Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
TIỂU LUẬN MÔN HỌC :
CÔNG NGHỆ TRI THỨC & ỨNG DỤNG
ĐỀ TÀI
ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ TRI THỨC
VÀO DỰ BÁO THỜI TIẾT
Ở TP.HCM
MỤC LỤC
Trang
Mục lục 2
Lời mở đầu 3
Chương I: Giới thiệu về thời tiết & các quy luật thời tiết 4
1) Các khái niệm & định nghĩa
2) Khí hậu & thời tiết
3) Các quy luật thời tiết
4) Các quy luật về thời tiết ở Việt Nam
4
10
11
14
1
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Học viên thực hiện:
Lê Ngọc Hiếu
MSHV: CH1101012
Nguyễn Tấn
MSHV: CH1101038
Thông qua đồ án môn học này, đồng thời là bài thu hoạch cuối kỳ của môn học Công
Nghệ Tri Thức & Ứng dụng, giúp chúng em hiểu hơn về các ứng dụng của Công Nghệ
Tri thức, mục tiêu, mục đích & kết quả của Công Nghệ tri thức trong cuộc sống, là cơ sở
vững chắc cho việc nghiên cứu & phát triển về sau trong quá trình học tập tại trường.
Để hòan thành tiểu luận này, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy GS.TSKH. Hoàng Văn
Kiếm, người đã truyền cảm hứng cho nhóm, thầy là người chỉ dẫn tận tình, cung cấp thông
tin, tư liệu cũng như những bài giảng có giá trị để sản phẩm này hoàn thành ở mức bước đầu
nghiên cứu.
Đây là đề tài không mới nhưng không cũ, nhưng với thời lượng cũng như việc đầu tư nghiên
cứu chưa tương ứng, nên đây chỉ mang tính chất một bài tiểu luận môn học, chỉ tìm hiểu ở
mức độ khái quát vấn đề, phân tích các quy luật thời tiết & sử dụng các công cụ dự báo thời
tiết ở mức đơn giản & trực quan, và chưa đi sâu mổ xẻ các vấn đề một cách triệt để tương
xứng với một bài nghiên cứu khoa học.
Nhóm chúng em rất mong sự thông cảm & chia sẻ của thầy.
Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 05 Năm 2012. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ THỜI TIẾT &
CÁC QUY LUẬT THỜI TIẾT
2
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
I.1) CÁC KHÁI NIỆM & ĐỊNH NGHĨA
1)
Trái đất:
Trái Đất là hành tinh thứ ba tính từ Mặt Trời, đồng thời cũng là hành tinh lớn nhất trong
các hành tinh đất đá của hệ Mặt Trời xét về bán kính, khối lượng và mật độ vật chất. Trái Đất còn được
biết tên với các tên "thế giới", "hành tinh xanh" hay "Địa Cầu", là nhà của hàng triệu loài sinh vật, trong
đó có con người và cho đến nay đây là nơi duy nhất trong vũ trụ được biết đến là có sự sống. Hành
tinh này được hình thành cách đây 4,55 tỷ năm và sự sống xuất hiện trên bề mặt của nó khoảng 1
tỷ năm trước. Kể từ đó, sinh quyển của Trái Đất đã có thay đổi đáng kể bầu khí quyển và các điều kiện
vô cơ khác, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phổ biến của các vi sinh vật ưa khí cũng như sự hình thành
+ Vỏ đại dương trong các vực thẳm: bề dày trung bình 8 – 10 km.
+ Vỏ đại dương ở các biển nội địa: có chiều dày lớp đá trầm tích khá dày, đạt 10 – 12 km ở
biển Hắc Hải, 20 – 40 km ở biển Caxpiên.
- Vỏ lục địa: gồm 2 lớp lục địa chính là đá bazan dày 10 – 20km ở dưới và các loại đá khác như
granit, sienit giàu SiO
2
, Al
2
O
3
và đá trầm tích ở bên trên. Vỏ lục địa thường rất dày, trung bình 35km, có
nơi 70 – 80 km như ở vùng núi cao Hymalaya. Vỏ lục địa gồm 3 phụ kiểu:
+ Vỏ lục địa miền nền: thường gặp trên các miền đại lục, phần trên của sườn lục địa và đáy
biển nội địa với lớp granit có chiều dày thay đối.
+ Vỏ lục địa miền tạo núi đại lục: thường gặp tại các phần cao của lục địa và trên các đảo,
chiều dày lớp granit và bazan đều lớn hơn phụ kiểu trên.
Đất là lớp ngoài cùng của thạch quyển, bị biến đổi tự nhiên dưới tác động của nước, không khí,
sinh vật. Thành phần chính của đất là chất khoáng, nước, không khí, mùn và các loại sinh vật từ vi sinh
vật cho đến côn trùng, chân đốt, …
Địa hình mặt đất và cảnh quan là kết quả tác động tương hỗ đồng thời, ngược với nhau và liên
tục của hai nhóm quá trình nội sinh (sự nâng lên của bề mặt) và ngoại sinh (tác động bào mòn và san
bằng của dòng chảy và khí hậu bề mặt).
3)
Thủy quyển:
Thủy quyển được mô tả như là khối lượng chung của nước được tìm thấy dưới, trên bề mặt
cũng như trong khí quyển của hành tinh. Trên Trái Đất, vòng tuần hoàn nước là quá trình lưu chuyển
của nước trong thủy quyển. Nó bao gồm nước có dưới bề mặt Trái Đất, trong các lớp đất, đá thạch
quyển (tức nước ngầm), nước trong cơ thể động vật và thực vật (sinh quyển), nước bao phủ trên bề
mặt Trái Đất trong các dạng lỏng và rắn, cũng như nước trong khí quyển trong dạng hơi nước, các đám
mây và các dạng mưa, tuyết, mưa đá, sương. Nước biển có ảnh hưởng lớn tới khí hậu của cả thế giới
vật trên Trái Đất. Thành phần không khí của khí quyển thay đổi theo thời gian địa chất, chủ yếu là nitơ,
ôxy và một số loại khí trơ. Mật độ không khí thay đổi mạnh mẽ theo chiều cao, trong khi tỷ lệ các thành
phần chính của không khí không thay đổi.
