Nghiên cứu xây dựng phương trình dự báo mưa thời hạn 24 giờ trong mùa mưa cho khu vực tỉnh Nghệ An (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO MƢA
THỜI HẠN 24 GIỜ TRONG MÙA MƢA
CHO KHU VỰC TỈNH NGHỆ AN

CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC

TĂNG VĂN AN

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH DỰ BÁO MƢA
THỜI HẠN 24 GIỜ TRONG MÙA MƢA
CHO KHU VỰC TỈNH NGHỆ AN
TĂNG VĂN AN
CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƢỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC
MÃ SỐ: 8440222

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. NGUYỄN VIẾT LÀNH

2. TS. VÕ VĂN HÒA

HÀ NỘI, NĂM 2019


CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Viết Lành
Cán bộ hướng dẫn phụ: TS. Võ Văn Hòa

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Hoàng Phúc Lâm

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Phạm Thị Thanh Ngà

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Ngày 11 tháng 01 năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu xây dựng phương trình
dự báo mưa thời hạn 24 giờ trong mùa mưa cho khu vực tỉnh Nghệ An” là
do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Viết Lành và TS. Võ
Văn Hòa. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi thực hiện và chưa công
bố bất cứ ở đâu.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi trình bày
trong luận văn này.

Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ

Tăng Văn An


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nỗ lực, cố gắng của bản thân luận văn “Nghiên cứu
xây dựng phƣơng trình dự báo mƣa thời hạn 24 giờ trong mùa mƣa cho
khu vực tỉnh Nghệ An” đã hoàn thành. Trong quá trình học tập, nghiên cứu
và hoàn thiện luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô và
bạn bè.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng tới PGS.TS.
Nguyễn Viết Lành và TS. Võ Văn Hòa những người đã chỉ bảo, hướng dẫn và
giúp đỡ rất tận tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo và Khoa Khí tượng Thủy văn,
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và toàn thể các thầy, cô đã
giảng dạy, giúp đỡ trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn.
Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ viên chức Đài
Khí tượng Thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ, Trung tâm Dự báo khí tượng
thủy văn Quốc gia và các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện
luận văn.
Do thời gian nghiên cứu hạn chế, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn còn
chưa tốt nên luận văn chắc chắn không tránh được thiếu sót, vì vậy kính mong
các thầy, cô giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quả nghiên cứu được
hoàn thiện hơn./.
Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ

Tăng Văn An

MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................... i
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................. iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. v
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................. vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết .......................................................................................... 1
2. Mục tiêu của luận văn............................................................................. 2
3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ........................................................... 2
4. Cấu trúc luận văn ................................................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................ 3
1.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Nghệ An ........................................................... 3
1.1.1 Vị trí địa lý..................................................................................... 3
1.1.2 Địa hình ......................................................................................... 3
1.1.3 Diện tích tự nhiên........................................................................... 3
1.1.4 Khí hậu .......................................................................................... 4
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài .................................................... 4
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................... 4
1) Dự báo mưa bằng mô hình số trị ......................................................... 4
2) Dự báo mưa bằng phương pháp thống kê ........................................... 7
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................... 9
1.2.3 Thực trạng công tác dự báo mưa tại Đài KTTV khu vực Bắc Trung
Bộ ......................................................................................................... 13
1. Phương pháp synop........................................................................... 13
2. Phương pháp thống kê vật lý ............................................................. 14
3. Mô hình dự báo số trị ........................................................................ 14
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 15

2.1 Cơ sở số liệu ....................................................................................... 15
2.1.1 Số liệu quan trắc .......................................................................... 15
2.1.2 Số liệu mô hình ............................................................................ 16
i


2.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 17
2.2.1 Các dạng biến trong dự báo thống kê ........................................... 18
2.2.2 Phép ước lượng hồi quy xác suất sự kiện ..................................... 18
2.2.3 Lọc nhân tố .................................................................................. 20
2.2.4 Xác định ngưỡng dự báo ............................................................. 22
2.2.5 Đánh giá độ chính xác của các phương trình dự báo .................... 23
2.2.6 Sử dụng phần mềm NCSS để xây dựng phương trình dự báo bằng
hàm hồi quy từng bước ......................................................................... 24
2.2.7 Xây dựng bộ nhân tố dự báo ........................................................ 25
CHƢƠNG 3. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................. 29
3.1 Một số đặc trưng mưa của tỉnh Nghệ An ............................................. 29
3.1.1 Tổng lượng mưa năm ................................................................... 29
3.1.2 Phân bố lượng mưa theo mùa ....................................................... 30
3.2 Xác đ nh một số hình thế thời tiết cơ

n g y mưa l n ....................... 31

3.2.1 Các hình thế thời tiết đơn l ......................................................... 32
3.2.2 Hình thế gây mưa lớn do tổ hợp của hai hình thế thời tiết ............ 37
3.2.3 Hình thế gây mưa lớn do tổ hợp của ba hình thế thời tiết trở lên .. 40
3.3 X y dựng phương trình dự áo mưa ................................................... 43
3.3.1 Kết quả xây dựng phương trình dự báo ........................................ 43
3.3.2 Kết quả dự báo thử nghiệm trên chuỗi số liệu phụ thuộc .............. 46
3.3.3 Kết quả dự báo thử nghiệm trên chuỗi số liệu độc lập .................. 48

