Các hình từ 3.14, 3.15 và 3.16 thể hiện profile thẳng đứng của các chất phát thải PM2.5, PM10 và SO2 cho các ngày từ 01 đến 04/01/2006. Nồng độ các chất được lấy trung bình cho miền 8N - 24oN và 102o
E - 110oE. Đối với bụi PM2.5 có thể nhận thấy ngay giá trị nồng độ bụi lớn hơn hẳn trong thí nghiệm WRF_C011 ở dưới mực 800 mb. Bên cạnh đó, điều đặc biệt là nồng độ bụi cũng giảm nhanh nhất và tĩnh lại gần như không đổi từ mực 800 mb trở lên trong thí nghiệm WRF_C011. Còn 2 trường hợp WRF_C300 và WRF_C301 có profile khá tương đồng với nồng
59
độ của WRF_C301 cao hơn ở mực dưới 750 mb và thấp hơn ở các mực phía trên. Sau 4 ngày, nồng độ bụi của các thí nghiệm thay đổi không đáng kể theo chiều thẳng đứng. Profile của nồng độ bụi PM10 cũng cho phân bố tương tự như đối với
bụi PM2.5 nhưng với nồng độ cao hơn (khoảng 1 x 10e12 μg/kg).
Hình 3.14 Profile của bụi PM2.5 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301, WRF_C011 của các ngày từ 01 đến 04/01/2006
60
Hình 3.15 Profile của bụi PM10 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301, WRF_C011 của các ngày từ 01 đến 04/01/2006
Profile nồng độ SO2 cho sự đồng nhất ở cả 3 trường hợp. Nồng độ SO2 gần như không đổi từ mặt đất đến khoảng 950 mb sau đó giảm mạnh từ 900 mb đến 750 mb và gần như không đổi ở các mực trên. Đúng hơn là có sự tang nhẹ theo độ cao ở các mực trên cao nhưng đến ngày 04/01/2006 mới rõ rệt. Nồng độ SO2 của WRF_C300 cao hơn hẳn 2 thí nghiệm còn lại ở mực thấp dưới 800 mb nhưng lại thấp hơn ở các mực trên cao (nơi mà WRF_C011 và WRF_C301 gần như xấp xỉ nhau).
61
Hình 3.16 Profile của nồng độ SO2 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301, WRF_C011 của các ngày từ 01 đến 04/01/2006
Xem xét trên mặt cắt ngang, các hình từ 3.17, 3.18 và 3.19 thể hiện phân bố
của các chất phát thải PM2.5, PM10 và SO2 ở các mực tương ứng cho các ngày từ
01 đến 04/01/2006. Hình 3.13 và 3.14 xem xét trên mực 1000 mb và 850 mb còn hình 3.15 thể hiện ở mực 850 và 500 mb. Một lần nữa có thể nhận thấy nồng độ bụi lớn hơn hẳn của WRF_C011 ở mực thấp (đối với cả 2 loại bụi PM2.5 và PM10). WRF_C300 cho nồng độ bụi thấp hơn cả. Nhưng một điều đáng lưu ý là dường như trường gió trong trường hợp này ít ảnh hưởng tới phân bố bụi hơn (so với trong thí nghiệm I). Tuy nhiên cần tìm hiểu kĩ hơn trước khi kết luận. Xét cho SO2, ở mực 850 mb sự phân bố ở cả 3 thí nghiệm dường như là như nhau nhưng khi lên đến
62
mực 500 mb thì WRF_C300 có nồng độ thấp hơn hẳn. WRF_C301 và WRF_C011 cho nồng độ bụi rất lớn ở phía bắc miền tính nơi gió có tốc độ lớn.
