Chương 2 NGUỒN SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1So sánh với số liệu tái phân tích và phân tích
3.1.1 Đánh giá trường gió, nhiệt với số liệu ERA-40 và số liệu CCAM-toàn cầu
Như chúng ta đã biết, cơng việc dự báo thời tiết và nghiên cứu khí hậu khơng thể khơng có số liệu. Tuy nhiên, có nhiều loại số liệu từ nhiều nguồn khác nhau như số liệu vệ tinh, số liệu từ bóng thám khơng, số liệu radar, số liệu quan trắc từ các trạm bề mặt, số liệu từ tàu thủy và các nguồn số liệu khác. Chúng được phân bố khơng đồng nhất trên tồn cầu đồng thời bản thân các số liệu này cũng ẩn chứa các loại sai số; và để phục vụ tốt cho công tác dự báo cũng như nghiên cứu các nhà khoa học đã tìm cách xử lý, làm trơn các số liệu này sao cho phù hợp với mọi khu vực trên toàn cầu. Bộ số liệu tái phân tích ERA-40 (Uppala và cs 2005) [34] là một trong số các bộ số liệu đã được xử lý và có thể sử dụng làm đầu vào chuẩn cho các mơ hình trong cơng tác dự báo nghiệp vụ cũng như dùng để so sánh, kiểm tra, đánh giá với các bộ số liệu khác.
Do đó, trong phần này tác giả tập trung phân tích và đánh giá trường gió, nhiệt với số liệu tái phân tích ERA-40 và số liệu CCAM tồn cầu và khu vực theo các mùa, cụ thể như sau:
Để các đánh giá tập trung hơn, miền phân tích được lựa chọn trong giới hạn từ 1000E đến 1200E và 50N đến 250N tại mực 850 mb. Giới hạn của miền này bao quát khu vực Việt Nam và mở rộng về phía đơng để đánh giá được tác động của các hệ thống khí áp phần rìa áp cao Tây Bắc Thái Bình Dương.
Trên các hình vẽ, trường gió được thể hiện dưới dạng véc tơ, với véc tơ đơn vị là 10m/s. Trong khi đó, trường nhiệt được hiển thị dưới dạng thang màu. Đối với mỗi hình có 3 hình riêng biệt, trong hình trên cùng mơ phỏng số liệu tái phân tích ERA-40, hình dưới bên trái là mơ phỏng số liệu tồn cầu từ mơ hình CCAM, hình dưới bên phải là mơ phỏng số liệu chi tiết hóa động lực từ mơ hình CCAM.
Đối với mùa đơng (Hình 3.1) trường nhiệt được hiển thị với thang bảng màu có giá trị từ 279 đến 2930K (tương ứng khoảng từ 6 đến 200C). Về cơ bản, các sản phẩm GCM-CCAM và RCM-CCAM có phân bố theo khơng gian của trường nhiệt độ và gió mực 850 mb khá phù hợp với số liệu tái phân tích ERA-40. Tuy nhiên, tồn tại một chút sai số về mặt giá trị trong các mô phỏng của CCAM. Cụ thể: tác động của rìa áp cao phía bắc được thể hiện rõ trong GCM và RCM tuy nhiên sự lấn xuống của hệ thống áp cao khơng sâu như trong số liệu tái phân tích. Điều này dẫn đến trên khu vực biển đông trong trường hợp của GCM và RCM thì gió đơng là chủ đạo trong khi đó gió đơng bắc lại là hướng gió chính theo số liệu của ERA-40. Tốc độ gió được mơ phỏng khá tốt bởi CCAM, với tốc độ gió trong khoảng 8 đến 10m/s. Nếu xét riêng cho khu vực Việt Nam thì CCAM mơ phỏng tốt cả về hướng và tốc độ gió, đặc biệt ta có thể nhận thấy trên các khu vực Tây Nguyên, Nam Trung Bộ và Nam Bộ (với gió đơng bắc là chủ đạo, phù hợp với số liệu quan trắc). Mặt khác, trường nhiệt cho thấy một số khác biệt đáng lưu ý với sự mô phỏng thiên dương của CCAM so với ERA-40 (khoảng 2 đến 30C). Có thể nhận thấy CCAM cho mô phỏng thiên dương cao ở phía bắc miền phân tích (khoảng 30C) trong khi sai khác này thấp hơn ở phía nam miền tính (chỉ khoảng 10C), khu vực gần xích đạo. Bên cạnh đó, trên khu vực đất liền trên bán đảo Đông dương (tập chung trong vùng lãnh thổ của Thái Lan, Lào và Campuchia), đối với CCAM (cả trường hợp GCM và RCM) đều cho một vùng mô phỏng thiên dương cao hơn hẳn so với ERA-40 (khoảng hơn 30C). Sự khác biệt này có thể do sự chi tiết hóa địa hình của CCAM tuy nhiên cần có các nghiên cứu sâu hơn trước khi đi đến kết luận cụ thể.
