Tài liệu Lựa chọn sơ đồ vi vật lý tối ưu trong mô hình wrf phục vụ dự báo trường nhiệt độ ở khu vực nam bộ trong giai đoạn bùng nổ gió mùa

TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG KHOA: KHÍ TƢỢNG THỦY VĂN ÂU THỊ THANH TÂM LỰA CHỌN SƠ ĐỒ VI VẬT LÝ TỐI ƢU TRONG MÔ HÌNH WRF PHỤC VỤ DỰ BÁO TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ Ở KHU VỰC NAM BỘ TRONG GIAI ĐOẠN BÙNG NỔ GIÓ MÙA. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƢ KHÍ TƢỢNG HỌC Mã ngành: 52410221 Tp Hồ Chí Minh - 11/2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG KHOA: KHÍ TƢỢNG THỦY VĂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỰA CHỌN SƠ ĐỒ VI VẬT LÝ TỐI ƢU TRONG MÔ HÌNH WRF PHỤC VỤ DỰ BÁO TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ Ở KHU VỰC NAM BỘ TRONG GIAI ĐOẠN BÙNG NỔ GIÓ MÙA. Sinh viên thực hiện: Âu Thị Thanh Tâm MSSV: 0250010033 Khóa: 2013 – 2017 Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Phạm Thị Minh Tp Hồ Chí Minh - 11/2017 2 TRƢỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHÍ TƢỢNG THỦY VĂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 11 năm 2017 NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: KHÍ TƢỢNG THỦY VĂN Bộ môn: KHÍ TƢỢNG Họ và tên: ÂU THỊ THANH TÂM MSSV: 0250010033 Ngành: KHÍ TƢỢNG HỌC Lớp: 02DHKT 1. Tên đồ án: Lựa chọn sơ đồ vi vật lý tối ƣu trong mô hình WRF phục vụ dự báo trƣờng nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ trong giai đoạn bùng nổ gió mùa. 2. Nhiệm vụ: - Sơ lƣợc về hoàn lƣu chung khí quyển trong giai đoạn bùng nổ gió mùa. - Tìm hiểu về mô hình WRF và 6 sơ đồ vi vật lý. - Khảo sát từng sơ đồ vi vật lý dự báo trƣờng nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ trong giai đoạn bùng nổ gió mùa. - Phân tích kết quả trƣờng nhiệt độ thu đƣợc qua 6 sơ đồ vi vật lý ở khu vực Nam Bộ. - Đánh giá kết quả sai số dự báo của 6 sơ đồ vi vật lý so với số liệu quan trắc trong hạn 3 ngày. 3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/07/2017. 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 05/11/2017. 5. Họ và tên ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Phạm Thị Minh. Ngƣời hƣớng dẫn 1 (Ký và ghi rõ họ tên) Ngƣời hƣớng dẫn 2 (Ký và ghi rõ họ tên) Nội dung và yêu cầu đã đƣợc thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2017 Trƣởng bộ môn (Ký và ghi rõ họ tên) 3 LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS. Phạm Thị Minh, là ngƣời đã tận tình chỉ bảo và hƣớng dẫn tôi hoàn thành đồ án này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô và các cán bộ trong Khoa Khí tƣợng Thủy văn đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và thực hành ở Khoa. Tôi cũng xin cảm ơn Phòng Dự Báo Khí tƣợng, Trƣờng Đại học Tài Nguyên và Môi Trƣờng thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi trong thời gian hoành thành đồ án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ngƣời thân và bạn bè, những ngƣời đã luôn ở bên cạnh cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp khó tránh khỏi những sai sót do cơ sở lý luận và kinh nghiệm thực tiễn còn thiếu sót nên em rất mong sự đóng góp ý kiến và thông cảm của các thầy, cô để em có thể rút kinh nghiệm và học hỏi thêm kinh nghiệm cho những bài báo cáo sau này. Em xin chân thành cám ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2017 Sinh viên ÂU THỊ THANH TÂM 4 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... 