C301 C300 C011
Hình 3.17 Phân bố của nồng độ PM2.5 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301, WRF_C011 (trái qua phải) mực 1000mb (trên) và 850 mb (dưới) ngày 04/01/2006
Như vậy, qua đánh giá kết quả thí nghiệm 2 có thể nhận thấy sự khác biệt lớn khi tính đến các tùy chọn hóa học trong việc mô phỏng với WRF. Điều này thể hiện rõ qua trường nhiệt độ và lượng mưa. Tuy vậy, ở trường hợp thí nghiệm này, kết quả mô phỏng vẫn chưa tốt (khi so sánh với số liệu APHRODITE). Các mô phỏng về nồng độ bụi và SO2 cũng cho sự khác biệt giữa các thí nghiệm. Nếu có số liệu quan trắc để so sánh sẽ thấy được tùy chọn nào cho mô phỏng tốt hơn.
63
C301 C300 C011
Hình 3.18 Phân bố của nồng độ PM10 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301, WRF_C011 (trái qua phải) mực 1000mb (trên) và 850 mb (dưới) ngày 04/01/2006
64
C301 C300 C011
Hình 3.19 Phân bố của nồng độ SO2 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301, WRF_C011 (trái qua phải) mực 850mb (trên) và 500 mb (dưới) ngày 04/01/2006
65
KẾT LUẬN
Luận văn đã hoàn thành nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình WRF/Chem cho khu vực Việt Nam. Mục tiêu chính là tìm hiểu cách chạy mô phỏng WRF/Chem với miền tính bao quanh khu vực Việt Nam và khai thác các tùy chọn khác nhau. Qua 3 chương chính của luận văn có thể rút ra các kết luận như sau:
Bài toán mô hình hóa các thành phần hóa học kết hợp với mô hình dự
báo thời tiết hiện nay đang là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Đặc biệt là việc ứng dụng các mô hình “đồng thời”, để nâng cao hiệu quả nhờ các quá trình tương tác của trường khí tượng và các nhân tố hóa học.
Lần đầu tiên mô hình WRF/Chem được ứng dụng cho khu vực Việt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nam với miền tính có độ phân giải 30 km. Thời gian mô phỏng từ 01 đến 05/01/2006 với 4 tùy chọn hóa học khác nhau được chia thành 2 thí nghiệm.
Kết quả mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa khi có thêm các tùy chọn
hóa học (WRF_C300, WRF_C301 và WRF_C011) có sự khác biệt so với khi mô phỏng với WRF thông thường (WRF_NOCHEM). Tuy vậy sự khác biệt không có hệ thống nên cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn.
Mô phỏng các chất phát thải (bụi PM2.5, PM10, SO2, dust_01) cho kết quả khả dụng, đặc biệt là khi xem xét bên cạnh các trường khí tượng (trường gió, ẩm). Mô phỏng trực quan theo không gian và thời gian cho phép ứng dụng cho nhiều bài toán khác nhau.
Đây mới chỉ là những thử nghiệm bước đầu, tuy còn hạn chế về kết quả cũng như cách phân tích nhưng đồng thời cũng mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới.
66
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Xuân Anh, Lê Việt Huy(2008), “Nghiên cứu aerosol qua trạm Bắc Giang và Bạc Liêu”, Tuyển tập các công trình nghiên cứu vật lý địa cầu 2008, trang 307-320.
2. Hồ Thị Minh Hà, Phan Văn Tân (1999), “Mô phỏng số trị ảnh hưởng của son
khí carbon đen lên khí hậu khu vực Đông Nam Á và Việt Nam”, Hội thảo
gió mùa châu Á lần 2, 185-197
3. Lê Hoàng Nghiêm (2009), “ Mô hình hóa chất lượng không khí nồng độ Ôzôn
mặt đất cho khu vực lục địa Đông Nam Á”, Tạp chí phát triển khoa học và
công nghệ, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, tập 12, số 2, tr 111 –
120.
Tiếng Anh
4. Chen, Y. S., Sheen, P. C., Chen, E. R., Liu, Y. K., Wu, T. N., Yang, C. Y. (2004), Effects of Asian dust storm events on daily mortality in Taipei, Taiwan, Environ. Res., 95, 151-155.
5. Chung C.E., Ramanathan V., Kim D., Podgorny I.A., 2005: Global
anthropogenic aerosol direct forcing derived from satellite and ground-based
observations. Journal of Geophyical Research, Vol.110, D24207,
doi:10.1029/2005JD006356, 2005.
6. Claiborn, C. S., Finn, D., Larson, T. V., Koening, J. Q. (2000), Windblown dust contribution to high PM2.5 concentrations, J. Air & Waste Manage. Assoc., 50, 1440-1455.
7. Grell, G. A., S. E. Peckham, R. Schmitz, S. A. McKeen, G. Frost, W. C. Skamarock, and B. Eder (2005), Fully coupled on-line chemistry within the WRF model, Atmos. Environ., 39, 6957– 6975.
8. Hajime Akimoto (2003), Global Air Quality and Pollution, Science 302, 1716 –
1719.
9. Janusz Cofala, Markus Amann, Zbigniew Klimont, Kaarle Kupiainen, Lena
Höglund-Isaksson (2007), Scenarios of Global Anthropogenic Emissions of Air Pollutants and Methane Until 2030, Atmospheric Environment, vol 41,
8486 – 8499
10.Jung‐Yoon Kang, Soon‐Chang Yoon, Yaping Shao và Sang‐Woo Kim (2011), “Comparison of vertical dust flux by implementing three dust emission schemes in WRF/Chem”, Journal of Geophysical Research, VOL. 116. 18
67 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
11.Kwon, H.J., Cho, S.H., Chun, Y., Lagarde, .F, Pershagen, G., 2002. Effects of the Asian dust events on daily mortality in Seoul, Korea. Environmental Research 90, 1-5
12.Langmann, B. (2000), “Numerical modeling of regional scale transport and photochemistry directly together with meteorological processes”, Atmos. Environ., 34, 3585–3598.
13.Lau K.-M., et al, 2008: The joint Aerosol - Monsoon Experiment: A New
Challenge for Monsoon Climate Research. Bulletin of the American
Meteorological Society, Vol 89, 369-383.
14.Mark Z. Jacobson (2001) Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in atmospheric aerosols, Nature vol 409, 695 – 697
15.Martilli, A., P. Thunis, F. Muller, A. G. Russell, and A. Clappier (2002), An optimised method to couple meteorological and photochemical models,
Environmental Modelling & Software, 17 (2), 169-178.
16.Paolo Tuccella, Gabriele Curci, Guido Visconti (2012), Aerosol Simulation with Fully Coupled “Online” Meteorology-Chemistry Model WRF/Chem over Europe: Preliminary Results, Air Pollution Modeling and its Application XXI, NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security Volume 4, 2012, pp 559-563
17.Ramanathan V., et al, 2005: Atmospheric brown clouds: Impact on South Asian
climate and hydrologic cycle. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 5326-5333. 18.Saha A. and Moorthy K.K., 2004: Impact of Precipitation on Aerosol Spectral
Optical Depth and Retrieved SizeDistributions: A Case Study. Journal of Applied Meteorology, Vol 43, 902-914.
19.Stohl A., Hittenberger, M., and Wotawa, G.: Validation of the Lagrangian particle dispersion model FLEXPART against large scale tracer experiments. Atmos. Environ. 32, 4245-4264, 1998.
20.Stohl, A., Forster, C., Frank, A., Seibert, P., and Wotawa, G.: Technical Note : The Lagrangian particle dispersion model FLEXPART version 6.2., Atmos.
Chem. Phys., 5, 2461-2474, 2005.
21.Subari Menon, James Hansen, Larissa Nazarenko, Yunfeng Luo (2002), Climate
Effects of Black Carbon Aerosols in China and India, Science vol 297, 2250-2253
22.Tie, Xuexi, Fuhai Geng, Li Peng, Wei Gao, and Chunsheng Zhao (2009), Measurement and modeling of O3 variability in Shanghai, China: Application of the WRF-Chem model, Atmosphere Environment, 43(28), 4289.
23.Wicker, L.J., Skamarock, W.C., 2002. Time splitting methods for elastic models using forward time schemes. Monthly Weather Review130, 2088–2097.
68
24.Xiaoming Hu (2008), Incorporation of the Model of Aerosol Dynamics,
Reaction, Ionization, and Disxonution (MADRID) into the Weather Research and Forecasting Model with Chemistry (WRF/Chem): Model Development and Retrospective Applications.
25.Xueyuan Wang, Xin-Zhong Liang, Weimei Jiang, Zhining Tao, Julian X.L. Wang, Hongnian Liu, Zhiwei Han, Shuyan Liu, Yuyan Zhang, Georg A. Grell, Steven E. Peckham (2010), “WRF-Chem simulation of East Asian air quality: Sensitivity to temporal and vertical emissions distributions”, Atmos.
Environ., vol 44, 660 – 669.
26.Y. Zhang, M. K. Dubey, S. C. Olsen, J. Zheng, and R. Zhang (2009), “Atmospheric Chemistry and Physics Comparisons of WRF/Chem simulations in Mexico City with ground-based RAMA measurements during the 2006-MILAGRO”, Atmos. Chem. Phys., 9, 3777–3798.
27.Yegorova, E. A., D. J. Allen, C. P. Loughner, K. E. Pickering, and R. R. Dickerson (2011), Characterization of an eastern U.S. severe air pollution episode using WRF/Chem, J. Geophys. Res., 116, D17306
28.Zhang Y., et al, 2009: Impact of biomass burning aerosol on the monsoon
circulation transition over Amazonia. Geophyical Research Letters,
Vol.36, L10814, doi:10.1029/2009GL037180, 2009.
29.Zhang, Y. (2008), Online coupled meteorology and chemistry models: history, current status, and outlook, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 8, 1833-1912. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
69
PHỤ LỤC
01/01/2006
02/01/2006
70 04/01/2006
Hình P.1 Trường độ cao địa thế vị và trường gió tại mực 500 mb từ đầu ra của WRF (bên trái) so sánh với số liệu NNRP (bên phải) từ 01 đến 04/01/2006
01/01/2006
71 03/01/2006
04/01/2006
Hình P.2 Trường độ cao địa thế vị và trường gió tại mực 200 mb từ đầu ra của WRF (bên trái) so sánh với số liệu NNRP (bên phải) từ 01 đến 04/01/2006
72
00h ngày 02/01/2006 06h ngày 02/01/2006
12h ngày 02/01/2006 18h ngày 02/01/2006
73
12h ngày 03/01/2006 18h ngày 03/01/2006
00h ngày 04/01/2006 06h ngày 04/01/2006
74
Hình P.3 Phân bố bụi loại 1 (DUST_01) và trường gió tại mực 1000 mb lúc 00, 06, 12, 18h từ ngày 02/01/2006 đến ngày 04/01/2006
00h ngày 02/01/2006 06h ngày 02/01/2006
12h ngày 02/01/2006 18h ngày 02/01/2006
75
12h ngày 03/01/2006 18h ngày 03/01/2006
00h ngày 04/01/2006 06h ngày 04/01/2006
12h ngày 04/01/2006 18h ngày 04/01/2006
Hình P.4 Phân bố bụi loại 1 (DUST_01) và trường gió tại mực 500 mb lúc 00, 06, 12, 18h từ ngày 02/01/2006 đến ngày 04/01/2006
76
00h ngày 02/01/2006 06h ngày 02/01/2006
12h ngày 02/01/2006 18h ngày 02/01/2006
77
12h ngày 03/01/2006 18h ngày 03/01/2006 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
00h ngày 04/01/2006 06h ngày 04/01/2006
12h ngày 04/01/2006 18h ngày 04/01/2006
Hình P.5 Phân bố bụi loại 1 (DUST_01) và trường gió tại mực 200 mb lúc 00, 06, 12, 18h từ ngày 02/01/2006 đến ngày 04/01/2006
78
00h ngày 01/01/2006 12h ngày 01/01/2006
00h ngày 02/01/2006 12h ngày 02/01/2006
79
00h ngày 04/01/2006 12h ngày 04/01/2006
Hình P.6 Mặt cắt vĩ hướng phân bố bụi loại 1 (DUST_01) nhân với gió vĩ hướng (trung bình từ 8 đến 24N) lúc 00, 12h từ ngày 01/01/2006 đến ngày 04/01/2006