luận văn thạc sĩ nghiên cứu dự tính tổ hợp một số yếu tố hiện tượng liên quan đến nhiệt độ ở việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Xuân Diện NGHIÊN CỨU DỰ TÍNH TỔ HỢP MỘT SỐ YẾU TỐ VÀ HIỆN TƢỢNG KHÍ HẬU LIÊN QUAN ĐẾN NHIỆT ĐỘ Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Xuân Diện NGHIÊN CỨU DỰ TÍNH TỔ HỢP MỘT SỐ YẾU TỐ VÀ HIỆN TƢỢNG KHÍ HẬU LIÊN QUAN ĐẾN NHIỆT ĐỘ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Khí tượng khí hậu học Mã số: 604487 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Vũ Thanh Hằng Hà Nội - 2013 z Lời cảm ơn Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Vũ Thanh Hằng, người tận tình bảo hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Ngô Đức Thành, người giúp nhiều q trình thực luận văn Tơi xin cảm ơn thầy cô cán Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học cung cấp cho kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất suốt thời gian học tập thực hành Khoa Tôi xin cảm ơn Phòng Sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện cho thời gian hồnh thành luận văn Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân bạn bè, người bên cạnh cổ vũ, động viên tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học tập trường Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2013 Nguyễn Xuân Diện z Mục lục Danh mục hình Danh mục bảng Danh mục viết tắt Mở đầu Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1 Các nghiên cứu nước 1.2 Các nghiên cứu nước 11 Chƣơng 2- PHƢƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU 15 2.1 Hệ thống tổ hợp kết mơ hình 16 2.2.1 Trung bình tổ hợp đơn giản (Simple Ensemble Mean) 16 2.1.2 Hồi quy tuyến tính nhiều biến 16 2.2 Các số thống kê dùng để đánh giá 17 2.3 Nguồn số liệu 18 2.3.1 Số liệu quan trắc 18 2.3.2 Số liệu từ đầu mơ hình 19 Chƣơng 3- KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 23 3.1 Kết mô mô hình đánh giá cho thời kỳ chuẩn 23 3.2 Kết tổ hợp cho yếu tố liên quan đến nhiệt độ cho thời kỳ chuẩn 38 3.3 Kết dự tính tổ hợp cho thời kỳ tương lai (giai đoạn 2020-2039) 45 Tài liệu tham khảo 51 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam Danh mục hình Hình 2.1 Phân bố vị trí trạm 22 Hình 3.1 Nhiệt độ trung bình T2m thời kỳ 1980-1999 mơ hình 23 Hình 3.2 T2m mơ hình quan trắc trạm tính trung bình cho giai đoạn 24 Hình 3.3 Nhiệt độ cực đại trung bình thời kỳ 1980-1999 cho mơ hình 25 Hình 3.4 Tx mơ hình quan trắc trạm tính trung bình cho giai đoạn 26 Hình 3.5 Nhiệt độ cực tiểu cực tiểu thời kỳ 1980-1999 27 Hình 3.6 Tn mơ hình quan trắc trạm tính trung bình cho giai đoạn 28 Hình 3.7 Nhiệt độ cực đại tháng Tx (TXx) giai đoạn 1980-1999 từ mô hình29 Hình 3.8 TXx mơ hình quan trắc trạm tính trung bình cho giai đoạn 30 Hình 3.9 Nhiệt độ cực tiểu tháng Tn (TNn) giai đoạn 1980-1999 mơ hình 32 Hình 3.10 TNn mơ hình quan trắc trạm tính trung bình cho giai đoạn 33 Hình 3.11 Trung bình số ngày có nhiệt độ trung bình 150C thời kỳ 1980-1999 34 Hình 3.12 T2m15 mơ hình quan trắc trạm tính trung bình cho giai đoạn 35 Hình 3.13 Trung bình số ngày có nhiệt độ cực đại 350C thời kỳ 1980-1999 36 Hình 3.14 Tx35 mơ hình quan trắc trạm tính trung bình cho giai đoạn 37 Hình 3.15 Tổ hợp phương pháp hồi quy tuyến tính nhiều biến, phương pháp trung bình đơn giản so sánh với mơ hình riêng quan trắc cho T2m 38 Hình 3.16 Tổ hợp phương pháp hồi quy tuyến tính nhiều biến, phương pháp trung bình đơn giản so sánh với mơ hình riêng quan trắc cho Tx 39 luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam z luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam Hình 3.17 Tổ hợp phương pháp hồi quy tuyến tính nhiều biến, phương pháp trung bình đơn giản so sánh với mơ hình riêng quan trắc cho Tn 40 Hình 3.18 Tổ hợp phương pháp hồi quy tuyến tính nhiều biến, phương pháp trung bình đơn giản so sánh với mơ hình riêng quan trắc cho TXx 41 Hình 3.19 Tổ hợp phương pháp hồi quy tuyến tính nhiều biến, phương pháp trung bình đơn giản so sánh với mơ hình riêng quan trắc cho TNn 42 Hình 3.20 Dự tính tổ hợp cho T2m từ mơ hình cho giai đoạn 2020-2039 46 Hình 3.21 Dự tính tổ hợp cho Tx từ mơ hình cho giai đoạn 2020-2039 46 Hình 3.22 Dự tính tổ hợp cho Tmin từ mơ hình cho giai đoạn 2020-2039 47 Hình 3.23 Biến đổi nhiệt độ trạm thời kỳ tương lai 2020-2039 so với thời kỳ chuẩn 1980-1999 yếu tố T2m 47 Hình 3.24 Biến đổi nhiệt độ trạm thời kỳ tương lai 2020-2039 so với thời kỳ chuẩn 1980-1999 yếu tố Tx 48 Hình 3.25 Biến đổi nhiệt độ trạm thời kỳ tương lai 2020-2039 so với thời kỳ chuẩn 1980-1999 yếu tố Tn 48 luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam z luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam Danh mục bảng Bảng 2.1 Danh sách trạm sử dụng 19 Bảng 3.1 Sai số trung bình ME, sai số trung bình tuyệt đối MAE hệ số tương quan mơ hình quan trắc cho yếu tố T2m 24 Bảng3.2 Sai số trung bình ME, sai số trung bình tuyệt đối MAE hệ số tương quan mô hình quan trắc cho yếu tố Tx 26 Bảng 3.3 Sai số trung bình ME, sai số trung bình tuyệt đối MAE hệ số tương quan mô hình quan trắc cho yếu tố Tn 28 Bảng 3.4 Sai số trung bình ME, sai số trung bình tuyệt đối MAE hệ số tương quan mô hình quan trắc cho yếu tố TXx 31 Bảng 3.5 Sai số trung bình ME, sai số trung bình tuyệt đối MAE hệ số tương quan mơ hình quan trắc cho yếu tố TNn 33 Bảng 3.6 Sai số trung bình ME, sai số trung bình tuyệt đối MAE hệ số tương quan mơ hình quan trắc cho yếu tố T2m15 36 Bảng3.7 Sai số trung bình ME mơ hình với quan trắc, tổ hợp trung bình đơn giản hồi quy tuyến tính với quan trắc 43 Bảng 3.8 Sai số trung bình tuyệt đối MAE mơ hình quan trắc, tổ hợp trung bình đơn giản hồi quy tuyến tính đa biến với quan trắc 44 Bảng 3.9 Hệ số tương quan mơ hình quan trắc,giữa tổ hợp trung bình đơn giản tổ hợp tuyến tính với quan trắc 44 Bảng 3.10 Hệ số hồi quy hệ số tự phương trình hồi quy tuyến tính đa biến 45 luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam z luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam Danh mục viết tắt BĐKH CS Biến đổi khí hậu Cộng IPCC Intergovermental Panel on Climate Change MAE Sai số tuyệt đối trung bình ME Sai số trung bình MM5 Fifth-Generation Penn State/NCAR Mesoscale Mode MRI Meteorological Research Institute RCMs Regional Climate Model RegCM Regional Climate Model REMO The Regional Model SEM Trung bình tổ hợp đơn giản T2m Nhiệt độ trung bình tháng mực 2m Tm Nhiệt độ cực tiểu trung bình tháng TNn Nhiệt độ cực đại cực đại tháng Tx Nhiệt độ cực đại trung bình tháng TXx Nhiệt độ cực đại cực đại tháng luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam z luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam Mở đầu Đối với tốn dự tính khí hậu, số nhân tố chi phối q trình vật lí xảy khí không dự báo xác định mà giả định dựa kịch Hiện nay, nhân tố giả định chất khí nhà kính Trên sở kịch phát thải, hàm lượng khí nhà kính khí ước tính mơ hình khí hậu sử dụng để dự tính khí hậu tương lai Các kịch BĐKH tồn cầu sau xây dựng dựa kết dự tính Nói chung mơ hình khác đưa sản phẩm dự báo/dự tính khơng giống tính bất định ln ln tiềm ẩn mơ hình Do đó, ước lượng độ bất định tốn dự báo/dự tính có vai trị quan trọng việc nâng cao chất lượng tin dự báo/dự tính Việc xây dựng hệ thống đồng hóa, tổ hợp cho mơ hình thời tiết/khí hậu góp phần cải thiện kết dự báo/dự tính Đối với tốn dự tính khí hậu, Việt Nam nghiên cứu thực dựa kết riêng rẽ từ số mô hình, phương pháp sử dụng, khu vực áp dụng Bài tốn tổ hợp kết nhiều mơ hình cho kịch BĐKH tương lai thực nhiều giới cho kết khả quan Tuy nhiên Việt Nam chưa có nghiên cứu tiến hành theo hướng Vì vậy, luận văn tác giả đề xuất đề tài “Nghiên cứu dự tính tổ hợp cho số yếu tố tượng liên quan đến nhiệt độ Việt Nam” để xem xét, ứng dụng cho điều kiện Việt Nam Bố cục luận văn gồm: Chương 1- Tổng quan Chương 2- Phương pháp nghiên cứu Chương 3- Kết nhận xét luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam z luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1 Các nghiên cứu nƣớc Khái niệm dự báo tổ hợp đưa từ năm 1974 Leith dần phát triển theo phương thức: 1) Dự báo sử dụng nhiều mơ hình (cịn gọi siêu tổ hợp); 2) Dự báo với mơ hình với nhiều đầu vào khác Cách tiếp cận tổ hợp phổ biến trung tâm khí tượng giới sử dụng phương pháp siêu tổ hợp nhiều mơ hình để thu tổ hợp có kết tốt Đối với tốn dự tính BĐKH, từ kịch phát thải khí nhà kính, thơng tin phản ánh điều kiện khí hậu tương lai xác định chạy mơ hình khí hậu tồn cầu với hàm lượng khí nhà kính dự tính khí Các kịch BĐKH tồn cầu sau xây dựng dựa kết dự tính Nói chung mơ hình khác đưa sản phẩm dự tính khơng giống tính bất định ln ln tiềm ẩn mơ hình Trong mơ hình đơn lẻ ln tồn điểm mạnh điểm yếu khiến cho “khơng mơ hình xem tốt việc sử dụng kết từ nhiều mơ hình quan trọng” (McAvaney CS., 2001) Nếu hiểu sai số mơ mơ hình khác độc lập, trung bình mơ hình kỳ vọng tốt thành phần riêng lẻ, cung cấp dự tính “tốt nhất” Một số kết nghiên cứu điều này, cho dự báo mùa (Palmer CS 2004 [31]; Palmer CS 2005 [32] Hagedorn CS 2005) [18] cho việc tái tạo điều kiện khí hậu từ mơ phỏng, dự tính khí hậu hạn dài (Lambert Boer 2001) [23] Bởi vậy, để giảm bớt tính bất định, với kịch phát thải, sản phẩm dự tính nhiều mơ hình khác sử dụng để xây dựng kịch BĐKH (Tebaldi Knutti 2007) [38] Việc sử dụng tổ hợp mơ hình tồn cầu chạy trung tâm mơ hình hóa khác triển khai cho dự tính/dự báo khí hậu quy mô thời gian từ mùa đến nhiều năm kỷ Một dự án quan trọng vấn đề kể đến dự án so sánh đa mô luan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.namluan.van.thac.si.nghien.cuu.du.tinh.to.hop.mot.so.yeu.to.hien.tuong.lien.quan.den.nhiet.do.o.viet.nam z