Chương III của Luận án đã trình bày một số kết quả đánh giá hiệu quả giữa phương pháp tính kích thước hạt đề xuất và phương pháp tính kích thước hạt thông qua độ sâu điều chế do D. V. Kiesewetter và V. I. Malyugin đề xuất [14, 16].
Thiết bị đo mưa cải tiến cho phép đo các thông số đường kính, vận tốc hạt mưa từ đó tính ra lượng mưa, cường độ mưa. Từ việc thử nghiệm mơ hình với các viên bi có đường kính biết trước, sai số của đường kính hạt đo được tương đồng với kết quả đánh giá so sánh. Khi thử nghiệm đo mưa, mơ hình đã tiến hành đo và đánh giá lượng mưa đo được với lượng mưa do thiết bị đo kiểu chao lật đang dùng phổ biến để so sánh và tìm ra hệ số hiệu chỉnh của thiết bị đo mưa đề xuất với thiết bị đo kiểu chao lật. Kết quả cho thấy là lượng mưa đo được bằng hai thiết bị là tương đương nhau. Ngồi thơng số lượng mưa, thiết bị đo mưa của Luận án cịn đo được thơng số kích thước hạt để từ đó biết được phân bố kích thước hạt trong một trận mưa, trong một ngày có mưa, trong một tháng, trong một năm. Thông số này kết hợp với các thơng số khí tượng thủy văn, thơng số đo LIDAR bên vật lý địa cầu có thể dự đốn được các vấn đề về mơi trường, độ xói mịn đất....
Trong khuôn khổ thời gian dành cho luận án, những số liệu thu được còn hạn chế song kết quả thử nghiệm cũng cho thấy việc sử dụng thiết bị đo xây dựng trong nghiên cứu và phương pháp thu thập, xử lý số liệu được để xuất trong luận án đáp ứng được yêu cầu của việc khảo sát, đánh giá các thông số mưa về độ tin
cậy và xác định được mối quan hệ giữa động năng KEtime của hạt mưa với cường
độ mưa I. Đây là giá trị khoa học và thực tiễn của cơng trình.
Việc tiếp tục mở rộng phạm vi, thời gian đo đạc thực nghiệm sẽ cho phép xác định được những yếu tố giúp cho việc dự báo về lượng mưa cũng như tác động xói mịn gây sạt lở đất do hạt mưa rơi chính xác và đầy đủ hơn.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Kết luận
Nâng cao độ chính xác của kết quả đo kích thước và vận tốc hạt mưa bằng quang học là một vấn đề rất được quan tâm hiện nay trong lĩnh vực đo lường. Hiện có rất nhiều phương pháp chế tạo thiết bị đo mưa khác nhau, luận án lựa chọn mơ hình đo mưa của các giáo sư D. V. Kiesewetter và V. I. Malyugin để nghiên cứu, nâng cao hiệu quả đo. Kêt quả nghiên cứu của luận án đã đã góp phần làm phong phú thêm kho tàng kiến thức về phương pháp đo lường quang học nói chung và đo mưa bằng phương pháp quang học nói riêng. Một số kết quả mới của luận án như sau:
Về mặt khoa học:
Luận án đã đề xuất các biểu thức tốn học tính kích thước, vận tốc tương đương của hạt mưa dựa vào dạng xung quang điện thu được và các điểm đặc trưng của xung thu được. Biểu thức tính kích thước hạt mưa đã nâng cao được độ chính xác của phép đo và đặc biệt là không phụ thuộc vào vận tốc rơi của hạt.
Từ những biểu thức tính tốn, luận án đã đề xuất thuật tốn tính kích thước, vận tốc hạt mưa có thể nhúng trên vi điều khiển tốc độ cao và cho phép chế tạo thiết bị độc lập sử dụng trong thực tế.
Về mặt công nghệ:
Luận án đã chỉ ra hạn chế và đề xuất những vấn đề cơng nghệ cần hồn thiện để chế tạo thành công thiết bị đo mưa sử dụng được trong thực tế.
Thiết bị chế tạo trên cơ sở kết quả của luận án đã được lắp đặt, sử dụng để đánh giá tại trạm khí tượng quốc tế đồng bằng miền Bắc Việt Nam. Kết quả đo mưa của thiết bị được đánh giá là tương đương với các thiết bị đang sử dụng phổ biến hiện nay.
