Việc đánh giá chất lƣợng mô phỏng nhiệt độ đƣợc thực hiện thông qua so sánh kết quả mô hình với số liệu CRU và quan trắc ở nƣớc ta thời kỳ 1997-1999. Trƣớc tiên, các so sánh với số liệu CRU đƣợc thực hiện và sau đó là so sánh với số liệu quan trắc. Các kết quả so sánh mô phỏng bằng RegCM_CAM đƣợc trình bày trên Hình 3.21 đến Hình 3.28 và trong Phụ lục 4 đến Phụ lục 7.
Đối với các tháng mùa hè, các mô phỏng trong thí nghiệm M1 và M2 khá tƣơng đồng nhau và phân bố theo không gian khá tƣơng đồng với số liệu CRU. Tuy nhiên, nhiệt độ mô phỏng trong các thí nghiệm thấp hơn so với số liệu CRU. Chênh lệch mô phỏng nhiệt độ trong các thí nghiệm là không lớn, chủ yếu xảy ra ở Bắc Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ (Hình 3.21).
Kết quả mô phỏng nhiệt độ tháng 6 trong thí nghiệm M1 gần với số liệu CRU hơn thí nghiệm M2 ở khu vực Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. Có thể thấy điều này thông qua sự mở rộng hơn của nhiệt độ ấm hơn trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm M2. Chênh lệch mô phỏng giữa hai thí nghiệm khá rõ ràng trên khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ với nhiệt độ mô phỏng trong thí nghiệm M1 cao hơn so với M2 khoảng 1o
C (Hình 3.28 a1, b1, c1).
Đối với tháng 7, các mô phỏng trong hai thí nghiệm cũng khá tƣơng đồng nhau và đều thấp hơn so với số liệu CRU. Chênh lệch giữa hai thí nghiệm thể hiện qua sự thu hẹp vùng nhiệt độ thấp trong và mở rộng vùng có nhiệt độ cao trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm M2 với giá trị sai khác khoảng 1o
C. Ngoài ra, vùng nhiệt độ ấm mở rộng trong thí nghiệm M2 so với thí nghiệm M1 ở Bắc Bộ (Hình 3.28 a2, b2, c2).
Tƣơng tự nhƣ các kết quả mô phỏng trong tháng 6 và tháng 7, các kết quả mô phỏng nhiệt độ tháng 8 trong hai thí nghiệm cũng khá tƣơng đồng nhau và đều thấp hơn so với số liệu CRU. Trong đó, thí nghiệm M2 cho kết quả gần với
51
CRU hơn ở Bắc Bộ và thí nghiệm M1 cho kết quả gần với CRU hơn ở Tây Nguyên và Nam Bộ (Hình 3.28 a3, b3, c3).
M1 M2 CRU
Hình 3.21. Nhiệt độ trung bình (oC) tháng 6 (trên), 7 (giữa), 8 (dưới) thời kỳ 1997- 1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a1, a2, a3), M2 (b1, b2,
b3) và CRU (c1, c2, c3) c1 c2 c3 a1 b1 c1 a2 b2 c2 a3 b3 c3
52
M1 M2 CRU
Hình 3.22. Nhiệt độ trung bình (oC) tháng 12 (trên), 1 (giữa), 2 (dưới) thời kỳ 1997- 1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a1, a2, a3), M2 (b1, b2, b3)
và CRU (c1, c2, c3) c1 c2 c3 a1 b1 c1 a2 b2 c2 a3 b3 c3
53
Kết quả mô phỏng nhiệt độ các tháng mùa đông cho thấy sự tƣơng đồng trong các thí nghiệm và phân bố theo không gian khá tƣơng đồng với số liệu CRU. Tuy nhiên, nhiệt độ mô phỏng trong cả hai thí nghiệm đều thấp hơn đáng kể so với số liệu CRU, đặc biệt trên khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. Mô hình mô phỏng nhiệt độ các tháng mùa đông trên khu vực Bắc Bộ phổ biến thấp hơn 15oC, trong khi đó theo số liệu CRU nhiệt độ khu vực này phổ biển từ 19-22o
C. Mức độ chênh lệch này có thể do tác động của hoàn lƣu từ phía Bắc xuống mạnh hơn thực tế. Chênh lệch mô phỏng nhiệt độ trong hai thí nghiệm thể hiện chủ yếu trên khu vực Bắc Bộ, trong thí nghiệm M2 cho nhiệt độ cao hơn so với thí nghiệm M1 và nhỏ hơn ở Nam Bộ (Hình 3.22).
