Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết 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 Lời mở đầu Chương I: 1) 2) 3) 4) Giới thiệu thời tiết & quy luật thời viên thực hiện: Học tiết Các khái niệm & định nghĩa Lê Ngọc Hiếu Khí hậu & thời tiết Nguyễn Tấn Các quy luật thời tiết Các quy luật thời tiết Việt Nam Lớp : CH K6 - UIT Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT 4 MSHV: CH1101012 10 MSHV: CH1101038 GVHD: GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm 11 14 Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM Chương II: 1) 2) 3) Mơ hình dự báo thời tiết Các khái niệm Một số mơ hình dự báo thời tiết mẫu mực Ứng dụng Công nghệ tri thức vào Mơ hình dự báo thời tiết 17 17 Chương III: 1) 2) 3) 4) Đề xuất xây dựng Ứng dụng dự báo thời tiết Giới thiệu chung Demo Tính & cách sử dụng Hiệu & hạn chế Hướng phát triển 32 32 19 23 38 39 39 Chương IV: Kết luận 41 Tài liệu tham khảo 42 LỜI MỞ ĐẦU Trong giai đoạn nay, với thay đổi Trái đất, khí hậu & thời tiết biến đổi không ngừng, diễn tiến lúc phức tạp Việc nghiên cứu khí hậu & thời tiết & môi trường tất yếu, để đảm bảo phát triển bền vững người trái đất Việc nghiên cứu sâu thời tiết & dự báo thời tiết lĩnh vực không mới, mảng nghiên cứu rộng & khó khăn, thực tế chưa có dự báo thời tiết xác tới thời điểm phút giây, xác tới 90% lượng thông số thời tiết Chính Dự báo thời tiết ln đề tài nghiên cứu & phát triển Thông qua đồ án môn học này, đồng thời thu hoạch cuối kỳ môn học Công Nghệ Tri Thức & Ứng dụng, giúp chúng em hiểu ứng dụng Công Nghệ Tri thức, mục tiêu, mục đích & kết Cơng Nghệ tri thức sống, sở vững cho việc nghiên cứu & phát triển sau trình học tập trường Để hòan thành tiểu luận này, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm, người truyền cảm hứng cho nhóm, thầy người dẫn tận tình, cung cấp thơng tin, tư liệu giảng có giá trị để sản phẩm hoàn thành mức bước đầu nghiên cứu Đây đề tài không không cũ, với thời lượng việc đầu tư nghiên cứu chưa tương ứng, nên mang tính chất tiểu luận mơn học, tìm hiểu mức độ khái quát vấn đề, phân tích quy luật thời tiết & sử dụng công cụ dự báo thời tiết mức đơn giản & trực quan, chưa sâu mổ xẻ vấn đề cách triệt để tương xứng với nghiên cứu khoa học Nhóm chúng em mong thơng cảm & chia sẻ thầy Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 05 Năm 2012 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ THỜI TIẾT & CÁC QUY LUẬT THỜI TIẾT Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM I.1) CÁC KHÁI NIỆM & ĐỊNH NGHĨA 1) Trái đất: Trái Đất hành tinh thứ ba tính từ Mặt Trời, đồng thời hành tinh lớn hành tinh đất đá hệ Mặt Trời xét bán kính, khối lượng mật độ vật chất Trái Đất biết tên với tên "thế giới", "hành tinh xanh" hay "Địa Cầu", nhà hàng triệu loài sinh vật, có người nơi vũ trụ biết đến có sống Hành tinh hình thành cách 4,55 tỷ năm sống xuất bề mặt khoảng tỷ năm trước Kể từ đó, sinh Trái Đất có thay đổi đáng kể bầu khí điều kiện vô khác, tạo điều kiện