xây dựng chỉ tiêu xác định mưa và dông cho trạm ra đa thời tiết tam kỳ luận văn ths. khoa học khí quyển và khí tượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN






PHÙNG KIẾN QUỐC


XÂY DỰNG CHỈ TIÊU XÁC ĐỊNH MƯA VÀ DÔNG
CHO TRẠM RA ĐA THỜI TIẾT TAM KỲ



Chuyên ngành: Khí tượng và Khí hậu học
Mã số: 60. 44. 87


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Ngô Đức Thành




Hà Nội - 2013

1



DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KTTV Khí Tượng Thủy Văn
PHVT Phản Hồi Vô Tuyến
RADAR RAdio Detection And Ranging
CSDL Cơ Sở Dữ Liệu
ĐKTCK Đài Khí Tượng Cao Không
KTCK Khí Tượng Cao Không
KTBM Khí Tượng Bề Mặt
DWSR-2501C Ra đa thời tiết số hóa (Doppler) của Mỹ
(Doppler Weather Service Radar)
TRS-2730 Ra đa thời tiết không số hóa của Pháp
MRL-5 Ra đa thời tiết số hóa của Nga
NetCDF Dạng dữ liệu chuẩn trao đổi qua mạng
(Network Common Data Form)
PPI Sản phẩm quét ngang theo góc phương vị nhất định
(Plan Position Indicator)
HMAX Độ cao của điểm có giá trị phản hồi vô tuyến cực đại
CMAX Giá trị phản hồi vô tuyến cực đại
ETOPS Giá trị độ cao đỉnh PHVT
CAPPI (3km) Sản phẩm trường PHVT trên cùng 1 độ cao 3km
MAHASRI Monsoon Asian Hydro-Atmosphere
Scientific Research and Prediction Initiative

2
DANH SÁCH CÁC BẢNG

TT

Số thứ
tự bảng
Nội dung Trang
1 2.1
So sánh lựa chọn miền lấy giá trị PHVT

26
2 3.1
Xác suất xảy ra dông tổng hợp trên sản phẩm CAPPI và
CMAX
46
3 3.2 Xác suất xảy ra dông theo độ cao đỉnh PHVT 47

3
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

TT
Số
thứ tự
hình
Nội dung Trang
1 1.1 Minh họa cách tính nửa thể tích xung phát 11
2 1.2 Quy hoạch mạng lưới ra đa thời tiết đến năm 2020 13
3 1.3 Mô hình quét khối của ra đa DWSR 14
4 2.1 Vị trí các trạm đo mưa tự động MAHASRI 21
5 2.2 Một số sản phẩm của ra đa thời tiết Tam Kỳ 23
6 2.3 Sơ đồ trích xuất giá trị PHVT 26
7 3.1
Thời gian và lượng mưa ngày của trạm đo mưa tự động và mặt đất Quảng
Ngãi năm 2007
30

8 3.2 Thời gian và lượng mưa ngày của trạm đo mưa tự động và mặt đất Trạm
Trà My năm 2007
31
9 3.3 Thời gian và lượng mưa ngày của trạm đo mưa tự động và mặt đất Trạm
Quảng Ngãi năm 2010
32
10 3.4
Thời gian và lượng mưa ngày của trạm đo mưa tự động và mặt đất Trạm
Tam Kỳ 2010
33
11 3.5
Xác suất xảy ra dông tổng hợp trên sản phẩm CAPPI và CMAX
34
12 3.6 Xác suất xuất hiện mưa theo ngưỡng giá trị PHVT với bán kính R ≤ 50
km
35
13 3.7
Xác suất xuất hiện mưa theo ngưỡng giá trị PHVT với bán kính 50 km <
R ≤ 100 km
37
14 3.8 Xác suất xuất hiện mưa theo ngưỡng giá trị PHVT với bán kính R > 100
km
38
15 3.9 Xác suất xuất hiện mưa theo ngưỡng giá trị PHVT với bán kính R ≤ 50
km
39
16 3.10
Xác suất xuất hiện mưa theo ngưỡng giá trị PHVT với bán kính 50 km <
R ≤ 100 km
42

17 3.11 Xác suất xuất hiện mưa theo ngưỡng giá trị PHVT với bán kính R > 100
km
42
18 3.12 Xác suất xảy ra mưa trung bình theo tháng năm 2007 với bán kính 50 km
< R ≤ 100 km
43
19 3.13 Xác suất xảy ra mưa trung bình theo tháng và khoảng cách năm 2010 44
20 3.14 Xác suất xuất hiện dông trên sản phẩm CAPPI, CMAX trạm Ba Tơ 45
21 3.15
Xác suất xuất hiện dông trên sản phẩm CAPPI, CMAX trạm Quảng Ngãi
46

4
MỤC LỤC

Trang

Mở đầu 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ RA ĐA THỜI TIẾT VÀ XÂY
DỰNG CHỈ TIÊU MƯA VÀ DÔNG CHO TRẠM RA ĐA

9
1.1 Giới thiệu chung về ra đa thời tiết
9
1.1.1 Nguyên lý hoạt động của ra đa 9
1.1.2
Một số yếu tố liên quan tới độ PHVT của ra đa
9
1.1.3

Mạng lưới ra đa thời tiết tại Việt Nam
12
1.1.4
Sơ lược về trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ

13
1.2
Tổng Quan về xây dựng chỉ tiêu Mưa và Dông
15
1.2.1
Trên thế giới
15
1.2.2
Ở Việt Nam
17

CHƯƠNG II: THU THẬP SỐ LIỆU, PHƯƠNG PHÁP TÍNH
TOÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
20
2.1
Thu thập số liệu
20
2.1.1
Số liệu quan trắc bề mặt
20
2.1.1.1

Số liệu đo mưa mặt đất
20
2.1.1.2

Số liệu quan trắc dông
21
2.1.2
Số liệu ra đa thời tiết
22
2.2
Xử lý số liệu
23
2.2.1
Xử lý số liệu mưa, dông

23
2.2.2
Xử lý số liệu ra đa
24
2.2.2.1

Một số đặc điểm về số liệu ra đa
24
2.2.2.2

Trích xuất số liệu ra đa
25
2.3
Phương pháp xây dựng chỉ tiêu
27
2.3.1
Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xuất hiện mưa
27

2.3.2
Phương pháp xây dựng chỉ tiêu dông
28




5
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG CHỈ TIÊU XÁC
ĐỊNH MƯA VÀ DÔNG CHO TRẠM RA ĐA THỜI TIẾT
TAM KỲ
29
3.1
Tính toán xây dựng chỉ tiêu mưa
29
3.1.1
Phương pháp tính toán số liệu
29
3.1.2
Một số kết quả phân tích

35
3.1.3
Kết quả đánh giá chỉ tiêu theo tháng và trung bình theo khoảng cách

43
3.2
Tính toán xây dựng chỉ tiêu dông
45
3.2.1

Phương pháp tính toán số liệu dông
45
3.2.2
Một số kết quả tính toán
45
Kết luận và kiến nghị 48
Tài liệu tham khảo 50
Phụ lục 52




6
MỞ ĐẦU
Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất do thiên
tai gây ra trong khu vực châu Á. Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với bờ biển
trải dài hơn 3.500 km, mỗi năm có từ 5-7 cơn bão gây ảnh hưởng đến thời tiết của
nước ta, trong đó có từ 2-3 cơn bão đổ bộ vào đất liền. Các hiện tượng thời tiết nguy
hiểm cũng thường xuyên xảy ra trên phạm vi cả nước như: mưa lớn diện rộng, mưa
đá, dông mạnh và tố lốc gây thiệt hại lớn về tài sản cũng như tính mạng của con
người, làm ảnh hưởng đến quá trình phát triển kinh tế của đất nước.
Dự báo thời tiết đặc biệt là Dự báo, cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy
hiểm nhằm giảm thiểu thiệt hại do chúng gây ra là một việc hết sức cần thiết và cấp
bách. Ra đa thời tiết là thiết bị sử dụng sóng vô tuyến điện để quan trắc, phát hiện,
theo dõi và cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm liên quan đến mây như dông,
tố, lốc, mưa lớn, mưa đá và đặc biệt là xác định vị trí tâm bão khi đi vào gần bờ, nơi
các thiết bị quan trắc khác như vệ tinh không đảm bảo độ chính xác và các số liệu
quan trắc truyền thống trên biển đông không đủ dày phục vụ xác định chính xác vị trí
tâm bão.
Với ưu điểm nổi trội, ra đa thời tiết đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới

trong việc quan trắc và giám sát các hiện tượng thời tiết (điển hình như: Mỹ, Úc, Hàn
Quốc, Trung Quốc ). Tuy nhiên để đưa ra đa vào hoạt động hiệu quả, việc đầu tiên
sau khi lắp đặt ra đa là phải xây dựng chỉ tiêu địa phương đối với từng loại hiện tượng
thời tiết riêng biệt.
Mỗi vùng khác nhau sẽ có điều kiện khí hậu, các hệ thống thời tiết, điều kiện
nhiệt, ẩm và tính chất giáng thuỷ khác nhau. Ra đa thời tiết hoạt động theo nguyên tắc
phát sóng siêu cao tần vào không gian và thu nhận tín hiệu phản xạ trở lại từ các vật
mục tiêu (ở đây là mây và các hiện tượng thời tiết liên quan) trên quãng đường truyền
sóng. Mức độ mạnh hay yếu của tín hiệu phản hồi vô tuyến (PHVT) thu được phụ
thuộc vào diện tích phản xạ hiệu dụng và tính chất vật lý, hình dạng và mật độ phân
bố hạt của mây.
Ra đa thu nhận tất cả các giá trị PHVT trong bán kính quét của nó (bao gồm
các giá trị phản hồi vô tuyến chưa gây ra hiện tượng và đã gây ra hiện tượng thời
tiết), mỗi hiện tượng thời tiết như mưa, dông, mưa đá… thường có cấu trúc, tính chất
vật lý, phân bố mật độ hạt khác nhau, tương ứng với mỗi loại hiện tượng thời tiết khi
ra đa quan trắc sẽ thu nhận được các ngưỡng giá trị PHVT nhất định cho mỗi hiện
tượng. Bởi vậy việc xây dựng chỉ tiêu cho ra đa (ngưỡng các giá trị PHVT tương ứng

7
từng loại hiện tượng thời tiết) có tính chất quyết định trong việc xác định chính xác
các hiện tượng thời tiết cũng như ước lượng lượng mưa với độ chính xác cao nhất.
Xuất phát từ những lý do nêu trên, để góp phần tăng thêm các cơ sở phục vụ
cho cảnh báo mưa, dông đối với khu vực Trung Trung Bộ trên cơ sở khai thác số liệu
ra đa Tam Kỳ, tôi chọn đề tài cho luận văn thạc sỹ là: “Xây dựng chỉ tiêu xác định
mưa và dông cho trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ”. Việc xây dựng được chỉ tiêu xác
định mưa và dông cho trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ sẽ đóng góp tích cực cho việc cảnh
báo sớm hiện tượng thời tiết trong vùng hoạt động của ra đa.
Nội dung của luận văn gồm có:
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: Tổng quan về ra đa thời tiết và xây dựng chỉ tiêu mưa, dông cho

trạm ra đa thời tiết.
CHƯƠNG 2: Phương pháp nghiên cứu và nguồn số liệu
CHƯƠNG 3: Tính toán, xây dựng chỉ tiêu xác định mưa và dông cho trạm ra
đa thời tiết Tam Kỳ.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO














8
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ RA ĐA THỜI TIẾT VÀ XÂY DỰNG CHỈ TIÊU MƯA VÀ
DÔNG CHO TRẠM RA ĐA
1.1. Giới thiệu chung về ra đa thời tiết
1.1.1. Nguyên lý hoạt động của ra đa:
RADAR là từ viết tắt tiếng Anh của cụm từ “Radio Detection And Ranging” –
là một phương tiện kỹ thuật phát hiện và xác định mục tiêu ở xa bằng sóng vô tuyến
điện.
Nguyên tắc hoạt động của ra đa dựa vào sự lan truyền, phản xạ của sóng điện

từ. Khi ra đa phát 1 tín hiệu sóng điện từ vào không gian qua ăng ten, sóng lan truyền
về phía mục tiêu, gặp mục tiêu bị phản xạ trở lại. Từ tín hiệu phản xạ trở lại, vị trí của
vật mục tiêu sẽ được xác định thông qua các tham số bao gồm: khoảng thời gian giữa
thời điểm phát đi tín hiệu điện từ và thời điểm nhận được tín hiệu phản hồi, tốc độ lan
truyền sóng điện từ trong không gian (bằng tốc độ ánh sáng) và góc cao, góc hướng
của ăng ten.
Ra đa thời tiết hoạt động cũng trên nguyên tắc đó, nhưng với đối tượng cụ thể
là các mục tiêu khí tượng là giáng thủy. Độ lớn của tín hiệu phản xạ thu được phụ
thuộc vào tính chất hạt của mục tiêu khí tượng gây ra phản hồi. Dựa trên độ lớn của
tín hiệu thu được, qua các công thức toán học và tính toán thống kê người ta nhận
dạng được các mục tiêu khí tượng.
1.1.2. Một số yếu tố liên quan tới độ PHVT của ra đa
- Mục tiêu khí tượng:
Mục tiêu khí tượng của ra đa chủ yếu là mây và mưa. Ra đa thời tiết dùng để
phát hiện mây, mưa và các hiện tượng thời tiết liên quan. Khác với mục tiêu điểm,
mục tiêu khí tượng là loại mục tiêu đặc biệt, chúng không phải là mục tiêu có tính
chất đồng nhất mà gồm tập hợp các hạt nước có hình dạng, kích thước và trạng thái
khác nhau. Có hai loại mục tiêu khác nhau:
Mây: Là tập hợp các hạt nước, băng, tuyết lơ lửng trong khí quyển, sản phẩm
của sự ngưng kết hơi nước.Trong một đám mây, các hạt có thể tồn tại ở một thể thống
nhất hoặc hỗn hợp ở hai thể rắn và lỏng tùy thuộc vào nhiệt độ và các yếu tố khác của
môi trường.
Mưa: Khi các hạt nước, hạt đá, hạt băng tuyết trong mây đủ lớn, trọng lực của
chúng thắng được lực cản của môi trường, rơi xuống đất gọi là mưa.
- Tính chất của mục tiêu khí tượng