Hình 3.23. Profile nhiệt độ độ trung bình (oC) các tháng 3/4/5 (a), 6/7/8 (b), 9/10/11 (c) và 12/1/2 (d) thời kỳ 1997-1999
Kết quả tính toán profile nhiệt độ trung bình từ kinh độ 102oE đến 110o
E phân bố dọc từ vĩ độ 8o
N -24oN sao cho bao phủ toàn bộ lãnh thổ nƣớc ta trong hai thí nghiệm M1 và M2 đƣợc trình bày trên Hình 3.23. Từ kết quả này cho thấy, mức độ chênh lệch giữa hai thí nghiệm là không nhiều, thể hiện rõ nhất vào mùa đông từ mực 1000mb đến 850mb. Trong đó, thí nghiệm M2 cho kết quả mô phỏng nhiệt độ lớn hơn.
Hình 3.24 trình bày các kết quả tính toán độ lệch (bias) giữa nhiệt độ trung bình mùa mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 và M2 với số liệu quan trắc tại các trạm. Trong đó, trục hoành biểu diễn các trạm và trục tung biểu diễn giá trị bias. Độ lệch giữa kết quả mô phỏng trong thí nghiệm M1 với quan trắc (M1-Ob) đƣợc biểu diễn bằng cột màu xanh và độ lệch giữa thí nghiệm M2 với quan trắc (M2-Ob) đƣợc biểu diễn bằng cột màu đỏ. Từ kết quả tính toán cho thấy, sai số mô phỏng nhiệt độ mùa lớn nhất là vào mùa thu và
54
mùa đông, đặc biệt là vào mùa đông. Các trạm có sai số lớn nhất là các trạm thuộc khu vực thuộc Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ.
Hình 3.24. Sai số trung bình nhiệt độ trung bình mô phỏng bằng RegCM_CAM với số liệu quan trắc: mùa xuân (a), hè (b), thu (c), đông (d)
Đối với các tháng mùa xuân, mô phỏng trong các thí nghiệm đều thấp hơn so với số liệu thực, giá trị sai lệch phổ biến nhỏ hơn 4oC, trừ trạm Đà Lạt có mô phỏng nhiệt độ lớn hơn so với số liệu thực. Các trạm thuộc khu vực Đông Bắc, Đồng Bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ Tây Nguyên và Nam Bộ có sai số nhỏ nhất, với giá trị phổ biển nhỏ hơn 2oC. Thí nghiệm M2 cho sai số với số liệu quan trắc nhỏ hơn so với thí nghiệm M1 ở các trạm phía Bắc (từ Thừa Thiên Huế trở ra) và lớn hơn ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) (Hình 3.24 a).
Các mô phỏng nhiệt độ mùa hè trong cả hai thí nghiệm đều thấp hơn so với quan trắc tại các trạm, trừ một số trạm thuộc khu vực Tây Nguyên. Sai số mô phỏng trong các thí nghiệm phổ biến nhỏ hơn 4oC. Tƣơng tự nhƣ các tháng mùa xuân, thí nghiệm M2 cho kết quả mô phỏng với sai số nhỏ hơn thí nghiệm M1 đối với các trạm thuộc khu vực phía Bắc (từ Thừa Thiên Huế trở ra) và lớn hơn ở các trạm còn lại (Hình 3.24 b).
a b
55
Sai số mô phỏng nhiệt độ mùa thu trong hai thí nghiệm là khá lớn so với quan trắc tại các trạm, đặc biệt là các trạm thuộc khu vực Bắc Bộ và Trung Bộ, sai số lớn nhất ở trạm Lai Châu và Bắc Quang trong thí nghiệm M1 (khoảng 7oC). Sai số mô phỏng ở các trạm thuộc khu vực Nam Bộ thấp hơn, khoảng dƣới 1oC. Nhìn chung, các mô phỏng nhiệt độ mùa thu đều thấp hơn đáng kể so với quan trắc, trừ một số trạm thuộc khu vực Tây Nguyên có nhiệt độ cao hơn (Hình 3.24 c).