Khí quyển Trái Đất có cấu trúc phân lớp, với các tầng từ dưới lên trên như sau: tầng đối lưu,
tầng bình lưu, tầng trung lưu, tầng nhiệt quyển và tầng ngoại quyển.
- Tầng đối lưu (Troposphere): là tầng thấp nhất của khí quyển chiếm 70% khối lượng khí
quyển, có nhiệt độ thay đổi giảm dần từ +40
o
C ở lớp sát mặt đất tới -50
o
C ở trên cao. Tầng đối lưu là
tầng tập trung nhiều nhất hơi nước, bụi và các hiện tượng thời tiết chính như mây, mưa, tuyết, mưa
đá, bão, … Đánh dấu cho ranh giới của tầng đối lưu và tầng bình lưu là một lớp có chiều dày khoảng 1
km, ở đó có sự chuyển đổi từ xu hướng giảm nhiệt theo chiều cao sang xu hướng tăng nhiệt độ không
khí lên cao. Lớp này gọi là đối lưu hạn. Trong tầng đối lưu, thành phần các chất khí tương đối ổn định,
nhưng nồng độ CO
2
và hơi nước dao động mạnh. Lượng hơi nước thay đổi theo thời tiết khí hậu, từ 4%
thể tích vào mùa nóng ẩm tới 0,4% khi mùa khô lạnh.
- Tầng bình lưu (Stratosphere): nằm trên tầng đối lưu, với ranh giới dao động trong khoảng độ
cao 50 km. Nhiệt độ không khí của tầng bình lưu có xu hướng tăng dần theo chiều cao, từ -56
o
C ở phía
dưới lên -2
o
C ở trên cao. Không khí ở tầng bình lưu loãng hơn, ít chứa bụi và các hiện tượng thời tiết. Ở
5
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
chia thành ba mùa: mùa nóng, mùa mưa và mùa lạnh.
6)
Gió:
Gió là một hiện tượng trong tự nhiên hình thành do sự chuyển động cửa không khí. Không khí
luôn luôn chuyển động từ nơi khí áp cao về nơi khí áp thấp. Sự chuyển động của không khí sinh ra gió.
Trên Địa Cầu có ba loại gió chính là: gió Tín Phong, gió Tây Ôn Đới, gió Đông Cực.
- Gió Tín Phong: thổi từ đai cao áp 30 độ B-N đến đai áp thấp 0 độ (xích đạo), nghĩa là không
khí di chuyển từ khu vực khí áp cao tới khu vực khí áp thấp và tác động của lực Coriolis.
- Gió Tây ôn Đới thổi từ đai cao áp 60 độ B-N về 90 độ B-N, còn gió Đông Cực thổi từ đai cao
áp 90 độ B-N đến Vòng Cực B-N.
Do sự vận động tự quay của Trái Đất Tín Phong và gió Tây Ôn Đới không thổi thẳng theo
hướng kinh tuyến mà hơi lệch về phía tay phải ở nửa cầu Bắc và về phía tay trái ở nửa cầu Nam (nếu
nhìn xuôi theo chiều gió thổi) theo lực Coriolis. Tín Phong và gió Tây Ôn Đới tạo thành hai hoàn lưu khí
quyển quan trọng nhất trên bề mặt Trái Đất. Gió có nhiều cường độ khác nhau, từ mạnh đến yếu. Nó
6
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
có thể có vận tốc từ trên 1 km/h cho đến gió trong tâm các cơn bão có vận tốc khoảng 300 km/h(gió
có 13 cấp).
7)
Nhiệt độ:
Mặt trời là nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho bề mặt Trái đất. Khi các tia bức xạ Mặt trời đi qua
khí quyển, chúng chưa trực tiếp làm cho không khí nóng lên. Mặt đất hấp thu lượng nhiệt của Mặt trời,
rồi bức xạ lại vào không khí. Lúc đó không khí mới nóng lên độ nóng lạnh đó gọi là độ nóng lạnh của
không khí. Nhiệt độ là tính chất vật lý của vật chất hiểu nôm na là thang đo độ "nóng" và "lạnh". Vật
chất có nhiệt độ cao hơn thì nóng hơn.
Định nghĩa chính xác của nhiệt độ trong nhiệt động lực học dựa vào các định luật nhiệt động
lực học. Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế. Nhiệt độ được đo bằng các đơn vị khác nhau và có thể biến
đổi bằng các công thức. Trong hệ đo lường quốc tế, nhiệt độ được đo bằng đơn vị Kelvin, kí hiệu là K.
đa mà một m
3
không khí có thể chứa được gọi là độ ẩm bão hoà. Độ ẩm bão hoà thay đổi theo nhiệt
độ của không khí, nhiệt độ càng cao không khí càng chứa được nhiều hơi nước.
Độ ẩm tương đối là tỷ số của áp suất hơi nước hiện tại của bất kỳ một hỗn hợp khí nào với hơi
nước so với áp suất hơi nước bão hòa tính theo đơn vị là %. Định nghĩa khác của độ ẩm tương đối là tỷ
số giữa khối lượng nước trên một thể tích hiện tại so với khối lượng nước trên cùng thể tích đó khi hơi
nước bão hòa. Khi hơi nước bão hoà, hỗn hợp khí và hơi nước đã đạt đến điểm sương.