4 TÓM TẮT............................................................................................................................. 7 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ 9 DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................... 10 DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................... 11 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 14 CHƢƠNG 1 ........................................................................................................................ 16 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH WRF VÀ CÁC SƠ ĐỒ VI VẬT LÝ. ............................... 16 1.1. Mô hình WRF. ...................................................................................................... 16 1.1.1. Giới thiệu mô hình WRF. ............................................................................... 16 1.1.2. Các bƣớc chạy mô hình WRF. ....................................................................... 18 1.2. Các sơ đồ vi vật lý................................................................................................. 19 CHƢƠNG 2 ........................................................................................................................ 24 ĐẶC ĐIỂM THỜI TIẾT GIAI ĐOẠN BÙNG NỔ GIÓ MÙA TẠI NAM BỘ VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ. .......................................................................................... 24 2.1. Đặc điểm thời tiết giai đoạn bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ. ................................. 24 2.1.1. Giai đoạn bùng nổ gió mùa. ........................................................................... 24 2.1.2. Các trung tâm tác động trong giai đoạn bùng nổ gió mùa. ............................ 26 2.1.3. Đặc điểm thời tiết. .......................................................................................... 27 2.2. Phƣơng pháp đánh giá.[3] ..................................................................................... 28 2.2.1. Phƣơng pháp thống kê.................................................................................... 28 2.2.2. Phƣơng pháp đánh giá dựa vào sai số căn quân phƣơng năng lƣợng trung bình thể tích. ................................................................................................................ 29 CHƢƠNG 3 ........................................................................................................................ 30 5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .................................................................................................. 30 3.1. Thiết kế thí nghiệm. .............................................................................................. 30 3.1.1. Cấu trúc miền lƣới. ......................................................................................... 30 3.1.2. Giai đoạn thử nghiệm. .................................................................................... 31 3.1.3. Các trƣờng hợp thử nghiệm. .......................................................................... 32 3.2. Kết quả thí nghiệm. ............................................................................................... 33 3.2.1. Các mô phỏng hoàn lƣu qui mô lớn. .............................................................. 33 3.2.2. Trƣờng nhiệt độ. ............................................................................................. 50 KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 63 6 TÓM TẮT 1. Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án. - Mục tiêu: Tìm đƣợc sơ đồ vi vật lý dự báo hiệu quả trƣờng nhiệt độ ở Nam Bộ trong thời kỳ bùng nổ gió mùa. - Nhiệm vụ:  Sơ lƣợc về hoàn lƣu chung khí quyển thời kỳ bùng nổ gió mùa.  Tìm hiểu về các mô hình WRF và 6 sơ đồ vi vật lý.  Khảo sát từng sơ đồ vi vật lý dự báo trƣờng nhiệt độ ở Nam bộ thời kỳ bùng nổ gió mùa.  Phân tích kết quả trƣờng nhiệt độ thu đƣợc qua 6 sơ đồ vi vật lý ở khu vực Nam Bộ.  Đánh giá kết quả sai số dự báo của 6 sơ đồ vi vật lý so với số liệu quan trắc trong hạn 3 ngày. 2. Phƣơng pháp nghiên cứu. Sử dụng phƣơng pháp dự báo số trị. Sử dụng mô hình WRF (Weather Research Forecasting). 3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu. - Phạm vi nghiên cứu:  Không gian nghiên cứu: Trƣờng nhiệt độ trong khu vực Nam Bộ.  Thời gian nghiên cứu: giai đoạn bùng nổ gió mùa cuối tháng 4 và đầu tháng 5 năm 2009. - Nội dung nghiên cứu:  Tìm hiểu sơ lƣợc về mô hình WRF.  Tổng quan về các sơ đồ tham số hoá vi vật lý.  Tìm hiều về đặc điểm thời tiết trong giai đoạn bùng nổ gió mùa ở khu vực Nam Bộ. 7  Thử nghiệm dự báo trƣờng nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ hạn 3 ngày.  Phân tích các kết quả thu đƣợc. 4. Kết quả. Kết quả thu đƣợc, trong giai đoạn chuyển mùa năm 2009 thì sơ đồ vi vật lý của tác giả Lin, tác giả Eta và sơ đồ vi vật lý WSM 6 cho kết quả dự báo trƣờng nhiệt tại Nam Bộ là hiệu quả nhất so với các sơ đồ vi vật lý khác. 8 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NCEP TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 TN6 Trung tâm quốc gia dự báo môi trƣờng Hoa Kỳ Dự báo trƣờng nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý Kessler Dự báo trƣờng nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý Lin Dự báo trƣờng nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý WSM 3 Dự báo trƣờng nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý WSM 5 Dự báo trƣờng nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý Eta Dự báo trƣờng nhiệt độ với sơ đồ vi vật lý WSM 6 9 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tóm tắt các sơ đồ vi vật lý. ................................................................................ 19 Bảng 1.2. Các lựa chọn vi vật lý......................................................................................... 20 Bảng 1.3. Sơ đồ tham số hóa vật lý trong mô hình WRF ứng với các option cụ thể. ........ 21 Bảng 3.1. Giai đoạn thử nghiệm. ........................................................................................ 32 Bảng 3.2. Danh sách các trƣờng hợp thử nghiệm. ............................................................. 32 Bảng 3.3. Danh sách các trạm khí tƣợng thủy văn ở Nam Bộ. .......................................... 55 Bảng 3.4. Sai số tuyệt đối nhiệt độ trung bình ngày 29/04/2009 của mô hình WRF ứng với từng sơ đồ vi vật lý. ............................................................................................................ 56 Bảng 3.5. Sai số tuyệt đối nhiệt độ trung bình ngày 30/04/2009 của mô hình WRF ứng với từng sơ đồ vi vật lý. ............................................................................................................ 57 Bảng 3.6. Sai số tuyệt đối nhiệt độ trung bình ngày 01/05/2009 của mô hình WRF ứng với từng sơ đồ vi vật lý. ............................................................................................................ 