thuận lợi cho phổ biến vi sinh vật ưa khí hình thành tầng ơzơn-lớp bảo vệ quan trọng, với từ trường Trái Đất, ngăn chặn xạ có hại chở che cho sống Các đặc điểm vật lí Trái Đất lịch sử địa lý hay quĩ đạo, cho phép sống tồn thời gian qua Trái Đất tương tác với vật thể khác không gian bao gồm Mặt Trời Mặt Trăng Hiện nay, thời gian Trái Đất di chuyển hết vòng quanh Mặt Trời 365,26 vịng tự quay quanh trục Khoảng thời gian với năm thiên văn tức 365,26 ngày dương lịch Trục tự quay Trái Đất nghiêng góc 23,4° so với trục vng góc với mặt phẳng quĩ đạo, tạo thay đổi mùa bề mặt Trái Đất năm chí tuyến Mặt Trăng, vệ tinh tự nhiên Trái Đất, đồng thời nguyên nhân tượng thủy triều đại dương, bắt đầu quay quanh Trái Đất từ 4,53 tỷ năm trước, giữ nguyên góc quay ban đầu theo thời gian chuyển động chậm dần lại 2) Thạch quyển: Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM Thạch (hay vỏ Trái Đất) lớp vỏ cứng mỏng có cấu tạo hình thái phức tạp, có thành phần khơng đồng nhất, có độ dày thay đổi theo vị trí địa lý khác Theo nhà địa chất, thạch chia làm hai kiểu: vỏ lục địa vỏ đại dương - Vỏ đại dương có thành phần chủ yếu đá giàu Cao, FeO, MgO, SiO (đá bazan) với chiều dài trung bình 8km, chia làm phụ kiểu: + Vỏ miền đại dương: đặc trưng cho phần lớn diện tích đáy đại dương, dày – 17 km + Vỏ đại dương miền tạo núi: phát triển cung đảo núi đáy đại dương, có chiều dày 10 – 25 km + Vỏ đại dương vùng địa máng: đặc trưng cho biển ven rìa có cung đảo chắn (biển Nhật Bản, biển Java, …) với bề dày lớp đá bazan – 20 km + Vỏ đại dương vực thẳm: bề dày trung bình – 10 km + Vỏ đại dương biển nội địa: có chiều dày lớp đá trầm tích dày, đạt 10 – 12 km biển Hắc Hải, 20 – 40 km biển Caxpiên - Vỏ lục địa: gồm lớp lục địa đá bazan dày 10 – 20km loại đá khác granit, sienit giàu SiO2, Al2O3 đá trầm tích bên Vỏ lục địa thường dày, trung bình 35km, có nơi 70 – 80 km vùng núi cao Hymalaya Vỏ lục địa gồm phụ kiểu: + Vỏ lục địa miền nền: thường gặp miền đại lục, phần sườn lục địa đáy biển nội địa với lớp granit có chiều dày thay đối + Vỏ lục địa miền tạo núi đại lục: thường gặp phần cao lục địa đảo, chiều dày lớp granit bazan lớn phụ kiểu Đất lớp thạch quyển, bị biến đổi tự nhiên tác động nước, khơng khí, sinh vật Thành phần đất chất khống, nước, khơng khí, mùn loại sinh vật từ vi sinh vật côn trùng, chân đốt, … Địa hình mặt đất cảnh quan kết tác động tương hỗ đồng thời, ngược với liên tục hai nhóm q trình nội sinh (sự nâng lên bề mặt) ngoại sinh (tác động bào mòn san dòng chảy khí hậu bề mặt) 3) Thủy quyển: Thủy mô tả khối lượng chung nước tìm thấy dưới, bề mặt khí hành tinh Trên Trái Đất, vịng tuần hồn nước q trình lưu chuyển nước thủy Nó bao gồm nước có bề mặt Trái Đất, lớp đất, đá thạch (tức nước ngầm), nước thể động vật thực vật (sinh quyển), nước bao phủ bề mặt Trái Đất dạng lỏng rắn, nước khí dạng nước, đám mây dạng mưa, tuyết, mưa đá, sương Nước biển có ảnh hưởng lớn tới khí hậu giới đại dương có vai trị nguồn giữ nhiệt Sự thay đổi phân