Vị trí bắt đầu
Độ dài
(ký tự) Ý nghĩa
0 3 3 ký tự đại diện tên trạm, NHAB: nhà bè 3 4 4 ký tự của năm
7 2 2 ký tự của tháng 9 2 2 ký tự của ngày
11 2 2 ký tự của giờ của thời điểm quan trắc 13 2 2 ký tự của phút của thời điểm quan trắc 15 2 2 ký tự thể hiện số thứ tự sản phẩm được tạo ra .
Hình 2.6. Một ví dụ về cấu trúc phần tiêu đề số liệu ra đa DWSR-2500C Bảng 2.2. Nội dung và ý nghĩa của các dòng tiêu đề Bảng 2.2. Nội dung và ý nghĩa của các dòng tiêu đề
STT Nội dung và ý nghĩa
1
Volume File : /var/opt/edge/vols/NHA20161012081578.vol Dòng này ghi đường dẫn lưu trữ tệp số liệu đang xem xét
2-4
Compressed : ZIP Size : 008e0230 Checksum : 76dbd255
Compressed là phương pháp nén, Size là kích thước tệp số liệu trước khi nén và Checksum là mã kiểm tra lỗi
5
Date(GMT) : Wed Oct 12 08:15:05 2016
Dòng này cho biết ngày tháng cũng như thời gian lưu tệp số liệu quét khối đang xét đến theo giờ quốc tế GMT.
6
Date(Local) : Wed Oct 12 15:15:05 2016
Dòng này cho biết ngày tháng cũng như thời gian lưu tệp số liệu quét khối đang xét đến theo giờ địa phương (GMT + 7).
7
Moments : U,Z,V,W
Dòng này chỉ rõ các thành tố lưu trữ trong tệp quét khối: U (số liệu phản hồi chưa hiệu chỉnh), Z (số liệu phản hồi đã hiệu chỉnh), V (số liệu tốc độ gió hướng tâm), W (số liệu độ rộng phổ).
Dịng này cho biết 3 thơng số, đó là loại quan trắc (PPI, RHI hay quét sector, point), phạm vi quan trắc tối đa hay thường gọi là bán kính quét (60 km, 120 km, 240 km, 480 km) và độ rộng xung quét (04 chế độ: 0.4 µs, 0.8 µs, 1.0 µs, 2.0µs).
9-10
Sweeps : 10
Elevations : 0.57 1.58 2.48 3.47 4.37 5.38 6.28 7.59 8.79 10.09
Đây là 02 thơng tin về góc nâng với giá trị được lấy trịn 2 chữ số sau dấu thập phân.
11
Version : 5.07
Đây là con số ghi lại phiên bản phần mềm quan trắc đang sử dụng, version 5.07 – phần mềm EDGE5.
12
Proc File : C2A_2016
Dịng này chỉ rõ tên trình quan trắc tạo ra sản phẩm này.
Về cơ bản, các sản phẩm quét khối của các ra đa thời tiết nói chung và ra đa của hãng EEC nói riêng, có cấu trúc chung như sau:
Mỗi “volume” là tập hợp của các mặt quét nón (sweep), từ 1 đến 30 sweeps. Mỗi “sweep” gồm nhiều tia quét (ray), tối đa gồm 1500 rays.
Mỗi “ray” gồm nhiều điểm lấy mẫu (bin), khoảng cách các “bin” phụ thuộc vào khoảng cách lấy mẫu (gate-width). “Gate Width” có giá trị từ 62.5m đến 2000m. Mỗi “bin” gồm 4 thành tố (moment) cơ bản: U, Z, V và W.
Ngoài định dạng volumscan kể trên, Radar thế hệ mới có thể xuất thêm định dạng UF song song với các file .vol. định dạng UF được sử dụng rộng rãi trong việc lưu trữ số liệu ra đa thời tiết. Nhược điểm của nó so với file vol là dung lượng của nó nặng hơn do khơng sử dụng phương pháp nén nào.
