Bài giảng Cơ sở khoa học của biến đổi khí hậu (Đại cương về BĐKH) – Phần II: Bài 12 – ĐH KHTN Hà Nội

Bài giảng Cơ sở khoa học của biến đổi khí hậu - Bài 12: Mô hình hóa khí hậu. Những nội dung chính được trình bày trong bài này gồm có: Mô hình khí hậu toàn cầu, xây dựng và phát triển mô hình, ứng dụng các mô hình GCM, tính bất định và độ tin cậy của các GCM,... Mời các bạn cùng tham khảo.

VNU HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE REGIONAL CLIMATE MODELING AND CLIMATE CHANGE CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU (Đại cương BĐKH) Phần II Phan Van Tan phanvantan@hus.edu.vn B12: Mơ hình hóa khí hậu Bài 1: Các thành phần hệ thống khí hậu Bài 2: Sự truyền xạ khí hậu Bài 3: Hồn lưu khí khí hậu Bài 4: Bề mặt đất, Đại dương khí hậu Bài 5: Lịch sử tiến triển khí hậu Trái đất Bài 6: Khái niệm Biến đổi khí hậu Bài 7: Tác động xạ BĐKH Bài 8: Biến đổi thành phần hệ thống khí hậu Bài 9: Biến đổi tượng cực đoan Bài 10: Giới thiệu khí hậu Việt Nam Bài 11: Biến đổi khí hậu Việt Nam Bài 12: Mơ hình hóa khí hậu Bài 13: Dự tính khí hậu Bài 14: Xây dựng kịch BĐKH Bài 15: Tác động BĐKH tính dễ bị tổn thương BĐKH Giới thiệu |  Mơ hình hóa khí hậu mơ tả hệ thống khí hậu mơ hình tốn học tích hợp ngun lý vật lý học, hóa học sinh học |  Các mơ hình có độ phức tạp khác nhau: Từ mơ hình cân lượng đơn giản đến mơ hình chiều với nhiều thành phần |  Ký hiệu viết tắt: GCM {  General Circulation Model {  Global Climate Model |  Các mơ hình khí hậu chủ yếu phát triển từ mơ hình dự báo thời tiết Mơ hình khí hậu tồn cầu Sơ đồ mơ tả thành phần mơ hình khí hậu Mơ hình khí hậu tồn cầu Các q trình tương tác hệ thống khí hậu mơ hình hóa Mơ hình khí hậu tồn cầu Sơ đồ biểu diễn cách rời rạc hóa mơ hình khí tồn cầu Kết nhận từ mơ hình khí hậu Thơng tin đầu vào Chạy mơ hình Kết nhận Xây dựng phát triển mơ hình |  Các bước xây dựng mơ hình: {  Các định luật vật lý {  Các phương trình tốn học {  Rời rạc hóa theo khơng gian thời gian {  Tham số hóa q trình vật lý qui mơ lưới |  Các q trình khí {  Phương pháp số {  Độ phân giải ngang thẳng đứng {  Các sơ đồ tham số hoá |  Các trình đại dương {  Các bước tương tự mơ hình khí Xây dựng phát triển mơ hình |  Các q trình đất liền {  Các trình bề mặt {  Hồi tiếp độ ẩm đất mơ hình |  Các q trình băng {  Băng đất liền {  Băng biển |  Mơ hình hố aerosol hố học khí |  Kết hợp mơ hình thành phần (coupled model) |  Hiệu chỉnh dịng ban đầu hố |  Thử nghiệm Đánh giá {  Các độ đo độ tin cậy {  Thử nghiệm mơ hình so sánh với khí hậu tại, khí hậu khứ Xây dựng phát triển mơ hình |  Sự tiến triển hệ mơ hình Xây dựng phát triển mơ hình Độ phân giải mơ hình tăng lên dần Ứng dụng mơ hình GCM |  Mơ khí hậu khứ {  Cổ khí hậu {  Khí hậu kỷ gần {  Biến đổi khí hậu tự nhiên |  Mơ khí hậu chế hồi tiếp {  Khí hậu kỷ XX {  Nghiên cứu tác động hiệu ứng nhà kính {  Nghiên cứu tác động aerosols {  Nghiên cứu tác động biến đổi sử dụng đất |  Dự tính khí hậu tương lai {  Các kịch phát thải (SRES) {  Xây dựng kịch biến đổi khí hậu Tính bất định Độ tin cậy GCM |  Do tính phức tạp hệ thống