bố nhiệt đại dương tạo Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM thay đổi quan trọng thời tiết Hiện nay, người ta chia thủy làm đại dương, vùng biển vùng vịnh lớn Đại dương, biển Thái Bình Dương Đại Tây Dương Ấn Độ Dương Bắc Băng Dương Biển Malaixia Biển Caribbe Biển Địa Trung Hải Biển Bering Vịnh Mexico Tổng Diện tích (triệu km) 165,242 82,362 73,556 13,986 8,143 2,756 2,505 2,269 1,544 252,36 Phần trăm (%) 46,91 23,38 20,87 3,97 0,80 0,71 0,64 0,58 0,39 100 4) Khí quyển: Khí lớp khí bao bọc xung quanh thiên thể có khối lượng đủ lớn, giữ lại trọng lực thiên thể Khí giữ thời gian dài trọng lực lớn nhiệt độ khí thấp Một số hành tinh cấu thành chủ yếu loại khí khác nhau, có lớp ngồi khí Khí Trái Đất hình thành nước, chất khí từ thủy thạch Thành phần khí Trái Đất ôn định theo phương nằm ngang phân dị theo phương thẳng đứng mật độ Phần lớn khối lượng 5.10 15 toàn khí tập trung tầng thấp: tầng đối lưu tầng bình lưu Khí đóng vai trị quan trọng đời sống sinh vật Trái Đất Thành phần khơng khí khí thay đổi theo thời gian địa chất, chủ yếu nitơ, ôxy số loại khí trơ Mật độ khơng khí thay đổi mạnh mẽ theo chiều cao, tỷ lệ thành phần khơng khí khơng thay đổi Khí Trái Đất có cấu trúc phân lớp, với tầng từ lên sau: tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu, tầng nhiệt tầng ngoại - Tầng đối lưu (Troposphere): tầng thấp khí chiếm 70% khối lượng khí quyển, có nhiệt độ thay đổi giảm dần từ +40 oC lớp sát mặt đất tới -50oC cao Tầng đối lưu tầng tập trung nhiều nước, bụi tượng thời tiết mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão, … Đánh dấu cho ranh giới tầng đối lưu tầng bình lưu lớp có chiều dày khoảng km, có chuyển đổi từ xu hướng giảm nhiệt theo chiều cao sang xu hướng tăng nhiệt độ khơng khí lên cao Lớp gọi đối lưu hạn Trong tầng đối lưu, thành phần chất khí tương đối ổn định, nồng độ CO2 nước dao động mạnh Lượng nước thay đổi theo thời tiết khí hậu, từ 4% thể tích vào mùa nóng ẩm tới 0,4% mùa khơ lạnh - Tầng bình lưu (Stratosphere): nằm tầng đối lưu, với ranh giới dao động khoảng độ cao 50 km Nhiệt độ khơng khí tầng bình lưu có xu hướng tăng dần theo chiều cao, từ -56 oC phía lên -2oC cao Khơng khí tầng bình lưu lỗng hơn, chứa bụi tượng thời tiết Ở Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM độ cao khoảng 25 km tầng bình lưu, tồn lớp khơng khí giàu khí ôzôn thường gọi tầng ôzôn Tầng ôzôn có chức chắn khí quyển, bảo vệ cho Trái Đất khỏi ảnh hưởng độc hại tia tử ngoại từ Mặt Trời chiếu xuống - Tầng trung (Mesosphere): nằm bên tầng bình lưu độ cao 80 km Nhiệt độ tầng giảm dần theo độ cao, từ -2oC phía giảm xuống -92oC lớp Tầng trung ngăn cách với tầng bình lưu lớp khơng khí mỏng (khoảng km), biến thiên nhiệt độ khí chuyển từ dương sang âm gọi bình lưu hạn - Tầng nhiệt (Thermosphere): có độ cao từ 80 km đến 500 km, nhiệt độ khơng khí có xu hướng tăng dần theo độ cao, từ -92oC đến +1200oC Tuy nhiên, nhiệt độ khơng khí thay đổi theo thời gian ngày, ban ngày thường cao ban đêm