9
Mục tiêu khí tượng khác nhau về hình dáng, kích thước và tính chất vật lý
của chúng. Mây đối lưu, là mây phát triển thẳng đứng. Chúng gồm một hoặc nhiều
đám kết hợp với nhau, tồn tại từ vài chục phút đến vài giờ. Mây tầng và mây vũ tầng

là mây phát triển theo chiều ngang, có diện tích lớn, tồn tại lâu từ vài giờ đến vài
ngày.
Tính chất vật lý vi mô của mây cũng thay đổi rất nhanh theo không gian và
thời gian do các quá trình vật lý xảy ra trong đó. Trong mây đối lưu, kích thước và
trạng thái hạt luôn thay đổi theo thời gian. Sự thay đổi về kích thước và trạng thái hạt
theo không gian và thời gian dẫn đến sự thay đổi các đặc trưng vật lý vô tuyến của
mục tiêu khí tượng của ra đa thời tiết.
- Diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu khí tượng
Như đã nêu, mục tiêu khí tượng của ra đa thời tiết là mây và mưa. Việc sử
dụng nguyên lý ra đa trong quan trắc, phát hiện các mục tiêu nói trên là: ra đa bức xạ
sóng điện từ vào không gian, khi gặp mây hoặc mưa, một phần năng lượng sóng điện
từ xuyên qua hạt tiếp tục đi vào không gian, một phần bị các hạt vật chất hấp thu
chuyển hóa thành nội năng, một phần khác bức xạ ngược trở lại theo mọi hướng khác
nhau, trong đó có hướng đi về hướng ăng ten ra đa. Cường độ của dòng năng lượng
bức xạ ngược trở lại ăng ten được quyết định bởi diện tích phản xạ hiệu dụng của mỗi
hạt (

) trong mây hoặc mưa. Nếu giả thiết hạt là hình cầu thỏa mãn tán xạ Rayleigh
thì ta có thể tính được

khi biết dộ dài bước sóng và chỉ số khúc xạ của môi trường
thông qua công thức sau:

i

=
5 6
2
4
64

i
i
a



(1.1)
Trong đó
2
i
 
2
2
2
1
2
i
i
m
m


(1.2)
Trong đó:

i

- Diện tích phản xạ hiệu dụng của hạt vật chất
a - Bán kính hạt và D là đường kính hạt


- Độ dài bước sóng ra đa (cm)
m
i
- Chỉ số khúc xạ phức của hạt vật chất cấu tạo nên hạt
Thừa số
2
i

phụ thuộc vào trạng thái pha của hạt đối với hạt chất lỏng là 0.93
± 0.04 và hạt băng là 0,197
Như vậy cùng với một kích thước, diện tích tán xạ hiệu dụng của hạt nước lớn
gấp 5 lần hạt băng.
Vì mục tiêu khí tượng là tập hợp các hạt, nên ta cần phải xét mặt phẳng tán xạ
hiệu dụng của một đơn vị thể tích của mục tiêu, nó bằng tổng các mặt phẳng tán xạ

10
hiệu dụng của từng hạt trong đơn vị thể tích đó. Diện tích phản xạ

của một đơn vị
thể tích của mục tiêu khí tượng là:

=
2
5
6
4
1 1
64
N N

i i i
i i
a



 
 
 
(1.3)
Trong đó N là số hạt trong đơn vị thể tích,

còn gọi là hệ số tán xạ có đơn vị
là m
-1
.
Tín hiệu phản xạ thu được tại đầu vào của máy thu ở một thời điểm là tập hợp
tín hiệu phản xạ của tất cả các hạt nằm trong một phần V
u
của thể tích khối xung
được ra đa coi là về cùng một lúc. V
u
được coi là thể tích phân giải của khối xung, nó
có mối quan hệ mật thiết với thời gian phân giải của ra đa. Đối với ra đa thì thời gian
phân giải bằng
/ 2

, trong đó

là độ rộng xung phát.

Hình 1.1 Minh họa cách tính nửa thể tích xung phát [8]

Có thể chứng minh được rằng V
u
bằng nửa thể tích khối xung. Từ hình 1.1 ta
thấy các hạt mưa trong khối xung sẽ bị sóng chiếu vào và cùng tạo ra các sóng phản
hồi. Tuy nhiên các sóng phản hồi này lại không về ra đa cùng một lúc do chúng khác
nhau về khoảng cách. Tất cả các hạt nằm trong khối nón cụt có chiều dài bằng h/2 (h
là chiều dài không gian của xung) dọc theo búp sóng ở lân cận khoảng cách r (từ r-h/4
đến r + h/4), mặt bên của nón là mặt bên của búp sóng, đều cho tín hiệu phản hồi về
tới ra đa ở các thời điểm lệch nhau không quá
/ 2

(từ t-
/ 4

đến t +
/ 4

). Thể tích
của nón cụt xấp xỉ bằng ½ thể tích của khối xung (thể tích phân giải của khối xung):
V
u
=
2
2
h
R


(1.4)
trong đó R là bán kính mặt cắt ngang của khối xung. Giữa R và độ rộng cánh
sóng

và khoảng cách từ ra đa đến mục tiêu (r) có mối liên hệ:
R = r
2

(1.5)
Do vậy V
u
=
2
2 2
2 2 8
r h r h
  

 

 
 
(1.6)

11
Tuy nhiên, muốn tính chính xác hơn thể tích phân giải của khối xung Probert
và Jones được nêu bởi Nguyễn Hướng Điền và Tạ Văn Đa [8] đã tính đến sự khác
biệt giữa vai trò của các hạt nằm dọc theo trục của búp sóng với những hạt nằm xa
trục đó vì rõ ràng là công suất sóng chiếu tới chúng khác nhau. Với giả thiết “công
suất” sóng phát mạnh nhất theo hướng trục búp sóng (P

max
) và giảm dần ra xung
quanh (tới P
1/2
ở rìa búp sóng) theo quy luật phân bố chuẩn, Probert và Jones đã tìm
được công thức tính thể tích phân giải “hiệu dụng” của khối xung
V
ue
=
2 2
16ln 2
r h
 
(1.7)
Diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu khí tượng
m

khi đó sẽ là:
1
N
m ue ue i
i
V V
  

 

(1.8)
Thay (1.3) và (1.7) vào (1.8) ta sẽ được diện tích phản xạ hiệu dụng của mục
tiêu khí tượng:

2 2
2 5 6 2 2
6 6
4 4
1 1
64
16ln 2 16ln 2
N N
m i i i i
i i
r h r h
K a K D
   

 
 
 
 
(1.9)
Từ phương trình (1.9) ta thấy rằng diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu
khí tượng phụ thuộc vào trạng thái pha của hạt và đường kính hạt. Mặt khác, trong
phương trình ra đa Probert-Jones, độ PHVT của mục tiêu khí tượng
2
6
1
N
i
i
Z Ki D




do
vậy ta thấy rằng độ PHVT phụ thuộc vào diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu.
1.1.3. Mạng lưới ra đa thời tiết tại Việt Nam
Trạm ra đa thời tiết MRL-2 của Liên Xô đầu tiên được lắp đặt ở nước ta năm
1977 là chủng loại ra đa chưa số hoá. Hiểu được tầm quan trọng mà nguồn số liệu ra
đa mang lại, đến năm 1993 với sự giúp đỡ của Nga, 2 trạm ra đa MRL-5 thế hệ mới
hơn được lắp đặt tại Vinh và Phù Liễn, đây đều là chủng loại ra đa chưa số hoá.
Năm 2000 với sự giúp đỡ của chính phủ Pháp, 3 trạm ra đa số hoá thông
thường TRS-2730 được lắp đặt nhằm cung cấp số liệu nhanh chóng và chính xác hơn.
Trong những năm gần đây, theo yêu cầu phát triển của ngành và sự bùng nổ của khoa
học công nghệ các ra đa thời tiết Doppler hiện đại đã được lắp đặt và một số ra đa cũ
được nâng cấp.
Hiện tại mạng lưới ra đa đã có 7 trạm với 8 ra đa đang hoạt động trong đó 1 ra
đa MRL-5 của Nga mới nâng cấp năm 2010; 03 ra đa TRS-2730 của Pháp và 04 ra đa
DWSR 2500C-2501C của Mỹ. Nhìn chung mạng lưới ra đa hiện đang hoạt động khá
ổn định, số liệu ra đa mặc dù chưa được khai thác hết theo tiềm năng nhưng cũng đã

12
đóng góp đáng kể trong việc quan trắc, phát hiện và cảnh báo thời tiết nguy hiểm, đặc
biệt là trong quan trắc xác định tâm bão, áp thấp nhiệt đới gần bờ.
Theo kế hoạch phát triển ngành đến năm 2020 mạng lưới trạm ra đa thời tiết sẽ
có khoảng 15 trạm với chủng loại ra đa Doppler hiện đại, sử dụng công nghệ tiên tiến
trên thế giới nhằm đáp ứng được nhu cầu cung cấp số liệu phục vụ dự báo cực ngắn.
Sơ đồ về mạng lưới ra đa thời tiết hiện tại ở Việt Nam và mục tiêu quy hoạch đến
năm 2020 được thể hiện ở hình 1.2 dưới đây.

Hình 1.2 Quy hoạch mạng lưới ra đa thời tiết đến năm 2020
1.1.4. Sơ lược về trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ

Trạm ra đa thời tiết Tam kỳ được lắp đặt và đưa vào hoạt động nghiệp vụ từ
năm 1998 với chủng loại ra đa DWSR-93C, là ra đa Doppler của Mỹ với trình độ

13
công nghệ hiện đại, đa dạng sản phẩm cho người sử dụng có thể khai thác sản phẩm
cơ bản quét khối (Volume scan) và các sản phẩm dẫn xuất (Product).
Một obs quan trắc của ra đa thời tiết (ở đây đề cập đến ra đa Tam Kỳ) thường
thu được kết quả là 1 tệp dữ liệu gốc (volume scan) và một số tệp sản phẩm dẫn xuất
từ tệp dữ liệu gốc.
Các sản phẩm quét khối của các ra đa thời tiết nói chung và ra đa Tam Kỳ 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.
Thông thường các ra đa thường quan trắc ở các cự ly (bán kính quét) 60 km, 120 km,
240 km, 480 km.

Hình 1.3. Mô hình trình quét khối của ra đa DWSR [21]
Mặc dù trạm đã có những đóng góp đáng kể trong việc cung cấp thông tin
phục vụ dự báo, tuy vậy trạm này cũng là trạm hay gặp nhiều hỏng hóc gây gián đoạn
quan trắc nhất. Năm 2009, nhận thức được vai trò đóng góp của trạm ra đa cho dự
báo thời tiết một số tỉnh thuộc Trung Trung Bộ, trạm được đầu tư nâng cấp thành ra

14
đa DWSR-2501C. Tuy nhiên do không nâng cấp hệ thống ăng ten nên hiện tại trạm
đang quan trắc ở điều kiện kỹ thuật chưa hoàn chỉnh.
1.2. Tổng quan về xây dựng chỉ tiêu Mưa và Dông

1.2.1. Trên thế giới
Các giọt nước và tinh thể băng rơi từ trong khí quyển xuống mặt đất được gọi
là giáng thuỷ. Thường người ta thường gọi giáng thủy là mưa (gồm cả dạng rắn và
lỏng). Mưa được đặc trưng bởi các tham số: kích thước, tốc độ di chuyển, thời gian
tồn tại, sự phát triển pha, cấu trúc, phân bố mật độ hạt.
Dự báo mưa, đặc biệt là việc theo dõi và định lượng mưa là một vấn đề rất khó
khăn đồng thời cũng là một trong những yêu cầu cấp thiết trong công tác dự báo, đặc
biệt trong dự báo bão, lũ, phục vụ điều tiết hồ chứa, phòng tránh thiên tai và giảm
thiểu thiệt hại về kinh tế và tính mạng con người. Từ xa xưa việc dự báo mưa thường
sử dụng dụng phương pháp synốp truyền thống, chủ yếu dựa trên các hình thế thời
tiết chiếm ngự, do vậy chỉ có thể dự báo mưa một cách định tính và phạm vi dự báo
thường rất rộng, chưa chi tiết. Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ
máy tính, các mô hình dự báo thời tiết số trị đã được áp dụng trong dự báo mưa, có
thể đưa ra những dự báo định lượng mặc dù vẫn còn những sai số hệ thống nhất định.
Tuy nhiên cả 2 phương pháp dự báo mưa bằng phương pháp synop truyền thống và
sử dụng sản phẩm dự báo trực tiếp từ mô hình đều có chung hạn chế là không áp
dụng để dự báo cho phạm vi không gian hẹp (đặc biệt là phương pháp synop). Ngày
nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, hệ thống ra đa thời tiết
đã ra đời, phát triển mạnh mẽ và được áp dụng rộng rãi trong dự báo thời tiết, đặc biệt
là cảnh báo cũng như dự báo định lượng mưa.
Với ưu điểm khi hoạt động, ra đa có thể phát hiện rất nhanh các vùng mưa trên
phạm vi rộng (trung bình khoảng 240 km), độ phân giải không gian và thời gian cao
(độ phân giải thời gian từ 5-10 phút, phân giải không gian dưới 1 km) thông qua giá
trị PHVT mà ra đa thu nhận được từ các vùng mưa và được hiển thị trên màn hình
quét tròn. Tuy nhiên không phải bất kỳ giá trị PHVT nào mà ra đa thu nhận được
cũng có thể cho mưa, do vậy việc xác định được các ngưỡng PHVT cho mưa nhằm
cảnh báo sự xuất hiện mưa là việc làm cần thiết cho mỗi trạm ra đa. Bởi lẽ mỗi vùng
khác nhau sẽ có điều kiện khí hậu, các hệ thống thời tiết, điều kiện nhiệt, ẩm và tính
chất giáng thuỷ khác nhau mà ra đa hoạt động theo nguyên tắc phát sóng siêu cao tần
vào không gian và thu nhận tín hiệu phản xạ trở lại từ các vật mục tiêu (ở đây là mây

và các hiện tượng thời tiết liên quan) trên quãng đường truyền sóng. Mức độ mạnh
hay yếu của tín hiệu phản xạ phụ thuộc vào diện tích phản xạ hiệu dụng và tính chất
vật lý, hình dạng và mật độ phân bố hạt của mây. Ra đa thu nhận tất cả các tín hiệu

