Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tương tác đất- khí quyển đến điều kiện khí hậu khu vực miền Trung Việt Nam

Dổng chảv mặt phụ thuộc vao thông lượng nước thuân (giáng thuỷ trừ bốc hơi) tại bề mặt, độ ẩm đất và nhiệt độ bề mặt đất. Tốc độ dòng chảy mặt được biểu diễn như là hàm cùa toc đ[r]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUỠNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN• * • •

N G H IÊ N CỨ U Ả N H HƯỞNG CỦA Q U Á T R ÌN H T Ư Ơ N G TÁ C Đ Ấ T — KH Ỉ QUYEN đ ế n Đ IÊ U k i ệ n

K H Í H Ậ U KH U Vực MIEN TR U N G V IỆ T NAM

M ã số: Ọ G

Chủ trì đ ể tòi: PGS TS Phan Vãn Tân

Các thành viên tham gio: PGS TS Nguyễn Hướng Điên

ThS Nguyễn M inh Trường ThS Vũ Thanh H ằng ThS Trần Ngọc Anh CN N suyễn Đăng Quang C N D Đ cT ien

CN Hoàng Thanh Vân NCS Bùi H oàng H ải

BÁO CÁO TÓM TẤT ĐỂ TÀI

1 Tên để tài: Nghiên cứu ảnh hưởng trình tương tác đất - khí đến điều kiện khí hậu khu vực miền Trung Việt Nam

2 Mã số: QG.02.16

3 Chủ trì để tài: PGS TS Phan Văn Tân 4 Các cán tham gia:

1) PGS TS Nguyễn Hướng Điền 2) ThS Nguyễn Minh Trường 3) ThS Vũ Thanh Hằng 4) ThS Trần Ngọc Anh 5) CN Nguyễn Đăng Quang 6) CN Dư Đức Tiến

7) CN Hoàng Thanh Vân 8) NCS Bùi Hoàng Hải M ục tiêu nội dung nghiên cứu: 1) Mục tiêu:

- Đánh giá vai trò lớp phủ thực vật, dạng mặt đệm khác đến dòng nhiệt, ẩm bề mặt khu vực miền Trung Việt Nam

- Xác định mức độ ảnh hưởng biến đổi tính chất mặt đệm đến điều kiện khí hậu khu vực nghiên cứu

2) Nội dưng:

a) Nghiên cứu xây dựng/ứng dụng phát triển mơ hình mơ q trình tương tác đất - khí

- Nghiên cứu lý thuyết mơ hình hố/mơ q trình trao đổi nhiệt, ẩm lớp thổ nhưỡng - lớp phủ thực vật - khí

- Tìm hiểu, xây dựng thuật tốn tính dịng nhiệt, ẩm lớp đất - khí bề mặt

- Xây dựng/ứng dụng phát triển chương trình tính tốn đòng nhiệt, ẩm lớp thổ nhưỡng - lớp phủ thực vật - khí

b) Nghiẻn cứu ảnh hưởng trình trao đổi nhiệt, ẩm nguồn ẩm đến điều kiện khí hậu khu vực

- Tính dịng trao đổi nhiột, ẩm cho tổ hợp đất - lớp phủ thực vật; xác định biến đổi theo không gian thời gian chúng

- Xác định mức độ ảnh hưỏng trình trao đổi nhiệt, ẩm lớp thổ nhưỡng - lớp phủ thực vật - khí đến khí hậu khu vực nghiên cứu

6 Các kết đạt được:

1) Trên sở tập số liệu đất sử dụng với độ phân giải ngang 30 phút 10 phút, khảo sát tính bất đồng bề mặt lưới mơ hình khí hậu khu vực độ phân giải ngang 54 km khu vực từ 103°E-110°E từ 12°N-20nN Mức độ bất bề mặt đánh giá vào số loại bề mặt xuất ô lưới Hai phương án tiến hành khảo sát (1) Xác định số loại bề mật thực có lưới mơ hình dựa tỷ lệ phần trãm diện tích phủ loại (PA-1), (2) Chia lưới mơ hình thành 32=9 ô lưới con, ô lưới xác định loại bể mặt thống trị, sau xác định số lưới lưới mơ hình có loại bề rhặt thống trị khác (PA-2) Kết tính toán cho thấy, ngoại trừ bể mặt biển, lưói nàm đất liền xảy bất đồng Số loại bề mặt xuất lưới mơ hình thường loại PA-1 có số lưới xuất bất đồng nhiều PA-2 Các loại bề mặt S2 (đất nông nghiệp đất trồng hỗn hợp) SI (rừng nhiệt đới cận nhiệt đới thường xanh) có diện tích tăng lên, cịn loại S7 (bề mặt nước) S I3 (cây bụi, cỏ cao savan) bị giảm diện tích

2) Nghiên cứu ứng dụng sơ đồ trao đổi bề mặt BATS để khảo sát ảnh hường bề mặt đệm đến dòng lượng, nhiệt, ẩm từ bể mặt Ở thực trường hợp thử nghiệm cho loại bề mặt chủ yếu vùng nghiên cứu S2, S5, S12 S13 với BATS chạy tính chế độ độc lập Các tham số đầu vào liên quan đến đặc tính bể mặt tác động từ khí lấy giả định nhằm khảo sát độ nhạy Kết tính tốn chi rằng, điều kiện tác động từ khí quyển, bề mặt có độ che phủ thực vật lớn trao đổi dòng hiển nhiệt ẩn nhiệt bề mặt khí xảy mạnh mẽ Sự biến đổi độ che phủ thực vật có tác động đáng kể đến dòng lượng từ loại bề mặt khác Việc giảm độ che phủ thực vật làm tăng dòng hiển nhiệt, làm giảm tốc độ bốc thoát bề mặt, làm tãng lượng dòng chảy mật Tốc độ tần suất giáng thủy có tác động quan trọng tới đòng chảy mặt Sự suy kiệt dòng chảy mặt, giảm dòng ẩn nhiệt, tăng mạnh đổi hướng dịng hiển nhiệt từ bề mặt vào khí khổng có giáng thủy đặc điểm đáng ý xem xét vai trò bề mặt mơ hình khí hậu

3) Nghiên cứu tác động bất đồng bề mặt tới dòng trao đổi nhiệt, ẩm lượng mưa mơ hlnh dự báo khí hậu Trên sở BATS chạy kết hợp với mơ hình khí hậu khu vực RegCM, tính tốn dịng nhiệt, ẩm từ bể mặt mô phỏnơ trườna lượnơ mưa cho tháng 6-10/1996 khu vực miền Trung Việt Nam vù vùng phụ cận với ba phương án thử nghiệm: PA-0 (chưa tính đến bất bề mặt) PA-1 PA-2 Kết nhận cho thấy, việc đưa vào tính bất bề mặt làm thay đổi rõ rệt phân bố dòng nhiệt, ẩm từ bề mặt lượng mưa dự báo theo mơ hình Trên phần lớn diện tích vùng nghiên cứu giá trị dịng ẩn nhiệt hiên tính theo PA-1 lớn PA-2, với độ chênh lệch biến thiên khoảng từ 0-10% , đặc biệt số nơi, khu vực Biển Hồ vùng đảo Hải Nam (Trung

Quốc), đạt tói khoảng 40% tùy thuộc vào thời gian năm Khi đưa vào tính bất đồng bể mật, lượng mưa dự báo theo mơ hình dải miền Trung Việt Nam tháng 6, 7, tãng lên cách đáng kể so với trường hợp chưa tính đến bất đồng Mức độ khác biệt lên tới 200-250 mm Tuy nhiên, tháng 9, 10 lượng mưa dự báo theo PA -Ỉ PA-2 khu vực có xu hướng giảm so với PA-0

7 Tinh hình kinh phí đề tài

Tổng icinh phí cấp: 60.000.000

Đã nhận: 60.000.000 đồng

Đã toán: 60.000.000

XÁC NHẬN

CỦA BAN CHỦ NHIỆM KHOA CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI

PGS TS Phạm Văn Huấn PGS TS Phan Văn Tán

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG

ABSTRACT

1 P ro ject title: Study on effects of land-atmosphere interactions on climatological conditions in the miđdle of Vietnam

2 Code number: QG.02.i6

3 P ro ject L eader: Assoc Prof Dr Phan Van Tan

4 Members:

1) Assoc Prof Dr Nguyen Huong Dien 2) M.Sc Nguyen Minh Truong

3) M.Sc Vu Thanh Hang 4) M.Sc Tran Ngoe Anh 5) B.Sc Nguyen Dang Quang 6) B.Sc Du Duc Tien

7) B.Sc Hoang Thanh Van

8) PhD Student Bui Hoang Hai Pock)tt^cf cUnỷ

5 Aims and contents of project:

1) Aims:

- Assessing the roles of vegetation/land covered types on the suríace heat and moisture fluxes over middle of Vietnam and adjacent regions

- Stmỷnrg the effects of heterogeneities of land surfaces to the climatological conditions over interested regions

2) Contents:

a) Applying and developing Earth Suríace Exchange Models (ESEMs) - Studying on theories of ESEMs

- Studying on algorithm and develop programs to calculate the suríace íluxes b) Studying the effects of the vegetation/land covered heterogeneities on the heat and moisture exchange processes between land suríace and atmosphere, and on đim atological regional conditions

- Determine the types of the vegetation/land covers and their properties over interested region

- Calculate the head and moisture íluxes with respect to each vagetation/land cover tvpe, determine their spatial and temporal distributions

- Determine the effects of the vegetation/Iand cover heterogeneities on the heat and moisture íluxes from suríace, and on the rainíall simulation

ABSTRACT

1 P ro ject title: Study on effects of land-atmosphere interactions on climatological conditions in the middle of Vietnam

2 Code number: QG.02.16

3 P ro ject L eader: Assoc Prof Dr Phan Van Tan

4 Members:

1) Assoc Prof Dr Nguyen Huong Dien 2) M.Sc Nguyen Minh Truong

3) M.Sc Vu Thanh Hang 4) M.Sc Tran Ngoe Anh 5) B.Sc Nguyen Dang Quang 6) B.Sc Du Duc Tien

7) B.Sc Hoang Thanh Van

8) PhD Student Bui Hoang Hai Poctorct? f ^ cU nf

5 Aims and contents of prọịect:

1) Aims:

- Assessing the roles of vegetation/land covered types on the suríace heat and moỉsture fluxes over middle of Vietnam and adjacent regions

- the effects of heterogeneities of land surfaces to the climatological conditions over interested regions

2) Contents:

a) Applying and developing Earth Suríace Exchange Models (ESEMs) - Studying on theories of ESEMs

- Studying on algorithm and develop programs to calculate the suríace íluxes b) Studying the effects of the vegetation/land covered heterogeneities on the heat and moisture exchange processes betvveen land suríace and atmosphere, and on climatological regional conditions

- Determine the types of the vegetation/land covers and theư properties over interested region

- Calculate the head and moisture íluxes with respect to each vagetation/land cover tvpe detennine their spatial and temporal distributions

- Determine the effects of the vegetation/land cover heterogeneities on the heat and moisture Auxes from suríace, and on the rainíall simulation

6 Results:

1) Based on the land-use data sets of 30 minute and 10 mĩnute resolutions, the heterogeneities of vegetation/lanđ covered types are investigated in corresponding to the model mesh size of 54 km over domain of 103°E-110°E and 12°N-20°N The heterogeneities are deíĩned by the number of vegetation/land cover types that are available in each grid box Two cases of heterogeneities are investigated: (1) The heterogeneity is deíĩned base on the area fractions of vegetation/land types in the model griđ box (PA-1), and (2) the model grid box is divided into regularly spaced sub-grid of 32=9 elements; each element of the sub-grid is assigned an individual surface type; The heterogeneity is defĩned by the number of sub-grid eỉements having different suríace types (PA-2) The results showed that, except the ocean areas, most of the model grid box that located over continent is heterogeneous The number of suríace types in the model gird box is usually or In the case of PA-1, the number of the model grid box that occur heterogeneity is more than in the case o í PA-2 The areas of suríace types of S2 (crop/mixed íarming) and S12 (evergreen broadỉeaí ưee) are increased, while for the S7 (water/ocean) and SI (savannah/tall grass) are decreased

2) Studying and applying BATS to investigate the effects of land suríaces on the surface heat and moisture Auxes Here we use BATS with stand-alone mode to run with the dominated suríace types of S2, S5, S12 and S13 The input parameters of the suríace type properties and atmospheric forcing are chosen as assumptions The results showed that, in the same atmospheric íorcing, the heat and moisture exchange íluxes are stronger from surface types that have larger ữactional vegetation cover Changes in fractional vegetation covers signifĩcantly affect the energy fluxes from suríace types Decrease of ữaetional vegetation covers lead to increase of sensitive heat íluxes, decrease of evapotranspừation rate and increase of suríace runoff The rate and írequency of precipitation strongly affects suríace runoff The decline of the runoff, reduction of latent heat íluxes, and enhancement and change of direction of the suríace sensitive heat fluxes to the atmosphere caused by absence of precipitation is one of important íeatures of the land surface processes

3) Study on effects of Iand surface heterogeneities on the heat, moisture and simulated rainíall within regional climate mođel ưsing Regional Climate Model (RegCM) coupled with BATS, we have calculated the suríace sensitive heat and latent heat íluxes, and simulateđ rainíall in the period of June-October 1996 over middle of Vietnam and adjacent regions Three experiments are carried out: PA-0 (heterogeneity of the land suríace is not treated), PA-1 PA-2 The results shovved that, the distribution of the suríace sensitive heat, latent heat fluxes as well as simulated rainĩall are changed strongly vvhen the heterogeneity of suríace are treated Over the most of interested resions, the sensitive heat and latent heat íluxes obtained in the PA -l experiment are larger than in the PA-2 experiment with differences range from 0-10% These differences can reach to 40% in the Bien Ho and Hai Nam areas depend on the time in the vear When the suríace heterogeneity is included, the simulated rainíall over the middle of Vietnam is increased significantly in comparison with the case that the land suríace heterogeneity is not treated during the period of June-August These

differences can reach to 200-250 mm The simulated rainíall of September and October in the PA-1 and PA-2 experiments tend to đecrease in comparison with PA-0, however, over these areas

7 Funding:

Total support: 60.000.000 VND

Received: 60.0ÍX).000 VND

Spent: 60.000.000 VND

Mở đầu

MỤC LỤC

2

Chương M hình hố q trình bề mặt mơ hình khí h ậ u

1.1 Vai trị q trình bề mặt đất mơ hình hố hộ thống khí hậu

1.1.1 Vài nét mơ hình trao đổi bề mặt

1.1.2 Mô hĩnh trao đổi bề mặt mô hình hệ thống khí hậu

1.1.3 Quan hệ q trình khác hệ thống khí hậu

1 1.4 Cấu trúc mơ hình trao đổi bề mặt 18

1.2 Sơ lược cách tiếp cận mơ hình hố 18

1.2.1 Nhũng mơ hình đơn giản 18

1.2.2 Hiện trạng mô hình trao đổi bề mặt 20

1.3 Ánh hưởng tính bất bề mặt : 30

1.3.1 Vấn đề biểu diễn tính bất đồng bề mặt 31

1.3.2 Anh hưởng trực tiếp củá tính bất đồng bề m ặt 32

1.3.3 Anh hưởng gián tiếp tính bất đồng bề m ặt 34

Chương Mô tả mơ hình tính địng trao đổi bề mặt khí 37

- 2.1 M đ ầ u 7 ’ 37

2.2 Phân loại bề mặt 38

2.3 Tính albedo bể m ặt 41

2.4 Tính nhiệt độ đất 43

2.5 Tính độ ẩm đất lớp phủ tuyết điểu kiện khơng có lớp phủ thực vật 43

2.5.1 Giáng thủy (mưa tuyết rơi) 44

2.5.2 Nguồn ẩm đất 44

2.5.3 Nước rò rỉ thấm xuống bể nước ngầm 44

2.5.4 Sự bốc 45

2.5.5 Dòng chảy mặt 45

2.5.6 Lớp phủ tuyết 45

2.6 Hệ sô' cản cấc dòng đất trống 46

2.7 Các q trình dịng lượng thực vật 47

2.7.1 Tham số hóa biến 47

2.7.2 Sự tích lũy giáng thủy sương bị chặn giữ thực vật 47

2.7.3 Các dòng từ tán l 48

2.7.4 Kháng trở khí khổng 48

2.7.5 Kháng trờ r ễ 49

2.7.6 Cân nãng lượng tán thực vật đất 49

2.7.7 Nhiệt độ 49

2.7.8 Các dịng lượng từ đất khơng có lớp phủ thực vật 50

2.7.9 Độ ẩm đất có lớp phủ thực vật 50

Chương Kết tính tốn nhận xét 51

3.1 Số liệu 51

3.2 Khảo sát mức độ bất đồng bể mặt trẽn khu vực nghiên cứu 52

3.3 Vai trò loại bề mặt khác dòng nãng lượng nhiệt ẩm 53

3.3.1 Ảnh hướng loại bể mặt đến dòng trao đổi nhiệt ẩm 55

3.3.2 Vai trị tác động từ khí đến dòng trao đổi nhiệt ẩm từ bề mặt 55

3.4 Tác động tính bất đồng bể mặt đến phân bố dòng trao đổi lượng đất-khí khu vực miền Trung Việt Nam vùng phụ cận 58

Kết luận kiến n g h ị 62

Tài liệu tham k h ả o 64

MỞ ĐẦU

Trên quan điểm vật lý, hệ thống khí hậu bao gồm thành phần (5 hệ con) khí quyển, thủy quyển, băng quyển, sinh thạch [5] Sự tương tác thành phẩn hệ thống khí hậu nghiên cứu nhiều năm qua Tuy nhiên, năm gần mơ hình tốn học nghiên cứu xây dựng để mơ tả hệ thống khí hậu (từ gọi mơ hình hệ thống khí hậu (Climate System Models - CSMs)) tổng thể cho chế hổi tiếp (feedback) nhận biết định lượng hoá Trọng tâm việc mơ hình hố hệ thống khí hậu trình trao đổi xuất bề mạt trái đất Những q trình trao đổi đóng vai trị tương tác khí quyển, sinh thuỷ quyển, định nguồn (budget) lượng phân bố hợp phần hoá học quan trọng

Trong hệ thống khí hậu, bề mặt trái đất đóng vai trị phân bố lại lượng xạ mặt trời mà hấp thụ Bể mặt hấp thụ lượng xạ mặt trời trả lại cho hệ thống khí hậu dịng phát xạ sóng dài dịng phi xạ Các dòng lượng phi xạ bao gồm ẩn nhiệt, hiển nhiệt, dòng nhiệt truyền xuống lớp đất sâu, lượng nhiệt dành cho trình chuyển pha nước phản ứng sinh hoá xảy bề mặt [4, 10, 15]

Sự tương tác bề mặt trái đất khí diễn quy mô không gian thời gian Bề mặt trái đất bao gồm hai thành phần lớp phủ thực vật lớp phủ thổ nhưỡng (đất) Bề mặt chịu tác động khí thông qua tương tác với lớp phủ thực vật Lớp đất phía đóng vai trị tích trữ vật chất Xét độ lớn dòng nhiệt phi xạ, thông lượng nhiệt truyền xuống lớp đất sâu chiếm khoảng 10% lượng giành cho phản ứng sinh hoá chiếm 1% lượng lượng bề mặt hấp thụ Như vậy, bề mặt đóng vai trị trực tiếp cung cấp lượng cho khí thơng, qua dịng ẩm nhiệt rối Các dòng lượng ẩn nhiệt, hiển nhiệt truyền từ bề mặt liên quan trực tiếp đến trạng thái nhiệt, ẩm phân tầng khí Bề mạt cung cấp nhiệt, ẩm cho khí góp phần vào trinh hình thành, phát triển mây giáng thuỷ Sự phát triển mây giáng thuỷ lại quan hệ chặt chẽ với khả truyền xạ mặt trời khí gián tiếp liên quan tới chế động lực khác chuyển động khí từ quy mơ vi mỏ, quy mô vừa quy mô ỉớn

Khả nãng phân bô' lại lượng bề mặt phụ thuộc vào loại bề mặt đệm (land use) trạng thái thuỷ văn Đối với vùng đất khơ trống (khơng có thực vật), lượng mặt trời chủ yếu dùng để đốt nóng bề mặt Khi dòng nhiệt rối (hiển nhiệt) dòng nhiệt truyền xuống lớp đất phía lớn khơng xảy bốc bề mặt Ngược lại, bề mặt ướt (sau mưa, đất nông nghiệp sau tưới), lượng sử dụng cho q trình bốc bề mặt Trong trường hợp dòng hiển nhiệt dòng nhiệt truyền xuống đất sâu thường nhỏ nhiều so với dịng ẩn nhiệt Đối với bể mặt có thực vật bao phủ dày, nước lớp đất rễ hút rễ cày q trình thực vật Vì vậy, điều

kiện m ặt đất cung cấp nước khả nãng bốc thoát bề mật lớn đất có đủ lượng nước điều kiện thời tiết thích hợp cho việc thực vật Với loại bề mặt thành phố, loại bề mặt gần không thấm, hạn chế việc bốc nước đất Khi bị đốt nóng mạnh, vùng nội thành có điều kiện gần giống với vùng đất khơ trống

Trong mơ hình mơ khí hệ thống khí hậu nay, bể mặt đóng vai trị cung cấp điều kiện biên cho mơ hình khí quyển, bao gồm thơng lượng ẩn nhiệt, hiển nhiệt động lượng Theo truyền thống, trình trao đổi bể mặt trái đất mơ hình hố sơ đồ thiết kế để mô tả nguồn lượng, nước động lượng bề mặt đất trao đổi động lượng, lượng ẩm khí - đại dương (băng) Những sơ đồ gọi mô hình trao đổi bề m ặt - ESEMs (Earth Suríace Exchange Models) Các sơ đồ mô tả trao đổi bề mặt đất khí nên người ta cịn gọi mơ hình bề mặt đất hay đơn giản mơ hình đất (Soil-Vegetation-Atmosphere Transfers (SVAT)) Các sơ đồ SVAT phát triển sóm, từ sơ đổ đất-thuỷ vãn đơn giản ban đầu Budyko (1963), Manabe (1969) đến sơ đồ tán lớn (big-leaf) phức tạp Deardroff (1978) [1, 2, 4, 10], chúng liên tục nghiên cứu cải tiến Gần hơn, người ta thường sử dụng hai sơ đổ BATS (Biosphere Atmosphere Transĩer Scheme) Dickinson [6,7] SiB (Simple Biosphere) Seìlers [18,19] Hai sơ đồ mơ hình đấu tiên đưa vào hầu hết trình xảy bề mặt áp dụng cho mơ hình khí hậu Số liệu đầu vào cho SVAT ỉà sản phẩm từ mô hình khí (Atmospheric Model - AM) mực thấp mô hĩnh, gồm xạ, giáng thuỷ, thành phần vectơ gió, nhiệt độ độ ẩm sát bể mặt Ngoài ra, tham số bề mặt cẩn cung cấp cho SVAT loại bề mặt đệm tính chất vật lý tương ứng đặc trưng cho chúng

Trong mơ hình khí hậu nay, mơ hình hồn lưu chung khí (General Circulation Model - GCM), mơ hĩnh khí hậu tồn cầu (Global Climate Model - GCM, chú ý GCM dùng để mơ hình hồn lưu chung mơ hình k h í hậu toàn cẩu, người ta thường ám mơ hình k h í hậu tồn cẩu m hình hồn lưu chung khơng thích g ì thêm) CCM (Climate Community Model), mơ hình thời tiết, khí hậu khu vực hạn chế (Limitted Area Model - LAM) với độ phân giải cao, kích thước khơng gian lưới tính cho phép từ 10°km đến 103km Thông thường, số liệu phân loại bề mặt điều tra khảo sát, nhận từ ảnh vệ tinh, bao gồm hai tham số loại bề mặt tỷ lệ diện tích chiếm loại bể mặt vùng Tuy nhiên, mơ hình khí hậu, ô lưới mò hinh phép biểu diễn loại bề mặt Điều dẫn đến việc, dù phạm vi lưới tồn nhiều loại bề mặt, chúng phải gán cho loại bể mặt Loại bề mặt gán cho lưới mơ hình thường chọn loại bề mặt có tỷ lệ diện tích phủ lớn lưới - loại bề mạt thống trị Và vậy, vấn đề nảy sinh là, thực chất tổn bất bể mặt Iuới mổ hình đồng hóa chúng dịng trao đổi bề mặt lưới mơ hình (có loại bề mặt gán) khí không phản ánh trạng thái thực chúng Việc xử lý tính bất đồne

nhất bề mặt vấn đề nhiều nhà nghiên cứu quan tâm

Khu vực mién Trung vùng phụ cận có đặc điểm địa hình điều kiện mặt đệm phức tạp Với vị trí nằm kề sát biển hầu hết diện tích đồi núi, chắn xảy bất đồng bể mặt phạm vi lưới sử dụng mơ hình khí hậu khu vực với độ phân giải khoảng vài chục km Đề tài đặt bước khởi đầu cho việc nghiên cứu ứng dụng mỏ hình số vào mơ dự báo khí hậu Viột Nam, nhấn mạnh vai trị trình bề mặt đất

Cũng cần nói thêm rằng, tính bất đồng bề mặt xem xét nhiều khía cạnh khác nhau, bất đồng lớp phủ thực vật, bất đồng địa hình (độ cao), bất đồng kết cấu đất, Trong phạm vi đề tài đề cập đến bất lớp phủ bề mặt

Đề tài hoàn thành với hỗ trợ kinh phí từ Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHQGHN), giúp đỡ Ban Khoa học & Công nghệ, Hội đồng Khoa học Trái đất, ĐHQGHN, Phịng Khoa học & Cơng nghệ, Ban chủ nhiệm khoa Khí tượng Thủy văn & Hải dương (KTTV&HDH), Đại học Khoa học Tự nhiên đóng góp ý kiến, tham gia thực đồng nghiệp thuộc Bộ mơn Khí tượng Khoa KTTV&HDH Nhân chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành

Nội dung báo cáo đề tài bố cục ba chương, phần kết luận số phụ lục

Chương Mơ hình hố q trình bề mặt mơ hình khí hậu Chương trình bày vai trị q trình bề mật đất mơ hình hố hộ thống khí hậu, cách tiếp cận mơ hình hóa, ảnh hưởng tính bất bể mặt đến trình trao đổi đất - khí

Chương Mơ tả mơ hình tính dịng trao đổi bề mặt khí Chương trình bày cách phân loại bề mặt, phương pháp tính albedo bề mặt, nhiệt độ đất, độ ẩm đất lớp phủ tuyết điều kiện khơng có lớp phủ thực vật, hệ số cản địng đất trống, q trình đòng lượng thực vật

Chương Kết tính tốn nhận xét Sau nêu nguồn số liệu phương pháp xử lý, đày trình bày kết khảo sát mức độ bất đồng bề mặt, vai trò loại bề mặt khác dòng lượng, nhiệt, ẩm, ảnh hưởng loại bề mặt đến dòng trao đổi nhiệt ẩm, vai trò tác động từ khí đến dịng trao đổi nhiệt ẩm từ bề mặt, tác động tính bất đồng bề mặt đến phân bơ' dịng trao đổi lượng đất-khí khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG MÔ HÌNH HỐ CÁC Q TRÌNH BỂ MẶT TRONG MƠ HÌNH KHÍ HẬU

1.1 VAI TRỊ CỦA CÁC Q TRÌNH BỂ MẶT ĐẤT TRONG MƠ HÌNH HỐ HỆ THỐNG KHÍ HẬU

1.1.1 V ài nét mơ hình trao đổi bề m ặt

Vấn đề tương tác đất-khí (land-atmosphere interaction) trao đổi ẩm lượng hai thành phần v ề mặt lịch sử, nhiều khía canh quan trọng trình tương tác xem xét đến lĩnh vực liên quan với vi khí tượng, khí tượng nơng nghiệp, khí tượng rừng, lớp biên hành tinh, thủy văn Gần hơn, tương tác đất - khí ghi nhận vấn đề quan trọng việc nghiên cứu chu trình sinh địa hóa, khí hậu, khí tượng qui mơ vừa, dự báo thời tiết phương pháp số trị Trên thực tế, bề mặt đất xem thành phần hệ thống khí hậu từ bắt đầu Chương trình Nghiên cứu Khí hậu Tồn cầu (World Climate Research Programme - WCRP), đưa vào mồ hình hồn lưu chung (General Circulation Model - GCM) dạng đơn giản

Các dịng ẩm nhiệt từ bề mặt đất đóng vai trò định phân bố nhiệt độ, nưóc, giáng thủy, tính chất mây, dịng xạ từ khí phía xuống bề mặt Việc kết hợp thành phần đất khí mơ hình nói chung phụ thuộc vào thiết lập biểu thức biểu diễn trình tương tác xảy chúng Đây vấn đề nghiên cứu So với bề mặt đại dương, phạm vi biến thiên điều kiện ẩm nhiệt độ bề mặt đất lớn, từ vùng đất khơ cằn đến vùng khí hậu ẩm ướt, từ khí hậu nhiệt đới đến khí hậu cực Trên bề mặt đất, nhiệt dung nhỏ, khả tích lũy nước hạn chế, dẫn đến biến động ngày đêm điều kiện nhiệt, ẩm mạnh nhiều so với bề mặt đại dưcmg, tạo tác động trực tiếp đến biến đổi lượng ẩm vào khí quyển, gây nên biến đổi tính chất mày giáng thủy Khả hạn chế việc tích lũy nhiệt nước kết hợp với chất bất đất phía dưới, lớp phủ thực vật độ nghiêng địa hình hàm chứa bất đồng lớn dòng hiển nhiệt ẩn nhiệt từ bề mặt đất Tuy nhiên, khác biệt dòng so với dòng từ bề mặt xem đồng sao, chúng chi phối hồn lưu qui mơ vừa, tác động đến điểu kiện qui mô lớn nào, vấn để cốt yếu mà tập trung nghiên cứu

Đầu vào cho mơ hình khí từ mơ hình bề măt đất biến thiên qui mổ không gian từ hàng chục đến hàng trãm km Trong cịn nhiều, khơng nói tất cả, trình bề mặt đất xác định đầu vào xảy qui mô không gian nhỏ hơn, từ qui mô không gian đến cánh đồng tối đa cảnh quan khu vực Những sơ đổ tham số hóa bề mặt đất mơ hình khí hậu mơ hình qui mơ vừa chấp nhận giả thiết bề mặt đất qui mơ diện tích lưới mơ hình, với dạng bề mặt giả thiết cụ thể đó, lấy trung bình dạng bề mặt thực tế Những sơ đổ tham số hóa gần đâv đưa vào

một vài khía cạnh tính bất đồng sâu nghiên cứu nguyên nhân gây khác biệt kết thu nhận tính đến hiệu ứng bất đồng khác Một số tác giả đề xuất biểu diễn bề mặt đất bên mổ hình dạng khảm (mosaic) bể mặt đồng nhất, loại phần tổng diện tích lưới Các biến dự báo, độ ẩm đất nhiệt độ đất, tính riêng biệt cho miền Một số nghiên cứu khác lại nhấn mạnh tầm quan trọng biến động không gian giáng thủy độ ẩm đất đề xuất sơ đổ tham số hóa thống kê