thấp Lớp chuyển tiếp trung nhiệt goi trung hạn - Tầng ngoại (Exosphere): độ cao 500 km trở lên Do tác động tia tử ngoại, phần tử khơng khí lỗng tầng bị phân hủy thành ion dẫn điện, điện tử tự Tầng nơi xuất cực quang phản xạ sóng ngắn vơ tuyến Nhiệt độ tầng ngoại có xu hướng cao thay đổi theo thời gian ngày 5) Mùa: Mùa phân chia năm, nói chung dựa thay đổi chung theo chu kỳ thời tiết Trong khu vực ôn đới vùng cực nói chung có bốn mùa cơng nhận: mùa xn, mùa hạ (hay mùa hè), mùa thu mùa đông Trong số khu vực nhiệt đới cận nhiệt đới người ta chia thành hai mùa mùa mưa mùa khô, dựa lượng mưa có thay đổi đáng kể so với thay đổi nhiệt độ Trong số khu vực khác vùng nhiệt đới lại có phân chia thành ba mùa: mùa nóng, mùa mưa mùa lạnh 6) Gió: Gió tượng tự nhiên hình thành chuyển động cửa khơng khí Khơng khí ln ln chuyển động từ nơi khí áp cao nơi khí áp thấp Sự chuyển động khơng khí sinh gió Trên Địa Cầu có ba loại gió là: gió Tín Phong, gió Tây Ơn Đới, gió Đơng Cực - Gió Tín Phong: thổi từ đai cao áp 30 độ B-N đến đai áp thấp độ (xích đạo), nghĩa khơng khí di chuyển từ khu vực khí áp cao tới khu vực khí áp thấp tác động lực Coriolis - Gió Tây ơn Đới thổi từ đai cao áp 60 độ B-N 90 độ B-N, cịn gió Đơng Cực thổi từ đai cao áp 90 độ B-N đến Vòng Cực B-N Do vận động tự quay Trái Đất Tín Phong gió Tây Ơn Đới khơng thổi thẳng theo hướng kinh tuyến mà lệch phía tay phải nửa cầu Bắc phía tay trái nửa cầu Nam (nếu nhìn xi theo chiều gió thổi) theo lực Coriolis Tín Phong gió Tây Ơn Đới tạo thành hai hồn lưu khí quan trọng bề mặt Trái Đất Gió có nhiều cường độ khác nhau, từ mạnh đến yếu Nó Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM có vận tốc từ km/h gió tâm bão có vận tốc khoảng 300 km/h(gió có 13 cấp) 7) Nhiệt độ: Mặt trời nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho bề mặt Trái đất Khi tia xạ Mặt trời qua khí quyển, chúng chưa trực tiếp làm cho khơng khí nóng lên Mặt đất hấp thu lượng nhiệt Mặt trời, xạ lại vào khơng khí Lúc khơng khí nóng lên độ nóng lạnh gọi độ nóng lạnh khơng khí Nhiệt độ tính chất vật lý vật chất hiểu nôm na thang đo độ "nóng" "lạnh" Vật chất có nhiệt độ cao nóng Định nghĩa xác nhiệt độ nhiệt động lực học dựa vào định luật nhiệt động lực học Nhiệt độ đo nhiệt kế Nhiệt độ đo đơn vị khác biến đổi công thức Trong hệ đo lường quốc tế, nhiệt độ đo đơn vị Kelvin, kí hiệu K Trong đời sống Việt Nam nhiều nước, đo độ C (1oC trùng 274,15 K)(Chú thích : 1oC K, hai thang đo mức chia, có vạch xuất phát cách 273.15 độ, ý không dùng chữ "độ K" (hoặc "oK") ghi kèm số, kí hiệu K thơi, ví dụ 45K, 779K, khơng ghi 45 độ K (hoặc 45oK), đọc 45 Kelvin, 779 Kelvin, "45 độ Kelvin", ) Trong đời sống nước Anh, Mỹ số nước, đo độ F (1 độ F trùng 255,927778 K)(Chú thích : oF = (1,8 x o C) + 32 , hay oC 1.8 oF, mức xuất phát thang đo khác nhau, tính nhiệt độ thể người khoảng 98 oF) 8) Độ ẩm: Độ ẩm tuyệt đối lượng nước tính gam 1m khơng khí, thời điểm định Tuy nhiên, khơng khí chứa lượng nước định, lượng