Sai số mô phỏng nhiệt độ mùa đông lớn hơn so với các mùa khác, với mức độ sai số phổ biến lớn hớn 4oC tại các trạm phía Bắc (từ trạm Vinh trở ra). Mặc dù, nhiệt độ mô phỏng trên hầu hết các trạm đều thấp hơn số liệu quan trắc, nhƣng nhiệt độ mô phỏng tại trạm Đà Lạt vẫn lớn hơn so với số liệu quan trắc khoảng dƣới 1oC trong cả hai thí nghiệm (Hình 3.24 d).
Từ Bảng 3.1 cho thấy rằng, sai số mô phỏng nhiệt độ trung bình mùa so với số liệu quan trắc trong các mùa là khá lớn, đặc biệt vào mùa đông và mùa thu. Trong đó thí nghiệm M2 cho kết quả mô phỏng với sai số trung bình khoảng -4,73oC, thí nghiệm M1 cho sai số khoảng -3,8oC vào mùa đông. Sai số mô phỏng nhỏ nhất là vào mùa hè, với sai số khoảng -1,51oC trong thí nghiệm M1 và -1,73oC trong thí nghiệm M2.
Bảng 3.1. Sai số trung bình (ME) nhiệt độ mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 và M2 với số liệu quan trắc
Thí nghiệm Mùa đông Mùa xuân Mùa hè Mùa thu
M1 -4,73 -2,08 -1,51 -3,46
M2 -3,82 -1,72 -1,73 -2,75
Sai số mô phỏng trong hai thí nghiệm cũng đƣợc thể hiện khá rõ ràng thông qua đồ thị tụ điểm trên Hình 3.26, trục hoành biểu diễn giá trị quan trắc (Ob), trục tung biểu diễn giá trị mô phỏng tại trạm. Trong đó, sai số lớn nhất xảy ra đối với trƣờng hợp mô phỏng nhiệt độ thấp ở khu vực Tây Bắc với giá trị có thể đến 6oC. Thí nghiệm M2 cho kết quả mô phỏng với các điểm biểu diễn gần đƣờng 1:1 hơn ở Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng Bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên cho thấy mô phỏng “gần” với quan trắc hơn. Thí nghiệm M1 cho các điểm gần với đƣờng 1:1 hơn ở khu vực Nam Trung Bộ và Nam Bộ.
56
Hình 3.26. Đồ thị tụ điểm đánh giá sai số mô phỏng nhiệt độ (oC) trên khu vực Tây Bắc (TB), Đông Bắc Bộ (DBB), Đồng Bằng Bắc Bộ (DBBB), Bắc Trung Bộ (BTB), Nam Trung Bộ (NTB), Tây Nguyên (TN) và Nam Bộ (NB) trong hai thí nghiệm M1 và
M2
Thí nghiệm M1: Thí nghiệm M2:
Xem xét về biến trình năm của nhiệt độ mô phỏng trong thí nghiệm M1 và M2 cho thấy các kết quả mô phỏng thể hiện tốt biến trình nhiệt độ trên các trạm đƣợc lựa chọn. Trong đó, thí nghiệm M2 thể hiện đƣờng biến trình tƣơng đồng với đƣờng biến trình của nhiệt độ quan trắc hơn, đặc biệt trên các trạm thuộc khu vực Bắc Bộ và Trung Bộ. Mặc dù vậy, có thể nhận thấy sai số mô phỏng qua so sánh đƣờng biến trình năm của mô phỏng và quan trắc là khá lớn, đặc biệt trong các tháng mùa đông với chênh lệch có thể đến gần 10oC ở các trạm thuộc khu vực Bắc Bộ (thí nghiệm M1) (Hình 3.25).
57
Hình 3.25. Biến trình nhiệt độ trung bình (oC) mô phỏng bằng RegCM_CAM (M1, M2) và quan trắc (Ob) trong năm thời kỳ 1997-1999
58
Kết quả tính toán hệ số tƣơng quan giữa nhiệt độ mô phỏng với số liệu quan trắc tại các trạm đƣợc trình bày trên Bảng 3.2. Từ các kết quả này cho thấy, nhiệt độ mô phỏng tại các trạm trong cả hai thí nghiệm có hệ số tƣơng quan tốt với số liệu quan trắc. Các trạm thuộc Bắc Bộ và Trung Bộ có hệ số tƣơng quan cao nhất đƣợc đánh dấu bằng các ô mầu đỏ, hồng và vàng (lớn hơn 0,9), các trạm thuộc khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ có hệ số tƣơng quan kém hơn (phổ biến nhỏ hơn 0,9). Trong thí nghiệm M2 có nhiều trạm có hệ số tƣơng quan tốt giữa mô phỏng và quan trắc hơn thí nghiệm M1.
Bảng 3.2. Hệ số tương quan giữa nhiệt độ mô phỏng và 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 0,95 0,97 0,94 0,97 0,98 0,96 Điện Biên 0,94 0,94 0,95 0,96 0,96 0,96 Sơn La 0,93 0,95 0,95 0,96 0,97 0,96 Bắc Quang 0,81 0,80 0,83 0,82 0,80 0,81 Cao Bằng 0,95 0,95 0,97 0,97 0,97 0,97 Bắc Cạn 0,96 0,96 0,97 0,97 0,97 0,97 Lạng Sơn 0,96 0,96 0,98 0,96 0,97 0,97 Móng Cái 0,94 0,93 0,96 0,97 0,97 0,98 Hà Nội 0,93 0,93 0,95 0,94 0,94 0,96 Nam Định 0,93 0,92 0,96 0,94 0,94 0,95 Thanh Hoá 0,92 0,91 0,95 0,93 0,93 0,95 Vinh 0,93 0,92 0,96 0,96 0,96 0,97 Đồng Hới 0,94 0,90 0,96 0,96 0,95 0,98 Huế 0,96 0,96 0,96 0,97 0,98 0,97 Đà Nẵng 0,96 0,96 0,97 0,96 0,98 0,96 Quy Nhơn 0,96 0,97 0,96 0,96 0,94 0,97 Nha Trang 0,89 0,91 0,92 0,95 0,95 0,95 Plâycu 0,72 0,63 0,89 0,71 0,59 0,88 Buôn Ma Thuột 0,80 0,59 0,91 0,76 0,53 0,88 Đà Lạt 0,84 0,85 0,92 0,90 0,88 0,94 Cần Thơ 0,74 0,53 0,88 0,75 0,56 0,89 Cà Mau 0,65 0,44 0,80 0,64 0,44 0,78
59
Để thấy rõ hơn ảnh hƣởng của việc thay đổi miền tính đến kết quả mô phỏng nhiệt độ trên lãnh thổ nƣớc ta, các so sánh nhiệt độ mô phỏng trong hai thí nghiệm trên khu vực đƣợc giới hạn từ 102oE đến 100oE và 8o
N đến 24oN đƣợc thực hiện. Trong đó, nhiệt độ đƣợc tính trung bình từ 102o
E-100oE và phân bố dọc từ vĩ độ 8oN đến 24oN (Hình 3.27 và Hình 3.28). Trục hoành biểu diễn phân bố vĩ độ từ 8oN đến 24oN và trục tung biểu diễn độ chênh lệch (o
C) giữa thí nghiệm M1 với thí nghiệm M2.
Từ Hình 3.27 cho thấy rằng, nhiệt độ mùa đông mô phỏng trong thí nghiệm M1 nhỏ hơn so với thí nghiệm M2 trên đa số các vĩ độ đƣợc lựa chọn. Cụ thể, nhiệt độ mùa đông mô phỏng trong thí nghiệm M1 thấp khoảng khoảng từ 0oC đến 1,5oC trên khu vực phía Bắc (từ vĩ độ 12,5o
N-24oN) và mức độ thấp hơn tăng dần khi càng lên phía Bắc. Chênh lệch này có thể là do việc mô hình mô phỏng hoàn lƣu từ phía Bắc trong tháng mùa đông mạnh hơn so với thực tế, mạnh hơn trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm M2. Ngƣợc lại, nhiệt độ mùa đông mô phỏng trong thí nghiệm M1 lại cao hơn so với thí nghiệm M2 khoảng từ 0 đến 0,5oC trên khu vực phía Nam (từ vĩ độ 8oN đến 12o
N).
Hình 3.27. Chênh lệch nhiệt độ trung bình mùa đông (oC) phân bố từ 8oN tới 24oN trung bình cho dải kinh độ 102oE đến 110oE trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm
M2
Đối với các mô phỏng nhiệt độ mùa hè, thí nghiệm M1 cho kết quả mô phỏng lớn hơn so với thí nghiệm M2 trên hầu hết diện tích miền phân tích, trừ khu vực từ vĩ độ từ 23oN-24oN. Tuy nhiên, mức độ chênh lệch giữa thí nghiệm M1 và M2 là không lớn, trên toàn bộ miền phân tích có mức độ chênh lệch nhỏ hơn 1oC (Hình 3.28).
