Học hỏi kinh nghiệm Hoa Kỳ về Khí tượng Thủy văn

Đăng ngày: 22-01-2020 | Lượt xem: 1375
Giới thiệu về Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn (HRC) và các hoạt động. HRC là một tổ chức phi lợi nhuận. Nhiệm vụ: Tư vấn, hỗ trợ đưa ra giải pháp cho các vấn đề liên quan đến nước trên toàn thế giới; hợp tác khoa học, chuyển giao công nghệ, đào tạo trong việc chẩn đoán, dự báo và cảnh báo sự xảy ra của lũ quét.

Lĩnh vực nghiên cứu: Cảnh báo lũ, ngập lụt và kiểm soát lũ; hạn hán; vòng tuần hoàn nước; xây dựng mô hình tích lũy tuyết; viễn thám; đánh giá tổng hợp tài nguyên nước; mô hình mưa - dòng chảy; xây dựng mô hình mặt đất - độ ẩm không khí và trao đổi năng lượng; tương tác khí quyển và mặt đất; tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước và các quá trình thủy văn. Lĩnh vực dẫn đầu: Xây dựng hệ thống cảnh báo lũ quét.

Giới thiệu cơ bản về kiến thức ra đa. Ra đa (Radar): RAdio Dectection And Ranging. Các thành phần chính của hệ thống ra đa: Bộ phát sóng vô tuyết điện từ (transmitter), bộ điều biến (modulator), ống dẫn sóng (waveguide), bộ thu nhận tín hiệu (receiver), ăng ten (antenna), màn hình hiển thị (display), máy tính (bao gồm phần mềm xử lý tín hiệu). Các thông số quét của ra đa thời tiết: góc phương vị (azimuth angle), góc độ cao (elevation angle), phạm vi quét (range). Các kiểu quét của ra đa thời tiết: PPI, RHI. Sự khúc xạ và suy giảm của sóng điện từ. Các loại và phổ của ra đa thời tiết: S-band, C-band, X-band, ra đa Doppler, ra đa đơn cực và ra đa lưỡng cực, ra đa monostatic và ra đa bistatic, ra đa xung và ra đa liên tục. Phương trình ra đa: Mối quan hệ giữa độ phản hồi ra đa và lượng mưa (Z = ARb). Ưu điểm của ước lượng lượng mưa bằng ra đa so với hệ thống trạm đo mặt đất (quan trắc tốt hơn về mặt không gian) và sự cần thiết của việc tích hợp hai nguồn dữ liệu lượng mưa này cho mục đích thủy văn.

Giới thiệu về phần mềm bản đồ QGIS và cách thức hiển thị thông tin lên bản đồ. Đưa tệp định dạng shapefile lên bản đồ. Đưa tệp định dạng raster lên bản đồ. Thay đổi thuộc tính, cách thức hiển thị của một lớp bản đồ (layer). Đưa tệp dữ liệu định dạng .csv lên bản đồ. Trình bày dữ liệu phản hồi ra đa (dBZ) và lượng mưa trên bản đồ.

Thảo luận về ước lượng lượng mưa bằng ra đa từ các mối quan hệ Z-R khác nhau. Tính toán lượng mưa theo 3 công thức Z = 200R1.6; Z = 300R1.4; Z = 250R1.2 từ độ phản hồi ra đa (trong khoảng từ 10 đến 58 dBZ). Phân tích, so sánh lượng mưa tính được giữa 3 công thức. Thảo luận về các nguồn sai số ước lượng lượng mưa của hệ thống trạm quan trắc mặt đất và ra đa. Hệ thống trạm quan trắc mặt đất,  Sai số mẫu (sampling error), Thiết bị đo bị tắc nghẽn (tổ chim, lá cây, …), Lượng mưa trong thiết bị đo bị đóng băng hoặc băng trong thiết bị đo tan ra,    Do gió mạnh, Độ phản hồi vô tuyến cao bất thường, Tín hiệu ra đa gửi đi bị chặn bởi núi, rừng cây, các tòa nhà,  Lan truyền bất thường,Dải sang, Sự suy giảm của phạm vi quan trắc, Mối quan hệ Z-R không phù hợp, Sự giao thoa song, Sai số từ thuật toán.