15
phản xạ trở lại trong bán kính quét của nó (bao gồm các tín hiệu phản xạ từ các đám
mây chưa gây ra hiện tượng và các đám mây gây ra hiện tượng thời tiết). Các đám
mây mang hiện tượng thời tiết như mưa, dông, mưa đá… thường có cấu trúc, tính
chất vật lý, phân bố mật độ hạt khác nhau, tương ứng với mỗi loại hiện tượng thời tiết
khi ra đa quan trắc sẽ thu nhận được các ngưỡng giá trị PHVT nhất định cho mỗi hiện
tượng. Bởi vậy việc xây dựng chỉ tiêu cho ra đa (ngưỡng các giá trị PHVT tương ứng
từng loại hiện tượng thời tiết) có tính chất quyết định trong việc xác định chính xác
các hiện tượng thời tiết cũng như ước lượng lượng mưa với độ chính xác cao nhất.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng số liệu ra đa trong
việc giám sát, phát hiện dông, sét và dự báo định lượng mưa. Hagen

và Sandrae
(2003) [15] đã xây dựng mối quan hệ giữa độ PHVT Z và hàm lượng nước chứa (W)
– lượng nước chứa trong một cột không khí thẳng đứng có đơn vị thể tích, lượng mưa
đến bề mặt (R). Hệ thức liên hệ W=qZ
(4/7)
và Z=aR
1.5
với các hệ số q và a tính từ số
liệu. Tập mẫu lấy 10 phút được chia làm 2 tập con riêng biệt có nghĩa của các hệ số.
Mối liên hệ được khuyến cáo là W=3.4Z
4/7
và Z=216R
1.5
. Sai số của mối liên hệ này

là a±4.4dBZ cho mối quan hệ W và R, a±2.4dBZ cho Z và R. Jaiswal và CCS (2009)
[16] đã nghiên cứu về mối liên hệ Z-R cho lượng mưa khác nhau trên khu vực
Gadanki trong khoảng thời gian 4 năm từ 1998-2001. Tập số liệu gốc bao gồm PHVT
và lượng mưa có nguồn gốc từ thiết bị đo và ghi sự phân bố của các giọt mưa trong
khoảng thời gian này. Bài báo đã phân loại lượng mưa thành R≤0.5mm/h;
0.5<R≤4.0mm/h; 4<R≤10 mm/h; 10<R≤50 mm/h và R≥50 mm/h. Nghiên cứu chỉ ra
rằng mối quan hệ Z-R biến đổi theo lượng mưa. Matthias Stainer và CCS (1995) [13]
đã sử dụng số liệu mưa mặt đất có độ phân giải thời gian là 1 phút tại 22 trạm quan
trắc và số liệu ra đa Doppler trong tháng 2 năm 1988 để đánh giá các kết quả nghiên
cứu về ước lượng mưa từ ra đa. Trong nghiên cứu, việc phân định mây tầng, mây đối
lưu được thực hiện dựa trên giá trị PHVT và hình dạng của vùng PHVT để hạn chế
việc ước lượng mưa dưới ngưỡng trong các trường hợp mây tầng. Phương pháp cấu
trúc thẳng đứng đưa ra ở đây là phân bố tần xuất của PHVT ra đa như là hàm của độ
cao. Kết quả cho thấy ước lượng mưa tháng từ ra đa có độ chính xác khá cao.
MacKeen và CCS (1999) [14], dựa trên mối quan hệ giữa PHVT dông - đặc
điểm ban đầu và tuổi thọ của nó được kiểm tra để mô tả một số đặc điểm của cơn
dông đang mạnh lên liên quan đến vòng đời của nó, mối quan hệ này là rất hữu ích
cho việc dự báo vòng đời của dông. Kevin R. Knupp và William R. Cotton (1982)
[18] đã sử dụng số liệu gió hướng tâm và PHVT từ hai ra đa Doppler băng sóng X và
một ra đa Doppler băng sóng C cùng 20 trạm quan trắc mặt đất để phân tích cơn dông
mạnh xảy ra trong mùa hè trên vùng núi ở khu vực giữa và phía tây Colorado. Kết
quả cho thấy, một vài tương tác đã được quan trắc thấy trong phạm vi cơn dông. Sự

16
vận chuyển dòng thăng thẳng đứng của động lượng gió bắc phổ biến ở mực thấp đã
ngăn chặn phần lớn động lượng gió nam mực trung bình, sự ngăn chặn này đã ảnh
hưởng đến sự chuyển động và đặc điểm của khu vực quanh đó, làm giảm đi tính cấu
trúc của dông.
Thêm nữa, sự tương tác giữa môi trường và cơn dông đã tạo ra một hoàn lưu
ngược của các phần tử giáng thủy từ dòng thăng mực trung bình đến dòng thăng mực

thấp, có nghĩa là tính bền vững của cơn dông phụ thuộc vào hai yếu tố: i) tác động
của dòng thăng mực thấp có hướng ngược lại với dòng ở mực trung bình, ii) sự hình
thành và tồn tại của dòng giáng đủ lớn để duy trì sự hoạt động của đường gió giật.
Rodger A. Brown và CCS (1978) [19] đã sử dụng ra đa Doppler ở thành phố Unioon,
Okla để quan trắc, phân tích tìm ra các đặc điểm riêng của xoáy lốc trong trường số
liệu tốc độ trung bình gió Doppler. Đặc điểm riêng này và sự kết hợp với xoáy lốc đã
được kiểm tra bởi mô hình mô phỏng trường gió Doppler đo được trong xoáy lốc, kết
quả cho thấy sự biến đổi không gian và thời gian của các đặc trưng của xoáy lốc đã
được bộc lộ trước khi xoáy lốc xảy ra. Các đặc trưng này xuất hiện đầu tiên ở các
mực trung bình trong hoàn lưu mẹ quy mô meso cho đến mặt đất (mở rộng đến 10 km
theo phương thẳng đứng) và biến mất ở tất cả các mực khi cơn lốc tan rã.
P. L. Mackeen và CCS (1999) [20] đã sử dụng số liệu của ra đa Doppler Giám
sát thời tiết (WSR-88D) trong 15 ngày cuối mùa xuân và mùa hè năm 1995-1996 ở
Memphis, Tennessee để xác định sự liên hệ giữa PHVT ra đa và các đặc điểm của
dông để dự báo thời gian tồn tại của dông. Nghiên cứu được thực hiện cho 879 cơn
dông được hình thành trên khu vực Memphis, Tennessee trong 15 ngày nói trên. Kết
quả cho thấy, các cơn dông có giá trị PHVT cực đại từ 30-50 dBZ có xác xuất lớn
nhất (82%) với thời gian tan rã trong vòng 30 phút, trong khi xác xuất dông tan rã
trong vòng 30 phút chỉ là 44% cho những cơn dông có PHVT cực đại lớn hơn 55
dBZ. Tuy nhiên, nói chung khi xem xét tất cả các đặc điểm của dông với thời gian
sống của dông quan trắc được đều cho kết quả chung là rất khó để đưa ra các kết quả
dự báo tốt về thời gian tồn tại của dông.
1.2.2. Ở Việt Nam
Ở nước ta, kể từ khi ra đa đầu tiên được đưa vào lắp đặt và sử dụng cho đến
nay, việc xây dựng chỉ tiêu mới chỉ được thực hiện cho 03 ra đa TRS-2730 ở khu vực
phía bắc thông qua các đề tài nghiên cứu thực hiện bởi các cán bộ Đài Khí tượng Cao
không như: Trần Duy Sơn (2007) [1], đã đánh giá khả năng phát hiện mục tiêu khí
tượng (mây và mưa) của ra đa theo khoảng cách, phân định các loại mây (mây đối
lưu và mây tầng) theo ngưỡng giá trị PHVT, xác định chỉ tiêu nhận biết dông theo độ
PHVT…tuy nhiên do yếu tố khách quan nên tác giả mới chỉ thực hiện được với

