Mô hình hóa tác động của Biến Đổi Khí Hậu

Mơ hình hóa tác động Biến Đổi Khí Hậu Ths Nguyễn Thùy Linh Bộ môn Kinh tế Quản lý Biến đổi khí hậu Nguyễn Thùy Chương 9: Mơ hình hóa tác động Biến đổi khí hậu Nội dung 9.1 Kịch phát triển kinh tế - xã hội 9.2 Kịch phát thải khí nhà kính 9.3 Kịch BĐKH 9.4 Mơ hình hóa tác động BĐKH 9.5 Một số nghiên cứu thực nghiệm mơ hình hóa tác động BĐKH 9.4.1 Sơ lược mơ hình khí hậu Chương Nội dung - Mơ hình khí hậu tồn cầu (GCM) - Mơ hình khí hậu khu vực (RCM) 9.4.2 Các phương pháp downscale mơ hình 9.1 Kịch phát triển kinh tế - xã hội 9.2 Kịch phát thải khí nhà kính 9.3 Kịch BĐKH 9.4 Mơ hình hóa tác động BĐKH - Phương pháp chi tiết hóa thống kê - Phương pháp hạ quy mơ động lực 9.4.3 Mơ hình đánh giá tích hợp (IAM) Mơ hình DICE - RICE 9.5 Một số nghiên cứu thực nghiệm mơ hình hóa tác động BĐKH Mơ hình khí hậu tồn cầu (GCM - Global climate model) Định nghĩa Mơ hình khí hậu tồn (GCM) mơ hình tốn học mơ tả q trình vật lý khí quyển, đại dương, băng biển bề mặt đất, dựa hệ phương trình Navier-Stokes - Miêu tả dịng chảy chất lỏng khí (gọi chung chất lưu) - Được xây dựng từ bảo toàn khối lượng, động lượng, lượng cho thể tích xem xét - Là sở cho chương trình máy tính phức tạp để thực mơ khơng khí đại dương Mơ hình khí hậu tồn cầu (GCM - Global climate model) Ý nghĩa mơ hình khí hậu tồn cầu GCM Các mơ hình GCM đại thực mô phỏng, dự báo dự tính q trình diễn khí quyển, đại dương trình bề mặt đất Mơ hình GCM sử dụng phổ biến CAM Mơ hình khí hậu tồn cầu (GCM - Global climate model) - Các GCM mơ tả khí hậu cách sử dụng lưới ba chiều toàn cầu với độ phân giải không cao để nắm bắt tượng thời tiết khí hậu quy mơ lớn - Các mơ hình GCM thường gặp khó khăn mơ khí hậu khu vực có địa hình phức tạp; khơng mơ xác tượng thời tiết cực đoan xoáy thuận nhiệt đới, mưa lớn - Các GCM đáp ứng nghiên cứu khí hậu quy mơ tồn cầu chưa thỏa mãn nghiên cứu khí hậu quy mô khu vực Mô cách vận hành GCM Trên bề mặt: Kinh độ - vĩ dộ Lát cắt: Độ cao Mơ hình khí hậu khu vực (RCM - Regional climate model) Định nghĩa Mơ hình khí hậu khu vực (RCM) mơ hình tốn học mơ q trình khí hậu có qui mơ nhỏ cấp độ khu vực địa phương Mơ hình RCM sử dụng phổ biến RegCM Mơ hình khí hậu khu vực (RCM - Regional climate model) Ý nghĩa RCM Về mặt lý thuyết, GCM coi cơng cụ thích hợp để thực mô phỏng, dự báo dự tính khí hậu Tuy nhiên, GCM khó nắm bắt tượng khí hậu quy mơ nhỏ Trước thực tế đó, giải pháp đưa ra, sử dụng mơ hình khu vực (RCM) độ phân giải cao lồng ghép vào GCM để thực chi tiết hóa thơng tin từ GCM khu vực nghiên cứu Phương pháp lồng ghép RCM vào GCM: - Hạ thấp qui mô động lực (Dynamical Downscaling) - Chi tiết hóa thơng kê (Statistical downscaling) Chi tiết hóa thống kê Hạ quy mơ động lực Các đặc điểm điểm cụ thể địa phương/ khu vực lúc mang tính thống vật lý Mang tính thống biến địa phương/khu vực có tính thống Địi hỏi tài ngun tính tốn ít, tổ hợp thực nhiều thử nghiệm khác Địi hỏi tài ngun tính tốn cao, tiến hành số thử nghiệm Đầu có đặc điểm thống kê tương tự với quan trắc sử Đầu lưới với đặc điểm thống kê phụ thuộc vào quy dụng mô ô lưới Phân giải thời gian phụ thuộc vào phương pháp sử dụng, thường từ Phân giải thời gian cao tháng đến ngày Thông tin khí hậu địa phương (quy mơ điểm) dẫn xuất từ đầu Thơng tin khí hậu với độ phân giải cao (10-60 km) dẫn GCM; đưa biến khơng có đầu mô xuất từ đầu GCM sử dụng RCM hình Địi hỏi nỗ lực việc thu thập liệu triển khai phương pháp hạ quy mơ Địi hỏi nỗ lực việc sử dụng đầu GCM làm điều kiện biên cho mơ hình khí hậu khu vực Địi hỏi chuỗi liệu quan trắc tương đối dài Các yếu tố dự báo thể tốt khứ so sánh với quan Các sơ đồ tham số hóa khơng cịn thích hợp cho tương trắc khơng có chất lượng tương tự tương lai lai Các mơ hình đánh giá tích hợp (Integrated assessment models - IAM) Biến đổi khí hậu có mối liên quan chặt chẽ đến nhiều lĩnh vực khác khí hậu, khí tượng, sinh thái, kinh tế, xã hội Bản chất đa ngành đặt nhiều thách thức nhà khoa học việc kết hợp cách tồn diện có hệ thống kiến thức nhiều lĩnh vực khác vào việc đánh giá tác động biến đổi khí hậu, từ đưa sách thích ứng giảm nhẹ Từ nhu cầu giải thách thức trên, mơ hình đánh giá tích hợp (IAM) đời với nhiệm vụ tích hợp khía cạnh (các mô-đun) khác chủ thể vào khung đánh giá (framework) để từ phân tích mối tương quan hệ thống Hình cho thấy sơ đồ mơ-đun quan trọng việc phân tích tác động sách ứng phó với Biến đổi khí hậu Một phân tích đầy đủ phải xem xét từ nguồn phát thải, hệ thống khí hậu, đánh giá tác động, sách lặp lại Mơ hình đánh giá tích hợp (Integrated assessment model - IAM) Biến đổi khí hậu có mối liên quan chặt chẽ đến nhiều lĩnh vực khác khí hậu, khí tượng, sinh thái, kinh tế, xã hội Bản chất đa ngành → cần kết hợp cách toàn diện có hệ thống kiến thức nhiều lĩnh vực khác vào việc đánh giá tác động biến đổi khí hậu, từ đưa sách thích ứng giảm nhẹ Sơ đồ mô-đun quan trọng việc phân tích tác động sách ứng phó với Biến đổi khí hậu Một phân tích đầy đủ phải xem xét từ nguồn phát thải, hệ thống khí hậu, đánh giá tác động, sách lặp lại Mơ hình DICE RICE • Mơ hình DICE (Dynamic Integrated model of Climate and the Economy) mơ hình động tích hợp hai yếu tố Khí hậu Kinh tế • Mơ hình RICE (Regional Integrated model of Climate and the Economy) mô hình tích hợp động mức độ khu vực hai yếu tố Khí hậu Kinh tế • DICE RICE hai ví dụ điển hình mơ hình đánh giá tích hợp IAM Mơ hình DICE RICE • DICE RICE giống nhau, khác quy mô áp dụng DICE mơ hình tích hợp tồn cầu, RICE áp dụng cho quy mô khu vực mang nhiều đặc điểm khu vực phức tạp • Mơ hình DICE vận hành dựa 12 hệ phương trình tốn học Trong phiên phần mềm GAM, mơ hình RICE đơn giản có khoảng 240 dịng mã vận hành Việc chạy chuỗi phân tích yếu tốt khí hậu kinh tế cho tồn cầu vịng 1000 năm mơ hình năm giây, DICE áp dụng nhiều dự án nghiên cứu khác Mô kết mơ hình DICE RICE Dưới số kết từ việc chạy mơ hình DICE phiên DICE-2016R2 phần mềm GAM Các kết minh họa kịch kinh tế - khí hậu tương ứng với cách tiếp cận sách khác Trong đó: - Kịch sở (Baseline) - Kịch tối ưu (Optimal): - Kịch giới hạn nhiệt độ (Temperature-limited) - Stern discounting (Kịch chiết khấu carbon thấp) Kịch sở Kịch tối ưu Kịch giới hạn nhiệt độ Kịch chiết khấu thấp Kịch sở Kịch Basaline khơng có sách biến đổi khí hậu thực Kịch tối ưu Kịch giới hạn nhiệt độ Kịch chiết khấu thấp Kịch sở Khi sách biến đổi khí hậu tối đa hóa phúc lợi kinh tế, với tham gia đầy đủ tất quốc gia năm 2020 Kịch tối ưu Kịch giới hạn nhiệt độ Kịch chiết khấu thấp Kịch sở Khi có can thiệp sách quy định nhiệt độ tồn cầu khơng vượt q 2,5°C so với mức trung bình năm 1900 Kịch giới hạn nhiệt độ Kịch chiết khấu thấp Kịch tối ưu Kịch sở Kịch tối ưu Kịch giới hạn nhiệt độ Kịch kết việc áp dụng tỉ lệ chiết khấu carbon thấp Kịch chiết khấu thấp Hai hình hiển thị kịch liên quan đến bốn cách tiếp cận sách khác Trong hình 1, giảm phát thải lớn thuộc cách tiếp cận sách giới hạn nhiệt độ sách siết chặt Trong hình 2, nhiệt độ tồn cầu kịch khơng kiểm sốt dự báo tiếp tục tăng mạnh kỷ Hình bên mô tả kết đặc trưng việc sử dụng mơ hình IAM: dự báo giá carbon kịch khác - Giá carbon kịch sở giá trung bình thị trường giới, khoảng đô la CO2 - Giá carbon theo Kịch tối ưu Kịch giới hạn nhiệt độ lần tăng lên $35 $229 CO2, vào năm 2020 - Giá carbon kịch chiết khấu thấp xấp xỉ giá carbon kịch giới hạn nhiệt độ MỘT SỐ NGHIỂN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ MƠ HÌNH HĨA CÁC TÁC ĐỘNG CỦA BĐKH Nghiên cứu giới Deng Weitao (2008, 2009) thử nghiệm chạy mơ hình RegCM để nghiên cứu khả dự báo mưa mùa hè lãnh thổ Trung Quốc MỘT SỐ NGHIỂN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ MƠ HÌNH HĨA CÁC TÁC ĐỘNG CỦA BĐKH Nghiên cứu Việt Nam Nghiên cứu mơ hình RegCM Việt Nam cơng bố vào năm 2000 Kiều Thị Xin Trong nghiên cứu này, tác giả giới thiệu hệ thống mô hình RegCM số kết mơ khí hậu nhằm chứng minh khả áp dụng RegCM vào nghiên cứu khí hậu biến đổi khí hậu khu vực Đơng Nam Á-Việt Nam Hình minh họa số kết mơ mơ hình RegCM nghiên cứu Tiếp theo nghiên cứu thử nghiệm thành công mô hình RegCM Việt Nam vào năm 2000, nghiên cứu thử nghiệm tác giả Kiều Thị Xin mơ hình RegCM3 tiếp tục thực đề tài cấp Nhà nước năm 2004-2005 “Nghiên cứu mô tượng khí hậu bất thường hạn mùa khu vực bán đảo Đông Dương – biển Đông mơ hình thủy động” MỘT SỐ NGHIỂN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ MƠ HÌNH HĨA CÁC TÁC ĐỘNG CỦA BĐKH Nghiên cứu Việt Nam • Năm 2004, nhóm tác giả thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Mơi trường (Nguyễn Văn Thắng, Lê Văn Thiện) chạy thử nghiệm mơ hình RegCM mơ cho tháng xảy lũ lụt lịch sử Trung Trung Bộ, Việt Nam (tháng 11 năm 1999, tháng 10 năm 2003) • Trong nghiên cứu “Ảnh hưởng tính bất đồng bề mặt đệm đến trường nhiệt độ lượng mưa mơ mơ hình RegCM khu vực Đông Dương Việt Nam” Phan Văn Tân nnk (2005) rằng, dòng lượng ẩn nhiệt, hiển nhiệt, lượng mưa, cường độ mưa tỷ lệ giáng thủy sinh đối lưu không đối lưu mơ hình nhạy với thay đổi mặt đệm • Trong đề tài khoa học cấp Nhà nước Phan Văn Tân (2009-2010) “Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu tồn cầu đến yếu tố tượng khí hậu cực đoan Việt Nam, khả dự báo giải pháp chiến lược ứng phó” thử nghiệm đánh giá chất lượng dự báo khí hậu mơ hình CAM-SOM cho hai năm 1975 1980 ... Nghiên cứu Việt Nam • Năm 2004, nhóm tác giả thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường (Nguyễn Văn Thắng, Lê Văn Thiện) chạy thử nghiệm mơ hình RegCM mơ cho tháng xảy lũ lụt lịch sử Trung