3.4 Quy trình dự áo c s dụng các phương trình dự áo đ x y dựng
được ............................................................................................................. 50
3.4.1 Những phương trình được chọn ................................................... 50
3.4.2 Thực hiện quy trình dự báo .......................................................... 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 56
1. Kết luận ................................................................................................ 56
2. Kiến ngh .............................................................................................. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 58
Phụ lục 1. Dự báo thử nghiệm trên chuỗi số liệu độc lập cho Vinh (tháng
6) .................................................................................................................. 62
ii


TÓM TĂT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Tăng Văn An
Lớp CH3A.K

Khóa: 2017-2018

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Viết Lành và TS. Võ Văn Hòa
Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng phương trình dự báo mưa thời hạn 24 giờ
trong mùa mưa cho khu vực tỉnh Nghệ An
Tóm tắt: Luận văn đã sử dụng số liệu quan trắc và số liệu của Trung tâm Dự
báo thời tiết hạn vừa châu Âu – ECMWF để xây dựng bộ bản đồ hình thế thời
tiết gây mưa lớn trên địa bàn tỉnh Nghệ An, đồng thời để xây dựng phương
trình dự báo mưa thời hạn 24 giờ trong thời kì từ tháng 6 đến tháng 11 cho
bốn trạm khí tượng: Vinh, Quỳnh Lưu, Tây Hiếu và Quỳ Châu. Kết quả dự
báo thử nghiệm cho thấy, có 50% số phương trình đạt yêu cầu về độ chính
xác dự báo mưa.

THESIS ABSTRACT
Full name: Tang Van An
Class CH3A.K

Course: 2017-2018

Supervisor: Assoc. Prof. PhD. Nguyen Viet Lanh and PhD. Vo Van Hoa
Project title: Research building equation rain forecast 24-hour period in the
rainy season for the region of Nghe An province
Abstract: The thesis used monitoring data and data of the European Centre for
Medium-Range Wether Forecasts - ECMWF to build a set of weather map to
cause heavy rain in Nghe An province, and build the 24-hour rain forecasting
equation for the period from June to November for four meteorological
stations: Vinh, Quynh Luu, Tay Hieu and Quy Chau. Experimental forecast
results show that 50% of equations meet the requirements for accuracy of rain
forecasting.

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
cs.

Cộng sự

KTTV

Khí tượng thủy văn

KKL

Không khí lạnh

ITCZ

Dải hội tụ nhiệt đới

ĐD

Đường dòng

BĐ

Báo động

H

Độ cao địa thế vị

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

BĐKH

Biến đổi khí hậu

R24

Tổng lượng mưa 24 giờ

RAT

Rãnh áp thấp

ECMWF

Trung tâm Dự báo Khí tượng hạn vừa Châu Âu

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Tổng hợp đánh giá dự báo ............................................................ 23
Bảng 2.2. Nhân tố dự báo sơ cấp từ số liệu quan trắc (20 nhân tố) ............... 25
Bảng 2.3. Nhân tố dự báo sơ cấp từ số liệu mô hình (75 nhân tố) ................. 26
Bảng 2.4. Nhân tố dự báo thứ cấp từ số liệu quan trắc (20 nhân tố) .............. 26
Bảng 2.5. Nhân tố dự báo thứ cấp từ số liệu mô hình (15 nhân tố) ............... 27
Bảng 3.1. Lượng mưa trung bình nhiều năm (mm) tại ở Nghệ An ................ 29
Bảng 3.2. Phân bố lượng mưa theo mùa ở Nghệ An ..................................... 31
Bảng 3.3. Phân loại các hình thế gây mưa lớn trên khu vực Nghệ An giai đoạn
2007-2017 .................................................................................................... 32
Bảng 3.4. Thống kê các hình thế thời tiết đơn l gây mưa lớn ở Nghệ An giai
đoạn 2007-2017............................................................................................ 33
Bảng 3.5. Thống kê các dạng tổ hợp 2 hình thế thời tiết gây mưa lớn ở Nghệ
An giai đoạn 2007-2017 ............................................................................... 38
Bảng 3.6. Thống kê các dạng tổ hợp 3 hình thế thời tiết gây mưa lớn ở Nghệ
An giai đoạn 2007-2017 ............................................................................... 41
Bảng 3.7. Kết quả xây dựng phương trình dự báo mưa cho 4 trạm trên khu
vực tỉnh Nghệ An ......................................................................................... 43