17
chủng loại ra đa TRS-2730; Nguyễn Viết Thắng (2008) [2] đã xây dựng được ngưỡng
giá trị PHVT để phân định loại mây và các hiện tượng thời tiết (HTTT) cho ra đa
TRS-2730 Việt Trì và Vinh, tác giả đã đưa ra được các ngưỡng PHVT tương ứng với
khả năng xuất hiện loại mây và hiện tượng thời tiết, tuy nhiên các chỉ tiêu còn bị
chồng lấn nhau trên cùng một khoảng cách và một số chỉ tiêu về hiện tượng thời tiết
như mưa rào, dông biến đổi mạnh theo không gian .
Trần Duy Sơn (2009) [3] đã xây dựng được các đặc điểm PHVT liên quan đến
các HTTT nguy hiểm cục bộ làm cơ sở cho việc phát hiện và theo dõi các hiện tượng
này bằng ra đa TRS-2730, tác giả đã xây dựng được khả năng phát hiện các cấp mưa
trong bán kính 100km của ra đa theo giá trị PHVT; xây dựng được cơ sở khoa học để
phân định loại mây bằng phương pháp ra đa theo số liệu quan trắc đồng bộ của trạm
KTBM, xây dựng được chỉ tiêu nhận biết dông thông qua giá trị PHVT và một số kết
quả khác. Các chỉ tiêu xây dựng cho 03 ra đa trên đã giúp cho các quan trắc viên và
dự báo viên có được công cụ hiệu quả để xác định các hiện tượng thời tiết nguy hiểm
như dông, tố lốc, mưa đá và đưa ra các cảnh báo, dự báo mưa trong vùng hoạt động
của ra đa, góp phần phát huy được thế mạnh và hiệu quả của các ra đa này trong việc
phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai.
Các ra đa DWSR do Mỹ sản xuất là các ra đa hiện đại, đắt tiền tuy nhiên việc
xây dựng chỉ tiêu cho các ra đa này chưa được quan tâm đúng mức, dẫn đến việc khai
thác các ra đa này chưa được phát huy tối đa, trong những năm qua chỉ có một vài
nghiên cứu về khai thác số liệu của chủng loại ra đa này. Nguyễn Thị Tân Thanh
(2010) [4], đã xây dựng được một số chỉ tiêu phục vụ cho việc nghiên cứu thử
nghiệm dự báo cực ngắn mưa và dông cho khu vực Trung Trung Bộ, tuy nhiên do
yếu tố khách quan mà đề tài chưa đem lại kết quả như mong đợi.
Nguyễn Viết Thắng và CCS (2011) [6] đã và đang thực hiện đề tài “Nghiên
cứu khai thác các định dạng số liệu, tổ hợp và xây dựng phần mềm xác định vị trí tâm
mắt bão, hướng và tốc độ di chuyển của tâm bão cho mạng lưới ra đa thời tiết ở Việt
Nam”, hiện tại đề tài đã khai thác thành công một số định dạng sản phẩm của ra đa

thời tiết nói chung và của ra đa DWSR nói riêng (đã trích xuất được các giá trị PHVT
của ra đa và đưa về định dạng số liệu chuẩn NetCDF) và đang thử nghiệm phần mềm
xác định vị trí tâm bão; Nguyễn Thế Hào và CCS (2011) [7] đã thực hiện đề tài
“Nghiên cứu sử dụng thông tin ra đa thời tiết DWSR-2500C trạm Nhà Bè phục vụ
cảnh báo và theo dõi mưa về xây dựng các chỉ tiêu cảnh báo mưa và dông trên cơ sở
sử dụng số liệu ra đa Nhà Bè. Tuy nhiên do do một số hạn chế nhất định mà kết quả
của đề tài đưa ra chưa được như mong đợi, đề tài mới phân loại được các loại hình
thế gây mưa, thống kê các ngưỡng phản hồi vô tuyến và so sánh, hiệu chỉnh với

18
lượng mưa vũ lượng ký để xây dựng công thức ước lượng mưa định lượng cho ra đa,
tuy nhiên việc sử dụng bộ số liệu chưa hợp lý nên kết quả còn tồn tại những sai sót
nhất định; Phùng Kiến Quốc và các cộng sự (2011) [5] đã khai mã một số sản phẩm
của các ra đa trên mạng lưới và mã hóa số liệu ra đa theo mã luật phát báo quốc tế
RADOB phục vụ phát báo quốc tế khi có bão. Tác giả và CCS đã khai mã được các
sản phẩm “prd” của các ra đa DWSR (PPI, CAPPI, ETOP, HMAX…), trích xuất
được các giá trị phản hồi vô tuyến ra đa phục vụ mục đích xây dựng phần mềm bán tự
động mã hóa các thông tin ra đa theo mã luật RADOB và phát báo đến các đơn vị sử
dụng theo yêu cầu.
Nguyễn Hướng Điền [11] trên cơ sở của số liệu ra đa thời tiết Tam Kỳ và 6
trạm đo mưa mặt đất đã xây dựng được công thức thực nghiệm tính toán cường độ
mưa từ độ PHVT của ra đa (R= C10
DZ’
). Kết quả đạt được khi sử dụng công thức của
tác giả cho độ chính xác cao hơn khi sử dụng công thức của Marshall- Palmer (Z=
AR
B
) đối với từng trạm riêng biệt cũng như cả khu vực Trung Trung Bộ khi tính toán
cường độ mưa thông qua giá trị độ PHVT của ra đa.
Khu vực Trung Trung Bộ là nơi hoạt động của cả 02 hệ thống gió mùa, khu

vực này còn là nơi bão và áp thấp nhiệt đới thường xuyên xuất hiện và đổ bộ. Đặc
điểm địa hình khu vực này là núi cao ở phía tây và dải đồng bằng hẹp ở phía đông
cùng dãy Bạch Mã chắn ngang giữa 02 tỉnh Huế và Đà Nẵng đã làm tăng thêm sự
khắc nghiệt của thời tiết. Để khai thác hiệu quả ra đa và các thiết bị đo mưa tự động
được đầu tư lắp đặt tại khu vực và giúp trạm có cơ sở ban đầu về cảnh báo mưa, dông
trên cơ sở số liệu ra đa, luận văn này thực hiện nghiên cứu “Xây dựng chỉ tiêu xác
định mưa và dông cho trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ” với mục tiêu là sẽ xây dựng được
chỉ tiêu xác định mưa và dông theo các ngưỡng PHVT và theo khoảng cách; xây
dựng được chỉ tiêu tổng hợp về khả năng xuất hiện dông trong vùng hoạt động của ra
đa thời tiết Tam Kỳ dựa trên một số sản phẩm dẫn xuất.