nước tối đa mà m3 khơng khí chứa gọi độ ẩm bão hoà Độ ẩm bão hoà thay đổi theo nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ cao khơng khí chứa nhiều nước Độ ẩm tương đối tỷ số áp suất nước hỗn hợp khí với nước so với áp suất nước bão hịa tính theo đơn vị % Định nghĩa khác độ ẩm tương đối tỷ số khối lượng nước thể tích so với khối lượng nước thể tích nước bão hịa Khi nước bão hồ, hỗn hợp khí nước đạt đến điểm sương 9) Một số khái niệm khác: - Bão, giông, vòi rồng: tượng đặc biệt trình hồn lưu khí Thực chất khối khơng khí xoay trịn di chuyển quanh tâm áp thấp Tại trung tâm bão (mắt bão) áp suất khơng khí thấp, khơng có gió Các dịng khơng khí bên ngồi mắt bão vừa quay vừa tiến phía tâm có áp suất thấp, mang nhiều nước tạo thành mưa rìa mắt bão Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM - Lũ, lụt: tượng nước sông, hồ tràn ngập vùng đất Lụt dùng để ngập thủy triều, nước biển dâng bão Lụt xuất nước sông, hồ tràn qua đê gây vỡ đê làm cho nước tràn vào vùng đất đê bảo vệ Trong kích thước hồ vực nước thay đổi theo mùa phụ thuộc vào giáng thủy tuyết tan, khơng có nghĩa lũ lụt trừ lượng nước tràn gây nguy hiểm cho cho vùng đất làng, thành phố khu định cư khác Lụt xảy mực nước sông dâng cao lũ lớn làm tràn ngập phá hủy công trình, nhà cửa dọc theo sơng - Hạn hán: thời gian kéo dài nhiều tháng hay nhiều năm khu vực trải qua thiếu nước Thông thường, điều xảy khu vực ln nhận lượng mưa mức trung bình Hạn hán tác động đáng kể lên hệ sinh thái nông nghiệp vùng bị ảnh hưởng - Mưa: dạng ngưng tụ nước gặp điều kiện lạnh, mưa có dạng như: mưa phùn, mưa rào, mưa đá, dạng khác tuyết, mưa tuyết, sương Mưa tạo giọt nước khác rơi xuống bề mặt Trái Đất từ đám mây Khơng phải tồn mưa rơi xuống đến bề mặt, số bị bốc đường rơi xuống qua không khí khơ, tạo dạng khác ngưng đọng - Mây: khối giọt nước ngưng tụ hay nước đá tinh thể treo lơ lửng khí phía Trái Đất mà nhìn thấy Hơi nước ngưng tụ tạo thành giọt nước nhỏ (thông thường 0,01 mm) hay tinh thể nước đá, với hàng tỷ giọt nước hay tinh thể nước đá nhỏ khác tạo thành mây Mây phản xạ tương đương tồn bước sóng ánh sáng nhìn thấy, có màu trắng, chúng có màu xám hay đen chúng dày đặc ánh sáng qua Mây tương đối nặng Nước đám mây điển hình có khối lượng hàng triệu tấn, mét khối mây chứa khoảng gam nước Các giọt nước mây nặng nước khoảng 1.000 lần, chúng nặng khơng khí Lý chúng không rơi, mà lại giữ khí giọt nước lỏng bao quanh khơng khí ấm Khơng khí bị ấm lên lượng nhiệt giải phóng nước ngưng tụ từ nước Do giọt nước nhỏ, chúng "dính" với khơng khí ấm Khi mây tạo thành, khơng khí ấm mở rộng giảm thể tích sau nước ngưng tụ, làm cho đám mây bị đẩy lên cao, sau mật độ riêng mây giảm tới mức mật độ trung bình khơng khí mây trơi khơng khí - Tuyết: tượng thiên nhiên, giống mưa mưa tinh thể đá nhỏ Tuyết thường xuất vùng ôn đới Trong đám mây với nhiệt độ -10 °C, phân tử nước tụ hợp lại hình thành tinh thể đá nhỏ, kích thước ban đầu khoảng 0,1 mm Các tinh thể dần tăng trọng lượng rơi