9)
Một số khái niệm khác:
-
Bão, giông, vòi rồng:
là những hiện tượng đặc biệt của quá trình hoàn lưu khí quyển. Thực
chất là các khối không khí xoay tròn di chuyển quanh các tâm áp thấp. Tại trung tâm của bão (mắt bão)
áp suất không khí thấp, không có gió. Các dòng không khí bên ngoài mắt bão vừa quay vừa tiến về phía
tâm có áp suất thấp, mang nhiều hơi nước và tạo thành mưa ở rìa mắt bão.
7
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
-
Lũ, lụt:
là hiện tượng nước trong sông, hồ tràn ngập một vùng đất. Lụt có thể dùng để chỉ
ngập do thủy triều, nước biển dâng do bão. Lụt có thể xuất hiện khi nước trong sông, hồ tràn
qua đê hoặc gây vỡ đê làm cho nước tràn vào các vùng đất được đê bảo vệ. Trong khi kích thước của
hồ hoặc các vực nước có thể thay đổi theo mùa phụ thuộc vào giáng thủy hoặc tuyết tan, nó không có
nghĩa là lũ lụt trừ khi lượng nước này tràn ra gây nguy hiểm cho cho các vùng đất như làng, thành phố
hoặc khu định cư khác. Lụt có thể xảy ra khi mực nước sông dâng cao do lũ lớn làm tràn ngập và phá
hủy các công trình, nhà cửa dọc theo sông.
-
tử nước tụ hợp lại và hình thành tinh thể đá nhỏ, kích thước ban đầu khoảng 0,1 mm. Các tinh thể này
dần tăng trọng lượng và rơi xuống dưới. Sự lắng đọng của hơi nước cũng góp phần vào quá trình hình
thành tinh thể tuyết, với dạng tiêu biểu là kiểu hình lục giác. Sự định dạng tinh thể tuyết phụ thuộc vào
cấu trúc phân tử nước (góc 60° hay 120°) và nhiệt độ không khí. Dưới nhiệt độ thấp, tinh thể tuyết hình
8
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
lăng trụ được hình thành, ở nhiệt độ cao hơn là hình ngôi sao. Đây là 2 dạng cơ bản, ngoài ra, sự va
chạm của chúng còn tạo ra các tinh thể mới (có hơn 6 000 kiểu tinh thể). Tuyết sau khi rơi tan ở nhiệt
độ cao hơn 0°C, hoặc thấp hơn khi có ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào, tuyết có thể thăng hoa
thành hơi nước không cần chuyển đổi sang nước. Độ ẩm trong khí cũng ảnh hưởng đến quá trình tan
của tuyết, không khí càng khô thì tuyết càng ít tan hơn.
-
Sương:
được tạo ra từ hơi ẩm của khí quyển đọng lại thành dạng giọt nước sau một ngày
nắng ấm. Hạt sương xuất hiện trong đêm trên mặt những vật thể bị hao nhiệt. Ở nhiệt độ thấp, khí trời
không chứa được hơi ẩm như trước khiến lượng hơi nước dư ra phải đọng lại (ngưng tụ). Khi nhiệt độ
tiếp tục hạ thấp thì hạt sương cấu tạo sẽ trong dạng nước đá gọi là sương muối. Sương thường xuất
hiện vào những đêm quang mây, gió nhẹ, nhiệt độ và độ ẩm tương đối cao. Trong thời tiết như
vậy, bức xạ hiệu dụng mạnh, nhiệt độ các cảnh vật trên mặt đất hạ thấp. Không khí tiếp xúc với chúng
bị lạnh và hơi nước ngưng kết lại thành các giọt nước bám vào cảnh vật ấy. Nước sẽ ngưng tụ thành các
giọt nhỏ phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí. Nhiệt độ và độ ẩm tương đối mà tại
đó các giọt nước có thể hình thành được gọi là điểm sương.
I.2) KHÍ HẬU & THỜI TIẾT
1) Thời tiết:
Thời tiết là tập hợp các trạng thái của các yếu tố khí tượng xảy ra trong khí quyển ở một thời
điểm, một khoảng thời gian nhất định. Thuật ngữ này thường nói về hoạt động của các hiện tượng khí
tượng trong các thời kì ngắn (ngày hoặc giờ).
Các hiện tượng vật lý như mưa, nắng, giông, bão và các trạng thái của lớp không khí được đặc
chỉ thay đổi rất nhỏ theo thời gian) để xác định khí hậu như tọa độ địa lí, độ cao, tỉ lệ giữa đất và nước,
và các đại dương và vùng núi lân cận. Cũng có các yếu tố quyết định khác sinh động hơn: Ví dụ
dòng hải lưu trong các đại dương đã làm cho phía Bắc Đại Tây Dương ấm lên 5°C (9°F) so với các
vùng vịnh các đại dương khác. Các dòng hải lưu cũng phân phối lại nhiệt độ giữa đất liền và nước trên
một khu vực. Mật độ các loài thực vật cũng cho thấy sự ảnh hưởng của sự hấp thu năng lượng mặt
trời, sự duy trì nước lượng mưa trên cấp khu vực. Sự thay đổi của lượng khí nhà kính quyết định đến số
lượng năng lượng mặt trời vào hành tinh, dẫn tới sự ấm lên hay lạnh đi trên toàn cầu. Ngoài ra, cũng
có các yếu tố phức tạp khác để xác định khí hậu, nhưng có thỏa thuận chung là các phác thảo mở rộng
được hiểu, ít nhất là trong phạm vi các biến đổi khí hậu trong lịch sử.
