Theo Kiều Thị Xin (2009), RegCM3 hoàn toàn có thể sử dụng cho mục đích dự báo khí hậu mùa khu vực Đông Nam Á –Việt Nam khi ta có phân tích và dự báo tốt từ một mô hình dự báo khí hậu toàn cầu hạn mùa làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên [16]. Do vậy, việc đánh giá mức độ tin cậy của các mô phỏng khí hậu bằng CAM 3.0 trƣớc khi sử dụng làm đầu vào cho mô hình RegCM3 là cần thiết. Miền phân tích sản phẩm mô hình CAM 3.0 đƣợc giới hạn trên một miền sao cho bao quanh lãnh thổ nƣớc ta giúp cho việc đánh giá tập trung hơn. Số liệu tái phân tích NNRP2 đƣợc sử dụng để đánh giá chất lƣợng mô hình.
3.1.1. Đánh giá kết quả mô phỏng trường gió và độ cao địa thế vị
Số liệu tái phân tích NNRP2 (đƣợc coi là số liệu thực) đƣợc sử dụng để đánh giá kết quả mô phỏng độ cao địa thế vị và trƣờng gió ở các mực 850mb, 500mb và 200mb. Trong đó, độ dài véc tơ gió mực 850mb là 7m/s, 500mb là 10m/s và mực 200mb là 15m/s đƣợc biểu diễn bằng véc tơ trên nền độ cao địa thế vị (mgh).
Hình 3.1-Hình 3.2 trình bày kết quả mô phỏng trƣờng gió và độ cao địa thế vị tháng 1 (tháng chính đông), tháng 7 (tháng chính hè) mực 850 bằng mô hình CAM 3.0 và số liệu thực (NNRP2). Từ các kết quả này cho thấy mô hình CAM 3.0 mô phỏng hƣớng gió và phân bố theo không gian của độ cao địa thế vị khá tƣơng đồng với số liệu NNRP2. Tuy nhiên, so với số liệu NNRP2, tốc độ gió mô phỏng có thiên hƣớng lớn hơn trong tháng 1 và nhỏ hơn trong tháng 7.
40
Các kết quả mô phỏng vào tháng 4 và tháng 10 tƣơng đồng với số liệu NNRP2 hơn (Phụ lục 1).
Hình 3.1. Độ cao địa thế vị và trường gió tháng 1 thời kỳ 1997-1999 mực 850mb mô phỏng bằng mô hình CAM (a) và NNRP2 (b)
Hình 3.2. Độ cao địa thế vị và trường gió tháng 7 thời kỳ 1997-1999 mực 850mb mô phỏng bằng mô hình CAM (a) và NNRP2 (b)
Mô phỏng độ cao địa thế vị bằng CAM 3.0 khá tƣơng đồng với số liệu NNRP2 (Hình 3.2). Tuy nhiên, giá trị độ cao địa thế vị tháng 1 cao hơn khoảng 5-30mgh ở phía Bắc, sai khác lớn nhất ở phía Tây Bắc; bên cạnh đó giá trị mô phỏng thấp hơn 10-30mgh ở phía Nam miền phân tích (Hình 3.3 a). Đối với trƣờng hợp mô phỏng độ cao địa thế vị tháng 7, sai khác đáng chú ý nhất xảy ra ở khu vực phía Bắc miền phân tích, với giá trị khoảng 20-30mgh cao hơn NNRP2. Khu vực phía Nam miền phân tích, độ cao địa thế vị tháng 7 mô phỏng bằng CAM 3.0 lớn hơn chỉ vào khoảng 5-10mgh (Hình 3.3 b).