xuống Sự lắng đọng nước góp phần vào q trình hình thành tinh thể tuyết, với dạng tiêu biểu kiểu hình lục giác Sự định dạng tinh thể tuyết phụ thuộc vào cấu trúc phân tử nước (góc 60° hay 120°) nhiệt độ khơng khí Dưới nhiệt độ thấp, tinh thể tuyết hình Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM lăng trụ hình thành, nhiệt độ cao hình ngơi Đây dạng bản, ngồi ra, va chạm chúng tạo tinh thể (có 000 kiểu tinh thể) Tuyết sau rơi tan nhiệt độ cao 0°C, thấp có ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào, tuyết thăng hoa thành nước không cần chuyển đổi sang nước Độ ẩm khí ảnh hưởng đến q trình tan tuyết, khơng khí khơ tuyết tan - Sương: tạo từ ẩm khí đọng lại thành dạng giọt nước sau ngày nắng ấm Hạt sương xuất đêm mặt vật thể bị hao nhiệt Ở nhiệt độ thấp, khí trời khơng chứa ẩm trước khiến lượng nước dư phải đọng lại (ngưng tụ) Khi nhiệt độ tiếp tục hạ thấp hạt sương cấu tạo dạng nước đá gọi sương muối Sương thường xuất vào đêm quang mây, gió nhẹ, nhiệt độ độ ẩm tương đối cao Trong thời tiết vậy, xạ hiệu dụng mạnh, nhiệt độ cảnh vật mặt đất hạ thấp Khơng khí tiếp xúc với chúng bị lạnh nước ngưng kết lại thành giọt nước bám vào cảnh vật Nước ngưng tụ thành giọt nhỏ phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm tương đối khơng khí Nhiệt độ độ ẩm tương đối mà giọt nước hình thành gọi điểm sương I.2) KHÍ HẬU & THỜI TIẾT 1) Thời tiết: Thời tiết tập hợp trạng thái yếu tố khí tượng xảy khí thời điểm, khoảng thời gian định Thuật ngữ thường nói hoạt động tượng khí tượng thời kì ngắn (ngày giờ) Các tượng vật lý mưa, nắng, giông, bão trạng thái lớp khơng khí đặc trưng yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, khí áp, gió thể rõ nét đặc điểm thời tiết Các tượng trạng thái khí ln ln biến động Vì thời tiết biến đổi khơng ngừng 2) Khí hậu: Khí hậu bao gồm yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, áp suất khí quyển, gió, tượng xảy khí nhiều yếu tố khí tượng khác khoảng thời gian dài vùng, miền xác định Điều trái ngược với khái niệm thời tiết mặt thời gian, thời tiết đề cập đến diễn biến tương lai gần Khí hậu khu vực ảnh hưởng tọa độ địa lí, địa hình, độ cao, độ ổn định băng tuyết bao phủ dòng nước lưu đại dương lân cận Khí hậu phân kiểu khác dựa thơng số xác nhiệt độ lượng mưa Sơ đồ phân loại khí hậu sử dụng phổ biến ông Wladimir Koeppen phát triển Hệ thống Thornthwaite sử dụng từ năm 1948 kết hợp thêm thoát-bốc nước với nhiệt độ thông tin lượng mưa dùng việc nghiên cứu loài động vật tiềm tác động biến đổi khí hậu Bergeron Hệ thống Phân loại không gian khái quát (Spatial Sypnoptic Classification – SSC) tập trung vào nguồn gốc khối khơng khí xác định cho khí hậu khu vực Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM Cổ khí hậu học nghiên cứu miêu tả khí hậu q khứ cách sử dụng thơng tin từ hai yếu tố không thuộc sinh vật trầm tích hồ nước lạnh lõi băng đá, yếu tố thuộc sinh vật vịng sinh trưởng san hơ, sử dụng để mở rộng thơng tin lượng mưa nhiệt độ cho vùng