Để có thể thấy rõ tác động của sol khí tới khí quyển khu vực, bốn trường thử nghiệm được đưa ra. Các trường hợp được chạy thử nghiệm cho hai năm 2000 và 2001, sử dụng mô hình dự báo khí hậu khu vực RegCM3. Trường hợp 1 là trường hợp chỉ chạy mô hình dự báo mà không có mođun hóa học, không có tác động của sol khí (DIR0). Trường hợp 2 là chạy thử nghiệm sol khí SO2 và SO42-. Trường hợp 3 chạy thử nghiệm sol khí cacbon đen (Black Carbon) thấm nước và không thấm nước. Trường hợp 4 chạy thử nghiệm sol khí cacbon hữu cơ (Organic Carbon) thấm nước và không thấm nước. Các trường hợp thử nghiệm đưa ra nhằm mục đích đánh giá tác động của SOx, Cacbon đen và Cacbon hữu cơ tác động tới khí quyển khu vực Đông Nam Á.
Bảng 2.1. Bốn trường hợp thử nghiệm trong mô hình dự báo khí hậu RegCM
Thử nghiệm Mô tả
DIR0 Mô hình chuẩn (không có tác động của sol khí)
DIRSOx Mô hình chuẩn với tác động trực tiếp của sol khí (SOx) DIRBC Mô hình chuẩn với tác động trực tiếp của sol khí Cacbon đen DIROC Mô hình chuẩn với tác động trực tiếp của sol khí Cacbon hữu cơ 3.2. LỰA CHỌN MIỀN TÍNH
Theo như miền tính chúng ta nhận thấy đây là miền tính rộng, vĩ độ trải dài từ 50S – 400N, kinh độ từ 800E – 1300E. Miền tính chủ yếu là khu vực nhiệt đới, chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới, một phần là khu vực khí hậu cận nhiệt đới và ôn đới. Miền tính bao chọn khu vực biển Đông, Vịnh Thái Lan và nước phía Nam xung quanh xích đạo.
Do ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới, ở khu vực gần về xích đạo chế độ nhiệt độ có sự đồng nhất lớn theo mùa và theo không gian. Tuy nhiên, sự đồng nhất của
59
nhiệt độ ở miền nhiệt đới không phải cho mọi nơi. Chế độ nhiệt địa phương cũng có thể phụ thuộc vào các nhân tố khác như độ cao, độ gần tới các vùng nước lớn có năng lượng dự trữ và các dòng biển.
Hình 3.1. Miền tính khu vực Đông Nam Á
Nằm ở khu vực nhiệt đới là chủ yếu, khu vực này chịu ảnh hưởng lớn bởi vòng hoàn lưu Hadley. Vòng hoàn lưu này cấu tạo bởi nhánh dòng thăng do nhiệt của không khí ở khu vực xích đạo, dòng khí hướng về phía cực ở tầng trên và dòng giáng ở khu vực cận nhiệt đới và dòng tín phong mặt đất hội tụ với dòng tín phong ở bán cầu bên kia. Nhánh dưới thấp từ 300 vĩ về xích đạo ở mặt đất là tín phong. Dòng khí thổi về phía cực ở trên cao của hoàn lưu Hadley là dòng xiết cận nhiệt đới gió tây tốc độ cao.
Lượng mây và mưa khu vực này còn chịu ảnh hưởng lớn bởi dải hội tụ nhiệt đới. lượng mây và mưa gây nên bởi sự hội tụ gió. Sự hội tụ xảy ra khi các dòng khí chuyển động chậm lại hay đổi hướng.
Ở giữa các vĩ độ khoảng 20 và 400N trên bản đồ khí áp trung bình là áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương chiếm ưu thế trên đại dương rộng lớn quanh năm.
60
Áp cao này di chuyển theo mùa, sự dịch chuyển này cũng ảnh hưởng lớn đến sự biến động của gió tín phong, mưa bão…
3.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.3.1. Đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình dự báo khí hậu khu vực
RegCM3
Hình 3.2. Mô hình mô mô phỏng nhiệt độ trung bình tháng và lượng mưa trung bình toàn miền so với quan trắc
Nhìn chung, mô hình mô phỏng khí hậu miền khô lạnh vào mùa Đông và nóng ẩm vào mùa hè. Hình 3.2 mô tả nhiệt độ trung bình tháng của miền tính, không kể phần đại dương. Mô phỏng trung bình nhiệt độ không khí nhìn chung là phù hợp tốt với quan trắc; tuy nhiên độ lệch nhiệt độ trong mô phỏng giảm khoảng 1°C trong mùa hè và khá chính xác trong mùa đông. Nguyên nhân của độ lệch giảm nhiệt độ này là bởi sự khác biệt giữa độ cao trung bình khu vực của lưới mô hình và độ cao của các trạm khí tượng (các khu vực núi, trạm quan trắc thường đặt ở các thung lũng và ở độ cao thấp hơn); xu hướng của mô hình ước tính quá cao mây tầng trên của đối lưu.
61
Hình 3.3. Mô hình mô phỏng lượng mưa trung bình toàn miền so với quan trắc
Hình 3.3 mô phỏng lượng mưa trung bình tháng toàn miền không tính đến đại dương. Nhìn chung mô hình mô phỏng lượng mưa tích lũy khá phù hợp với quan trắc. Lượng mưa lớn nhất vào ba tháng mùa hè, tháng VI, VII và VIII. Lượng mưa chênh lớn nhất vào tháng VII cũng chỉ có dưới 80 mm.
Nhiệt độ cao nhất vào 3 tháng mùa hè VI, VII, VIII. Nhiệt độ trung bình tháng cao nhất xấp xỉ 21 độ C và là các tháng có lượng mưa lớn nhất, lớn hơn 250 mm. Giáng thủy lớn vào mùa hè có thể do bão. Các XII, I, II, III có nhiệt độ thấp, xấp xỉ 7 - 8 độ C và những tháng này có lượng mưa thấp nhất, lượng mưa trung bình tháng dao động từ 50 – 70 mm.
Mô hình mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa phù hợp với quan trắc khí hậu của khu vực này.
3.3.2. Tác động của sol khí khí quyển của khu vực
3.3.2.1. Cán cân thuần bức xạ (Radiation Forcing)
62
Hình 3.4. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ tại đỉnh khí quyển Trong trường hợp sol khí SOx
Hình 3.5. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ tại bề mặt Trong trường hợp sol khí SOx
Hình 3.6. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ của khí quyển Trong trường hợp sol khí SOx
Hình 3.4 và 3.5 cho thấy cán cân thuần bức xạ ở đỉnh khí quyển và bề mặt khi có tác động của sol khí SOx là âm vào tất cả các tháng I, IV, VII, X đại diện cho 4 mùa, tuy nhiên lượng cán cân thuần bức xạ dao động rất nhỏ, nhiệt độ bề mặt chỉ lạnh đi ít. Hình 3.6 cho thấy cán cân thuần bức xạ của khí quyển từ -1 đến 1 W/m2 điều đó cho thấy tác động của sol khí SOx không có tác động nhiều tới khí quyển, nhiệt độ khí quyển hầu như không đổi khi có tác động của sol khí SOx. Do vậy khả năng tác động của sol khí tới mưa và giáng thủy nhỏ.
63
Hình 3.7. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ tại đỉnh khí quyển Trong trường hợp sol khí BC
Hình 3.8. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ tại bề mặt Trong trường hợp sol khí BC
Hình 3.9. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ của khí quyển Trong trường hợp sol khí BC
Hình 3.7, 3.8 và 3.9 mô phỏng cán cân thuần bức xạ trong trường hợp có tính đến tác động của sol khí BC. Trong trường hợp này cán cân thuần bức xạ do tác động của BC là rất lớn. Cán cân thuần bức xạ ở đỉnh quyển đều dương cho cả bốn mùa, xấp xỉ 10 W/m2. Trong khi đó tại bề mặt BC có tác động làm lạnh bề mặt vào khoảng -50W/m2. Vào tháng VII cán cân thuần bức xạ có giá trị âm thấp nhất. Trái lại cán cân thuần bức xạ của khí quyển thì tăng lên đáng kể và cũng có giá trị dương lớn nhất vào tháng VII, lớn hơn 50W/m2.
64
Hình 3.10. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ tại đỉnh khí quyển Trong trường hợp sol khí hữu cơ
Hình 3.11. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ tại bề mặt Trong trường hợp sol khí hữu cơ
Hình 3.12. Mô phỏng cán cân thuần bức xạ của khí quyển Trong trường hợp sol khí hữu cơ
Hình 3.10, 3.11 và 3.12 mô phỏng cán cân thuần bức xạ khi tính đến tác động của sol khí OC. Tương tự như cán cân thuần bức xạ ở đỉnh khí quyển và bề mặt đều là tác động âm. Tuy nhiên tác động âm ở đỉnh khí quyển trong trường hợp này âm ít hơn so với trường hợp của SOx. Do vậy cán cân thuần bức xạ của khí quyển nhiều hơn so với trường hợp của SOx.
65
Nhìn chung, cả hai trường hợp SOx và OC cán cân thuần bức xạ đều có dao động nhỏ hơn nhiều so với BC. Do vậy tác động của sol khí BC có ảnh hưởng lớn đến mưa và nhiệt.
Bảng 3.1 Mô tả trung bình toàn miền cán cân thuần bức xạ tại đỉnh khí quyển, bề mặt và khí quyển của cả 4 trường hợp thử nghiệm.
Bảng 3.1. Trung bình toàn miền cán cân thuần bức xạ tại đỉnh khí quyển, bề mặt và khí quyển trong 4 tháng đặc trưng cho bốn mùa (Đơn vị: W/m2)
DIRBC Tháng 1 Tháng 4 Tháng7 Tháng10 RFtop 9.4 12.2 11.1 9.4 RFsfc -38.5 -44.0 -47.5 -41.3 RFatm 47.9 56.2 58.6 50.7 DIRSOx Tháng 1 Tháng 4 Tháng 7 Tháng 10 RFtop -5.1 -5.1 -5.1 -5.1 RFsfc -5.0 -5.0 -5.0 -5.0 RFatm -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 DIROC Tháng 1 Tháng 4 Tháng7 Tháng10 RFtop -2.6 -2.7 -2.85 -2.7 RFsfc -5.2 -5.8 -6.0 -5.5 RFatm 2.6 3.1 3.15 2.8
Bảng 3.1 cho ta thấy rõ hơn tác động của các loại sol khí lên cán cân thuần bức xạ. Cán cân thuần bức xạ trong trường hợp sol khí là SOx có tác động nhỏ tới khí quyển, bề mặt cũng như đỉnh khí quyển. Tác động tới khí quyển là hầu như
66
không có. Đối với trường hợp Cacbon hữu cơ tác động làm nóng khí quyển không lớn. Trái lại trong trường hợp tác động của sol khí BC tới khí quyển và bề mặt lại rất lớn. Tại bề mặt cán cân thuần bức xạ mang giá trị âm lớn nhất, -47.5 W/m2 như vậy sol khí làm lạnh bề mặt. Trong khi đó với cột khí quyển, cacbon đen hấp thụ đáng kể làm nóng khí quyển, cán cân thuần bức xạ của khí quyển cũng lớn nhất tháng VII, +58.6 W/m2. Nguyên nhân của cán cân thuần bức xạ âm bề mặt là do sự phân tán, hấp thụ bức xạ của các sol khí. Do vậy mà với tác động của sol khí trong cả hai trường hợp DIRBC và DIRSOx đều cho kết quả cán cân thuần bức xạ là âm ở bề mặt. Trong trường hợp DIRBC, Cacbon đen hấp thụ đáng kể làm nóng khí quyển có thể do sự giảm lượng mây bao phủ và giảm lớn nhất là vào các tháng mùa hè.
Bảng 3.2. Trung bình lượng mây phủ ở mực dưới 750mb (Đơn vị: phần trăm)
Tháng 1 Tháng4 Tháng7 Tháng10
DIR0 0.029 0.110 0.145 0.115 DIRSOx 0.029 0.108 0.115 0.113 DIROC 0.029 0.106 0.146 0.117 DIRBC 0.029 0.075 0.127 0.081
Bảng 3.2 cho ta thấy lượng mây ở trường hợp DIRBC giảm mạnh vào các tháng 4, 7, 10. Sự giảm lượng mây do tác động của sol khí BC và hấp thụ đáng kể lượng bức xạ vào khí quyển là nguyên nhân chủ yếu làm nóng khí quyển và lạnh bề mặt.
67
68
3.3.2.2. Nhiệt độ và lượng mưa
(a)
(b)
Hình 3.14. Chênh lệch nhiệt độ và lượng mưa trung bình toàn miền của 3 trường hợp có tính đến tác động của sol khí so với trường hợp chuẩn, không tính đến sol khí a) nhiệt độ trung bình
toàn miền (0C), b) lượng mưa trung bình toàn miền (mm/tháng)
Hình 3.14a cho thấy trong trường hợp DIRBC, tác động của sol khí BC làm nhiệt độ trung bình tháng tăng, vào mùa đông nhiệt độ tăng lên khoảng 0.70C, tăng vào mùa hè khoảng 0.3 đến 0.40C, nguyên nhân do BC hấp thụ bức xạ và làm nóng khí quyển. Trong trường hợp DIRSOx cho thấy tác động SOx làm giảm nhiệt độ không khí, các giá trị đều âm, nguyên nhân do sự phát tán của sunfat làm giảm nhiệt độ không khí bề mặt. Tuy nhiên trong thí nghiệm cho thấy nhiệt độ giảm không đáng kể. Đối với trường hợp tính đến ảnh hưởng của cacbon hữu cơ thì nhiệt độ có tháng tăng, có tháng giảm, lượng tăng ở mức thấp dưới 0.10C DIR0.
69
Hình 3.14b cho thấy khi tính đến tác động của cacbon đen (BC), lượng mưa trung bình tháng giảm hầu hết trong tất cả các tháng trừ tháng IX. Trường hợp giảm lớn nhất là vào tháng VII, lượng mưa trung bình tháng giảm xuống khoảng 12mm, điều này có thể giải thích là do sự giảm lượng mây. Tác động của sol khí trong các trường hợp hầu như làm giảm mưa.
Để có thể tìm hiểu chi tiết tác động của sol khí lên nhiệt và giáng thủy khu vực, luận văn tính lượng mưa và nhiệt độ trung bình tháng tại các điểm trạm của 22 tỉnh trải khắp nước Việt Nam và so sánh với quan trắc.
Các trạm được tính trong luận văn là:
Tây Bắc: Lai Châu, Điện Biên, Sơn La
Vùng núi phía Đông Bắc Bộ: Bắc Quang, Sa Pa, Cao Bằng, Bắc
Cạn, Lạng Sơn, Móng Cái
Đồng bằng Bắc Bộ và Thanh Hóa: Hà Nội, Nam Định, Thanh Hóa
Bắc Trung Bộ: Vinh, Đồng Hới, Huế
Nam Trung Bộ: Đà Nẵng, Quy Nhơn, Nha Trang
Tây Nguyên: PlayCu, Buôn Mê Thuột, Đà Lạt
Đồng bằng Nam Bộ: Cần Thơ, Cà Mau
a. Tây Bắc
70
Hình 3.15b. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của tỉnh Điện Biên năm 2000
Hình 3.15c. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của tỉnh Sơn La năm 2000
Ở khu vực Tây Bắc, nhiệt độ thể hiện rõ 3 tháng mùa đông, tháng XII, I, II và các tháng mùa hè V, VI, VII, VIII, IX. Các trường hợp thử nghiệm dự báo diễn biến nhiệt độ trong năm 2000 khá phù hợp so với quan trắc. Tuy nhiên, chênh lệch nhiệt độ giữa các trường hợp thử nghiệm và quan trắc khoảng 50C. Có thể giải thích sự sai lệch nhiều là do Tây Bắc là khu vực có địa hình cao, lưới của mô hình chênh lệch với độ cao trạm gây nên giảm nhiệt độ. Trong trường hợp DIRBC nhiệt độ tăng khoảng 0.50C tương đối đều với các tháng.
Mô hình cũng mô phỏng khá tốt trường mưa ở khu vực Tây Bắc. Mùa mưa ở Tây Bắc là các tháng mùa hè từ tháng V đến tháng IX, cao điểm mùa mưa vào tháng VII
71
và tháng VIII. Lượng mưa mô phỏng của mô hình cao hơn so với quan trắc thực tế, đặc biệt vào hai tháng mùa mưa, tháng VII và VIII.
b. Vùng núi phía Đông Bắc Bộ
Hình 3.16a. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của tỉnh Bắc Quang năm 2000
72
Hình 3.16c. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của tỉnh Cao Bằng năm 2000
Hình 3.16d. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của tỉnh Bắc Cạn năm 2000
73
Hình 3.16g. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của tỉnh Móng Cái năm 2000
Tương tự như vùng Tây Bắc, nhiệt độ khu vực thể hiện rõ mùa lạnh từ tháng XI đến tháng II, III và mùa hè từ tháng V đến tháng IX. Đặc biệt là trạm ở Sa Pa nhiệt độ mô phỏng của mô hình cao hơn so với nhiệt độ quan trắc. Điều này cho thấy sai số nhiệt độ do ảnh hưởng của độ cao trạm là rất lớn. Chúng ta cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ theo độ cao để tăng độ chính xác dự báo. Ở khu vực này vẫn cho thấy nhiệt độ trong trường hợp tính đến Cacbon đen cao hơn so với các trường hợp khác khoảng 20C và lệch so với quan trắc lớn vào mùa đông khoảng 4.50C đến 50C. Mô hình mô phỏng khá tốt trường mưa ở khu vực này tuy nhiên lượng mưa ít hơn so với thực tế quan trắc. Mùa mưa vào tháng mùa hè, tháng VII, VIII và IX và mùa khô là các tháng mùa đông, xuân từ tháng XI đến tháng IV năm sau.
74
Hình 3.17a. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của Hà Nội năm 2000
Hình 3.17b. Mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của tỉnh Nam Định năm 2000