Các đánh giá đối với mô phỏng lượng mưa được thực hiện thông qua việc so sánh với số liệu CRU và số liệu quan trắc tại các trạm. Các kết quả đánh giá được trình bày trên các Hình 3.31 đến Hình 3.37 và Phụ lục 8 đến Phụ lục 11.
Hình 3.31 trình bày kết quả mô phỏng lượng mưa các tháng mùa hè trong thí nghiệm M1, M2 và số liệu CRU. Về cơ bản, các kết quả mô phỏng giữa hai thí nghiệm là khá tương đồng nhau, thí nghiệm M2 có thiên hướng mô phỏng lượng mưa lớn và diện mở rộng hơn. Điều này có thể do mô hình mô phỏng hoàn lưu từ phía Nam trong các tháng mùa hè mạnh hơn trong thí nghiệm M2 (miền tính về phía Tây-Nam) so với thí nghiệm M1 (miền tính về phía Đông Bắc).
Tuy nhiên, khi so sánh với số liệu CRU, các mô phỏng trong hai thí nghiệm có phân bố theo không gian có sai lệch đáng kể. Đặc biệt, trong cả hai thí nghiệm đều không mô phỏng được tâm mưa ở khu vực Bắc Trung Bộ, nhưng lại mô phỏng mưa lớn hơn so với CRU ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Thực tế, theo số liệu CRU lượng mưa ở khu vực Bắc Trung Bộ khoảng 300-500mm, trong khi đó mô hình chỉ mô phỏng được lượng mưa khoảng 100-200mm; và khoảng 50-150mm theo CRU ở khu vực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, trong khi đó các mô phỏng lại cho lượng mưa lớn hơn đáng kể, khoảng 400-500mm (Hình 3.31).
Đối với các tháng mùa đông, mô hình RegCM_CAM mô phỏng lượng mưa với phân bố theo không gian khá tương đồng nhau trong hai thí nghiệm. Tuy nhiên, thí nghiệm M2 có thiên hướng mô phỏng diện mưa mở rộng hơn ở Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ; nhưng lại hẹp hơn ở Bắc Bộ. So sánh với số liệu CRU, lượng mưa trong cả 2 thí nghiệm có thiên hướng lớn hơn đáng kể và diện mưa cũng mở rộng hơn, đặc biệt là trên khu vực Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ (Hình 3.32).
M1 M2 CRU
Hình 3.31. Lượng mưa (mm) tháng 6 (1), 7 (2), 8 (3) trung bình thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng mô hình RegCM_CAM (M1, M2) và CRU
a1 b1 c1
a2 b2 c2
M1 M2 CRU
Hình 3.32. Lượng mưa (mm) tháng 12 (1), 1 (2), 2 (3) trung bình thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng mô hình RegCM_CAM (M1, M2) và CRU
a1 b1 c1
a2 b2 c2
Như vậy, có thể nhận thấy chênh lệch lượng mưa trong hai thí nghiệm. Trong đó, thí nghiệm M2 cho các kết quả mô phỏng mưa có thiên hướng lớn hơn về lượng và diện mở rộng hơn so với thí nghiệm M1 trên khu vực Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ.
Bảng 3.4. Sai số trung bình mô phỏng lượng mưa (mm) trong các thí nghiệm
Thí nghiệm Mùa đông Mùa xuân Mùa hè Mùa thu
M1 99,2 5,2 -160,1 -11,5
M2 114,0 20,3 -70,8 35,4 So sánh với số liệu quan trắc tại các trạm cho thấy rằng, sai số mô phỏng
lượng mưa lớn nhất trong các tháng mùa hè và mùa đông, các mùa xuân và thu có sai số thấp hơn. Thí nghiệm M2 có sai số lớn hơn thí nghiệm M1 trong hầu hết các mùa, lớn nhất vào mùa đông với giá trị khoảng 114mm (khoảng 99mm trong thí nghiệm M1). Ngược lại, thí nghiệm M1 có sai số lớn hơn thí nghiệm M2 trong mô phỏng lượng mưa mùa hè, với sai số trung bình khoảng -160mm (khoảng -70mm trong thí nghiệm M2). Như vậy, thí nghiệm M1 cho kết quả mô phỏng với sai số nhỏ hơn và mùa đông, lớn hơn vào mùa hè so với thí nghiệm M2 (Bảng 3.4).