1.1.2 M hình trao đổi bề m ặt tron g mơ hình hệ thống khí hậu

Hình 1.1 minh hoạ cấu trúc mơ hình hệ thống khí hậu (đã đơn giản hố) vai trị giao diện mơ hình trao đổi bề mặt Qua thấy, khí tương tác với bề mặt đất thông qua trao đổi động lượng, lượng, nước hợp phần hoá học khác Bề mặt làm tiêu hao động lượng hồn lưu khí sức cản bề mặt làm tiêu hao nguồn nước thông qua bốc đất đặc biệt biển Sự"trao đổi xạ, hiển nhiệt nước bề mạt - khí đóng vai trị việc hình thành trì hồn lưu khí nhiều qui mô không gian khác nhau, từ qui mơ vừa gió đất - biển (sea-breeze) đến qui mơ tồn cầu hồn lưu Hadley Hơn nữa, tác động bề mặt làm ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu qui mơ lớn, qui mơ vùng địa phương (Giorgi & Mearns, 1991 [11]) Tương tự, ứng suất gió dịng nãng lượng nước bể mặt đại dương chế tác động tạo hồn lưu biển khu vực tồn cầu (Niiler 1992, [10])

Hình 1.1 Sơ đổ biểu diễn dạng đơn giàn mỏ hình hệ thống khí hậu (CSM) đó ESEMs đóng vai trị giao diện thành phẩn

Theo truyền thống, đất liền, mơ hình trao đổi bề mặt xem cơng cụ để tính dịng động lượng, lượng nước bề mặt cho mơ hình khí (AM) cho trước tập tham số biểu thị tính chất bề mặt đất Tuy nhiên, mơ hình hệ thống khí hậu nay, mơ hình trao đổi bề mặt đóng vai trị giao diện, kết nối tác động qua lại mơ hình khí quyển, sinh thủy vãn bề mặt Để tính dịng bề mặt, mơ hình trao đổi bề mặt đòi hỏi phải cung cấp số biến bề mặt, lớp phủ thực vật tính chất Trong số mơ hình Day, biến cho dạng tập số liệu đầu vào Tuy nhiên, mơ hình kết hợp hình 1.1 giá trị biến tạo thành tương tác lẫn mơ hình hệ sinh thái, mà đến lượt mơ hình sử dụng biến khí hậu nguồn nước bề mặt tạo nên mơ hình trao đổi bề mặt để mô động lực học hệ sinh thái

Hình 1.2 minh họa cho vai trị giao diện mơ hình trao đổi bề mạt mơ hình hệ thống khí hậu Mơ hình khí cung cấp gió, áp suất, nhiệt độ, độ ẩm mực thấp mơ hình, xạ mặt trời phát xạ sóng dài từ khí từ sơ đổ tham số hoá xạ, hệ số trao đổi nhiệt, ẩm từ sơ đồ tham số hố rối bề mặt giáng thủy cho mơ hình bề mặt đất Kết tính tốn mơ hình đất trả lại cho mơ hình khí dòng hiển nhiệt, ẩn nhiệt, nước (bốc hơi), , lượng nước dư thừa biến thành dòng chảy mặt Sự kết hợp nước khí nước bề mặt vể xảy thông qua phân chia giáng thuỷ thành bốc hơi, dòng chảy nước thấm xuống đất sâu Các mơ hình khí hậu nói chung tính dịng chảy phần lại lượng giáng thuỷ sau bốc thoát cán cân nước lớp đât sâu vài mét tính từ bề mặt Tuy nhiên thực tế, giáng thuỷ, bốc hơi, ẩm đất dòng chảy tác động lẫn phức tạp, phụ thuộc vào dạng địa hình, tính chất đất tương tác với lớp nước sâu (Freeze 1978, Dooge 1986 [23]) Do cần phải có mơ hình thuỷ văn để tính hiệu ứng xác định dòng chảy hữu hiệu trao đổi nước với đất sâu Các mơ hình trao đổi bề mặt đóng vai trị giao diện mơ hình thuỷ văn mơ hình hệ thống khí hậu cách tính nguồn nước lóp đất bề mặt, nơi trình sinh lý xảy (tức bốc thoát hơi) cung cấp nguồn điều kiện biên cho modul thuỷ văn

KHỈ QUYỂK

cháy j Phương trinh I I inuy van _

^ I nliiệtdpng I I Thực vậl

-I ị i Bảng trên dát

I _zzzr SẤT

Hình 1.2 Vai trị giao diện mơ hinh đất mơ hình hệ thống khí hậu

Cuối cùng, mơ hình trao đổi bề mặt cịn có vai trị quan trọng mơ hình hố vận chuyển chất hố học khí quyển, nguổn vận chuyển thẳng đứng lớp khí thấp q trình lắng đọng khơ liên quan chặt chẽ với hiệu ứng trao đổi bề mặt - khí tính chất bề mặt

1.1.3 Q uan hệ trình khác tron g hệ thốn g khí hậu

1.1.3.1 Cấc q trình bề mặt thành phần khí quyển

Từ quan điểm mơ hình hố khí quyển, vai trị mơ hình trao đổi bề mặt mô tả trao đổi động lượng, lượng, nước thành phần hố học, khí bề mặt trái đất Các phương trình AM biểu diễn bảo toàn động lượng, lượng, khối lượng nước viết dạng tổng quát sau:

trong — = —- + V.V, V vectơ gió với thành phần VI hướng (hướng x), kinh

hướng (hướng y) phương thẳng đứng (hướng z) tương ứng cho u, V w, p

là áp suất, p mật độ khỏg khí, T nhiệt độ, q tỷ số xáo trộn nước, t thời gian, Q vectơ vận tốc quay trái đất, g gia tốc trọng trường, Cp nhiệt dung

riêng đẳng áp khơng khí R số khí khơng khí Trong phương trình (1.1.1)—( 1.1.5) FH Fv tương ứng biểu thị số hạng khuếch tán rối ngang thẳng đứng, Q đốt nóng phi đoạn nhiệt Sq nguồn ẩm cấp tiêu hao

Đây tập hợp phương trình vi phân với ẩn u, V, w , p , T, p q, chúng

được làm đơn giản hố tuỳ thuộc vào qui mơ chuyển động xem xét viết hệ toạ độ khác Chẳng hạn mổ hình hồn lưu chung khí (GCM), việc phân tích qui mơ làm giảm bớt phương trình thành phần thảng đứng gió cân thuỷ tĩnh phương trình (1.1.1)—( 1.1.5) thường viết hệ toạ độ thẳng đứng ơ=p/ps, ps áp suất bề mặt Ngồi ra, có thè đưa thêm phương trình liên tục khác vào hệ (1.1.1)-( 1.1.5) thành phẩn hoá học:

(1.1.3)

(1.1.2)

p dt

(1.1.4)

p = pRT (1.1.5)

dx s„

dt ( 1.6 )

trong X tỷ số xáo trộn thành phần hóa học đó, s x nguồn cấp tiêu hao thành phần hóa học xét Tập hợp phương trình (1.1.1)—( 1.1.6) thơng thường tích phân số lưới ba chiều tương đương mà khoảng cách điểm lưới ngang chúng (kích thước lưới) từ gọi Àx Đối với mơ hình khí hậu tồn cầu, Ax có bậc khoảng vài trăm km, mơ hình khí hậu khu vực Ax biến thiên khoảng vài chục km ta không vào chi tiết việc thiết lập giải hệ (1-1-1)—( 1.1.6), mà nghiên cứu thành phần liên quan đến trình trao đổi bề mặt

Các trình bề mặt đưa hai thành phần đốt nóng phi đoạn nhiệt Q vận chuyển thẳng đứng Fv vào tập hợp phương trình AM Thành phần Q bao gồm hai đóng góp: nhiệt chuyển pha nước, tức ngưng kết/bốc nước mây đóng băng/tan băng, nhiệt truyển nhiột xạ Để tính tốc độ đốt nóng xạ, cần phải có thơng lượng bề mặt xạ mặt trời xạ nhiệt hồng ngoại (hay xạ sóng dài) Các thơng lượng phụ thuộc vào albedó bề mặt, độ phát xạ nhiệt độ lớp mặt đất tính mơ hình trao đổi bề mặt

Thành phần Fv mô tả vận chuyển thẳng đứng động lượng, hiển nhiệt, nước hợp phần hóa học khác xốy rối có qui mổ nhỏ nhiều so với độ phân giải ngang mơ hình Những xốy hình thành tác động nhiệt học mặt tiếp xúc bề mặt - khí quyển, hiệu vận chuyển thẳng đứng chúng phụ thuộc vào đốt nóng bề mặt tính chất học bề mặt Các thông lượng mặt tiếp xúc khí - bề mặt cần thiết việc rời rạc hóa Fv theo phương thẳng đứng điểu kiện biên

Cả thành phần thông lượng rối thông lượng xạ bề mặt phụ thuộc vào đặc tính bề mạt mà chúng cho hàm khơng gian hàm dạng bề mặt Những loại bề mặt đất trống, thực vật, tuyết, băng đất/biển nước, tính đến loại đất, loại thực vật khác loại bề mặt thành phố loại bề mặt tương ứng Điểm lưới AM giả thiết bị phủ một tổ hợp loại bề mặt, loại phủ phần diện tích lưới, Chi tiết việc mơ hình khác xử lý dạng bề mặt khác cách tiệm cận để mô tả tính bất bề mặt trình bày sau

1) Các trình xạ

Bức xạ bề mặt RN cho

R N = S 0( l - a ) + e(IRd - G BTg4) (1.1.7)

trong S(, xạ mặt trời đến bề mặt, IRj xạ sóng dài xuống bề mặt a B số Stefan-Boltzmann, a albedo dải rộng bề mặt, £ độ phát xạ bề mặt Tg nhiệt độ lớp đất bể mặt Trong phương trình (1.1.7), s IRd cung cấp sơ đồ truyền xạ AM cho trước profile thẳng đứng mây hợp phần khí quyển, a , E T8 đại lượng tính mơ hình trao đổi bề mặt

Nói chung, albedo độ phát xạ cho mô hình trao đổi bề mặt hàm tính chất bề mặt định rõ theo không gian từ tập số liệu quan trắc (chẳng hạn từ số liệu viễn thám) Trong trường hợp này, chúng xem tham số đáu vào cho mơ hình trao đổi bề mặt Albedo dải rộng thực vật nói chung biến thiên khoảng 0.1-0.3 Tuy nhiên, albedo phổ thực vật phụ thuộc rõ rệt vào bước sóng, chất diệp lục hấp thụ mạnh bước sóng nhìn thấy (hình 1.3) Hơn nữa, suất phản xạ tồn tán phụ thuộc vào mật độ lá, dạng hình học hướng vịm tán Một số sơ đồ bề mặt lại tính albedo tán dựa mơ hình truyền xạ bên tán Albedo đất biểu thị tính chất phụ thuộc phổ đáng kể phạm vi biến thiên chúng nằm khoảng 0.1-0.4, phụ thuộc vào thành phần khoáng chất độ ẩm ướt đất Albedo tãng cách đột ngột có mặt tuyến băng (lên tới 0.8) Trong mơ hình trao đổi bề mặt, độ phát xạ bề mặt thường giả thiết 1, thực tế độ phát xạ bề mặt tán nhỏ (nằm khoảng 0.95-0.98) số loại đất độ phát xạ nhỏ 0.7

Hình 1.3 Sự phụ thuộc phổ aibedo vào loại bể mặt khác Giá tri biểu diễn phía trên khung hình phần trăm tích lũy xạ mặt trời bưác sóng ngắn hơn

bước sóng phía khung hinh

Khi khơng có lớp phủ thực vật ỉớp phủ tuyết/băng, nhiệt độ lớp đất bề mặt nói chung đuợc tính từ phương trình biểu diễn cân thông lượng xạ thuần, thông lượng hiển nhiệt rối bề mặt khí (SH), thơng lượng ẩn nhiệt liên quan với bốc bề mặt (LH) nhiệt trao đổi lớp đất bề mặt lớp đất sâu (hoặc bể chứa) (Ds), tức

Rn- L H - S H - D s = (1.1.8)

trong hạng Ds có dạng

DS = kd(Tg- T J) (1.1.9)

ờ kd độ khuếch tán hữu hiệu đất Td nhiệt độ bể chứa Các hạng LH SH mơ tả sau Phương trình (1.1.8) phương trình phi tuyến Tr với tính chất phi tuyến nằm hạng tử làm lạnh xạ sóng dài phụ thuộc vào nhiệt độ cúa áp suất nước bão hòa hạng tử bốc (hay ẩn nhiệt) Phương trình (1.1.8) giải phương pháp số sử dụng phép lặp sơ đồ cao cấp hon kết hợp (lồng) với phương trình tương tự nhiệt độ tán thực vật đất sâu Khi có lớp phủ tuyết và/hoặc thực vật, phương

trình cân lượng tương tự (1.1.8) giải nhiệt độ lớp vỏ tuyết nhiệt độ tán Thành phần phát xạ sóng dài bề mặt sau lấy trung bình theo tỷ lệ diện tích đất trống, thực vật tuyết

2) Các ưình rối

Lớp khí xảy q trình trao đổi rối bề m ặt-khí nói chung xem lóp biên khí (PBL) Độ dày lóp biên biến thiên rộng tùy thuộc vào đốt nóng bề mặt, từ vài chục mét điều kiện ổn định nhiệt (bị làm lạnh từ phía dưới), đến vài km điều kiện xảy đốt nóng bề mặt mạnh

Hiện có nhiều mơ hình lớp biên, việc mồ hình hóa lớp biên khơng phải chủ để quan tâm đây, song để thuận lợi cho việc trình bày nội dung ta mô tả cách ngắn gọn cấu trúc lớp biên Trên hình 1.4 biểu diễn sơ đồ cấu trúc lớp biên Trong điểu kiện phiếm định, cấu trúc lớp biên khí thể khấc biệt vùng vùng ngoài, vùng ngoài, dịng trao đổi gần khơng phụ thuộc vào tính chất bể mặt bên chủ yếu xác định lực gradient áp suất lực Coriolis Ngược lại, vùng (còn gọi lớp bề mặt), chúng chịu tác động mạnh mẽ tính chất bề mặt Trong điều kiện bất Ổn định mạnh, ảnh hưởng thành phần (hạng tử) khí áp Coriolis nhỏ vùng bị chi phối rối đối lưu nhiệt đặc trưng xốy mà chúng mở rộng khắp tồn độ dày lớp biên Trong điều kiện vậy, vùng ngồi xem lớp xáo trộn hay lớp đối lưu tự Lớp gần bể mặt xác định vùng rối hồn tồn thơng lượng thẳng đứng không biến đổi giá trị chúng bề mặt Trong vùng phía lớp gần bề mặt, gọi lớp động lực (hay lớp hoạt động), ảnh hưởng phân tầng mật độ nhỏ, tốc độ gió, nhiệt độ hoi nước nói chung tn theo prìle thẳng đứng loga Trong điều kiện phiếm định, lớp hoạt động chiếm toàn lớp gần bề mặt, Cuối cùng, lân cận bề mặt (mặt ranh giới hay lớp chuyển tiếp), rối chịu tác động mạnh mẽ cấu trúc gổ ghề bề mặt, hiệu ứng nhớt trở nên quan trọng Lớp ranh giới giao diện đày vài cm bề mặt nhẵn (như mặt nước điều kiện gió yếu) chiếm toàn lớp tán bề mạt phủ thực vật

fio* <• 10*1

V un g n $ Ì

hoặc Lớp bwn dạng

G* »• ic1]—

Vung bong hc Lóp bể mái

lở ọ dộog lực protỉl* kgariO

Bàng phảnợ I D ó c - g õ ghé Thám dược - g o

Hình 1.4 Sơ đồ biểu diễn lớp biên khí quyển

Vận chuyển rối thẳng đứng bên lớp biên xảy qui mô không giải điều kiện bước lưới mơ hình khí hậu tồn cầu mơ hình khu vực Do đó, để tham số hóa vận chuyển xốy, thơng thường người ta sử dụng gọi phép phân ỉy Reynolds, tức tách biến mô hình ệ thành hai thành phần: trung bình lưới (ị) nhiễu động rối cho

ộ = ỹ + (Ị>' (1.1.10)

trong <Ị>" = Dịng thẳng đứng tổng cộng <ị> cho bởi:

CỬ<Ị> = oxỊ) + oxt>'+Cữ'4> + cd'ộ' = co<j) + G)'ộ' (1.1.11)

Hạng thứ vế phải phương trình (11) biểu diễn vận chuyển chuyển động qui mố giải (qui mơ lưới mơ hình), mơ tả vế trái phương trình ( l l l ) - ( 1.1.6) Hạng thứ hai phương trình (1.1.11) biểu diễn vận chuyển xốy rối qui mơ lưới Do thành phần- vận chuyển xốy thẳng đứng Fv biểu diễn:

Fy,® = ~P—~ ~ (1.1.12)

õz

Cho đến có vài sơ đổ tham số hóa thơng lượng xốy thẳng đứng khác xây dựng phát ĩriển, thông thường đơn giản biểu diễn thơng lượng xốy qua thành phần gradient thẳng đứng đại lượng trung bình, tức

^ f = - k e^ (1.1.13)

õz

trong ke hệ số khuếch tán xoáy, tương tự hệ số khuếch tán phân tử định luật Fick Phương trình (1.1.13) thường xem “gần bậc nhất” để biểu diễn thông lượng rối, cách thơng lượng rối biểu diễn qua thành phần giá trị trung bình ô lưới Ngoài cách biểu diễn trên, người ta cịn phát triển phương trình dạng thơng lượng rối mơ hình “gần bậc hai”

Bất chấp việc vận chuyển xoáy thẳng đứng ỉớp biên xử lý nào, việc rời rạc hóa thẳng đứng thành phần Fv địi hỏi phải xác định thơng lượng rối mặt giao tiếp bề m ặt-khí điều kiện biên Những thông lượng cung cấp mơ hình trao đổi bề mặt Hơn nữa, cách gián tiếp, mơ hình trao đổi bề mặt tác động tới thành phần Fv, nhiều sơ đổ tham số hóa lớp biên, cấu trúc lớp biên tự phụ thuộc vào lực sinh dòng hiển nhiệt bể mặt

hiện theo hướng thành phần u, u biến thiên theo độ cao z từ bề mặt, đó, điều kiện phiếm định, tốc độ trung bình địng phẳng song song tăng theo phương thẳng đứng, du / dz dấu hiệu dòng động lượng xuống giảm xuống

T0 bề mặt Úng suất bề mặt, mật độ chất lỏng, gradient dịng trung bình khoảng cách từ bề mặt kết hợp để xác định tham số vô thứ nguyên k

(x0 / p ) ,/2

( U )

hoặc thông thường hơn,

ĩ Ể d ĩ ) = k ( U ) '

trong u* tốc độ ma sát, cho

u* = ( - w ' u ' J /2 = (t0 / p)1/2 (1.1.16)

Nhiều chứng quan trắc rằng, lớp biên phiếm định k (hằng số Karman) gần bất biến với giá trị khoảng 0.4 Việc tích phân phương trình (1.1.15) cho ta proíile logarit:

u = — In k

z - d

trong số tích phân Z o là độ cao gồ ghề, d0 độ cao dịch chuyển Hằng số dn

được đưa vào để làm cho proíile phù hợp tốt với số liệu thực nghiệm Phương trình (1.1.17) mơ tả prile gió lớp biên phiếm định, theo hình 1.4 lớp hoat động Tham số thực nghiệm z0 hiểu độ cao profile logarit cắt trục tọa độ chất thước đo độ nhám học bề mặt z0 cànơ lớn gradient dốc phía bề mặt thông lượng động lượng 1ỚQ Zo biến

thiên từ nhỏ mm bề mặt nhẵn (ví dụ mặt nước), khoảng cm đất trống, đến 1-2 m bề mặt rừng

Khi kết hợp mơ hình trao đổi bề mặt với AM, phương trình (1.1.17) sử dụng để tính thơng lượng động lượng bề mặt sở tốc độ gió mực AM Mực nói chung khoảng vài chục mét tính từ bề mật, mà điều kiện phiếm định nằm lớp hoạt động Trong hầu hết AM thông thường người ta đưa vào đại lượng hệ số cản bề mặt phiếm định Cd0 biểu diễn thông lượng động lượng bề mặt dạng:

T0 = - p w 'u '= p C d0u ; (1.1.18)

trong ua tốc độ gió mực thấp AM, từ phương trình (1.1.16) (1.1.17) cd0 được cho bải

/

(1.1.19)

V V z ) )

Một cách tổng quát viết cho thành phần gió u V sau:

V o = - P W 'U ' = P C dOV a U adO v a a (1.1.20) T v,0 = - p w V = p C d0Va v a

trong V, tốc độ gió mực thấp AM cho (u, + vị J /2 do a a

Trong điều kiện khơng phiếm định, tính ổn định nhiệt đóng vai trị quan trọng việc xác định dịng thẳng đứng Phân tầng ổn định có xu hướng ngăn chặn vận chuyển xoáy thẳng đứng, lực liên quan với điều kiện bất ổn định nhiệt làm tăng vận chuyển thẳng đứng Trong điều kiện vậy, prìle lệch khỏi hàm logarit người ta đưa biểu thức hiệu chỉnh vô thứ ngun vào vế phải phương trình (1.1.14) để tính đến hiệu ứng ổn định thẳng đứng Cách thông thường để đưa vào hiệu chỉnh AM biểu diễn chúng dạng số Richarđson bề mặt vơ thứ ngun RiB

trong za Ta tương ứng độ cao nhiệt độ mực thấp AM Về chất số Richardson độ đo tỷ số lượng rối sinh lực trình học Nó nhận giá trị dương (âm) điều kiện ổn định (bất ổn định) Thông thường, để tính đến hiệu ứng ổn định, hệ số cản phiếm định nhân với hàm hiệu chỉnh thực nghiệm f(RiB), cho Cj = Cd0f(RiB) thay Qn phương trình (1.1.20)—( 1.1.21) f(RiB) lớn tâng theo độ lớn RiB điều kiện bất ổn định, nhỏ giảm theo RiB điều kiện ổn định Từ khảo sát thực nghiệm người ta nhận vài công thức thực nghiệm khác f(RiB) Trên hình 1.5 dẫn ví dụ hệ số cản phụ thuộc vào độ ổn định khí

Thực việc phân tích vơ thứ ngun tương tự phương trình (1.1.14)—(1.1.20) thơng lượng hiển nhiệt (SH) ẩn nhiệt (LE) ta có:

trong CJh Cd4 tương ứng hệ số cản thực nghiệm vận chuyển nhiệt nước qa tỷ số xáo trộn nước mực thấp AM, qs tỷ số xáo trộn nước bão hịa bề mặt, L ẩn nhiệt hóa hơi, (3 nhân tố ẩm ướt bề mặt (tỷ sô bốc thực tế bốc tiềm năng), dùng để đo hiệu suất bốc bề mặt phụ

(1.1.22)

SH = pcpCdhVa(T,-Ta) LH = pLCdq V aỊ3(qs(Tg)-qa)

(1.1.23) (1.1.24)

thuộc phức tạp vào trình đất thực vật, qs(Tg) hàm phi tuyến Tg, biểu diễn cơng thức

0.622es (1.1.25)

5 p-0.378es

trong es áp suất nước bão hòa

es =611exp T - 6

T - b (1.1.26)

a b số, khác nước băng Hiện có biểu thức biểu diễn gần es dạng đa thức xác, cho phép thực tính tốn hiệu dạng (1.1.26) Khi biết hệ số cản, tham số p nhiệt độ vỏ bề mặt, phương trình (1.1.20—(1.1-24) với phương trình lượng bề mặt (1.1.7) (1.1.8) cho phép khép kín hệ phương trình AM dạng biến mồ hình Chú ý rằng, việc sử dụng thông lượng rối xạ điều kiện biên cho AM tương tự việc sử dụng chúng làm điều kiện biên cho mô hình đại dương, cách tạo giao diện mơ hình lổng khí đại dương

a) b) ,

Hình 1.5 Hệ số cản a) động lượng vả b) nhiệt hàm sô' Richardson tổ hợp độ gồ ghề Đưịng liền nét tính theo phương pháp lặp; đường đứt qng tính theo cơng

thức giải tích

1.1.3.2 Các q trình bé mặt thành phần vận chuyển hóa học

Như nói trẽn, trình bề mặt tham gia vào phương trình liên tục chất X (cho phương trình (1.1.6)) hạng vận chuyển rối hạng cung cấp/tiẽu tán sz Các nguồn hóa chất hầu hết liên quan với q trình sinh-hóa, mà khn khổ đề tài việc xử lý khơng đề cập đến Một cách hình thức, nguồn chất hóa học đưa vào vế phải phương trình (1.1.6) dạng số tốc độ sinh phụ thuộc thời gian Ớ quan tâm đến trình làm lắng đọng chất hóa học Nói chung, chất hóa học (hoặc aerosol) xuất qua hai chế bản, thường gọi q trình lắng đọng khơ q trình lắng đọng ướt Q trình lắng đọng ướt xuất có giáng

thủy tách thành hai trình khác biệt, lắng đọng mây lắng đọng mây Lắng đọng mây bao gồm kết hợp tạp chất mây với nước/băng mây tiếp lắng đọng (rơi xuống) nước/băng mây giáng thủy; lắng đọng mây lắng đọng trực tiếp tạp chất (aerosol) giáng thủy

Lắng đọng khô, liên quan trực tiếp với q trình bề mặt, bao gồm vận chuyển rối xuống bề mặt hấp thu chất sau Ví dụ, mơ hình hai lớp chất khí (hay hạt) lắng đọng khô phát triển Giorgi (1986) [12] Ký hiệu số h, ô s hình 1.4 tương ứng đỉnh lớp bề mạt, đỉnh lớp giao diện bề mặt thơng lượng hợp chất khí qua lớp bề mặt cho

Fx = ksi(Xh-XS) (1.1.27)

trong k5l hệ số vận chuyển rối qua lớp bề mặt Tương tự, thông lượng mực biểu diễn

Fx = k n(x6 -X s) - (1.1.28)

Khi giả thiết thông lượng vùng lớp biên số, kết hợp phương trình (1.1.27)—( 1.1.28) lại để ước lượng Xg cho thồng lượng trở thành

Fx = k dep(Xh-Xs) (1-1-29)

trong kd,p tốc độ lắng đọng, tương ứng với nghịch đảo kháng trở truyền hai lớp kdép = k s7 + k iĩ'- Trong phương trình (1.1.29), thơng thường Xh cho mơ hình vận chuyển Xs phụ thuộc vào loại bề mặt (bằng bề mặt xem bể lắng đọng hoàn toàn) Tốc độ lắng đọng phụ thuộc vào độ gổ ghề bề mặt số Richardson, nhận thực nghiệm từ quan trắc thực địa hoậc biểu diễn dạng hệ số cản động lượng tham số thực nghiệm đo tỷ số động lượng truyền tạp chất lớp bề mặt lớp giao diện Đối với hạt, việc thiết lập cơng thức tính tốc độ lắng đọng phức tạp hơn, phải tính đến tốc độ lắng trọng trường hạt

1.1.3.3 Các trình bề mặt thành phần sinh quyển

Trên phương diện sinh học, biến khí hậu, giáng thủy, nhiệt độ khơng khí bề mặt xạ mặt trời đến, cho trước tác động mơ hình hệ sinh thái đất Hiện tồn nhiều mơ hình hệ sinh thái khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng chuyên đề Trong mỏ hình đcm giản nhất, phạm vi sống hay dạng sống gán giá trị cho trước tham số khí hậu Trong mơ hình phức tạp hơn, động lực học rừng mơ tả bời q trình sinh trường, phát triển chết tượng ngẫu nhiên (nhu cháv rừng) Các mơ hình hệ sinh thái mơ tả suất thực vật, chu trình sinh địa hóa chất dinh dưỡng động lực học thực vật hệ sinh thái tự nhiên trổng nông nghiệp (Running Coughlan, 1988 ; Parton cộng sự, 1990’ Rosenzweig, 1990 [10])

Thành phần thủy vãn mơ hình sinh thái nay, thành phần để xác định phát triển Ihực vật qua chu trình nước, thường tham số hóa tốt Một phương pháp minh họa cho tham số hóa Penman-Monteith (Monteith 1963, 1964) [10, 15], ước lượng bốc bể mặt ET cho

t r r _ 1 s v(R N + D s ) + pc p(es - e a)/ra

ET = ~ -7— w V7 (1.1.30)

L (s v +YẮ(ra + r c) / r j

ở ea es áp suất nước khơng khí áp suất nước bão hòa, re kháng trở lớp biên kháng trở tán cây, sv áp suất nước bảo hòa nhiệt độ nhiệt biểu ướt, y số ẩm biểu, Cpp/L£w, £w tỷ sơ' trọng lượng mole nước khơng khí Thực chất công thức thực nghiệm liên hệ ET với biến khí hậu thực vật chứng tỏ tương đối xác - tác động lấy trung bình Một vài cơng thức thực nghiệm có dạng (1.1.30) phát triển nghiên cứu thành phần nước Trong mơ hình sinh thái nay, biến khí hậu xem tác động bên ngoài, nhận từ quan trắc từ sản phẩm kết xuất mơ hinh khí

Một vấn đề có ảnh hưởng tới kết hợp mơ hình khí sinh mơ hình tính chu trình thủy văn phương pháp khác Điểu dẫn đến kết trái ngược tác động khí hậu phản ứng lại thực vật Vấn đề khắc phục mơ hình trao đổi bề mặt sử dụng giao diện thực mơ hình, cách mơ hình trao đổi bề mạt tính chu trình thủy văn bề mặt cho hệ sinh thái thích ứng với tác động khí hậu cho trước Chu trình thủy vãn chuyển cho mơ hình hệ sinh thái, mà mổ hình trả đặc tính thực vật bể mặt cần cho mơ hình trao đổi bề mặt để tính dịng trao đổi khí bề mặt

1.1.3.4 Các trình bề mặt thành phần thủy văn lục địa

Mơ hình hóa thủy văn chủ yếu tập trung vào di chuyển nước lóp đất gần bề mặt trình hình thành dịng chảy qui mơ lưu vực Điểu có nghĩa phải xác lập mơ hình địng chảy mặt chuyển động thẳng đứng nước đất có khả tính đến hiệu ứng địa hình, đặc tính đất tính chất cùa mạng lưới sịng suối đến tạo thành dịng chảy Các mơ hình thủy văn bao gồm từ cồng thức thực nghiệm liên kết biến thủy văn thích hợp (chẳng hạn dịng chảy) với tác động khí hậu thơng qua hàm thích ứng với lưu vực, mơ hình vật lý sử dụng lý thuyết tương tự giải phương trình chuyển động đơi với dịng nước mặt gần bề mặt phương pháp số