riêng biệt vào thời điểm trước công cụ giám sát thời tiết đời Mơ hình khí hậu mơ hình tốn học mơ tả khí hậu khứ, tương lai Như vậy, thời tiết có đặc điểm ln ln biến động (hàng ngày, hàng giờ) khí hậu có tính ổn định nhiều Những biến đổi lớn khí hậu Trái đất thường diễn theo chu kì hàng năm, hàng trăm năm, hàng nghìn năm 3) Phân biệt khí hậu – thời tiết: Sự khác Khí hậu Thời tiết thường tóm tắt qua thành ngữ "khí hậu bạn mong đợi, thời tiết bạn nhận được" Trong lịch sử có số yếu tố khơng đổi (hoặc thay đổi nhỏ theo thời gian) để xác định khí hậu tọa độ địa lí, độ cao, tỉ lệ đất nước, đại dương vùng núi lân cận Cũng có yếu tố định khác sinh động hơn: Ví dụ dịng hải lưu đại dương làm cho phía Bắc Đại Tây Dương ấm lên 5°C (9°F) so với vùng vịnh đại dương khác Các dòng hải lưu phân phối lại nhiệt độ đất liền nước khu vực Mật độ loài thực vật cho thấy ảnh hưởng hấp thu lượng mặt trời, trì nước lượng mưa cấp khu vực Sự thay đổi lượng khí nhà kính định đến số lượng lượng mặt trời vào hành tinh, dẫn tới ấm lên hay lạnh tồn cầu Ngồi ra, có yếu tố phức tạp khác để xác định khí hậu, có thỏa thuận chung phác thảo mở rộng hiểu, phạm vi biến đổi khí hậu lịch sử I.3) CÁC QUY LUẬT THỜI TIẾT Thời tiết khí hậu có ảnh hưởng lớn tới sống ngày người, từ ăn, mặc, ở, hoạt động sản xuất Việc nghiên cứu thời tiết khí hậu để tìm quy luật vấn đề cần thiết Muốn vậy, ta cần nắm yếu tố như: phân chia đới khí hậu theo vĩ độ, mùa, nhiệt độ, gió, lượng mưa, độ ẩm,… * Đới khí hậu: Các đới khí hậu phân chia theo vĩ độ bề mặt Trái Đất, bao gồm đới khí hậu: - đới nóng (hay nhiệt đới): từ 23 o27’B đến 23o27’N, khu vực quanh năm có góc chiếu ánh sáng mặt trời lúc trưa tương đối lớn thời gian chiếu sáng năm chênh lệch Lượng nhiệt hấp thụ tương đối nhiều nên quanh năm nóng Mùa đông lúc nhiệt độ giảm chút so với mùa khác Gió thường xuyên thổi khu vực gió Tín phong Lượng mưa trung bình năm đạt từ 1000mm đến 2000mm 10 Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT XÂY DỰNG ỨNG DỤNG DỰ BÁO THỜI TIẾT Ở TP.HCM III.1) GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DEMO 1) Thông tin chung: - Ý tưởng: Xây dựng toán dự báo thời tiết Thành phố Hồ Chí Minh, dựa sở liệu thời tiết thành phố Hồ Chí Minh 100 năm Dựa tình khứ, suy diễn cho & tương lai Đối với thông số tương đối nhiệt độ, sử dụng hàm mờ - để dự báo thông số cho ngày tới Mục tiêu: Dự báo số yếu tố thời tiết ngày tới Bao gồm: nhiệt độ, hướng gió, độ ẩm, tình trạng mây, đặc điểm thời tiết (Mưa: mưa phùn, mưa vừa, mưa diện rộng, mưa rào…; Nắng: nắng ít, nắng nhiều; nắng gắt…; Có sương: sương buổi - sáng…) Input: Đầu vào thông số thời tiết từ khứ đến thời điểm (tính theo ngày) “quá khứ” cách thời điểm khoảng tháng (30 ngày) Do Demo, mang tính chất nhỏ, minh họa, nên lượng liệu tháng, mặt ý tưởng phải lâu tốt VD: Hơm ngày 3/6/2012, chương trình cần đầu vào số liệu thời tiết từ 3/5/2012 - đến ngày 3/6/2012 Các thơng số bao gồm (tính ngày) (1) Nhiệt độ lớn tb: có số liệu (2) Nhiệt độ thấp