60
Hình 3.28. Chênh lệch nhiệt độ trung bình mùa hè (oC) phân bố từ 8oN tới 24oN trung bình cho dải kinh độ 102oE đến 110oE trong thí nghiệm M1 so với thí nghiệm M2
Nhƣ vậy, việc mở rộng miền tính trong thí nghiệm M1 và M2 có ảnh hƣởng khá rõ ràng đến kết quả mô phỏng nhiệt độ mùa đông và mùa hè trên lãnh thổ nƣớc ta. Miền tính đƣợc mở rộng lệch về phía Đông-Bắc trong thí nghiệm M1 cho kết quả mô phỏng nhiệt độ thấp hơn thí nghiệm M2 với giá trị phổ biến nhỏ hơn 1oC, sai lệch lớn nhất xảy ra ở khu vực phía Bắc (từ vĩ độ 12,5oN). Ngƣợc lại đối với mô phỏng nhiệt độ mùa hè, thí nghiệm M1 lại cho kết quả mô phỏng cao hơn thí nghiệm M2 trên hầu hết diện tích. Tuy nhiên, mức độ sai lệch trong mùa đông lớn hơn so với mùa hè.
Tiếp theo, các đánh giá mô phỏng nhiệt độ đƣợc tập trung vào thời kỳ El Nino và La Nina. Theo Nguyễn Đức Ngữ (2000), tác động của ENSO đến nhiệt độ thể hiện rõ rệt nhất vào các tháng mùa đông, trong đó mùa đông El Nino có nhiệt độ ấm hơn trung bình và mùa đông La Nina có nhiệt độ lạnh hơn trung bình trên đa số các trạm quan trắc.
Để thấy rõ đƣợc khả năng mô phỏng nhiệt độ trong thời kỳ El Nino và La Nina, luận văn lựa chọn đánh giá nhiệt độ trung bình mùa đông 12/1997-2/1998 (El Nino) và 12/1998-2/1999 (La Nina). Hình 3.29 trình bày các kết quả tính toán độ chênh lệch nhiệt độ mùa đông 12/1997-2/1998 so với 12/1998-2/1999 trong các thí nghiệm và số liệu quan trắc. Các ký hiệu M1(El Nino-La Nina), M2(El Nino-La Nina) và Ob(El Nino-La Nina) là chênh lệch nhiệt độ mùa đông thời kỳ El Nino so với mùa đông thời kỳ La Nina trong thí nghiệm M1, M2 và quan trắc (Ob). Trục hoành biểu diễn tên các trạm và trục tung biểu diễn độ chênh lệch (o
61
Hình 3.29. Chênh lệch nhiệt độ (oC) trung bình mùa đông thời kỳ El Nino (12/1997- 2/1998) so với mùa đông thời kỳ La Nina (12/1998-2/1999) trong thí nghiệm M1, M2
và quan trắc (Ob)
Theo kết quả tính toán trên Hình 3.29 cho thấy, nhiệt độ quan trắc trong các tháng mùa đông thời kỳ El Nino lớn hơn so với thời kỳ La Nina trên hều hết các trạm, đặc biệt là các trạm thuộc khu vực phía Nam (từ Thanh Hóa trở vào) với độ chênh lệch từ 0 đến gần 2oC.
Kết quả mô phỏng cho thấy, mô hình RegCM_CAM đã thể hiện đƣợc sự chênh lệch nhiệt độ mùa đông thời kỳ El Nino so với nhiệt độ mùa đông thời kỳ La Nina trên đa số các trạm. Tuy nhiên, mức độ chênh lệch nhỏ hơn trên các trạm thuộc khu vực Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ và lớn hơn ở một số trạm thuộc Đông Bắc Bộ. Nhìn chung, thí nghiệm M2 thể hiện chênh lệch nhiệt độ mùa đông thời kỳ El Nino với thời kỳ La Nina tốt hơn thí nghiệm M1 (Hình 3.29).
Từ Bảng 3.3 cho thất, sai số trung bình mô phỏng nhiệt độ mùa đông thời kỳ El Nino và La Nina trong thí nghiệm M2 nhỏ hơn so với thí nghiệm M1. Các kết quả mô phỏng nhiệt độ mùa đông thời kỳ El Nino và La Nina trong hai thí