khí hậu, hiểu biết có giới hạn |  |  |  |  người, lực tính tốn, điều kiện ban đầu điều kiện biên,… GCM khơng thể mơ tả xác tất q trình xảy hệ thống khí hậu è Kết mơ hình khơng có đảm bảo chắn è Tính bất định Có thể tin cậy mức độ cao GCM cung cấp ước lượng định lượng đáng tin BĐKH tương lai, qui mơ lục địa tồn cầu Lý sở mơ hình nguyên lý vật lý thừa nhận GCM có khả tái tạo đặc điểm quan trắc BĐKH khứ Tuy nhiên độ tin cậy ước lượng mơ hình số biến khí hậu (chẳng hạn nhiệt độ) cao so với số biến khác (ví dụ, giáng thủy) Qua vài thập kỷ phát triển, mơ hình mơ tả phù hợp rõ ràng tranh khái quát nóng lên đáng kể khí hậu tác động việc gia tăng khí nhà kính Trung bình tồn cầu nhiệt độ gần bề mặt kỷ 20 từ quan trắc (đường màu đen) kết nhận từ 58 mô 14 mô hình khí hậu khác điều khiển nhân tố tự nhiên người gây có ảnh hưởng đến khí hậu (các đường màu vàng) Trung bình tất kết mơ thể đường màu đỏ đậm Dị thường nhiệt độ tính so với trung bình thời kỳ 1901-1950 Các đường xám thẳng đứng thời điểm có bùng phát núi lửa Các mơ hình khí hậu khu vực |  Do hạn chế lực máy tính, độ phân giải mơ hình tồn cầu (GCM) cịn thơ: {  Độ phân giải ngang ~ hàng trăm km {  Chưa mô tả đặc điểm khí hậu khu vực địa phương |  Cần phải tăng độ phân giải {  Sử dụng phương pháp downscaling (hạ thấp qui mô) {  Statistical Downscaling (hạ thấp qui mô thống kê) {  Dynamical downscaling (hạ thấp qui mô động lực) |  Mơ hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model - RCM) {  Về nguyên lý: tương tự GCM {  Điều kiện áp dụng: Phải có số liệu GCM làm điều kiện biên Downscaling mơ hình khí hậu khu vực Sử dụng trường tồn cầu làm điều kiện biên •  Các q trình qui mô lưới mô tả GCM •  RCM sử dụng sản phẩm GCM trường điều khiển •  Có thể mơ tả chi tiết trình bề mặt sơ đồ tham số hóa vật lý Ứng dụng mơ hình khí hậu khu vực |  Chi tiết hố điều kiện khí hậu khu vực địa phương cách hạ qui mô sản phẩm GCM: {  Do độ phân giải GCM cịn thơ: |  Khơng mơ tả đặc điểm khí hậu địa phương khu vực |  Khơng thể sử dụng trực tiếp sản phẩm GCM đề xây dựng kịch cho qui mô khu vực, quốc gia vùng lãnh thổ {  Cần tiết hóa sản phẩm GCM RCM {  Sử dụng sản phẩm GCM làm điều kiện biên cho RCM |  Sản phẩm RCM dùng để xây dựng kịch BĐKH cho qui mô khu vực, quốc gia vùng lãnh thổ Tính bất định Độ tin cậy RCM |  Sai số RCM: Vật lý mơ hình, Phương pháp số, Sơ đồ tham số hoá,… |  Sai số điều kiện ban đầu điều kiện biên: Gây nên sai số GCM |  è Kết mơ hình khơng có đảm bảo chắn è Tính bất định ... Bài 6: Khái niệm Biến đổi khí hậu Bài 7: Tác động xạ BĐKH Bài 8: Biến đổi thành phần hệ thống khí hậu Bài 9: Biến đổi tượng cực đoan Bài 10: Giới thiệu khí hậu Việt Nam Bài 11: Biến đổi khí hậu. ..B12: Mơ hình hóa khí hậu Bài 1: Các thành phần hệ thống khí hậu Bài 2: Sự truyền xạ khí hậu Bài 3: Hồn lưu khí khí hậu Bài 4: Bề mặt đất, Đại dương khí hậu Bài 5: Lịch sử tiến triển khí hậu. .. mơ hình GCM |  Mơ khí hậu khứ {  Cổ khí hậu {  Khí hậu kỷ gần {  Biến đổi khí hậu tự nhiên |  Mơ khí hậu chế hồi tiếp {  Khí hậu kỷ XX {  Nghiên cứu tác động hiệu ứng nhà kính {  Nghiên