Hình 3.1. Nhiệt độ và trường gió mực 850mb trung bình các tháng mùa đơng (DJF) giai đoạn 1980-1999 cho bởi số liệu tái phân tích ERA-40 (hình trên), số liệu tồn
cầu từ mơ hình CCAM (hình dưới bên trái) và số liệu chi tiết hố động lực từ CCAM (hình dưới bên phải).
Đối với mùa xuân (Hình 3.2) thì cách hiển thị đối với trường gió khơng có gì thay đổi so với hình 3.1 nhưng thang màu của trường nhiệt thay đổi từ 286 đến 3000K (tương ứng khoảng từ 13 đến 270C).
Sự sai khác của trường gió mơ phỏng có thể nhận thấy rõ nét hơn so với mùa đông đặc biệt là trên khu vực đất liền. Trong khi trên khu vực biển đơng hướng gió và tốc độ gió được tái tạo tốt thì trên khu vực đất liền (phía tây bắc miền tính) lại cho sai khác lớn về hướng gió. Gió tây và tây tây nam lấn át trên khu vực này trong mô phỏng của CCAM trong khi ERA-40 đa phần là gió nam và tây nam. Tốc độ gió cũng lớn hơn khoảng 2 đến 3 m/s. Trong trường hợp này, khi chi tiết hóa bởi CCAM-RCM sự khác biệt về trường gió so với quan trắc có phần nhỏ hơn so với CCAM-GCM. Cũng trên khu vực này, trường nhiệt cho thấy sự khác biệt khá lớn (khoảng hơn 30C) đặc biệt là
(phận lục địa phía nam của Trung Quốc). Đến đây khi kết hợp cả trường gió và trường nhiệt giường như mô phỏng của CCAM trong cả hai trường hợp đều cho thấy có sự tác động một phần của rãnh áp thấp Nam Á lấn sâu hơn về phía đơng, điều này khơng được nhận thấy trong số liệu quan trắc. Tuy nhiên, từ khu vực Tây Nguyên, Nam Trung Bộ trở xuống thì CCAM mơ phỏng khá tốt cho cả trường nhiệt lẫn trường gió (với chênh lệch khoảng 1 đến 20C và 1 đến 2 m/s) so với số liệu tái phân tích ERA-40.
Hình 3.2. Nhiệt độ và trường gió mực 850mb trung bình các tháng mùa xuân (MAM) giai đoạn 1980-1999 cho bởi số liệu tái phân tích ERA-40 (hình trên), số liệu tồn cầu từ mơ hình CCAM (hình dưới bên trái) và số liệu chi tiết hố động lực
từ CCAM (hình dưới bên phải).
Đối với mùa hè (Hình 3.3) thì cách hiển thị đối với trường gió cũng khơng có gì thay đổi so với mùa đơng và mùa xuân nhưng thang màu của trường nhiệt thay đổi từ 290 đến 2970K (tương ứng khoảng từ 17 đến 240C).
Đặc biệt, nhìn một cách tổng qt ta có thể thấy sự mô phỏng của CCAM trong mùa hè cho cả hai trường hợp (GCM và RCM) là tốt hơn cả so với các mùa. Trường nhiệt và trường gió được mơ phỏng rất phù hợp khi so sánh với số liệu tái phân tích.