Hình 2.7. Mơ hình trình quét khối của ra đa DWSR 2.2.2. Xử lý số liệu Radar Nhà Bè
Như đã trình bày ở trên, vấn đề xử lý dữ liệu Radar trước khi đưa vào đồng hóa là một trong những bước quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của mơ phỏng của 3Dvar thậm chí nếu có q nhiều dữ liệu kém có thể làm hỏng các phân tích từ 3Dvar. Các q trình xử lý số liệu Radar ban đầu tương đối phức tạp, Trong luận văn này, tác giả thực hiện theo các bước như sau:
Hình 2.8. Các bước xử lý số liệu Radar
Bƣớc 1. Chuyển VOL QUA UF: Một trong những phương thức đơn giản nhất để
chuyển đổi số liệu định dạng gốc của hãng EEC sang định dạng UF đó là sử dụng chính phần mềm do hãng cung cấp. Trong phiên bản 1.04 cài đặt tại trạm ra đa Nhà
Bè cũng đã có thư mục chứa các tệp đầu ra định dạng UF. Đến phiên bản EDGE5 cài đặt tại trạm ra đa mới lắp đặt và nâng cấp (Nhà Bè), chức năng chuyển đổi này càng tiện dụng và dễ dàng cho việc cấu hình. Dưới đây là một số sản phẩm được luận văn convert từ file UF sau đó conver sang Netcdf:
a) b)
c)
d)
Hình 0.9. Sản phẩm a) PPI, b) Cmax , c) Hmax, d) Mặt cắt Cappi tại lat 10.3cho Radar Nhà Bè thời điểm 12z ngày 24/10/2016
Bƣớc 2. Kiểm soát chất lƣợng (Quality control): Đối với dữ liệu thô của Nhà Bè
thơng thường sẽ có các nhiễu địa hình (ground clutter), biển (sea clutter), hiệu ứng búp sóng phụ và nhiễu lệch chồng chéo trường gió (dealiasing, folded velocity) do vậy việc kiểm định chất lượng là rất cần thiết. Chi tiết về quá trình QC Radar:
a) b)
c)
Hình 2.10. Biểu thị quá trình QC cho độ phản hồi Radar trong đó
a) là độ phản hồi thơ, b) là độ phản hồi đã qua hiệu chỉnh và c)
là độ phản hồi bị loại bỏ trong quá trình hiệu chỉnh
Hình 2.10 biểu thị quá trình kiểm định chất lượng cho Radar, trong đó 2.10a là số liệu Radar thơ ban đầu, hình 2.10b là số liệu Radar đã qua QC và hình 2.10c là lượng dữ liệu bị loại bỏ trong q trình QC. Có thể thấy sau QC, một số loại nhiễu, đặc biệt là xung quanh khu vực tâm của Radar bị lược bỏ, càng xa Radar lượng nhiễu càng ít do càng xa tâm, độ cao tia quét được nâng dần lên trong khi nhiễu đa phần ở độ cao thấp. trong q trình QC cũng có thể thấy một số tia nhiễu rất dài và có độ phản hồi lớn, các tia này chủ yếu do hiệu ứng của các tòa nhà cao tầng gây ra. Tuy vậy trong luận văn này tác giả chưa tìm hiểu được phương pháp loại bỏ hiệu ứng búp sóng phụ và nhiễu lệch chồng chéo trường gió.
Bƣớc 3: Nội suy ppi về cappi
Dữ liệu Radar ban đầu là sản phẩm quét khối (ppi - phạm vi, góc phương vị và độ cao). Để có thể lấy được dữ liệu Radar từ nhiều mực khác nhau (sản phẩm cappi), sử dụng phương pháp nội suy Adaptive Barnes (và cs 2000)[13], trong luận văn này, dữ liệu Radar được nội suy thành các mảng 512*512 điểm lưới, độ phân giải 1km với 50 mực, mỗi mực cách nhau 250m và mực ban đầu có độ cao 40m (tương ứng độ cao của Radar Nhà Bè), hình 2.11 biểu thị quá trình chuyển đổi từ sản phẩm quét khối PPI sang định dạng cappi tại nhiều độ cao khác nhau.