Tương tự trường hợp lổng mơ hình trao đổi bề mặt sinh quyển, việc kết hợp mõ hình trao đổi bề mặt mơ hình thủy vãn bộc lộ mâu thuẫn xảy nguồn nước mặt tính hai loại mơ hình Một phươns pháp để kết hợp mỏ hình trao đổi bề mật mơ hình thủy văn dùng mơ hình trao đổi bề mặt mơ nguồn nước lớp đất dày vài mét mà q trình sinh học có liên quan (chẳng hạn tầng rễ) sử dụng mơ hình thủy văn xác để mơ tương tác lớp đất với bể nước lóp đất sâu

17 : ~

1 0*1 I 4

hơn Nói cách khác, trao đổi lượng nước tính mổ hình thủy văn để cung cấp điều kiộn biên cho lớp đất mơ hình trao đổi bể mặt Các mồ hình thủy văn sử dụng để tính dịng chảy hữu hiệu dựa đặc tính đất lưu vực

1.1.4 C ấu trúc m ô hình trao đổi bề m ặt

Qua điều trình bày ta mơ tả ngắn gọn cấu trúc mơ hình trao đổi bề mặt quan điểm xem giao diện thành phần khác mô hình hệ thống khí hậu Từ quan điểm này, chức chủ yếu mơ hình trao đổi bề mặt đất liền cung cấp ứng suất bề mặt, nguồn lượng nước (bao gổm hình thành tan tuyết) lớp trải từ độ sâu vài mét đất đến đỉnh tán cho trước điều kiện biên dưới, biên biên xung quanh

Điều kiện biên thông lượng nước lượng đáy lớp đất thuộc mơ hình trao đổi bề mật (được cung cấp mơ hình thủy vãn) Điều kiện biên tác động khí hậu cung cấp AM, thơng thường xạ mạt trời xạ hổng ngoại tới, giáng thủy, nhiệt độ khơng khí gần bề mặt, hàm lượng ẩm, mật độ tốc độ gió Điều kiện biên xung quanh đặc tính đất thực vật cấu trúc hệ số phản xạ (màu) đất, độ gồ ghề, albedo, tỷ lệ phủ thực vật, độ đo sinh khối (chẳng hạn số diện tích lá, LAI), tham số bốc thoát Ị3 (liên hệ với đặc tính đất thực vật, kháng trở rễ kháng trở khí khổng cây) hiệu suất dòng chảy Những điều kiện biên cung cấp mồ hình lồng sinh - thủy văn, cho trước tham số đầu vào

1.2 S LƯỢC VỂ CÁCH TIẾP CẬN MƠ HÌNH HỐ

Trên đáy ta thấy rằng, vai trị mơ hình trao đổi bề mật tạo giao diện thành phần khác hệ thống khí hậu Điều có nghĩa mơ hình trao đổi bề mặt đảm nhiệm chức năng: 1) Cung cấp thông lượng xạ thuần, động lượng, hiển nhiệt nước mặt giao tiếp bề m ặt-khí quyển; 2) Mỏ tả nguồn lượng nước lớp đất gần bề mặt, nơi trình sinh quan trọng; 3) Mơ tả nguồn lượng nước tán thực vật; 4) Mơ tả chu trình hình thành tan tuyết

Cùng với phát triển mơ hình hồn lưu chung, sơ đồ trao đổi bề mặt không ngừng cải tiến nhằm đưa vào trình vật lý phức tạp Cho đến có 30 mơ hình trao đổi bề mặt lưu hành sử dụng Trong mục ta mơ tả sở tốn học vật lý phương pháp tiếp cận mơ hình khác

1.2.1 N hững mơ hình đơn giản đầu tiên

Trong giai đoạn phát triển mô hình khí (AM), bề mặt trái đất xử lý đơn giản, v ề bản, quan niệm đơn giản cung cấp giá trị chấp nhận thơng lượng bề mặt làm điều kiện biên cho AM Các mô hình khí hậu ba chiểu khơng tính đến biến trinh ngày đêm phân

biệt ba loại bề mặt: đất, biển băng/tuyết, Những loại bề mặt nói chung cho trước giá trị không đổi albedo, độ phát xạ, hệ số cản nhân tố ẩm ướt Nhiệt độ vỏ bể mặt vùng đất tính từ phương trình cân nâng lượng tức thời

trong SH LH cho phương trình (1.1.23) (1.1.24) Chú ý ràng hạng tử tính đến trao đổi với bể chứa lớp đất sâu khơng đưa vào phương trình (1.2.1), đo phương trình cho phép tính nhiệt độ vỏ bề mặt trung bình thực tế trường hợp khơng có biến trình ngày xạ mặt trời Có thể viết phương trình (1.2.1) dạng f(Ts) = thường giải thủ tục lặp Nevvton-Raphson:

trong (m) bước lặp Chu trinh thủy văn bề mặt không mô tả cách rõ ràng, nhân tố ẩm ướt bề mặt cho trước (xem phương trình (1.1.24)) xem tham số điều chỉnh

Việc đưa biến trình ngày vào AM đòi hỏi phải sử dụng thành phần trao đổi lượng với bể chứa lớp đất sâu, việc sử dụng trực tiếp phương trình (1.2.ỉ) làm cho nhiệt độ ngày đêm chênh lệch lớn Một phương pháp hiệu xác việc đưa vào biến trình ngày nhiệt độ phương pháp tác động-phục hổi (force-restore) Bhumralkar (1975) Blackadar (1976) đề xuất lấn [4, 5, 6, 7] Trong cách tiếp cận nhiệt độ bể chứa Td nhiệt độ vỏ bể mặt T„ tính từ hệ phương trình

trong pscs sức chứa riêng đất, Hs đốt nóng bề mặt thuần, T] chu kỳ đốt nóng bề mặt (tức ngày), đj độ sâu lớp đất chịu ảnh hưởng đốt nóng ban ngày (giá trị điển hình khoảng vài chục cm), Tref nhiệt độ tham chiếu trung bình năm

C ) - C số Các phương trình (1.2.3) (1.2.4) biểu diễn điều kiện nhiệt độ bề

mặt chịu tác động đốt nóng bề mặt ban ngày phục hổi nhiệt độ bể chứa Td; nhiệt độ Td lại phục hổi giá trị trung bình năm Trcf Các tham số C[-C4 chọn cho T„ tuân theo biến trình ngày Tđ tuân theo biến trình năm Phương pháp tác động-phục hổi xác có hiệu cao so với mơ hình đất phức tạp (Deardorrí, 1978) [4], cịn sử dụng sơ đổ trình bề mặt nâng cao

Từ quan điểm thủy văn bề mặt, việc sử dụng nhân tố ẩm ướt bề mặt cho trước mang tính gượng ép, ngăn cản thủy văn bề mặt đạt tới cân động lưc với tác động khí hậu Đặc biệt, làm cho kết mơ chế độ khí hậu thủy văn bàng AM khác với thực tế làm hạn chế việc nghiên cứu chế hồi tiếp khí quvển-thủy

(l - a)s0 + eIRd - BTg - SH - LH = 0 (1.2.1)

(1.2.2)

(1.2.3)

(1.2.4)

văn Mơ hình tương tác thủy văn bề mặt đơn giản mô hình bể chứa (bucket model) (hình 1.6) Manabe cộng (19Ố9) đưa vào cuối năm sáu mươi [10, 15, 23] Trong cách tiếp cận người ta giả thiết rằng, mặt thủy văn, vùng hoạt động đất mơ tả bể có sức chứa nước cho trước (chẳng hạn 15-20 cm) Bể làm đầy nước mưa vượt bốc bị cạn trình xảy ngược lại Nhân tố ẩm ướt |3 cho

p = s > sc (1.2.5a)

(3 = s/sc s < sc (1.2.5b)

trong s hàm lượng nước bể sc hàm lượng nước tới hạn Như vậy, p tăng cách tuyến tính theo s đạt giá trị tới hạn sau Nếu hàm lượng nước đạt tới sức chứa cực đại bể, lượng nước vượt xem dòng chảy Cơ sở thực nghiệm tham số hóa bể chứa sơ' liệu trung bình ngày, phương pháp gần bể chứa sử dụng phần lớn AM khơng tính đến biến trình ngày xạ mặt trời

Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn mơ hình bể chứa (Bucket model)

Một sơ' sơ đồ tham số hóa thành phần lượng nước bể mặt đơn giản kiểu tạo tác động bề mặt mức sơ đảng cho mơ hình khí hậu Tuy nhiên, từ đầu năm tám mươi, người ta thừa nhận cần thiết phải có mơ hình q trình sinh lý bể mặt hồn thiện để mô tả sát thực tương tác sinh - khí Những mơ hình trao đổi bề mặt dựa trình sinh lý phát triển vào nãm tám mươi, kể từ sơ đổ q trình bể mặt có dạng sử dụng rộns rãi trons mơ hình khí hậu

1.2.2 H iện trạng mơ hình trao đổi bề mặt

Như nói trên, có 30 mơ hình q trình bề mặt phát triển Tuy nhiên, tất chúng dựa hai sơ đồ ban đầu, BATS

của Dickinson cộng (1986, 1993) [6,7] SiB Sellers cộng (1986) [18, 19] Hình 1.7 minh họa thành phần hầu hết sơ đồ trao đổi bề mặt tại: 1) Mơ hình đất; 2) Mơ hình thực vật; 3) Mơ hình tuyết; 4) Mơ hình dịng chảy mặt Sau trình bày thành phần

Hình 1.7 Các thành phẩn khác mơ hình trao dổi bể mặt (ESEM)

1.2.2.1 Mơ hình đất

Trong mơ hình trao đổi bể mặt, mơ hình đất làm nhiệm vụ cung cấp proíile thẳng đứng nhiệt độ hàm lượng nước cột đất có độ sâu vài mét Nói chung lớp đất xem dải đất q trình sinh lý (chẳng hạn bốc hơi) đóng vai trị quan trọng Lớp đất mở rộng vài mét phía độ sàu lớp rễ Khi bề mặt không dốc, trường hợp địa hình phẳng (làm trơn) mơ hình khí hậu, q trình truyền lượng nước theo phương thẳng đứng lóp đất vài mét thường chiếm ưu so với theo phương ngang Như ví dụ minh họa, ta xét mơ hình đất sơ đồ trao đổi bề mặt (Land Surface Exchange scheme - LSX) Pollard Thompson (1995) [10]

Vận chuyển lượng thẳng đứng mơ tả phương trình

ổt(ps^sTs) = —s/ õz Ẽ kõz + pwc wsw vvTy (1.2.6)

trong ks hệ số khuếch tán nhiệt đất, s lượng nước đất pw, cw, Ww,

Tw tương ứng ỉà mật độ, nhiệt dung riêng, vận tốc thẳng đứng nhiệt độ nước đất Tọa độ thẳng đứng z có gốc bề mật tăng theo chiều hướng xuống đến độ sâu tổng cộng Hs lớp đất Hạng vế phải phương trình (1.2.6) biểu diễn truyền nhiệt trình khuếch tán, hạng thứ hai mơ tả truyền nhiệt nước di chuyển đất Các điều kiện biên phương trình (1.2.6) giả thiết cho trước dòng ỉượng bề mặt z=0 giảm dần đến độ sâu trung bình Z=HS nhiệt độ bê chứa

Khi tăng lượng nước chuyển qua đất, trước hết cần ý hầu hết điều kiện, vài mét đất phía khơng bão hịa, tức chúng chứa nước khơng khí Một nước thâm nhập vào đất khơng bão hịa thì, bốc thấm xuống lớp ảnh hưởng trọng trường lực phát sinh từ tương tác đất nước (chẳng hạn mao dẫn), Thế liên quan với lực đo

bằng thiết bị thực nghiệm liên hệ vói hàm lượng nước tùy theo bão hịa qua cơng thức thực nghiệm đạng hàm mũ (ơ ap p Homberger, 1978) [6, 10, 15, 18, 19] Kết phương trình di chuyển nước qua đất chưa bão hịa viết dạng hàm lượng nước sau (Pollard Thompson, 1995) [10]

ổs _ ổ

p' ã ~ & - K „ + D w- ^ỡz (1-2.7)

trong por độ xốp đất (thể tích lỗ rỗng chia cho thể tích đất), Kw độ dẫn nước Dw đở khuếch tán ẩm đất Cả Kw Dw hàm phi tuyến mạnh s, cho

Kw = K w0s „2B+3và

B+2

Dw - ^w0<l)0®s

trong Kw0 <Ị)0 độ dẫn nước bão hịa nước, B tham số thực nghiêm, biến thiên từ ~3 cát đến ~11 đất sét Khi thay biểu thức vào phương trình (1.2.7) ta nhận

ỡs _ õ

PoTă ~ d z

_ K 2B+3 . B+2 ổs

- K w0s + K w0ẹ 0s —

õz (1.2.8)

Trong phương trình (1.2.8), hạng vế phải biểu diễn tiêu nước trọng trường, hạng thứ hai mô tả khuếch tán nước Các điều kiện biên cho phương trình (1.2.8) giả thiết thơng lượng nước mưa, tuyết tan, dòng chảy bốc z=0 khơng có tiêu nước thấm nước Z=HS

Điểm đặc biệt phương trình (1.2.8) phi tuyến mạnh theo s Trong thực tế, điều hàm nghĩa rằng, giải số phương trình này, sơ đồ trở nên nhanh chóng bất ổn định s tiến tới Do đó, để mơ chuyển động mặt ướt liên kết với kiện chẳng hạn mưa lớn cần phải tìm cách sử dụng sơ đổ ẩn để trì tính ổn định s gần với

Tóm lại, phương trình (1.2.6) (1.2.8) mô tả di chuyển lượng nước lớp đất chưa bão hòa với điều kiện biên cho thông lượng nước lượng đỉnh lóp đất Sự hình chành băng đất, trình quan trọng việc mơ đất đóng băng vĩnh cửu, tính đến cách giả thiết rằng, nhiệt độ lớp đất cho trước giảm xuống điểm băng, lượng bãng hình thành, giải phóng nhiệt nóng chảy làm cho nhiệt độ ỉớp dần tới 0°c.

Vấn đề việc sử dụng mơ hình đất số lớp cần thiết để mơ cách xác prile nhiệt độ nước thẳng đứng Những thí nghiệm số trị rằng, nói chung địi hỏi 6-10 lớp vài mét đất cùns (Dickinson

1984 [6])

1.2.2.2 Mơ hình thực vật

Hầu hết mơ hình trao đổi bề mật đểu có tính đến q trình sinh lý thực vật cách mò tả thực vật lớp vịm (tán cây) lớp tán phía

trên (các cao) phủ lên lớp tán phía (cỏ bụi thấp) Tuy nhiên, cách tổng quát ta xét tán có Nv lớp Tập phương trình mơ hình tán chia thành nhiều lớp nhằm mục đích tính nhiệt độ tán Tf, nhiệt độ khơng khí tán Tc độ ẩm riêng khơng khí tán qc Những đại lượng kết hợp chặt chẽ với đại lượng khác cuối xác định trao đổi lượng nước với khí vói đất Trong nhiều mơ hình người ta giả thiết tán khồng khí tán có nhiệt dung sức chứa nước không đáng kể Với giả thiết này, lóp (i=2,Nv- l ) xác định tập hợp ba phương trình cân bằng:

Cân lượng tán

S Ì+ IR lN- k j ,t (T ;-T i)-L e [,c(qs( T ;) - q ;) = (1.2.9)

Cân lượng khơng khí tán

k ‘ c (t; - T ' ) + k<!'i+1) (t'+i - x i )+ (t;-1 - T g ) = (1.2.10)

Cân nước khơng khí tán

er.c(qs( T ;) -q i) + k í'W1fci ' -q L)+ k'l',-1)(qr' -q [ )= (1.2.11) Trong phương trình (1.2.9)—( 1.2.11), sj) IR^ tương ứng thông lượng xạ mặt trời xạ hồng ngoại bề mặt tán lá, kf c hệ số truyền nhiệt tán khổng khí tán cây, ef c hệ số truyền hơi, L ẩn nhiệt hóa hơi, kc hệ số truyền nhiệt nước rối thẳng đứng bên tán

Hạng thứ ba thứ tư phương trình (1.2.9) hạng phương trình (1.2.10)—c 1.2.11) trao đổi hiển nhiệt ẩn nhiệt (hoặc nước) tán khơng khí tán Tương tự trao đổi bề m ặt-khí trình bày đây, thơng lượng biểu diễn tích hệ số truyền nhân với hiệu năng, hệ số truyền hiểu nghịch đảo kháng trở Hạng thứ hai thứ ba phương trinh (1.2.10)—(1.2.11) trao đổi lượng nước lớp khơng khí tán

Tại i= l (gần với mặt đất) phương trình (1.2.9) giữ ngun khơng đổi, phương trình (1.2.10)—( 1.2.11) trở thành:

k f (t/ - ) + ( x r ' - T ;) + k cg(T - T ') = (1.2.12)

e;,c(qs( T ') - q ; ) + k«i-i*ll(q rl - q i ) + k c.Pỉ (qs(TỄ) - q i ) = (1.2.13)

írong kL Ề hệ số trao đổi mặt đất tán thấp (giống nhiệt ẩm) p„ la nhân tố ẩm ướt mặt đất Đối với i=Nv (lớp tán đỉnh) ta có:

k'r.c(Tf - T ^ + k ^ ị T r - T ; ) + k „ ( T , - T ; ) = (1.2.14)

eị 0(qs(T -)-q ' )+ -q> ) + k „ ( q a -q> )= (1.2.15)

trong kc a hệ số trao đổi lớp tán (đỉnh) mực AM Hơn nữa, phương trình (1-2.9)—( 1.2.15) cần phải kết hợp với phương trình nhiệt độ bề mật đất phía tán

S0J + IRNí - K *(t, -■Tỏ ) - Lktigps(q,CT,) ■- q i )= (1.2.16) So g IRNg thông lượng xạ mặt trời xạ hồng ngoại mặt đất

Khó khăn nảy sinh giải hệ (1.2-9)—( 1.2.16) việc rõ thành phần truyền rối xạ khác xuất Đóng góp xạ hồng ngoại (IRịsi) xạ mặt trời (sị)) tính biết hệ sô' phát xạ nhiệt hổng ngoại hệ số suy giảm xạ mặt trời lớp thực vật Sự phát xạ biểu diễn dạng hàm mũ số diện tích lóp Lj (Sellers cộng sự, 1986 [19])

£j - l - e _L'/2^ ( 7)

trong 1^ nghịch đảo trung bình độ dày quang học khuếch tán Khi biết độ phát xạ, hạng IRn phương trình (1.2.9)—( 1.2.16) tính từ hấp thụ-phát xạ lớp khác

Một phương pháp chung để tính thơng lượng xạ mặt trời bên tán sử dụng gần hai chiều (two-stream) để tính đến phản xạ nhiều lần xạ bị chặn giữ dày đặc tán (Dickinson, 1983 ; Sellers cộng sự, 1986) [7, 19] Hệ phương trình hai chiểu điểu chỉnh dịng xạ mặt trời lên xuống

- ^ + (l-(l-y)co)St -coySị =coy0n - D 0e-GL^ (1.2.18)

dL Ji

ĩ ^ + (l-0-Y)G>)Sị -coyS1 = <j)(l- Y0)jĩ—D0e-GL/M (1.2.19)

dL |!

trong ST thơng lượng khuếch tán lên xuống bán cầu, cosin chùm tia tới trực tiếp D0 cường độ nó, G(|_i) diện tích hình chiếu theo hướng co hệ số tán xạ lá, y Yo tương ứng tham số tán xạ ngược chùm tia trực tiếp chùm tia khuếch tán Cường độ chùm tia trực tiếp D(,e“GxLAI/^ Các tham số khác xuất phương trình (1.2.18) -(1.2.19) tính mồ tả Dickinson (1983) [7] Sellers cộng sự, (1986) [17, 18]

Với điều kiện biên S ^ S o đỉnh tán cây, L=0 ST = a dD0e"GLAI/M' + <X|Sị (ở đâv a d a , albedo bề mặt xạ trực tiếp xạ khuếch tán) đáy tán cày (L=LAI), nghiệm hệ (1.2.18)—(1.2.19)

ST = a 1e“GL/p + a 2e “a3L + a 4e~a-ìL (1.2.20)

s = a 5e“GL/ti + a 6e_a3L + a 7e~a3L (1.2.21)

trong a j-a tổ hợp đại số hệ số cùa phương trình (Sellers, 1985) Khi tính thơng lượng lên xuống hàm số diện tích lá, hạng sị) phương trình (1.2.9) cho thơng lượng hấp thụ

của lóp Chứ ý phương trình (1.2.18)—( 1.2.21) sử dụng để tính albedo tán s 1^ (0)/S^(0)

Khó khăn việc xử lý hệ số truyền rối xuất phương trình (1.2.9)-(1.2.11) Hệ số truyền từ tán vào khí thơng thường biểu diễn dạng hệ số cản tổ hợp tốc độ gió mực thấp AM, tức kca = C dVa (xem phương trình (1.1.20)—(1.1.24)) Do đó, có tán thực vật, thơng lượng động lượng, nhiệt nước bề mặt khí cần thiết để làm điều kiện biẽn AM cho

Các hệ số truyền tán khơng khí tán xác định thực nghiệm tỷ ]ệ với binh phương tỷ số gió bên tán kích thước đặc trưng tán (Seìlers cộng sự, 1986) [17, 18], hệ sô' truyền không khí tán mặt đất tỷ lệ với gió tán gần bề mặt (Brutsaert, 1978) [7, 10] Các hệ số truyền thẳng đứng bên tán ước lượng bầng thực nghiệm (đối với động lượng) cho loại thực vật khác chúng tỷ lệ với gió bên tán Do đó, việc giải hệ (1.2.9)-(1.2.16) địi hỏi phải biết prile thẳng đứng gió tán Cho mục đích này, sử dụng príle hàm mũ gió quan trắc (Brutsaert, 1978) [7, 10] mơ hình khuếch tán đơn giản Sellers cộng (1986) [17, 18] Những mơ hình giả thiết rằng, độ khuếch tán động lượng tỷ lệ với tốc độ gió, gradient thẳng đứng thông lượng động lượng (x) tỷ lệ VỚI

bình phương tốc độ gió, tức

trong Ả=(2C/D)°5, A B số tích phân điểu chỉnh cho phù hợp với điểu kiện biên đỉnh đáy tán

Khó khăn thứ hai giải hộ (1.2.9)—(1.2.16) tính phi tuyến mạnh Tính phi tuyến nằm thành phần xạ hồng ngoại, phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm riêng bão hòa hiệu chỉnh độ ổn định hệ số truyền từ tán vào khí Một cách hiệu để giải hệ sử dụng phương pháp lặp thành phần phi tuyến tuyến tính hóa xung quanh giá trị bước lặp trước Điều dẫn đến hệ phương trình tuyến tính Tf, Tc qc mực mơ hình khác mà giải được, chẳng hạn, phương pháp khử Gauss

T0,u = Pkc,aua T0,v = pkc,ava SH = pcpkc a(Tc - T a) L H = pLkca(qc - q a)

(1.2.23) (1.2.24) (1.2.25) (1.2.22)

(1.2.26)

(1.2.27)

mà nghiệm

u(z)2 =A eXz+ B e^2 (1.2.28)

Trong hầu hết tình huống, phức tạp cùa hệ (1.2.9)-(1.2.16), tính không chắn hộ số truyền bên tán thiếu số liệu để mơ hình kiểm tra, định hướng điều chỉnh cho phù hợp, làm cho việc sử dụng hệ Nv lớp đầy đủ mơ hình khí hậu khơng thực tế Do đó, ta nói, thơng thường nhất, thực vật xét gộp làm lớp hệ (1.2.9)-(1.2.16) giảm xuống cịn ba phương trình kết hợp với qua ba ẩn

Một thành phần quan trọng phương trình (1.2.9) chưa ta nghiên cứu đến thơng lượng bốc từ tán ef,c(qs(Tf)-qc) Đây tổng hai đóng góp, từ bề mặt khô (lá không bị ướt) bốc nước bị chặn giữ Hai đóng góp xử lý cách tách biệt sau

a) Sự thoát hơi

Thoát trình phức tạp gắn liền với động thái sinh lý học thực vật Trong q trình hơi, nước rễ hút từ đất, vận chuyển qua hệ thống mạch ngồi chủ yếu qua lỗ khí khổng nằm bề mặt (sự xảy qua biểu bì lá) Một sơ đồ tương tự kháng trở trình mơ tả hình 1.8

Hình 1.8 Mạng lưới kháng trở truyền nước đối vdi q trình hơi, rb=kháng trở khí động lực, rs=kháng trở khí khổng, r,=kháng trở truyền nưỏc từ rễ vào lá, rc=kháng trở rễ

Hơi nước nằm phía giữ giá trị bão hịa gần bão hịa, khơng bị khơ Do thơng lượng (nhu cầu) TRdem cho

T R dem = e fc(qs(Tf ) - q c) = rf"'(qs(Tf ) - q c) (1.2.29)

trong rf kháng trở Từ hình 1.8, rf cho tổng rb, kháng trở khí * động lực vận chuyển nước từ bề mặt vào tán (tức kf'c), rs

kháng trở khí khổng, tức kháng trở dòng qua lổ khí khổng Do T R í = k ' + >-.''Ẩqs( T /) -q i) (1-2.30) Trong phương trình (1.2.30), T R ^ biểu diễn nhu cầu nước điều kiện độ ẩm đất không thiếu Kháng trở khí động lực mị tả mục 1.2.2.2 Kháng trở khí khổng phụ thuộc vào mật độ độ mở lỗ khí khổng Độ mở khí khổng lại phụ thuộc vào tham số môi trường, lượng xạ hoạt động quanơ hợp

(PAR), nhiệt độ độ hụt áp suất nước vpd không khí tán Thồng thường mối phụ thuộc biểu diễn sau

rs = min[rs max,rs X f (PAR)X f(T)X f(vpd)j (1.2.31)

trong rsmin rsmax giá trị cực tiểu cực đại kháng trở khí khổng, phụ thuộc vào thực vật Những sơ đồ tham số hóa hàm vế phải phương trình (1.2.31) cho trước, chẳng hạn Dickinson cộng (1993) [7] Việc tham số hóa kháng trở khí khổng, mà liên kết chặt chẽ sinh lý học khí khổng với tốc độ quang hợp lá, cho Colìatz cộng (1991) Sellers cộng (1992) [17, 18]

Nhu cầu bốc cần phải phù hợp với thoát cực đại mà thực vật cung cấp điều kiện cho trước độ ẩm đất cung cấp nước đất Sự cung cấp nước đất phụ thuộc vào hiệu nước đất chia cho kháng trở rễ rc Kháng trở rễ lại phụ thuộc vào tổng độ dài rễ đơn vị diện tích kháng trở nội đơn vị độ dài rễ Đối với đất khô, kháng trở khuếch tán nước từ đất đến rễ đóng vai trị quan trọng Dickinson cộng (1993) gộp tất đóng góp vào biểu thức tham số hóa thơng lượng nước cung cấp đơn giản sau

T R !» p = r „ X R ; ( l - W Í T) (1.2.32)

i

trong r tốc độ cực đại nhận thực nghiệm mà thực vật trì liên tục, Rị tỷ lệ (phần) rễ lớp đất cho trước Wlt nhân tố khô hạn đất (hoặc độ héo cây) lớp đất WLT biến thiên theo tham số B phương trình (1.2.8) theo qui luật hàm mũ, từ bão hòa đến ngưỡng nước đất làm cho héo Cực tiểu (1.2.30) (1.2.32) lấy làm giá trị thoát

b) Sự chặn giữ nước mưa thực vật tái bốc hơi

Lượng nước mưa bị chận giữ tái bốc tán thành phần quan trọng chu trình nước bề mặt Giá trị điển hình lượng tái bốc hoi từ nước mưa bị chặn giữ biến thiên khoảng 10-50%, phụ thuộc vào mưa LAI Khi có nước bị chận giữ, màng nước mỏng hình thành có tác dụng ngăn chặn Hầu hết mơ hình trao đổi bề mặt đưa vào phướng trình nước bị chặn giữ thực vật dạng

dW| p E, w,

d t LAI - E ' — — Tđrip (1.2.33)

trong W| lượng nước bị chặn giư đơn vị LAI, E’ bốc nước (được cho rb"'(qs(Tt ) - q c) phương trình (1.2.9)) Tdnp thời gian ướt nước

Trên thực tế, phần diện tích tán bị phủ nước chặn giữ nói chung tham số hóa cơng thức đơn giản sau

f\vet mln f max’ wl w / w' wl

27

trong fmax w lmax giá trị số cho trước Khi phần diện tích tán bị làm ướt tính, thơng lượng tổng cộng từ tán vào tán phương trình (1.2.9) cho

e f.c (q f ) - qc) = f wetE' + - f wet )TR (1.2.35) 1.2.2.3 Mơ hình tuyết

Trong mơ hình khí hậu trước đây, lượng tuyết phủ (đo mm nước lỏng tương đương) tính từ phương trình

^ S - = Psn- E sn- S m (1.2.36)

trong psn lượng tuyết rơi (hay mưa tuyết), Esn lượng tuyết thăng hoa Sm lượng tuyết tan Lượng tuyết rơi tính cách giả thiết rằng, nhiệt độ mực AM nhỏ 0°c, lớp phủ tuyết tồn vị trí cho trước, giáng thủy mơ hình dạng tuyết Nhiệt độ tuyết không xác định cách rõ ràng, tính tính nhiệt độ cửa lớp đất bề mặt cách trộn nhiệt dung đất tuyết, thay đổi độ gồ ghề bề mặt cho phù hqyp với bề mặt tuyết giả thiết có q trình thăng hoa xảy Tốc độ tuyết tan tính từ cAn lượng bề mặt sau

s m =L-f'[S0 +IR N-S H -L H ] (1.2.37)

trong Lf ẩn nhiệt nóng chảy Nếu bề mặt có lớp tuyết phủ, vế phải phương trình (1.2.37) dương nhiệt độ đất lớn 0°; nhiệt cần thiết để đưa nhiệt độ đất trở 0° tính Lượng tuyết tan cực tiểu lượng nhiệt tính chia cho Lf AtxHsn

Một ví dụ mơ hình tuyết nâng cao modul tuyết LSX (Pollard Thompson, 1995) [10] Trong mơ hình này, khối tuyết biểu diễn lưới theo lớp thẳng đứng thích hợp Có nghĩa bước thời gian độ dày tuyết tổng cộng Hsn chia thành Nsn lớp chọn trước Độ dày lớp h| giả thiết số độ dày lớp lại cho

K = % ~_hr (1.2.38)

sn -1

Theo cách này, độ dày lớp biến thiên theo thời gian tùy thuộc vào Hsn Hsn cho phương trình (1.2.36) nhiệt độ lớp tuyết tính từ phương trình khuếch tán thẳng đứng tương tự phương trình (1.2.6) có tác động dịng lượng đỉnh (vế phải phương trình (1.2.37)) tác động dòn2 lượng truyền dẫn tuyết đất nằm phía đáv Tại lớp cho trước, nhiệt độ tuyết đạt điểm tan (nóng chảy), lượng íuvết tan tính lượng tuyết cần phải tan để đưa nhiệt độ lớp 0°c