59 10 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống của mô hình WRF. .................................................................... 17 Hình 3.1. Cấu trúc miền tính. ............................................................................................. 31 Hình 3.2. Bản đồ đƣờng dòng và tốc độ gió mực 850hPa a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 30/4/2009. ............................................................. 34 Hình 3.3. Bản đồ đƣờng dòng và tốc độ gió mực 850hPa a)ANA; b) TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ........................................................... 35 Hình 3.4. Bản đồ đƣờng dòng và tốc độ gió mực 500hPa a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e) TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009. .......................................................... 37 Hình 3.5. Bản đồ đƣờng dòng và tốc độ gió mực 500hPa a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ........................................................... 38 Hình 3.6. Bản đồ đƣờng dòng và tốc độ gió mực 200hPa a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e) TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009. .......................................................... 39 Hình 3.7. Bản đồ đƣờng dòng và tốc độ gió mực 200hPa a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e) TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. .......................................................... 40 Hình 3.8. Mặt cắt thẳng đứng của thành phần gió với các đƣờng đẳng tốc độ cách nhau 2 ms-1 lúc 00 UTC ngày 30 tháng 04 năm 2009; Mặt cắt theo phƣơng kinh tuyến của gió vĩ tuyến (U) dọc theo 106.70E a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009. ......................................................................................................... 42 Hình 3.9. Mặt cắt thẳng đứng của thành phần gió với các đƣờng đẳng tốc độ cách nhau 2 ms-1 lúc 00 UTC ngày 30 tháng 04 năm 2009; Mặt cắt theo phƣơng vĩ tuyến của gió kinh tuyến (V) dọc theo 10.80N a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009. ......................................................................................................... 43 Hình 3.10. Mặt cắt thẳng đứng của thành phần gió với các đƣờng đẳng tốc độ cách nhau 2 ms-1 lúc 00 UTC ngày 01 tháng 05 năm 2009; Mặt cắt theo phƣơng kinh tuyến của gió vĩ 11 tuyến (U) dọc theo 106.70E a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g) TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ......................................................................................................... 44 Hình 3.11. Mặt cắt thẳng đứng của thành phần gió với các đƣờng đẳng tốc độ cách nhau 2 ms-1 lúc 00 UTC ngày 01 tháng 05 năm 2009; Mặt cắt theo phƣơng vĩ tuyến của gió kinh tuyến (V) dọc theo 10.80N a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ......................................................................................................... 45 Hình 3.11. Sai số tốc độ gió mực 500hPa (m/s) a)TN1; b)TN2;c)TN3; d)TN4;e)TN5 và f)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009. ........................................................................................ 46 Hình 3.12. Sai số tốc độ gió mực 500hPa (m/s) a)TN1; b)TN2;c)TN3; d)TN4;e)TN5 và f)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ........................................................................................ 