a b
41
Hình 3.3. Chênh lệch độ cao địa thế vị mực 850 giữa mô phỏng bằng CAM 3.0 và NNRP2: a- tháng 1, b-tháng 7
Sai lệch về tốc độ gió trong các mô phỏng bằng CAM 3.0 với số liệu NNRP2 là khá rõ ràng, đặc biệt là thành phần gió vĩ hƣớng (u). Trong tháng 1, tốc độ gió vĩ hƣớng (u) mô phỏng bằng CAM 3.0 mạnh hơn so với số liệu NNRP2 khoảng 2 đến trên 4m/s trên dải Đông - Tây phân bố từ vĩ độ 5oN - 20oN. Trên hầu hết lãnh thổ nƣớc ta, tốc độ gió vĩ hƣớng mạnh hơn so với NNRP2 khoảng trên 4m/s (Hình 3.4 a). Tuy nhiên, sai lệch về tốc độ gió kinh hƣớng là không nhiều, phổ biến từ khoảng 1m/s. Trên lãnh thổ nƣớc ta, gió kinh hƣớng mạnh hơn khoảng 1m/s ở khu vực phía Nam (từ Quảng Bình trở vào) và yếu hơn khoảng 1m/s ở phía Bắc (từ Hà Tĩnh trở ra) (Hình 3.4 b).
Sai lệch của tốc độ gió vĩ hƣớng tháng 7 mô phỏng bằng CAM 3.0 với số liệu NNRP2 cũng khá lớn, đặc biệt trên dải từ phía Tây đến trung tâm miền phân tích và từ xích đạo đến 20o
N có tốc độ gió mô phỏng yếu hơn NNRP2 khoảng 3- 4m/s. Ngƣợc lại, tốc độ gió vĩ hƣớng mô phỏng bằng CAM 3.0 mạnh hơn khoảng 1-3m/s trên khu vực phía Đông-Nam miền phân tích. Đối với khu vực phía Bắc miền phân tích, sai lệch giữa mô phỏng với NNRP2 chủ yếu khoảng từ 1-2m/s, trong đó đa phần tốc độ gió mô phỏng là yếu hơn (Hình 3.5 a). Tốc độ gió kinh hƣớng (v) mô phỏng bằng CAM 3.0 yếu hơn so với số liệu NNRP2 trên hầu hết miền phân tích, đặc biệt ở phía Tây-Nam và Đông Bắc miền phân tích, riêng một phần diện tích Nam Trung Quốc và Tây-Bắc miền phân tích có tốc độ gió mạnh hơn (Hình 3.5 b).
42
Hình 3.4. Chênh lệch gió vĩ hướng (a) và kinh hướng (b) tháng 1 mực 850mb mô phỏng bằng CAM 3.0 giữa với số liệu NNRP2
Hình 3.5. Chênh lệch gió vĩ hướng (a) và kinh hướng (b) tháng 7 mực 850mb mô phỏng bằng CAM 3.0 giữa với số liệu NNRP2
Nhƣ vậy, có thể thấy các mô phỏng trƣờng gió và độ cao địa thế vị mực 850mb mặc dù khá tƣơng đồng với NNRP2 về mặt phân bố theo không gian. Nhƣng sai khác giữa mô phỏng với NNRP2 là khá rõ ràng, với trƣờng gió là những sai khác về gió vĩ hƣớng (u), mạnh hơn vào tháng chính đông và yếu hơn trong tháng chính hè; với độ cao địa thế vị sai khác là cao hơn ở phía Bắc và thấp hơn ở phía Nam miền phân tích, đặc biệt sai khác xuất hiện vào tháng chính đông.
Kết quả mô phỏng gió và độ cao địa thế vị các mực 500mb và 200mb bằng mô hình CAM 3.0 đƣợc trình bày trong Phụ lục 1. Các kết quả cũng cho thấy sự tƣơng đồng tốt với số liệu NNRP2. So với mực 850mb, các kết quả mô
a b
43
phỏng ở hai mực 500mb và 200mb có mức độ phù hợp hơn, đặc biệt là mực 200mb.
3.1.2. Đánh giá kết quả mô phỏng khí áp mực nước biển
Các kết quả mô phỏng khí áp mực nƣớc biển bằng CAM 3.0 đƣợc trình bày trên Hình 3.6-3.7 và Phụ lục 2. Nhìn chung, các kết quả mô phỏng có phân bố theo không gian khá tƣơng đồng với số liệu NNRP2. Sai lệch về mô phỏng khí áp mực nƣớc biển so với số liệu NNRP2 chủ yếu ở phía Bắc và phía Nam miền phân tích.