I.3) CÁC QUY LUẬT THỜI TIẾT
Thời tiết và khí hậu có ảnh hưởng lớn tới cuộc sống hằng ngày của con người, từ ăn, mặc, ở,
cho đến các hoạt động sản xuất. Việc nghiên cứu thời tiết và khí hậu để tìm ra các quy luật là một vấn
đề hết sức cần thiết. Muốn vậy, ta cần nắm các yếu tố chính như: sự phân chia các đới khí hậu theo vĩ
độ, mùa, nhiệt độ, gió, lượng mưa, độ ẩm,…
* Đới khí hậu:
Các đới khí hậu được phân chia theo vĩ độ trên bề mặt Trái Đất, bao gồm 5 đới
khí hậu:
-
1 đới nóng (hay nhiệt đới): từ 23
o
27’B đến 23
o
27’N, là khu vực quanh năm có góc chiếu của
ánh sáng mặt trời lúc giữa trưa tương đối lớn và thời gian chiếu sáng trong năm chênh lệch nhau ít.
Lượng nhiệt hấp thụ tương đối nhiều nên quanh năm nóng. Mùa đông chỉ là lúc nhiệt độ giảm đi chút
ít so với các mùa khác. Gió thường xuyên thổi trong khu vực này là gió Tín phong. Lượng mưa trung
bình trong năm đạt từ 1000mm đến 2000mm.
10
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
Người ta chia một năm ra bốn mùa. Ở bán cầu Bắc, thời gian bắt đầu và kết thúc các mùa của
các nước theo dương lịch và một số nước quen dùng âm – dương lịch ở châu Á không giống nhau. Các
nước theo dương lịch ở bán cầu Bắc lấy bốn ngày: xuân phân (21/3), hạ chí (22/6), thu phân (23/9) và
đông chí (22/12) là bốn ngày khởi đầu của bốn mùa. Ở bán cầu Nam, bốn mùa diễn ra ngược với bán
cầu Bắc. Một số nước châu Á quen dùng âm – dương lịch, thời gian bắt đầu các mùa được tính sớm
hơn khoảng 45 ngày.
- Mùa xuân từ 4 hoặc 5/2 (lập xuân) đến 5 hoặc 6/5 (lập hạ)
- Mùa hạ từ 5 hoặc 6/5 (lập hạ) đến 7 hoặc 8/8 (lập thu)
- Mùa thu từ 7 hoặc 8/8 (lập thu) đến 7 hoặc 8/11 (lập đông)
- Mùa đông từ 7 hoặc 8/11 (lập đông) đến 4 hoặc 5/ 2 (lập xuân)
* Nhiệt độ:
Nhiệt độ không khí thay đổi tùy theo vị trí gần hay xa biển, độ cao và vĩ độ địa lý.
- Nhiệt độ không khí thay đổi tùy theo vị trí gần hay xa biển: Sự tăng, giảm nhiệt độ của mặt
nước và mặt đất rất khác nhau. Các loại đất đá mau nóng nhưng cũng mau nguội, còn nước thì nóng
chậm hơn nhưng cũng lâu nguội hơn. Do đặc tính hấp thụ nhiệt của đất và nước khác nhau, dẫn đến
sự khác biệt về nhiệt độ giữa đất và nước, làm cho nhiệt độ ở những miền nằm gần biển và những
miền nằm sâu trong lục địa cũng khác nhau. Chẳng hạn, về mùa hạ, những miền gần biển có không
khí mát hơn trong đất liền do nhiệt độ miền gần biển nóng chậm hơn nên mát hơn; còn về mùa đông,
những miền gần biển có không khí ấm hơn trong đất liền do nhiệt độ miền gần biển lâu nguội nên ấm
hơn.
- Nhiệt độ không khí thay đổi theo độ cao: Khi Mặt Trời chiếu sáng, lớp không khí dày đặc ở
sát mặt đất nở ra, bốc lên cao, giảm nhiệt độ. Mặt khác, lớp không khí ở dưới thấp chứa nhiều bụi và
11
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
hơi nước nên hấp thụ được nhiều nhiệt hơn lớp không khí loãng ở trên cao. Chính vì thế, càng lên cao
nhiệt độ không khí càng giảm.
- Nhiệt độ không khí thay đổi theo vĩ độ: Ở xích đạo, quanh năm có góc chiếu của tia sáng mặt
trời với mặt đất lớn nên mặt đất nhận được nhiều nhiệt, không khí trên mặt đất cũng nóng. Càng lên
lục địa, giáp với biển Đông nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của kiểu khí hậu gió mùa. Do đó, khí hậu Việt
Nam thuộc khí hậu
nhiệt đới gió mùa ẩm.
Việt Nam nằm hoàn toàn trong đới khí hậu nhiệt đới của Bắc bán cầu:
12
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
- Quanh năm nhận được lượng nhiệt dồi dào (số giờ nắng từ 1400 – 3000 giờ/năm, bình
quân 1m
2
lãnh thổ nhận được trên 1 triệu kilô calo), nhiệt độ trung bình trên 21
0
C và tăng dần từ Bắc
vào Nam.
- Nằm trong khu vực gió mùa châu Á, quanh năm chịu ảnh hưởng của các khối khí chuyển
động theo mùa:
gió mùa mùa đông khô lạnh với gió mùa Đông Bắc và gió mùa mùa hạ với gió mùa
Tây Nam
.
+ Mùa gió Đông Bắc từ tháng 11 đến tháng 4 (mùa đông): gió đông bắc hoạt động
mạnh mẽ xen kẽ những đợt gió đông nam.