Áp thấp nóng phía tây được chi tiết hóa cao bởi CCAM, với trường gió tây và tây nam thịnh hành trong miền phân tích. Tốc độ gió mơ phỏng của CCAM có phần lớn hơn so với ERA-40, khoảng 2 đến 3 m/s. Sự mô phỏng thiên dương của CCAM vẫn được nhận thấy trong trường nhiệt. Đáng chú ý là khu vực miền Trung của Việt Nam CCAM-RCM cho mô phỏng thiên dương cao hơn rõ nét so với CCAM-GCM cũng như số liệu tái phân tích. Điều này có thể do sự chi tiết hóa về địa hình trong CCAM- RCM, dẫn đến tăng hiệu ứng phơn phía đơng của dãy Trường Sơn.
Hình 3.3. Nhiệt độ và trường gió mực 850mb trung bình các tháng mùa hè (JJA)giai đoạn 1980-1999 cho bởi số liệu tái phân tích ERA-40 (hình trên), số liệu tồn cầu từ mơ hình CCAM (hình dưới bên trái) và số liệu chi tiết hố động lực từ CCAM (hình
dưới bên phải).
Đối với mùa thu (Hình 3.4) thì cách hiển thị đối với trường gió cũng khơng có gì thay đổi so với các mùa nhưng thang màu của trường nhiệt thay đổi từ 286 đến 2940K (tương ứng khoảng từ 13 đến 210C).
Hình 3.4. Nhiệt độ và trường gió mực 850mb trung bình các tháng mùa thu (SON)giai đoạn 1980-1999 cho bởi số liệu tái phân tích ERA-40 (hình trên), số liệu
tồn cầu từ mơ hình CCAM (hình dưới bên trái) và số liệu chi tiết hố động lực từ CCAM (hình dưới bên phải).
Trong mùa thu, sự khác biệt về diện của trường gió và trường nhiệt mơ phỏng bởi CCAM so với ERA-40 có sự tương đồng so với mùa đơng. Cụ thể là sự lấn sâu của hệ thống áp cao ở phía bắc khơng thể hiện rõ nét trong mô phỏng của CCAM. Điều này được thể hiện qua trường gió đơng yếu trong mơ phỏng của CCAM so với trường gió đơng bắc khá mạnh của ERA-40 ở phía bắc miền tính. Vị trí trung bình của hệ thống áp cao trên biển đông cũng bị sai khác, có thể nhận thấy qua khác biệt của trường dịng trên khu vực này. Tuy nhiên, nếu chỉ xét trên khu vực Việt Nam sự khác biệt về trường gió lại khá lớn. Trường gió đơng và đơng bắc là chủ đạo trên khu vực miền bắc Việt Nam của ERA-40 không được tái tạo tốt mà thay vào đó là trường gió nam khá yếu do CCAM mơ phỏng. Sự khác biệt này có thể chấp nhận được do địa hình Việt Nam trải dài theo hướng bắc - nam lại nằm trong khu vực có sự giao tranh của nhiều hệ thống khí áp, đặc biệt trong mùa chuyển tiếp như mùa thu. Cũng như mùa đông, trường nhiệt
cho sự mô phỏng thiên dương rõ nét trên khu vực đất liền (phía tây và tây bắc miền tính). CCAM-RCM cho mơ phỏng thiên dương thấp hơn so với CCAM-GCM. Mặt khác có khác biệt đáng chú ý là sự mơ phỏng thiên âm của CCAM trên khu vực biển đơng (phía đơng và đơng bắc miền tính). Sai số chỉ trong khoảng 1 đến 20C.
Như vậy, qua phân tích cho các mùa ta nhận thấy rằng CCAM mô phỏng khá tốt trường gió và trường nhiệt cho cả miền tính cũng như cho khu vực Việt Nam tại mực 850 mb. Nhìn chung, trong cả hai trường hợp (toàn cầu và khu vực) CCAM mô phỏng thiên dương trường nhiệt với sai số khoảng 2 đến 30C. Sự chênh lệch trên khu vực Việt Nam rõ nét hơn trong các mùa đông và mùa xn, trong đó mùa hè được mơ phỏng tốt hơn cả. Trường gió được tái tạo khá tốt với tốc độ gió chênh lệch khơng đáng kể. Tuy sự mơ phỏng các hệ thống khí áp có sự sai khác đơi chút về vị trí và cường độ dẫn đến sai lệch về trường gió trên khu vực Việt Nam.
