Luận án đã cung cấp cơ sở khoa học, phương pháp mới sử dụng số liệu vệ tinh xây dựng được bộ số liệu đầu vào, quy trình đồng hóa số liệu vệ tinh cho hệ thống mô hình WRF-CMAQ nhằm tạo công cụ phục vụ đánh giá chất lượng không khí tại khu vực Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung.
Sáng ngày 26/11/2021 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã tổ chức Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện cho nghiên cứu sinh (NCS) Nguyễn Hải Đông với đề tài luận án: “Nghiên cứu đồng hóa số liệu vệ tinh cho mô hình chất lượng không khí (CMAQ) tại khu vực Hà Nội”, ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường; Mã số: 9850101.
Buổi họp Hội đồng chấm luận án của NCS. Nguyễn Hải Đông có sự tham dự của đại diện cơ sở đào tạo – PGS. TS. Nguyễn Văn Thắng (Viện trưởng Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu) cùng các chuyên gia thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường.
GS. TS. Phan Văn Tân chủ trì buổi đánh giá
Trước đó, Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Viện cho nghiên cứu sinh Nguyễn Hải Đông đã được thành lập theo Quyết định số 292/QĐ-VKTTVBĐKH, ngày 04 tháng 10 năm 2021 của Viện trưởng Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu với 7 thành viên. Trong đó, GS. TS. Phan Văn Tân (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên) là Chủ tịch Hội đồng; TS. Phạm Văn Sỹ (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu) là Ủy viên Thư ký; PGS. TS. Phạm Thị Thanh Ngà (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu) là Phản biện 1; PGS. TS. Nguyễn Đức Lượng (Trường Đại học Xây dựng) là Phản biện 2; TS. Nguyễn Văn Hiệp (Đài Khí tượng Thủy văn khu vực đồng bằng Bắc Bộ) là Phản biện 3; PGS. TS. Vũ Hoàng Hoa (Trường Đại học Thủy lợi) và PGS. TS. Dương Văn Khảm (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu) là Ủy viên.
Trước Hội đồng, NCS. Nguyễn Hải Đông đã lần lượt trình bày các nội dung của luận án.
Thiếu phương pháp cung cấp hoàn chỉnh toàn bộ dữ liệu đầu vào của mô hình CMAQ
Ô nhiễm môi trường không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần của không khí hoặc khi có sự xuất hiện các khí lạ làm cho không khí không còn sạch, có sự tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và các loài sinh vật. Ô nhiễm môi trường không khí xả ra khi không khí có chứa các thành phần độc hại như các loại khí, bụi lơ lửng, khói, mùi vượt quá một ngưỡng giới hạn nhất định.
Có nhiều quy chuẩn để đánh giá chất lượng không khí (CLKK) khác nhau, tuy nhiên, nồng độ các hạt lơ lửng trong không khí, đặc biệt là PM2.5 và PM10, đã được chấp nhận rộng rãi để đánh giá về chất lượng không khí.
Để đánh giá chất lượng không khí, nhiều phương pháp cũng như giải pháp kỹ thuật đã được phát triển như phương pháp đo đạc bằng các thiết bị tại các trạm quan trắc đặt trên mặt đất, phương pháp viễn thám (thông qua các cảm biến được lắp đặt trên các vệ tinh) và phương pháp mô hình hóa (sử dụng các mô hình toán).
Đối với phương pháp đo đạc bằng các thiết bị tại các trạm quan trắc đặt trên mặt đất, các chất gây ô nhiễm không khí cung cấp được một cách định tính, định lượng về nồng độ và sự lắng đọng. Tuy nhiên, chúng chỉ có thể mô tả chất lượng không khí tại các vị trí và thời điểm cụ thể mà không đưa ra được định hướng về việc xác định nguyên nhân của sự ô nhiễm không khí. Phương pháp viễn thám sử dụng các cảm biến đặt trên các vệ tinh được sử dụng để đánh giá chất lượng không khí trên diện rộng tại cùng một thời điểm. Tuy nhiên, phương pháp này hiện cũng chưa đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác, tần suất cung cấp thông tin, khả năng dự báo.
Hệ thống mô hình chất lượng không khí đa qui mô Community Multi-scale Air Quality (CMAQ) là hệ thống mô hình có khả năng mô phỏng các quá trình khí quyển phức tạp ảnh hưởng tới biến đổi, lan truyền và lắng đọng.