Hình 2.11. Minh họa quá trình chuyển đổi dữ liệu PPI sang CAPPI
Bƣớc 3: Tỉa thƣa dữ liệu (thinning data)
Sau khi có được sản phẩm nội suy, tiếp theo là đưa cùng về độ phân giải với mơ hình (độ phân giải của dữ liệu Radar Nhà Bè là 1km, cao hơn khá nhiều so với độ phân giải của mơ hình 9km với miền 1 và 3km cho miền tính 2). Hơn nữa, nếu dữ liệu Radar quá dày, ta cũng cần phải tỉa thưa chúng, việc tỉa thưa này giúp cho thời gian tính tốn nhanh hơn và làm giảm sự tương quan giữa các điểm dữ liệu. Để đưa số liệu về lưới của mơ hình sử dụng một chương trình Fortran, đầu tiên chương trình lấy thơng tin về lưới của mơ hình, sau đó ứng với mỗi điểm lưới theo phương ngang và theo các mực độ cao, chương trình vẽ ra các bán kính và tính tốn giá trị từ các điểm gần nhất (các điểm bên trên, bên dưới và bên cạnh)
a) b)
Hình 2.12. Tổng hợp giá trị lớn nhất của độ phản hồi Radar sau khi được tỉa thưa ở nhiều mực cho miền tính độ phân giải 3km thời điểm 12z ngày 24/10/2016
Hình 2.12a là độ phản hồi vô tuyến cực đại (tương đương với sản phẩm CMAX) trước tỉa thưa (ở độ phân giải 1km) và 2.12b là sản phẩm sau tỉa thưa ở độ phân giải 3km tương ứng với kích thước và điểm lưới miền tính 2 của mơ hình WRF. Hình 2.13 là sản phẩm tỉa thưa của từng mặt cắt ở các độ cao khác nhau ở các mực ban đầu: 1km, 2km, 3km và 4km, ở các mực thấp bán kính dữ liệu tương đối hẹp, càng lên trên cao bán kính dữ liệu rộng hơn nhưng do Radar quét theo hình nón nên một phần dữ liệu tại khu vực quanh tâm Radar bị khuyết. Thực tế Radar qt càng nhiều góc thì độ cao dữ liệu càng lớn, có thể lên tới 12-13km.
Hình 2.13. Độ phản hồi Radar sau khi được tỉa thưa ở các mực 1km, 2km, 3km và 4km cho miền tính độ phân giải 3km) thời điểm 12z ngày 24/10/2016
Bƣớc 4. Chuyển định dạng về WRFDA
Bước cuối cùng là dùng một chương trình Fortran Format lại định dạng theo mẫu chuẩn của WRFDA. Ở đây, luận văn có 2 kiểu format cho 2 cách đồng hóa khác nhau. Hình vẽ 2.14 minh họa cho format đồng hóa chỉ độ phản hồi và 2.15 là minh họa cho đồng hóa cả độ phản hồi và gió xun tâm.
Hình 2.15. Đồng hóa độ phản hồi, vận tốc gió xuyên tâm
2.3. Số liệu
2.3.1. Số liệu mưa lớn
Các đợt mƣa lựa chọn
Trong luận văn này, sử dụng một số đợt mưa lớn của năm 2016 và 2018 bảng 2.3 bên dưới.
Bảng 2.3. Các ngày mưa lớn được lựa chọn.