47 Hình 3.13. Sai số độ cao địa thế vị mực 500hPa (m2/s2) a)TN1; b)TN2;c)TN3; d)TN4; e)TN5 và f)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009. ........................................................................ 48 Hình 3.14. Sai số độ cao địa thế vị mực 500hPa (m2/s2) a)TN1; b)TN2; c)TN3; d)TN4; e)TN5 và f)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ........................................................................ 49 Hình 3.15. Trƣờng nhiệt độ 2m a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày30/04/2009. .................................................................................................... 51 Hình 3.16. Trƣờng nhiệt độ 2m a)ANA; b)TN1; c)TN2; d)TN3; e)TN4; f)TN5 và g)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ................................................................................................... 52 Hình 3.17. Sai số nhiệt độ mực 500hPa (độ C) a)TN1; b)TN2; c)TN3; d)TN4; e)TN5 và f)TN6 lúc 00h ngày 30/04/2009. ........................................................................................ 53 Hình 3.18. Sai số nhiệt độ mực 500hPa (độ C) a)TN1; b)TN2; c)TN3; d)TN4; e)TN5 và f)TN6 lúc 00h ngày 01/05/2009. ........................................................................................ 54 Hình 3.19. Trung bình sai số tuyệt đối của nhiệt độ trung bình ngày 29/04/2009 1)TN1; 2)TN2; 3)TN3; 4)TN4; 5)TN5; 6)TN6. ............................................................................. 60 Hình 3.20. Trung bình sai số tuyệt đối của nhiệt độ trung bình ngày 30/04/2009 1)TN1; 2)TN2; 3)TN3; 4)TN4; 5)TN5; 6)TN6. ............................................................................. 60 12 Hình 3.21. Trung bình sai số tuyệt đối của nhiệt độ trung bình ngày 01/05/2009 1)TN1; 2)TN2; 3)TN3; 4)TN4; 5)TN5; 6)TN6. ............................................................................. 61 13 MỞ ĐẦU Hiện tại trong mô hình WRF có đến 6 sơ đồ vi vật lý, ứng với mỗi sơ đồ có một chỉ số riêng và tạo ra một dự báo riêng biệt. Các sơ đồ vi vật lý trên mô phỏng các quá trình giáng thuỷ, mây và bốc hơi. Trong khi đó một số nghiên cứu trƣớc đây đã chỉ ra rằng chỉ một thay đổi nhỏ trong sơ đồ vi vật lý có thể dẫn đến kết quả dự báo rất khác nhau mặc dù điều kiện ban đầu nhƣ nhau, nhất là đối với mƣa lớn hoặc xoáy thuận nhiệt đới (Zhu, 2005; Vich và Romero, 2010; Byun và ccs, 2007; Li và Pu, 2009; Im và ccs, 2007; Kiều và Zhang, 2010; Pu, 2011, Kiều và ccs, 2013). Do đó khi sử dụng các sơ đồ vi vật lý khác nhau trong mô hình WRF cũng sẽ tạo ra các kết quả dự báo khác nhau. Tuy nhiên sơ đồ nào là hữu ích cho việc dự báo thời tiết nói chung và dự báo trƣờng nhiệt độ nói riêng vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu nào đề cập tới. Mặc dù có những nghiên cứu kết hợp các sơ đồ vi vật lý trên để tạo thành một dự báo tổ hợp khá hiệu quả (Kiều và ccs 2013), song việc xây dựng hệ thống đáp ứng cho dự báo tổ hợp vẫn là một thách thức lớn đối với các đài dự báo Khí tƣợng thuỷ văn khu vực. Trong khi đó hiện nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học máy tính thì sản phẩm của mô hình dự báo số đóng góp một phần quan trọng trong bản tin dự báo hàng ngày. Do đó việc ứng dụng các mô hình dự báo số trong các trung tâm, các đài Khí tƣợng Thuỷ văn là rất cần thiết. Tuy nhiên do hạn chế về kinh phí nên không thể phát triển hệ thống dự báo tổ hợp cho tất cả các đài, các trung tâm dự báo. Vì vậy cần thực hiện một dự báo đơn tốt nhất với một lựa chọn sơ đồ vi vật lý tối ƣu là việc cần làm trƣớc mắt. Song hiện tại chƣa có một nghiên cứu nào khảo sát các sơ đồ vi vật lý trong mô hình WRF để tìm ra một sơ đồ tối ƣu phục vụ dự báo trƣờng nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ. Vì vậy trong đồ án tốt nghiệp này tôi xin đề xuất đề tài “Lựa chọn sơ đồ vi vật lý tối ưu trong mô hình WRF phục vụ dự báo trường nhiệt độ ở khu vực Nam Bộ trong thời kỳ bùng nổ gió mùa”. Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đồ án có bố cục gồm 3 phần: 1. Chƣơng 1: Tổng quan về mô hình WRF và sơ đồ vi vật lý. 2. Chƣơng 2: Đặc điểm thời tiết giai đoạn bùng nổ gió mùa tại Nam Bộ và phƣơng pháp đánh giá. 14 3. Chƣơng 3: Kết quả thí nghiệm. 15 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH WRF VÀ CÁC SƠ ĐỒ VI VẬT LÝ. 1.1. Mô hình WRF. 1.1.1. Giới thiệu mô hình WRF. Mô hình WRF là kết quả của sự hợp tác nghiên cứu của một số trung tâm nghiên cứu của Mỹ và các trung tâm khí tƣợng quốc tế. Ngoài những thành viên sáng lập nêu trên, còn có rất nhiều các học viện, trƣờng đại học và nhà nghiên cứu khí tƣợng tại Mỹ và trên toàn thế giới tham gia vào dự án phát triển mô hình WRF. Một cách khái quát, mô hình WRF là một hệ thống mô hình hóa hết sức hiện đại, linh hoạt và tối ƣu cho cả mục đích nghiên cứu cũng nhƣ chạy nghiệp vụ. Mô hình WRF cho phép sử dụng các tùy chọn khác nhau đối với tham số hóa các quá trình vật lý, nhƣ tham số hóa bức xạ, tham số hóa lớp biên hành tinh, tham số hóa đối lƣu mây tích, khuyếch tán xoáy rối quy mô dƣới lƣới hay các quá trình vi vật lý khác. Mô hình WRF hiện nay có 2 phiên bản đó là NNM (Nonhydrostatic Meso Model) và ARW (Advanced Research WRF). Các mô hình WRF là một mô hình hoàn toàn chịu nén và phi thủy tĩnh (với một thời gian chạy thủy tĩnh nhất định). Hệ toạ độ ngang là lƣới so le Arakawa C, hệ toạ độ thẳng đứng là hệ toạ độ khối theo địa hình. Lƣới dao động là lƣới C Arakawa. Bƣớc thời gian sai phân Runge-Kutta bậc 3 đƣợc sử dụng đối với các số sóng âm thanh và sóng trọng trƣờng, sai phân bậc 2 đến bậc 6 đƣợc sử dụng cho cả phƣơng ngang và phƣơng thẳng đứng. Nó sử dụng các bƣớc thời gian đƣợc chia nhỏ cho các sóng âm thanh và sóng trọng trƣờng. Các động lực đƣợc bảo toàn với các biến vô hƣớng. Các mã số mô hình WRF có chứa một chƣơng trình khởi tạo (hoặc cho dữ liệu thực, real.exe, hoặc dữ liệu lý tƣởng hóa, ideal.exe), một chƣơng trình hội nhập số (wrf.exe), một chƣơng trình để làm tổ một chiều (ndown.exe) và một chƣơng trình để làm cơn bão nhiệt đới giả (tc.exe). Các mô hình WRF, phiên bản 3, hỗ trợ một loạt các khả năng. Bao gồm:  Mô phỏng dữ liệu thực và dữ liệu lý tƣởng hóa. 16  Tùy chọn điều kiện biên khác nhau cho mô phỏng dữ liệu thực và lý tƣởng hóa.  Lựa chọn vật lý đầy đủ, và các tùy chọn lọc khác nhau.  Chƣơng trình bình lƣu dƣơng định.  Phi thủy tĩnh và thủy tĩnh (tùy chọn thời gian chạy).  Lồng ghép miền tính một chiều và 2 chiều và lựa chọn miền tính lồng ghép di động.  Những ứng dụng cho khu vực và toàn cầu. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống của mô hình WRF.[7] Nhƣ thể hiện trong biểu đồ, các mẫu hệ thống WRF bao gồm những chƣơng trình lớn:  Hệ thống tiền xử lý WRF (WPS).  WRF-DA.  ARW Solver.  Các công cụ trực quan. Hệ thống tiền xử lý WRF (WPS) chƣơng trình này đƣợc sử dụng chủ yếu trong việc mô phòng dữ liệu. Chức năng của nó bao gồm: 17  Xác định các lĩnh vực mô phỏng.  Nội suy dữ liệu trên cạn (nhƣ địa hình, sử dụng đất, loại đất) để mô phỏng các miền.  