũy 24h từ ngày 01-06/8/2017 từ sản phẩm mơ hình WRF, nhìn chung ta thấy lượng mưa tích lũy mơ miền khác nhau, ví dụ Quỳnh Nhai lượng mưa tích lũy mơ ngày 01/8 miền 89.5 mm, miền 127.7 mm miền 206.8 mm lớn nhiều so với số liệu quan trắc Mơ hình mơ diện mưa tương đối xác, phần lớn cho lượng mưa tích lũy 24h cao so với số liệu quan trắc thực tế, nhiên số điểm lượng mưa mơ so với quan trắc cịn sai khác lớn.3 200 Ngày 03/8 QUAN TRẮC DỰ BÁO MƠ PHỎNG 150 100 50 Hình 3.10 Biểu đồ lượng mưa tích lũy 24h (mm) mơ mơ hình WRF lượng mưa tích lũy quan trắc ngày 03/8/2017 200 Ngày 05/8 150 QUAN TRẮC DỰ BÁO MÔ PHỎNG 100 50 Hình 3.11 Biểu đồ lượng mưa tích lũy 24h (mm) mơ mơ hình WRF lượng mưa tích lũy quan trắc ngày 05/8/2017 43 Từ kết tính tốn sai số thống kê ME, MAE, RMSE (bảng 3.3) cho thấy: Mơ hình có xu mơ lượng mưa tích lũy 24h lớn so với thực tế ( ME dương) trừ ngày 06/8 miền 2,3 có giá trị ME âm tức giá trị lượng mưa mô nhỏ so với quan trắc, nhiên giá trị lượng mưa tích lũy khống cịn lớn số nơi; sai số RMSE miền dao động từ 13-82mm Bảng 3.3 Kết đánh giá sai số thống kê miền từ ngày 01-06/8/2017 Ngày ME MAE RMSE D01 D02 D03 D01 D02 D03 D01 D02 D03 01/8 15.2 20.6 22.4 24.9 32.1 44.7 33.0 35.9 60.2 02/8 22.5 22.8 23.3 23.6 25.3 32.1 27.5 30.9 45.2 03/8 29.1 36.4 38.2 42.5 54.7 66.2 49.2 63.2 82.2 04/8 33.8 41.9 33.1 34.1 44.6 53.3 37.6 40.2 56.9 05/8 56.6 42.5 43.6 56.7 46.8 56.7 72.3 50.5 67.3 06/8 7.7 -0.8 -4.6 13.4 10.2 12.9 17.0 12.1 15.9 Qua biểu đồ biểu diễn sai số lượng mưa tích lũy 24h mơ miền từ 01-06/8/2017 (hình 3.12), ta thấy sai số trung bình từ ngày 01-05/8 có giá trị dương điều chứng tỏ mơ hình mơ mưa tích lũy lớn so với quan trắc, riêng ngày 06/8 sai số trung bình có giá trị âm thấp so với quan trắc, ngày sai số trung bình có giá trị lớn vào ngày 05/8 (43.7mm) nhỏ vào ngày 06/8 (-4.6mm); sai số RMSE có giá trị lớn vào ngày 03/8 (82.2mm) nhỏ vào ngày 06/8 (15.9mm) Biểu đồ sai số lượng mưa tích lũy 24h miền ME MAE RMSE 70 50 30 10 -10 01/8 02/8 03/8 04/8 05/8 06/8 Hình 3.12 Sai số lượng mưa tích lũy 24h mơ miền mơ hình WRF ngày từ 01-06/8/2017 44 Dựa vào kết mơ mơ hình liệu từ vệ tinh TRMM 3B42.7 (hình 3.13), vào ngày 01/8 (phụ lục 2.a) mơ hình vệ tinh TRMM cho thấy khu vực Tây Bắc tồn vùng mưa lớn, khu vực Sơn La nằm rìa phía nam vùng mưa này, lượng mưa tích lũy mơ khoảng từ 540mm, có nơi từ 70-200mm, liệu từ vệ tinh TRMM cho thấy lượng mưa tích lũy nhỏ gần với số liệu quan trắc chủ yếu 50mm Sang ngày 02/8 (phụ lục 2.b), vùng mưa dịch chuyển dần xuống phía nam mở rộng sang phía tây Ngày 03/8 (phụ lục 2.c) vùng mưa mơ mơ hình tiếp tục di chuyển xuống phía nam mở rộng sang phía tây với lượng mưa tích lũy khu vực