Về mặt thực tiễn:
Ngoài việc cung cấp các kết quả đo mưa (như các thiết bị đang sử dụng), luận án bước đầu đề xuất việc xử lý các kết quả đo thông số hạt mưa, trận mưa của thiết bị để đưa ra các cảnh báo phục vụ công tác dự báo xói mịn, lở đất….
các tạp chí, Hội nghị chun ngành. Ngồi ra tác giả vẫn đang tiếp tục cơng bố thêm về nghiên cứu.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Mở rộng dải đo các hạt mưa nhỏ hơn 0,5mm là hạt mưa hay xuất hiện trong
các trận mưa phùn. Với dải hạt tạo ra dạng chỉ có một chồi xung, có thể nghiên
cứu, đưa ra hướng tìm tham số hiệu chỉnh km so với hàm tính theo biến số k075.
- Tiếp tục thử nghiệm đo và đánh giá.
- Giảm thiểu ảnh hưởng của hơi ẩm, côn trùng bay vào khu vực đo
- Tiếp tục thử nghiệm thực tế, thu thập phân tích số liệu mưa để góp phần vào việc đánh giá các vấn đề về biến đổi khí hậu.
CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN
[1]. Lai Thi Van Quyen; Nguyen Manh Thang; Nguyen Hong Vu; Nguyen The Truyen, Victor Ivanovich Malyugin, Dmitry Kiesewetter; “The Optical Disdrometer”; Advances in Wireless and Optical
Communications (RTUWO), 2017 in Riga, Latvia, Latvia; IEEE Xplore; http://ieeexplore.ieee.org/document/8228499/; 21/12/2017
https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57201118587
[2]. Lai Thi Van Quyen, Nguyen Manh Thang, Nguyen Hong Vu, Nguyen The Truyen, Victor Ivanovich Malyugin, Dmitry Kiesewetter; “Device for measuring parameters of the meteorological
precipitation”; Scientific Conference Electronics (ET), 2017 XXVI International in Sozopol, Bulgaria, Bulgaria; IEEE Xplore;
http://ieeexplore.ieee.org/document/8124364/; 01/12/2017
https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57201118587
[3]. Lai Thị Vân Quyên, Nguyễn Hồng Vũ, Nguyễn Thế Truyện, Nguyễn
Mạnh Thắng, Victor Ivanovich Malyugin, Dmitry Vladimirovich Kiesewetter; “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo kích thước hạt mưa bằng quang học”. Tạp chí Nghiên cứu khoa học và Công nghệ quân sự, (2020), Vol.66. p.105-116; https://drive.google.com/file/d/1vziCbEtz1WachtRGrBjWGiyoQZOZr4RH/view
[4]. Lai Thị Vân Quyên, Nguyễn Hồng Vũ, Nguyễn Thế Truyện, “Nghiên
cứu các thông số mưa ở khu vực hà nội bằng thiết bị đo hạt theo nguyên lý quang học”. Tạp chí Nghiên cứu khoa học và Cơng nghệ qn sự, (2020), Vol 70, p 45-53; https://drive.google.com/file/d/13VTMgtzAo4wFQSwF9DbNGs- kKuL0itTD/view
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Angulo-Martínez, M. and Barros, A. P., “Measurement uncertainty in rainfall kinetic energy and intensity relationships for soil erosion studies: An evaluation using Parsivel disdrometers in the Southern Appalachian Mountains”, Geomorphology, 2015, Vol 228, p.28–40
[2] Ali Tokay., et al, “Comparison of Raindrop Size Distribution Measurements by Collocated Disdrometers”. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. Vol.30 (2013). p.1672-1689.
[3] Amy Sabin, “Problems in particle size: laser diffraction observations”, As Published in GXP, Autumn 2011, Vol15/No4
[4] Anderson, D. “Preliminary evaluation of OTT and Thies Clima present
weather sensors. Program operations and standards Instrument Test Report 691”, Bureau of Meteorology, Australian Government: Melbourne, Australia, 2009
[5] Andrew J. Ireland, Lawrence E. Hochreiter, Fan-Bill Cheung; “Droplet Size and Velocity Measurements in a Heated Rod Bundle The 6th ASME- JSME Thermal Engineering Joint Conference, March 16-20, 2003
[6] Bryson Evan Winsky, “A redesigned instrument and new data analysis method used to measure the size and velocity of hydrometeors”. Theses and Dissertations. University of Iowa. (2012).
