Luận văn Dự tính một số đặc trưng gió mùa mùa hè của mô hình precis

mối quan hệ giữa trường gió trên các mực thấp của tầng đối lưu với lượng mưa trung bình khu vực Nam Bộ trong những tháng GMMH, Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Thị Hiền Thuận [9] đã đề xuất chỉ số hoàn lưu (CSHL) dựa trên thành phần U850 hPa để nghiên cứu tính biến động của GMMH ở khu vực này và mối quan hệ giữa gió mùa và ENSO. Bộ số liệu tác giả sử dụng là số liệu tháng có độ phân giải 2,5o x 2,5o bao gồm: Số liệu mưa CMAP và số liệu gió mực 1000 hPa, 850 hPa của NCEP/NCAR. Kết quả cho thấy: CSHL đã đánh giá được hoạt động của GMMH trên các khu vực này và xác định 21 được mối quan hệ giữa gió mùa và ENSO. Trong những năm gió mùa yếu thường trùng với thời kỳ El Nino, còn những năm gió mùa mạnh trùng với năm La Nina hoặc trung tính; không có năm El Nino nào có gió mùa mạnh. Trần Việt Liễn (2008) [4] đã chỉ ra được GMMH trên khu vực nước ta bắt đầu trung bình vào hậu 28 (16 – 20/V) và kết thúc khoảng hậu 58 (13 – 17/X) hàng năm. Thông qua việc tính toán hệ số tương quan giữa các CSGM và số liệu mưa của 175 trạm của cả nước, tác giả bước đầu xem xét được các CSGM có quan hệ tốt với diễn biến của khí hậu Việt Nam, đặc biệt là mưa nhằm phục vụ yêu cầu nghiên cứu dự báo gió mùa. Bộ số liệu được tác giả sử dụng trong nghiên cứu để tính các CSGM là bộ số liệu của NCEP/NCAR (1961 – 2000) bao gồm các trường: gió mực 850 hPa, 200 hPa và OLR. Các kết quả tính toán của tác giả cũng cho thấy: Các CSGM chỉ dựa vào gió vĩ hướng một khu vực của mặt 850 mb có khả năng phản ánh sát hơn diễn biến và ảnh hưởng của gió mùa trên các khu vực nhỏ, có cơ chế tác động phức tạp. Phạm Xuân Thành và ccs. (2010) [11] đã tiến hành nghiên cứu: “Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực miền Nam Việt Nam và đánh giá khả năng dự báo của nó trong quá khứ” trong giai đoạn 1979 – 2004. Bộ số liệu tác giả sử dụng là số liệu lượng mưa ngày tại 6 trạm quan trắc: Bảo Lộc, Tây Ninh, Tân Sơn Nhất, Cần Thơ, Rạch Giá, Cà Mau; OLR của NOAA; và bộ số liệu của NCEP/DOE II (Department of Energy Reanalysis 2) bao gồm các trường: Gió mực 1000 hPa, năng lượng tĩnh ẩm, áp suất mực biển trung bình. Độ phân giải của các bộ số liệu là 2,5o x 2,5o. Để xác định được ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ tác giả đã tính trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày trung bình trên khu vực này và theo tác giả ngày bắt đầu GMMH (sau khi đã tính trung bình trượt) là ngày: Lượng mưa lớn hơn 5 mm/ngày; gió vĩ hướng ngày mực 1000 hPa lớn hơn 0,5 m/s; cả hai điều kiện gió và mưa đều phải thỏa mãn 5 ngày liên tiếp. Với số liệu và phương pháp trên tác giả đã chỉ ra được: Ngày bắt đầu GMMH ở miền Nam Việt Nam dao động trong khoảng từ cuối tháng IV đến đầu tháng VI và tính trung bình là xảy ra vào ngày 12/V với độ lệch tiêu chuẩn là 11,6 ngày. Ngày bắt đầu GMMH được đặc trưng bởi sự chuyển từ 22 gió đông sang gió tây của thành phần gió vĩ hướng mực 1000 hPa kết hợp với phần mở rộng về phía bắc của ổ đối lưu sâu từ Sumatra. Kết quả cũng cho thấy: Ngày bắt đầu GMMH có quan hệ chặt chẽ với sự phát triển của các điều kiện khí quyển. Mặc dù đạt được những kết quả nhất định nhưng tác giả vẫn chưa đánh giá đến hệ quả mưa mùa hè của GMMH trên khu vực Nam Bộ trong nghiên cứu này. Trần Quang Đức (2011) [1] đã sử dụng số liệu U850 hPa của NCAR/NCEP để nghiên cứu một số đặc trưng GMMH cơ bản trên khu vực Việt Nam trong thời kỳ 1950 – 2010. Kết quả cho thấy: Ngày bắt đầu và kết thúc GMMH càng ngày càng dịch chuyển về đầu năm, với mức trung bình khoảng hơn 5 ngày đối với ngày bắt đầu và hơn 3 ngày đối với kết thúc trong 50 năm; số nhịp gió mùa tăng lên và cường độ gió mùa giảm đi trong 50 năm qua. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về cơ chế nhiệt động lực của quá trình bùng nổ GMMH chưa nhiều. Nghiên cứu bước đầu được thực hiện bởi tác giả Nguyễn Minh Trường và ccs. (2012) [15] trong việc sử dụng mô hình RAMS để mô phỏng sự phát triển của hoàn lưu khí quyển quy mô lớn thời kì bùng nổ GMMH khu vực Nam Bộ nhằm xác định những đặc trưng cơ bản và cơ chế nhiệt động lực của quá trình bùng nổ gió mùa. Tác giả đã chỉ ra được khu vực Nam Bộ là một trong những vùng hình thành GMMH sớm đầu tiên của Châu Á, sự hình thành này diễn ra cùng thời điểm với vịnh Bengal và Biển Đông. Sự bùng nổ GMMH trên khu vực Nam Bộ thường gắn liền với sự hình thành của xoáy kép mực thấp tại Sri Lanka và sự tăng cường của gió tây nhiệt đới khu vực biển xích đạo phía nam vịnh Bengal. Tác giả cũng thử nghiệm đưa ra 3 chỉ số: Chỉ số gió tây, chỉ số mưa và chỉ số gradient nhiệt độ trong việc xác định thời điểm bùng nổ GMMH trên khu vực Nam Bộ. Kết quả cho thấy: Các chỉ số này đều cho thời điểm bùng nổ GMMH tương đối gần nhau, nhưng chỉ số gió tây là chỉ số tối ưu nhất vừa phản ánh được đặc trưng của hoàn lưu quy mô lớn, vừa có tương quan rất tốt với trường mưa. Trong nghiên cứu gần đây nhất: “Dự tính khí hậu độ phân giải cao cho Việt Nam”, Nguyễn Kim Chi và ccs. (2014) [20] đã sử dụng số liệu lượng mưa ngày tại 23 các trạm quan trắc và U850 hPa của NCEP R-2 để xác định ngày bắt đầu GMMH trên các khu vực Việt Nam trong giai đoạn 1980 – 2000. Tác giả đã tính toán trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày và gió vĩ hướng ngày mực 850 hPa trung bình trên các khu vực Việt Nam và theo tác giả ngày bắt đầu GMMH là ngày thỏa mãn ba chỉ tiêu sau: (1) lượng mưa trung bình trượt 5 ngày lớn hơn ngưỡng phân vị thứ 50; (2) trung bình trượt 5 ngày của U850 hPa trở thành gió tây; (3) cả (1) và (2) phải kéo dài ít nhất 5 ngày liên tiếp. Ngoài ra, tác giả cũng đã sử dụng chỉ tiêu trên trong các mô hình CCAM (Conformal Cubic Atmospheric Model) để mô phỏng ngày bắt đầu GMMH trên các khu vực Việt Nam. Kết quả phân tích đã chỉ ra được ngày bắt đầu GMMH theo quan trắc và mô phỏng của các mô hình CCAM trên 7 vùng khí hậu Việt Nam. Đối với khu vực Nam Bộ, tác giả chỉ ra rằng: Ngày bắt đầu GMMH theo quan trắc là ngày 20/V với độ lệch chuẩn 13,6 ngày và ngày bắt đầu GMMH tổ hợp của các mô hình CCAM là ngày 27/V với độ lệch chuẩn 27,6 ngày. 1.3. Tổng quan các CSGM Có ba loại CSGM cơ bản là chỉ số hoàn lưu, chỉ số mưa và chỉ số đối lưu [4]. - Chỉ số hoàn lưu là chỉ số được xây dựng dựa trên trường gió - Chỉ số mưa là chỉ số được xây dựng dựa trên lượng mưa trung bình nhiều năm - Chỉ số đối lưu là chỉ số được xây dựng dựa trên bức xạ sóng dài đi ra Hầu hết các nghiên cứu đều sử dụng ba loại chỉ số này. Tuy nhiên, một số nghiên cứu sử dụng kết hợp giữa trường gió và trường mưa [20, 40]; một số nghiên cứu khác lại sử dụng trường gió kết hợp với bức xạ sóng dài để làm chỉ tiêu [24] Bảng 1.1 tóm tắt các CSGM thường được sử dụng trong nghiên cứu về GMMH Châu Á: 24 Bảng 1.1. Bảng tổng hợp các CSGM đã được sử dụng trong các nghiên cứu hệ thống gió mùa Châu Á [4, 23] Tên chỉ số Dạng chỉ số Miền áp dụng Xác định Tác giả AIMR Mưa Ấn Độ Lượng mưa toàn Ấn Độ Parthasarathy (1992) WYI Hoàn lưu vĩ hướng Nhiệt đới Châu Á U850-U200 (0-20 o N, 40-110 o E) Weber và Yang (1992) DU2 (SEAMI) Hoàn lưu vĩ hướng Đông Nam Á U850(5-15 o N, 90-130 o E)- U850(22.5-32.5 o N,110- 140 o E) Wang và Fan (1999) RM1 Hoàn lưu kinh hướng Nam Á (V850 – V200) (10 o – 30oN, 70 – 110oE) Lau và ccs. (2000) RM2 (EAMI) Hoàn lưu vĩ hướng Đông Á U200(40-50 o N,110-150 o E)- U200(25-35 o N, 110-150 o E) Lau và ccs. (2000) IMI Hoàn lưu vĩ hướng Nam Á U850(5-15 o N, 40-80 o E)- U850(20-30 o N, 60-90 o E) Wang và ccs. (2001) WNPMI Hoàn lưu vĩ hướng Tây Bắc TBD U850(5-15 o N, 100-130 o E)- U850(20-30 o N, 110-140 o E) Wang và ccs. (2001) AUSMI Hoàn lưu vĩ hướng Australia U850(0-10 o S,120-150 o E) McBride và ccs. (1995) SCSSM Hoàn lưu vĩ hướng Biển Đông U850(5-15 o N,105-120 o E) Wang và ccs. (2004) EASMI Hoàn lưu vĩ hướng Mùa hè Đông Á U850(10-20 o N,100-150 o E)- U850(25-35 o N, 100-150 o E) Zhang và Tao (1998) SSI Hoàn lưu kinh hướng Ấn Độ Dương V850(15-30 o N,85-100 o E) + Wang và Fan (1999) 25 V850(0-15 o S,40-55 o E) MHI (HSACE LL) Hoàn lưu kinh hướng Nam Á (Harley cell) V850-V200 (10-30 o N, 70-110 o E) Goswami và ccs. (1999) CI1 Đối lưu Bengal OLR(10-25 o N, 70-100 o E) Wang và Fan (1999) CI2 Đối lưu Philippin OLR(10-20 o N,115-140 o E) Wang và Fan (1999) U850, V850, U200, V200 là thành phần gió vĩ hướng và kinh hướng của vectơ gió; OLR là phát xạ sóng dài đo từ ngoài khí quyển Ưu điểm, nhược điểm của một số CSGM Wang và Fan (1999) [35] cho rằng: Mặc dù chỉ số AIMR là chỉ số tốt thể hiện cường độ mạnh/yếu của lượng mưa gió mùa trên khu vực Ấn Độ, nhưng nó chưa thật sự đại diện cho hoàn lưu gió mùa quy mô lớn trên khu vực Nam Á. Với sự đề xuất chỉ số SCSSMI cho khu vực Biển Đông, Liang và ccs. (1999) [24] đã chỉ ra được chỉ số này không chỉ mô tả được sự thiết lập đột ngột của GMTN ở khu vực Biển Đông mà còn mô tả được sự bắt đầu của mùa mưa ở vùng bắc và trung Biển Đông. Chỉ số gió vĩ hướng ở mực 850 hPa đại diện rất tốt cho thành phần chi phối của GMMH Đông Á. Goswami và Wang (2000) [16] chỉ ra được Chỉ số WYI là một chỉ số hữu ích đại diện cho sự biến động của trung tâm tác động phần phía tây của gió mùa Nam Á và sự biến động đối lưu của vùng gió mùa Nam Á, bao gồm cả các trung tâm đối lưu nằm trong vịnh Bengal và vùng lân cận Philippin; và nó có ý nghĩa trong việc đánh giá mức độ mạnh/yếu của GMMH Nam Á quy mô lớn. Tuy nhiên, nhược điểm của WYI là nó chỉ phản ánh được hoàn lưu quy mô lớn mà không có khả năng phản ánh được các đặc điểm quy mô khu vực. Ngoài ra Lau và ccs. (2000) [22] cũng chỉ ra rằng, chỉ số WYI chỉ có hệ số tương quan rất nhỏ với chỉ số AIMR. 26 Wang và ccs. (2001) [36] đã đề xuất chỉ số gió mùa Ấn Độ (IMI) và chỉ số GMMH Tây Bắc Thái Bình Dương (WNPMI) dựa trên thành phần gió vĩ hướng ở mực 850 hPa để nghiên cứu sự biến động của của GMMH ở hai khu vực này. Kết quả nghiên cứu cho thấy: WNPMI cũng phản ánh được sự biến động của GMMH Đông Á. Chỉ số IMI không chỉ là chỉ số đại diện tốt cho chuẩn sai lượng mưa trên khu vực rộng bao gồm: Vịnh Bengal, Ấn Độ và phía đông biển Ả Rập mà nó còn có quan hệ chặt chẽ với lượng mưa mùa hè toàn Ấn Độ. Wang và ccs. (2008) [37] đã chỉ ra rằng: Chỉ số DU2 là chỉ số có quan hệ tốt nhất với thành phần GMMH Đông Á và là một chỉ số tiềm năng trong việc đánh giá sự biến động của hệ thống gió mùa này. Ngoài ra, các tác giả còn chỉ ra rằng: Chỉ số DU2 không chỉ là chỉ số tốt đại diện cho các thành phần chính của sự biến động lượng mưa vùng nhiệt đới, ngoại nhiệt đới và cận nhiệt đới mà còn là chỉ rất tốt đại diện cho sự biến động gió mùa mực thấp. Như vậy, việc sử dụng chỉ số mưa, hay chỉ số hoàn lưu hay đối lưu thì mỗi chỉ số đều có ưu điểm riêng. Một số chỉ số còn chứa đựng các nhược điểm. Xuất phát từ các mục đích nghiên cứu cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa chọn các chỉ số cũng như đề xuất các chỉ số phù hợp cho bài toán của mình. Từ phần tổng quan trên, luận văn có một số nhận xét sau đây: GMMH có ảnh hưởng đáng kể đến điều kiện thời tiết và khí hậu Việt Nam, đặc biệt là khu vực Nam Bộ và Tây Nguyên. Có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới thực hiện nghiên cứu về dự tính các đặc trưng GMMH, đặc biệt là dự tính ngày bắt đầu GMMH trong tương lai dựa trên các phương pháp khoa học khác nhau, tuy nhiên các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào đánh giá diễn biến của GMMH, ít quan tâm đến dự tính khả năng biến đổi do tác động của biến đổi khí hậu. Do vậy, luận văn đã đề xuất tên đề tài: “Nghiên cứu dự tính một số đặc trưng gió mùa mùa hè của mô hình PRECIS” với các đặc trưng GMMH luận văn lựa chọn để nghiên cứu dự tính mà các công trình trên thế giới thường xem xét là: Hoàn lưu gió mực 850 hPa, lượng mưa trong thời kỳ hoạt động của GMMH, và ngày bắt đầu 27 GMMH. Ở hai đặc trưng đầu, luận văn xem xét cho cả Việt Nam, trong đó chú trọng cho Tây Nguyên và Nam Bộ. Đối với ngày bắt đầu GMMH: Trong khuôn khổ nghiên cứu, luận văn chỉ thử nghiệm dự tính cho Nam Bộ vì khu vực này cùng với Tây Nguyên là nơi GMMH bắt đầu sớm nhất trên lãnh thổ Việt Nam. Đến nay, đã có nhiều công trình trong nước nghiên cứu về ngày bắt đầu GMMH trên khu vực này nhưng hầu như các nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc đánh giá dựa trên chuỗi số liệu quá khứ. 28 Hình 2.1. Miền tính cho khu vực Đông Nam Á Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1. Mô hình PRECIS PRECIS là mô hình khí hậu động lực khu vực. Mô hình được xây dựng bởi Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu Toàn cầu Hadley và được chạy trên máy tính cá nhân nhằm phục vụ việc xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nhỏ. Tiền thân của mô hình PRECIS là mô hình HadRM3P [19]. Trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu với Trung tâm nghiên cứu khí tượng Hadley, 5 phương án mô phỏng khí hậu thời kỳ dài 1950 – 2099 của mô hình PRECIS cho khu vực Đông Nam Á chạy với 5 điều kiện biên và ban đầu khác nhau từ 5 thành phần khí quyển của mô hình khí hậu toàn cầu HadCM3 (HadCM3Q0, HadCM3Q3, HadCM3Q10, HadCM3Q11, HadCM3Q13) đã được lựa chọn và thực hiện [25, 28]. Trong đó, HadCM3Q0: Là thành phần gốc của mô hình HadCM3, cũng là mô hình hoàn lưu chung kết hợp đại dương khí quyển thế hệ thứ ba của trung tâm Hadley được chạy với kịch bản phát thải trung bình A1B; các thành phần khác dựa trên mô hình gốc HadCM3Q0 và là kết quả tính toán theo các sơ đồ vật lý khác nhau [38]. HadCM3Q3: Là phương án 29 tăng nhiệt độ ít (trong các thành phần tổ hợp); HadCM3Q10: Là phương án khô nhất cho cả khu vực trong tương lai; HadCM3Q11: Là phương án ẩm ướt nhất cho cả khu vực Việt Nam trong tương lai; HadCM3Q13: Là phương án tăng nhiệt độ lớn nhất trong tương lai. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn, luận văn kế thừa kết quả chuỗi số liệu mô phỏng khí hậu thời kỳ dài đã có giữa viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu với Trung tâm khí tượng Hadley theo phương án mô hình chạy với điều kiện biên và ban đầu là thành phần HadCM3Q0 để tính toán và phân tích cho khu vực Việt Nam. Miền tính của mô hình PRECIS được thiết kế cho khu vực Đông Nam Á khoảng 91,5oE – 135oE, 13oS – 30oN (Hình 2.1). Độ phân giải ngang của mô hình trong nghiên cứu này là 0,22o x 0,22o. Số liệu của mô hình sử dụng trong nghiên cứu là số liệu ngày. Định dạng file số liệu đầu ra của mô hình có dạng *.PP. Tất cả các file số liệu này đã được chuyển về định dạng file NetCDF. 2.2. Phương pháp 2.2.1. Lựa chọn thời kỳ và mùa GMMH nghiên cứu a. Lựa chọn thời kỳ nghiên cứu Dựa trên bản báo cáo đánh giá lần thứ 5 của IPCC [18], luận văn lựa chọn các giai đoạn thời kỳ chuẩn, giữa thế kỷ, và cuối thế kỷ tương ứng là: 1986 – 2005, 2046 – 2065, 2080 – 2099 và cho cả thời kỳ là 2020 – 2099. 30 Hình 2.2. Phân bố mưa (mm/ngày) và gió (m/s) tương ứng theo số liệu APHRODITE và CFSR thời kỳ 1986 – 2005 31 b. Lựa chọn mùa GMMH nghiên cứu Dựa trên nghiên cứu của Phạm Ngọc Toàn và Phan Tất Đắc (1993) [14], Nguyễn Trọng Hiệu và ccs. (2012) [2] trong việc phân chia các thời kỳ bắt đầu, phát triển, và suy thoái của GMMH, luận văn đã lựa chọn mùa GMMH để tính toán, phân tích trong luận văn là tháng V – IX. Để thấy rõ hơn mùa GMMH mà luận văn lựa chọn, luận văn đã biểu diễn phân bố mưa và gió theo số liệu APHRODITE và CFSR thời kỳ 1986 – 2005 trong khoảng thời gian từ tháng III – XI (Hình 2.2). 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu Trong nghiên cứu này, phương pháp thống kê khí hậu được sử dụng để tính toán một số đặc trưng thống kê. Bộ số liệu mưa APHRODITE, gió CFSR, và số liệu mưa quan trắc được sử dụng để đánh giá khả năng mô phỏng khí hậu của mô hình. - Để đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình PRECIS trong thời kỳ 1986 – 2005, số liệu mưa mô hình PRECIS được nội suy về độ phân giải 0,25o x 0,25o (APHRODITE) và số liệu thành phần gió vĩ hướng và kinh hướng mực 850 hPa (U850, V850) của mô hình được nội suy về độ phân giải 0,5o x 0,5o (CFSR). + Sai số lượng mưa mô phỏng của mô hình so với thực tế: Prias (%) .100ecis APHRODITERain APHRODITE Rain Rain B Rain   (1.1) + Sai số mô phỏng gió mực 850 hPa của mô hình PRECIS so với số liệu CFSR: Giả sử: ( , )cfsr cfsr cfsrV u v , ( , )precis precis precisV u v Khi đó, sai số mô phỏng hướng gió mực 850 hPa của mô hình so với số liệu CFSR là: ( , )precis cfsr precis cfsr precis cfsrV V u u v v    Sai số về độ lớn vector gió mực 850 hPa mô phỏng của mô hình so với số liệu CFSR là: 22 2 2 precis cfsr precis precis cfsr cfsrV V V u v u v       (1.2) 32 - Dự tính sự biến đổi của lượng mưa và gió mực 850 hPa trong thế kỷ 21 + Đối với lượng mưa, luận văn đã tính toán sự biến đổi của lượng mưa trong tháng chính hè (VII), trong mùa hoạt động chính của GMMH (V-IX), và sự biến đổi của lượng mưa theo thời gian của thế kỷ 21 so với thời kỳ 1986 – 2005: Pr ( ) Pr (1986 2005) ( ) (1986 2005) (%) .100 ecis future ecis Rain future precis Rain Rain Change Rain     (1.3) + Sự biến đổi gió mực 850 hPa vào giữa thế kỷ và cuối thế kỷ 21: Giả sử các vector gió mực 850 hPa mô phỏng của mô hình trong thời kỳ 1986 – 2005 và trong thế kỷ 21 tương ứng là: 1 1 1( , )V u v , 2 2 2( , )V u v Khi đó biến đổi hướng gió trong tương lai so với thời kỳ quá khứ là: 2 1 2 1 2 1( , )V V u u v v    (1.4) Đối với tốc độ gió, luận văn đã xem xét sự biến đổi của thành phần U850 hPa, sự biến đổi tốc độ gió trong mùa hoạt động chính của GMMH (V-IX) và trong tháng VII; và xem xét sự biến đổi của tốc độ gió trong từng mốc thời gian của thế kỷ 21 so với thời kỳ chuẩn (1986-2005) theo công thức: 2 2 2 2 2 1 2 2 1 1V V u v u v     (1.5) + Riêng đối với việc xem xét sự biến đổi thời gian của lượng mưa và gió mực 850 hPa trong thời kỳ 2020 - 2099 so với thời kỳ 1986 – 2005: Kế thừa phương pháp nghiên cứu của Sun và Ding (2010) [31], luận văn đã làm trơn chuỗi số liệu 2020 – 2099 bằng cách lấy trung bình trượt 9 năm liên tiếp nhằm loại bỏ các dao động có quy mô dưới thập kỷ và để thấy rõ xu thế biến đổi của nó trong thời kỳ này. Chuỗi số liệu sau khi được làm trơn là chuỗi 2020 – 2091, mỗi mốc thời gian trong chuỗi này đại diện cho khoảng thời gian 9 năm (ví dụ: Giá trị năm 2091 là giá trị trung bình 9 năm từ năm 2091 đến 2099 và là giá trị tiêu biểu cho khoảng thời gian này). 33 Sau đó, luận văn tính toán sự biến đổi tại mỗi mốc thời gian của lượng mưa và gió mực 850 hPa trong thế kỷ 21 đối với chuỗi sau khi được làm trơn so với thời kỳ 1986 – 2005 theo phương pháp đã nêu ở trên. Đối với lượng mưa, luận văn chỉ xem xét chuỗi biến đổi theo thời gian trong thế kỷ 21 so với thời kỳ 1986 – 2005 trên các khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ. Để tính toán diễn biến thời gian sự biến đổi của lượng mưa trong thời kỳ 2020 – 2099 so với thời kỳ quá khứ trên hai khu vực này, luận văn đã trích số liệu tại các điểm lưới của mô hình