Mơ hình địi hỏi tính phần diện tích bị tuyết phủ fsn Đại lượng tính cách giả thiết độ dày tuyết tổng cộng nhỏ Nsn X h |n :

f sn= m in (1.2.39)

Dựa (1.2.39), fsn nhỏ 1, Hsn đặt Nsn x h ‘n Khi có tuyết rơi, lượng

p At

Af,„ (1.2.40)

Nsnhỉn

được cộng vào vế có tuyết tổn bước thời gian At Khi tỷ lệ diện tích tuyết phủ 1, lượng tuyết tiếp tục rơi tích lũy đỉnh lớp tuyết tồn Ngồi cách tính này, số sơ đồ khác, người ta cịn tính tỷ lệ diện tích bị tuyết phủ hàm độ dày tuyết tính chất bề mặt (Dickinson cộng sự, 1993) [7] Mật độ tuyết hầu hết xem không đổi, ngoại trừ vài sơ đổ có đưa vào phương trình dự báo mật độ tuyết Albedo tuyết đựợc giả thiết khơng đổi hàm tuổi tuyết cấu trúc hạt tuyết

1.2.2.4 Mơ hình dịng chảy mặt

Dịng chảy mặt Rn khía cạnh mơ hình trao đổi bề mặt Hiện cịn tiếp tục nghiên cứu tham số hóa nhiều cách khác xuất phát từ mơ hình bể chứa ban đầu Dòng chảy mặt trinh phức tạp, phụ thuộc mạnh vào tác động khí hậu, dạng địa hình di chuyển nước đất Vì vậy, nhiều mơ hình trao đổi bề mặt xét dòng chảy mặt phần lại cần thiết để làm cân nguồn nước Một ví dụ điển hình tham số hóa dịng chảy sử dụng mơ hình trao đổi bề mặt đê nghiên cứu khí hậu sơ đồ BATS, tốc độ dòng chảy giả thiết cách đơn giản tỷ lệ với tốc độ mưa + tuyết tan nhân với hàm lũy thừa hàm lượng nước đất,

Gần đây, dựa nguyên lý thủy vãn bề mặt vững hơn, có nhiều phương pháp biểu diễn chi tiết q trình dịng chảy mặt đưa vào mố hình trao đổi bề mặt Một ví dụ tiêu biểu sơ đồ tham số hóa dịng chảy Famiglietti cộng (1995) [8] Hai trinh chủ yếu đóng góp vào việc sinh dòng chảy mặt là: dòng chảy vượt bão hòa dòng chảy vượt thấm nước Dòng chảy vượt bão hòa chiếm ưu mưa xảy đất bão hòa Trong trường hợp mưa khơng thể bị đất hút xuống biến thành dịng chảy mặt Dòng chảy mưa vượt lượng nước thấm xuống xảy đất chưa bão hòa tốc độ mưa vượt khả thấm cực đại đất i* (tức tốc độ cực đại mưa thấm xuống cột đất) Do

Rn = p s = (1.2.41a)

R„ = P-i* s < (1.2.41Ò)

tron2 s hàm lượng nước lớp đất gần bề mặt Vấn đề việc tham

số hóa tính khả thấm i* Một phương pháp sử dụng tính tốc độ thấm trực tiếp từ phương trình (1.2.7) cách giả thiết lớp đất bão hòa (s= l) nằm lớp đất mơ hình Phương pháp giả thiết sơ đổ sô'

được sử dụng để giải phương trình (1.2.7) xác định chuyển động xuống mặt ướt Famiglietti cộng (1995) [8] sử dụng phương trình

i*=i<Ị>0r 1/2+cKw0 (1.2.42)

trong <ị>0 tương ứng sức hút đất bão hịa độ dẫn nước phương trình (1.2.7), t thịi gian tính từ bất đầu thấm, c số vơ thứ ngun Phương trình (1.2.42) dựa việc giải phương trình khuếch tán nước thẳng đứng Philip (1975) [8, 10, 17] nước thấm từ bề mặt bão hòa vào đất có hàm lượng ẩm đồng ban đầu

Mặc dù phương trình (1.2.41)—( 1.2.42) cho biểu diễn tốt (hoặc dựa chế vật lý hơn) tạo thành dòng chảy mặt địa phương cho trước so với sơ đồ đơn giản hóa trước đó, việc tham số hóa dịng chảy cịn tiếp tục hồn thiện, thực tế trình phân bố lưu vực rộng lớn, phụ thuộc vào thuộc tính đất, hình thái bề mặt, hàm lượng nước đất di chuyển nước toàn lưu vực Có lẽ có sử dụng mơ hình thủy văn lưu vực đầy đủ kết hợp với sơ đổ trao đổi bề mặt tạo mơ xác thời gian lượng dòng chảy lưu vực rộng Tuy nhiên, sơ đổ tham số hóa làm đơn giản sơ đồ trình bày cịn có khả tạo ước lượng gần bậc so với thực tế phân chia lượng giáng thủy thành dòng chảy bốc hoi

1.3 Ả NH HƯỞNG CỦA TÍNH BẤT ĐỔNG NHẤT BỂ MẶT

Một điểm quan trọng tính khơng chắn mơ hình hóa q trình bề mặt cho mơ hình khí hậu mô tả bất đồng qui mô lưới Từ việc đánh giá sơ đồ trao đổi bề mặt người ta nhận thấy chúng tái tạo xác giá trị quan trắc điểm thông lượng lượng hơị nước bề mặt điều khiển tác động khí tượng quan trắc Mặt khác, việc so sánh sơ đồ khác cho thấy, với tác động khí hậu, sơ đồ khác tạo kết khác Tuy nhiên, sơ đổ trao đổi bề mặt tái tạo cách hồn hảo nguồn lượng nước bề mặt điểm cho trước, việc kết hợp với mơ hình khí cho kết khơng ổn định cấu trúc qui mơ lưới tính chất bề mặt

Những mơ hình khí hậu tồn cầu ba chiều nói chung chạy độ phân giải • vài trăm km Gần người ta xây dựng phát triển mơ hình khí hậu khu vực

với miền tính bao phủ vùng có điện tích hạn chế, cho phép nâng độ phản giải đạt đến vài chục km Mặc dù vậy, biến động tính chất bề mặt, loại thực vật, tính chất đất dạng địa hình, có qui mơ khơng gian cịn nhỏ nhiều Do đó, tính bất bề mặt xảy chất tự nhiên

Thông thường điểm lưới cho trước AM gán cho dạng bề mặt thống trị đặc tính bề mặt lấy trung binh ô lưới Song, chất phi tuyến nhiều trình, loại thực vật khác tạo phân chia dòng lượng nước khác nhau, nên điều dẫn đến sai sỏ đáng kể việc

tính tốn nguồn lượng nước bề mặt Bởi vậy, nhiều nghiên cứu gần cố gắng xem xét vấn đề mô tả ảnh hữởng tính bất bề mặt sơ đồ trao đổi bề mặt

1.3.1 V ấn đề biểu diễn tính bất đồng bề m ặt

Tính bất bề mặt (đất) xuất ba nguyên nhân bản: 1) Sự biến động lóp phù thực vật, thơng thường dạng bề mặt (chẳng hạn loại thực vật khác nhau, đất trống, tuyết, nước vùng đất, vùng thành phố); 2) Sự biến động dạng địa hình (chẳng hạn độ đốc độ cao); 3) Sự biến động tính chất đất (chẳng hạn màu cấu trúc đất) Cả ba hiệu ứng làm thay đổi mạnh mẽ nguồn lượng nước địa phương, mức độ chúng tương quan cục với nhau, nói chung chúng biến thiên cách hồn tồn độc lập với Ngồi ra, tính bất đồng cịn gây tác động khí hậu, nhân tố biến động mạnh theo không gian thời gian Một ví dụ điển hình ngun nhân mưa đối lưu mùa hè, biến đổi mạnh mẽ qui mô vài km, chí nhỏ

Điều làm nảy sinh vấn để rằng, tính bất đồng bề mặt xảy nhiều qui không gian khác Do đó, dựa tiêu xác định loại bể mặt, xảy tình bề mặt khảm (ghép) mảnh định, dựa tiêu khác, tạo bên mảnh biến động (bề mặt) lớn Có thể dẫn ví dụ chứng minh Avissar cộng (1991) [1 ,2 , 10] Họ tiến hành đo kháng trở khí khổng cánh đồng khoai tây đồng nhận thấy kháng trở khí khổng tuân theo phân bố gần chuẩn lỏga; phân bố thực vật cần thích nghi với biến động môi trường vi mô (độ nghiêng, hướng, che bóng, độ cao bên tán, gió) Như vậy, bề mặt đồng (cánh đồng khoai tây), kháng trở khí khổng (một tính chất bề mặt) lại không đồng Đối với mảnh lớn hơn, chẳng hạn rừng, nơi có nhiều lồi khác nằm môi trường nhau, nơi địa hình cấu trúc đất biến động đáng kể, tính bất đồng cịn rõ rệt

Ta định nghĩa hai loại bất đồng bất đồng mảnh bất mảnh Sự phân biệt hai loại bất dựa hồn tồn vào qui mơ khơng gian, tính bất biến đổi liên tục qui mơ

Ảnh hưởng tính bất đồng bề mặt qui mô lưới AM chia cách đơn giản thành hai loại mà ta gọi ảnh hưởng trực tiếp ảnh hưởng gián tiếp Ảnh hưởng trực tiếp bao gồm đóng góp bề mặt bất đồng nhát thơng lượng trung bình ô lưới động lượng, lượng nước Ảnh hưởng gián tiếp liên quan với tác động đến hoàn lưu khí mà dịng bề mặt từ bề mặt bất gây ra, tức chúng có chất động lực học Tính bất bề mặt tạo hồn lưu qui mơ vừa, gió đất-biển, gió rừng (vegetation-breeze), hoàn lưu thung lũng hoàn lưu thành phố, gây tác động đến khí hậu địa phương làm biến dạng trao đổi bề mặt - khí Hơn nữa, gradient dòng hiển nhiệt, ẩn nhiệt tạo tính tà áp nãng lượng tĩnh ẩm cho hệ thống synơp phía

Trong mục trình bày số phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp bất đồng bề mặt Hơn nữa, nói đây, có hai loại bất bất đồng mảnh bất đồng mảnh Nhưng phạm vi đề tài đề cập đến tính bất mảnh

1.3.2 Ả n h hưởng trực tiếp tính bất đồng bề mặt

Cho đến có số phương pháp biểu diễn chi tiết ảnh hưởng trực tiếp bất đồng mảnh ô lưới AM Đơn giản phương pháp mà hầu hết sơ đồ trao đổi bề mặt sử dụng, chẳng hạn SiB BATS; gọi phương pháp pha trộn (the “mixture” approach) Trong phương pháp này, bề mặt giả thiết phủ bỏi hỗn hợp hai loại bề mặt đồng (chẳng hạn thực vật cao thấp, vùng có thực vật khơng có thực vật) có cân lượng kết hợp với chặt chẽ Hai loại tương tác đồng thời với đất với lớp giao diện (chẳng hạn khơng khí tán); lớp giao diện lại tiếp xúc với mực AM Phương pháp gọi phương pháp “tán lớn” (big=leaf) để ám giả thiết miền ô luới rộng đặc trưng thuộc tính thực vật đồns

Hệ thống trở kháng biến bề mặt <Ị> (chẳng hạn nhiệt độ độ ẩm) phương pháp pha trộn minh họa trẽn hình 1.9a, số a, I, g tương ứng để khí quyển, mặt giao diện lóp bề mặt, r kháng trở fv tỷ ]ệ phủ loại thực vật thứ i Khi giả thiết lớp giao diện có dung tích khơng đáng kể đại lượng ộ, dịng bể mặt - khí K cho

(1.3.1)

b)

T»

m m

P h trọ n d ó n g n hấ t

1-f

Tn

%

i-f

p n í \

Khảm (ghép)

Hỉnh 1.9 Hệ thống trở kháng cho phương pháp mơ hinh hóa lý tưởng a) Phương pháp pha trộn, b) Phương pháp khảm

Như vây, phương pháp pha trộn giả thiết loại bề mặt khác kết hợp chạt chẽ với nh-.u theo phương ngang để tạo lớp giao diện đồng Giả thiết nhiều trường hợp khổng xác Chẳng hạn, giả thiết ràng ô lưới phủ phần lớn bề mặt lạnh ướt phần nhỏ bề mặt ấ n khô Lớp biên ổn định vùng bề mặt lạnh (tức hầu hết lưới), kết có dịng thẳng đứng nhỏ Trong phương pháp pha trộn, hiệu ứng chiếm ưu M ật khác, với phần diện tích nhỏ, chất phi tuyến cùa kháng trở khí

động lực (hoặc hệ số cản, xem hình 1.5), tính bất ổn định gây vùng khố ẩm, độ lớn, có hiộu ứng bậc đại lượng chí lớn so với vùng lanh- Do đó, phương pháp pha trộn dẫn đến sai số tương đối lớn

Thay cho phương pháp pha trộn phương pháp “khảm” (mosaic), đề xuất lần Avissar Pielke (1989) Koster Suarez (1992) [1, 2], ô lưới chia thành ô vuông con, có tính chất bề mặt giống (chẳng hạn, loại thực vật) Cắc dòng bề mặt khí tính độc lập (xem hình 1.9b), thơng lượng trung bình lưới cho

(1.3.2) i + rg

Phương pháp khảm giả thiết ô khác không tương tác với ô khác theo phương ngang, tương tác với AM cách độc lập VỚI

Phương pháp khảm cho phép tính đến ảnh hưởng vài loại bể mặt khác bên ô luới AM Đối với tùmg để khảm, mơ hình trao đổi bề mặt cần chạy cách độc lập Do đó, phương pháp khảm tổng quát phương pháp pha trộn, chúng có nhược điểm phải tính tốn tốn (tính nhiều hơn) Tuy nhiên, nên ý phương pháp pha trộn phát triển dễ dàng, bao gồm nhiều loại bề mặt Do việc chọn phương pháp pha trộn khác với phương pháp khảm dựa giả thiết liên quan với kết nối theo phương ngang ỏ

Trong mơ hình khảm ban đầu Avissar Pielke (1989), Koster Suarez (1992) [1, 2], tác động khí hậu ô lưới nhau, tác động trung bình tồn lưới Bởi vậy, yếu tố xác định tính bất đồng bề mặt, tức biến động khí hậu theo không gian, bị bỏ qua Pitman cộng (1992) [10] chứng minh rằng, điều dẫn đến sai số Họ xét ỏ lưới mơ hình khí hậu tồn cầu có kích thưóc vài trăm km thực hai mô với phiên BATS chạy độc lập Trong mô thứ nhất, BATS điều khiển tác động trung binh ô lưới mô thứ hai, giáng thủy xuất phần có tỷ lệ diện tích fc lưới với cường độ p / f c , p giáng thủy trung bình lưới Cấu hình mổ thứ hai gần với thực tế hơn, điều kiện mùa hè, giáng thủy thường mang tính cục Bằng việc sử dụng BATS, Pitman cộng (1992) cho thấy nguồn nước bề mặt biến đổi từ bốc chiếm ưu thí nghiệm thứ đến dịng chảy chiếm ưu thí nghiệm thứ hai, dịng chảy lớn tạo chủ yếu cường độ giáng thủy lớn thí nghiệm thứ hai Mặc dù kết phần phụ thuộc vào việc xử lý dịng chảy BATS nhấn mạnh cần phải tính đến phân bố lại tác động khí hậu, đặc biệt giáng thủy, mơ hình q trinh bể mặt

Việc mở rộng phương pháp khảm, có tính đến phân bố lại tác động khí hậu con, Leung Ghan (1995) [10] đề xuất Trong mô hlnh họ, ổ không dựa vào loại thực vật bề mặt mà dựa vào phân lớp độ cao tác động khí hậu khác tính cho lớp độ cao Đặc biệt, tác động khí hậu cãn vào chuyển động phần tử dọc theo độ nghiêng địa

hình, lóp độ cao khác có nhiệt độ khí tác động giáng thủy gây địa hình khác Hạn chế mơ hình Leung Ghan (1995) lớp độ cao xử lý theo cách, khơng tính đến vị trí quan hệ với hộ thống núi, loại thực vật khác lớp độ cao không xem xét

Phương pháp khảm, mà nguyên lý cho phép khắc phục hạn chế mơ hình trên, phương pháp Seth cộng (1995) [20, 21], định nghĩa cách tiệm cận “vector” Trong mơ hình vector Seth cộng (1995) [20, 21], ô lưới AM chia thành N2 ô lưới đểu không gian Mỗi ô lưới gán cho loại bề mặt, độ cao tác động khí hậu riêng biệt tương tác với khí cách độc lập so với ô lưới khác Do đó, mơ hình cho phép phân bố lại không gian rõ ràng thực vật, độ cao tác động khí hậu cho vị trí lưới Hạn chế phương pháp sơ đồ trao đổi bề mặt cần gọi tính N2 lần cho điểm lưới, điều làm tăng iượng tính tốn lên nhiều Trong cơng trình Seth cộng (1995) [20, 21], phiên BATS vector hóa phát triển thành BATS-vector (hoặc VBATS) để sử dụng với 64 điểm lưới So với BATS ngun bản, khơng phải tính tốn q nhiều Tuy nhiên, phương pháp thích hợp cho việc tính tốn hệ thống máy tính song song

1.3.3 Ả n h hưởng gián tiếp tính bất đồng bề mặt

Như định nghĩa đây, ảnh hưởng gián tiếp tính bất đồng bể mặt hiệu ứng liên quan với hồn lưu có tổ chức qui mơ vừa (Organized Mesoscale Circulations - OMC) gây gradient lớn tác động bề mặt, chẳng hạn dòng hiển nhiệt ẩn nhiệt Một ví dụ điển hình hồn lưu gió đất - biển Cơ chế vật lý tạo nên gió đất - biển có liên quan với gradient ngang thông lượng hiển nhiệt gây nên đốt nóng xạ mặt trời ban ngày bề mặt nước mát lạnh (thông lượng nhỏ) bề mặt đất ấm gần bên cạnh (thông lượng lớn) Vào ban ngày, xáo trộn rối thẳng đứng lớn làm mặt áp suất đất liền nâng cao so với đại dương Điều tạo gradient khí áp ngang từ đất biển dương gần bề mật âm phía trên, làm khởi tạo hoàn lưu thổi từ biển vào đất liền gần bề mặt hoàn lưu từ đất liền biển ở cao Hồn lưu có xu hướng phá vỡ gradient khí áp ngang vào cuối buổi chiều triệt tiêu vào đầu buổi tối Ban đêm, làm lạnh xạ đất liền làm cho mặt đẳng áp chìm xuống, với chế tương tự, khởi tạo hồn lưu ngược lại từ đất liền biển gần bề mặt

Mặc dù gió đất - biển biết đến nghiên cứu nhiều thập kỷ, gần Yan Anthes (1984) [10, 25] đề xuất rằng, OMC tương tự gây bời gradient siữa bề mặt có lớp phủ thưc vật khác nhau, chảng hạn cỏ rừng bề mặt tưới không tưới Anthes (1984) [10] cho hoàn lưu tác động đáng kể đến khí hậu địa phương, đặc biệt vùng bán khô hạn, thự: tế người ta ứng dụng cách tạo lớp phủ thực vật có cấu trúc hlnh học thích hợp phương pháp cải tạo khí hậu địa phương (hình 1.10) Điều khảng định qua cơng trình mổ hình hóa trước (Yan Anthes, 1988) [10], kể từ đó,

các tài liệu, xuất nhiều nghiên cứu phân tích hiệu ứng OMC gây tính bất bề mặt Do tính chất hai chiều trình gió đất - biển, nghiên cứu trước sử dụng mơ hình hai chiều qui mô vừa với điều kiện lý tưởng hóa (Yan Anthes, 1988, Pielke Avissar, 1990, Pielke cộng sự, 1991) [2, 25, 26] Chỉ gần đây, mơ hình ba chiều đầy đủ sử dụng để phân tích hồn lưu điều kiện thực tế tác động khí (Lynn, 1994, Seth Giorgi, 1995) [20, 21, 10] Đặc biệt, độ nhạy OMC dạng hình học bề mật lớp phủ thực vật khác (những dải riêng biệt, dải đan xen nhau, dạng bàn cờ với ô ướt khô) nghiên cứu cách rộng rãi

Tích lủy (+)

- L-IOO

km -*-Hình 1.10 Giả thuyết việc hình thành dải thực vật trẽn vùng đất khơ cằn mà trước lả đất trông Việc tăng giảm hiệu ứng trình kéo theo hình thành thực vật ra

bằng dấu cộng (+), trừ ( - ) tương ứng

Cho đến nay, việc OMC có tác động đáng kể đến dịng động lượng, hiển nhiệt nước mặt giao tiếp bề mặt - khí tồn tầng đối lưu hay khơng cịn vấn đề tranh luận (Pielke Avissar, 1989) [2] Nếu hiệu ứng OMC có ý nghĩa mặt khí hậu cần phải tham số hóa chúng đưa vào mơ hình khí hậu

Cơ sở tốn học để biểu diễn dòng liên quan với OMC tương tự việc phân tách qui mô Reynold Một đại lượng khí ệ (các thành phần gió, nhiệt độ, nước) tách thành: thành phần qui mổ lớn ệ (chẳng hạn giải GCM), thành phần qui mô vừa f thành phần rối (ị)', cho

ỳ = ị + v + y (1.3.3)

Một khó khăn nảy sinh việc phân tách qui mơ là, gió trung bình nhỏ 10 m/s, qui mơ độ dài đặc trưng đối vói bất bể mặt Ls (chẳng hạn, bề rộng cùa mảnh khô ướt) OMC nằm khoảng 10 đến vài trăm km (Yan Anthes, 1988, Zeng Pielke, 1995) [26] Do đó, qui mỏ OMC lớn tương đương với độ phân giải mơ hình khí hậu ba chiều, thực tế tương đương với qui mơ q trình synơp Do đó, cần có mơ

hình vói độ phân giải tương đối cao, cỡ 10 km, để mô thực cấu trúc OMC Bởi vậy, lấy qui mơ điển hình khoảng vài chục km làm qui mô đặc trưng cho thành phần qui mơ vừa phương trình (1.3.3)

Từ việc phân tách qui mơ, dịng thẳng đứng cho

Fị = w ộ = w<|> + W<Ị)' + w<ị>' + w'<|) + w'<t>' + w'<ị>' + w'<ị) + w l,(ị»' + w'r<t>" (1 )

trong vận tốc thẳng đứng w phân tách theo phương trình (1.3.3) Khi lấy trung bình qui mơ lớn (hay qui mơ GCM giải được) hạng thứ 3, 6, triệt tiêu dựa định nghĩa thành phần xoáy Khi giả thiết thêm rằng, OMC không giải GCM, bỏ qua hạng 2, 7, ta cịn lại

= W(Ị) + w'(Ị)' + w y (1 -3 )

Hạng (1.3.5) dòng thẳng đứng liên quan với chuyển động qui mơ lớn (có thể giải được), hạng thứ hai liên quan vói OMC hạng thứ ba chuyển động rối Do đó, vấn đề ỏ chỗ khả định lượng tham sơ hóa hạng thứ hai phương trình (1.3.5)

CHƯƠNG MÔ TẢ MÔ HÌNH TÍNH CÁC DỊNG TRAO Đ ổ i GIỮA BỂ MẶT VÀ KHÍ QƯYEN

2.1 MỞ ĐẦU

Trên trình bày kiến thức liên quan đến việc mơ hình hóa q trình bể mặt mơ hình hệ thống khí hậu Nhiệm vụ mơ hình bề mặt, nói, xác định dịng lượng nhiệt ẩm làm điều kiện biên cho mơ hình khí Trong phần trình bày chi tiết phương pháp tính dịng trao đổi Tuy nhiên, khuôn khổ báo cáo, đề cập đến phương pháp tính theo sơ đồ BATS

Sơ đồ trao đổi sinh-khí (BATS) cho phép: 1) Tính lượng xạ mặt trời hấp thụ bề mặt xạ sóng dài thuần, 2) Tính dòng trao đổi động lượng, hiển nhiệt ẩm bề mặt lớp khí quyển, 3) Xác định thành phần gió, độ ẩm nhiệt độ khí quyển, tán ỉá thực vật mực quan trắc bề mặt, 4) Tính giá trị nhiệt độ lượng ẩm bề mặt

Mặt đất nhận giải phóng nhiều loại lượng Những dạng lượng quan trọng theo quan điểm vật lý là: (a) xạ mật trời đến bề mặt sau bị hấp thụ phản xạ khí quyển; (b) xạ phát xạ hồng ngoại từ mặt đất, tính theo cơng thức SƠST \ £ ỉà độ phát xạ nhiệt, s sơ' Stan- Boltzmann T nhiệt độ đất thực vật; (c) thông lượng hiển nhiệt, tính biểu thức truyền khí động lực, tỷ lệ với hiệu số nhiệt độ khơng khí mặt đất nhiệt độ khơng khí lớp biên; (d) thơng lượng ẩn nhiệt tính tương tự (c) tỷ lệ với hiệu số độ ẩm riêng Nãng lượng nhận tai mặt đất làm tan tuyết, đốt nóng mặt đất, truyền xuống lưu trữ lớp sâu

Khi xét mơt khoảng thịi gian đủ dài (vài ngày lâu hơn), hiệu ứng tích lũv nhiêt lớp đất khơng đóng bãng xem khơng kê Trong khoang thời gian ngắn hơn, có tầm quan trọng tương đương với vài thông lượng lượng khác Tính “quán tính nhiệt” nồy phụ thuộc vào độ ẩm, thành phần đất lớp tuyết nằm bên cũn- phụ thuộc vào quy mô thời gian

Một đặc điểm quan trọng thông lượng ẩn nhiệt hiển nhiệt bề mặt đất biến đổi mạnh trone ngày Trong thực tê, chí dấu đại lượng vào ban ngày ban đêm thường khác Những thông lương hàm phi tuyến mạnh độ bất ổn định tĩnh lớp khí quyến bên dưới, ẩm măt đất hàm phi tuyên mạnh cua nhiệt độ mạt đa.t, đo viẹc tinh toan

những thơng lượng gặp phải sai số đáng kể sử dụng sơ' liệu nhiệt độ trung bình ngày Sự biến đổi ngày đêm nhiệt độ mặt đất sát mặt đất đặc điểm bật khí hậu, chúng phụ thuộc vào đặc trưng khí hậu khác độ ẩm đất, thơng lượng mặt trời tới mặt đất đối lưu lớp biên

Sự có mặt thực vật có ảnh hưởng lớn đối vói thơng lượng trunơ bình thơng lượng lượng nước ngày đêm Các đặc trưng vật lý thực vật quan trọng là: (a) hấp thụ xạ mặt trời chắn xạ mặt trời tới mặt đất; (b) trao đổi ẩn nhiệt hiển nhiệt với khí quyển; và.(c) trì lượng ẩm mặt đất tronơ tán Lượng ẩm lớp nước tạo thành từ sương nước mưa giữ lại' lượng ẩm vượt khả giữ ẩm tán nhỏ giọt xuống mặt đất tán không bị ướt, áp suất nước quy định bời độ mở khí khổng (được tham số hố hệ số kháng trở khí khổng) Trên khu rừng, chắn nước mưa tán tái bốc làm hầu hết lượng giáng thuỷ mưa phùn nhẹ Hơn nữa, phần lớn vận chuyển ẩm từ đất vào khơng khí thơng qua nước Lượng tuyết rơi sương giá bị ảnh hưởng đáng kể lớp phủ thực vật

2.2 PHÂN LOẠI BỂ MẶT

Hiện nay, mơ hình khí hậu người ta thường sử dụng số liệu phân loại bề mặt dựa ba tập liệu tập số liệu thực vật Olson cộng (1983), số liệu thực vật đất trồng Matthews (1983, 1984) số liệu loại đất trổng đất sử dụng Wilson (1984) [7] Để đơn giản hóa số đặc tính cùa lớp phủ, ứng dụng cho mơ hình CCM (Community Climate Model - Mơ hình khí hậu tổng hợp) người ta phân chia bề mật thành 18 loại (bảng 2.1) Hình 2.1 dẫn ví dụ minh họa cho vai trò khác loại bề mặt theo cách phân loại Việc phân chia màu đất, kết cấu đất khả tiêu nước đất dựa đồ đất giới FAO (FAO/Ưneseo, 1974) [7] Tám lóp màu đất chia theo tỷ lệ từ đậm đến nhạt Mười hai lớp kết cấu chia tương ứng với độ hạt đất, từ thô (hạt cát) đến mịn (hạt sét) Các tham số ứng với 18 loại bề mặt 12 lớp kết cấu đất lớp màu đất nói dẫn bảng 2.2, 2.3, 2.4,

Bảng 2.1 Các loại lớp phủ thực vật/đất

TT Ký

hiêu

Mô tả TT Ký

hiêu

Mô tả

l LI Đất trổng hỗn hợp 10 L10 Câv trồng tưới nước

2 L2 Cỏ thấp 11 L ll Nửa hoang mạc

3 L3 Cây kim thường xanh 12 L12 Băng hà / mũ băng L4 Cây kim rụng theo mùa 13 L13 Đầm lầy bãi lầy L5 Cây rộng rụng theo mùa 14 L14 Nước đát liền L6 Cây rộng thường xanh 15 L15 Đại dươns

7 L7 Cỏ cao, cỏ tốt 16 L16 Cây bụi thường xanh

8 L8 Hoang mạc 17 L17 Câv bụi rụng theo mùa

9 L9 Lãnh nguyên (Tundra) 18 L18 Rừng hỗn giao

Bảng 2.2 Các tham số loại bề măt

Loại bé mặt

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 L14 L15

đại-ơ,™ 0.85 0.80 0.80 0.80 0.80 0.90 0.80 0.0 0.60 0.80 0.10 0.0 0.80 0.0 0.0

phủ cực đại dộ che phủ 0.6 0.1 0.1 0.3 0.3 0.5 0.3 0.0 0.2 0.6 0.1 0.0 0.4 0.0 0.0

0.06 0.02 1.0 1.0 0.8 2.0 0.1 0.05 0.04 0.06 0.1 0.01 0.03 0.0024 0.002

ó rê-Z, (m) 1.0 1.0 1.5 2.0 1.5 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

rên - z (m) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

3 rẻ lớp dất phía so

íg lớp dất rẻ

0.3 0.8 0.67 0.67 0.5 0.8 0.8 0.9 0.3 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

dối với bước sóng <0.7nm 0.1 0.1 0.05 0.05 0.08 0.04 0.08 0.2 0.1 0.08 0.17 0.8 0.06 0.07 0.07

dối với bước sóng >0.7|.im 0.3 0.3 0.23 0.23 0.28 0.2 0.3 0.4 0.3 0.28 0.34 0.6 0.18 0.2 0.2

lổng nhỏ (s m ') 120 200 200 200 200 150 200 20Q 200 200 200 200 200 200 200

6 6 6 6 6 0

0.5 0.5 5.0 1.0 1.0 5.0 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.0 0.5 0.0 0.0

thân vâ thực vật chết 0.5 4.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 0.5 0.5 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

bậc hai kích thước (dộ ho cây) (m ,ữ)