19
CHƯƠNG II
THU THẬP SỐ LIỆU, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
Để việc xây dựng chỉ tiêu mưa và giông có hiệu quả, bên cạnh số liệu quan
trắc tại trạm ra đa Tam Kỳ, tác giả đã sử dụng nguồn thông tin thu thập được từ mạng
lưới quan trắc đo mưa tự động và một số trạm mặt đất ở khu vực Trung Trung Bộ
(trong bán kính hoạt động hiệu dụng của ra đa Tam Kỳ) để đối chiếu, so sánh và xây
dựng chỉ tiêu. Trong chương này, vấn đề thu thập, xử lý số liệu và phương pháp tính
toán được thực hiện trong phạm vi của luận văn sẽ được đề cập đến.
2.1. Thu thập số liệu
Theo tác giả Trần Công Minh [9] về phân vùng khí hậu Việt Nam thì khu vực

Trung Trung Bộ có mùa mưa tập trung từ tháng 8 đến tháng 12, cực đại vào tháng 10
và trên cơ sở của bộ số liệu quan trắc của ra đa, các nghiên cứu, tính toán trong luận
văn, chúng tôi đã thu thập các số liệu trong các tháng này, cụ thể như sau.
2.1.1.Số liệu quan trắc bề mặt
2.1.1.1. Số liệu đo mưa mặt đất:
Số liệu đo mưa mặt đất giai đoạn 2007-2011 quan trắc được tại 31 trạm đo
mưa tự động thuộc chương trình hợp tác với Nhật Bản “bước đầu dự báo thuỷ - khí
quyển gió mùa châu Á - MAHASRI” (MAHASRI - Monsoon Asian Hydro-
Atmosphere Scientific Research and Prediction Initiative). MAHASRI là chương
trình hợp tác nghiên cứu khoa học và dự báo thủy – khí quyển vùng châu Á gió mùa
trong các năm 2006-2015 do Nhật Bản chủ trì với sự tham gia của Việt Nam và nhiều
nước trong khu vực châu Á gió mùa.
Trong dự án này, 31 trạm đo mưa (hình 2.1) được lắp đặt tại khu vực Trung
Trung Bộ trong bán kính quan trắc hiệu dụng của ra đa Tam Kỳ.

20
Các trạm đo mưa tự động này quan trắc và lưu số liệu mưa theo thời gian thực
nghĩa là cứ mỗi khi có mưa thì trạm tự động đo và lưu lại trong bộ nhớ, do vậy ta có
thể khai thác số liệu theo thời gian 5 phút, 10 phút hoặc tùy ý. Sử dụng nguồn số liệu
từ các trạm đo mưa MAHASRI sẽ giúp cho luận văn có thể khai thác được số trạm có
số liệu đồng bộ giữa ra đa và mưa nhiều hơn hẳn so với 5 trạm Khí tượng bề mặt ở
khu vực này và nó sẽ phục vụ cho việc xây dựng chỉ tiêu mưa được tốt hơn.
Cùng với số liệu từ mạng lưới các trạm MAHASRI, số liệu mưa vũ lượng ký
tại các trạm khí tượng bề mặt thuộc khu vực Trung Trung Bộ giai đoạn 2007-2011
trong khu vực cũng được thu thập để so sánh, đánh giá số liệu mưa MAHASRI tại
các trạm tương ứng. Danh sách các trạm bao gồm: Đà Nẵng, Tam Kỳ, Trà My,
Quảng Ngãi, Ba Tơ và Lý Sơn. Tuy nhiên, sau khi thu thập các nguồn số liệu, do các
yếu tố khách quan khác nhau đặc biệt là số liệu ra đa không có đủ trong các tháng
mùa mưa năm 2008 và 2009 do vậy chúng tôi chỉ tiến hành thu thập, xử lý số liệu 3
tháng 10,11 và 12 trong năm 2007 và 2010 để phục vụ cho tính toán chỉ tiêu mưa.

2.1.1.2. Số liệu quan trắc dông
Phục vụ mục tiêu xây dựng chỉ tiêu dông, số liệu dông tại trạm khí tượng bề
mặt ở khu vực Trung Trung Bộ trong 2 năm 2007 và 2011 được sử dụng. Danh sách

Hình 2.1. Vị trí các trạm đo mưa tự động MAHASRI

21
các trạm khí tượng này bao gồm: Đà Nẵng, Tam Kỳ, Trà My, Quảng Ngãi, Ba Tơ và
Lý Sơn. Số liệu quan trắc dông được lấy từ số liệu 8 obs quan trắc sy-nốp của các
trạm nêu trên. Trên cơ sở số liệu dông tại các trạm mặt đất, chúng tôi liệt kê thời điểm
xuất hiện và thời gian kết thục của các cơn dông trong ngày theo từng trạm phục vụ
cho việc trích xuất số liệu ra đa để xây dựng chỉ tiêu.
2.1.2. Số liệu ra đa thời tiết
Số liệu ra đa thời tiết thu thập phục vụ cho các tính toán trong luận văn là số
liệu quan trắc tại trạm ra đa thời tiết Tam Kỳ trong các tháng 10, 11, 12, giai đoạn từ
2007, 2010 và 2011. Số liệu thu thập là các sản phẩm PPI(Z), CAPPI(Z) 3km,
CMAX(Z), HMAX và ETOPS với bán kính quét 240 km, 480km và chu kỳ quan
trắc, lưu số liệu từ 10- 30 phút/lần. Trong đó ý nghĩa của các sản phẩm được định
nghĩa và minh họa cụ thể:
PPI(Z): là bản đồ trường phản hồi vô tuyến đã hiệu chỉnh trên mặt cắt xiên có
được khi cho ra đa quét tròn (360
0
) ở bán kính, góc cao ăng ten nhất định.
CAPPI(Z): Là sản phẩm hiển thị giá trị PHVT đã hiệu chỉnh ở cùng một độ
cao.
CMAX (Z): Là sản phẩm hiển thị giá trị cực đại của PHVT theo mỗi cột khí
quyển trên bề mặt diện tích đó.
ETOPS: Là sản phẩm cho ta biết phân bố độ cao của đỉnh PHVT so với mực
nước biển theo theo mỗi cột khí quyển trên đơn vị diện tích.

HMAX : Là sản phẩm cho ta biết độ cao của PHVT đã hiệu chỉnh cực đại trên
mỗi đơn vị diện tích bề mặt.
Một số hình ảnh minh họa các sản phẩm ra đa được thể hiện ở hình 2.2


Sản phẩm PPI(Z) Sản phẩm CAPPI(Z)

22


Sản phẩm CMAX Sản phẩm ETOPS




Hình 2.2. Một số sản phẩm của ra đa
thời tiết Tam Kỳ
Sản phầm Hmax
Như vậy để biết được cấu trúc của một đám mây thì từ các sản phẩm nêu trên
sẽ cung cấp cho ta một không gian 3 chiều khá chi tiết về đám mây đó như: độ mạnh,
yếu của đám mây, độ cao đỉnh mây, độ cao vùng đối lưu mạnh, những thông tin này
sẽ là điều kiện quan trọng cho nội dung nghiên cứu của luận văn.
2.2. Xử lý số liệu
2.2.1. Xử lý số liệu mưa, dông
Trên cơ sở số liệu quan trắc mưa, dông tại mặt đất giai đoạn từ năm 2007,
2010 và 2011, chúng tôi đã tiến hành xử lý số liệu theo các bước như sau:
i) Thống kê thời gian xuất hiện dông trong ngày của 5 trạm KTBM trong vùng
hoạt động của ra đa (riêng trạm Tam Kỳ do nằm trong vùng mù của ra đa nên không
có số liệu PHVT để tính toán đồng bộ), ghi giờ (2 số) và phút (2 số) liền nhau.
ii) Thống kê thời gian xuất hiện mưa ở các trạm đo mưa tự động thuộc dự án