Các đánh giá sai số mô phỏng tại từng trạm được trình bày trên Hình 3.33. Từ các kết quả này cho thấy, sai số mô phỏng lượng mưa trong cả hai thí nghiệm là khá lớn ở một số trạm thuộc khu vực Bắc Bộ và Nam Trung Bộ. Trong đó, sai số sai số mô phỏng lượng mưa mùa hè lớn nhất xảy ra ở trạm Bắc Quang (hơn 800mm) và Móng Cái (khoảng 400mm), sai số lớn chủ yếu trong thí nghiệm M1 (Hình 3.33 b). Đối với các trạm thuộc khu vực Nam Trung Bộ, sai số mô phỏng lượng mưa lớn nhất xảy ra vào mùa thu và mùa đông, với sai số khoảng 300mm đến 600mm, sai số lớn chủ yếu trong thí nghiệm M2 (Hình 3.33 c, d). Sai số mô phỏng lượng mưa nhỏ nhất xảy ra vào các tháng mùa xuân ở trạm Bắc Quang, các trạm thuộc Nam Trung Bộ và trạm Đà Lạt với sai số khoảng 200mm, trong đó sai số lớn chủ yếu xuất hiện trong thí nghiệm M2 (Hình 3.33 a).
Hình 3.33. Sai số trung bình mô phỏng mưa mùa trong hai thí nghiệm so với số liệu quan trắc, các mùa: mùa xuân (a), hè (b), thu (c) và mùa đông (d)
Sai số trong các mô phỏng lượng mưa cũng được thể hiện khá rõ rệt trên các biểu đồ tụ điểm trên Hình 3.34. Trong đó, trục hoành biểu diễn lượng mưa quan trắc, trục tung biểu diễn lượng mưa mô phỏng bằng mô hình RegCM_CAM. Lượng mưa mô phỏng trong hai thí nghiệm thấp hơn đáng kể so với số liệu qaun trắc tại các trạm thuộc khu vực Bắc Bộ, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Tại các trạm trên các khu vực này, sai số lớn chủ yếu xảy ra đố với khoảng mưa lớn quan trắc được, với sai số phổ biến trên 100mm. Sai số mô phỏng lượng mưa nhỏ hơn xả ra đối với các trạm thuộc khu vực Bắc Trung Bộ và Nam Bộ.
a b
Hình 3.34.Đồ thị tụđiểm đánh giá sai số mô phỏng lượng mưa (mm) trên khu vực TB, DBB, DBBB, BTB, NTB, TN. NB trong hai thí nghiệm M1 và M2
Thí nghiệm M1: Thí nghiệm M2:
Các kết quả tính toán thể hiện biến trình lượng mưa tháng trong năm cho thấy rằng, mô hình RegCM_CAM thể hiện khá tương đồng biến trình này so với số liệu quan trắc tại các trạm, đặc biệt là các trạm thuộc khu vực Trung Bộ. Đối với các trạm thuộc khu vực Bắc Bộ và trạm Thanh Hóa, mô phỏng trong các tháng mùa mưa thấp hơn đáng kể so với quan trắc. Đối với các trạm thuộc khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ, kết quả mô phỏng trong cả hai thí nghiệm thể hiện sự lệch pha đáng kể về mùa mưa, mùa ít mưa và lượng mưa. Kết quả tính toàn biến trình lượng mưa trong năm cũng cho thấy, sai số mô phỏng lượng mưa là khá lớn, nhất là vào các tháng mùa mưa. Ngoài ra, trên đường biến trình lượng
mưa cũng cho thấy sự chênh lệch lượng mưa giữa hai thí nghiệm, M2 cho lượng mưa lớn hơn so với M1 trên đa số các trường hợp mô phỏng (Hình 3.35).