[7] Beard, K.V.; Bringi, V.N. Thurai, M. “A new understanding of raindrop shape”. Atmos. Res. 2010, 97, 396–415
[8] Bloemink, H. I. and Lanzinger, E. “Precipitation type from the Thies disdrometer”, WMOTechnical Conference on Meteorological and Environmental Instruments and Methods of Observation (TECO- 2005), Bucharest, Romania, 4–7 May 2005, Vol3
[9] Bentley, W, “A. Studies of raindrops and raindrop phenomena.” Mon. Weather Rev. 1904, 32, p.450–456
[11] Cloos, M. P. “Measuring Hydrometeor Size, Shape, and Velocity Using a New Non-Video, Two - Dimensional Disdrometer”, Iowa City; 2007
[12] Derege Tsegaye Meshesha, Atsushi Tsunekawa, Mitsuru Tsubo, Nigussie Haregeweyn & Enyew Adgo. “Drop Size Distribution and Kinetic Energy Load of Rainfall Events in The Highlands of the Central Rift Valley, Ethiopia”. Hydrological Sciences Journal, (2014), 59:12, 2203-2215, DOI: 10.1080/02626667.2013.865030
[13] De Moraes Frasson, R.P.; da Cunha, L.K.; Krajewski, W.F. Assessment of
the Thies optical disdrometer performance. Atmos. Res. 2011, Vol 101, 237–255.
[14] D.V. Kiesewetter, V.I. Malyugin, “Simultaneous measurements of velocity
and size of moving particles”. J. Tech. Phys., Vol. 79, No 2, (2009), p. 90-95.
[15] David W. Hahn, “Light Scattering Theory”; Department of Mechanical and Aerospace Engineering University of Florida (dwhahn@ufl.edu); July 2009.
[16] D.V. Kiesewetter, V.I. Malyugin, “Simultaneous measurements of velocity and size of moving particles”. Proc “Lasers for Measurements and Information Transfer 2003”, SPIE, Vol. 5381, (2004), p. 200-209.
[17] D. Petrak, “Simultaneous measurements of particle size and velocity with
spatial filtering technique in comparison with coulter multisizer and laserdoppler velocimetry”, Department of Technical Thermodynamics, Chemnitz University of
Technology, Germany; 4th International Conference On Multiphase Flow; New Orleans, Louisiana, U.S.A., May 27-June 1, 2001
[18] D.V. Kiesewetter, V.1. Malyugin, M.Y. Litvak, “Method for the drops velocity measurement”. A.c. N2177091 1, USSR, Bul. Izobret (in Russian)., 39, (1992).
[19] F. Y. Testik và M. K. Rahman, “High-Speed Optical Disdrometer for Rainfall Microphysical Observations”. Journal of atmospheric and oceanic technology. Vol.33 (2015). p.231-242.
[20] Friedrich, K.; Higgins, S.; Masters, F.J.; Lopez, C.R. Articulating and stationary PARSIVEL disdrometer measurements in conditions with strong winds and heavy rainfall. J. Atmos. Ocean. Technol. 2013, Vol 30, 2063–2080.
[21] Fuchs, N.; Petrjanoff, I, “Microscopic examination of fog, cloud and rain droplets.” Nature 1937, 139, p.111–112
[22] Gopinath Kathiravelu, Terry Lucke, and Peter Nichols, “Rain Drop Measurement Techniques: A Review”, Water 2016, 8, 29; doi:10.3390/w8010029
[23] Golan, L. & Shoham, S. “Speckle elimination using shift-averaging in high-rate holographic projection.”; Opt. Express 17(3), 1330–1339 (2009). [24] Graham Upton, Dan Brawn, “An investigation of factors affecting the accuracy of Thies disdrometers”; OTT Parsivel® - Enhanced precipitation identifier and new generation of present weather sensor by OTT Messtechnik, Germany, 2008, https://www.researchgate.net/publication/237690271;
[25] George M. Crawley, Soren Jensen, Al Godek, Andrew P. Malcolmson, Don Holve, “Real-time process optimisation using dry in-line particle sizing”; International Congress for Particle Technology; 2001
[26] Grossklaus, M.; Uhlig, K.; Hasse, L. “An optical disdrometer for use in high wind speeds”, J. Atmos. Ocean. Technol. 1998, Vol 15, p.1051–1059
[27] Hahn, J., Kim, H., Lim, Y., Park, G. & Lee, B. “Wide viewing angle dynamic holographic stereogram with a curved array of spatial light modulators.” Opt. Express 16, 12372–12386 (2008).
[28] Hironobu Ueki, Masahiro Ishida, Daisaku Sakaguchi, and Oluwole Amida,
“Measurement of droplet size distribution in core region of high-speed spray by
micro-probe L2F”; Proceedings of the 8th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows; Lyon, July 2007
[29] Hayton S, Nelson CS, Ricketts BD, Cooke S, Wedd MW; “Effect of Mica on Particle-Size Analyses Using the Laser Diffraction Technique”; Journal of Sedimentary Research. 2001; 71 (3): 507–509. doi:10.1306/2dc4095b-0e47-11d7-8643000102c1865d.