Đối với kết quả mô phỏng các tháng mùa đông, chênh lệch khí áp giữa mô phỏng và số liệu NNRP2 khá rõ ràng, lớn hơn khoảng 1-3mb ở phía Bắc đặc biệt trên khu vực đất liền và nhỏ hơn khoảng 1-3 mb ở phía Nam miền phân tích. Sự chênh lệch này dẫn tới gradient khí áp trong mô phỏng bằng CAM 3.0 lớn hơn so với NNRP2, khiến cho tốc độ gió mô phỏng lớn hơn (Hình 3.6).
Trong tháng mùa hè, chênh lêch khí áp mực nƣớc biển mô phỏng bằng CAM 3.0 với NNRP2 thể hiện rõ ràng nhất ở phía Bắc miền phân tích, trong đó mô phỏng bằng CAM 3.0 cho thấy khí áp lớn hơn so với NNRP2 khoảng từ 2 đến trên 3mb. Ở phía Nam miền phân tích, khí áp mô phỏng nhỏ hơn khoảng 1- 2mb (Hình 3.7).
Kết quả mô phỏng khi áp mực nƣớc biển đối với mùa xuân và mùa thu đƣợc trình bày trong Phụ lục 2 cũng cho thấy sự tƣơng đồng giữa mô phỏng bằng mô hình CAM 3.0 với số liệu tái phân tích NNRP2.
Hình 3.6. Phân bố khí áp mực nước biển (mb) trung bình các tháng mùa đông mô phỏng bằng CAM 3.0 (a), số liệu NNRP2 (b) và độ lệch giữa mô phỏng bằng CAM 3.0
với NNRP2 (c)
44
Hình 3.7. Phân bố khí áp mực nước biển (mb) trung bình các tháng mùa hè mô phỏng bằng CAM 3.0 (a), số liệu NNRP2 (b) và độ lệch giữa mô phỏng bằng CAM 3.0 với
NNRP2 (c)
3.1.3. Kết quả mô phỏng nhiệt độ không khí bề mặt
Từ các kết quả mô phỏng nhiệt độ không khí bề mặt bằng mô hình CAM 3.0 đƣợc trình bày trên Hình 3.8-3.11 cho thấy rằng, các mô phỏng bằng mô hình CAM 3.0 có phân bố theo không gian khá phù hợp với NNRP2 và sai lệch là không lớn, giá trị sai lệch phổ biến dƣới 1oC. Trên lãnh thổ nƣớc ta, mô phỏng nhiệt độ bằng CAM 3.0 có thiên hƣớng thấp hơn so với NNRP2 phổ biến trên khu vực Bắc Bộ.
Hình 3.8. Nhiệt độ không khí bề mặt (oC) trung bình các tháng 3, 4, 5 thời kỳ 1997- 1999 mô phỏng bằng mô hình CAM 3.0 (a) và số liệu NNRP2 (b)
Hình 3.9. Nhiệt độ không khí bề mặt (oC) trung bình các tháng 6, 7, 8 thời kỳ 1997- 1999 mô phỏng bằng mô hình CAM 3.0 (a) và số liệu NNRP2 (b)
a b c
a b
45
Hình 3.10. Nhiệt độ không khí bề mặt (oC) trung bình các 9, 10, 11 thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng mô hình CAM 3.0 (a) và số liệu NNRP2 (b)
Hình 3.11. Nhiệt độ không khí bề mặt (oC) trung bình các 12, 1, 2 thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng mô hình CAM 3.0 (a) và số liệu NNRP2 (b)
Nhận xét chung, các kết quả mô phỏng bằng mô hình CAM 3.0 là khá tƣơng đồng với NNRP2, đặc biệt là hƣớng gió và nhiệt độ không khí bề mặt. Càng lên cao, mức độ tƣơng đồng về trƣờng gió và độ cao địa thế vị so với số liệu tái phân tích càng rõ ràng hơn. Sai số đáng kể về độ cao địa thế vị, khí áp mực nƣớc biển so với số liệu NNRP2 ở phía Bắc và Nam miền phân tích. Trong đó, lớn hơn ở phía Bắc và nhỏ hơn ở phía Nam. Tốc độ gió mô phỏng bằng CAM 3.0 lớn hơn trong tháng đông và yếu hơn trong tháng chính hè.
3.2. Đánh giá kết quả mô phỏng khí hậu bằng mô hình RegCM3
Nội dung chính của phần này trình bày đánh giá các kết quả mô phỏng khí hậu bằng mô hình RegCM3 sử dụng số liệu đầu vào là sản phẩm của mô hình CAM 3.0 theo các thí nghiệm M1 và M2 đƣợc trình bày trong chƣơng 2. Các đánh giá đƣợc thực hiện đối với các yếu tố khí hậu cơ bản nhƣ gió và độ cao địa thế vị các mực (850mb, 500mb và 200mb), nhiệt độ mực 2m và lƣợng mƣa.
3.2.1. Đánh giá kết quả mô phỏng trường gió và độ cao địa thế vị
Các mực đƣợc lựa chọn để đánh giá bao gồm 850mb, 500mb và 200mb. Việc đánh giá mô hình sẽ đƣợc thực hiện trong phạm vi “miền phân tích” đƣợc giới hạn trong khoảng từ 5oN đến 25oN và 100oE đến 120o
E. Miền phân tích này nhỏ hơn so với miền tích trong 2 thí nghiệm M1 và M2. Để đánh giá khả năng
a b
46
mô phỏng độ cao địa thế vị và trƣờng gió, các kết quả mô hình sẽ đƣợc so sánh với số liệu tái phân tích NNRP2. Các kết quả mô phỏng trƣờng gió và độ cao địa thế vị bằng RegCM_CAM và số liệu NNRP2 đƣợc trình bày trên Hình 3.12- Hình 3.20 và Phụ lục 3.
Về cơ bản, các kết quả mô phỏng trƣờng gió và độ cao địa thế vị bằng mô hình RegCM_CAM trong cả hai thí nghiệm là khá tƣơng đồng nhau và tƣơng đồng với số liệu thực ở các mực đánh giá. Chênh lệch giữa các kết quả mô phỏng trong thí nghiệm M1 và M2 thể hiện rõ ràng nhất trong tháng chính đông và tháng chính hè.
Kết quả mô phỏng cho tháng 1 mực 850mb cho thấy, độ cao địa thế vị mô phỏng bằng RegCM_CAM trong cả hai thí nghiệm đều lớn hơn so với số liệu NNRP2 trên khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ; và mô phỏng tốt hơn trên khu vực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ. Hƣớng gió và tốc độ gió mô phỏng trong cả hai thí nghiệm là khá tốt Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Việc thay đổi miền tính cho kết quả mô phỏng hƣớng gió khác nhau ở phía Bắc miền phân tích, Bắc Bộ nƣớc ta và đều sai lệch so với số liệu thực. Trong thí nghiệm M1, hƣớng gió đƣợc mô phỏng là hƣớng Đông-Bắc khi đến miền Bắc nƣớc ta, trong khí đó hƣớng gió Đông đƣợc mô phỏng trong thí nghiệm M2 (Hình 3.12).
Hình 3.12. Trường gió và độ cao địa thế vị trung bình tháng 1 mực 850mb thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a), thí nghiệm M2 (b)
và NNRP2 (c)
Kết quả mô phỏng cho tháng chính hè ở mực 850mb cho thấy sự tƣơng đồng tốt về hƣớng gió trong các thí nghiệm với số liệu thực. Tuy nhiên, tốc độ gió trong các mô phỏng là yếu hơn so với số liệu thực. Khi so sánh hai thí nghiệm với nhau, tốc độ gió trong thí nghiệm M1 mạnh hơn so với thí nghiệm M2 ở phía Nam và yếu hơn ở phía Bắc miền phân tích (Hình 3.13).
47
Hình 3.13. Trường gió và độ cao địa thế vị trung bình tháng 7 mực 850mb thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a), thí nghiệm M2 (b)
và NNRP2 (c)
Các kết quả mô phỏng cho tháng 10 và tháng 4 (Phụ lục 3) cho thấy rằng, có sự tƣơng đồng nhau và khá tƣơng đồng với số liệu NNRP2. Tuy nhiên, tốc độ gió tháng 4 ở phía Nam miền phân tích trong hai thí nghiệm là mạnh hơn so với số liệu NNRP2.
Các kết quả mô phỏng trong hai thí nghiệm có phân bố theo không gian tƣơng đồng nhau hơn và gần với số liệu NNRP2 hơn khi so sánh ở các mực 500 và 200mb. Chênh lệch giữa các thí nghiệm là không nhiều cả về hƣớng, tốc độ gió và độ cao địa thế vị. Sai lệch đáng chú ý nhất là tốc độ gió tháng 7, trong hai thí nghiệm tốc độ gió lớn hơn đáng kể so với số liệu NNRP2 ở phía Nam miền phân tích (Hình 3.14-Hình 3.17).
Hình 3.14. Trường gió và độ cao địa thế vị trung bình tháng 1 mực 500mb thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a), thí nghiệm M2 (b)
và NNRP2 (c)
a b c
48
Hình 3.15. Trường gió và độ cao địa thế vị trung bình tháng 7 mực 500mb thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a), thí nghiệm M2 (b)
và NNRP2 (c)
Hình 3.16. Trường gió và độ cao địa thế vị trung bình tháng 1 mực 500mb thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a), thí nghiệm M2 (b)
và NNRP2 (c)
Hình 3.17. Trường gió và độ cao địa thế vị trung bình tháng 7 mực 500mb thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 (a), thí nghiệm M2 (b)
và NNRP2 (c)
Kết quả tính profile đối với độ cao địa thế vị, tốc độ gió vĩ hƣớng và kinh hƣớng các tháng 1, 4, 7, 10 giai đoạn 1997-1999 mô phỏng bằng mô hình
a b c
a b c
49
RegCM_CAM trong thí nghiệm M1 và M2 đƣợc trình bày trên Hình 3.24-3.26. Giá trị đƣợc lấy trung bình cho miền từ 8oN đến 24oN và 102oE đến 110o
E. Về cơ bản, sự khác biệt về độ cao địa thế vị giữa các thí nghiệm là không đáng kể. Các mô phỏng trong thí nghiệm M1 và M2 có sự tƣơng đồng tốt về hƣớng gió ở các mực. Sai lệch xuất hiện ở các mực trên 400mb và vào các tháng 7 và 10 đối với gió vĩ hƣớng (u) và tháng 4, tháng 7 đối với gió kinh hƣớng (v) (Hình 3.18- 3.19).
Hình 3.18. Profile thẳng đứng độ cao địa thế vị trung bình tháng 1 (a), 4 (b), 7 (c) và 10 (d) (mgh) thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM
Thí nghiệm M1 Thí nghiệm M2
Hình 3.19. Profile thẳng đứng trung bình gió vĩ hướng (u) (m/s) tháng 1 (a), 4 (b), 7 (c) và 10 (d) thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM
Thí nghiệm M1 Thí nghiệm M2
Hình 3.20. Profile thẳng đứng trung bình gió kinh hướng (v) (m/s) tháng 1 (a), 4 (b), 7 (c) và 10 (d) thời kỳ 1997-1999 mô phỏng bằng RegCM_CAM
Thí nghiệm M1 Thí nghiệm M2
a b c d
a b c d
50
Từ các phân tích trên cho thấy, RegCM_CAM cho các kết quả mô phỏng trƣờng gió và độ cao địa thế vị mực 850mb, 500mb và 200mb khá tƣơng đồng với số liệu NNRP2. Chênh lệch giữa các mô phỏng bằng RegCM_CAM trong hai thí nghiệm M1 và M2 là không nhiều. Các mực trên cao, mô hình RegCM_CAM mô phỏng trƣờng gió và độ cao địa thế vị tƣơng đồng hơn với số liệu NNRP2. Sai số về độ cao địa thế vị và trƣờng gió trong các mô phỏng xảy ra đáng kể nhất ở phía Bắc miền phân tích, chủ yếu xuất hiện vào tháng 1, 4, 7.
3.2.2. Đánh giá kết quả mô phỏng nhiệt độ
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.