Sơn La tiếp tục tăng lên dao động khoảng từ 40-150 mm, liệu từ vệ tinh cho thấy lượng mưa giảm đáng kể so với ngày 02/8, lượng mưa toàn khu vực khoảng từ 10-20mm Ngày 04/8 (phụ lục 2.d), liệu từ vệ tinh cho thấy diện mưa lượng mưa tích lũy khu vực tăng lên Ngày 05/8 (phụ lục 2.e), mơ hình cho thấy vùng mưa có xu hướng dịch chuyển sang phía tây lượng mưa tích lũy tăng mạnh, khu vực Sơn La lượng mưa tích lũy dao động từ 40-200mm, diện mưa lượng mưa tích lũy từ vệ tinh giảm xuống khoảng từ 20-40mm Ngày 06/8 (phụ lục 2.f), vùng mưa lớn mơ mơ hình dịch chuyển mạnh sang phía tây vùng gần biên giới Việt - Lào, lượng mưa tích lũy khu vực giảm xuống khoảng từ 5-30mm, số nơi từ 6080mm 45 Hình 3.13 Lượng mưa tích lũy 24h mơ mơ hình WRF (trái) liệu từ vệ tinh TRMM 3B42.7 (phải) ngày 01 02/8/2017 600 500 Tổng lượng mưa tích lũy (mm) từ ngày 01-06/8/2017 Quan trắc Vệ tinh Dự Mơbáo hình 400 300 200 100 Hình 3.14 Biểu đồ tổng lượng mưa tích lũy 24h 06 ngày từ 01-06/8/2018 từ số liệu quan trắc, mơ hình WRF liệu vệ tinh TRMM3B42.7 46 Nhìn chung, so sánh sản phẩm mơ từ mơ hình WRF liệu từ vệ tinh TRMM 3B42.7, ta thấy mơ hình nắm bắt vùng mưa lớn tương đối tốt, lượng mưa tích lũy có xu hướng cao so so với liệu vệ tinh số liệu quan trắc thực tế, bên cạnh số liệu khống cho số nơi cịn lớn 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đồ án mô đợt mưa lớn xảy khu vực Sơn La khoảng thời gian từ 01-06/8/2017 việc sử dụng mơ hình WRF với ba lưới lồng độ phân giải 54km x 18km x 6km thời gian chạy mơ hình 06 ngày, thời gian chạy từ 12z ngày hôm trước đến 12z ngày hôm sau Từ kết mô số liệu quan trắc trạm, lưới, vệ tinh đồ án đạt số kết sau: 1) Đề tài lựa chọn miền tính, độ phân giải ngang tham số vật lý thích hợp cho mơ hình WRF để mơ đợt mưa lớn vào đầu tháng 8/2017 xảy khu vực Sơn La Từ kết ta thấy sử dụng sơ đồ đối lưu mây tích Kain – Fritsch để mơ mưa lớn khu vực có địa hình đồi núi cao cho kết tốt diện mưa lượng mưa tích lũy 2) Đã mơ số trường khí tượng là: gió, khí áp, độ cao địa vị mưa Bước đầu xác định nguyên nhân gây mưa lớn khu vực Tây Bắc nói chung khu vực Sơn La nói riêng là: Do hoạt động ổn định rãnh thấp bề mặt nhiều ngày kết hợp với xoáy thấp khu vực Bắc Bộ phát triển từ bề mặt lên đến 5000m; Cơ chế gây mưa lớn hiệu ứng chặn gió địa hình phía Tây Bắc Bộ nguồn cung cấp ẩm đợt mưa lớn dòng vận tải ẩm hướng tây, tây nam từ vịnh Bengal 3) Đánh giá khả mô mưa lớn khu vực Sơn La vào đầu tháng mơ hình WRF cho thấy mơ hình mô tốt trung tâm mưa lớn Với kết tính tốn số thống kê ME, MAE, RMSE, sai số ME dương cho đa số trường hợp dao động từ 20-40mm miền cho thấy mơ hình mơ lượng mưa lớn so với quan trắc; sai số RMSE miền tương đối