10 5 5 5 5 5 5 5

y ánh sáng (m2W ') 0.02 0.02 0.06 0.06 0.06 0.06 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

Bảng 2.3 Các tham sô 12 lớp kết cấu đất

rham số 1 2 3 4 5 6Lớp kết cấu7 8 9 10 11

0.33 0.36 0.39 0.42 0.45 0.48 0.51 0.54 0.57 0.60 0.63

lất đát (mm) 30 30 30 200 200 200 200 200 200 200 200

bão hoà (mms'1) 0.2 0.08 0.032 0.013 8.9x103 6.3x1 Ũ’3 4.5 x103 3.2 x10'3 2.2 x10‘3 1.6 x103 1.1 x1( ô dẫn nhiệt đất

5i đất mùn

1.7 1.5 1.3 1.2 1.1 1.0 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75

B công thức Hornberger (1978)

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.8 7.6 8.4 9.2 10.0

m 0.088 0.119 0.151 0.266 0.3 0.332 0.378 0.419 0.455 0.487 0.516

Bảng 2.4 Các tham số lớp màu đất

sóng Màu (từ sáng (1) đến tối (8))

1

Albedo đất khô

7}.im 0.23 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12

7j.im 0.46 0.44 0.4 0.36 0.32 0.28 0.24

Albedo đất bão hoà

7|.im 0.12 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06

7 Ị.IITI 0.24 0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12

1Lớp dát sáu hon

dộng lớn nhiệt dỷ I biến đoi

N h U u tM n , Ty l | phú c ọ n g v ỉp tŨ M i nhó

v * 1* * í l r í l d p

phủ kin **»*1

Ty lẹ phu H Ị u h í l r í b lín động lịm i l i p b í m #

th«o mùa Háu h tt r ỉ

Iđp dơõi sáu

Kháng trịr khí khổng nhơ

c ỏ THÍP TUNDRA CAY TRĨNG \

ù S r

Được TƯỚI RONG NHIỆT 0ỚI

Hình 2.1 Tác động khác loại bể mặt

2.3 TÍNH ALBEDO BỂ MẶT

Albedo đặc trưng cho khả phản xạ bể mặt xạ sóng ngắn phát xạ sóng đ ài Albedo bề mặt phụ thuộc vào bước sóng, góc thiên đỉnh mặt trời trạng thái bề mặt loại bề mặt Đối với bề mặt khơng có tuyết phủ, BATS tính albedo cho ba trường hợp albedo thực vật xạ mặt trời nhìn thấy (X<0.7|j.m), xạ gần hồng ngoại (A->0.7^m), albedo đất Mặc dù albedo thực vật phụ thuộc vào nhiều nhân tố khác, màu chẳng hạn, song số liệu hạn chế, BATS xem thực vật có màu xanh Giá trị albedo loại lớp phủ thực vật khác cho trước Albedo đất trống phụ thuộc vào màu đất độ ẩm đất Nó tăng dần theo độ khơ bề mặt đất tính

trong Albgo albedo đất bão hòa nước; Ssw hàm lượng nước đất bề mặt;

A ag(Ssw) = 0.01(1 l-4 S sJ Z u) > 0, với Zu độ dày lớp đất

Trong trường hợp bề mặt có tuyết phủ, albedo xem phụ thuộc vào phổ bước sóng xạ, góc thiên đỉnh mặt trời, độ dày tuyết, kích thước hạt tuyết, mức độ bụi bẩn tuổi tuyết BATS sử dụng cơng thức sau để tính albedo tuyết

trong a v albedo A.<0.7^im; a IR albedo A.>0.7[im số D ký hiệu albedo khuếch tán cho

AlBG - A.LBGO+ACCg(Ssw),

ctv = ctVD + 0.4f(ZEN) [ l - a VD] a IR = a tRD + 0.4f(ZEN) [ l - a IRD]

(2.3.1) (2.3.2)

a vD - U “CsFage] a vo a iRD = U - CnFage] a IR0

c s = 0.2; CN = 0.5

(2.3.3a) (2.3.3b)

a vo = 0.95 albedo xạ nhìn thấy đến tuyết vói góc thiên đỉnh mặt

trời nhò 60°

a mo = 0.65 ỉà albedo tuyết xạ mặt trời gần hồng ngoại với góc thiên đỉnh mặt trời nhỏ 60°

f(ZEN), nhận giá trị 1, nhân tố tính đến việc làm tăng albedo xạ nhìn thấy tuyết góc thiên đỉnh mặt trcd vượt 60°

C(ZEN) cosin góc thiên đỉnh mặt trời

F Ag e tuổi tuyết, dùng để tính mức độ giảm aỉbedo tuyết cũ góc

thiên đỉnh mặt trời nhỏ 60°

Trong phương trình (2.3.4), b bị triệt tiêu C(ZEN)=0.5 và C(ZEN)=0 (mặt trời nằm đường chân trời); b điều chỉnh cho phù hợp với số liệu, ở b = 2.0

Tuổi vô thứ nguyên XSN0W của tuyết gia tăng biến dự báo mơ

hình sau

và r3 = 0.01 Nam cực; =0.3 nơi khác

Hạng biểu diễn ảnh hưởng tăng hạt khuếch tán nước, phụ thuộc vào nhiệt độ r, thực chất tỷ lệ với áp suất nước

Hạng r2 biểu diễn hiệu ứng bổ sung nước lỏng gần mặt băng r3 biểu diễn hiệu ứng bùn muội,

Khi lượng tuyết rơi khoảng 0.0lm nước lỏng, bề mật giả thiết phục 0 hồi lại trạng thái tuyết Vì giáng thuỷ bước thời gian mơ hình nói chung thường nhỏ lượng giáng thuỷ cần để làm bề mặt, nên tuổi tuyết giảm lượng tuỳ thuộc vào tổng lượng tuyết APS sau:

f(ZEN) = -I b +

b|_l + 2bC(ZEN) , f(ZEN) = QZEN) > 0.5 (2.3.4)

FaGE “ TSNOw/[l+'t:SNOw] (2.3.5)

AtSNOw = -to1 (r,+r2+r3)At (2.3.6) Tq^ IxIO ^s

tsnow - (tsnow + Atsnow)0 100APs), tsnow>0

trong AtSNOw định ns hĩa tronẽ phương trình (2.3.6)

(2.3.7)

2.4 TÍNH NHIỆT ĐỘ ĐẤT

Nhiệt độ đất tham số quan trọng sơ đồ trao đổi bề mặt Trong BATS nhiệt độ lóp đất tính theo phương pháp tác động - phục hổi (force-restore) Nhiệt độ lớp đất bề mặt Tgl tính từ phương trinh vi phân sâu:

ỔT|

C A t - ^ - + 2AT B (2.4.1)

ơt

trong A=0.5vdÀt; B = BC0EFh s + v dAt.Tg2; c =(1+FCT1), với vd=27i/86400 tần số dao động ngày, hs tác động nhiệt bề mặt đất, At bước thời gian (s), T nhiệt độ lớp đất bề mật, Bcoef= fsN o w B COEFs + (1 - Fsnow)Bcoefb, Ísno* là phần diện tích bị tuyết phủ, BC0EFS = ,VdAl;Dds , b coefb = ^ AtDdb (chỉ số “s” “b” canh dấu

(Psc sAksn (psc j bksb

ngoặc đơn mẫu số hai biểu thức tương ứng tuyết đất), Dds Ddb tương ứng độ sâu thâm nhập ngày tuyết đất, ps cs tương ứng mật độ nhiệt dung riêng tầng đất dưới, ksn, Kb hệ số khuếch tán nhiệt tuyết đất đao động ngày nhiệt độ

Khi mặt đất có tuyết, tuyết tan làm giảm nhiệt độ tầng đất mặt làm tăng phần dòng chảy mặt Tốc độ tuyết tan tính bởi:

s _ [B + (C - A - B')Tgl -(C + A-B').273.1 ój (2 2)

L f B CO EF

ở đây, Lf ẩn nhiệt nóng chảy; B’ đạo hàm B theo nhiệt độ

Nhiệt độ lớp đất bề mặt Tg2 xác định theo sóng nhiệt độ năm tính phương pháp tác động - phục hổi tương ứng với nhiệt độ độ sâu khoảng lm [3,8] từ phương trình:

(l + Fcr2) A t ^ + 2A2Tg2 = c 4vaAtT3 + -j^ v aAt (2.4.3)

dt D d

với va=vd/365 tần số dao động năm, c4 hệ số kết nối đất chưa tính đến sóng năm nhiệt độ (hiện c4=0, ngoại trừ vùng đóng băng vĩnh cửu c4= l),

T\ị=271, a, = (c, + ^ 1 o 5v At» Da Dd tương ứng đô sâu thâm nhâp năm ngày.

I D«J ■ a

( v /2

Nếu khơng có tuyết D - — Dd trường hợp bề mặt bị tuyết phủ Da l vJ

và Dd lấy trung bình trọng số theo độ dày tuyết

2.5 T ÍN H Đ ộ ẨM ĐẤT VÀ L Ớ P PHỦ TUY ẾT TR O N G ĐIỂU KIỆN KHƠNG CĨ L Ớ P PH Ủ THỰC VẬT

Để định rõ độ ẩm đất - lớp phủ tuyết, bể mặt trái đất chia thành: 1) Những vùng đại dương (có khơng có bãng biển bao phủ) 2) Những vùng lục địa (có khơng có tuyết phủ) Đối với vùng đại dương khơng có băng biển bao phủ, nhiệt độ bể mặt Tgị quy định sô' liệu quan trắc từ mồ hình chuẩn Đối với

những vùng khác việc tính Tg phụ thuộc vào điều kiện lớp phủ tuyết, độ ẩm đất, dạng bề m ặt nhiệt độ lớp khí

2.5.1 G ián g th ủ y (m ưa tuyết rơi)

Mưa giải phóng ẩn nhiệt (Qc) lớp khí phụ thuộc phức tạp vào độ ẩm lớp giáng thủy từ lớp bên Tốc độ giáng thủy mặt đất (P) nhận tổng giáng thủy từ lớp Giáng thủy giả thiết tuyết rơi Ps nhiệt độ lớp khí thấp T! < Tc, mưa rơi Pr Tị>Tc, Tc=Tm+2.2, Tm=273.16, tức

ps = p ,p r= Tị < Tc ps = 0, pr = p nếuT, > Tc

2.5.2 N gu ồn ẩ m đất

Nguồn ẩm tới bề mặt thấm vào đất chuyển thành dòng chảy mặt Đối với nựớc, đất chia làm lớp, lớp mặt phân cách đất - khí quyển, lớp thấp tăng dần theo độ sâu Các đại lượng biểu diễn nguồn ẩm đất xét gồm: Ssw nước lóp đất bề mặt (lớp đất cùng) có độ dày Zu (O.lm) (giá trị cực đại SswmaJ ; nước tầng rễ có độ sâu Zr (giá trị cực đại Srwmax); Stw tổng lượng nước đất độ sâu z t (cực đại stwmax) Cả Ssw, Sm SIW nhận từ nguồn nước mưa Pr bị bốc Fq địng chảy mặt Rs tất q trình xảy lớp đất bề mặt Dòng lóp đất tác động đến nguồn ẩm khác khác Trong điều kiện khơng có lớp phủ thực vật, phương trình bảo tồn thành phần có dạng:

^ = G -R s + ỴwI (2.5.1)

ỡt

^ = g - r! +t„2 <2-5-2 )

3t

£ ịs = G - R , - R , (2.5.3)

dí e

trong G = p + s - Fq = lượng nước áp dụng cho bề mặt; Rs = dòng chảy măt; R„ = nước thấm xuống lớp đất phía bê nước ngâm; Pr = mưa; Sm — tuyết tan; y Ị = nước trao đổi khuếch tán từ tầng rê vào tầng mật; yw2 = nước trao đôi

do khuếch tán từ toàn cột đất vào tầng rễ; Fq = bốc Nếu Fq âm có nghía la sương hình thành

2.5.3 Nước rị rỉ thấm xuống b ể nước ngầm

Mỗi loại đất có tính chất định chủ yếu phụ thuộc vào câu trúc đất Trong sơ đổ tham sơ hóa đất người ta thường gia thiet rang tính chất khơng đổi theo độ sâu đặc trưng tham sô sau:

- Đ ộ rỗng PƠRSL> đại lượng mà đất bão hịa nước m đất chứa Porsl nước

- Độ dẫn nước đất Kw

2.5.4 S ự bốc hơi

Số hạng bốc Fq trao đổi nước lớp đất khó tham số hóa cách đầy đủ Hiện người ta biểu diễn chúng dựa sức chứa khả làm khô biến động ngày đêm bốc tiềm bề mặt:

trong Fqp bốc tiềm Fqm thông lượng ẩm cực đại qua bề mặt ướt mà đất trì

2.5.5 D òn g chảy m ặt

Trong thời kỳ mưa nhiều tuyết tan độ ẩm đất cao, hầu rơi đến bề mặt không xuyên xuống bể nước ngầm mà biến thành dịng chảy mặt đổ sơng, suối Dịng chảy mặt phụ thuộc vào thông lượng nước (giáng thuỷ trừ bốc hơi) bề mặt, độ ẩm đất nhiệt độ bề mặt đất Tốc độ dòng chảy mặt biểu diễn hàm tốc độ giáng thuỷ mức độ bão hoà đất Tuỳ thuộc vào nhiệt độ bể mặt đất Tgị ta có:

trong đó: pWSÍlt mật độ đất bão hịa; pw = pwsal(s,+s2)/2; s, = S J S rvmM- s2 = Ssw/Sswmax Khi G<0 Rs=0 Nếu nhiệt độ lớp gần bề mặt thấp điểm băng dịng chảy mặt tăng lên

2.5.6 Lớp phủ tuyết

Mô hình chi tiết cân lượng tuyết trình tan băng tuyết Anderson để xuất [3] Ơng mơ hình hóa cách tỉ mỉ truyền nước lượng biến đổi mật độ toàn cột tuyết Ngược lại, mơ hình hóa q trình tuyết bề mặt, không phân biệt cách rõ ràng tuyết lớp đất bề mặt nhiệt độ đất, tức nguyên tắc xem Tg2 nhiệt độ tuyết lớp đất bề mặt sau tích lũy vài cm nước lỏng tương đương tuyết Nước bề mặt tuyết đưa trực tiếp xuống đất, nước mưa nước tuyết tan xem ngấm qua tuyết đóng băng trở lại Sự tan tuyết đáy lớp tuyết bỏ qua

Nếu có mưa tuyết có lớp phủ tuyết, trước hết phải kiểm tra xem nhiệt độ T, có hay khơng, Tg = tính tốc độ tuyết tan trước tính nhiệt độ bể mặt Lớp phủ tuvết cập nhật từ phương trình:

Fq = Min{Fqp,F qJ (2.5.4)

Tgl < c Tgl >0UC

(2.5.5)

m (2.5.6)

2.6 HỆ s ố CẢN VÀ CÁC DÒNG TRÊN ĐẤT TRỐNG

Hệ số cản đất đại lượng biến đổi Do BATS hệ số cản CD tinh ham CDN, hệ số cản điều kiện phiếm định, sô Richardson tổ hợp cho bề mặt R iB:

Cd - ^ib)

R riB

_ gZl(l-T e,/T a)

(2.6.la) (2.6.1b)

trong đó: Va2 -u ? + vf + ; Tgl nhiệt độ bể mặt đất (hoặc tuyết, băng), Ta, u l5 V ị lần

lượt nhiệt độ không khí nhân với (Ps/Pi)k thành phần gió độ cao mực thấp mơ hình khí Zịỉ g gia tốc trọng trường; ps Pj tương ứng áp suất khơng khí bề mặt mực thấp mơ hình; k số Karman;

u„ =ị o l m / s , Ịl.Om/s,

V T a <1

V Ta>l

(2.6.2)

Khi hệ thức để tính hệ số cản

Cd n(i + V - CdnR iB )

CD = Cọn

(1 + 11.5Rìb)

Rìb <

RiB >

(2.6.3)

Hệ số cản phiếm định CDN nhận từ lý thuyết lớp biên xáo trộn xác định

(2.6.4)

l n ( z , / z 0)

ở k=0.4 z0 độ gồ ghề

Các dòng hiển nhiệt, ẩn nhiệt bể mặt nước, băng, tuyết đất trống nhận sử dụng hệ số cản động lượng định nghĩa qua hệ thức sau:

Fs = paCpCDVa(Tg!- T J (2.6.5)

trong pa mật độ khơng khí bề mặt, CD hệ số cản khí động học nhiệt, Cp nhiệt dung riêng khơng khí Va tốc độ gió Tương tự, dịng ẩm từ bề mặt vào khí cho bởi:

Fq = PaCDVafg(qg- q J (2.6.6)

trong qg độ ẩm riêng bão hồ nhiệt độ bề mặt (mặt đất, tuyết, băng nước); qa độ ẩm riêng mực thấp mơ hình; f„ đại lượng đặc trưng cho trạng thái ẩm, nhận giá trị 1, trừ trường hợp trình khuếch tán (các bề mạt bị hạn chê') fg xác định bàng tỷ số bốc thực tế bốc khả nãng đất: f„ = Fg/Fqp

Khi có lớp phủ thực vật, BATS xem xét tách biệt phương trình lượng đất kháng trở truyền lượng từ phía tán đến khơng khí tán từ khơng khí tán đến bề mặt có ý đến phận ướt tán

2.7.1 T ham số hóa biến cây

Hai đặc trưng quan trọng thực vật số diện tích (LAI) số diện tích thân (SAi) LAj liên quan đến trình nước từ thực vật SAI khơng đổi

đối vói loại đất, LAI lại biến động theo mùa Tổng chúng ký hiệu Lsai: Lsai = LA1 + SAI Để tính đến bốc từ cành bị ướt người ta đưa vào định nghĩa tỷ lộ diện tích bị ướt (bị phủ nước) sau:

2.7 CÁC Q TRÌNH VÀ DỊNG NĂNG LƯỢNG ĐỐI VỚI THỰC VẬT

trong Wdew tổng lượng nước bị chặn giữ tán WDMAX lượng nước cực đại mà tán chặn giữ Biểu thức tương tự sử dụng cho thân Khi phần bề mặt tự xác định bởi:

2.7.2 Sự tích lũy giáng thủy sương bị chặn giữ thực vật

Khi có mưa bề mặt thực vật bị phủ lớp nước mỏng trước nhỏ giọt chảy theo thân xuống đất Lượng nước sau tái bốc vào khơng khí đồng thời bề mặt ướt trình bị ngừng lại Tương tự, hình thành sương vào ban đêm giữ mát cho vào buổi sáng thoát từ ngừng lại Nói chung tái bốc nưóc mưa bị chặn giữ thực vật chiếm khoảng 10-50% lượng nước mưa, phụ thuộc chủ yếu vào cường độ mưa Sự ngừng thoát bị ướt cịn nghiên cứu, đóng vai trò đáng kể Giáng thủy tuyết bị chặn giữ hình thành sương giá nói chung thường xảy Nhưng mức độ chúng quan trọng bốc nhỏ nhiệt độ thấp Vì thế, có lý giả thiết thực vật tích lũy nước thể rắn giống thể lỏng Giả thiết lượng nước tích lũy cực đại 0.000 lm X

Lsai Lượng nước tích lũy đơn vị diện tích bề mặt đất tính từ lượng giáng thủy đến hiệu thông lượng nước đến bề mặt thực vật:

V ^ D M A X J

(2.7.1)

(2.7.3) (2.7.2)

ỡt (2.7.4)

Nếu Wđew > W DMAX - O.OOOlm X ơịLs*, Wdew đặt WDMAX lượng ẩm dư thưa la cộng vào lượng giáng thủy (nước tuyết) rơi đến đất

2.7.3 C ác d òn g từ tán lá

Trước hết xét bốc từ ướt, dòng nước từ tán khô (không bị phủ nước) xét tương tự cần xét thêm kháng trờ khí khổng Lượng bốc đom vị diện tích tán lả ướt (cả cành cây) xác định bởi:

Ef'ET = P.rũI(qfAT-q rf) (2.7.5)

trong đo q f la đọ am nêng bao hòa nhiệt độ tán Tf; qaf độ ẩm riêng không bên tán cây; ría kháng trở khí động học đơi với dịng nhiêt ẩm phân tử lớp biên đơn vị hình chiếu diện tích

Tương tự, dịng nhiệt từ tán Hf tính bởi:

với rs kháng trở khí khổng; Lw Lj xác định từ (2.7.1) (2.7.2); hàm bậc thang, nhận giá trị đối số dương đối sơ' âm

Sự xảy bề mặt khô xác định bởi:

ở ta đằ bỏ qua khác biệt nhỏ nhiệt độ khô ướt số yếu tố bất khác

2.7.4 K h n g trở khí khổng

Kháng trở khí khổng hiểu sức chống chịu học tổng cộng chống lại khuếch tán từ Thành phần đơi cịn xem kháng trở để phân biệt với kháng trờ khí khổng Hơi nước bên trì giá trị bão hịa gần bão hịa Kháng trở rs nước thoát từ ngồi phụ thuộc mạnh vào kích thước, phàn bố mức độ mở khí khổng Tuy nhiên, khuếch tán nước xảy qua biểu bì lá, đường nước chủ yếu khí khổng bị đóng lại Kháng trờ khí khổng xác định bởi:

Hf - fLSAjrIaIpaCp(Tf - T af)

Dòng ẩm từ bề mặt phần tán bị ướt E, xác định bởi:

E f = r NE fWET (2.7.7)

(2.7.6)

trong

rN i ( E r \ I.0 L w L d -K +rJ

(2.7.8)

(2.7.9)

rs = r sminX RfX SfxM f x V f (2.7.10)

trong rsmin giá trị cực tiểu kháng trở khí khổng; Mf, Rf, Sf v f tương ứng nhân tố đặc trưng cho phụ thuộc kháng trở khí khổng vào độ ẩm đất, xạ mặt trời, nhiệt độ độ hụt bẵo hịa nưóc

2.7.5 K háng trở rễ

Tốc độ tính theo phương trình (24) cần phải phù hợp vói tốc độ cực đại mà thực vật trì Nếu Etr tính vượt q tốc độ cực đại rs xác định lại cho Etr=E!rmx Sự hút nước thực vật lớp đ ất bị hạn chế hiệu đất chia cho kháng trở hữu hiệu, hay gọi kháng trở rễ Kháng trở hữu hiệu phụ thuộc vào tổng độ dài rễ đơn vị diện tích kháng trở nội đơn vị độ dài rễ

2.7.6 C ản lượng tán thực vật đất

Khơng khí bên tán có nhiệt dung khơng đáng kể dịng nhiệt từ tán Hị từ đất H„ cần phải cân dịng nhiệt vào khí Ha:

Ha = Hf + Hg (2.7.11)

ở đây, dịng nhiệt vào khí tính bởi:

Ha = paa,CpCDVa(Taf- T J (2.7.12)

Dòng nhiệt từ đất tán giả thiết bằng:

Hg = paCp(CSOILCơf Uaf) (Tgl — Taf) (2.7.13)

Trong công thức (2.7.12) (2.7.13), pa mật độ khơng khí bề mặt; CsotLC hệ số truyền khơng khí tán cày đất phía dưới, giả thiết 0.004; Taf nhiệt độ bên tán Từ phương trình (2.7.11)—( 2.7.13) tính nhiệt độ Taf:

T.f = (cATa+cFTf+cGTgl)/ (CA+CF+CG) (2.7.14) CA= ơjCDVa; Cp = ịL s ^ r '1; CG = CsoILCơ fƯaf Tương tự, khơng khí tán giả thiết khơng có khả tích lũy nước cho dịng nước từ khơng khí tán Ea cân vói dịng từ tán Ef từ đất Eg:

Ea = Ef + Eg (2.7.15)

Ea = pacA(qaf - qa) (2.7.16)

Eg = pacGfg(qgiS - qaf) (2.7.17)

# q„s nồng độ nước đất bão hòa; fg nhân tố xác định trạng thái ẩm, định nghĩa tỷ số bốc thực tế bốc tiềm đất; độ ẩm riêng khơng khí bên tán Giải phương trình (2.7.15)—( 2.7.17) ta nhận qal

2.7.7 N hiệt độ lá

Phương trình cân cuối để nhận hoi từ thực vật phương trình bảo toàn lượng tán lá:

Rn(Tị) = LEt{Tt) + H(ÍT() (2.7.18)

trong Rn xạ mà tán hấp thụ Giải phương trình ta nhận

nhiệt độ tán Tf.

2.7.8 C ác d òn g năn g lượng từ đất khơng có lớp phủ thực vật

Các dòng hiển nhiệt Pbare ẩn nhiệt Qbare từ đất không bị thực vật bao phủ

được cho bởi:

FBARE = W G( T g l - T s) ( )

Qbare = W G(qg - qs) (2.7.20)

W G = CD(1-Ơf){ ( l - f)V, + ơf[XBUaf + (1-X B) V J } (2.7.21) XB = Min {1, R-ough }

2.7.9 Đ ộ ẩm đất có lớp phủ thực vật

Trong trường hợp có thực vật, phương trình xác định nguồn ẩm đất lớp tuyết phủ (2.5.1)-(2.5.3) (2.5.6) trở thành:

Ể |w = pr(1 _ ơf) _ Rs _ Yw] _ pEư _ Fq + sm + Dw (2.7.22)

^ = pr (1 - ơf) - Rs - yw2 - Etr + s m + Dw (2.7.23) = pr(l - ơf) - Rw - E - Fq + s m + Dw (2.7.24)

^ = Pr( l - ơf)-F q - S m+Ds (2.7.25)

trong (3 phần từ lớp đất cùng; Dw tốc độ rơi từ lượng nước vượt khả lưu giữ (của lá) đơn vị diện tích đất; Ds tương tự Dw tuyết; Rw = Rs+Rg dòng chảy mặt tổng cộng

C H Ư Ơ N G K Ế T Q U Ả TÍNH TỐN VÀ NH ẬN X ÉT

3.1 SỐ LIỆU

Như đề cập đây, sơ đồ trao đổi bề mặt BATS ứng dụng CCM chia bề mặt thành 18 loại (bảng 2.1) Tuy nhiên, mơ hình khí hậu khu vực RegCM, BATS phân chia bề mặt thành 13 loại (bảng 3.1)

Bảng 3.1 Phân loại b ề mặt mơ hình khí hậu khu vực Theo BATS

RegCM Mô tả

Ký hiệu theo bảng 2.1

SI Đất đô thị L5

S2 Đất nông nghiệp LI

S3 Đổng cỏ L2

S4 Rừng rụng theo mùa (deciđuous) L5

S5 Rừng nhọn (coniferous) L3

S6 Rừng hỗn giao đất ướt L18

S7 Nước L15

S8 Đất đô thị L13

S9 Đất nông nghiệp LI

S10 Đồng cỏ L9

S l l Rừng rụng theo mùa (deciduous) L12

S12 Rừng nhọn (coniferous) L6

S13 Rừng hỗn giao đất ướt L7

Các loại bề mặt cho tập số liệu “đất sử dụng” (Landuse) với dộ phân giải khác nhau: 30 phút (~ 55 km) 10 phút (~ 18 km) Trong ô lưới ứng với độ phân giải, loại bề mặt cho dạng tỷ lệ phần trăm diện tích ỏ lưới mà loại bề mặt chiếm Trong mơ hình khí hậu, lưới gán cho loại bề mặt định Loại bề mặt gán cho ô lưới loại chiếm tỷ lệ phần trăm diện tích lưới lớn (loại bề mặt thống trị) (hình 3.1) Điều có nghĩa độ phân giải mơ hình thơ (ơ lưới lớn) tính bất đồng bề mạt thể hiên rõ

Hình Loai bể m ặt lưới mỏ hình gán loại bể mặt chiếm tỷ lệ phần trăm diện tích lán nhất

Ngồi tập số liệu đất sử dụng, để chạy mồ hình mơ dự báo khí hậu cần có thêm tập số liệu độ cao địa hình (Teưain high) số liệu trường khí tượng làm điều kiện ban đầu điều kiện biên phụ thuộc thời gian Trong phạm vi đề tài

chúng tồi sử dụng số liệu độ cao địa hình với độ phân giải 30 phút Số liệu trường khí tượng sử đụng ò tập số liệu tái phân tích (Reanalysis) toàn cầu Trung tâm dự báo hạn vừa châu Âu (ECMWF) độ phân giải 2.5° X 2.5°

3.2 KHẢO SÁT MỨC ĐỘ BẤT ĐỔNG NHÂT BỂ MẶT TRÊN KHU v ự c NGHIÊN CỨU

Đứng góc độ thực hiên mơ dự báo khí hậu khu vực, độ phân giải mơ hình hiên khoảng 0.5° kinh vĩ (-55 km), chọn phương án xem xét bất đồng bề mặt phạm vi lưới mơ hình có kích thước 54 km Do số liêu bề mặt lấy làm cở sở cho mơ hình khí hậu khu vực tập số liệu đất sử dụng với độ phân giải 30 phút

Trên hình 3.3 dẫn kết xác định phân bố loại bề mật phân chia theo bảng 3.1, khu vực khảo sát miền từ 99°E-115°E 8°N-24°N (Việt

Nam nằm trung tâm), kích thước lưới cùa miền 54 km X 54 km (tương đương độ

phân giải 30 phút) Qua nhận thấy, vùng nghiên cứu-chỉ xuất hiộn loại bề mặt có ký hiệu tương ứng S2, S5, S7, S12 S13, chiếm phần lớn diện tích loại S7 (bề mặt nước), S12 (rừng nhiệt đới cận nhiệt đới thường xanh, chủ yếu phía bắc tây nam khu vực) SI (cây bụi, cỏ cao hoạc savan, tập trung nhiều phía tây khu vực) Các loại đất nông nghiệp đất trồng hỗn hợp (S2) rừng nhọn thường xanh rụng theo mùa (S5) chiếm tỷ lộ Như vậy, với độ phân giải 30 phút, ưên khu vực Việt Nam Đông Dương có loại bề mặt S7 (bề mặt nước biển), S12 S I3

Vấn đề đặt là, với kích thước lưới 54 km X 54 km,

phạm vi ô lưới tồn không đồng loại bề mặt Điều có nghĩa xảy bất đồng bề mạt ô lưới Tuy nhiên, mức độ bất đồng đến đâu có lưới xảy bất đồng này? Để trả lời câu hỏi tiến hành khảo sát hai phương án sau:

(1) Xác định số loại bề mặt thực có lưới mơ hình dựa tỷ lệ phần trăm diện tích phủ loại (PA-1),

(2) Chia lưới mơ hình thành N2 lưới con, ô lưới xác định loại bề mặt thơng trị sau xác định số lưới lưới mơ hình có loại bề mặt thống trị khác (PA-2) Trong phương án này, sử dụng thêm tập số liệu đất sử dụng độ phân giải 10 phút để chi tiết hóa bề mặt cho lưới Do đó, số lưới chia lưới mơ hình N2 = (ơ lưới mơ hình có độ phân giải 30 phút) (hình 3.2)

Nhằm mục đích tập trung vào khu vực miền Trung Việt Nam, lựa chọn miền khảo sát từ 103°E-110°E từ 12°N-20°N Kết tính tốn cho hai phương án khảo sát trình bày hình 3.4 Từ nhận thấy ràng, ngoại trừ vùng biển ô lưới nằm đất liền xảy bất đồng Số loại bề mãt xuất hiên lưới mơ hình thường ỉà loại PA—1 có so lưới xt bất đồng nhiều PA-2

Ax

Hình 3.2 ỗ lưới mơ hình chia nhỏ thành ^ * = » ô lưới con

Căn vào kích thước lưới tỷ lê phần trăm diện tích phủ loại bề mật xét phương án (PA-1), diộn tích phủ số loai bề măt vùng nghiên cứu tính dẫn bảng 3.2 Từ cho thấy, làm chi tiết hóa bề mặt lưới mơ hình (có tính đến bất đồng nhất) loại bề mặt S2 (đất nơng nghiệp đất trồng hỗn hợp) S12 (rừng nhiệt đới cận nhiệt đới thường xanh) có diện tích tãng lên, loại S7 (bề mặt nước) S I3 (cây bụi, cỏ cao savan) bị giảm diên tích Như việc tính đến bất đồng bề mặt ổ lưới mơ hình dẫn đến kết tính tốn dịng nãng lượng bề mặt biến đổi cách đáng kể

Bảng 3.2 Diện tích phủ m ột số ỉoại bề mặt khu vực từ 103°E-110”E từ 12°N-20°N (iím )

Loại bề mật S2 S7 S12 SI

Tính theo lưới mơ hình 64152.0 137052.0 154548.0 387828.0

Tính theo PA-1 69816.2 122309.3 169997.6 381456.9

Chênh lêch 5664.2 -14742.7 15449.6 -6371.1

3.3 VAI TRỊ CỦA CÁC LOẠI BỂ MẶT KHÁC NHAU ĐƠI VỚI CÁC DÒNG NĂNG LƯỢNG N H IỆT Ầm

Nhàm đánh giá ảnh hưởng loại bề mặt đến dịng nhiệt ẩm mồ hình khí hậu sử dụng sơ đồ trao đổi bề mặt BATS chạy tính độc lập (Stand-alone) cho số loại bề mặt điển hình đầy, bao gồm đất nơng nghiệp đất trổng hỗn hợp (S2), rừng nhọn thường xanh rụng theo mùa (S5), rừng nhiệt đới cận nhiệt đới thường xanh (S I2) bụi, cỏ tốt savan (S I3) Đặc tính cùa loại bề mặt dẫn bảng 2.2

Để khảo sát độ nhạy hiệu ứng bề mặt sử dụng tập số liệu giả • định cho trước tham số mô tả tác động từ khí (atmospheric íorcing) Số

liệu ơiả định dùng làm dầu vào cho sơ đồ bề mặt, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm khổng xạ, giáng thủy, Khi chạy kết hợp với mơ hình khí hậu giá trị biến nói chung ỉà kêt tính tíũ muc thãp nhat cua mỏ hình quycn (Atmospheric Model - AM) [6, 9] Tuy nhiên, tác động từ khí chi coi tham số, biến, thơng lượng bề mặt kết xuất từ mơ hình trao đổi bề mặt khơng ý nghĩa tác động tới khí quyển, q trình hồi tiêp (íeedback) ơ i ữ a đất khí khơng đề cập tới [6] Tham số đáu vào cho

BATS sử dụng dẫn bảng 3.3, ứng với bốn loại bề mặt

được chọn đây, chúng tồi tiến hành nãm truờng hợp thử nohiệm ký hiệu THI TH2, TH3a, TH3b TH4 Các trường hợp thử nghiêm TH2 TH3a TH3b va TTỈ4 xem trường hợp khảo sát độ nhạy tham số đầu vào so với THI cách thay đổi tốc độ giáng thủy, độ che phủ lả .

21212121£12 Ỉ S 512I21212I2 s 51212

5I2121ÍI2Ì212I2

5 2 Ĩ 2 I Ì 5 5

121212121212: 121212121212

1 2 2 2

1 2 2 2 : 1 2 I2 Ĩ2 2 :

1212L2121212

1 2 2 2

121212121212

1 12 121 21 212

121212121212:

1 2 2 ; 1212121212121

1212IÍ121212I

1 3 3 1 3 3 1 3 3 1 Ì Ì 3 I 1 3 3 : 1 2 3 ; 1 2 3 1

12 3 =1212121212 s 51212 s 5 5

121212 s s 5 s SI2121ÍI21212I2 s ỉ 5

1 2 í 5 5 s 5 2 Ĩ 2 I Ì 5 5 1 2 2 2 2 2 2 2 2 ’ 1 2 2 2 2 2 2 Ĩ Ĩ Ĩ 2 2 S l ã i ĩ 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 S Ĩ ’ ' Ì 2 2 ? 2 I 2 I Ì 2 Ĩ I 2 Ì Ĩ Z

1 2 2 2 i i 2 I 2 I Z i ĩ I l Ì ì ’ 2 ’ ’

'12121212121212121212Ì2121212122 21

1 2 2 2 I 3 I Ì Ỉ Ĩ 3 ’ I 3 7 1 2 2 2 2 3 2 " 3 ■) 7

7 7 7 7 V 7 V 7 3 V X Ì3 7 3 7 7 7

7 7

1 2

1 2

1323

1 3 2

2 z

2 2 z 1 2

1212 ■?

1 2 7 7 'ĩ

2

*"21 2 2 2 3 3 I 3 Ỉ I Ĩ 7 2 2 2 2 3 2 VT 3 ' - - -

1 2 2 2 : 3 3 ? Ì 2 ĩ l 2 3 i 7

121212X21212122313 7 í

1 2 2 2 3 T T 1 2 2 2 3 7 7 1 3 3 3 : 2 7 7 1 3 3 3 2 7 - 3 3 3 2 7 3 3 3 3 : 2 2 7

2 I 2 Ì U Ĩ 2 I ■; 7 7 7 7 V 2 2 2 U Ĩ 2 I 2

2 2 2 2 í 2 2 3 2 2

21212:2 2 2 2 2 :3 2 2 7 7 1 2 2 2 2 2 3 2 ĩ V 2 2 2 2 c l 3 I 2 3 : 2 I i i 7 2 2 2 2 3 2 3 2 3 7 2 2 2 3 3 : 3 3 I Ĩ I > V 2 2 2 3 3 3 3 3 3 7 7 ? ĩ í l 2 3 3 i 3 I i 3 Ĩ â I 7 ? 7 7 ' Í ì i i l 3 3 ĩ 3 i 3 i ỉ

7 7 ' ? 2 3 3 3 3 3 7 7 ? 2 3 2 3 3 3 2 3 3 3 3

7 7 7 7

5 s

5 5 512: 5 : 5 ’

121212:

121212

7 7 ? 7

5 Si 2

22

212

2

? 7 7 •; 7 7 7

7 7 ? 7 ? ? ? *? 7 7 7 7 7 7 ?

12

12 12 12

7 7?

7 7

7 2 3 7 2 2 ? 712L Ê 2 7 7 7 7 ? ‘ì -? V ?

? T ? *ĩ

7 7 7 7 7 7 7 7 / 7 7 7

7 7 7 7 ? 7 7

7 7 7 V 7

7 7

7 7 7 ? 7 7 7 7

7 ? 7 ? 7 7 7

Hình 3.3 Phân bõ' loại bể mặt khu vực 99°E-115°E, 8°N-24°N Kích thước ngang của mơi lưới 54 km.

2 2 2

2 2 7 2 2: 3 2

2 2 2 2

2 2 '2 2 2

1 2 2 2

| 2 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2

2 3 2 2 3 2 2 3 ; 7

2 2 2 2. 2

2 2 2 2 3 2 3 0 2

2 2 2 2 2- 2 2.

2 2 2 2 2 2 2 2

1 9

2

1 2 ị

í 1 J ftn 1.5 T ^ n n u i s r o ; o n o r i 0 0 7p ô * r o a ^ L Ễ /v v * -! j<i.so •'3C

2 2 I 2 1

T 2 2 2 2: 3 2

1

2 2 11 2 1

2 '2 i 2

2 2 Ị 1

2 ■ ! 1

2 2 , ỉ 2 2

2 2 2 2 3 2 2i - - 2 2

2 2 ỉ 2

2 2 2 4 2 i 2 3

2 2 2 2- i

2 2 ■? 1

! 2 2 1

! 2 ■ ! !

2 2 2 1 . 2 Ị

35 írccE1 -

a) b)

Hình 3.4 Mức độ bất đống bề mật P A -1 (a) PA -2 (b). Các giá trí điền ị lưỏi sơ loại bề mặt tổn đó.

Các tham số giả định cùa xạ mặt trời nhiệt độ khí giả thiết dơn

ơiản biến th iê n theo dạng hàm SÙI với giá trị cực đại đạt vào lúc 12 trưa hàng

ngày Trị số xạ cực đại, nhiệt độ khơng khí trung bình biên độ dao dộng nhiệt

ngày tương ứng chọn đồng 800 w /m 2, 27°c và 3°c Thời gian tích phân 30 ngày (tương đương tháng) với bước tích phân 1800s (30 phút)

Trong bảng 3.3, tần suất giáng thủy khoảng thời gian hai lần có giáng thủy Riêng TH4, suốt thời gian tích phân giáng thủy xảy lần Mỗi lần có giáng thủy, thời gian kéo dài cùa đợt giáng thủy bước thời gian tích phân Điều có nghĩa tần suất giáng thủy khoảng thời gian hai lần bề mặt cung cấp lượng giáng thủy tích tốc độ giáng thủy bước thời gian tích phân

Bảng 3.3 Tham số đầu vào cho trường hợp thử nghiệm

Các trường hợp thử nghiêm

Giáng thủy Độ ẩm ban đầu

trong lớp đất (mm) Độ phả thực vật (ơ() Tần suất Tốc đô

Trường hợp (THI) Trường hợp (TH2) Trường hợp 3a (TH3a) Trường hợp 3b (TH3b) Trường hợp (TH4)

5h 5h 5h 5h Xảy vào ngày thứ

10“3 ms'1 5xl0"3 ms“‘ 1CT3 ms“‘ 1CT3 ms'1 1CT3 ms'1 0.3ZU 0.3ZU 0.3Z„ 0.3ZU 0.2ZU 0.3ZC 0.3Z, 0.3Z* 0.3Zr 0.2Zr 0.3Z, 0.3Z, 0.3Z, 0.3Z, 0.2Z, ơfj1UÍ 0.8xơfjnax 0-5xơfjnM

3.3.1 Ả nh hưởng loại bề m ặt đến dịng trao đổi nhiệt ẩm

Đặc trưng điển hình cho loại bề mặt trước hết độ che phủ thực vật chúng Độ che phủ thực vật xác đinh bàng tích tổng số diên tích (LAI) số diện tích thân (SAI) với múc độ che phủ (LSA]XCTf) Ngoài ra, mõi loại bề mặt đặc trưng bời nhiều tính chất khác (bảng 2.1) Từ bảng 3.4 hình 3.5-3.9 nhận thấy, trị tuyệt đối, dòng hiển nhiột ẩn nhiệt gần tỷ lộ với độ che phủ thực vật loại bề mặt Bề mặt có độ che phủ lớn thông lượng trao đổi nhiệt ẩm bề mặt khí phía lớn Khi thay đổi độ phủ thực vật dòng lượng nước từ loại bề mặt biến đổi mạnh (TH3) Kết phù hợp với [5, 6] Càng giảm dộ che phủ, dòng hiển nhiệt tăng (bề mặt nóng lên nhiều), tốc độ bốc bề mặt giảm (dòng ẩn nhiẹt nho), làm tăng lượng dòng chảy mặt (do giảm tầng chắn giáng thuỷ) Với tốc độ tần suất giáng thủy vừa phải (THI), bề mặt có độ che phủ lớn có dịng chảy mặt nhỏ Tuy nhiên, cường độ và/hoặc tần suất giáng thủy tăng lên nhiều mối quan hệ khơng cịn (TH2) Sự tăng đột biến dòng chảy mặt TH2 so với THI ỉoại bề mặt s 12 đặc điểm đáng ý mà đề cập đến thời gian tới

3.3.2 V trị tác động từ khí đến dòng trao đổi nhiệt ẩm từ bề m ặt

Một tác động từ khí tạo nên hiệu ứng hồi tiếp

quan trọng đất - khí giáng thủy Ảnh hường cùa giáng thủy đến đòng

năng lượng nước từ bề mặt quy định bời tốc độ tần suất giáng thủy Nếu tốc độ giáng thủy lớn, lượng nước dư thừa sau tái bốc bị chặn giữ tán thực vật không kịp thấm xuống lớp đất sâu biến thành dòng chảy mặt Nếu tần suất giáng thuy lớn bề mật ln trạng thái bão hịa liên tiếp cung cấp

nước, lượng nước dư thừa biến thành dòng chảy mặt Ngược lại tần suất tốc độ giáng thủy nhỏ, nước cung cấp cho bề mặt bị thiếu hụt dịng chảy mặt bị triệt tiêu Giáng thủy tạo cho bề mặt lạnh hơn, dòng hiển nhiệt có hướng từ khí đến bề mặt

Bảng 3.4 Trung bình dịng nhiệt ẩm tồn khoảng thịi gian tích phân

Ký hiêu loai bề mặt S2 S5 S12 SI

Độ che phủ thực vật (m2n f 2) 5.52 6.40 7.20 6.40

r m

-Hiển nhiột (W/mz) -7.6 -30.6 -88.0 -8.8

Ẩn nhiệt (W/m2) 131.3 150.1 223.9 131.3

Bốc (mm/ngày) 4.5 5.2 7.7 4.5

Dòng chảy mặt (mm/ngày) 3.2 2.5 1.4 2.9

r

rH2

Hiển nhiệt (W/m2) -7.7 -31.1 -89.1 -8.9

Ẩn nhiệt (W/m2) 133.0 152.7 226.8 133.1

Bốc (mm/ngày) 4.6 5.3 7,8 4.6

Dòng chảy mật (mm/ngày) 34.1 33,2 36.1 31.6

rH3

a b a b a b a b

Hiển nhiệt (W/m2) -4.4 2.4 -21.3 -10.1 -24.1 -21.5 -5.0 -0.7

Ẩn nhiệt (W/m2) 127.6 122.4 139.7 131.9 203

6

178.5 127.6 125.3

Bốc (mm/ngày) 4.4 4.2 4.8 4.6 7.0 6.2 4.4 4.3

Dòng chảy măt (mm/ngày) 3.2 3.4 2.6 3.0 1.7 2.2 2.9 3.0

r

TỈ4

Hiển nhiêt (W/nr) 76.1 82.2 110.7 65.8

Ẩn nhiệt (W/m2) 25.7 56.4 38.5 47.1

BỐC (mm/ngày) 0.9 2.0 1.3 1.6

Dòng chảy mặt (mm/ngày) 0.02 0.04 0.04 0.04

So sánh TH I TH2 ta thấy, tãns tốc độ giáng thủy lên lần đòng ẩn nhiệt bốc từ tất loại bề mặt tăng có hướng từ bề mặt vào khí dịng hiển nhiệt tăng có hướng ngược lại Tác động dáng kể tăng tốc độ giáng thủy trường hợp làm tăng nhiều lần dòng chày mặt, đặc biệt loại bề mặt S12

TH4 kịch thường đưa việc mô khả nãng chặn giữ ơiáng thủy thực vật [4, 7] Trong trường hợp giáng thủy giả thiết chi xảy lần vào ngày thứ ba suốt thời gian tích phân, độ ẩm đất ban đầu • nhỏ so với trường hợp khác Từ hình 3.9 ta thấy, trước có giáng thủy, bốc

hơi bề mặt lượng ẩn nhiêt, giảm nhanh bề mặt khơng cung cấp nước cịn dịng hiển nhiêt tăng theo thơi giân va co hương len tren ve phía Ngay sau xảy giáng thủy, dòng ẩn nhiệt tăng lén, dòng hiển nhiệt giám xuong dòng chảy mặt tăng đột ngột giảm nhanh sau Khoảng tù ngày thứ nam trờ kể từ thời điểm ban đầu, dòng hiển nhiệt tãng nhanh đến giá trị dó giữ gần khơne đổi Tình xảy ngược lại dòng ẩn nhiệt

a) Dòng hiển nhiệt b) Dòng ẩn nhiệt c) Dòng chảy mặt Hình 3.5 Diên biến dịng bể mặt ngày tích phân TH1

a) Dòng hiển nhiệt b) Dòng ẩn nhiệt c) Dòng chảy mật Hinh 3.6 Diên biến dòng bẽ' mặt ngày tích phản đầu tiên, TH2

a) Dòng hiển nhiệt b) Dòng ẩn nhiệt c) Dòng chảy mặt Hình 3.7 Diễn biến dịng bề mặt ngày tích phân đẩu tiên, TH3a

a) Dòng hiển nhiệt b) Dòng ẩn nhiệt c) Dòng chảy mặt Hình 3.8 Diễn biến dịng bể mặt ngày tích phân đầu tiên, TH3b

-*-l1 -*t~ t i li -*-*4

a) Dòng hiển nhiệt b) Dịng ẩn nhiệt c) Dịng chảy mặt Hình 3.9 Trung bình ngày dịng bể mặt, TH4

3.4 TÁC ĐỘNG CỦA TÍNH BẤT ĐỒNG NHẤT BỂ MẶT ĐẾN s ự PHÂN B ố

CÁC DÒNG TRAO Đ ổ i NĂNG LƯỢNG ĐẤT KHÍ QUYỂN k h u v ự c

MIỂN TRUNG VIỆT NAM VÀ VÙNG PHỤ CẬN

Kết tính tốn trẻn cho thấy tác động loại lớp phủ khác đến dòng nhiệt, ẩm từ bề mặt Ngoài ra, số hiệu ứng tác động từ khí (mà lấy đại diện lượng mưa) đến dòng bề mật loại lớp phủ khác khảo sát Những kết thu nhận chứng tỏ rằng, tính bất đồng bề mặt lưới mơ hình có ảnh hưởng quan trọng đến phân bố dòng lượng, nhiệt, ẩm từ bề mặt, qua tác động đến trường lượng mưa dự báo mơ hình Nhằm khảo sát vấn dề này, tiến hành tính tốn thử nghiệm đánh giá mức độ ảnh hường tính bất đồng bề mặt đến q trình trao đổi bề mặt khí cách lồng ghép thủ tục tính đến bất đồng bề mặt vào mơ hình khí hậu khu vực RegCM2

Ba trường hợp chọn làm thử nghiêm 1) Chưa tính đến bất bề mặt (PA-0); 2) Bất bề mặt tính theo phần trăm diện tích lưới (PA-1); 3) Bất đồng bề mặt tính theo phương pháp chia ô lưới mô hình thành N2 ô lưới (PA-2) (xem mục 3.2) Các tham số lựa chọn cho việc chạy mơ hình bao gồm:

1) Miền tính mơ hình: 99°E-115°E; 8°N-24°N

2) Số mực theo chiều thẳng đứng: 14 mực (từ bề mặt tới 8mb) 3) Độ phân giải ngang: 54 km,

4) Bước thời gian tích phân: 120s

5) Thời gian chạy thừ nghiệm: tháng 6, 7, 8, 9, 10 năm 1996

6) Số liệu điều kiện biên diều kiện ban đầu: Số liệu tái phân tích (reanalysis) Trung tâm Dự báo hạn vừa châu Âu (ECMWF) với bước thời gian 06

Thủ tục tính đến bất đồng bề mặt lồng ghép vào mơ hình RegCM thực sau

Ký hiệu: Ax Ay tương ứng kích thước lưới mổ hình theo chiều trục X trục y- K số loại bề mặt xuất ô lưới mơ hình; fk tỷ lệ diện tích phủ

trong lưới m hình loai bề măt thứ k (đối VỚI P A -1, gia trị fk xac định tư

chính tập số liệu đất sử dụng, cịn với PA-2, fk tính tỷ số tổng diện tích phủ loại bề mặt thứ k lưới mỏ hình diện tích tồn lưới AxxAy); F,ị, F^,k tương ứng thơng lượng từ bề mặt biến (ị) tính cho tồn ổ lưới mơ hình cho loai bề măt thứ k lưới Khi ta có hệ thưc sau:

£ f k =l (3.4.1)

k=l

F.=ẾfVF,k <3A 2)

k=l

Nếu lưới mơ hình khồng xảy bất đồng (chỉ có loại bề mặt tức K = l), fk = 1, = Fệt Hệ thức (3.2) hàm ý rằng, trường hợp ô lưới có bất đồng bề mặt, thơng lượng từ bề mặt trả cho mơ hình khí bằn° trung bình có trọng số tất dóng góp từ loại bề mặt có lưới mơ hình Q trình tính tốn dịng bề mặt có tính đến bất đồng lưới mơ hình minh họa hình 3.10 Có thể mơ tả q trình sau

Các biến

từ ô lưới Các thông lương

mõ hỉnh từ bể măt

khí

Hình 3.10 S ơ đố biểu diễn trình xử lý bất đống bể mặt mị hinh khí hậu Trước hết tác động từ mơ hình khí (các biến trường khí nhiệt độ, áp suất, lượng m ưa, ) giả thiết tồn lưới mơ hình Điều có nghĩa tham số khí làm đầu vào cho mơ hình trao dổi bề mặt (BATS) giống cho lưới lưới mơ hình xét Sau mơ hình trao đổi bề mặt gọi tính cho lưới con, dó đạc tính bề mặt chúng gán tùy thuộc vào loại bề mặt ô Kết bước cho phép nhận thông lượng F4,fc loại bề mặt Cuối cùng, thông lượng bề mặt trả lại cho mơ hình khí tính theo cơng thức (3.2) Sơ đổ hình 3.10 mơ tả qui trình thực PA-2 Tuy nhiên, dễ dàng nhận thấy ỉà qui trình thực PA-1 thay ổ lưới bời phần điện tích loại bề mặt có ỉưới mơ hình

Những kết tính tốn địng bề mặt lượng mưa dự báo theo mỏ hình m trường độ lệch phương án thừ nghiêm vùng nghiên cứu cho tháng 10 năm 1996 dẫn hình P.1-P.30 phần phụ lục Trong PA -0 sử dụng làm đối sánh cho PA-1 PA-2

Rõ ràng rằng, việc đưa vào tính bất đồng bề mặt có ánh hưừng dáng kể đến dòng nhiệt, ẩm từ bề mặt So với PA-0, thơng lượng ẩn nhiệt tính theo PA-1 PA-2 tang lên toàn vùng tất tháng, bật lên hai khu vực đáng ý dọc theo dải miền Trung thuộc lãnh thổ Việt Nam vùng Biển Hồ ỉãnh thổ Campuchia Như vậy, việc chi tiết hóa bề mặt làm thay đổi su phân bố lóp phủ bể măt Dâng bê mặt thay đoi kem theo thay đoi cac đạc tinh

của chúng, dẫn đến làm ảnh hưởng tới thông lượng ẩm từ bề mặt Khu vực miền Trung Việt Nam vừa có dãy Trường sơn lại vừa nằm kể biển Đơng, nên đưa vào tính bát đồng bề mặt, lưới mơ hình xuất thêm dạng bề mặt khác dạng bề mặt thống trị Khu vực Biển Hổ Campuchia tình xảy tương tự Khác với thơng lượng ẩn nhiệt, so với PA -0 dịng hiển nhiệt từ bề mặt tính theo PA-1 PA -2 khơng đơn tăng hay giảm tồn vùng Tuy nhiên nhận thấy rằng, hai khu vực nói trên, thơng lượng hiển nhiệt tính theo PA-1 PA -2 đêu tăng so VƠI PA—0 Sự khác biệt phức tap dòng hiển nhiẽt phương án thử nghiêm thể biến đổi theo thời gian Điều nhận thấy rõ xem xét hình P.16-P.20

Sự khác biệt hai phương pháp xét đến tính bất dồng PA-1 PA-2 đánh giá qua hiệu dịng nhiệt, ẩm tính theo hai phương án (các hình phần phụ lục có ký hiệu (PA -l)-(PA -2)) Đối với dịng ẩn nhiệt, phần lớn diện tích vùng nghiên cứu, giá trị tính theo PA-1 lớn PA -2, với độ chênh lệch biến thiên khoảng từ 0-10% giá trị chúng, trừ khu vực Biển Hồ vùng đảo Hải Nam (Trung Quốc),

những nơi m h iệu dòng ẩn nhiệt hai phương án đổi dấu đạt

tới khoảng 40% giá trị dòng tùy thuộc vào thời gian năm Đối với dòng hiển nhiệt tình xảy tương tự Sự chênh lệch giá trị dòng nhiệt, ẩm hai phương án PA-1 PA-2 chứng tỏ tầm quan trọng việc chọn phương pháp chi tiết hóa bề mặt Trong phạm vi đề tài kết luận phương pháp tốt Bởi việc lựa chọn phương pháp thích hợp cịn tùy thuộc vào nhiều yếu tố, vấn đề phương pháp dược chọn có cho kết mơ trường khí hậu gần với trạng thái thực hay khơng

Tác động dịng bề mặt đến kết dự báo mưa theo mơ hình dược dẫn hình P.21-P.30 phần phụ lục Dễ đàng nhận thấy rằng, giống đặc điểm phân bố không gian trung tâm mưa eiữa phương án tính tốn, tổng lượng mưa dự báo tháng PA-0 so với PA-1 PA-2 có khác biệt rõ lượng Nhìn chung, dải miền Trung Việt Nam, đưa vào tính bất bề mặt, lượng mưa dự báo theo mơ hình tháng 6, 7, tăng lên cách đáng kể so với trường hợp chưa tính đến bất đồng Chệnh lệch tổng lượng mưa PA -0 so với PA-1 PA-2 tháng nàv lên tới 200-250 mm (hình P.26, P.27, P.28) Tuy nhiên, xét tồn khu vực, số vùng lại có xu ngược lại: lượng mưa dự báo PA-0 lớn so với PA-1 PA-2 chẳng hạn vịnh Bắc Bộ, ven biển Nam Trung Bộ, vùng thuộc lãnh thổ Thái Lan (hình P.28) Vào tháng 9, 10 lượng mưa dự báo theo PA-1 PA-2 • khu vực miền Trung Việt Nam có xu hướng giảm so với PA-0 Lượng mưa dự báo

theo PA-1 PA-2 có khác mức độ không lớn Như vây, việc đưa vào tính bất đồng bề mặt làm thay đổi cục diện lượng mưa dự báo mơ hình Qua nhận định, việc dưa tính bất bề mặt vào mơ hình dự báo khí hậu cho phép mơ tả cách chi tiết đặc tính vật lý bề mật cho kết tính tốn xác trình tương tác bề mật khí

Sự khác dịng nhiệt, ẩm lượng mưa dự báo theo mỏ hình phương án thử nghiệm PA-0 PA-1, PA-2 dã chứng tò mức độ ảnh hường đáng

k ể c ủ a tín h bất đ n g n hất b ề m ặt đai lượng Tuy nhiên cần nhấn m ạn h rằn g , tro n g p h ạm vi đề tài này, độ xác trường nhiệt, ẩm lượng m ưa dự báo th eo m hình có tính đến bất đồng bề m ặt chưa dược kh ẳn g định Đ ể có kết luận mạnh mẽ hơn, thiết cần phải tính tốn th n g h iêm tập số liệu dài phải đối sánh với tập số liệu quan trắc thực tế

K Ế T LUẬN VÀ K IẾ N NGHỊ

Mỡ phong va dự báo khí hậu theo hướng mơ hình hóa số trị lĩnh vực hồn toàn me Viột Nam Tương tác q trình bề măt đất khí mơ hình hậu vấn đề chưa đề câp đến Được sư hỗ trợ kỉnh phí từ Đại học Quốc gia Hà Nội, ủng hộ nhiệt tình mặt khoa học Ban Khoa học va Công nghệ, Hội đông Khoa học Trái đất, ĐHQG HN cấp quan lý, đơng nghiệp thuộc trưịng Đại học Khoa học Tự nhiên, mạnh dạn đăng ký thực đề tài sư mở đầu cho hướng nghiên cứu ứng đụng lĩnh vực dự báo khí hậu, vấn đề mang tính thời nước ta

Những nội dung thực đề tài bao gồm:

• Nghiên cứu lý thuyết mơ hình hố/mơ q trình trao đổi nhiêt, ẩm lớp thổ nhưỡng - lớp phủ thực vật - khí

• Nghiên cứu thuật tốn tính dịng nhiột, ẩm lớp đất - khí bề mặt

• ứng dụng phát triển chương trình tính tốn dịng nhiệt, ẩm lóp thổ nhưỡng - lớp phủ thực vật - khí

• X ác định loại bề mặt vùng nghiên cứu mức độ bất

chúng

• Nghiên cứu ảnh hường cùa tính bất đồng bề mặt đến dòng trao đổi nhiệt, ẩm bề mặt khí

• Nghiên cứu ứng dụng mơ hình BATS mỏ hình khí hậu khu vực RegCM ảnh hường tính bất bề mặt đến phân bố dòng trao đổi nhiệt, ẩm lượng mưa dự báo theo mơ hình

Những kết nghiên cứu thu nhận cho thấy:

1) Trên khu vực miền Trung Việt Nam vùng phụ cận, ngoại trừ vùng biển, ô lưới nằm đất liền xảy bất đồng Số loại bề mặt xuất hiên lưới mơ hình thường loại PA-1 có số lưới xuất bất nhiều hon PA-2 (hình 3.4)

2) Việc chi tiết hóa bề mặt lưới mơ hình (có tính đến bất đồng nhất) dẫn đến loại bề mặt S2 (đất nông nghiệp đất trồng hỗn hợp) S12 (rừng nhiệt đới cân nhiêt đới thuờng xanh) có diên tích tăng lên, c&c loại S7 (bc mạt nuơc) S I3 (cây bụi, cỏ cao savan) bị giảm diện tích, (bảng 3.2)

3) Trong điều kiện tác dộng từ khí quyển, trao đổi nũng lượng nước °iữâ loai bề rnảt khác nhâu (Ịuyên co sụ khac ro rct (bans 3.4, hình 5-3 9) Be mặt có độ che phủ thực vật lớn trao đổi dịng hiển nhiệt ẩn nhiêt °iữâ bề măt khí quyen xay mạnh me Trong trương hợp thư nghiệm (bảng 3.3), ngoại trừ TH4, trường hợp lại thể hiỏn giá trị trung

bình ngày địng ẩn nhiệt có hướng lên từ bề mặt cịn dịng hiển nhiệt lại có hướng xuống

4) Sự biến đổi độ che phủ thực vật có tác động đáng kể đến dịng lượng từ loại bề mặt khác Việc giảm độ che phủ thực vật làm tăng dòng hiển nhiêt, làm giảm tốc độ bốc thoát bề mặt, làm tăng lượng dòn° chảy mặt (do giảm vai trị chặn giữ giáng thuỷ)

5) Ngồi việc ảnh hưởng tới dòng hiển nhiệt ẩn nhiệt, tốc độ tần suất giáng thủy có tác động quan trọng tới dòng chảy mặt Sự suy kiệt dòng chảy mặt, giảm dòng ẩn nhiệt, tăng mạnh đổi hướng dòng hiển nhiệt từ bề mạt vào khí khơng có giáng thủy (TH4) đặc điểm đáng ý xem xét vai trị bề mặt mơ hình khí hậu

6) Việc đưa vào tính bất đồng bề mặt có ảnh hưởng đáng kể đến phân bố dòng nhiệt, ẩm từ bề mạt So với trường hợp chưa tính đến bất bề mật (PA-0), thơng lượng ẩn nhiệt tính theo PA-1 (bất bề mặt xác định theo tỷ lệ phần trăm diện tích ổ lưới loại bề mặt) PA-2 (bất đồng bề mặt xác định cách chia lưới mơ hình thành N2 lưới con) tăng lên toàn vùng tất tháng thử nghiệm Khác với thơng lượng ẩn nhiệt, so với PA-0 dịng hiển nhiệt từ bề mặt tính theo PA-1 PA-2 khơng đơn tăng hay giảm toàn vùng biến đổi theo thời gian phức tạp (hình P.16-P.20)

7) Trên phần lớn diện tích vùng nghiên cứu, giá trị địng ẩn nhiệt hiển tính theo PA-1 lớn hon PA-2, với độ chênh lệch biến thiên khoảng từ 0-10% giá trị chúng, trừ khu vực Biển Hồ vùng đảo Hải Nam (Trung Quốc), nơi mà hiệu dịng ẩn nhiệt hai phương án đổi dấu đạt tới khoảng 40% giá trị dòng tùy thuộc vào thời gian năm

8) Việc đưa vào tính bất bề mặt làm thay dổi cục diên luợng mưa dự báo mơ hình Ngồi giống đặc diểm phân bố không gian trung tâm mưa dư báo theo mồ hình phương án thử nghiệm, tồng lượng mưa dư báo tháng PA-0 so với PA-1 PA-2 có khác biệt kha rõ ve lương Khi đưa vào tính bất dồng bề mặt, lượng mưa dự báo theo mỏ hình dải miền Trung Viêt Nam tháng 6, 7, tăng lên cach kê so VƠI trường hợp chưa tính đến bất đồng Mức độ khác biệt co thê lên tơi 200-250 mm (hình P.26 P.27, P.28) Vào tháng 9, 10 lượng mưa dự báo theo PA-1 PA-2 khu vực có xu hướng giảm so với PA-0

9) Su khác dòng nhiệt, ẩm lượng mưa dự báo theo mổ hình phương an thư nghiêm PA-0 PA-1, PA-2 chứng tỏ mức độ ảnh hường dáng kể cua tính bất đồng bề mặt đại lượng Tuy nhiên cần nhân mạnh phạm vi đề tài này, độ xác trường nhiệt, âm lượng mưa dự bao theo mơ hình có tính đến bất đồng bề mặt cịn chưa khẳng định Để có kết luận mạnh mẽ hơn, thiết cần phải

tính toan thử n g h iệm tập số liệu dài phải đối sánh với tập số liệu quan

trac thực tế Đo vấn đe mà chúng tòi mong muốn tiếp tục triển khai nghiên cứu

T À I L IỆ U TH A M KHẢO

1. A vissar R.: A conceptual aspects of a statistical dynamical approcah to represetation of

landscape subgrid scale heteorogeneitu in atmosphereic model, Joum alof Geophoysical

Research, V97, February 1992, No D3, 2729-2742

2. A vissar R and Piekle R.: A parameterization of heterogeneous suríace land surface

for atmospheric numcncâl modcl 3ĩid Ìts ìmpâct on rcgionỉil mct6oroloơy Afonth XVeather Reviev/, VI17, 1989, 2113-2136.

3. Bi Xunqiang: RegCM Tutorial Class Notes PWC/ICTP 1999

4. Deardorff, J w , Effĩcient pređiction of ground suríace temperature and moisture wiih inclusion of a layer of vegetation, J Geophys Res., 83, 701-717 1978

5. Dennis L H artm an n : Global physical Climatology Academic Press Inc 1994 397pp.

6. Dickinson, R E., Modeling evapotranspiration for three-dimensional climate models, in

Climate Processes and Climate Sensitivity, Geophỵs Monogr Ser., vol 29 cdited by J E Ilansen and T Takahashi, pp 58-72, AGU, Washinzton, D c., 1984.

7. D ickinson R et al.: Biosphere-Atmosphere Transíer Scheme (BATS) version le as

coupled to the NCAR Community Climate Model, NCAR/TN-387+STR, NCAR Tech

Note, 1993 72pp

8. Fam iglietti, J S-, and E F W ood, Multiscale modeling of spatially variable water and energy balance processes, Water Resour Res., 30, 3061-3078, 1994a

9. F e rra n ti L., et ai: The effect of lanđ-surface feecỉbacks on the monsoon circulation Q Ỉ.R meteoroỉ Soc., 1999\ 125, pp 1527-1550.

10. G iogri F.: Modeling Land Surface Processes in Climayte Modeỉs, I, II, III, Workshop on Land-A tmosphcrc Interactions in Cỉimate Modeìs, The abdus sai am intemational centre for theoreticalphỵsics, 2001

11. G íorgi, F., and L o M earns, Approaches to the sưnulation of regional climate change: A review, Rev Geophys., 29, 191-216, 1991

12. G iorgi, F., Dry deposition velocities of atmospheric aerosols as iníerred by applying a particle dry deposition parameterization to a general cừculation model, Tellus, Ser B,

40, 23—41, 1988

13. K iều Thị Xin, T rầ n Ngọc Anh, Lê Cóng Thành, Phan Vãn Tân: v ề thử nghiệm mô mưa lãnh thổ Việt Nam mơ hình dự báo khí hậu khu vực RegCM Tạp

9 ch í K h í tượns Thuỷ vãn, (475)/2000, tr 10-18.

14. M ilhailovic D T et ai.: A study ot' the sensitivity of land surface parameterizations to

t h c i n c l u s i o n o f d i í í c r c n t t r â c t i o n â l c o v c r s Hncl s o il t0 X tu rcs, JouĩT13Ỉ o f A p p h c ổ

Meteoroỉogy, Voi 31, ỉ 477-1487

15. T re n b e rth , K (Ed.), Climate System Modeỉing, 788pp., Cambridge Univ Press New York, 1992.

16 Piekle R et al.: Interations between ihe atmosphere and lerrestial ecosystem:

intluence on weather and climate, Global Change Biology Ỉ998, 461-475

/ z Pitman A J.: Assessing the Sensitivity of a Land Surface Scheme to the Parameter Values Using a Single Column Model, Joumal oỉClimate Vol 7, 1994 1856-1869.

18 Sellers, p J., Y M intz, Y c Sud, and A Delcher, A simple biosphere model (SiB)

for use with general cứculation models, J Atmos Sci 43 505-531 1986

19. Sellers, P J , D.A Randall, G J Collatz, J Berry, c Field, D.A Dazlich, c Zhang, and L Bounoua,: A revised land-surface parameterization (SĨB2) for atmospheric GCMs, Part 1: Model íbrmulation Joumalof Clừnate 1996 676-705.

20. Seth, A., and F G iorgi, A three-dimensional model stuđy of organized mesoscale

circulations induced by vegetation, Joumal o f Geophysicaỉ Research, 101, 7371-7391,

1996

21. Seth, A., F G iorgi, and R E Dickinson, Simulating íluxes from heterogeneous land suríaces: Explicit subgrid method employing the Biosphere-Atmosphere Transfer

Scheme (BATS), J Geophys Res., 99, 18,561—18,667, 1994

22. Sud Y c , M ocko D M., W alker G K., R andal D Koster: Intluence of Land Surtầce Fluxes on Precipitation: Inferences from Simulations Forced with Four ARM -

CART SCM Datasets Joumal ofCỉimate, Voi 14, 2001, 3666-3691pp

23. V iterbo p.: A reviews of parameterization of land surface, Meteorological trainms

course ỉecture seríes ofECMWF, 2003, 49pp

24. W ilson M F et al.: Sensitiveity of the Biosphere-Atmospheree Transter Scheme (BATS) to the Inclusion o f Variable Soil Characteristics, ĩoumal o f Climate and Applied

Meteoroỉogy, Voì26, 341-362, 1987

25. Y an, H-, and R Anthes, The effects of variations in surtace moisture on mesoscalc circulations, Mon Weather Rev., 116, 192-208, 1988

26. Zen«, X., and R Pielke, Further study on the pređictability ot' landscape-induced

atmospheric flow, J Atmos Sci., 52, 1680-1698, 1995b

PHỤ LỤC

PA-0 PA-1 PA-2

Hỉnh P.1 Thông lượng ã’n nhiệt trung binh tháng 6

PA -0 PA-1 PA-2

Hình P.3 Thơng lượng ẩn nhiệt trung bình tháng 8

PA-0 PA-1 PA-2

(PA -O )-(PA -l) (PA-0)-(PA-2) (PA 1) (PA 2) Hình P.6 Hiệu thơng lượng ẩn nhiệt trung bình tháng phương án

PA-0 PA-1 PA-2

Hình P.4 Thõng lượng ẩn nhiệt trung bình tháng 9

PA-0 PA-1 PA-2

Hình P.5 Thơng lượng ẩn nhiệt trung bình tháng 10

IUfi<UK)Q*!FD' * OSDPUDHO « 17f I » W ) O L V« o u o ỉ a

(PA-O)-(PA-1) (PA-0)-(PA-2) (P A -1 )-(PA-2)

Hình P.7 Hiệu thõng lượng án nhiêt trung bình tháng phương án

(PA-O)-(PA-l) (PA-0)-(PA-2) (PA-l)-(PA-2)

Hình P.8 Hiệu thõng lượng ân nhiệt trung binh tháng phương án

(P A -O )-(P A -l) (PA-0)-(PA-2) (P A -1H P A -2) Hình P.9 Hiệu thơng lượng ả’n nhiệt trung bình tháng phương án

lUV’« i* > X ÍI:> rc X M C í * H r r » * * t í r í W « J C *x

(P A -O H P A -1) (P A -0)-(P A -2) (P A -1M P A -2)

Hinh P.10 Hiệu thõng lượng ẩn nhiệt trung bình thảng 10 phương án

10 VB? Z3IHP w 10 ô B 33 OCMU} (Tôp đ » a 1QÌS «,5fi><cooe 0*1(11X1 '«

PA -0 PA-1 PA -2

Hình P.11 Thơng lưdng hiển nhiệt trung binh thártg 6

~ W S F I I

PA-I

Hình P.12 Thơng lượng hiển nhiệt trung binh tháng 7

’í*;v»*]&«5«ĩ*jPJurccíi*m’ TO M ÍỈÍM U PA -2

P A -0 PA-1

Hình P.13 Thơng lưdng hiển nhiệt trung binh tháng 8

PA-2

P A -0 PA-1

Hình P.14 Thơng lượng hiển nhiệt trung bình tháng 9

PA-2

PA -0 PA-2

Hỉnh P.15 Thông lượng hiển nhiệt trung bình tháng 10

(P A -O )-(P A -l) (PA -0)-(PA -2) (PA-1 )-(PA -2)

Hình P.16 Hiẹu thong lượng hien nhiêt trung bỉnh tháng phương án

(P A -O )-(P A -l) (PA -0)-(PA -2) (P A -l)-(P A -2)

Hình P.17 Hiệu thơng lượng hiển nhiẽt trung bình tháng phưđng án

(P A -O )-(P A -l) (PA -0)-(PA-2) (PA -1H PA -2) Hình P.18 Hiệu thõng lượng hiển nhiệt trung binh thảng phương án

(P A -O )-(P A -Ị) (P A -O H P A -2) (P A -l)-(P A -2 )

Hình P.20 Hiệu thơng lượng hiển nhiệt trung bình tháng 10 phương án

(PA -O M PA -2) (P A -l)-(P A -2 )

hiển nhiệt trung binh tháng phương án (PA-O)-(PA-l)

Hình P.19 Hiệu thơng lượng

P A - P A -1 P A -

Hình p 21 Tổng lượng mưa dự báo tháng tính theo phương án

-PA~° ^ PA-1 PA-2

Hình P.22 Tổng lượng mưa dự báo tháng tính theo phương án

PA-0 PA-1 PA-2

Hình P.23 Tổng lượng mưa dự báo tháng tính theo phương án

PA-0 PA-1 PA-2

Hình P.24 Tịng lưdng mưa dự báo tháng tính theo phương án

P A -0 PA-1 PA-2 Hình P.25 Tổng lượng mưa dự báo tháng 10 tính theo phưdng án

(PA-0)-(PA-2) (PA -1 )-(PA-2) tổng lượng mưa dự báo tháng phương án (P A -O )-(P A -l)

Hình P.26 Chênh lệch

(PA -O )-(PA -l) (PA-0)-(PA-2) (PA-1 )-(PA-2) Hình P.27 Chênh lệch tổng lượng mưa dự báo tháng phương án

9<c*t«í Ỉfle-Vru jP-M J4t ^ : * » » Ĩ * ’II

(PA -O )-(PA -l) (PA-0)-(PA-2) (PA-1 )-(PA-2) Hình P.28 Chênh lệch tổng lượng mưa dự báo tháng phương án

^ —

\S^ ' I

L - v ; \ í

> Ị ^ - C V \ ọ /

< / o '(

hCrYU

p 'v

Wlùjị \ -■ ' ‘Ì03*Í3YUWW TiMỉaỉ 'IV Tin; it.-Mtá ỉf >/-0* 1* '1

(PA -O)-(PA-l) (PA-OHPA-2) (P A -1H P A -2) Hình P.29 Chênh lệch tổng lượng mưa dự báo tháng phương án

(PA -O )-(PA -l) (PA-OHPA-2) ÍP A -1H P A 2)

Hinh P.30 Chênh lệch tổng lượng mưa dự báo tháng 10 phương án

s Đ ổ BATS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC TÍNH CÁC DÒNG TRAO Đ ổ i NÂNG LƯỢNG VÀ NƯỚC GIỮA BỂ MẶT ĐẤT - KHÍ QUYEN

Phan Văn Tân, Nguyễn Hướng Điền, Dư Đức Tiến

Trường Đại học KHTN, Đại học Quốc gia Hà Nội

s ĐÔ BATS VÀ ÚNG d ụ n g t r o n g v i ệ c t i n h c c d ò n g TRA.O Đ ổ i

NANG LƯỌNG vTnU Ớ C ò m BÊ m Ậ t ĨãT k h ỉ QHV

Phan VăìiTân, Nguyễn Hướng Điền, Dư Đúc Tiến

Trường Đại học KHTN, Đại học Quốc gia Hà Nội

1 Mở đầu

Trên quan điểm vật lý, hệ thống khí hậu bao gồm thành phần (5 hệ con) Khí Thùỵ quyển, Băng quyển, Sinh Thạch [4] Trong hệ thống khí hậu, bể mặt trái đất đong vai tro phân bô lại lượng xạ măt trời mà hấp thu Bể mặt hãp thu năn° lượng bưc xạ mặt tròn tra Ịại cho hệ thơng khí hậu dịng phát xạ sóng dài dịng phi xạ Các dòng luợng phi xạ bao gồm ẩn nhiệt, hiển nhiêt, dòng nhiệt truyền xuốn° lớp đất sâu, lượng nhiệt danh cho trình chuyển pha nước phản ứng sinh hoá xảy tai bể mặt [1,4]

Khả phân bô lại lượng bề mặt phụ thuộc vào loại bề măt đệm (land use) trạng thái thuỷ văn Đối vói vùng đất khơ trống (khổng có thực vât), lượng măt trời chủ yếu dùng để đốt nóng bề mặt Khi dịng nhiệt rối (hiển nhiệt) dịng nhiệt truyền xng đất lớn không xảy bốc tai bề mãt, Ngược lại, đơi vói bề măt ướt (sau mưa, đất nông nghiệp sau tưới), lượng sử dụng cho q trình bốc thối cùa bề mặt Trong trường hợp dòng hiển nhiệt dòng nhiệt truyền xuống đất sâu thường nhò nhiều so với dòng ẩn nhiệt Đối với bể mặt có thực vật bao phù dày, nước lớp đất rễ hút rễ q trình thực vật Vì vậy, điều kiện mặt đất cung cấp nước khả bốc bề mặt lớn đất có dù lượng nước điều kiện thời tiết thích hợp cho việc thoát thực vạt Với loại bề mặt thành phố, loại bề mặt gần không thấm, hạn chế việc bốc nước đất Khi bị đớt nóng mạnh, vùng nội thành có điểu kiện gần giống với vùng đất khô trống [1, 2]

Sự tương tác bề mặt trái đất khí diễn quy mơ không gian thời gian Bề mặt trái đất bao gồm hai thành phần lớp phù thực vật lớp phù thổ nhưỡng (đất) Bể mặt chịu điểu khiển (driving íorces) khí thơng qua tưcmg tác với lớp phù thực vật Lớp đất phía đóng vai trị tích trữ vật chất Xét độ lớn dịng nhiệt phi xạ, thơng lượng nhiệt truyền xuống lớp đất sâu chiếm khoảng 10% lượng giành cho phàn ứng sinh hoá chiếm 1% lượng lượng bề mặt hấp thụ Như vậy, bề mãt đóng vai trị trực tiếp cung cấp lượng cho khí thơng qua dòng ẩm nhiệt rối Các dòng lượng ẩn nhiệt, hiển nhiệt truyền từ bề mặt liên quan trực tiếp đến trạng thái nhiệt ẩm phân tầng cùa khí Bề mặt cung cấp nhiệt, ẩm cho khí góp phần vào q trình hình thành, phát triển mây giáng thuỷ Sự phát triển mây giáng thuỷ lại quan hệ chặt chẽ với khả truyển xạ mặt trời khí gián tiếp liên quan tới chế động lực khác chuyển đọng khí từ quy mô vi mô, quy mô vừa quy mô lớn

2 Sơ đồ tương tác đất - khí BATS

Chức chinh cua BATS la 1) Tính luợng xạ mặt trời hấp thu bể mặt xạ sóng dài thn, 2) Tính cac dịng trao đoi động lượng, hiển nhiệt ẩm bề mặt lớp khí quyển, 3) Xác đinh cac phân gio, độ âm nhiêt độ khí quyển, tán thực vật mực quan trắc bể mặt, 4) Tính giá trị nhiệt độ lượng ẩm bề mặt Mỏ tả chi tiết BATS tìm thấy, hạn, [3] Cầu trúc bề mặt BATS gồm lớp phù thực vật ba lơp đât Bê mặt chiâ lam 18 loại vói đặc tính vât lý tương ứng khác màu đất (được chia thành lớp màu, từ đậm đến nhạt), kết cau đất (được chia thành 12 cấp, từ thỏ (cát) đến mịn (sét)) Ngoài ra, hàm lượng ẩm đất, lượng nước mưa biến thành dịng chảy trạng thai bề mặt (có nước hay tuỵết phủ khơng) tính đến [3]

2.1 Albedo bề mật

Albedo đặc trưng cho khả phản xạ bề mặt xa sóng ngắn phát xạ sóng dài Albeđo bề mặt phụ thuộc vào bước sóng, góc thiên đình mặt trời trang thái bề mặt loại bề mặt Đối vói bề mật khơng có tuyết phủ, BATS tính albedo cho ba trường hợp albedo cùa thực vật xạ mặt trời nhìn thấy (Ả<0.7ụm), xạ gần hổng ngoại (JL>0.7|im), albedo đất Mặc dù albedo thực vật phụ thuộc vào nhiều nhân tô' khác, màu chẳng hạn, song số liệu hạn chế, BATS xem thực vật có màu xanh Giá trị albedo loại lớp phủ thực vật khác cho trước Albedo cùa đất trống phụ thuộc vào màu đất độ ẩm đất No tãng dần theo độ khô bề mật đất tính ALBC = ALBG0+Aag(Ssw), ALBGO albedo đất bão hòa nước; Ssw hàm luợng nước đất bể mặt; Aag(Ssw) = 0.01(1 l-40Ssw/Zu) > 0, với z„ độ dày lớp đất

Trong trường hợp bề mặt có tuyết phủ, albedo xem phụ thuộc vào phổ bước sóng xạ, góc thiên đỉnh mặt trời, độ dày tuyết, kích thước hạt tuyết, mức độ bụi bẩn tuổi cùa tuyết

2.2 Nhiệt độ đất

Nhiệt độ đất tham số quan trọng sơ đồ SVAT Trong BATS nhiệt độ lớp đất tính theo phương pháp tác động phục hồi (force-restore) Nhiệt dộ lớp đất bề mặt Tgl tính từ phương trình vi phân sau:

trong A=0.5viJAt; B = BC0EFhs + vdAt.Tg2; c =(1+FCT1), với Vj=27t/86400 tần sổ dao động ngày, hs tác động nhiệt bể mặt đất, At bước thời gian (s), Tg2 ià nhiệt độ lớp đất bề mặt, Bcoef = fsNovvBcoEFs + (1 ~ Fsnow)Bcoefb> f&vow phân diện tích bị tuyẽt phu, BC0EFS = ỏ ds

IPs^s/s sn

ữ _ vdAtDdb ('chỉ số “s” “b” canh dấu ngoặc đơn mẫu số hai biểu thức tương ứng

C0E,B (p c ũ * ■

tuyết đất) Djs Ddb tương ứng dộ sâu thâm nhập ngày tuyết đất, pN cs tưcmg ứng mật độ va nhiệt dung riêng cưa tấng đất dưới, ksn, k,hlà hệ số khuếch tán nhiệt tuyết đất dao động ngày nhiệt độ

Khi mặt đất có tuyết, tuyết tan làm giảm nhiệt độ tầng đất mặt làm tăng phần dòng chảy măt Tốc độ tuyêt tan tính bơi:

[B + ( C - A - B ' ) T g| - ( C + A - B ' ) - ó J ( )

21 LfBC0EF

ờ đây, L, ẩn nhiệt nóng chảy; B’ đạo hàm B theo nhiệt độ

’ Nhiêt đô lớp đất bể mặt T„2 xác định theo sóng nhiệt độ năm tính bàng phương pháp tác đọng phục hổi tương ứng với nhiệt độ độ sâu khoảng lm [3 8] từ phương trình:

ỔT

CAt—^- + 2AT, = B

ổt (1)

(3)

độ (hiện c4=0, ngoại trừ vùng đóng băng vĩnh cừu c4=l) T1=271 A = (c I Dj ìọ At

' 4 D *

V U d J

D, Dd tương ứng độ sâu thâm nhập năm ngày Nếu khơng có tuyết D =Ị^ T d trường hợp bế mặt bị tuyết phủ Da Dd lấy trung bình trọng số theo độ dày tuyết

2.3 Độ ẩm đất lớp phủ tuyết điều kiện không co lớp phủ thực vật

Để định ro đọ ẩm đất — lơp phu tuyêt, bê mật trái đất chia thành: 1) Những vùng đại dương (co va không co băng bien bao phủ) 2) Những vùng luc địa (có khơng có tuyết phù) Đối VƠ I vung đại dương không co bang biên bao phu, nhiêt độ bể mặt T I quy định bời sơ liêu quan trăc từ mơ hình chuẩn Đơi với vùng khác việc tính Tg| phụ thuộc vào điều kiện lớp phủ tuyết, độ ẩm đất, đạng bể mặt nhiệt độ lớp khí đau tiên

a) Giáng thủy (mưa tuyết rơi)

Mưa giải phóng ẩn nhiệt (Qc) lớp khí phụ thuộc phức tạp vào độ ẩm lớp giáng thủy từ lớp bên Tốc độ giang thuy mặt đất (P) nhận ]à tổng giáng thủy từ lớp Giáng thủy giả thiết tuyết rơi P5 nhiệt độ ỉớp khí thấp T, < Tc, mưa rơi Pr T, > Tc, Tc=Tm+2.2, Tm=273.16, tức

Ps = p, Pr = Tị < Tl P, = 0, p, = p T, > Tc b) Nguồn ẩm đất

Nguồn ẩm tới bề mặt sê thấm vào đẩt chuyển thành dòng chảy mặt Đối với nước, đất chia làm lớp, lóp mặt phân cách đất - khí quyển, lớp thấp tăng dần theo độ sâu Các đại lượng biểu diễn nguồn ẩm đất xét gồm: s,w nước lớp đất bề mặt (lớp đất cùng) có độ dày Zu (0 Im) (giá trị cực đại S>WTnM); nước tầng rễ có độ sâu z, (giá trị cực đại Slw tổng lượng nuớc đất độ sâu z, (cực đại SlwmaJ Cả S5W, s„, s,w nhận từ nguồn nước mưa Pr đểu bị bốc F dòng chày mặt Rs tất trình xảy lớp đất bề mật Dòng lớp đất tac động đến nguồn ẩm khác khác Trong điều kiện khơng có lóp phù thực vật, phương trình bảo tồn thành phần có dạng:

ơS õt

ÕS

p - = G - Rs + yW| (4)

= G - R S +yW2 <5>

ỡt

ỔS

— = G - R S- R U (6)

ổt s

trong đ ó G - P + S - F = lượng nước áp dụng cho bề mặt; Rs = dòng chảy mặt; Rg - nước thấm xuống lớp đất phía bê nước ngầm; Pr — mưa; Sm — tuyêt tan; ywl — nươc trao đoi khuếch tán từ tầng rễ vào tầng mặt; yw2 = nước trao đổi khuếch tán từ toàn cột đất vào tầng rê; F, = bốc Nếu Fq âm có nghĩa sương hình thành

c) Nước rị rỉ thấm xuống bể nước ngầm

Mỗi loại đất có tính chất định chù u phụ thuộc vào cấu trúc cùa đất Trong cac sơ đo tham số hóa đất người ta thường giả thiết tính chất khỏng đổi theo độ sâu đặc trưng tham sô sau:

- Độ rỗng P0RSL đại lượng mà đất bão hịa nước m3 đất chứa PORSL m nước - Độ hút nước đất (ị)

- Độ dẫn nước đất Kw

d) Sự bốc , _

Fq = Min{Fqp) Fqm) (7)

ưong Fqp bốc tiêm Fqm thông lượng ẩm cực đại qua bể mặt ướt mà đất

duy trì

e) Dịng chảy mặt

TronỖ thời kỳ mưa nhiều tuyết tan độ ẩm đất cao, hầu rơi đến bể mạt không xuyên xuông bể nươc ngâm mà biên thành dịng chảv mặt đổ sơng, suôi Dổng chảv mặt phụ thuộc vao thông lượng nước thuân (giáng thuỷ trừ bốc hơi) bề mặt, độ ẩm đất nhiệt độ bề mặt đất Tốc độ dòng chảy mặt biểu diễn hàm cùa toc độ giang thuỳ mức bão hồ đất Tuỳ thuộc vào nhiệt độ bề mặt đất T ! ta có:

7 \4 Pw ^Pwsat ' Pw

G Tgl > 0°c

Tg t< ° c

(8)

V p wsat

trong đó: pws„ mật độ đất bão hịa; pw = pwsat(s1+s2)/2; s, = SJSmmi s2 = SJSsm„.

Khi G<0 Rs=0 Nếu nhiệt độ lớp gần bể mặt thấp điểm băng dịng chảy mặt tăng lên

f) Lóp phủ tuyết

Mơ hình chi tiết cân bẳng lượng tuyết trình tan bãng tuyết Anderson đê xuất [3] Ong mơ hình hóa cách tỉ mỉ truyền nước lượng biến đổi mật độ tồn cột tuyết Ngược lại, chi mơ hình hóa q trinh tuyết bề mặt, khơng phân biệt cách rõ ràng tuyết lóp đất bể mặt nhiệt độ đất tức nguyên tác xem Ts, nhiệt độ tuyết lớp đất bề mạt sau tích lũy vài cm nước lòng tưcmg đương tuyết Nước bề mật tuyết đưa trực tiếp xuống đất, nước mưa nước tuyết tan xem Jà ngấm qua tuyết đóng băng trờ lại Sự tan tuyết dáy lớp tuyết bỏ

Nếu có mưa tuyết có lớp phủ tuyết, trước hết phải kiểm tra xem nhiệt độ Ts có hay khơng, T, = tính tốc độ tuyết tan trước tính nhiệt độ bề mặt Lớp phù tuyết dược

cập nhật từ phương trình:

% = P , - F , - S „ (5)

ơt

trong s lượng tuyết phù đo lượng nước lỏng; p, tốc độ mưa tuyết; Fq tốc độ thăng hoa

2.4 Hệ số cản dòng đất trông

Hê sô' cản đất đại lượng biến đổi Do BATS hệ số cản CD tính hàm CDN hệ sô cản điều kiện phiêm định, sô Richardson tô hợp cho bẽ mật RlH:

Cu = f(CD’,R,B) (10a)

„ g z ( l - V TJ (10b)

R iB -

* a

tron* đó: V2 = uf + vf + ; Tgl nhiệt độ bề mặt đất (hoặc tuyết, băng), T„ u„ V, nhiệt

đô khơng khí nhân với (P5/Pi)k và các thành phần gió độ cao cùa mực thấp mơ hình khí

quyển Z,T g gia tốc trọng trường; ps p, tương ưng áp suất không khí tại bề mặt mưc thấp mơ hình; k sơ Karman; và

ío lm /s, Ts,/T a < (1 1,

^ ~ Ịl.Om/s, Tgl /T, >

Khi hệ thức để tính hệ số cản

Cdn(i + 24.5a/— RRị0 < 0ìb<0

(12)

Hệ sô' cản phiếm định CI5N nhận từ lý thuyết lóp biên xáo trộn xác định bời

— - ì • "

k

DN ln(z,/z0) ( )

ở k=0.4 Zo độ gổ ghề

Các dòng hiển nhiệt, ẩn nhiệt bể mặt nước, bãng, tuyết đất trống nhận sử dụng hệ số cản động lượng định nghĩa qua hệ thức sau:

Fs = P,CpCDV a(Tgl -T.) (14)

trong đo pj la mật độ không bê mặt, Cp hệ sỏ cản khí động học đới vói nhiêt c nhiệt dung riêng cua khơng khí Va tơc độ gió Tương tự, dịng ẩm từ bể mặt vào khí quvển cho bời:

F<l - PaCpVaí^CỊg—C]a) ( )

trong qg độ âm riêng bão hồ nhiệt độ bể mặt (măt đất, tuyết, băng nước); q độ ẩm riêng mực thấp mô hình; fg ]à đại lượng đặc trưng cho trạng thái ẩm, nhận eiá trị 1, trừ trường hợp trình khuêch tán (các bề mặt bị hạn chế) f dược xác định tỷ sơ bốc thực tế bốc khả đất: f - F /F

2.5 Các dịng lượng trường hợp bề mặt có lớp phủ thực vật

Khi có lớp phủ thực vật, BATS xem xét tách biệt phương trình lượng đất kháng trở truyền lượng từ phía tán đến khơng khí tán từ khơng khí tán đến bể mặt có ý đến phận ướt cùa tán

a) Tham số hóa biến cùa

Hai đặc trưng quan trọng thực vật chi số diện tích (LA|) chì số diện tích thân (SA|) La1 liên quan đến trĩnh thoát nước từ thực vật SAI không đổi mỏi loại dát La1 lại biến động theo mùa Tổng cùa chúng ký hiệu LSAI: LSA1 = LAi + SA1 Đế tính đến bỏc từ cành bị ướt người ta đưa vào định nghĩa tỷ lệ diện tích bị ướt (bị phù nước) sau:

trong Wd tổng lượng nước bị chặn giữ tán cãy WDMAX lượng nước cực đại mà tán chặn giữ Biểu thức tương tự sử dụng cho thân Khi phần bề mặt tự xác định bởi:

Khi có mưa bế mặt thực vật bị phủ lớp nước mỏng trước nhò giọt chảy theo thản cày xuống đất Lượng nước sau tái bốc vào khơng khí đơng thời bê mặt ướt q trình bị ngừng lại Tương tự, hình thành sương vao ban đem co the giư mat cho la cay vao buổi sá nơ từ ngừng lại Nói chung tái bốc hoi cùa nước mưa bị chặn giữ bời thirc vât chiếm khoảng 10-50% lượng nước mưa phụ thuộc chủ ỵếu vào cường đô mưa Sự ngừng thoat liơi cac bi ướt cịn nghiên cứu, đóng vai tro dáng ké Giáng thúy tuyết cung bị chặn giữ sư hình thành sương giá trẽn nói chung thường xây Nhưng mức độ chung quan trọng bốc nhỏ nhiệt dộ thấp \ ì thẻ; có ly ơiả thiết thực vật tích lũy nước thể rắn giống thê lòng Gia thiẽt lượng nước

tích lũy cực đại bang 0 0 lm X L5AI Lượng nước tích lũy đơn vị diên tích bé mặt đất ( )

( )

được tính từ lượng giáng thủy đến hiệu hrri và íKAnn 1 3 ,

v s a uloai nơl vầ thõng lương nước đến bể măt thưc vât:

^ = o,P-E, ■=

dt (19)

trong Wdcw tè lượng nước tổng cộng lưu giữ bời tán môt đơn vi diẽn tích đất; p -

i l IMỈraig hoi cây: thƠng lưỢn® nước đến tán ìẩ tr^ n mộ1 đờn vị diện tích đất;

t 1á W°MAĨ = ° '000lm * ơfLsA[ thl Wdcw đặt WDMAX lượng ẩm dư thừa

trên lácây cộng vào lượng giáng thủy (nước tuyết) rơi đến đất c) Các dòng từ tán

Trước hết xét bốc từ ướt, cịn dịng nước từ tán khơ (khơng bị phủ nước) xét tương tự cẩn xét thêm kháng trở khí khổng Lượng bốc mot đơn vi diên tích tan la íìơt (cả cành cây) xác định bời:

pWET _ ~ ì ( SAT „ ì

Ef -P a^lq? - q arj (20)

trong đo q f độ ẩm nêng bão hòa nhiệt độ tán Tr; qar độ ẩm riêng khơng khí bên tan cây; rỊa la khang trơ khí động học đơi với dòng nhiệt ẩm cùa phân tử lớp biên đơn vị hình chiếu diện tích

Tương tự, dòng nhiệt từ Hr tính bời: Hf =crt LSA1rl“ paCp(Tf - T af)

Dòng ẩm từ bề mặt phần tán bị ướt E, xác định bởi: Ef = r NEfWET

trong

= - s(EfvW E T

r,a + r

(21)

<22)

(23)

với rs kháng trở khí khổng; Lw Lj xác định từ (16) (17); hàm bậc thang, nhặn giá trị bàng đối số dương đối số âm

Sự thoát xảy bề mặt khô xác định bời: r,„ + r, Ef

WET (24)

s

b ta bỏ qua khác biệt nhỏ nhiệt độ khô ướt số yếu tố bất đồng khác

d) Kháng trở khí khổng

Kháng trờ khí khổng hiểu sức chống chịu học tổng cộng chống lại khuếch tán từ lấ Thành phần đơi cịn xem kháng trở để phân biệt với kháng trở khí khổng cùa Hơi nước bên trì giá trị bão hòa gần bão hòa Kháng trở r nước từ ngồi phụ thuộc mạnh vào kích thước, phàn bố mức độ mở cùa khí khổng Tuy nhiên, khuếch tán nước xảy qua biểu bì đường nước chủ yếu khí khổng bị đóng lại Kháng trờ khí khổng xác định

R rx S rx M r x V r 5 _ ( )

trong r ơiá trị cực tiểu cùa kháng trờ khí khổng; Mf, Rf, s r v r tương ứng nhân tố đặc trưng cho sư phu thuộc kháng trờ khí khơng vào độ âm đủt, xạ mặt trời, nhiệt độ độ hụt bão hòa nước

e) Kháng trớ rễ

thuộc vào tổng độ đài rễ đơn vị diện tích kháng trờ nội cùa cãy đơn vị độ dài

rễ

f) Cân lượng tán thực vật đất

iT^ lô n g Jcĩ1.1" ttong táncây có nhiệt dung khơng đáng kể dịng nhiệt từ tán Hr tư đất Hg cân phai cân bâng bơi dong nhiêt vào khí Quyển H ■

H = Hf + H ? ■■ (26)

ở đây, dịng nhiệt vào khí tính bởi'

= Paơ rCpC DV a(T ar- T J (2 )

Dòng nhiệt từ đất tán giả thiết bằng:

Hg = PaCp(CS0[LCơ r Ư jf) (Tgl — T af) (2 )

Trong công thức (27) (28), pa mật độ khơng khí bc mặt; hệ sơ truyền khơng tán đất phía dưới, giả thiết 0.004; TJf nhiệt độ bên tán lá, Từ phương trình (26)-(28) có thổ tính nhiệt độ T r:

Taf = (cATa+cFTr+cGTg[)/(cA+cF+cG) (29)

trong CA= JCuV a; CF = fLSA|r^ '; CG = CS0ILCa rUJf Tương tự, khơng khí tán giả thiết

là khơng có khả nãng tích lũy nước cho dịng nước từ khơng khí tán câv E, cân với dòng từ tán Er từ đất Ee:

E, = Er + Ee (30)

Ea = P,cA(q„ - qa) (31)

Eb = p,cGfg(qg.s - q.f) (32)

trong qg s !à nồng'độ nước đất bão hòa; fg nhân tố xác định trạng thái ẩm, định nghĩa tỷ số bốc thực tế bốc tiềm đất; qjf độ ẩm riêng khơng khí bên Giải phương trình (30)—(32) ta nhận qjf

g) Nhiệt độ

Phương trình cân cuối để nhận thoát từ thực vặt phương trình bào tồn lượng tán lá:

R„(Tf) = LE,(Tr) + H,(Tf) (33)

trong R xạ mà tán hấp thụ Giải phương trình ta nhận nhiệt độ tán la T°

h) Các dòng lượng từ đất khơng có lớp phủ thực vật

Các dòng hiển nhiệt Pbare ẩn nhiệt QBARE từ đất khống bị thực vật bao phả cho bời:

FBARE = W c (T gi - T s) (3 )

QBARE = Wc(qs - q s) (35)

w = CD(1-Ơr)( (l-ơ r)V, + ơr[XBUaf + (1-XB)V J} (36)

X B = Min {1, Rough)

2.6 Độ ẩm đất có lớp phủ thực vật

Trong trường hợp có thực vật, phương trình xác định nguồn ẩm đất lóp tuyết phủ (4)—(6) (9) trở thành:

Ẽ Ề ỉSL - p n - r t ì - R - Y , - B E _ - F _ + s „ + D „ — Pr(l —Ơ f ) - R s ỴW| PEtr Fq +Sm +DV, (37)

ỡt

_ D C1 — V — F + s + D (j8 ) = Pr ( l - f ) - R s - Y W2 - Eư + S m+ D

Ể Ẽ » = Pi ( l - a I ) - R » - E , r - F , * S „ + D » ' ,

ỡt

^ = Pr( l - f ) - F q - S m+Ds í40)

3 V a i trò bể m ặt dòng lượng nhiệt ẩm

h ' ^ hằ,"\đánh ỉ i í / s Ì ? 0® cỳa cácj loại bể mặf đến dịng nhiệt ẩm mơ hình khí hâu chúng tơi sử dụng sơ đổ BATS mô tả cho số loại bề mặt điển hình Vitt Nam bao gổm đ nơng nghiệp (crop Sl), nhọn thường xanh (evergreen needle leaf tree - S2) cay la rộng X^ h (evergreen broađleaí tree - S3) cỏ tốt (tall grass - S4) Một sớ đặc tính loại bé mặt dán bảng

vị d i ' n ,ích đ í,; D ' ' ™ ,ự * D - »■”" * ■“ « « “ * - R- =

Ký hiệu loại bể mặt SI 111 S2 S3 S4

Độ che phủ cực đại - ơrm„ 0.85 0.80 0.90 0.80

Hiệu độ che phủ cực đại độ che phủ nhiệt độ 269K 0.6 0.1 0.5 0.3

Độ gồ ghề (m) 0.06 1.0 2.0 0.1

Độ sâu lớp đất có rễ - Zf (m) 1.0 1.5 1.5 1.0

Độ sâu lớp đất - Zu (m) 0.1 0.1 0.1 0,1

Độ dày cột đất tổng cộng - z, (m) 10 10 10 10

Độ cao dịch chuyển (m) 0.0 9.0 18.0 0.0

Albedo thực vật bước sóng Â<0.7|im 0.1 0.05 0.04 0.08

Albedo thực vật bước sóng A>0.7|im 0.30 0.23 0.20 0.30

Kháng trở khí khổng nhỏ (s/m) 120 200 150 200

LAI lớn 6 6

LAI nhỏ 0.5 5.0 5.0 0.5

Chỉ số diện tích thân (và bị chết) 0.5 2.0 2.0 2.0

Nghịch đảo bậc hai kích thước (rrfl/2) 10 5

Loại đất tương ứng với loại bề mặt 6

Màu đất tương ứng với loại đất 4

Thơng thường, với mục đích khảo sát độ nhạy SVAT người ta chạy tính độc lập (stand-alone, offline simulation) sơ đồ với tập số liệu giả định cho trước tham số mô tả tác động từ khí (atmospheric íorcing) Số liệu giả định dùng làm đau vào cho sơ đồ bề mặt, bao gổm nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, xạ, giáng thủy,, Khi chạy kết hợp với mơ hình khí hậu giá trị biến nói chung kết tính mực thấp mơ hình khí (Atmospheric Model - AM) [6, 9] Tuy nhiên; tác động từ khí chi coi tham số, biến, thơng lượng bề mặt kết xuất từ SVAT khơng ý nghĩa tác động tới khí quyển, q trình hổi tiếp (feedback) đất khí khơng đề cập tới [6] Mặc dù vậy, phạm vi này, sử dụng sơ đổ BATS chế độ chạy tính độc

lập Các tham số đầu vào chio BATS sử dụng dẫn bảng 2, ứng với bốn loại bề mặt chọn đây, tiến hành năm trường hợp thử nghiệm, ký hiệu THI, TH2 TH3a, TH3b va TH4 Các trường hợp thử nghiệm TH2, TH3a, TH3b TH4 xem trường hợp khảo sát độ nhạy tham số đầu vào so với THI bẳng cách thay đổi tốc độ

giáng thủy, độ che phủ lá,

Các tham số giả định xạ mặt trời nhiệt độ khí giả thiết đơn giản biến thiên theo dạng hàm sin với giá trị cực đại đạt vào lúc 12 trưa hàng ngày Trị số xạ cực đại, nhièt khơng khí trung bình biên độ dao động nhiệt ngày tương úng chọn đóng nhãt băng 800 vv/m , 2TC 3*’C Thời gian tích phân 30 ngày (tương đương tháng) với bước tích phân 1800s (30 phút)

Trong bảng 2, tần suất giáng thủy !à khoảng thời gian hai lần có giáng thủy Riêng TH4 suốt thời gian tích phân giáng thủy xảy lần Mỏi lần có giáng thủy, thời gian kéo dài đợt giáng thủv bước thời gian tích phân Đieu đo cung co nghía tan suat giang

lìĩ y l ĩ ờỉ.ĩi“ S ữa ?ai ! ! " bl niạt đươc cun£ cấp lượng giáng thủy tích cùa tốc độ giáng thủy bước thịi gian tích phân

Các trường hợp thử nghiệm

Giáng thủy Độ ấm ban đầu

trong lớp đất (mm)

Mức độ phù thưc vât (ơr)

Tẩn suất Tốc độ S™ Su

Trường hợp (THI) Trường hợp (TH2) Trường hợp 3a (TH3a) Trường hợp 3b (TH3b) Trường hợp (TH4)

5h 5h 5h 5h Xảy vào ngày thứ

1CTJ ms'1 5x icr3 ms“'

10’3 ms 1CT3 ms-‘ 10"3 ms~' 0.3ZU 0.3ZU 0.3Z^ 0.3Z„ 0.2ZU 0.3Zr 0.3Z, 0.3Z, 0.3Z, 0.2Zr 0.32; 0.3Z, 0.3Z, 0.3Z, 0.2Z, ^f.m« 0.8xơfjn„ 0.5xơrw,

3.1 Ảnh hưởng loại bề mặt đến cấc dòng trao đổi nhiệt ẩm

Đặc trưng điên hình cho loại bể mặt trước hêt độ che phù thực vật cùa chúng Độ che phủ thực vật xác định tích tổng số diện tích (LAI) thân (SAI) với mức độ che phủ (LSA|Xơr) Ngồi ra, mơi loại bể mặt cịn đặc tnmg nhiều tính chất khác (bảng 1) Từ bảng có thê nhận thấy, trị tuyệt đơi, dịng hiển nhiệt ẩn nhiệt gần tỳ lộ với độ che phủ thực vật loại bề mặt Bề mặt có che phù lớn thơng lượng trao đổi nhiệt ẩm bề mặt khí phía lớn Khi thay đổi độ phù thưc vật, dòng lượng nước từ loại bé mặt biến đổi mạnh (TH3) Kết phù hợp với [5, 6] Càng giàm độ che phủ, dịng hiên nhiệt tăng (bể mặt nóng lên nhiều), tốc độ bốc thoát cùa bể mặt giàm (dòng án nhiệt nhỏ), làm tăng lượng dòng chảy mặt (do giảm tầng chắn giáng thuý) Với tốc độ tẩn suất giáng thủy vừa phải (THI), bề mặt có độ che phủ lớn có địng chày mặt nhò Tuy nhiẻn, cường độ và/hoặc tần suất giáng thủy tăng lên nhiều mối quan hệ khơng cịn (TH2) Sự tăng đột biến dòng chảy mặt TH2 so với THI cùa loại bề mặt S3 đặc điểm đáng ý mà đề cập đến thời gian tới đây,

Bản2 Trung bình tồn khồns thời gian tích phim dịns nhiẻt ấm

Kv hiêu loai bể măt SI S2 S3 S4

Độ che phủ thưc vật (m2m"2) 5.52 6.40 7.20 6.40

m i

Hiển nhiêt (W/m2) -7.6 -30.6 -88.0 -8.8

Ân nhiệt (W/m2) 131.3 150.1 223.9 131.3

Bốc (mm/ngày) 4.5 5.2 7.7 4.5

Dòng chảy mát (mm/ngày) 3.2 2.5 1.4 2.9

ĨH2

Hiển nhiêt (W/m2) -7.7 -31.1 -89.1 -8.9

Ẩn nhiêt (W/m2) 133.0 152.7 226.8 133.1

Bốc (mm/ngày) 4.6 5.3 7.8 4.6

Dòng chảy măt (mm/ngày) 34.1 33.2 36.1 31.6

TH3 Hiển nhiệt (W/m )

Ẩn nhiệt (W/m2) Bốc (mm/ngày)

Dòng chảv mặt (mm/ngày)

a b a b a b a b

-4.4 2.4 -21.3 -10.1 -24.1 -21.5 -5.0 -0.7

127,6 122.4 139.7 131.9 203.6 178.5 127.6 125.3

4.4 4.2 4.8 4.6 7.0 6.2 4,4 4.3

3.2 3.4 2.6 3.0 1.7 2.2 2.9 3.0

TH4 Hiển nhiệt (W/m2)

Ân nhiệt (W/nr) Bốc (mm/ngày)

Dòng cháy măt (mm/ngày)

76.1 82.2 110.7 65.8

25.7 56.4 38.5 47.1

0.9 2.0 1.3 1.6

0.02 0.04 0.04 0.04

ẽ ĩfíĩ " kht Tỉl- ,ỉy;AẢl!.hJ:ưí g củ.a giángihủy đến dịng ; _ uyi.e , a _ ^

t H3 ộ í ĩ? J? ? ^ Ế \ N *4 5» giáọg thuy s lượng nước dư t h £ sau tá bôc h d v ầ bị chặn giữ bơi tín thực vật không kịp thấm xuống lớp đâĩ sâu biến thành dòng chảy mặt Nếu tần suất giáng thủy lớn, bề mặt ln trạng thai bao hoa liên tĩep

u f ẽ dư thừa biến thành dòng chảy mặt Ngược lại nêu tần suất Ỹ í í ngí y L ^ ,Clíng, Cấp cho bề mf t b? thiếu hut dịng chảy mạt có thê bị triệt tiêu Giáng thủy tạo cho bề mặt lạnh hơn, dòng hiển nhiệt có hướng từ khí qun đen bề mạt

_ f ° f anhT H Ỉ v ™ ? ta thấy’ tãng tôc đ<? ?iáns thủy lên lần dòng ẩn nhiệt bốc từ tất loại bê mặt đểu tăng có hướng từ bể mặt vào khí quyển, dịng hiển nhiet tãng có hựớng ngược lại Tác động đáng kể tăng tốc độ giáng thủy trường hợp làm tăng nhiều lần dòng chảy mặt, đặc biệt loại bê mặt S3

TH4 la mọt kịch ban thường đưa việc mô khả chận giữ giáng thủy cua thực vật [4, 7] Trọng trường hợp giáng thủy giả thiêt xảy lẩn vào ngày thứ ba suot thơi gian tích phân, độ âm đất ban đầu nhỏ so với trườn° hợp khác Từ hmh ta thây, trước khi^ có giáng thủy, bốc bề mặt, ỉượng ẩn nhiệt, giảm nhanh cio bề mặt khơng cung cấp nước, cịn dịng hiển nhiệt tăng theo thời gian có hướns lên phía khí quyên Ngay sau xảy giáng thủy, dòng ẩn nhiệt tăng lên, dòng hiển nhiệt eiám xuống, đòng chảy mặt tăng đột ngột giảm nhanh sau Khoảng từ ngày thứ năm trờ kể từ thời điểm ban đẩu, dòng hiên nhiệt tăng nhanh đến giá trị gữ gần khơng đổi Tinh xảy ngược lại dòng ẩn nhiệt

4 Kết luận

Bằng việc sử dụng sơ đồ BATS để khảo sát vai trò bể mặt đít đơi với dịng trao đổi lượng nước đất - khí chúng tơi tiến hành tính tốn thử nghiệm cho loại bé mặt khác với nhóm tham số đầu vào khác đặc trưng cho mức độ che phù cùa thực vẠt tác động điểu kiện khí Những kết nhận cho thấy rầng:

1) Trong điều kiện tác động từ khí quyển, trao đổi lượng nước 2Ìữa loại bề mặt khác khí có khác rõ rệt (bảng 3, hình 1-5) Bề mặt có độ che phủ thực vật lớn trao đổi dòng hiển nhiệt ẩn nhiệt bể mặt khí xảy mạnh mẽ Trong trường hợp thử nghiệm, ngoại trừ TH4, trường hợp lại đểu thể giá trị trung bình ngày dịng ẩn nhiệt có hướng lên từ bể mặt dòng hiển nhiệt lại có hướng xuống

2) Sự biến đổi cùa độ che phủ thực vật có tác động đáng kể đến dòng lượng từ loại bề mặt khác Việc giảm độ che phủ thực vật làm tăng dòng hiển nhiệt, ỉàm giảm tốc độ bốc bề mặt, làm tăng lượng dịng chảy mặt (do giảm vai trò chặn giữ giáng thuỷ)

3) Ngồi việc ảnh hưởng tới dịng hiển nhiệt ẩn nhiệt, tốc độ tần suất giáng thùy có tác động quan trọng tới dịng chảy mật Sự suy kiệt dòng chảy mạt, giảm đòng ẩn nhiệt, tăng mạnh đổi hướng dòng hiển nhiệt từ bề mặt vào quỵển khơng có giáng thủy (TH4) đăc điểm đáng ý xem xét vai trò cùa bể mặt mổ hình khí hậu

- 12 t i .J

ỉ ị

Ị ; i ! ị

■ ! J ! ỉ í ' h ,• ■ ì 1 M i 1 li ’! [ ■! íị_;Líu Hình Diễn biến cùa

c) Dòns chày mặt phân THI b) Dòng ẩn nhiệt

các dòng bề mặt ngày tích

b) Dịng ẩn nhiệt

các dòng bề mặt ngày tích a) Dịng hiển nhiệt

Hình Diễn biến

I lỉ o yt

c) Dòng chảv mặt

phân đầu tiên, TH2

òng hiển nhiệt b) Dòng ẩn nhiệt c) Dòng chày mặt

Hình Diễn biến dịng bề mặt ngày tích phân đầu tiên, TH3a

- 11 12 o V* ĩ -*-»ì »1 « ĩ — o »4

IU

b) Dòng ẩn nhiệt c) Dịng chày mặt

Hình Diễn biến cùa dịng bề mặt ngày tích phân đầu tiên, TH3b

ì ỉ/sS*

ỉ / V

-■2 - * - i ỉ

]I I I :* V n

k V A

‘ììTlĩĩt

« t - » - « - t - O - » - U

a) Dòng hiển nhiệt b) Dòng ẩn nhiệt c) Dòng chảy mặt

Hình Trung bình ngày dịng bề mặt, TH4 Tài liệu tham khảo

[1] Avissar R.: A conceptual aspects of a statistical dynamical approcah to represetation of landscape subgrid scale heteorogeneitu in atmosphereic model, ĩoumal o f Ceophgysical Research, V97, Februãry 1992, No D3, 2729-2742

P J Avissar R and Piekle R.: A parameterization of heterogeneous surĩace land suríace tor atmospheric numerical model and its impact on regional meteorology Mon ch Weathcr

Revieív, VI17 1989, 2113-2136.

[3] Dickinson R et ai.: Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme (BATS) version le as coupled

to the NCAR Community Climate Model, NCAR/TN-387+STR, NCAR Tech Note ỉ 993

72pp.

[4] Giogri F.: Modeling Land Suríace Processes in Climayte Models, I, n, m Workshop on Land-A tmosphere Interactions in Climate Models, The ãbdus salam intemational centre for theoreticaỉ physìcs, 2001

[5] Milhailovic D T et al.: A study of the sensitivity of land suríace parameterizations to the inclusion of different íractional covers and soil textures, ĩoumăl o f Applied Meteorolosy,

Vol 31, 1477-1487

[6] Pitm an A J.: Assessing the Sensitivity of a Land Suríace Scheme to the Parameter Values Using a Single Column Model, Joumal of Oimate, Vol 7, 1994, 1856-1869.

[7] Pieklc R et al Interations between the atmosphere and terrestial ecosystem: inAuence on vveather and climate, Global Change Biologỵ, 1998, 4, 461-475

[8] Viterbo p.: A reviews of parameterization of land suríace, Meteorosicíiỉ training course lecture serỉes o f ECMWF, 2003, 49pp

[9] Wilson M F et al.: Sensitiveity of the Biosphere-Atmospheree Transfer Scheme (BATS) to the Inclusion of Variable Soil Characteristics, ĩournaỉ o f Climate and Applied Meteoroỉogy

Voi 26, 341-362, 1987.

ABSTRACT

BATS SCHEME AND ITS APPLICATION FOR CALCULATING THE ENERGY AND WATER EXCHANGED FLUXES BETWEEN LAND SURFACE - ATMOSPHERE

In this study we use BATS scheme to investigate the energy and \vater íluxes between land suríaces and atmosphere with five different scenarios, denoted by THI, TH2, TH3a, TH3b and TH4 Four types of vegetation/land-cover are chosen, which consist of crop (Sl), evergreen needle leaf tree (S2), evergreen broadleaí tree (S4), and tầll grass (S4) For each scenario, set of parameters representing characters of vegetation/land-cover types, atmospheric forces, such as the ữactional vegetation cover, the initial values of soil moísture in soil layers, the precipitation rate and írequency, are given The results showed that, latent heat, sensitive heat íluxes and run-off are rather sensitive with land surface types In the same driving forces of atmosphere, íluxes from/to the land surface with larger of írâctional vegetation cover are stronger The increase of precipitation rate (TH2) lead to much more increasing run-off from suríace type of S3 thaiì other In the case of long time vvithout precipitation, sensitive heat íluxes from land surface types to atmosphere are strongly increased

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

N G U Y Ễ N TH Ị TH U LAN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

c NHÂN KHOA HỌC NGÀNH KHÍ TƯỢNG

BƯỚC ĐẦU TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHỦ BỂ MẶT ĐẾN CÁC QUÁ TRÌNH TRAO Đ ổ i

ĐẤT KHÍ QUYỂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS TS PHAN VĂN TÂN

D ĐỨC TIẾ N

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN KHOA HỌC NGÀNH KHÍ TƯỢNG

ẢNH HƯỞNG CỦA S ự BẤT ĐỒNG NHẤT BỂ MẶT ĐẾN CÁC QUÁ TRÌNH TRAO Đ ổ i

ĐÂT-KHÍ QUYỂN

n g i h n g DẪN: PGS TS PHAN VÃN TÂN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

N G U Y Ễ N Q U A N G NGỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN KHOA HỌC NGÀNH KHÍ TƯỢNG* *

TÌM HIỂU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHIỆT ĐỘ ĐÂT TRONG CÁC s

ĐÔ TRAO ĐỔI BỂ MẬT

PH IẾ U Đ Ả N G K Ý

k ế t q u ả n g h i ê n Cứ u K H -C N

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh huởng q trình tương tắc đất - kh í đến điều kiện k h í hậu khu vực miền Trung Việt Nam

M ã số: QG.02.16

Cơ qu an chủ tr ì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

Điện thoại: (04) 8581419

Cơ q u an q u ả n lý đề tài: Đại học Quốc gia Hà Nội Địa chỉ: 144 Đường Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại:

Tổng kin h phí thực chi: 60.000.000,0 đồng (Sáu mươi triệu đồng) Trong đó: - Từ ngân sách Nhà nước: 60.000.000,0

- Kinh phí trường: 0,0

- Vay tín dụng: 0,0

-V ố n tự có: 0,0

- Thu hổi : 0,0

Thòi gian nghiên cứu: 12 tháng Thòi gian b đầu: 8-2002 Thời gian kết thúc: 8-2003

Tên cán phối họp nghiên cứu: 1) PGS TS Nguyễn Hướng Điền 2) ThS Nguyẻn Minh Trường 3) ThS Vũ Thanh Hằng 4) ThS Trần Nsọc Anh 5) CN Neuvẻn Đăng Quang 6) CN Dư Đức Tiến

7) CN Hoàng Thanh Vân 8) NCS Bùi Hoàng Hải

Số đăns; ký đề tài Sô chúniỉ nhận dăng ký kết quà nghiên cứu:

Bảo mật:

a Phổ biến rộng rãi: \

Ngày:

h Phổ biến hạn chế: c Bảo mật:

Tóm tắt kết nghiên cứu:

iiễ lễ r ilil§ f i l l i B i

K quậ tính tốn cho thíy, ngoại trữ tran bé mậtbiin, hiu đ k

h í n h ^ w ,* h ỉ i f ỉ i K ặ ” ? “ ■ ' ■ <">«* c H i S 2

hình thường loại Khi tính đến bất dóng bề mạt, loai be mạt S2 (đãi nơng nghiệp đất trồng hỗn hợp) S12 (rừng nhiệt đới va c n nhiêt đơi thương xanh) có d êntích tăng lên, cịn loại S7 (bề mặt nước) SI3 (cây bụi, cỏ cao savan) bị giảm điện tích

2) Sư dụng sơ BATS chê độ chạy tính độc lập thực trường hơp thừ nghiẹm đe khao sat anh hương cua loại bề mặt chủ yêu trẽn vùng n°hiên cứu (S^ sp, SI va S13) đên dòng nhiệt, ẩm Kêt tính tốn chi ràng, điểu kiện tác động từ khí quyển, biên đổi độ che phủ thực vật có tác độnơ đán° kể

đên dòng trao đổi lượng Việc giảm'độ che phủ‘thục vật làm tăng dòng hien nhiẹt, giam toc đọ bôc thoat hơi, làm tăng lượng dịng chảy măt Tốc vù tíìn suất giáng thủy có tác động quan trọng tới dịng chảy mặt

3) Trên sở BATS chạy kết hợp với mơ hình khí hậu khu vực RegCM, tính tốn dịng nhiệt, ẩm từ bề mặt mơ phịng trường lượnơ mưa cho tháng 6-10/1996 khu vục miển Trung Việt Nam vùng phụ cận với ba phương án thử nghiệm: PA -0 (chưa tính đến bất đồng bể mặt), PA-1 (bất đồng tính theo tỷ lệ phần trăm diện tích phủ loại bề mặt) PA-2 (chia ô tưới mô hình thành 32=9 lưới con) Kết nhận cho thấy, tính bất đồng bề mặt dã làm thay đổi rõ rệt phân bố dòng nhiệt, ẩm từ bề mặt lượng mưa dự báo theo mơ hĩnh Trên phần lớn diện tích vùng nghiên cứu, giá trị dịng ẩn nhiệt hiển tính theo PA-1 lớn PA-2, với độ chênh lệch biến thiên [rong khồns từ 0-10%, chí đạt tới khoảng 40% Khi đưa vào tính bất đồng bề mặt, lượng mưa dư báo theo mơ hình dải miền Trung Việt Nam thúng 6, 7, tăng lên cách đáng kể so với trường hợp chưa tính đến bất Mức độ khác biệt lên tới 200-250 ram, Tuy nhiên, tháng 9, 10 lượng mưa dự báo theo PA-1

à PA-2 khu vưc cổ xu hưởng giảm di so với PA-0.

Kiến nghị qui mỏ đối tượng áp dụng nghiên cứu:

Nhữn® kết nơhiên cứu đề tài xem khời đầu cho hướng nghiên cứu Việt Nam lĩnh vực mơ hình hóa, mỏ dự báo khí hậu Do c h ú n dùng làm tài liệu tham khảo tốt cho nhà làm công tác

n°hiên cứu nghiệp vụ thuộc ngành khí tượng khí hậu

Chủ tịch Hỏi dóng đ n h giá thức IC"7 ti n a n

P& K

T h ủ trư n g q u a n q u n lý đé tài