Bảng 3.8. Kết quả đánh giá dự báo thử nghiệm trên chuỗi số liệu phụ thuộc 47
Bảng 3.9. Kết quả đánh giá dự báo thử nghiệm trên chuỗi số liệu độc lập .... 48

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình. 2.1. Bản đồ Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ
..................................................................................................................... 15
Hình 2.2. Khởi động modul Stepwise Regression......................................... 24
Hình 3.1. Phân bố lượng mưa trung bình nhiều năm tỉnh Nghệ An .............. 30
Hình 3.2. Bản đồ hình thế ITCZ gây mưa lớn từ ngày 28-29/7/2007 ............ 34
Hình 3.4. Bản đồ hình thế gió SE gây mưa lớn từ ngày 29-31/10/2008 ........ 36
Hình 3.5. Bản đồ hình thế KKL gây mưa lớn từ ngày 3-4/10/2017............... 37
Hình 3.6. Bản đồ hình thế KKL tác động RAT gây mưa lớn từ ngày 913/10/2017 ................................................................................................... 39
Hình 3.7. Bản đồ hình thế XTNĐ kết hợp với RAT gây mưa lớn từ ngày 25 26/9/2009 ..................................................................................................... 40
Hình 3.8. Bản đồ hình thế RAT kết hợp với KKL và nhiễu động gió đông gây
mưa lớn từ ngày 15 - 19/10/2010.................................................................. 42

vi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Nghệ An là tỉnh thuộc vùng duyên hải Bắc Trung Bộ, nơi có địa hình đa
dạng, phức tạp và bị chia cắt bởi các hệ thống đồi núi, sông suối hướng
nghiêng từ tây - bắc xuống đông - nam.
Trong những năm gần đây, các trận mưa lớn đã xảy ra trên khu vực tỉnh
Nghệ An với tần suất và cường độ ngày một lớn. Những trận mưa này, mỗi
khi xảy ra cùng với việc xả lũ từ các hồ chứa thủy lợi, thủy điện thường gây

ra ngập lụt nghiêm trọng trên địa bàn tỉnh, tác động rất lớn đến kinh tế xã hội
và môi trường sống của người dân.
Năm 2008, tỉnh Nghệ An bị thiệt hại do mưa lũ gây ra là: chết 25 người,
bị sập 156 ngôi nhà, đập bị vỡ 70 cái, đập hư hỏng 2700 cái, đường bị sạt lở
12054 m, cầu cống hư hỏng 158 cái và mất trắng 1251 ha lúa [3].
Năm 2010, tỉnh Nghệ An bị thiệt hại do mưa lũ gây ra là 3.206 tỷ đồng,
đặc biệt, đã có 50 người chết, 51 người bị thương [3].
Năm 2015, tỉnh Nghệ An bị thiệt hại do mưa lũ gây ra là 580 tỷ đồng,
đặc biệt, đã có 9 người chết, 2 người bị thương [3].
Năm 2017, tỉnh Nghệ An bị thiệt hại do mưa lũ gây ra là 3.514 tỷ đồng,
đặc biệt, đã có 23 người chết, 15 người bị thương [3].
Hiện tại trên địa bàn tỉnh Nghệ An các hồ chứa thủy lợi, thủy điện đã
được xây dựng trên tất cả hệ thống sông, ngoài những lợi ích kinh tế thì các
sự cố của các hồ chứa này có tác động đáng kể đến đời sống của nhân dân các
huyện, thị xã ở trung và hạ lưu hệ thống sông Cả. Quyết định 2125/QĐ-TTg
ngày 01/12/2015 của Thủ tướng Chính phủ về việc ban hành quy trình vận
hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Cả đã quy định thời gian thông báo xả lũ
là trước 24h, và như vậy bắt buộc công tác dự báo KTTV phải dự báo trước
24-48 giờ [2].
Để phục vụ tốt cho công tác phòng chống giảm nhẹ thiên tai và tìm kiếm
cứu nạn tỉnh Nghệ An, đặc biệt là phục vụ tốt cho công tác bảo đảm vận hành
liên hồ chứa theo Quyết định trên, cần phải nâng cao chất lượng dự báo mưa,
đặc biệt là mưa lớn thời đoạn 24 giờ là cực kỳ cấp bách và quan trọng. Vì vậy,
đề tài: “Nghiên cứu xây dựng phương trình dự báo mưa thời hạn 24 giờ
trong mùa mưa cho khu vực tỉnh Nghệ An” đã được chọn để làm luận văn
1


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn Full