3.1.2 So sánh với số liệu phân tích mưa và nhiệt APHRODITE
APHRODITE là dự án “Tích hợp đồng bộ dữ liệu mưa nghiệp vụ Châu Á hướng đến mục tiêu đánh giá tài nguyên nước” được hỗ trợ bởi Môi trường nghiên cứu và Quỹ Phát triển Công nghệ của Bộ Môi trường Nhật Bản. Mục tiêu của dự án là xây dựng bộ số liệu mưa ngày trên lưới với quy mô dài hạn từ số liệu quan trắc cho khu vực Châu Á. Dự án APHRODITE đã phát triển các bộ dữ liệu về lượng mưa hàng ngày với độ phân giải 0.250 và 0.50 kinh vĩ cho khu vực Châu Á trong giai đoạn 1951-2007 (APHRO_MA/ME/RU_V1003R1). Các bộ số liệu chủ yếu được tạo ra từ nguồn số liệu thu thập được từ mạng lưới các trạm quan trắc bề mặt và các máy đo mưa. Bên cạnh đó, dự án cũng đang phát triển và đưa ra bộ số liệu mưa ngày với độ phân giải 0.050 cho Nhật Bản (APHRO_JP_V1003R1) cho giai đoạn 1901-2008. Đây là phiên bản số liệu đầu vào được sử dụng để nghiên cứu mức độ biến đổi khí hậu, đặc biệt là với các hiện tượng cực đoan.
a) Đối với trường nhiệt:
Việc đánh giá trường nhiệt được thực hiện cho giai đoạn 1980-1999, sử dụng số liệu phân tích APHRODITE và kết quả mơ phỏng của mơ hình CCAM. Kết quả mơ
phỏng được chia ra đánh giá cho nhiệt độ trung bình năm và nhiệt độ trung bình của các mùa (Hình 3.5 và 3.6).
Tiến hành so sánh nhiệt độ trung bình năm của APHRODITE và CCAM (Hình 3.5a và 3.6a) cho thấy mơ hình CCAM cho kết quả mơ phỏng thiên cao hơn trên các khu vực phía Bắc, đặc biệt là trên khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. Từ khu vực Nam Trung Bộ trở vào mơ hình CCAM đã tái tạo trường nhiệt khá phù hợp với số liệu APHRODITE, đặc biệt là khu vực Nam Bộ. Mức độ sai số nhỏ khoảng 1-20C.
Đối với mùa xuân (Hình 3.5b và 3.6b) cho thấy có sự sai số đáng kể của nhiệt độ giữa số liệu APHRODITE và CCAM. Có sự trái ngược về xu thế sai số giữa miền Bắc và miền Nam. Trên khu vực miền Bắc (từ Bắc Trung Bộ trở ra) mơ hình có xu hướng mơ phỏng cao hơn so với APHRODITE, mức độ chênh lệch về nhiệt độ cũng đáng kể, đặc biệt là trên khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ (khoảng 4-60C). Trái ngược với miền Bắc, mô phỏng của CCAM lại cho kết quả thấp hơn so với số liệu quan trắc trên khu vực phía Nam (từ Nam Trung Bộ trở vào), mức độ chênh lệch khoảng 2-30C. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với mùa hè (Hình 3.5c và 3.6b) cho thấy mơ hình CCAM đã mơ phỏng rất phù hợp sự phân bố của trường nhiệt độ trên tất cả các khu vực. Mức độ chênh lệch giữa kết quả mơ phỏng của mơ hình và số liệu quan trắc là rất nhỏ. Đối với mùa thu (Hình 3.5d và 3.6d) thì mơ hình cũng tái tạo khá tốt trường nhiệt trên hầu hết các khu vực, mức độ chênh lệch giữa CCAM và APHRODITE khoảng 1-20C. Vào mùa đơng, mơ hình đã tái tạo được khu vực nhiệt độ thấp (dưới 200C) trên khu vực phía Bắc của Việt Nam. Đồng thời sự trái ngược về xu thế sai số giữa miền Bắc và miền Nam cũng xảy ra đối với mùa đơng (Hình 3.5e và 3.6e), vào mùa này mơ hình lại cho mơ phỏng cao hơn trên khu vực miền Bắc và thấp hơn trên khu vực miền Nam. Mức độ chênh lệch giữa mơ hình và số liệu quan trắc trên cả 2 miền khoảng 1-20C.
Nhìn chung, nhiệt độ trung bình năm đã được mơ hình mơ phỏng khá phù hợp với số liệu quan trắc. Mùa hè và mùa thu, mơ hình tái tạo khá phù hợp trường nhiệt trên hầu hết các khu vực. Trong mùa xuân và mùa đông nhiệt độ mô phỏng sai lệch nhiều
hơn so mùa hè và mùa thu. Thiên hướng của sai số đối với mùa xuân và mùa đông là lệch âm, tức mơ hình mơ phỏng thấp quan trắc từ khu vực Nam Trung Bộ trở vào. Thiên hướng của sai số là lệch dương, tức mơ hình mơ phỏng cao hơn quan trắc từ khu vực Bắc Trung Bộ trở ra.
Hình 3.5. Nhiệt độ trung bình năm và trung bình các mùa: xuân (MAM), hè (JJA), thu (SON) và đông (DJF) giai đoạn 1980-1999 từ số liệu tái phân tích
APHRODITE
Hình 3.6. Nhiệt độ trung bình năm và trung bình các mùa: xuân (MAM), hè (JJA), thu (SON) và đông (DJF) giai đoạn 1980-1999 từ kết quảcủa mơ hình CCAM
b) Đối với trường mưa
Việc đánh giá trường mưa được thực hiện cho giai đoạn 1980-1999, sử dụng số liệu phân tích APHRODITE và kết quả mơ phỏng của mơ hình CCAM. Kết quả mơ phỏng được chia ra đánh giá cho lượng mưa trung bình năm và lượng mưa trung bình
Hình 3.7. Lượng mưa trung bình năm (ANN) và trung bình các mùa: xuân (MAM), hè (JJA), thu (SON) và đông (DJF) giai đoạn 1980-1999 từ số liệu tái phân tích
APHRODITE
Hình 3.8. Lượng mưa trung bình năm (ANN) và trung bình các mùa: xuân (MAM), hè (JJA), thu (SON) và đông (DJF) giai đoạn 1980-1999 từkết quả của mơ hình CCAM
Tiến hành so sánh lượng mưa trung bình năm từ số liệu phân tích APHRODITE và kết quả mơ phỏng của mơ hình CCAM (Hình 3.7a và 3.8a) về cơ bản cho thấy mơ hình đã tái tạo khá tốt trường mưa trên tất cả các khu vực. Tuy nhiên, từ khoảng 150N trở xuống lượng mưa mô phỏng có xu hướng cao hơn lượng mưa phân tích. Nhưng nhìn chung, mơ hình đã mơ phỏng khá hợp lý phân bố khơng gian so với lượng mưa phân tích trung bình năm.
Từ khoảng 150N trở xuống lượng mưa mô phỏng vào mùa xuân cao hơn so với số liệu phân tích (Hình 3.7b và 3.8b). Sai số lớn hơn xảy ra ở khu vực Tây Nguyên và phía bắc của khu vực Nam Bộ, mức độ chênh lệch từ 4 - 6 mm. Từ 150N trở lên, mô
hình đã mơ phỏng khá hợp lý trường mưa so với số liệu quan trắc, mức độ chênh lệch khoảng 2mm. Đối với mùa hè, ở khu vực Tây Bắc, Đơng Bắc Tây Ngun và Nam Bộ mơ hình đã mơ phỏng cao hơn so với quan trắc, mức độ chênh lệch khoảng 2 - 6 mm. Cịn các khu vực khác mơ hình đã mơ phỏng khá phù hợp với số liệu phân tích. Đối với mùa thu mơ hình đã mơ phỏng thấp hơn quan trắc ở khu vực Trung Trung Bộ và mô phỏng cao hơn ở khu vực miền Bắc và Nam Bộ. Trong mùa đơng, mơ hình đã mơ phỏng rất phù hợp với số liệu phân tích APHRODITE từ khu vực Bắc Trung Bộ trở ra