Hình 3.35. Biến trình lượng mưa (mm) tháng trong năm mô phỏng bằng RegCM_CAM (M1, M2) và quan trắc (Ob)
Kết quả tính toán trên Bảng 3.5 cho thấy, lượng mưa mô phỏng trong cả hai thí nghiệm có hệ số tương quan với số liệu quan trắc tại các trạm là khá nhỏ, nhất là tại các trạm thuộc khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ. Các trạm thuộc khu vực Tây Bắc, Đông Bắc Bộ và Trung Bộ có hệ số tương quan tốt hơn, với hệ số tương quan phổ biến khoảng từ 0,4-0,8.
Bảng 3.5. Hệ số tương quan giữa lượng mưa mô phỏng trong các thí nghiệm với số
liệu quan trắc trong các thời kỳ
Miền tính Tên trạm
Miền tính M1 Miền tính M2
1/97-12/99 12/97-2/98 (El Nino) 12/98-2/99 (La Nina) 1-97-12/99 12/97-2/98(El Nino) 12/98-2/99(La Nina)
Lai Châu 0,44 0,60 0,54 0,60 0,56 0,60 Điện Biên 0,53 0,49 0,76 0,66 0,47 0,87 Sơn La 0,51 0,44 0,58 0,76 0,73 0,83 Bắc Quang 0,48 0,44 0,60 0,68 0,39 0,75 Cao Bằng 0,52 0,45 0,66 0,58 0,83 0,59 Bắc Cạn 0,50 0,46 0,56 0,54 0,69 0,50 Lạng Sơn 0,60 0,65 0,64 0,26 0,58 0,25 Móng Cái 0,28 0,27 0,27 0,58 0,79 0,48 Hà Nội 0,20 0,23 0,13 0,39 0,60 0,20 Nam Định 0,26 0,34 0,17 0,35 0,32 0,37 Thanh Hoá 0,33 0,48 0,16 0,13 0,12 0,11 Vinh 0,44 0,79 0,64 0,31 0,77 0,33 Đồng Hới 0,73 0,60 0,84 0,56 0,50 0,70 Huế 0,69 0,64 0,74 0,60 0,68 0,61 Đà Nẵng 0,77 0,82 0,76 0,71 0,87 0,68 Quy Nhơn 0,64 0,27 0,72 0,72 0,34 0,84 Nha Trang 0,47 -0,03 0,56 0,51 0,15 0,60 Plâycu 0,40 0,57 0,10 0,18 0,28 0,02 BuônMaThuột -0,03 -0,31 -0,07 0,09 -0,29 0,18 Đà Lạt 0,14 0,32 -0,07 0,45 0,50 0,45 Cần Thơ 0,20 0,09 0,31 -0,01 -0,01 -0,17 Cà Mau -0,08 -0,13 0,02 0,06 0,01 -0,14
Kết quả so sánh chênh lệch lượng mưa phân bố từ 8oN tới 24oN, trung bình từ 102oE đến 110oE được trình bày trên Hình 3.36 và Hình 3.37. Trục hoành biểu diễn các vĩ độ và trục tung là độ lệch lượng mưa mô phỏng trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm M2.
Từ Hình 3.36 cho thấy, lượng mưa mùa đông trong thí nghiệm M2 lớn hơn đáng kể so với thí nghiệm M1 trên khu vực phía Nam (từ vĩ độ 8oN đến 12,5oN), với mức độ chênh lệch phổ biến trong khoảng từ 40-100mm. Khu vực từ vĩ độ 14.5oN -24oN, thí nghiệm M1 cho kết quả mô phỏng lượng mưa lớn hơn so với thí nghiệm M2, tuy nhiên mức độ chênh lệch là không lớn với giá trị phổ biến nhỏ hơn 30mm. Như vậy, với miền tính được mở rộng về phía Đông-Bắc (trong thí nghiệm M1), mô hình RegCM_CAM mô phỏng lượng mưa mùa đông lớn hơn ở phía Nam (8oN - 12,5oN) và nhỏ hơn ở phía Bắc (14.5oN -24oN).