Phân tích, đánh giá chất lượng quan trắc lượng mưa của hệ thống trạm quan trắc mặt đất. Mục đích: Loại bỏ các trạm thiếu dữ liệu hoặc dữ liệu bị sai, Loại bỏ các trạm có chất lượng quan trắc kém, Xác định các trạm có đặc điểm khí hậu, thủy văn tương đồng. Thực hiện kiểm soát dữ liệu cho các trạm quan trắc mặt đất để sử dụng cho so sánh với lượng mưa ước lượng từ ra đa. Các bước thực hiện:     Xác định số bước thời gian có dữ liệu quan trắc tại các trạm. Loại bỏ các trạm có số bước thời gian có dữ liệu quá ngắn so với độ dài của toàn bộ chuỗi dữ liệu. Xác định POD tại các trạm. Giữ lại các trạm có giá trị POD phù hợp cho các phân tích kế tiếp.

Xác định clutter mask của ra đa dựa trên việc phân tích các dữ liệu ra đa và thực đo trong quá khứ: Xác định POD của chuỗi dữ liệu lượng mưa thực đo tại các trạm quan trắc mặt đất. Xác định POD của chuỗi dữ liệu lượng mưa ước lượng từ ra đa. Từ giá trị POD của chuỗi dữ liệu mặt đất, xác định khoảng giá trị POD phù hợp của ra đa. Loại bỏ những ô lưới ra đa có POD nằm ngoài khoảng giá trị lựa chọn. Trình bày trên bản đồ giá trị POD tại các ô lưới (clutter mask) để nhìn trực quan chất lượng của lượng mưa ước lượng từ ra đa.

- Thảo luận về phương pháp giảm thiểu sai số (bias adjustment) của lượng mưa ước lượng từ ra đa.

+ Hai phương pháp được sử dụng bao gồm phương pháp khí hậu (climatology) và phương pháp động lực (dynamic).

+ Phương pháp khí hậu (sử dụng phần mềm của HRC):

• Thu thập thông tin (tọa độ) các trạm quan trắc mặt đất có số liệu quá khứ.

• Phân chia khu vực tính toán dựa trên dữ liệu địa hình, khí hậu, số lượng trạm, và phân bố không gian của các trạm.

• Thu thập số liệu mưa tại các trạm được chọn và tại các ô lưới của ra đa ở cùng vị trí đặt trạm.

• Tính toán sai số lượng mưa của ra đa so với trạm mặt đất ở mỗi vùng.

• Tính toán giá trị trung bình của sai số cho từng tháng hoặc mùa hoặc khoảng xác suất cho từng vùng và xác định yếu tố gây ra sai số khí hậu.

• Thiết lập đầu vào cho phần mềm của HRC.

• Chạy phần mềm của HRC để nhận được lượng mưa ra đa sau điều chỉnh.

+ Phương pháp động lực: Sử dụng kỹ thuật lọc Kalman. Tuy nhiên, HRC chưa giới thiệu về phương pháp này, và đoàn công tác cũng chưa được làm việc với phần mềm của HRC cho phương pháp này.

- Thảo luận về các đặc trưng thủy văn gây ra lũ quét ở khu vực Đông Nam Á

+ Trình bày bản đồ các khu vực có nguy cơ cao xảy ra lũ quét ở Việt Nam. Bản đồ này được biên tập dựa trên tài liệu thống kê các vị trí đã xảy ra lũ quét trong quá khứ từ năm 2008 - 2019, bản đồ khoanh vùng đến cấp huyện.

+ Thảo luận về các điều kiện thủy văn gây ra lũ quét tại các khu vực nêu trên.

+ Thảo luận về khoảng thời gian nhạy nhất trong năm có khả năng xuất hiện lũ quét ở các khu vực này.

+ Trao đổi về bản đồ loại đất của Việt Nam (thu thập từ Viện thổ nhưỡng Nông hóa, tuy nhiên bản đồ này dưới dạng pdf nên khó khăn cho công tác khai thác).