. Miền Bắc: chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa đông bắc từ vùng áp cao của
lục địa phương Bắc tràn xuống thành từng đợt, mang lại một mùa đông không thuần nhất. Đầu mùa
đông là tiết thu se lạnh, khô hanh; còn cuối đông là tiết xuân với mua phùn ẩm ướt. Nhiệt độ trung
bình tháng, nhiều nơi dưới 15
0
C.
. Miền núi cao có thể xuất hiện sương muối, sương giá, mưa tuyết.
. Ở Tây Nguyên và Nam Bộ, thời tiết nóng khô, ổn định suốt mùa.
+ Mùa hè: từ tháng 5 đến tháng 8, nhiệt độ trong ngày khá nóng và mưa nhiều. Tháng
nóng nhất thường là vào tháng 6.
+ Mùa thu: tháng 9 và tháng 10, trời trong xanh, không khí mát mẻ.
+ Mùa đông: thường vào tháng 11 đến tháng 2 năm sau, khí hậu lạnh, hanh khô, ít mưa và
nửa cuối mùa đông có mưa phùn.
13
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
- Miền Nam: có khí hậu gió mùa điển hình, hầu như nóng quanh năm, chỉ có hai mùa (mùa khô và
mùa mưa). Nhiệt độ trung bình năm trên 25
o
C không có tháng nào nhiệt độ xuống 20
o
C.
+ Mùa mưa: từ tháng 4-5 đến tháng 10-11.
+ Mùa khô từ tháng 12 đến hết tháng 3 năm sau.
. Gió Tín phong chiếm ưu thế tạo nên mùa khô nắng nóng ở Nam Bộ và Tây Nguyên.
. Riêng duyên hải Nam Trung Bộ (phía Đông của Trường Sơn) do tác động của bức
chắn địa hình gió Tín phong đã đem lại lượng mưa lớn vào thu đông.
. Vào mùa hạ: đầu mùa hạ (tháng 5-6) gió Tây Nam, gây mưa đáng kể cho Nam Bộ
và Tây Nguyên; từ tháng 7 và tháng 8 trở đi khối khí xích đạo mát ẩm hơn có nguồn gốc từ Tín phong
Nam bán cầu cùng với giải hội tụ nhiệt đới di chuyển từ Nam đến Bắc. Tháng 8 đạt vị trí cao nhất ở
miền Bắc rồi lại từ Bắc xuống Nam (tháng 10) hoạt động chủ yếu ở Nam Bộ tạo ra thời tiết mưa điển
hình cho cả nước và Nam Bộ. Ngoài ra mưa lớn còn do ảnh hưởng của áp thấp và bão tác động cùng
với giải hội tụ nhiệt đới, tuy mưa tập trung vào mùa hạ nhưng chế độ mưa ở các địa phương khác
nhau là do hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới và địa hình. Những tháng mưa lớn ở Nam Trung Bộ
(tháng 10-11) còn Nam Bộ và Tây Nguyên(tháng 9 - 12), mưa cực đại ở Nam Trung bộ tháng 10-11, ở
Nam Bộ và Tây Nguyên là tháng 9-10.
- Miền Trung: được chia ra làm hai vùng khí hậu là Bắc Trung Bộ và vùng khí hậu Duyên Hải Nam
Mô hình dự báo thời tiết:
Mô hình dự báo thời tiết là những mô phỏng và dự báo thời tiết có thể xảy ra trong tương lai
gần của điều kiện khí quyển với thời hạn khoảng một vài ngày đến một tuần, được thực hiện bằng
cách kết hợp các nguyên lý của vật lý học, hóa học và sinh học vào trong một mô hình toán học mô tả
thời tiết và sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, kỹ thuật máy tính.
3)
Phân loại mô hình dự báo thời tiết:
a.
Theo độ phủ của mô hình:
- Mô hình GFS (Global Forecasting System) – mô hình dự báo toàn cầu: dự báo với độ phủ lớn, trên
phạm vi toàn cầu để đưa ra các dự báo về áp suất mực biển, lượng mưa, nhiệt độ, xoáy, độ tán, tốc
độ thẳng đứng, độ cao địa thế vị, độ ẩm.
- Mô hình GSM (Global Spectral Model) – mô hình phổ toàn cầu: : dự báo trên phạm vi toàn cầu để đưa
ra các dự báo về áp suất mực biển, lượng mưa, nhiệt độ, xoáy, độ tán, tốc độ thẳng đứng, độ cao địa
thế vị, độ ẩm.
- Mô hình HRM (High Resolution Regional Model) – mô hình dự báo khu vực phân giải cao: dự báo với
độ trong khu vực vừa để đưa ra các dự báo về áp suất mực biển, lượng mưa, nhiệt độ, xoáy, độ tán,
tốc độ thẳng đứng, độ cao địa thế vị, độ ẩm.
- Mô hình RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) – hệ thống mô hình hóa khí quyển khu vực:
mô phỏng các hiện tượng khí quyển qui mô vừa dự báo thời tiết nghiệp vụ đến các ứng dụng để mô
phỏng, quản lý chất lượng môi trường không khí; mô phỏng điều kiện vi khí hậu cho các toà nhà cao
tầng (1 m phân giải lưới ngang) cho đến các mô phỏng số trực tiếp cho buồng khí động; dự báo quỹ
đạo bão trên biển.
b.
Theo các yếu tố thời tiết:
- Mô hình ETA – mô hình bất thủy tĩnh: dự báo về áp suất mực biển, lượng mưa, nhiệt độ, xoáy, độ tán,
tốc độ thẳng đứng, độ cao địa thế vị, độ ẩm.