Hình 3.36. Chênh lệch lượng mưa các tháng mùa đông (mm) phân bố từ 8oN tới 24oN trung bình cho dải kinh độ 102oE đến 110oE trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm
M2
Chênh lệch về lượng mưa mùa hè giữa hai thí nghiệm khá rõ ràng. Trong đó, mô hình cho kết quả mô phỏng lượng mưa lớn hơn trong thí nghiệm M2 (miền tính mở rộng về phía Tây-Nam) so với thí nghiệm M1 (miền tính mở rộng về phía Đông-Bắc) đáng kể trên hầu hết diện tích miền phân tích, đặc biệt trên khu vực Trung Trung Bộ, với mức độ chênh lệch có thể đến 100mm (ở vĩ độ 16oN) (Hình 3.36). Như vậy, với miền tính được mở rộng về phía Tây-Nam, mô hình cho mô phỏng lượng mưa lớn hơn đáng kể so với miền tính được mở rộng về phía Đông-Bắc. Điều này có thể do việc mô hình mô phỏng hoàn lưu ở phía
Nam mạnh hơn khi miền tính được mở rộng về phía Tây-Nam trong các tháng mùa hè.
Hình 3.37. Chênh lệch lượng mưa các tháng mùa hè (mm) phân bố từ 8oN tới 24oN trung bình cho dải kinh độ 102oE đến 110oE trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm
M2
Các tính toán mô phỏng thể hiện chênh lệch giữa lượng mưa mùa đông thời kỳ La Nina (12/1998-2/1999) với thời kỳ El Nino (12/1997-2/1998) và hệ số tương quan giữa lượng mưa các thời kỳ này với số liệu quan trắc được trình bày trên Hình 3.38 và Bảng 3.5. Trên Hình 3.38, trục hoành biểu diễn tên các trạm, trục tung biểu diễn chênh lệch lượng mưa mùa đông.
Kết quả tính toán từ số liệu quan trắc co thấy, chênh lệch giữa lượng mưa mùa đông thời kỳ La Nina với El Nino thể hiện rõ ràng nhất trên các trạm thuộc khu vực phía Nam (từ Quảng Bình đến Cà Mau), với giá trị chênh lệch phổ biển lớn hơn 50mm. Đối với các trạm phía Bắc (từ Vinh trở ra), mức độ chênh lệch giữa hai thời kỳ này là không lớn (Hình 3.38).
Kết quả mô phỏng cho thấy, mô hình thể hiện khá tốt chênh lệch lượng mưa tại các trạm thuộc khu vực Nam Trung Bộ. Trong đó, thí nghiệm M1 thể hiện tốt hơn, nhưng mức độ chênh lệch phổ biến lớn hơn số liệu thực. Đối với các trạm thuộc khu vực Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ, mô hình thể hiện không tốt mức độ chênh lệch này, đặc biệt là các kết quả trong thí nghiệm M2. Hầu hết các mô phỏng đều cho thấy lượng mưa mùa đông thời kỳ La Nina thấp hơn so với thời kỳ El Nino, trong khi mức độ chênh lệch là không đáng kể hoạc cao hơn theo số liệu quan trắc (Hình 3.37).
Hình 3.38. Chênh lệch lượng mưa (mm) trung bình các tháng 12/1998-2/1999 (La Nina) so với các tháng 12/1997-2/1998 (El Nino)
Lượng mưa trung bình mùa đông trong thời kỳ El Nino và La Nina theo các mô phỏng đều lớn hơn so với số liệu quan trắc. Sai số mô phỏng thời kỳ El Nino lớn hơn so với thời kỳ La Nina trong cả hai thí nghiệm. Trong đó sai số mô phỏng trong thí nghiệm M2 là lớn hơn thí nghiệm M1 (Bảng 3.6).
