4.1.2.1. Phỏt triển mó nguồn của RegCM3 khi sử dụng sơ đồ tham số húa đối lưu Tiedtke (1989)
RegCM3 là mụ hỡnh mó nguồn mở cú thể download miễn phớ tại website http://www.ictp.trieste.it/pubregcm/RegCM3. Để đưa sơ đồ đối lưu Tiedtke vào RegCM chỳng tụi đó sử dụng mó nguồn của sơ đồ này từ mụ hỡnh dự bỏo thời tiết HRM. Do sự khỏc nhau giữa hai mụ hỡnh RegCM3 và HRM trờn nhiều khớa cạnh, như phương thức lập trỡnh, hệ tọa độ ngang và thẳng đứng,... nờn một vấn đề hết sức quan trọng và cú ý nghĩa quyết định đến sự thành bại là sự thống nhất, đồng bộ giữa cỏc biến vào ra tương ứng của RegCM3 và sơ đồ này. Núi cỏch khỏc, cần phải biến sơ đồ Tiedtke lấy từ HRM thành một thủ tục con của RegCM3. Mặc dự mang nặng tớnh kỹ thuật lập trỡnh, song đõy quả là một vấn đề khụng đơn giản. Sau khi ghộp
được sơ đồ Tiedtke vào mụ hỡnh RegCM3, biờn dịch và chạy thử nghiệm cho 1 thỏng, chỳng tụi kiểm tra so sỏnh thứ nguyờn và giỏ trị cỏc biến tại từng bước thời gian tớch phõn cũng như cỏc kết quả mụ phỏng giữa Reg+GAB và Reg+TieB (ký hiệu của RegCM3 + Tiedtke + BATS). Kết quả kiểm tra cho thấy sơ đồ Tiedtke chạy ổn định và cho kết quả khả quan nờn chỳng tụi tiến hành chạy dự bỏo mựa 3 thỏng mựa hố cho năm 1996 và sau đú là cho 10 năm, từ 1991 đến 2000. Sau đõy là cỏc kết quả mụ phỏng của Reg+TieB.
110
4.1.2.2. Tỏc động của sơ đồ tham số húa đối lưu Tiedtke lờn kết quả mụ phỏng của RegCM3
a/ Tỏc động đến trường ỏp
Sơ đồ tham số húa đối lưu của Grell (1993) khụng hồi tiếp lại động lượng của mụi trường mà hồi tiếp giỏn tiếp thụng qua nhiệt, ẩm, ỏp, trong khi sơ đồ
Tiedtke (1989) cho phộp biến đổi trực tiếp giú ngang u và v tương tự như đối với nhiệt, ẩm. Do đú, MSLP trung bỡnh thỏng của Reg+TieB rất gần với MSLP của ERA40 (Hỡnh 4.1). Trục của rónh thấp trờn vịnh Belgan khụng quỏ lệch sang phớa
đụng bắc so với ERA40 như phiờn bản Reg+GAB (xem Hỡnh 3.16). Phõn bố khớ ỏp trờn Ấn Độ Dương và biển Đụng cũng gần với ERA40 hơn. MSLP, Reg+TieB, 6-8/91-00 Hỡnh 4.1: Tương tự Hỡnh 3.16 nhưng là phiờn bản Reg+TieB. b/ Tỏc động đến nhiệt độ
Hỡnh 4.2 biểu diễn lỏt cắt thời gian và độ cao của hiệu nhiệt độ trung bỡnh thỏng của 3 thỏng 6-8 của 10 năm 1991-00 giữa Reg+TieB so với ERA40 cho thấy từ 700mb (khoảng 3km) đến 300mb, Reg+TieB núng hơn ERA40 khoảng 0,5oC, từ
700mb xuống tới mặt đất, Reg+TieB tỏi tạo nhiệt độ rất tốt, chỉ núng hơn ERA40 một chỳt. Điều này cho thấy hồi tiếp nhiệt độ lại mụi trường của sơ đồ Tiedtke hợp
111
lý hơn so với sơ đồ Grell. Nhờ vậy, nhiệt độ bề mặt của Reg+TieB được cải thiện hơn so với Reg+GAB (Hỡnh 4.3). Khu vực cú sai số õm mạnh trong trường hợp Reg+GAB đó được thu hẹp rất nhiều.
Nhiệt độ, 6-8/91-00, Reg+TieB – ERA40
Năm Hỡnh 4.2: Tương tự Hỡnh 3.20a nhưng là phiờn bản Reg+TieB. Đơn vịđộ C. Hỡnh 4.3: Hiệu nhiệt độ tại 2m trung bỡnh 30 thỏng của Reg+TieB so với CRU. Đơn vị độ C. Màu sẫm chỉ sai số õm lớn.
112
Hỡnh 4.4: Sai số RMSE của nhiệt độ
tại 2m trung bỡnh thỏng 6-8 của 10 năm (91-00) của Reg+TieB so với CRU. Đơn vị độ C.
Cỏc chỉ sốđỏnh giỏ được trỡnh bày trong Hỡnh 4.4. Sai số (ME) nhiệt độ của Reg+Tie chỉ cũn -0,5 độ so với -1,5 độ của Reg+GAB. RMSE khoảng 2,2 độ nhưng MAE chỉ cũn 1,7 độ chứng tỏ sai số bị khuếch đại tại 1 vài điểm, ởđõy là 1 sốđiểm cú địa hỡnh nỳi cao như vựng nỳi Tõy Bắc (Việt Nam), cao nguyờn trờn biờn giới Thỏi Lan và Lào. Cỏc chỉ số Acc, HK, HSS đều tăng 1,5 – 2 lần so với Reg+GAB.
Bảng 4.1: Cỏc chỉ số đỏnh giỏ nhiệt độ trung bỡnh thỏng của Reg+TieB so với CRU tớnh trờn toàn khu vực ĐNA. Đơn vị độ C.
Trung bỡnh dự bỏo = 26.983 Fre = 0.979 Trung bỡnh quan trắc = 27.564 HSTQ = 0.613 ME = -0.581 Acc = 0.370 MAE = 1.712 HK = 0.154 RMSE = 2.210 HSS = 0.152 c/ Tỏc động đến độ ẩm Nhưđó núi ở trờn, biểu diễn chớnh xỏc độẩm là vấn đề vụ cựng quan trọng
đối với mụ hỡnh khớ hậu. Từ số liệu CRU chỳng tụi biểu diễn độ ẩm riờng trung bỡnh thỏng, trung bỡnh toàn khu vực ĐNA theo thời gian để nhận biết cỏc cực trịđộ ẩm riờng xảy ra trong cỏc năm nào. Vào thỏng 8, năm 1998 cú độẩm cao nhất trong vũng 10 năm này, những năm cú độẩm trung bỡnh là 1992, 1994, 1995, 1996, 2000,
113
những năm cú độẩm thấp là 1991, 1993, 1997, 1999. Profile độẩm riờng trung bỡnh thỏng, trung bỡnh toàn ĐNA của Reg+GAB, Reg+TieB và ERA40 trong một số
năm điển hỡnh cho thấy mụ hỡnh hầu như luụn thấp hơn ERA40 và độ lệch giữa mụ hỡnh và ERA40 cao nhất vào những năm cú độẩm cao, độ lệch khụng đỏng kể vào những năm cú độẩm thấp (Hỡnh 4.5). Đường biểu diễn độ ẩm của Reg+TieB luụn nằm giữa Reg+GAB và ERA40 chứng tỏ độ ẩm được biểu diễn tốt hơn bởi sơ đồ
Tiedtke (1989) so với sơ đồ Grell (1993). Một vớ dụ về độẩm và đường dũng mực 850mb trung bỡnh thỏng 6-8 của 10 năm từ 1991-2000 trong Hỡnh 4.6 cũng cho thấy Reg+TieB mụ phỏng ẩm và giú gần với ERA40 hơn Reg+GAB.
(a) 8/1998: ẩm nhiều (b) 8/1992: ẩm trung bỡnh (c) 8/1997: ẩm ớt
Hỡnh 4.5: Profile độ ẩm trung bỡnh thỏng 8 của cỏc năm (a) 1998 (ẩm nhiều), (b) 1992 (ẩm trung bỡnh) và (c) 1993 (ẩm ớt). Đơn vị kg/kg.
(a) ERA40, 6-8/91-00 (b) Reg+GAB, 6-8/91-00 (c) Reg+TieB, 6-8/91-00
Hỡnh 4.6: Đường dũng và độ ẩm mực 850mb trung bỡnh thỏng 6-8/91-00 của (a) ERA40, (b) Reg+GAB và (c) Reg+TieB. Đơn vị độ ẩm kg/kg.
114
Hỡnh 4.7 biểu diễn lỏt cắt thời gian - độ cao của hiệu độẩm riờng trung bỡnh thỏng của 3 thỏng 6-8 của 10 năm 1991-00 giữa Reg+TieB so với ERA40 cho thấy từ 700mb (khoảng 3km) đến 300mb, Reg+TieB cú độẩm thấp hơn ERA40 khoảng -0,5 g/kg đến -1,5 g/kg. Đối lưu vẫn cú xu thế làm khụ phần giữa tầng đối lưu nhưng độ lệch đó giảm so với Reg+GAB. Từ 700mb xuống tới mặt đất, Reg+TieB tỏi tạo độẩm rất tốt, gần như bằng ẩm của ERA40. Điều này cũng cho thấy hồi tiếp
ẩm lại mụi trường của sơđồ Tiedtke hợp lý hơn so với sơđồ Grell. Kết quả là lượng mưa của Tiedtke cũng tăng lờn, vị trớ tõm mưa phự hợp hơn nhưng diện mưa lớn hơn so với CRU được trỡnh bày trong mục tiếp theo.
Độẩm, 6-8/91-00, Reg+TieB – ERA40 Hỡnh 4.7: Tương tự Hỡnh 3.20b nhưng là phiờn bản Reg+TieB. Đơn vị g/kg. d/ Tỏc động đến lượng mưa
Sơ đồ tham số húa đối lưu của Grell (1993) chỉ biểu diễn một loại mõy đối lưu và sốđiểm mõy đối lưu rất nhiều, trong khi đú sơđồ Tiedtke chủ yếu là mõy đối lưu nụng và đối lưu mực giữa, số điểm xuất hiện đối lưu sõu ớt hơn so với sơ đồ
Grell. Trong sơ đồ của Tiedtke chỉ cú mõy đối lưu sõu và đối lưu mực giữa cho mưa, mõy đối lưu nụng chỉ làm biến đổi nhiệt, ẩm của mụi trường thụng qua hồi tiếp. Chớnh vỡ vậy, diện mưa đối lưu của sơ đồ Grell luụn lớn hơn sơ đồ Tiedtke, nhưng vị trớ cỏc tõm mưa của sơ đồ Tiedtke phự hợp với thực tế hơn. Thực chất, trong thực tế khụng thể phõn định mưa đối lưu và mưa quy mụ lưới từ mưa quan trắc nờn khụng thể kết luận sơ đồ nào mụ phỏng mưa đối lưu chớnh xỏc hơn. Tuy
115
nhiờn, cú thể thấy sự phự hợp về diện mưa đối lưu của Tiedtke so với mưa tổng cộng của CRU như trong vớ dụ nờu ra trong Hỡnh 4.8.
Hỡnh 4.8: Lượng mưa ngày tổng cộng trung bỡnh thỏng 6/1996 của (a) CRU và lượng mưa đối lưu của (b) Reg+GAB và (c) Reg+TieB. Đơn vị mm/ngày.
(a) CRU, 8/97: mưa ớt (b) Reg+GAB (c) Reg+TieB
Hỡnh 4.9: Lượng mưa trung bỡnh thỏng 8/1997 (năm ớt mưa) của (a) CRU, (b) Reg+GAB và (c) Reg+TieB. Đơn vị mm/ngày.
(a) CRU, 8/98: mưa nhiều (b) Reg+GAB (c) Reg+TieB
Hỡnh 4.10: Lượng mưa trung bỡnh thỏng 8/1998 (năm mưa nhiều) của (a) CRU, (b) Reg+GAB và (c) Reg+TieB. Đơn vị mm/ngày.
116
Tương tự như trường hợp độẩm ở trờn, chỳng tụi biểu diễn lượng mưa trung bỡnh thỏng, trung bỡnh toàn khu vực ĐNA của cỏc thỏng mựa hố từ 1991-2000 để
xem cỏc cực trị lượng mưa xuất hiện vào những năm nào. Qua đú ta thấy vào thỏng 8, những năm cú lượng mưa lớn là 1991, 1994, 1995, 1996, 1998, những năm cú lượng mưa trung bỡnh là 1999, 2000 và những năm mưa ớt là 1992, 1993, 1997. Sau
đú xem xột lượng mưa trung bỡnh thỏng trong một vài năm cực trị để thấy tỏc động của sơ đồ Tiedtke lờn lượng mưa của RegCM3 (Hỡnh 4.9 và Hỡnh 4.10). Hỡnh 4.9 biểu diễn lượng mưa trung bỡnh thỏng 8/1997, được xem là năm cú lượng mưa toàn khu vực ĐNA thấp và Hỡnh 4.10 biểu diễn lượng mưa trung bỡnh thỏng 8/1998 là năm mưa nhiều. Trong cả 2 trường hợp đều thấy Reg+GAB tỏi tạo được tõm mưa ở
phớa nam Campuchia nhưng mụ phỏng khụng chớnh xỏc tõm mưa ở vịnh Belgan, lượng mưa thường thấp hơn CRU, đặc biệt trờn bỏn đảo Đụng Dương và trờn Việt Nam núi riờng. Reg+TieB nắm bắt được hầu hết cỏc tõm mưa chớnh, ngoại trừ tõm mưa trờn biờn giới Việt-Lào, ở đõy lượng mưa mụ phỏng thấp hơn CRU. Diện mưa trờn vịnh Belgan của Reg+TieB cũng lấn sõu hơn về phớa đụng so với CRU và cường độ mưa cao hơn CRU.
Nhận xột
Như vậy, cỏc kết quả nghiờn cứu của luận ỏn cho thấy kết quả mụ phỏng hạn mựa đối với giú mựa mựa hố khu vực ĐNA rất nhạy với tham số húa đối lưu. Điều này phự hợp với cỏc nghiờn cứu của cỏc tỏc giả trước đõy trờn thế giới. Sơ đồ tham số húa đối lưu Tiedtke (1989) được ghộp thờm vào RegCM3 đó chạy ổn định và cho cỏc kết quả mụ phỏng nhiệt độ rất phự hợp với thực tế so với sơ đồ tham số húa đối lưu gốc (Grell_AS) của RegCM3, nhưng lượng mưa mụ phỏng lớn hơn và diện mưa rộng hơn thực tế.
Từ kết quả của chương 3, phần lựa chọn sơ đồ thụng lượng đại dương – khớ quyển, sơ đồ Zeng cú xu thế tỏi tạo lượng mưa và nhiệt độ bề mặt thấp hơn sơ đồ
BATS. Trong khi đú sơ đồ Tiedtke ởđõy thường mụ phỏng lượng mưa và diện mưa lớn hơn thực tế. Do đú, chỳng tụi chạy RegCM3 với sơ đồ tham số húa đối lưu Tiedtke (1989) và sơ đồ thụng lượng đại dương – khớ quyển của Zeng (1998), ký
117
hiệu là Reg+TieZ. Phiờn bản Reg+TieZ cũng được chạy mụ phỏng 10 năm (1991- 2000), cựng với phiờn bản Reg+GAB và Reg+TieB tạo thành tổ hợp 3 thành phần. Kết quả đỏnh giỏ thống kờ mụ phỏng 10 năm từ 1991-2000 của 3 phiờn bản thành phần và phiờn bản tổ hợp được trỡnh bày dưới đõy.