- Mô hình WRF (the Weather Research and Forcast): cập nhật hoá với những dữ kiện và tin tức khí
tượng mới nhất từ vệ tinh, radars, báo cáo từ các đài khí tượng, phi trường và thương thuyền trong
vùng, dự báo WRF còn cho biết lượng nước mưa và tốc độ gió để dễ đề phòng nạn lũ lụt.
hợp với mô hình số; dữ liệu đồng bộ: liên tục, phân lọc, cung cấp tình trạng dự đoán ban
đầu).
e) Dự báo tình trạng ban đầu và xác nhận dự báo:
- Căn cứ vào các định luật vật lý, dùng mô hình dự báo thời tiết số đưa ra các dự báo thời
tiết.
- Đo lường kỹ năng dự báo dựa trên mô hình, dự báo của con người, …
f) Đưa tình trạng thời tiết hiện tại cho dự đoán trong tương lai:
- Dùng mô hình dự đoán thời tiết số.
- Dùng các định luật vật lý của Niu-tơn cùng với biểu đồ nhiệt động lực.
- Dùng mô hình số tính toán lưới trên 3 chiều, tổng hợp và khái quát những dự báo trong
quá khứ.
II.2) MỘT SỐ MÔ HÌNH DỰ BÁO THỜI TIẾT MẪU MỰC:
1)
Mô hình GFS (
Global Forecasting System)
:
GFS là mô hình phổ toàn cầu của Trung tâm dự báo môi trường Mỹ (NCEP-National Centers for
Environmental Predictions). GFS bắt đầu được đưa vào sử dụng nghiệp vụ tại National Meteorological
Centre (NMC), tiền thân của NCEP, từ năm 1988. Mô hình thường xuyên được cải tiến và nâng cấp,
cho đến nay mô hình có hai cấu hình: 1) Độ phân giải ngang là 35 km, số mực theo chiều thẳng đứng
là 64 (T382L64: cho dự báo 7,5 ngày -180 giờ) và 2) Độ phân giải ngang là 70 km, số mực theo chiều
thẳng đứng là 64 (T190L64: cho dự báo 16 ngày – 360 giờ).
Trường phân tích và dự báo của GFS được sử dụng miễn phí. Tuy nhiên, các trường này có độ
phân giải ngang thô hơn (~55km) với số mực thẳng đứng 42.
Các sản phẩm của mô hình :
Miền dự báo được hiển thị: (50N-260N, 980-1250E) cho các trường bề mặt
(100S-400N, 800-1450E) cho các trường trên cao
16
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
Các sản phẩm của mô hình :
Miền dự báo được hiển thị: (50N-260N, 980-1250E) cho các trường bề mặt
(100S-400N, 800-1450E) cho các trường trên cao
Số lần có sản phẩm trong ngày : 2 lần (00Z (07), 12Z(19))
Bước thời gian đưa ra sản phẩm: cách nhau 6giờ
Số mực chuẩn đưa ra sản phẩm: bề mặt và 4 mực trên cao (850, 700, 500và 200 hPa)
Các trường phân tích và dự báo: Tại bề mặt: áp suất mực biển, lượng mưa, nhiệt độ
không khí tại độ cao 2 mét, gió tại độ cao 10 mét
Tại các mực trên cao: độ xoáy, độ tán, tốc độ thẳng
đứng, độ cao địa thế vị, độ ẩm.
3)
Mô hình HRM (High-resolution Regional Model):
Mô hình dự báo thời tiết khu vực phân giải cao HRM (High resolution Regional Model) là mô
hình thuỷ tĩnh, sử dụng hệ phương trình nguyên thuỷ, bao gồm đầy đủ các quá trình vật lý như: bức
17
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
xạ, mô hình đất, các quá trình rối trong lớp biên, tạo mưa qui mô lưới, đối lưu nông và đối lưu sâu. Mô
hình HRM được phát triển tại Tổng cục Thời tiết Cộng hòa liên bang Đức (DWD) và đang được chạy
nghiệp vụ tại nhiều cơ quan khí tượng quốc gia như tại Philipin, Brazil, Tây Ban Nha, Đức, … Mô hình
HRM được chuyển giao và chạy nghiệm vụ tại Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trung ương
(TTDBTƯ) từ năm 2002 thông qua dự án hợp tác nghiên cứu giữa 3 đơn vị là DWD, Khoa Khí tượng
thủy văn và Hải dương học thuộc Trường Đại học khoa học tư nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội và
TTDBTƯ. Số liệu ban đầu và điều kiện biên phụ thuộc vào thời gian cho mô hình HRM được lấy từ các
trường phân tích và dự báo từ mô hình toàn cầu (Global Model for Europe-GME) của DWD. Hiện tại,
mô hình HRM đang được chạy nghiệp vụ tại TTDBTƯ với 2 phiên bản HRM-28km (độ phân giải ngang
là 28km, 31 mực thẳng đứng và bước thời gian là 120 giây) và HRM-14km (độ phân giải ngang là
14km, 40 mực thẳng đứng và bước thời gian là 90 giây) cho 2 phiên dự báo hàng ngày vào 00UTC (7
giờ Việt Nam) và 12UTC (19 giờ Việt Nam). HRM là mô hình dự báo thời tiết đầu tiên được triển khai
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
số hóa vật lý như đối lưu, lớp biên, vi vật lý mây, bức xạ và mô hình đất. Theo không gian, mô hình
ETA sử dụng lưới sai phân xen kẽ Arakawa-E trong đó các biến vô hướng được xen kẽ và lệch đi nửa
bước lưới so với các biến có hướng. Mô hình ETA phiên bản 2001 đã được nghiên cứu từ năm 2002 và
được đưa vào chạy thử nghiệm nghiệp vụ tại TTDBTƯ từ tháng 5-2003. Hiện tại, mô hình ETA đang
được chạy nghiệp vụ tại TTDBTƯ với độ phân giải xấp xỉ 20km với 38 mực thẳng đứng. Các sản phẩm
của ETA được cung cấp 2 lần một ngày cho đến hạn dự báo 72 giờ với điều kiện ban đầu và điều kiện
biên được lấy từ mô hình toàn cầu GFS (Global Forecasting System) của Mỹ.
