RegCM (Regional Climate Model) là một mô hình khí hậu khu vực đƣợc cải tiến, phát triển qua nhiều năm và đƣợc sử dụng rộng rãi. Phiên bản đầu tiên của mô hình đƣợc phát triển vào cuối những năm 1980 (RegCM1, Dickinson và nnk, 1989; Giorgi, 1990), phiên bản thứ hai đƣợc công bố vào đầu những năm 1990 (RegCM2, Giorgi và nnk, 1993b; Giorgi và nnk, 1993c), cuối những năm 1990 là phiên bản RegCM2.5 (Giorgi và Mearns, 1999) và phiên bản thứ RegCM3 vào những năm 2000 (RegCM3, Pal và nnk, 2000).
RegCM là mô hình khu vực hạn chế đầu tiên đƣợc phát triển cho mục đích mô phỏng khí hậu hạn dài, dự tính khí hậu và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu khí hậu khu vực, từ các nghiên cứu về khí hậu quá khứ và dự tính khí hậu trong tƣơng lai (Giorgi và Mearns, 1999; Giorgi và nnk, 2006).
Hệ thống RegCM là một mô hình cộng đồng, đƣợc xây dựng và cải tiến bởi cộng đồng những nhà khoa học từ nhiều nƣớc trên thế giới, bao gồm các nhà khoa học ở các nƣớc phát triển, cũng nhƣ ở các nƣớc đang phát triển (Pal và nnk, 2007).
RegCM đƣợc thiết kế với mã nguồn mở, thân thiện với ngƣời sử dụng và có thể đƣợc áp dụng ở mọi khu vực trên thế giới. RegCM nhận đƣợc sự ủng hộ
30
của cộng đồng sử dụng mô hình khí hậu khu vực, hay RegCNET, một mạng lƣới rộng rãi các nhà khoa học đƣợc điều phối bởi nhóm nghiên cứu về Vật lý Hệ thống Trái Đất thuộc Trung tâm quốc tế Abdus Salam về Vật lý Lý thuyết (ICTP), đang đƣợc cải tiến trong các nghiên cứu nâng cao và nghiên cứu ở các nƣớc phát triển là một trong những mục đích chính của ICTP.
Động lực học của RegCM thế hệ thứ nhất dựa trên nền của MM4 chuẩn; mô hình coi khí quyển là nén đƣợc, vi phân toàn phần với cân bằng thủy tĩnh và hệ tọa độ Sigma.
MM4 là một phần trong hệ thống mô hình phức tạp đƣợc phát triển bởi các nhà khoa học tại NCAR-Pennsylvania State University (PSU) vào đầu những năm 1971. Mô hình MM4 là thế hệ mô hình thứ tƣ của mô hình gốc do Anthest và Warner (1978) xây dựng (thƣờng gọi tắt là mô hình gốc AW). Các thành phần động lực chính trong mô hình MM4 bao gồm: hệ các phƣơng trình cơ bản, tham số hóa các quá trình vật lý, các thuật toán số trị và điều kiện biên.
Phần vật lý của mô hình đƣợc tham số hóa bao gồm sơ đồ vận chuyển bức xạ NCAR CCM1 của Kiehl (1978), sơ đồ tính toán vật lý đất BATS 1A (Dickinson, 1986), sơ đồ vật lý lớp biên hành tinh [Deardoff, 1972] và sơ đồ tham số hóa đối lƣu Kuo (Anthest, 1977).
Các kết quả thực nghiệm mô phỏng cho khu vực châu Âu vào tháng 1 và tháng 7 năm 1979 của Giorgi và Marinucci (1991) theo phiên bản thứ nhất RegCM1 đã đƣợc chọn làm kết quả mẫu. Qua nhiều kết quả thí nghiệm mô phỏng cho khu vực châu Âu và Mỹ (Giorgi 1990; Giorgi 1991; Hostetler-Giorgi 1992; Marinucci-Giorgi 1992; Giorgi 1992, 1993) đã khẳng định khả năng sử dụng một RegCM lồng vào trong một GCM cho nghiên cứu khí hậu.
Hệ tọa độ thẳng đứng của mô hình RegCM3 là hệ tọa độ thẳng đứng thủy tĩnh theo địa hình, ký hiệu là (Hình 2.5), đƣợc định nghĩa bởi
( ) /( )
p pt ps pt trong đó p là áp suất, pt là áp suất tại đỉnh mô hình, đƣợc cho bằng hằng số và ps là áp suất tại bề mặt. bằng 0 tại đỉnh và bằng 1 tại mặt đất, mỗi mực mô hình đƣợc xác định bởi một giá trị của . Độ phân giải thẳng đứng trong lớp biên tinh hơn các lớp trên; và số các mực thay đổi tùy yêu cầu ngƣời sử dụng.
Trong RegCM3, lƣới ngang có dạng xen kẽ - B Arakawa-Lamb đối với các biến vận tốc và các biến vô hƣớng (Hình 2.6). Các biến vô hƣớng (T, q,
31
hƣớng đông (u) và hƣớng bắc (v) đƣợc xác định tại các góc. Điểm trung tâm ký hiệu là dấu nhân (x), điểm góc ký hiệu là dấu tròn (.). Tất cả các biến này đƣợc xác định tại trung tâm của mỗi lớp thẳng đứng, gọi là các mực phân. Vận tốc thẳng đứng đƣợc thực hiện trên mực nguyên.
Hình 2.5. Hệ tọa độ thẳng đứng của mô hình RegCM
Hình 2.6. Lưới ngang dạng xen kẽ dạng B - Arakawa - Lamb