+ Mô tả các đặc trưng mặt đất ở những khu vực được đánh dấu bao gồm: địa hình (độ dốc, độ cao), thảm phủ thực vật, sử dụng đất, độ sâu và loại đất, và các đặc trưng địa chất.

+ Phân tích các đặc trưng trên trên quan điểm khả năng xảy ra lũ quét.

+ Đề xuất các đề tài, dự án và tiếp tục hợp tác với HRC nếu được tài trợ kinh phí.

- Phân tích độ nhạy của các thông số mô hình thủy văn đối với FFGs

+ Phân tích độ nhạy của thông số Wmax (lượng trữ nước lớn nhất trong đất).

+ Phân tích độ nhạy của thông số W0 (lượng trữ nước trong đất ở thời điểm ban đầu).

- Thảo luận về tác động của sai số mưa đến mô hình thủy văn

+ Phân tích kết quả mô phỏng dòng chảy và độ ẩm đất trong trường hợp lượng mưa tăng giảm ngẫu nhiên (sai số ngẫu nhiên).

+ Phân tích kết quả mô phỏng dòng chảy và độ ẩm đất trong trường hợp tăng lượng mưa thêm 50%.

+ Phân tích kết quả mô phỏng dòng chảy và độ ẩm đất trong trường hợp lượng mưa giảm đi 50%.

+ Phân tích kết quả mô phỏng dòng chảy và độ ẩm đất trong trường hợp lượng mưa ở tất cả các bước thời gian cộng thêm 0.1 mm.

+ So sánh kết quả mô phỏng dòng chảy và độ ẩm đất giữa các trường hợp.

- Giới thiệu về giao diện và các thành phần của hệ thống SEAFFGs

+ Ra đa: sản phẩm mưa ước lượng từ ra đa sau khi đã hiệu chỉnh sai số (cập nhật 1 tiếng 1 lần)

+ MWGHE: Microwave-adjusted Global HydroEstimator Satellite-based Precipitation Estimates, ước lượng lượng mưa từ vệ tinh sử dụng vi sóng.

+ GHE: Global HydroEstimator, mưa vệ tinh ước lượng từ nhiệt độ trưng sáng của đỉnh mây.

+ Merged MAP: Merged Mean Areal Precipitation (tích hợp mưa mặt đất; mưa vệ tinh GHE hoặc MWGHE sau khi đã hiệu chỉnh và mưa ước lượng từ ra đa sau khi hiệu chỉnh).

+ FMAP: Forecast Mean Areal Precipitation (numerical forecasts from the MRCWRF Model): mưa dự báo bình quân lưu vực của các tiểu lưu vực.

+WRF 3km: mưa dự báo bình quân lưu vực từ sản phẩm mô hình WRF 3 km của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn quốc gia (là sản phẩm mới sẽ được đưa vào trong hệ thống SEAFFGS).

+ FFG: Flash Flood Guidance, định hướng lũ quét, là lượng mưa cần thiết trong khoảng thời gian nhất định cho 1 tiểu lưu vực cụ thể để sinh ra dòng chảy tràn ở cửa ra của lưu vực, sản phẩm cập nhật 1 tiếng/lần (trong hệ thống MRCFFGS thì giá trị này cập nhật 6 tiếng/lần).

+ ASM: Average Soil Moisture, độ ẩm đất trung bình lưu vực của lớp đất phía trên.

+ IFFT: Imminent Flash Flood Threat (nguy cơ lũ quét thường trực).

+ PFFT: Persistant Flash Flood Threat (nguy cơ lũ quét kéo dài).

+ FFFT: Forecast Flash Flood Threat (nguy cơ lũ quét dự báo).

+ FFR: Flash flood risk (Rủi ro lũ quét).

+ Bên cạnh việc được sản phẩm ra đa vào trong hệ thống, các nguồn mưa dự báo cũng được đưa thêm vào để dự báo viên có thể tham khảo kết quả với các phương án khác nhau. Việc dựa trên các sản phẩm này sẽ đưa ra được bản tin cảnh báo lũ  với nguy cơ cao nhất có thể xảy ra.

Vụ KHQT

  Ý kiến bạn đọc

Tin tức liên quan: