Số liệu đánh giá:
Số liệu CRU: Số liệu tái phân tích của Trung tâm nghiên cứu khí hậu của Anh với độ phân giải ngang 0,5 độ, chỉ lấy số liệu nhiệt độ bề mặt, lƣợng mƣa trung bình tháng.
Số liệu đầu vào: có thể so sánh với chính số liệu đầu vào NNRP2 (NCEP) để xem xét khả năng tái tạo các trƣờng gió, nhiệt và ẩm của mơ hình.
Số liệu quan trắc thực tế trên Việt Nam: 48 trạm quan trắc khí tƣợng điển hình trải đều trên lãnh thổ Việt Nam. Trong 1 ngày có số liệu tại 4 obs quan trắc chuẩn. Nhiệt độ đƣợc tính trung bình ngày, sau đó tính trung bình các tháng để so sánh. Lƣợng mƣa tính tổng lƣợng ngày, sau đó tính trung bình tháng để so sánh. Danh sách các trạm trình bày trong Bảng 2.3 và hiển thị trên hình 2.5.
Bảng 2.3 Danh sách 48 trạm lấy số liệu quan trắc để thẩm định
STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ
1 Điện Biên 103.00 21.21 25 Hƣơng Khê 105.70 18.18 2 Lai Châu 103.09 22.03 26 Nam Đông 107.72 16.17 3 Mộc Châu 104.38 20.51 27 Thanh Hóa 105.46 19.49 4 Sơn La 103.54 21.20 28 Tƣơng Dƣơng 104.43 19.28
5 Hà Giang 104.59 22.49 29 Vinh 105.40 18.40
7 Tuyên Quang 105.22 21.82 31 Đà Nẵng 108.20 16.03 8 Yên Bái 104.52 21.42 32 Nha Trang 109.12 12.15 9 Bắc Quang 104.50 22.29 33 Phan Thiết 108.06 10.56 10 Lạng Sơn 106.46 21.50 34 Phú Quý 108.93 10.52 11 Sa Pa 103.82 22.35 35 Quy Nhơn 109.13 13.46 12 Bãi Cháy 107.07 20.97 36 Trà My 108.23 15.35
13 Cô Tô 107.77 20.98 37 Tuy Hòa 109.17 13.05
14 Bạch Long Vĩ 107.72 20.13 38 Ayunpa 108.54 13.25 15 Hà Nội 105.51 21.01 39 Buôn Ma Thuột 108.03 12.41 16 Hịa Bình 105.20 20.49 40 Bảo Lộc 107.48 11.28 17 Nam Định 106.10 20.26 41 Đà Lạt 108.26 11.57 18 Ninh Bình 105.59 20.16 42 Kontum 107.37 14.20 19 Phủ Liễn 106.38 20.48 43 Playcu 108.00 13.59 20 Đông Hà 107.08 16.85 44 Cà Mau 105.17 9.10 21 Đồng Hới 106.37 17.28 45 Cần Thơ 105.47 10.02 22 Hà Tĩnh 105.54 18.21 46 Côn Đảo 106.60 8.68 23 Hồi Xuân 105.10 20.37 47 Rạch Giá 105.05 10.00
Chƣơng 3
KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
Chƣơng 3 sẽ trình bày và đánh giá các kết quả theo nhƣ thiết kế thí nghiệm đã nêu trong chƣơng 2. Cụ thể kết quả sẽ gồm hai phần chính tƣơng ứng với 2 thí nghiệm, đó là (1) nghiên cứu khả năng dự báo hạn mùa của mơ hình RegCM3 với các sơ đồ tham số hóa đối lƣu khác nhau và (2) nghiên cứu khả năng kết nối mô hình RegCM3 với CAM-SOM.
3.1 Kết quả dự báo hạn mùa bằng mơ hình RegCM3 với các tùy chọn tham số hóa đối lưu khác nhau số hóa đối lưu khác nhau
3.1.1 Thời tiết, khí hậu khu vực Đơng Nam Á giai đoạn 1996-2005
Trƣớc khi đánh giá các kết quả dự báo thử nghiệm từ đầu ra của mơ hình RegCM3, chúng ta cần quan tâm đến điều kiện thời tiết, khí hậu của khu vực Đơng Nam Á trong giai đoạn nghiên cứu (1996-2005). Hiện tƣợng ENSO và hoạt động của bão là hai nhân tố ảnh hƣởng mạnh mẽ đến thời tiết, khí hậu khu vực Đơng Nam Á trong giai đoạn này.
ENSO là từ ghép đƣợc cấu tạo bởi “El Nino/Southern Oscillation (El Nino/Dao động Nam)”, thực chất là chỉ cả 2 hai hiện tƣợng El Nino và La Nina và có liên quan với dao động của khí áp giữa 2 bờ phía Đơng Thái Bình Dƣơng với phía Tây Thái Bình Dƣơng - Đông Ấn Độ Dƣơng gần xích đạo. “El Nino” là từ đƣợc dùng để chỉ hiện tƣợng nóng lên dị thƣờng của lớp nƣớc biển bề mặt ở khu vực xích đạo trung tâm và Đơng Thái Bình Dƣơng, kéo dài 8 - 12 tháng, hoặc lâu hơn, thƣờng xuất hiện 3 - 4 năm một lần, song cũng có khi dày hơn hoặc thƣa hơn. “La Nina” là hiện tƣợng lớp nƣớc biển bề mặt ở khu vực nói trên lạnh đi dị thƣờng, xảy ra với chu kỳ tƣơng tự hoặc thƣa hơn El Nino.
Hiện tƣợng El Nino và La Nina có ảnh hƣởng đến thời tiết, khí hậu tồn cầu với mức độ khác nhau và rất đa dạng. Tuy nhiên, đối với từng khu vực cụ thể, vẫn có thể xác định đƣợc những ảnh hƣởng chủ yếu có tính đặc trƣng của mỗi hiện tƣợng nói trên [1]. Trong giai đoạn 1996-2005, đặc biệt đáng chú ý là đợt El Nino
mạnh năm 1997-1998 (kéo dài khoảng 15 tháng, từ tháng 4 năm 1997 đến tháng 6 năm 1998) và ngay sau đó là đợt La Nina năm 1998-2000 (từ tháng 8 năm 1998 đến tháng 7 năm 2000). Những thời kỳ xảy ra ENSO mạnh (Hình 3.1) sẽ đƣợc chú ý trong khi phân tích kết quả mơ phỏng hồn lƣu, nhiệt độ, độ ẩm và lƣợng mƣa của mơ hình RegCM3 tiếp sau đây.
Hình 3.1 Nino3.4 trung bình từ tháng 6 đến tháng 12 trong giai đoạn 1950 – 2007.
Về hoạt động của bão, số lƣợng các cơn bão Biển Đông tăng trong các năm 1996, 1999 và 2001 (trung bình khoảng 15 cơn bão/ 1 năm) [3]. Bão Biển Đơng là những cơn bão hình thành ngay trên Biển Đơng hoặc di chuyển từ ngồi khơi Tây Bắc Thái Bình Dƣơng vào khu vực đƣợc giới hạn bởi kinh tuyến 100o
E – 120oE và vĩ tuyến 0o
N – 23oN [3]. Trong khi đó, năm 1997 lại đánh dấu một năm “ơn hịa” với chỉ 6 cơn bão (Hình 3.2).
Hình 3.2 Tần số bão ở khu vực Biển Đông (1961 - 2007)
-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 Năm N in o 3 .4
La Nina El Nino Bình thường
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006Năm S ố c ơ n
3.1.2 Hoàn lưu, nhiệt độ và lượng mưa từ đầu ra của RegCM3
Trong mục này, sản phẩm đầu ra của RegCM3 với thiết kế nhƣ thí nghiệm 1 (mục 2.3) sẽ đƣợc trình bày và đánh giá với các trƣờng/biến cơ bản. Xin nhắc lại là các kết quả đƣợc chia thành 3 nhóm so sánh với nhau, ứng với các tùy chọn tham số hóa đối lƣu đƣợc sử dụng khi chạy RegCM3, cụ thể là Reg_Kuo, Reg_Emanuel và Reg_Grell. Trƣớc tiên, trƣờng độ cao địa thế vị, trƣờng gió cũng nhƣ trƣờng khí áp mực biển sẽ đƣợc so sánh với miền phân tích đƣợc giới hạn từ 5oN đến 25oN và 100oE đến 120oE. Miền phân tích đƣợc giới hạn nhỏ hơn miền thiết kế thí nghiệm, bao quanh khu vực Việt Nam, giúp cho việc tập trung đánh giá hiệu quả hơn. Tiếp theo đó, trƣờng nhiệt độ mực 2m và lƣợng mƣa cũng sẽ đƣợc phân tích khơng chỉ trên khu vực Việt Nam mà còn đƣợc đƣa về các điểm trạm. Các trạm cũng đƣợc chia theo 7 vùng khí hậu của Việt Nam để đánh giá theo dạng đồ thị tụ điểm. Cuối cùng, profile thẳng đứng của nhiệt độ và độ ẩm, cùng với biểu đồ dạng Hovmoller đƣợc sử dụng để làm rõ một số điểm khác biệt giữa các kết quả.
Trƣờng gió và trƣờng độ cao địa thế vị sẽ đƣợc đánh giá trƣớc tiên. Các hình từ 3.3 đến 3.5 thể hiện trƣờng vectơ gió và trƣờng độ cao địa thế vị các mực 850, 500, 200 mb trung bình trong giai đoạn 1996-2005 của các tháng 4, 7, 10 từ đầu ra của các thí nghiệm (Reg_Kuo, Reg_Emanuel, Reg_Grell) đƣợc so sánh với số liệu tái phân tích (NNRP2). Vectơ gió đơn vị mực 200 mb là 20 m/s còn 2 mực còn lại là 10 m/s, đƣợc thể hiện bằng vectơ màu đen trên nền độ cao địa thế vị thể hiện bằng màu, theo thang bên dƣới. So sánh với trƣờng tái phân tích, một điều dễ nhận thấy là mơ hình RegCM3, dù với sơ đồ tham số hóa đối lƣu nào, cũng tái tạo tốt hình thế trƣờng độ cao địa thế vị và trƣờng gió. Sự sai khác tồn tại chủ yếu là độ lớn trƣờng độ cao, nhƣng cũng chỉ khoảng 5 mb. Xét chung cả 3 mực đƣợc đánh giá, Reg_Kuo cho trƣờng “mạnh” hơn trong khi Reg_Emanuel tái tạo trƣờng “yếu” hơn, do vậy, Reg_Grell với kết quả “vừa phải” đƣợc cho là kết quả tốt nhất. Trƣờng gió trên diện của miền phân tích đƣợc mơ phỏng tốt nhƣng nếu xét riêng cho khu vực Việt Nam thì có một số trƣờng hợp sai khác lớn về hƣớng.
Cụ thể, xét ở mực 850 mb, nhìn chung kết quả mơ phỏng hạn mùa của cả 3 thí nghiệm đều khá tƣơng đồng với số liệu tái phân tích, trong đó Reg_Grell và Reg_Emanuel tái tạo trƣờng độ cao địa thế vị là tốt nhất. Điều này có thể nhận thấy ở cả 3 tháng, với tháng 4 và tháng 10 là rõ nét nhất. Trong tháng 4, Reg_Kuo cho mô phỏng cao hơn khoảng 5mb trên khu vực khá rộng ở phía Đơng Bắc miền phân tích. Do đó, sự lấn sâu của lƣỡi áp cao về phía khu vực Việt Nam đƣợc gia tăng trong Reg_Kuo. Tuy vậy, Reg_Emanuel lại cho trƣờng gió ở miền nam Việt Nam kém hơn so với 2 thí nghiệm cịn lại trong tháng này. Trong tháng 7, Reg_Kuo cũng cho kết quả mô phỏng cao hơn khoảng 5mb nhƣng chủ yếu ở phía nam miền phân tích trong khi Reg_Emanuel lại cho kết quả thấp hơn ở phía Tây Bắc miền phân tích với trƣờng gió mạnh hơn so với NNRP khá nhiều. Đáng chú ý là nếu chỉ xét riêng cho khu vực Việt Nam thì trƣờng gió của Reg_Grell trong tháng này có kết quả mơ phỏng tốt nhất. Đến tháng 10, đồng thời cả Reg_Kuo và Reg_Grell đều cho trƣờng độ cao lớn hơn khoảng 5mb ở phía nam miền, cho thấy sự lấn xuống rộng hơn của hệ thống áp cao. Cũng nhƣ tháng 4, Reg_Emanuel mô phỏng trƣờng độ cao địa thế vị tốt hơn nhƣng lại tái tạo trƣờng gió kém hơn Reg_Grell cả về hƣớng và độ lớn trong trƣờng hợp này.
Lên đến mực 500 mb, mơ phỏng của cả 3 thí nghiệm vẫn cho kết quả tốt khi so sánh với số liệu tái phân tích, ở mực này Reg_Grell cho mơ phỏng tốt hơn cả. Có thể nhận thấy trong tháng 4, trƣờng độ cao của Reg_Kuo và Reg_Grell sát với NNRP hơn, trong khi Reg_Emanuel cho mơ phỏng thấp ở phía Tây miền phân tích. Trƣờng gió của Reg_Grell là hợp lý hơn cả, tuy vẫn cao hơn về độ lớn. Đến tháng 7, Reg_Grell tiếp tục cho kết quả mơ phỏng trƣờng gió tốt hơn, trong khi trƣờng độ cao của Reg_Emanuel lại kém nhất. Và đến tháng 10, trong khi trƣờng gió mơ phỏng của các thí nghiệm khơng khác nhau nhiều và rất sát với số liệu tái phân tích thì trƣờng độ cao lại cho thấy sự mơ phỏng tốt hơn cả của Reg_Grell (đặc biệt nếu chú ý riêng khu vực Việt Nam).
Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel NNRP2 Hình 3.3 Trƣờng vectơ gió và độ cao địa thế vị mực 850 mb trung bình các tháng 4,
Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel NNRP2 Hình 3.4 Trƣờng vectơ gió và độ cao địa thế vị mực 500 mb trung bình các tháng 4,
7, 10 (trên xuống dƣới) của các thí nghiệm so sánh với số liệu NNRP2
Cuối cùng, ở mực 200 mb, khả năng mơ phỏng hạn mùa của các thí nghiệm vẫn cho kết quả tốt và sự khác biệt giữa các thí nghiệm là khơng nhiều. Trong tháng 4, cả 3 thí nghiệm cho kết quả tái tạo gần nhƣ tƣơng tự nhau cả trƣờng độ cao và trƣờng gió, và đều mơ phỏng trƣờng độ cao bị thấp hơn ở phía Đơng nam miền
Reg_Emanuel dẫn đến trƣờng gió của Reg_Emanuel sát với số liệu tái phân tích hơn cả. Kết quả của tháng 10 cho sự tái tạo trƣờng gió tốt ở tất cả các thí nghiệm nhƣng trƣờng độ cao đều thấp hơn ở khoảng giữa miền phân tích, dải cắt ngang qua miền trung Việt Nam.
Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel NNRP2
Hình 3.5 Trƣờng vectơ gió và độ cao địa thế vị mực 200 mb trung bình các tháng 4, 7, 10 (trên xuống dƣới) của các thí nghiệm so sánh với số liệu NNRP2
Khi so sánh giữa các thí nghiệm, trƣờng khí áp mực biển cũng cho thấy sự mô phỏng hạn mùa tốt của RegCM3, đặc biệt là Reg_Emanuel. Hình 3.6 thể hiện trƣờng khí áp mực biển trung bình giai đoạn 1996-2005 của các tháng 4, 7, 10 từ đầu ra của các thí nghiệm (Reg_Kuo, Reg_Emanuel, Reg_Grell) đƣợc so sánh với số liệu tái phân tích (NNRP2). Nhìn chung, các thí nghiệm đều mơ phỏng tốt hình
Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel NNRP2
Hình 3.6 Trƣờng khí áp mực biển trung bình các tháng 4, 7, 10 (trên xuống dƣới) của các thí nghiệm so sánh với số liệu NNRP2
thế phân bố khí áp mực biển trong các tháng, tuy về giá trị lớn hơn khoảng 2mb trong đa phần các trƣờng hợp. Reg_Emanuel cho kết quả mơ phỏng sát với số liệu tái phân tích nhất vào tháng 4 và tháng 10. Trong khi đó, Reg_Kuo và Reg_Grell cho giá trị khí áp lớn hơn ở hầu nhƣ trên tồn miền phân tích trong tất cả các trƣờng hợp.