[30] Illingworth, A.J.; Stevens, C.J. “An optical disdrometer for the measurement of raindrop size spectra in windy conditions”, J. Atmos.
[31] Kougbéagbédè Hilaire1, Houngninou B. Etienne1 and Moumou Sounmaila, “Modeling Rain Rate Distribution Per Diameter Class from Disdrometer Data Collected in Northern Benin (AMMACampaign): A New Relationship Between Radar Reflectivity and Rainfall Rate”, International Journal of Research and Innovations in Earth Science, 2017, Vol 4, Issue 3, ISSN (Online): 2394-1375
[32] K. Tuntivoranukul, P. Vallikul, B. Fungtammasan, P. Yongyingsakthavorn, and C. Dumouchel, “Application of the D2 -Law to Determine Time Evolution and Burn-Out Time of Evaporating Biodiesel Spray Drop-Size Distribution”, Journal of Sustainable Energy & Environment 1, 2010, 59-63
[33] Kruger, A.; Krajewski, W.F. “Two-dimensional video disdrometer: A description” J. Atmos. Ocean. Technol. 2002, 19, p.602–617.
[34] Krajewski,W.F; Kruger, A.; Caracciolo, C.; Golé, P.; Barthes, L.; Creutin, J.D.; Vinson, J.P. DEVEX-disdrometer evaluation experiment: Basic results and implications for hydrologic studies. Adv. W. Res. 2006, Vol 29, 311–325.
[35] Kristopher Garibay, Eric Olson, Jonathon S. Salsbury; “Understanding the Relationship Between the Red and Blue Light Sources in the Determination of Particle Size Distribution Profiles”;
[36] Lisbeth Lolk Johannsen, Nives Zambon, Peter Strauss, Tomas Dostal, Martin
Neumann, David Zumr, Thomas A. Cochrane 4 and Andreas Klik, “Impact of Disdrometer Types on Rainfall Erosivity Estimation”, Water. MPDI, 2020, 12, 963 [37] Lisbeth Lolk Johannsen, Nives Zambon, Peter Strauss, Tomas Dostal, Martin Neumann, David Zumr, Thomas A. Cochrane, Günter Blöschl & Andreas Klik “Comparison of three types of laser optical disdrometers under natural rainfall conditions”, Hydrological Sciences Journal, 2020 65:4, 524-535, DOI: 10.1080/02626667.2019.1709641
[38] Löffler-Mang, M.; Joss, J. “An optical disdrometer for measuring size and velocity of hydrometeors”, J. Atmos. Ocean. Technol. 2000, 17, p.130–139.
[39] Lowe, E.J. “Rain drops.” Q. J. R. Meteorol. Soc. 1892, 18, p.242– 245.
[40] Mahadi Lawan Yakubu, Zulkifli Yusop & Mohamad Ali Fulazzaky. “The Influence of Rain Intensity on Raindrop Diameter and The Kinetics of Tropical Rainfall: case study
of Skudai, Malaysia”. Hydrological Sciences Journal, 2016, 61:5, 944-951, DOI:
10.1080/02626667.2014.934251
[41] Mahadi Lawan Yakubu, Zulkifli Yusop & Mohamad Ali Fulazzaky, “The influence of rain intensity on raindrop diameter and the kinetics of tropical rainfall: case study of Skudai, Malaysia”, Hydrological Sciences Journal, 2016, 61:5, 944-951, DOI: 10.1080/02626667.2014.934251
[42] Mohsen Jahanmir, “Particle Image Velocimetry: Fundamentals and Its Applications” Research report 2011:03
[43] Mehta, D. S., Saxena, K., Dubey, S. K. & Shakher, C. “Coherence characteristics of light-emitting diodes.” J. Lumin. 130, 96–102, 2010
[44] Nicolas Fdida*, Jean-Bernard Blaisot°, Alain Floch$, David Dechaume, “Drop size measurement techniques applied to gasoline sprays”, ILASS 2008
[45] Nešpor, V.; Krajewski, W.F.; Kruger, “A. Wind-induced error of raindrop size distribution measurement using a two-dimensional video disdrometer”, J. Atmos. Ocean. Technol. 2000, 17, p.1483–1492.