MAHASRI tương ứng với các tháng có số liệu ra đa các năm 2007 và 2010.
iii) Đối chiếu so sánh tổng lượng mưa ngày tại các trạm khí tượng bề mặt nơi
quan trắc cả bằng thiết bị đo mưa tự động MAHASRI và vũ lượng ký để xem xét tính

23
chính xác của số liệu đo mưa tự động MAHASRI tại các trạm này. Những ngày có độ
chênh số liệu lớn sẽ được xem xét để loại ra khỏi các tính toán.
iii) Tính tổng lượng mưa mỗi 30 phút từ số liệu quan trắc tại các trạm đo mưa
tự động MAHASRI. Việc lựa chọn tính tổng lượng mưa mỗi 30 phút là để đồng bộ
với chu kỳ quan trắc, thu thập số liệu của ra đa Tam Kỳ.
2.2.2. Xử lý số liệu ra đa
2.2.2.1. Một số đặc điểm về số liệu ra đa
Ra đa Tam Kỳ là chủng loại ra đa Doppler hiện đại với khả năng quét khối có
thể cung cấp bức tranh 3 chiều về các hiện tượng thời tiết đang diễn ra, điều này được
minh chứng qua số lượng sản phẩm đa dạng của nó: PPI, CAPPI, ETOPS, CMAX,
HMAX, VIL, TRACK, BASE, LRA. Phương thức PPI được thực hiện với nhiều góc
nâng khác nhau đã cho phép xác lập một bản đồ 3 chiều về Z cũng như khả năng thu
được rất nhiều sản phẩm dẫn xuất như trên. Để sử dụng được các số liệu trên vào
những bài toán thiết thực khác công việc đầu tiên cần thực hiện là giải mã các số liệu
này về dạng số thông thường, tuy nhiên việc giải mã các số liệu này gặp rất nhiều khó
khăn do trong các dự án lắp đặt trạm ra đa EDGE ở nước ta thường không mua kèm
format các sản phẩm.
Như vậy muốn có số liệu về giá trị PHVT cũng như độ cao của PHVT cực
đại…chúng ta cần phải khai mã để đọc được các thông tin trên từ các sản phẩm dẫn
xuất như CAPPI(Z), HMAX….Với hiện trạng nêu trên, Trong khuôn khổ đề tài
nghiên cứu Phùng Kiến Quốc và CCS [5], Nguyễn Viết Thắng và CCS [6] đã xây
dựng một chương trình cho phép rút ra các thông tin quan trọng dưới dạng số từ sản
phẩm của DWSR-2500C. Cụ thể phương pháp chiết xuất số liệu từ sản phẩm PPI,
CMAX và HMAX và ETOPS như sau:
Sản phẩm PPI được tạo ra với các góc nâng khác nhau, độ phân giải 1km và

bán kính quét 240km. Các sản phẩm dẫn xuất khác mà luận văn quan tâm gồm có
CMAX và HMAX, CAPPI (3km), ETOPS. CMAX, HMAX mô tả phân bố của độ
phản hồi cực đại (cực đại tín hiệu trong một cột khí quyển) và độ cao tương ứng của
tín hiệu có độ phản hồi cực đại, CAPPI (3km) cho ta biết phân bố trường phản hồi vô
tuyến ở độ cao 3km còn ETOPS cho ta biết độ cao đỉnh phản hồi vô tuyến.
Các file mô tả 2 loại dữ liệu này có đuôi mở rộng là prd và tên file được quy
định mã hóa theo cơ số 16, thông tin được mã hóa trong tên file vẫn chưa được hiểu
rõ. Tất cả các file prd cho mọi loại dữ liệu đều có chung một định dạng, cấu trúc file
gồm có 2 phần chính:

24
 Header: phần mở đầu là một đoạn văn bản gồm 20 dòng mô tả các
thông số hoạt động của ra đa như thời điểm quét, loại dữ liệu, kích thước dữ liệu, bán
kính quét, góc quét, phương thức quét,…;
 Data: phần dữ liệu gồm 2 phần với 192 byte đầu tiên mô tả các tham số
liên quan đến ra đa như tọa độ, bán kính quét, các tham số chuyển dạng nguyên về
dạng giá trị thực, … và phần dữ liệu đằng sau là một mảng nguyên 1byte kích thước
512 x 512 đã được nén lại bằng thuật toán Z. Với mọi độ phân giải hay bán kính quét
của ra đa tất cả các số liệu đều có cùng kích thước này, cùng biểu diễn dưới dạng một
mảng nguyên, các số liệu chỉ khác nhau ở đơn vị đo.
Với mảng số liệu nguyên kích thước 512 x 512, ra đa Tam Kỳ có khả năng mô
tả 256 mức phản hồi khác nhau. Với những sản phẩm phản hồi có đơn vị dbZ, 256
mức lượng tử này lần lượt mô tả độ phản hồi từ -31.5dbZ đến 95.5dbZ với khoảng
cách giữa 2 mức lượng tử là 0.5dbZ, riêng giá trị 255 được gán cho các điểm mù của
ra đa. Với những sản phẩm độ cao như HMAX, 256 mức lượng tử mô tả độ cao từ 0
km đến 25.5km với khoảng cách 0.1km giữa 2 mức lượng tử liền kề.
2.2.2.2. Trích xuất số liệu ra đa
Ra đa thời tiết Tam Kỳ là ra đa Doppler có quét khối. Với mỗi trình quét, số
liệu ra đa được lưu thành 1 khối các dữ liệu lưu ở các góc nâng khác nhau. Để có thể
lấy ra những đặc trưng của PHVT mây, chúng ta phải trích xuất chúng từ số liệu quét

khối hoặc giải mã số liệu Product của ra đa.
Trong khuân khổ của luận văn, trên cơ sở số liệu được giải mã thuộc đề tài cơ
sở [5] và đề tài cấp Bộ [6], tác giả đã xây dựng chương trình trích xuất số liệu (độ
PHVT) ra đa của các sản phẩm PPI với góc nâng 0,0
0
và 1,0
0
, CAPPI (3km) đối với
số liệu năm 2007. Sau khi so sánh lựa chọn giữa số liệu PPI và CAPPI, chúng tôi đã
lựa chọn sản phẩm CAPPI(Z) ở độ cao 3km để xây dựng chỉ tiêu mưa, dông. Do đó
đối với số liệu năm 2010 và 2011, chúng tôi chỉ trích xuất giá trị PHVT của sản phẩm
CAPPI(Z) ở đọ cao 3km. Nguyên tắc lấy số liệu là lấy trạm đo mưa làm tâm và lấy
giá trị PHVT trung bình trong một miền tròn có bán kính là 3km, 5km và 7km được
minh họa ở hình 2.3. Trích xuất số liệu phản hồi vô tuyến theo từng trạm đo mưa
Mahasri của các sản phẩm CMAX, HMAX, CAPPI, ETOPS.
Với sản phẩm CMAX, HMAX: Lấy giá trị PHVT cực đại trong cột khí quyển
thuộc vùng giới hạn ứng với từng trạm đo mưa đã xác định ở phần trên (CMAX), từ
đó lấy giá trị độ cao tương ứng (HMAX).
Với sản phẩm ETOPS: Lấy giá trị độ cao cực đại của những phản hồi vô tuyến
lớn hơn hoặc bằng ngưỡng 18dBz trong vùng giới hạn.