Đối với phương pháp mô hình hóa, yếu tố đầu vào của mô hình có vai trò rất quan trọng. Tuy nhiên thực tế hiện nay, chưa có một phương pháp nào có khả năng cung cấp hoàn chỉnh toàn bộ dữ liệu đầu vào của mô hình CMAQ mà cần phải có sự tích hợp từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau. Đây cũng là những vấn đề khó khăn và là điểm mấu chốt cần giải quyết đối với bài toán mô hình hóa chất lượng không khí. Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu đồng hóa số liệu vệ tinh cho mô hình chất lượng không khí CMAQ tại khu vực Hà Nội” đã được lựa chọn để nghiên cứu.
NCS. Nguyễn Hải Đông trình bày các nội dung của luận án
Xây dựng được quy trình đồng hóa số liệu vệ tinh AOD
Bằng việc nghiên cứu đồng hóa số liệu vệ tinh AOD cho hệ thống mô hình WRF-CMAQ đối với nồng độ bụi mịn PM2.5; Hệ thống mô hình WRF-CMAQ; Phép lọc Kalman; Dữ liệu viễn thám MODIS; Độ sâu quang học AOD tại Hà Nội và khu vực lân cận trong các năm 2015, 2017 và 2019 luận án của NCS đã thu được những kết quả quan trọng.
Theo đó, ứng dụng phép lọc Kalman tổ hợp trong hệ thống đồng hóa số liệu WRFDA của mô hình nghiên cứu và dự báo thời tiết WRF đã nâng cao độ chính xác ước tính, cải thiện một cách đáng kể trạng thái ban đầu, cung cấp số liệu đầu vào cho mô hình chất lượng không khí CMAQ, nâng cao kết quả dự báo chất lượng không khí cho khu vực Hà Nội.
Phần mềm xử lý số liệu AOD nhằm loại bỏ các số liệu có sai số thô, không đạt tiêu chuẩn, không nhất quán, đánh dấu cờ dựa trên độ tin cậy của số liệu đã được xây dựng, ứng dụng có kết quả rõ rệt trong mô phỏng thử nghiệm cho khu vực Hà Nội.
Lợi ích của số liệu vệ tinh MODIS được đồng hóa áp dụng trong hệ thống mô hình WRF-CMAQ cải thiện tính chính xác của đầu vào mô hình (IC, BC, và lượng khí thải) và dự báo. Số liệu AOD từ vệ tinh MODIS đã được đồng hóa vào CCTM đã cải thiện hiệu suất về nồng độ ô nhiễm không khí trên bề mặt và chất lượng không khí tái phân tích tốt hơn.
Việc đồng hóa số liệu aerosol còn được gọi là độ sâu quang học được trích xuất từ số liệu vệ tinh MODIS Terra/Aqua Aerosol 5-Min L2 Swath 3 km cải thiện đáng kể kết quả ước tính nồng độ PM2.5 trên hệ thống mô hình WRF-CMAQ. Hiệu suất mô hình đã được cải thiện với sự đồng hóa số liệu này.
Luận án đã xây dựng được quy trình đồng hóa số liệu vệ tinh AOD, cung cấp nguồn số liệu đầu vào cho mô hình chất lượng không khí CMAQ phục vụ công tác dự báo chất lượng không khí phù hợp với điều kiện của Việt Nam khi mật độ các trạm quan trắc trực tiếp còn thưa, đặc biệt có ý nghĩa quan trọng đối với các khu vực chưa được lắp đặt các trạm quan trắc. Đồng hóa số liệu vệ tinh cho mô hình chất lượng không khí mở ra một phương pháp mới nhằm cung cấp một công cụ cho công tác đánh giá chất lượng không khí.
Cùng với đó, luận án cũng nếu một số kiến nghị nhằm tạo được công cụ cho công tác giám sát môi trường không khí.
Tuy còn một số điểm cần chỉnh sửa nhưng qua phiên họp kín, các thành viên Hội đồng đánh giá NCS. Nguyễn Hải Đông đủ tiêu chuẩn đạt trình độ tiến sĩ. NCS cần sửa chữa và hoàn thiện Luận án theo Quyết nghị của Hội đồng trước khi nộp cho Thư viện Quốc gia.
Dưới đây là hình ảnh về buổi đánh giá luận án:
