Chương 2 NGUỒN SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Sơ lược về mơ hình CCAM và miền tính cho Việt Nam
Công cụ được sử dụng để thực hiện trong luận văn này là mơ hình bảo giác lập phương CCAM (Conformal-Cubic Atmospheric Model). CCAM được phát triển tại CSIRO, Úc. CCAM có thể chạy như một mơ hình tồn cầu; đầu ra của nó có thể được sử dụng làm điều kiện biên và điều kiện ban đầu cho CCAM khi được cấu hình cho một khu vực nào đó. Khi đó CCAM lại đóng vai trị là một mơ hình khu vực.
Sự phát triển của CCAM bắt đầu mạnh mẽ từ năm 1994, khi mà McGregor được biết về lưới bảo giác tại hội thảo tưởng niệm Andre Robert tổ chức tại Montreal vào tháng 10. Sau đó McGregor (2005) [27] đã thử nghiệm phương pháp
semi-Lagrangian cho lưới bảo giác lập phương. Mơ hình với các phương trình ngun thủy đầy đủ sau đó được phát triển (McGregor và Dix, 2001) [28]. Các phát triển về động lực mơ hình và các tham số hóa vật lý hiện vẫn được tiếp tục, bao gồm cả việc mơ phỏng theo dõi khí hậu, và các mơ phỏng khí hậu khu vực.
Mơ hình CCAM có một số khác biệt cơ bản với những mơ hình khí hậu khu vực và toàn cầu hiện tại. Các mơ hình khí hậu tồn cầu hiện nay thường sử dụng lưới dưới dạng kinh - vĩ độ bởi ưu điểm của loại lưới này là đơn giản và thống nhất với nhiều loại số liệu quan trắc cũng như số liệu dự báo từ các mơ hình khác. Bên cạnh đó, việc áp dụng các hệ phương trình, cũng như tham số hóa cũng dễ thực hiện hơn, thậm chí có thể áp dụng các tham số có sẵn từ các mơ hình khác nhau. Tuy nhiên, nhược điểm của các mơ hình sử dụng lưới dạng này xuất hiện khi tính tốn ở hai cực. Có thể dễ dàng nhận thấy, từ xích đạo về cực, khoảng cách giữa hai kinh tuyến liên tiếp giảm dần (từ 112 km tại xích đạo, về 0 km tại cực). Điều này dẫn đến khi tính tốn cho các miền tính gần cực, mơ hình sẽ yêu cầu độ phân giải cao hơn, bước thời gian và thời gian tính tốn lớn hơn hoặc sử dụng một phương pháp xử lý đặc biệt (IPCC, 2007) [20].
Để giải quyết vấn đề trên, một số phương pháp khác nhau đã được đề xuất. Năm 1972, Sadourny đã đưa ra một dạng lưới dựa trên các phép chiếu từ khối lập phương lên hình cầu và đưa ra các phương trình nước nông tương ứng cho dạng lưới này. Ở đây, Sadourny chiếu từ các mặt của khối lập phương về tâm hình cầu, tức là, ơng đặt sáu mặt hình vng giống nhau, có sẵn các đường ơ lưới trực giao cách đều và các mặt này tiếp tuyến với hình cầu, sao cho tạo thành một khối lập phương bao quanh hình cầu, tâm của mặt trên và mặt dưới lần lượt trùng với hai cực của Trái Đất, sau đó chiếu các ơ lưới trên các mặt đó theo hướng về tâm Trái Đất, cắt tại bề mặt Trái Đất (Hình 2.1).
Hình 2.1 Minh họa cho phép chiếu từ mặt lập phương về mặt cầu
Tuy nhiên, Sadoury cũng phát hiện các vấn đề gây nhiễu khi ông thêm vào các sai phân hữu hạn bậc thấp gần các biên của mỗi mặt. Năm 1996, McGregor cho ra đời một lưới tương tự và đã chứng minh rằng phương pháp bán Lagrange của ông cho phép giải quyết các vấn đề của Sadourny đối với thành phần bình lưu ngang. Dạng lưới này có đặc điểm là mặc dù khi ở trên mặt lập phương, các đường lưới trực giao với nhau, nhưng khi chiếu lên mặt cầu thì tính trực giao bị mất đi. Điều này tạo nên khó khăn cho các mục đích tính tốn về bình lưu, nhưng hệ các phương trình nguyên thủy đầy đủ lại đơn giản hơn. Năm 1996, Rančić và các đồng nghiệp đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này. Họ đã sử dụng một phép chiếu tương tự của Sadourny (1972) từ các mặt của khối lập phương lên mặt cầu. Sau đó, bằng trung bình của một ánh xạ bảo tồn góc và một phép chiếu lập thể, họ đã tạo ra một bộ các đường lưới trên mỗi mặt của mặt cầu trực giao với nhau ngoại trừ ở các đỉnh nơi chúng cắt nhau một góc bằng 1200. Lưới này được gọi là lưới bảo giác lập phương (Conformal-Cubic).
Bảng 2.2 Bước thời gian tích phân của CCAM Độ phân giải nhỏ nhất của lưới Time step (sec)
210 km dt=1800 63 km dt=1200 17 km dt=360 8 km dt=180 4 km dt=90 1 km dt=20
Về động lực học, mơ hình CCAM sử dụng các phương trình nguyên thủy tương tự như hầu hết các mơ hình khác. Các phương trình ngun thủy trong mơ hình này được giải bằng phương pháp rời rạc bán Lagrange. Khi chạy mơ hình CCAM, ứng với mỗi độ phân giải khác nhau, cũng cần điều chỉnh lại thời gian tích phân của mơ hình (tham khảo Bảng 2).
Trên khu vực Việt Nam, miền tính và độ cao địa hình của mơ hình CCAM được thể hiện trong hình 2.2. Cấu hình của mơ hình trong các thí nghiệm trong luận văn này như sau: Theo chiều thẳng đứng mơ hình gồm 18 mực σ với đỉnh tại mực 50 mb. Miền tính mơ hình gồm 121x121 điểm (theo hai chiều đông-tây và nam-bắc tương ứng) với tâm tại điểm có tọa độ 11.50N và 1080E. Miền tính trải rộng từ 0 đến 300N và từ 90 đến 1200E. Độ phân giải ngang là 25 km (0.25 độ). Mơ hình được tích phân cho 2 kịch bản từ 00Z ngày 01 tháng 01 năm 2000 đến 23Z ngày 31 tháng 12 năm 2100. Ngồi ra, mơ hình cũng thực hiện mơ phỏng cho giai đoạn 1980-1999 để làm thời kỳ chuẩn (baseline) phục vụ cho mục đích so sánh.
Hình 2.2 Miền tính và độ cao địa hình của CCAM
2.2.2 Sơ lược về kịch bản phát thải khí nhà kính A1B và A2
Trong luận văn này sẽ phân tích đánh giá kết quả dự tính đến năm 2100 từ đầu ra của mơ hình CCAM theo 2 kịch bản phát thải khí nhà kính A1B và A2. Những hoạt động của con người trong vài thập kỷ gần đây đã làm tăng đáng kể nồng độ các khí nhà kính trong khí quyển, từ đó làm gia tăng nhiệt độ tồn cầu. Sự phát thải khí nhà kính do hoạt động của con người được quyết định bởi nhiều yếu tố khác nhau, như sự tăng dân số, sự phát triển kinh tế - xã hội và tiến bộ khoa học kỹ thuật, v.v. Do đó, nó có thể có những biến động lớn trong tương lai. Với mục đích hỗ trợ cho việc phân tích, đánh giá BĐKH và tác động của nó, tìm giải pháp thích ứng và giảm thiểu BĐKH, các kịch bản phát thải đã được ra đời. Kịch bản phát thải là một cơng cụ hữu hiệu để phân tích ảnh hưởng của các nhân tố lên tình trạng phát thải, từ đó đưa ra những “viễn cảnh” để lựa chọn cho tương lai.
Như đã nói ở trên, trong luận văn này sẽ phân tích 2 kịch bản A1B và A2, của SRES (Special Report on Emissions Scenarios). Các kịch bản phát thải SRES gồm một tập 40 kịch bản phản ánh khá đa dạng khả năng phát thải khí nhà kính có thể xảy ra trong thế kỷ XXI và được tổ chức thành bốn họ kịch bản gốc: A1, A2, B1, B2. Các kịch bản này khác nhau về tốc độ tăng dân số, tốc độ phát triển kinh tế,
cách thức sử dụng năng lượng cùng với những đặc điểm riêng như khả năng xây dựng và tương tác văn hóa, xã hội của các vùng trên thế giới. Kịch bản gốc A1 mô tả một thế giới tương lai với sự phát triển kinh tế rất nhanh, dân số thế giới tăng đạt đỉnh vào khoảng giữa thế kỷ 21 và giảm dần sau đó; các cơng nghệ mới phát triển nhanh và hiệu quả hơn. Các đặc điểm nổi bật là sự tương đồng giữa các khu vực, sự tăng cường giao lưu về văn hóa, xã hội, sự thu hẹp khác biệt về thu nhập giữa các vùng. Họ kịch bản A1 được phát triển thành 3 nhóm dựa trên các hướng phát triển của công nghệ trong hệ thống năng lượng.Trong đó, A1B là kịch bản cân bằng giữa các nguồn năng lượng (kịch bản phát thải trung bình). Trong khi đó, kịch bản gốc A2 (kịch bản phát thải cao) mô tả một thế giới rất không đồng nhất. Các đặc điểm nổi bật là tính độc lập, bảo vệ các đặc điểm địa phương, dân số thế giới tiếp tục tăng, kinh tế phát triển theo định hướng khu vực, thay đổi về công nghệ và tốc độ tăng trưởng kinh tế tính theo đầu người chậm và riêng rẽ hơn so với các họ kịch bản khác.