STT Thời gianDATE Bbán kính
quét số góc nâng Bbiến có sẵn(*)
1 2/8/20168/2/2016 240 1 DZ,CZ,VR,SW 2 3/8/20168/3/2016 240 2 DZ,CZ,VR,SW 3 5/8/20188/5/2018 120 5 DZ,CZ,VR,ZT,SW 4 18/8/20188/18/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 5 1/9/20189/1/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 6 3/9/20189/3/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 7 7/9/20189/7/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 8 8/9/20189/8/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 9 20/9/20189/20/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW
Formatted: Font: Bold
Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt
10 24/9/20189/24/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 11 2/10/201810/2/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 12 17/10/201810/17/20 18 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 13 19/10/201810/19/20 18 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 14 23/10/201810/23/20 18 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 15 3/10/201810/3/2018 120 8 DZ,CZ,VR,ZT,SW 16 25/11/201811/25/20 18 120 5 DZ,CZ,VR,ZT,SW 17 26/11/201811/26/20 18 120 5 DZ,CZ,VR,ZT,SW
(* Tên biến xem ở phần danh mục viết tắt)
Số liệu quan trắc: phục vụ đánh giá mô phỏng bao gồm số liệu mưa của 115 trạm
quanh khu vực TP. Hồ Chí Minh (Hình 2.16 a)
Bảng 2.4. Các trạm quan trắc Tên trạm ID Kinh Tên trạm ID Kinh độ Vĩ độ CanGio 854084 106.96 10.41 TamThonHie p 893025 106.86 10.60 HocMon 105273 106.60 10.89 NhaBe 501508 106.75 10.68 CatLai 419547 106.77 10.77 BinhChanh 878074 106.57 10.69 ThuDuc 752648 106.76 10.84 AnPhu 729806 106.51 11.11 CuChi 312609 106.51 10.96 PhamVanCoi 782600 106.52 11.04 LeMinhXuan 495403 106.54 10.78 Hình 2.16. Vị trí các trạm trên bản đồ. Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt
2.3.2. Số liệu chạy mơ hình
Số liệu GFS: Số liệu ban đầu hóa và số liệu điều kiện biên phụ thuộc thời gian
được lấy từ dự báo của mơ hình tồn cầu GFS cung cấp bởi Trung tâm Quốc Gia Dự báo Môi trường (NCEP)/Mỹ với độ phân giải 0.5ºx0.5º kinh vĩ.
Số liệu Radar: Lấy từ RADAR Nhà Bè bao gồm độ phản hồi và gió xuyên tâm
được lấy trong các ngày ở bảng 2.5, trong thời gian vào năm 2016, số liệu Radar khơng được tốt nên chỉ có một số ít đợt mưa lựa chọn. Trong thời gian 2018, số liệu RADAR tốt hơn và việc thu thập số liệu với tần suất liên tục hơn cho nên sử dụng nhiều đợt mưa lớn của năm này. Trước khi đưa vào mơ hình số, số liệu Radar được lọc nhiễu và kiểm định chất lượng, các loại nhiễu như nhiễu biển, nhiễu địa hình, nhiễu do hiệu ứng búp song phụ, nhiễu lệch chồng chéo trường gió… được loại bỏ.
2.4. Thiết kế thí nghiệm
Trong luận văn này, tác giả sử dụng mơ hình WRF và WRFDA phiên bản V3.9.1 WRF, sử dụng hai lưới lồng tương tác hai chiều với độ phân giải tương ứng là: 9km, 3km (Hình 2.17). Miền 1 gồm 100×97 điểm lưới với tọa độ tâm là 10,0oN, 106,0oE, miền 2 gồm 106×100 điểm lưới với 52 mực thẳng đứng. Miền 1 được thiết kế đủ rộng để mơ hình có thể nắm bắt được các q trình hồn lưu quy mơ lớn ảnh hưởng đến Nam Bộ, các miền con được thu hẹp phạm vi bao trọn khu vực TP. Hồ Chí Minh. Bảng 2.5 là bộ tham số vật lý của mơ hình WRF được lựa chọn để mơ phỏng mưa khu vực TP.Hồ Chí Minh.
Hình 2.17. Các miền tính của mơ hình Bảng 2.5. Sơ đồ vật lý sử dụng trong thí Bảng 2.5. Sơ đồ vật lý sử dụng trong thí nghiệm Lớp biên hành tinh Mellor-Yamada- Janjic Tham số hóa đối
lưu(chỉ cho miền 1) Grell-Devenyi Sơ đồ vi vật lý mây WSM 6-class Bức xạ sóng ngắn Dudhia Bức xạ sóng dài RRTM Sơ đồ đất Noah-MP
Tác giả sử dụng loại sai số trường nền CV7 để tạo ra nó sử dụng hiệu của các dự báo (T + 24 trừ T + 12) nối tiếp nhau trong 6 tháng cho khu vực Nam Bộ từ 31/05/2016 – 01/10/2016 (khoảng 360 lần chạy WRF), vì sai số trường nền không thể tạo cùng một lúc cho cả 2 miền nên ta cần thực hiện cho từng miền tính một. Đối với số liệu Radar cửa sổ đồng hóa đặt cho số liệu Radar là +- 15 phút quanh thời điểm phân tích.