Bảng 3.6. Sai số trung bình (ME) lượng mưa (mm) mô phỏng trong các thí nghiệm thời kỳ El Nino và La Nina
EL Nino La Nina
M1 151,17 124,82
M2 154,24 156,14
Sai số mô phỏng lượng mưa mùa đông thời kỳ El Nino và La Nina cũng được thể hiện trên đồ thị tụ điểm trên Hình 3.39. Lượng mưa mô phỏng trong thời kỳ El Nino và La Nina đều lớn hơn đáng kể so với số liệu quan trắc. Hệ số tương quan bội trong các mô phỏng với số liệu quan trắc là không lớn. Trong đó, thí nghiệm M1 có hệ số tương quan với số liệu quan trắc là 0,46 và 0,7 lần lượt tương ứng với thời lỳ El Nino và La Nina; Thí nghiệm M2 có hệ số tương quan bội với số liệu quan trắc là 0,2 và 0,5 lần lượt tương ứng với thời lỳ El Nino và La Nina. Như vậy, mặc dù sai số mô phỏng là khá lớn, nhưng thí nghiệm M1 cho kết quả có tương quan tốt hơn với số liệu quan trắc so với thí nghiệm M2. Thời kỳ El Nino, các kết quả mô phỏng có hệ số tương quan với số
Hình 3.39.Đồ thị tụđiểm đánh giá sai số mô phỏng lượng mưa (mm) các tháng mùa
đông trong thời kỳ El Nino (trái) và La Nina (phải) trong các thí nghiệm M1 và M2
Tóm lại, qua các kết quả phân tích và so sánh cho thấy rằng, mô hình RegCM_CAM cho các kết quả mô phỏng có sai số lớn về lượng mưa trong cả hai thí nghiệm, đặc biệt vào các tháng mùa mưa và trên khu vực Nam Trung Bộ và một số trạm thuộc khu vực Bắc Bộ. Các kết quả mô phỏng có hệ số tương quan khá tốt với số liệu quan trắc tại các trạm thuộc khu vực Tây Bắc, Đông Bắc Bộ và Trung Bộ. Các trạm thuộc khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ, mô hình cho kết quả mô phỏng thể hiện tương quan rất yếu với số liệu quan trắc. Chênh lệch giữa các thí nghiệm (lựa chọn miền tính) là khá rõ ràng. Với miền tính mở rộng về phía Đông-Bắc (trong thí nghiệm M1), mô hình mô phỏng lượng mưa mùa đông thấp hơn đáng kể ở phía Nam (từ 8-13,5oN) và lớn hơn ở phía Bắc (từ 14- 24oN). Đối với các tháng mùa hè, mô hình cho kết quả mô phỏng lượng mưa lớn hơn đáng kể trong thí nghiệm M2 so với thí nghiệm M1 trên đa phần diện tích cả nước, đặc biệt là khu vực Trung Bộ. Trong các thời kỳ El Nino và La Nina, thí nghiệm M1 cho kết quả mô phỏng lượng mưa mùa đông phù hợp hơn thí nghiệm M2.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn, chúng tôi đã thử nghiệm chạy thành công mô hình toàn cầu CAM 3.0 và mô hình lồng ghép RegCM_CAM mô phỏng các trường khí hậu thời kỳ 1997-1999. Trên cơ sở đó, một số kết luận và kiến nghị được đưa ra như sau:
Kết luận
1) Các mô phỏng khí hậu thời kỳ 1997-1999 bằng mô hình CAM 3.0 mặc dù tồn tại sai số so với số liệu tái phân tích NNRP2. Tuy nhiên, việc chạy thành công cô mình toàn cầu CAM 3.0 và mô hình lồng ghép RegCM_CAM cho thấy khả năng chủ động xây dựng các bộ số liệu đầu vào cho mô hình khí hậu khu vực nhằm mục đích mô phỏng và dự báo khí hậu. Sai số trong mô phỏng bằng CAM 3.0 có thể do mô hình chưa nắm bắt được tốt các hoàn lưu toàn cầu trong thời ENSO hoạt động mạnh. Do vậy, cần phải có nhiều nghiên cứu cải tiến chất lượng mô hình hơn nữa, có thể là các thử nghiệm chạy CAM 3.0 với các lựa chọn khác nhau nhằm tìm ra phương án phù hợp nhất cho khu vực dùng làm đầu vào cho mô hình RCM khi ứng dụng ở Việt Nam.
2) Sai số mô phỏng nhiệt độ bằng mô hình RegCM_CAM đối với thời kỳ 1997-1999 là khá lớn, đặc biệt đối với các khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ vào mùa đông. Tuy nhiên, về mặt biến trình nhiệt độ trung bình trong năm, mô hình đã thể hiện khá tốt khi so sánh với số liệu quan trắc. Việc thay đổi miền tính