Đọc và nội suy dữ liệu khí tƣợng từ một mô hình để mô phỏng miền này. Các tính năng chính của nó bao gồm:  Đọc 1/2 dữ liệu khí tƣợng từ các trung tâm khác nhau trên khắp thế giới.  USGS 24 thể loại và các bộ dữ liệu MODIS đất 20 loại; USGS Gtopo 30 bộ dữ liệu độ cao; Toàn cầu, 5-phút United Nation FAO, và Bắc Mỹ STATSGO 30 sec loại đất dataset; 10-min dữ liệu màu xanh phần dựa trên AVHRR và 30-sec màu xanh phần dữ liệu dựa trên 10 năm MODIS; MODIS dựa trên chỉ số lá khu vực; 0,15 độ phản xạ và tuyết albedo dữ liệu hàng tháng; và 1 độ dài dữ liệu nhiệt độ đất sâu; cộng thêm một vài bộ dữ liệu chuyên ngành.  Bản đồ dự báo cho lập thể cực, Lambert, Mercator và vĩ độ - kinh độ.  Làm thành tổ.  Giao diện để nhập dữ liệu tĩnh. ARW Solver đây là bộ phận quan trọng của hệ thống làm mô hình, trong đó bao gồm một số các chƣơng trình khởi tạo cho lý tƣởng hóa và mô phỏng thực dữ liệu, và các chƣơng trình lấy tích phân bằng số.[7] 1.1.2. Các bƣớc chạy mô hình WRF. Bƣớc 1: Chạy file ./ geogrib.exe để xác định phạm vi và vị trí các lƣới lồng trong miền tính. Kết quả có dạng: geo.emd01.nc Bƣớc 2: Chạy ./ link grib.esh .. / data / 2009042900/ * ./ Bƣớc 3: Chạy file ./ ungrib.exe để tạo ra các file dữ liệu khí tƣợng. Và kết quả tạo ra là các file có dạng FILE * Bƣớc 4: Chạy file ./ metgrib để nội suy ngang các thông số khí tƣợng. Và cho kết quả dạng: met_em.d01.* 18 Ở trên đã hoàn tất 3 bƣớc cơ bản để chạy hệ thống tiền xử lý WRF (WPS), tiếp theo sẽ là các bƣớc chạy hệ thống WRFV3. Kết quả của hệ thống WPS sẽ là dữ liệu đầu vào cho hệ thống WRFV3. Bƣớc 5: Chạy ./ real.exe và ./ wrf.exe để tích phân hệ thống các chƣơng trình dự báo trong mô hình. Kết quả sẽ tạo ra đƣợc file wrfout_d01* và đƣợc dùng làm dữ liệu đầu vào để vẽ. 1.2. Các sơ đồ vi vật lý. Vi vật lý bao gồm giải quyết một cách rõ ràng hơi nƣớc, điện toán đám mây, và các quá trình giáng thuỷ. Mô hình này là nói chung đủ để chứa bất kỳ số lƣợng các biến trộn tỷ lệ khối lƣợng, và số lƣợng khác nhƣ nồng độ số. Bảng 1.1. Tóm tắt các sơ đồ vi vật lý.[7] 1 Kessler Kessler (1969) 2 Lin (Purdue) 3 WSM3 HSM3 Farley và Orville (1983, JA 2004 4 WSM5 Hồng, Black và Chen (2004, MWR) 2004 5 Và (Ferrier) 6 WSM6 Hồng và Lim (2006, JKMS) 2004 7 Goddard Tao, Simpson và MeCumber (1989,MWR) 2008 8 Thompson Rasmussen và Hall (2008, MWR) 2009 9 Milbrandt 2-mom Milbrandt và Yau (2005, JAS) 2010 10 Morrison 2-mom Morrison, Thompson và Tatarskin (2009,MWR) 2008 11 CAM 5.1 Neale et al (2012,NCAR Tech Note) 2013 12 SBU cao nhất Lim và Colle (2011,MWR) 2011 13 WDM5 Lim và Hồng (2010, MWR) 2009 14 WDM6 Lim và Hồng (2010, MWR) 2009 15 NSSL, 2-mom Mansell, Ziegler và Bruning (2010, JAS) 2012 Lin, Farley và Orville (1983, JACM) Rogers, Black, Ferrier, Lin, Parrish và DiMego ( 2001, Wed doc) 19 2000 2000 2000 16 NSSL 2 mom w/ CCN dự đoán Mansell, Ziegler và Bruning (2010, JAS) 2012 17 NSSL 1-mom 2013 18 NSSL 1-momlfo 2013 19 20 21 Thompson aerosol-aware Thompson và Eidhanmer (2014, JAS) 2014 Khain et al. (2010, JAS) 2014 Khain et al. (2004, JAS) 2014 HUJI SBM „nhanh‟ HUJI SBM „đầy đủ‟ Bảng 1.2. Các lựa chọn vi vật lý.[7] Scheme Number of Ice-Phase Mixed- Variables Processes Phase Processes Kessler 3 N N Purdue Lin 6 Y Y WSM3 3 Y N WSM6 5 Y N WSM6 6 Y Y Eta GCP 2 Y Y Thompson 7 Y Y Goddard 6 Y Y Morrison 2-Moment 10 Y Y Trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn sơ đồ vật lý tối ƣu trong số 6 sơ đồ đƣợc đƣa ra ở bảng 1.3.[8] 20