Bảng 2.6. Các trường hợp thử nghiệm
STT CASE MÔ TẢ
1 CONTROL WRF khơng đồng hóa
2 WARM-ZH Warmstart, Đồng hóa chỉ độ phản hồi
3 WARM-ZHVR Warmstart, Đồng hóa độ phản hồi, gió xuyên tâm 4 COLD-ZH Coldstart, Đồng hóa chỉ độ phản hồi
5 COLD-ZHVR Coldstart, Đồng hóa chỉ độ phản hồi, gió xuyên tâm 6 CYCLING Đồng hóa độ phản hồi và chạy kiểu cycling
Đối với chế độ Coldstart mơ hình được chạy với thời gian trùng với mưa quan trắc tức là từ 12Z ngày hôm trước đến 12Z ngày hôm sau (giờ GMT) (mưa quan trắc tại Việt Nam được tính từ 19h ngày hơm trước đến 19h ngày hôm sau). Trong chế độ Warmstart, cũng tương tự như Coldstart tuy nhiên mơ hình được khởi
chạy trước 06h, các mô phỏng này được cập nhật bổ xung vào điều kiện ban đầu cho thời điểm 12Z để dự báo cho các giờ tiếp theo, đối với chế độ cycling mơ hình cũng được chạy trước 6h giống với Warmstart và cứ sau 6h chu trình lại được lặp lại để dự báo cho các giờ tiếp theo. Qua một số lần thử nghiệm cho thấy sử dụng phân tích NCEP GFS (thí nghiệm Coldstart), WRF-Var đã đưa ra một phân tích khá rõ về trường ban đầu nhưng thơng tin là khá ít. Với chế độ Warm-start các thông tin cho trường ban đầu nhiều hơn rất nhiều so với Coldstart, điển hình như các biến Qcloud, Qrain . Chi tiết về từng kiểu chạy được mô tả trong các hình từ 2.18 - 2.20.
Sơ đồ chạy WRFDA:
Hình 2.18. Sơ đồ chạy đồng hóa số liệu với chế độ khởi động lạnh
Ở chế độ Coldstart (Hình 2.18), từ đầu là dữ liệu GFS, mơ hình WRF tạo ra các file wrfinput và wrfbdy, các file này sẽ được đưa vào 3DVAR. Với wrfinput sau khi kết hợp với số liệu Radar sẽ tạo ra các file wrvar_output. Với file wrfbdy (điều kiện biên) cũng được cập nhật lại sau khi có file wrvar_output. Các file wrfbdy mới và wrvar_output sau đó sẽ sử dụng để chạy mơ hình WRF.
Hình 2.19. Sơ đồ chạy đồng hóa số liệu với chế độ khởi động ấm (Warmstart)
Ở chế độ Warmstart (hình 2.19), một dự báo trước thời điểm phân tích (ví dụ trước 06h) được chạy để tạo ra các file wrfoutput, các file này sau đó được cập nhật điều kiện biên dưới và đưa vào module 3DVAR, tiếp theo quy trình lặp lại như với Coldstart.
Trong chế độ Cycling (hình 2.20) cũng tương tự như chế độ Warmstart, tuy nhiên, cứ mỗi 06h, mơ hình WRF được cập nhật lại điều kiện biên và đồng hóa dữ liệu Radar để dự báo cho 06h tiếp theo, chu kỳ này được lặp đi lặp lại liên tục.
Hình 2.20. Sơ đồ chạy đồng hóa số liệu với chế độ cycling
2.5. Phƣơng pháp đánh giá dự báo