tb: có số liệu (3) Hướng gió: nằm hướng (4) Tốc độ gió: có số liệu (5) Độ ẩm: có số liệu (6) Tình trạng mây: tính 10; (7) Mưa: nằm miền giá trị sẵn có (8) Nắng: nằm miền giá trị sẵn có (9) Sương: nằm miền giá trị sẵn có Output: Trả dự báo thời tiết cho ngày tới, ngày có thông số trên, kèm theo nhận định thời tiết sau: (1)+ Các nhận định nhiệt độ: nhiệt độ cao, thấp  ảnh hưởng đến sức khỏe, vụ mùa, công việc, giao thông… 28 Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM (2)+ Các nhận định gió: Hướng gió có lợi, có hại Tốc độ gió yếu, mạnh, giông… -  ảnh hưởng (3)+ Độ ẩm: cao thấp…  ảnh hưởng (4) Đặc điểm thời tiết: + Mưa & nắng: + Tình trạng mây: + Các đặc tính riêng mùa, thời điểm dự báo… Giải thuật: sử dụng suy đốn dựa tình xảy khứ, kết hợp với logic mờ để đưa dự báo thời tiết o Suy đốn dựa tình xảy tức dựa tình xảy ra, rút o số luật, phân tích & ứng dụng cho dự báo Sử dụng logic mờ sử dụng hàm mờ, xây dựng hàm mờ thơng số có sẵn từ khứ tới tại, từ đưa số liệu cho dự báo Tức đưa thông số dự báo, mức độ thuộc tập mờ thông số sở số liệu thời điểm  Từ số liệu có nhờ hàm mờ kết hợp với luật có vừa xây dựng được, đánh giá & đưa dự báo 2) Tập kiện: - A={Ngày ngày năm có giá trị từ “1/1” đến “31/12” } - B={Mùa mùa “xuân”, “Hạ”, “Thu”, “Đông”} - C={Tháng tháng năm có giá trị từ “1” đến “12”} - D={Mùa đặc trưng “mùa khô”, “mùa mưa”, “giao mùa”} - E={Nhiệt độ trung bình thang đo có giá trị từ  50} - F={Tính chất mưa ngày gồm có “có mưa”, “khơng mưa”, “mưa ít”} - G={Hướng gió bao gồm “Đơng Bắc”, “Tây Nam”} - H={Độ ẩm “cao”, “thấp”, “trung bình”} - I={Tình trạng mây “nhiều mây”, “ít mây”, “vừa”} - J={áp suất khí quyển} 3) Xây dựng tập luật dẫn dựa tình huống: • Luật dẫn 1: Nếu Ngày từ 6/5 đến 7/8 ngày thuộc mùa hạ Ngày từ 8/8 đến 7/11 ngày thuộc mùa thu Ngày từ 8/11 đến 4/2 ngày thuộc mùa đơng Ngày từ 5/2 đến 5/5 Ngày thuộc mùa xuân R1: A={“6/5”, “7/5”…, “7/8”}  B={“Hạ”} A={“8/8”, “9/8”…, “7/11”}  B={“Thu”} A={“8/11”, “9/11”…, “4/2”}  B={“Đông”} A={“5/2”, “6/2”…, “5/5”}  B={“Xuân”} • Luật dẫn 2: Nếu tháng thuộc (tháng ~ tháng 10) tháng thuộc mùa mưa Nếu tháng khơng thuộc (tháng ~ tháng 10) Và tháng thuộc tháng tháng 11 tháng thuộc giao mùa Cịn lại tháng thuộc mùa khơ R2: C={5;6;7;8;9;10}  D={“Mưa”} C={4;11}  D={“Giao mùa”} 29 Lê Ngọc Hiếu – Nguyễn Tấn – K6UIT Tiểu luận môn Công Nghệ Tri Thức - Ứng dụng CNTT vào Dự báo thời tiết TP.HCM • • • • • C={1;2;3;12} Luật dẫn 3: Nếu Ngày thuộc mùa hạ Nếu Ngày thuộc mùa thu Nếu Ngày thuộc mùa đông Nếu Ngày thuộc mùa Xuân R3: B={“Hạ”} B={“Thu”} B={“Đông”} B={“Xuân”} Luật dẫn 4: Nếu Tháng mùa mưa Tháng mùa khô Tháng giao mùa R4: D={“Mưa”} D={“Khô”} D={“Giao mùa”} Luật dẫn 5: Nếu Tháng thuộc (11 ~ 4) Nếu Tháng thuộc (5 ~10) R5: C={11;12;1;2;3;4} C={5;6;7;8;9;10} Luật dẫn 6: Nếu Mùa mùa khô Nếu Mùa mùa mưa Nếu Mùa giao mùa R6: D={“Khô”} D={“Mưa”} D={“Giao mùa”} Luật dẫn 7: Nếu nhiệt độ cao Nếu Nhiệt độ thấp R7: E={“cao: >=30C”} E={“thấp: =30oC”},J={“Cao”}); R7(E={“thấp: