Tác động của xon khí đến một số yếu tố khí hậu trên khu vực Việt Nam và lân cận

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Thu Hằng TÁC ĐỘNG CỦA XON KHÍ ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ HẬU TRÊN KHU VỰC VIỆT NAM VÀ LÂN CẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Thu Hằng TÁC ĐỘNG CỦA XON KHÍ ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ HẬU TRÊN KHU VỰC VIỆT NAM VÀ LÂN CẬN Chuyên ngành: Khí tƣợng khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Phan Văn Tân Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy GS.TS Phan Văn Tân, ngƣời hết lòng quan tâm nhƣ kiên trì giúp đỡ bƣớc nghiên cứu học viên Tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn khí tƣợng nói riêng Khoa Khí tƣợng – Thủy văn Hải dƣơng học nói chung giúp đỡ, tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn Không vậy, mang lại môi trƣờng làm việc thân thiện hiệu cho học viên Lê Thị Thu Hằng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU .7 Chƣơng 1TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Xon khí vai trò khí hậu Error! Bookmark not defined 1.2 Tác động trực tiếp xon khí Error! Bookmark not defined 1.3 Tác động gián tiếp xon khí Error! Bookmark not defined Chƣơng 2PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 2.1 Đặt toán Error! Bookmark not defined 2.2 Sơ lƣợc mô hình RegCM module Chem-aerosolError! Bookmark not defined 2.2.1Mô hình RegCM Error! Bookmark not defined 2.2.2Mô đun xon khí RegCM4.2 Error! Bookmark not defined 2.3 Thiết kế thí nghiệm Error! Bookmark not defined Chƣơng 3KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined 3.1 Phân bố theo thời gian nồng độ carbon đen từ năm 1991 – 2000 Error! Bookmark not defined 3.2 Phân bố theo không gian nồng độ BC Error! Bookmark not defined 3.3 Tác động xon khí carbon đen lên nhiệt độ Error! Bookmark not defined 3.3.1Tƣơng quan nồng độ BC hiệu nhiệt độ T2mError! Bookmark not defined 3.3.2Tác động xon khí carbon đen lên nhiệt độ mực khí Error! Bookmark not defined 3.4 Tác động xon khí carbon đen lên lƣợng mƣaError! Bookmark not defined 3.5 Phân bố thời gian nồng độ bụi từ năm 1991 – 2000Error! Bookmark not defined 3.6 Phân bố không gian nồng độ bụi Error! Bookmark not defined 3.7 Tác động bụi lên nhiệt độ Error! Bookmark not defined 3.7.1Tƣơng quan nồng độ bụi hiệu nhiệt độ T2mError! Bookmark not defined 3.7.2Tác động bụi lên nhiệt độ mực khí quyểnError! Bookmark not defined 3.8 Tác động bụi lên lƣợng mƣa Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tóm tắt thành phần liên quan tới tác động xạ (W/m2) Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Những chế xạ khác mây gây xon khí Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Mô tả tác động khác xon khí đƣợc trình bày bảng 1.1 (IPCC – 2007) [11] Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Cấu trúc lƣới thẳng đứng (bên trái) lƣới ngang dạng xen kẽ Arakawa-B (bên phải) mô hình Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Miền tính độ cao địa hình (m) Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Nồng độ carbon đen trung bình năm giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2) Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Nồng độ carbon đen trung bình tháng giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2) Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Biến trình năm BC năm 1991 – 2000 (mg/m2) Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Nồng độ carbon đen (mg/m2) trung bình tháng từ tháng đến tháng 12 giai đoạn 1991 – 2000 (tƣơng ứng từ trái sang phải, từ xuống dƣới) Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Nồng độ (bên trái - mg/m2), độ dày quang học (bên phải) BC trung bình tháng 1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 (tƣơng ứng từ xuống dƣới ) Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Hiệu nhiệt độ T2m (TH1) từ tháng đến tháng 12 (oC) giai đoạn 1991 – 2000 (tƣơng ứng từ trái sang phải, từ xuống dƣới)Error! defined Bookmark not Hình 3.7 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH1) tháng (a), tháng (b), tháng (c), tháng 10 (d) Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH1) tháng 1, tháng , tháng 7, tháng 10( tƣơng ứng từ trái sang phải) Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Hệ số tƣơng quan nồng độ BC hiệu nhiệt độ T2m mùa xuân (a), hạ (b), thu (c), đông (d) Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Biến trình năm nồng độ BC (mg/m2) (a), biến trình năm hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH1) (b), hệ số tƣơng quan theo thời gian nồng độ BC hiệu nhiệt độ T2m (TH1) (c) Error! Bookmark not defined Hình 3.11Hệ số tƣơng quan theo thời gian nồng độ BC hiệu nhiệt độ T2m (TH1)cho khu vực Việt Nam Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hƣớng (trái) – vĩ hƣớng (phải) hiệu nhiệt độ oC (TH1) tháng 1, 4, 7, 10 ( tƣơng ứng từ xuống dƣới) Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Hiệu lƣợng mƣa (TH1) từ tháng đến tháng 12 ( tƣơng ứng từ trái sang phải, xuống dƣới) trung bình giai đoạn 1991 – 2000 (mm/tháng) Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Hiệu lƣợng mƣa (mm) (TH1) trung bình tháng (a), tháng (b), tháng (c), tháng 10 (d) Error! Bookmark not defined Hình 3.15 hệ số tƣơng quan theo thời gian nồng độ BC hiệu lƣợng mƣa (TH1) Error! Bookmark not defined Hình 3.16 Nồng độ bụi trung bình năm giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2) Error! Bookmark not defined Hình 3.17 Nồng độ bụi trung bình tháng giai đoạn 1991 - 2000 (mg/m2) Error! Bookmark not defined Hình 3.18 Biến trình năm nồng độ bụi năm 1991 – 2000 (mg/m2) toàn khu vực Error! Bookmark not defined Hình 3.19 Nồng độ bụi (mg/m2) trung bình tháng từ tháng đến tháng 12 (tƣơng ứng từ trái sang phải, xuống dƣới) Error! Bookmark not defined Hình 3.20 Nồng độ (bên trái), độ dày quang học (bên phải) bụi trung bình tháng 1, 4, 7, 10 (mg/m2) ( tƣơng ứng từ xuống dƣới )Error! Bookmark not defined Hình 3.21 Trƣờng gió bề mặt trung bình tháng (a), tháng (b), tháng (c), tháng 10 (d) (m/s) Error! Bookmark not defined Hình 3.22 Hiệu nhiệt độ T2m (TH2) từ tháng đến tháng 12 (oC) giai đoạn 1991 – 2000 (Tƣơng ứng từ trái sang phải, từ xuống dƣới)Error! Bookmark not defined Hình 3.23 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH2) tháng (a), tháng (b), tháng (c), tháng 10 (d) Error! Bookmark not defined Hình 3.24 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH2) tháng 1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 (Tƣơng ứng từ trái sang phải) Error! Bookmark not defined Hình 3.25 Hệ số tƣơng quan nồng độ bụi, hiệu nhiệt độ T2m (TH2) mùa xuân (a), hè (b), thu (c), đông (d) Error! Bookmark not defined Hình 3.26 Biến trình năm nồng độ bụi (mg/m2) (a), hiệu nhiệt độ T2m TH2 (oC) (b), hệ số tƣơng quan theo thời gian nồng độ bụi hiệu nhiệt độ T2m (TH2) (c) Error! Bookmark not defined Hình 3.27 Hệ số tƣơng quan theo thời gian nồng độ bụi hiệu nhiệt độ T2m cho khu vực Việt Nam (TH2) Error! Bookmark not defined Hình 3.28 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hƣớng (trái) – vĩ hƣớng (phải) hiệu nhiệt độ oC (TH2) tháng 1, 4, 7, 10 ( tƣơng ứng từ xuống dƣới) Error! Bookmark not defined Hình 3.29 Phân bố không gian hiệu lƣợng mƣa (TH2) trung bình tháng từ tháng đến tháng 12 (mm/tháng) (tƣơng ứng từ trái sang phải, từ xuống dƣới) Error! Bookmark not defined Hình 3.30 Hiệu lƣợng mƣa (mm) (TH2) trung bình tháng (a), tháng (b), tháng (c), tháng 10 (d) Error! Bookmark not defined Hình 3.31 hệ số tƣơng quan thời gian nồng độ bụi hiệu lƣợng mƣa (TH2) Error! Bookmark not defined Hình P.1 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hƣớng hiệu nhiệt độ mực (TH1) trung bình tháng từ tháng đến tháng 12 Error! Bookmark not defined Hình P.2 Mặt cắt thẳng đứng phân bố vĩ hƣớng hiệu nhiệt độ mực (TH1) trung bình tháng từ tháng đến tháng 12 Error! Bookmark not defined Hình P.3 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hƣớng hiệu nhiệt độ mực (TH2) trung bình tháng từ tháng đến tháng 12 Error! Bookmark not defined Hình P.4 Mặt cắt thẳng đứng phân bố vĩ hƣớng hiệu nhiệt độ mực (TH2) trung bình tháng từ tháng đến tháng 12 Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BC Carbon đen (Black Carbon) BC_HB Carbon đen kỵ nƣớc (Hydrophobic black carbon) BC_HL Carbon đen thấm nƣớc (Hydrophilic or aged black carbon) BĐKH Biến đổi khí hậu GCM Mô hình hoàn lƣu chung khí (Global Circulation model) HSTQ Hệ số tƣơng quan IPCC Ban liên phủ biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change) OC Carbon hữu (Organic Carbon) RegCM Mô hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model) RF Tác động xạ (Radiative forcing) SST Nhiệt độ mặt nƣớc biển toàn cầu (Sea surface temperature) MỞ ĐẦU Ngày nay, việc nghiên cứu biến đổi khí hậu (BĐKH), tác động BĐKH tìm giải pháp, chiến lƣợc ứng phó với BĐKH vấn đề quan trọng đƣợc quan tâm đặc biệt toàn xã hội, bao gồm cấp lãnh đạo, nhà khoa học cộng đồng ngƣời dân Nhiều nghiên cứu thành phần hóa học khí thay đổi chúng có mối quan hệ trực tiếp gián tiếp tới điều kiện thời tiết, khí hậu quy mô toàn cầu nhƣ qui mô khu vực Xon khí tác nhân quan trọng gây nên thay đổi hóa học khí quyển, thay đổi trình hình thành mây, phản xạ hấp thụ lƣợng xạ mặt trời, gây nên biến đổi hệ thống thời tiết – khí hậu Tác động xon khí hệ thống khí hậu nguyên nhân biến đổi khí hậu Để đánh giá mức độ tác động xon khí tới hệ thống khí hậu, mô hình toàn cầu khu vực thƣờng đƣợc kết hợp với mô đun hóa học – xon khí để mô trình hóa học diễn khí quyển, mối liên hệ chúng với điều kiện thời tiết khí hậu Trong khuôn khổ luận văn, tác giả sử dụng mô hình khí hậu khu vực RegCM phiên 4.2 (RegCM 4.2) để nghiên cứu “Tác động xon khí đến số yếu tố khí hậu khu vực Việt Nam lân cận” Bố cục luận văn gồm chƣơng (ngoài mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục) với nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan Trong chƣơng này, tác giả trình bày tổng quan xon khí nghiên cứu nƣớc giới tác động xon khí đến khí hậu Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu Ở trình bày sơ lƣợc mô hình RegCM 4.2, thiết kế thí nghiệm Chƣơng 3: Kết nhận xét Chƣơng trình bày phân tích kết thu đƣợc làm rõ tác động xon khí đến yếu tố khí hậu khu vực Việt Nam lân cận TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hồ Thị Minh Hà Phan Văn Tân (2009), “Mô số trị ảnh hƣởng xon khí cacbon đen lên khí hậu khu vực Đông Nam Á Việt Nam”, Hội thảo gió mùa châu Á lần 2, tr 185 – 197 Nguyễn Ngọc Bích Phƣợng (2009), “Tác động trực tiếp xon khí gây người lên giáng thủy khu vực Đông Nam Á”, Luận văn cao học ngành Khí Tƣợng Phạm Xuân Thành, Nguyễn Xuân Anh, Lê Việt Huy, Lê Nhƣ Quân, Hoàng Hải Sơn, Phạm Lê Khƣơng (2011), “Ảnh hƣởng mƣa đầu mùa tới độ dày quang học xon khí Bạc Liêu”, Tạp chí Các khoa học trái đất, 33(1), tr 10 – 17 Đào Thị Hồng Vân (2013), “Nghiên cứu khả ứng dụng mô hình WRFCHEM vào khu vực Việt Nam”, Luận văn cao học ngành Khí Tƣợng Tiếng Anh Chung C.E Ramanathan V., Kim D., Podgomy L.A., (2005), “Global anthropogenic aerosol direct forcing derived from satellite and ground – based observations”, Journal of Geophyical Research D F Zhang ccs, (2009), “Simulation of dust aerosol and its regional feedbacks over East Asiausing a regional climate model”, Atmos Chem Phys.,9, pp 1095 -1110 Fabien Solmon.,et al.,(2008), “Dust aerosol impact on regional precipitation overwestern Africa,mechanisms and sensitivity to absorption properties”, Geophysical Research Letter, vol 35 Filippo Giorgi, Xunquiang Bi, (2002), “Direct radiative forcing and regional climatic effects of anthropogenic over East Asia: A regional couple climatechemistry/aerosol model study”, Journal of Geophysical research, vol 107 9 Giorgi, F and Chameides, W L,(1986), “Rainout Lifetimes of Highly Soluble Aerosols”, J Geophys.Res,91, pp 14367–14376 10 IPCC, Working Group I (2001), Climate change 2001: The Scientific Basic 11 IPCC, Working Group I (2007), Climate change 2007: The Physical Science Basic 12 J Wu, C Fu, Y Xu, J P Tang, W Wang, Z Wang, (2008), “Simulation of direct effects of black carbon aerosol on temperature and hydrological cycle in Asia by a Regional Climate Model”, Meteorol Atmos Phys 100 13 Kasibhatla, P., Chameides, W L., and John, J St,(1997), “A ThreeDimensional Global Model Investigationof Seasonal Variation in the Atmospheric Burden of Anthropogenic Sulfate Aerosols”,J.Geophys Res,102, pp 3737– 3759 14 Konare, A A.S Zakey, F Solmon, F Giorgi, S Rauscher, S Ibrah and X Bi, (2008), “Aregional climate modeling study of the effect of desert dust on the West Africa monsoon”,J.Geophys Res,113 15 Lau K.-M., et al, (2008),“The joint Aerosol - Monsoon Experiment: A NewChallenge for Monsoon Climate Research”,Bulletin of the American Meteorological Society, Vol 89, pp 369-383 16 Luo, C., St John, J C., Zhou, X J., Lam, K S., Wang, T., and Chameides, W.L (2000), “A NonurbanOzone Air Pollution Episode over Eastern China: Observations and Model Simulations”, J Geophys Res,105, pp 1889–1908 17 Mark Z Jacobson (2001),“Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in atmospheric aerosols”, Nature vol 409, pp 695 – 697 18 Subari Menon, James Hansen, Larissa Nazarenko, Yunfeng Luo (2002), “Climate Effects of Black Carbon Aerosols in China and India”, Science, vol 297, pp 2250-2253 10 19 Marticorena, B and G Bergametti,(1995),“Modeling the atmospheric dust cycle, Part 1: Designof soil-derived dust emission scheme”, J Geopys Res,100 20 ParungoF, , Z Li, X S Li, D Z Yang, and J Harris, (1994),“Gobi dusts tormsandthe GreatGreenWall”, GeophysR es.L ett., 21, pp 999-1002 21 P.Zanis.,et al (2012), “Regional climate feedback of anthropogenic aerosols over Europe using RegCM3”, Climate resarch, Vol 52, pp 267 -278 22 Qian, Y., Giorgi, F., Huang, Y., Chameides, W L., and Luo, C,(2001), “Simulation of AnthropogenicSulfur over East Asia with a Regional Coupled Chemistry-ClimateModel”, Tellus 53B, pp 171–191 23 Qian , et al (2001), “Reginal simulation of anthropogenic sulfur over east Asia and its sensitivity to model parameters”, Tellus,53B, pp 171-191 24 Ramanathan V., et al, (2005),“Atmospheric brown clouds: Impact on South Asianclimate and hydrologic cycle”,Proc Natl Acad Sci USA, 102, 53265333 25 Tami C.Bond, (2007), Black Carbon and Climate Change,University of illnois, Urbana - Champaign 26 S.Twomey (1977), “The influence of pollution on the shortwave albedo of clouds”, Institude of Atmosphere Physic, University of Arisona 27 Zakey, A., F Solmon and F Girogi,(2006), “Development and testing of a desert dust modulein a regional climate model” Atmos Chem Phys 6,pp 4687-4704 28 Zhang, X Y., Gong, S L., Zhao, T L., Arimoto, R., Wang, Y.Q., and Zhou, Z.J, (2003),“Sources of Asian dust and role of climatechange versus desertificationin Asian dust emission”, Geophys.Res Lett., 30(24) 29 Zhang Nan, Qin Yue, Xie ShaoDong, (2013), “Spaial distribution of black carbon emissons in China”, Chinese Science Bulletin, Vol 58 11