Các thông số và sản phẩm của mô hình :
Số liệu đầu vào và cập nhật biên:
mô hình toàn cầu GFS từ 00 đến 72h cách nhau 03h
(50N-260N, 980-1250E) cho các trường bề mặt
(100S-400N, 800-1450E) cho các trường trên cao
Độ phân giải của mô hình GFS: 1 .00 hoặc 0.50 (tương đương 110 km và 55 km)
Mức độ chạy song song: 1 hoặc 2 CPU
Miền dự báo: (50S-320N, 870-1320E)
Độ phân giải ngang: theo vĩ độ 0.2050 ; theo kinh độ 0.2220
Độ phân giải thẳng đứng: 38 mực
Bước thời gian tích phân: 90 giây
Số lần chạy trong 1 ngày: 4 lần (00Z (07), 06Z(13), 12Z(19) và 18Z(01))
Bước thời gian đưa ra sản phẩm: cách nhau 6 giờ
Số mực chuẩn đưa ra sản phẩm: bề mặt và 4 mực trên cao (850, 700, 500và 200 hPa)
Các trường phân tích và dự báo:
Tại bề mặt (áp suất mực biển, lượng mưa, nhiệt độ không
khí tại độ cao 2 mét, gió tại độ cao 10 mét
Tại các mực trên cao: độ xoáy, độ tán, tốc độ thẳng đứng,
độ cao địa thế vị, độ ẩm
5)
mô phỏng xoáy lớn (Large Eddy Simulation-LES) của lớp biên khí quyển hành tinh. Mô hình thường
được sử dụng nhiều nhất để mô phỏng các hiện tượng khí quyển qui mô vừa (2-2000 km) từ dự báo
thời tiết nghiệp vụ đến các ứng dụng để mô phỏng, quản lý chất lượng môi trường không khí. RAMS
cũng thường được sử dụng thành công với các độ phân giải cao hơn mô phỏng các xoáy trong lớp biên
khí quyển (10-100 m phân giải lưới ngang), mô phỏng điều kiện vi khí hậu cho các toà nhà cao tầng (1
m phân giải lưới ngang) cho đến các mô phỏng số trực tiếp cho buồng khí động (1 cm phân giải lưới
ngang).
Các phương trình cơ bản của RAMS là các phương trình nguyên thủy thủy tĩnh hoặc không thủy
tĩnh được lấy trung bình Reynolds. Bao gồm: phương trình chuyển động, phương trình nhiệt động lực,
phương trình liên tục đối với tỷ hỗn hợp của các thực thể nước, phương trình liên tục khối lượng.
7)
Mô hình MM5:
Mô hình khí tượng động lực quy mô vừa thế hệ thứ 5 (MM5) của Trung tâm Nghiên cứu Khí
quyển Quốc gia Mỹ (NCAR) và Trường Đại học Tổng hợp Pennsylvania Mỹ (PSU) là thế hệ mới nhất
trong một loạt các mô hình nghiên cứu và dự báo thời tiết được Anthes phát triển từ những năm 1970.
Qua quá trình hoàn thiện, mô hình đã được cải tiến nhiều lần nhằm mô phỏng và dự báo tốt hơn các
quá trình vật lý quy mô vừa và có thể áp dụng với các đối tượng sử dụng khác nhau. Phiên bản 3.5
(MM5V3.5) của mô hình ra đời năm 2001 đã được điều chỉnh, cải tiến thêm so với các phiên bản trước
đó trong các mảng: Kỹ thuật lồng ghép nhiều mức; Động lực học bất thuỷ tĩnh; Đồng hoá số liệu bốn
chiều (FDDA); Bổ sung các sơ đồ tham số hoá vật lý; Kỹ thuật tính toán; Phiên bản được sử dụng
trong dự báo thời tiết ở Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường là phiên bản mới nhất của
mô hình (MM5V3.7) cập nhật vào cuối năm 2004.
Miền tính
: Các dự báo về hầu hết các yếu tố khí tượng được thực hiện cho hai miền tính. Miền
tính thứ nhất có kích cỡ 66x96 điểm tính với kích thước ô lưới theo phương ngang là 45 km bao trùm
hầu hết diện tích Đông Nam Á. Miền tính thứ hai có kích cỡ 124x76 điểm tính với kích thước ô lưới 15
km lấy Việt Nam làm trung tâm của miền tính (Hình dưới). Cả hai miền tính đều có 23 mực theo
20
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
2Ningxia Meteorological Observatory, Yinchuan China, 750002,
3Nanjing Institute of Meteorology, Nanjing China, 210044
21
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
- Mục đích: nâng cao khả năng dự báo lượng mưa ở Ninh Hạ, thuộc Đông Bắc Trung QUốc, với khí hậu
khắc nghiệt, dựa trên phân tích số liệu hồng ngoại của vệ tinh khí tượng địa tĩnh.
b) Phương pháp dự báo thời tiết đặc thù – Weather characteristic forecast method:
- Nguồn: tài liệu nghiên cứu phát triển đập Young-ju ở Hàn Quốc
- Sử dụng hệ thống WRF ( Weather research and Forecasting) với công nghệ dự báo 3-D, phát triển bởi
Trung tâm nghiên cứu khí quyển quốc gia của Mỹ (NCAR). Xây dựng & mô phỏng bề mặt địa hình kết
hợp các trường dữ liệu thời tiết, quan sát số liệu, diễn tiến thời tiết ứng dụng số học & xử lý số liệu
để đưa ra dự báo, đánh giá & ước lượng về thời tiết, thiết lập bản đồ phân bố sương mù, phát triển hệ
thống phân tích.