lớn dao động từ 15-82mm miền Xác suất phát mơ hình thấp, giá trị khống tương đối cao Khi so sánh kết mô với liệu từ vệ tinh nhận thấy kết tương tự KIẾN NGHỊ 1) Việc chạy mơ hình máy tính cá nhân nhiều hạn chế để tiếp tục thử nghiệm mô đợt mưa lớn khác cần hệ thống máy tính đường truyền ổn định 2) Tiếp tục chạy thử nghiệm mô mưa lớn khu vực Sơn La việc thay đổi miền tính, độ phân giải phù hợp điều chỉnh tham số vật lý 48 mơ hình để tìm phương án tốt việc mơ dự báo mưa lớn khu vực Bên cạnh đó, sử dụng mơ hình WRF để nghiên cứu dự báo mưa lớn khu vực cần thực tính tốn thêm số số dự báo pha như: FBI, PAR, CSI 49 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Phạm Ngọc Tồn, Phan Tất Đắc (1993), Khí hậu Việt Nam, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội; [2] Phạm Vũ Anh, Nguyễn Viết Lành (2013), Giáo trình khí tượng nhiệt đới, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội; [3] Vũ Thanh Hằng (2007), Nghiên cứu tác động tham số hóa đối lưu dự báo mưa lớn khu vực Bắc Bộ mơ hình HRM, Báo cáo tổng kết đề tài, Trường Đại học khoa học tự nhiên-ĐHQGHN [4] Nguyễn Văn Hưởng (2012), Xác định khách quan hình thời tiết đợt mưa lớn khu vực miền Trung từ số liệu tái phân tích JRA25, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐHKHTN-ĐHQGHN [5] Vũ Thanh Hằng, Chu Thị Thu Hường Phan Văn Tân (2009), Xu biến đổi lượng mưa ngày cực đại Việt Nam giai đoạn 1961-2007, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên Cơng nghệ 25, số 3S, Tr.423-430 [6] Bùi Minh Sơn Phan Văn Tân (2008), Thử nghiệm dự báo mưa lớn khu vực Nam Trung Bộ mơ hình MM5, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ [7] Cơng Thanh Nguyễn Tiến Tồn (2010), Thử nghiệm dự báo mưa lớn cho tỉnh Đà Nẵng đến Quảng Ngãi thời hạn từ đến ngày mơ hình RAMS, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 26, Số 3S,Tr.449‐456 [8] Lê Như Quân Phan Văn Tân (2011), Dự tính biến đổi số số mưa lớn lãnh thổ Việt Nam mơ hình khí hậu khu vực RegCM3, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tập 27, số 1S , Tr.200-210 [9] Nguyễn Thị Hạnh (2014), Báo cáo phân tích đánh giá kết dự tính tượng liên quan đến mưa lớn [10] Trần Tân Tiến, Nguyễn Thị Thanh (2011), Đồng hóa liệu vệ tinh MODIS mơ hình WRF để dự báo mưa lớn khu vực Trung Bộ, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 27, Số 3S, tr.90-95 50 [11] Nguyễn Tiến Toàn (2009), Dự báo mưa lớn khơng khí lạnh kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới từ đến ngày cho khu vực Trung Trung Bộ mơ hình WRF, Luận văn thạc sỹ, trường ĐHKHTN-ĐHQGHN [12] Vũ Thế Anh (2015), Mô mưa lớn từ ngày 19-22/07/2003 Tây Nguyên mô hình WRF, đồ án tốt nghiệp, Trường ĐHKHTNĐHQGHN [13] Vũ Văn Thăng cộng (2017), Nghiên cứu chế nhiệt động lực gây mưa lớn khả dự báo mưa lớn mùa hè khu vực nam nam tây nguyên tương tác gió mùa tây nam - bão biển đông, đề tài khoa học cơng nghệ cấp bộ, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu Tài liệu tiếng Anh [14] Seibert, P., Frank, A., and Formayer, H., 2007: Synoptic and regional patterns of heavy precipitation in Austria, Theor Appl Climatol., 87, 139– 153 [15] Endo N., J Matsumoto, T Lwin, 2009: Trends in precipitation extremes over Southeast Asia, SOLA 5, pp.168 [16] V Rakesh, Singh Randhir and C Joshi Prakash, Intercomparison of the performance of MM5/WRF with and without satellite data assimilation in short-range forecast applications over the Indian region Journal of Technology and Science, 105 (2009) 133 [17] Yokoi S, Matsumoto J, 2008: Collaborative Effects of Cold Surge and Tropical Depression – Type Disturbance on Heavy Rainfall in Central Vietnam Mon Wea Rev., 136, pp 3275-3287 [18] Tsing-Chang Chen, Ming-Cheng Yen, Jenq-Dar Tsay, Nguyen Thi Tan Thanh Jordan Alpert, Synoptic Development of the Hanoi Heavy Rainfall Event of 30–31 October 2008: Multiple-Scale Processes, 2011 [19] Wei Wang, Cindy Bruyère, Michael Duda, Jimy Dudhia, Dave Gill, Michael Kavulich, Kelly Keene, Hui-Chuan Lin, John Michalakes, Syed Rizvi, Xin Zhang (2013), “ARW version Modeling System User’s Guide Jult 2013” [20] Wei Wang NCAR/NESL/MMM January 2014, WRF Nesting: Set Up and Run 51 Trang thông tin điện tử [21] http://www.nchmf.gov.vn/web/vi-VN/61/18/map/Default.aspx [22] https://vi.wikipedia.org/wiki/S%C6%A1n_La [23] http://thuviensonla.com.vn/index.php/about/Cac-don-vi-hanh-chinh/ [24] http://www.baosonla.org.vn:8080/bai-viet/34/thong%20tin%20chung [25] http://sonla.gov.vn/dieu-kien-tu-nhien/-/asset_publisher/content/dia-hinh [26] http://kttvqg.gov.vn/tin-tuc/2627/Cau-41:-Co-the%CC%89-hie%CC%89uthe%CC%81-na%CC%80o-la%CC%80-mua-lo%CC%81n.html [27]http://kttvqg.gov.vn/tin-tuc/2631/Cau-45:-The%CC%81-na%CC%80ola%CC%80-mua-lo%CC%81n-die%CC%A3n-ro%CC%A3ng.html 52 ... nhân gây mưa lớn vào đầu tháng 8/ 2017 khu vực Sơn La 35 3.3.1 Phân tích hình gây mưa lớn khu vực nghiên cứu 35 3.3.2 Cơ chế gây đợt mưa lớn vào đầu tháng tỉnh Sơn La 38 3.4... sử lớn gần 70 năm trở lại Xuất phát từ nhu cầu dự báo mưa lớn Sơn La hậu nghiêm trọng tượng mưa lớn nói gây em định chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu mô đợt mưa lớn tỉnh Sơn La đầu tháng năm 2017 mơ hình. .. NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN  NGUYỄN THỊ THANH LAM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỢT MƯA LỚN ĐẦU THÁNG NĂM 2017 TẠI TỈNH SƠN LA BẰNG MƠ HÌNH WRF Chun ngành