[46] Jan PETRŮ and Jana KALIBOVÁ, “Measurement and Computation of Kinetic Energy of Simulated Rainfall in Comparison with Natural Rainfall”, Soil & Water Res., 13, 2018 (4): 226–233
[47] Jia Sheng-Jie, Lü Da-Ren & Xuan Yue-Jian, “An Optical Disdrometer for Measuring Present Weather Parameters”, Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2014, 7:6, 559-563, https://doi.org/10.3878/AOSL20140037
[48] Jacek Majewski Lublin, “Measurement methods for size and charge distributions of electrosprayed water droplets”; University of Technology, Lublin, Poland; 2014
[49] Joseph Parker, “Particle Size and Velocity Measurements in Two Phase Flows Using Laser Doppler Velocimetry”; Western Michigan University; [50] Jindˇ rich Dolansk´ y, “Simulation of particle motion in a closed conduit validated against experimental data”, published by EDP Sciences, 2015
[52] Pearson, J.E.; Martin, G.E. “An evaluation of raindrop sizing and counting techniques”. Sci. Rep. 1957, 1, 1–17
[53] Redding, B., Choma, M. A. & Cao, H. “Speckle-free laser imaging using random laser illumination”. Nat. Photonics 6(6), 355–359 (2012).
[54] Seung Sook Shin, Sang Deog Park, and Byoung Koo Choi. “Universal Power Law
for Relationship between Rainfall Kinetic Energy and Rainfall Intensity”. Hindawi Publishing Corporation Advances in Meteorology, 2016, Article ID 2494681, 11 pages
[55] Simone Simões Amaral; João Andrade de Carvalho Jr. , Maria Angélica Martins Costa and Cleverson Pinheiro; “An Overview of Particulate Matter Measurement Instruments”; Science and Technology of São Paulo, Jacareí, SP 12322-030, Brazil;;Atmosphere 2015, ISSN 2073-4433;
[56] S. Maaß, S. Wollny, A. Voigt, M. Kraume; “Experimental comparison of measurement techniques for drop size distributions in liquid/liquid dispersions”; Exp. Fluids, DOI: 10.1007/s00348-010-0918-9: 11 pp. (25.11.2010)
[57] Schönhuber, M.; Lammer, G.; Randeu, W.L. “One decade of imaging precipitation measurement by 2D-video-distrometer.” Adv. Geosci. 2007, 10, p.85– 90.
[58] T. H. Raupach and A. Berne, “Correction of raindrop size distributions measured by Parsivel disdrometers, using a two-dimensional video disdrometer as a reference”, Atmos. Meas. Tech; 2015
[59] Tokay, A., Wolff, D. B., and Petersen, W. A. “Evaluation of the new version of the laser-optical disdrometer, OTT Parsivel2” J. Atmos. Ocean. Tech. 2014, 31, p.1276–1288.
[60] Thurai, M.; Bringi, V.N.; Petersen, W.A. Rain microstructure retrievals using 2-D video disdrometer and C-band polarimetric radar. Adv. Geosci. 2009, Vol 20, 13–18.
[61] Trisnadi, J. I. “Speckle contrast reduction in laser projection displays.”; Electronic Imaging 2002. International Society for Optics and Photonics, 131–137 (2002).
[62] Yuanbo Deng & Daping Chu, “Coherence properties of different light
and their effect on the image sharpness and speckle of holographic displays. “; Scientific Reports | 7: 5893 | DOI:10.1038/s41598-017-06215-x; 2017
[63] Vanessa dos Santos Silva, Elizângela Márcia de Carvalho Abreu, Renata Amadei Nicolau, Cristina Pacheco Soares; “Comparative analysis of different doses of coherent light (laser) and non-coherent light (light-emitting diode) on cellular necrosis and apoptosis: a study in vitro”; Res. Biomed. Eng. vol.32 no.4 Rio de Janeiro,https://electronicscoach.com/difference-between-led-and- laser.html; Oct./Dec. 2016
[64] “Dynamic Light Scattering Experiment DLS”; University of Florida — Department of Physics PHY4803L — Advanced Physics Laboratory;
[65] https://hypertextbook.com/facts/2001/IgorVolynets.shtml
[66] https://gpm.nasa.gov/education/videos/size-matters-measuring-raindrop-sizes- space
This is a conceptual image showing how the size and distribution of raindrops varies within a storm. Blues and greens represent small raindrops that are 0.5- 3mm in size. Yellows, oranges, and reds represent larger raindrops that are 4- 6mm in size. A storm with a higher ratio of yellows, oranges, and reds will contain more water than a storm with a higher ratio of blues and greens.
[67] https://glossary.ametsoc.org/wiki/Raindrop
Raindrop. A drop of water of diameter greater than 0.5 mm falling through the atmosphere. In careful usage, falling drops with diameters between 0.2 and 0.5