Tiếp theo, hai biến cơ bản khi đánh giá dự báo hạn mùa là nhiệt độ mực 2m và lƣợng mƣa trung bình tháng sẽ đƣợc phân tích sau đây. Trƣờng nhiệt độ mực 2m và lƣợng mƣa trung bình các tháng 5-10 trong giai đoạn 1996-2005 của các thí nghiệm (Reg_Kuo, Reg_Grell, Reg_Emanuel) so sánh với số liệu CRU đƣợc thể hiện trong hình 3.7 và 3.8. Mô phỏng nhiệt độ mực 2m của cả 3 thí nghiệm nhìn chung nắm bắt đƣợc phân bố nhiệt độ trên khu vực Việt Nam nhƣng đều cho giá trị cao hơn số liệu CRU khoảng 1o
C. Điều này có thể thấy rõ ở các vùng khí hậu B2, B4, N1 và N3. Riêng vùng có địa hình cao nhƣ B1 và N2, nhiệt độ mơ phỏng của Reg_Grell và Reg_Emanuel cho kết quả tốt hơn Reg_Kuo.
Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel CRU
Hình 3.7 Trƣờng nhiệt độ mực 2m trung bình các tháng 5-10 trong giai đoạn 1996- 2005 của các thí nghiệm so sánh với số liệu CRU
Kết quả mô phỏng lƣợng mƣa lại cho sự khác biệt lớn giữa các thí nghiệm, nhìn chung thì Reg_Grell mơ phỏng cho khu vực Việt Nam là gần với số liệu CRU nhất. Bên cạnh đó, Reg_Kuo cho mô phỏng khô hơn (thấp hơn khoảng 50-100 mm) cịn Reg_Emanuel mơ phỏng lƣợng mƣa vƣợt quá rất nhiều (từ 100 đến 200 mm). Xét riêng từng vùng khí hậu của Việt Nam thì khu vực B4 đƣợc mô phỏng trong Reg_Grell là tốt hơn cả. Phân bố mƣa của Reg_Grell cũng cho kết quả tƣơng đồng với CRU tốt nhất. Nhƣ vậy, trong khi nhiệt độ mực 2m đƣợc mô phỏng hạn mùa tốt ở cả 3 thí nghiệm thì lƣợng mƣa trung bình đánh dấu sự mơ phỏng sai khác nhiều so với số liệu CRU, và nếu xét trên tồn khu vực Việt Nam thì Reg_Grell có kết quả khả quan nhất.
Reg_Kuo Reg_Grell Reg_Emanuel CRU
Hình 3.8 Lƣợng mƣa trung bình các tháng 5-10 trong giai đoạn 1996-2005 của các thí nghiệm so sánh với số liệu CRU
Để thấy rõ hơn khả năng dự báo hạn mùa trong các thí nghiệm, nhiệt độ mực 2m và lƣợng mƣa trung bình các tháng 5-10 trong giai đoạn 1996-2005 của các thí nghiệm (Reg_Kuo, Reg_Grell, Reg_Emanuel) đƣợc nội suy về trạm và so sánh với số liệu quan trắc tại 48 trạm (hình 3.9 và 3.10). Nguồn số liệu quan trắc tại trạm cho ta cái nhìn cụ thể hơn để đánh giá tính ứng dụng của sản phẩm dự báo từ RegCM3. Một cách tổng qt, nhiệt độ 2m mơ phỏng bởi 3 thí nghiệm nhìn chung xấp xỉ và
thấp hơn số liệu quan trắc tại trạm, từ 1oC đến 2oC. Các trạm thuộc khu vực B1 và B4 cho kết quả mô phỏng thấp hơn quan trắc rõ rệt hơn cả. Bên cạnh đó các trạm đặc biệt nhƣ Sapa, Đà Lạt kết quả mô phỏng lại cao hơn quan trắc, khoảng 2o
C. So sánh giữa các thí nghiệm, Reg_Kuo cho giá trị mơ phỏng cao hơn 2 thí nghiệm cịn lại và Reg_Grell cho mô phỏng thấp hơn cả. Khu vực đồng bằng nhƣ B3 và N3 có kết quả mơ phỏng gần với giá trị quan trắc nhất.
Hình 3.9 Trƣờng nhiệt độ mực 2m trung bình các tháng 5-10 trong giai đoạn 1996- 2005 của các thí nghiệm so sánh với số liệu quan trắc tại 48 trạm