-
c) Phương pháp số dự báo thời tiết
- Tác giả : Trần Tân Tiến, Đại học KHTN, ĐH QG Hà Nội
22
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
- Sử dụng ứng dụng phương pháp thủy, nhiệt động lực học cho khí quyển kết hợp phương pháp sai
phân hữu hạn giải phương trình thủy nhiệt động lực học. Đưa ra các mô hình dự báo tựa địa chuyển &
tựa Solenoid.
d) Kỹ thuật dự báo lượng mưa trong thời gian ngắn ứng dụng dữ liệu định vị toàn cầu (GPS) và thủ tục
khởi tạo vật lý – The short-term precipitation prediction using GPS data & physical initialization
procedure.
- Tác giả: A. M. Bueno Nunes* and J. P. Bonatti
Center for Weather Prediction and Climate Studies
- Suy diễn dựa trên tình huống được sử dụng để giải quyết nhiều vấn đề thuộc nhiều lĩnh vực khác
nhau, bao gồm hỗ trợ ra quyết định trợ giúp, duy trì và tiếp tục sản xuất sản phẩm. Từ đó giải quyết
vấn đề dựa trên suy diễn tình huống cần có một thư viện về các vấn đề đã xảy ra trong quá khứ và
các giải pháp giải quyết.
- Phương pháp suy diễn dựa trên tình huống hoạt động dựa trên cơ chế đo lường sự giống nhau, tương
đồng các vấn đề trong quá khứ để tìm ra được lời giải chung nhất. Sau đó so sánh với vấn đề hiện tại,
lựa chọn vấn đề quá khứ phù hợp nhất với vấn đề hiện tại. Từ đó suy diễn kết hợp từ vấn đề cũ và
đáp ứng vấn đề mới sao cho giải pháp đưa ra gần nhất với giải pháp có trong quá khứ, lựa chọn giải
pháp đáp ứng tốt nhất vấn đề hiện tại.
- Phương pháp này là việc thiết lập sự tương đồng và thuật toán thích nghi đáp ứng với vấn đề hiện tại.
+ Hệ thống tương đồng:
. Sử dụng suy diễn dựa trên tình huống để lấy ra giá trị hợp lý nhất. sử dụng đồ thị
Euclid – Hammington là phổ biến nhất.
. Một số hệ thống khác sử dụng tri thức.
. Hệ thống đo lường sử dụng tập mờ làm cơ sở và sử dụng các tập mờ lai.
. Hệ thống đo lường đa số được biểu diễn bởi tập mờ lai dựa trên các yếu tố tri thức.
Từ đó ta có thể truy xuất giá trị k gần nhất trong thuật toán.
+ Thuật toán thích nghi:
trong tiến trình xử lý vấn đề các giải pháp tương đồng trả về kết
quả không hợp lý. Do đó, giải pháp cần phải có một thuật toán thích nghi. Thuật toán thích nghi
thường được người dùng điều khiển và dựa trên các luật hoặc dựa vào việc kế thừa và phát triển
Heuristics.
. Thuật toán thích nghi theo cấu trúc: xảy ra khi tri thức được tổ hợp từ tỉ lệ % của
các giải pháp để đạt được mong muốn.
. Thuật toán thích nghi biến đổi: xảy ra khi toàn bộ tri thức yêu cầu phải bổ sung
thêm các yếu tố khác để đạt được kết quả như mong muốn.
- Chúng ta sử dụng hệ thống thích nghi uyển chuyển được trang bị các tri thức về thời tiết và tình
huống thời tiết.
b)
Phương pháp Logic mờ ứng dụng trong dự báo thời tiết
- Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết ở TP.HCM
x 30m (km) (km/h) (
o
C) (
o
C) (kPa)
64/1/2/0 15 24.1 14 16 -4.4 -5.6 101.07 10
64/1/2/1 13 6.1 14 26 -2.2 -2.8 100.72 10 ZR-
64/1/2/2 2 8.0 11 26 -1.1 -2.2 100.39 10 ZR-F
64/1/2/3 2 6.4 11 24 0.0 -0.6 100.09 10 ZR-F
64/1/2/4 2 4.8 11 32 1.1 0.6 99.63 10 R-F
64/1/2/5 2 3.2 14 48 2.8 2.2 99.20 10 R-F
64/1/2/6 3 1.2 16 40 3.9 3.9 98.92 10 R-F
64/1/2/7 2 2.0 20 35 4.4 4.4 98.78 10 F
64/1/2/8 2 4.8 20 29 3.9 3.3 98.70 10 F
64/1/2/9 4 4.0 20 35 3.3 2.8 98.65 10 R-F
64/1/2/1
0
6 8.0 20 35 2.8 2.2 98.60 10 F
64/1/2/1
1
8 8.0 20 32 2.8 2.2 98.45 10 F
64/1/2/1
2
9 9.7 23 29 2.2 1.7 98.43 10 F
ZR: Gió nhẹ và có mưa
F: Sương mù
R: Mưa nhẹ
- Trong trường hợp dự đoán cho 13 giờ trong bảng trên tại thời điểm t được biểu thị như sau:
b2. Đo lường sự tương đồng
- Ứng với mỗi thuộc tính xi biểu thị giá trị ci1, ci2, ci3 được xem là 2 thuộc tính rất gần, gần và
hơi gần với cái khác (giá trị xi+1) như sau:
25
Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT
Copyright: Tài liệu đại học ©