tương ứng với các vị trí trạm quan trắc khí tượng đại diện trên hai khu vực. - Đối với ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Khó để phân biệt ngày kết thúc GMMH và ngày bắt đầu gió mùa mùa đông [43] nên trong nghiên cứa này luận văn chỉ thử nghiệm tính toán dự tính ngày bắt đầu GMMM trên khu vực Nam Bộ. Dựa trên các phương pháp nghiên cứu của Zhang và ccs. (2002), Phạm Xuân Thành (2010), và đặc biệt là nghiên cứu của tác giả Nguyễn Kim Chi và ccs (2014) [42, 11, 20], luận văn đã sử dụng lượng mưa ngày tại 6 trạm quan trắc và gió vĩ hướng ngày mực 850 hPa (CFSR) trung bình khu vực Nam Bộ (9 – 12,5oN, 104 – 110oE) để xác định ngày bắt đầu GMMH theo quan trắc trên khu vực này. Bên cạnh đó, luận văn cũng tham khảo thêm nghiên cứu của Qian và Lee (2000) [27], Nguyễn Thị Hiền Thuận (2006) [13]. Ngày bắt đầu GMMH là ngày thỏa mãn 3 chỉ tiêu: (1) Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày trung bình khu vực Nam Bộ > 5 mm/ngày (2) Trung bình trượt 5 ngày của gió vĩ hướng ngày mực 850 hPa trung bình khu vực Nam Bộ chuyển từ gió đông sang gió tây (3) Cả (1) và (2) đều phải kéo dài ít nhất 5 ngày liên tiếp. 34 Hình 2.3. Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa quan trắc (mm/ngày) và U850 hPa (m/s) của CFSR trung bình khu vực Nam Bộ Độ lệch chuẩn của ngày bắt đầu GMMH trong từng thời kỳ được tính theo công thức: x xD  , 21 ( ) n x i t i D x x n    , trong đó: x - là độ lệch chuẩn của ngày bắt đầu gió mùa; xD - Là phương sai; n: Là tổng số năm, ix : Là ngày bắt đầu gió mùa của năm i, x : Là giá trị trung bình của ngày bắt đầu gió mùa trong cả thời kỳ chứa n năm. Đại lượng độ lệch chuẩn này cho biết mức độ dao động của ngày bắt đầu gió mùa xung quanh trạng thái trung bình. Sau khi sử dụng chỉ tiêu trên để xác định ngày bắt đầu GMMH thực tế trên khu vực Nam Bộ trong thời kỳ 1986 – 2005, luận văn đã tính toán ngày bắt đầu GMMH mô phỏng của mô hình PRECIS theo 3 CSGM khác nhau: Chỉ số dựa trên sự kết hợp giữa mưa và U850 hPa, chỉ số dựa vào U850 hPa, và chỉ số dựa vào mưa. Chỉ tiêu xác định ngày bắt đầu GMMH theo 3 CSGM của mô hình PRECIS như sau:  CSGM dựa trên sự kết hợp giữa mưa và U50 hPa của mô hình PRECIS: chỉ tiêu xác định giống với quan trắc  CSGM dựa trên thành phần U850 hPa của mô hình PRECIS: -15 -10 -5 0 5 10 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Ja n Ja n F eb F eb M ar M ar A p r A p r M ay M ay Ju n Ju n Ju l Ju l A u g A u g A u g S ep S ep O ct O ct N o v N o v D ec D ec U 8 5 0 ( m /s ) R a in ( m m /d a y ) Rain U850 hPa 35 Trung bình trượt 5 ngày của gió vĩ hướng ngày mực 850 hPa trung bình khu vực Nam Bộ chuyển từ gió đông sang gió tây và phải kéo dài ít nhất 5 ngày liên tiếp.  CSGM dựa trên lượng mưa ngày của mô hình PRECIS: Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày trung bình khu vực Nam Bộ > 5 mm/ngày và phải kéo dài ít nhất 5 ngày liên tiếp. + Sự biến đổi của ngày bắt đầu GMMH trong thế kỷ 21 trên khu vực Nam Bộ được tính toán: ons 1986 2005( ) ( )et futureChange onset PRECIS onset PRECIS  (1.6) Số liệu mưa để tính toán ngày bắt đầu GMMH mô phỏng của mô hình theo hai chỉ số: Chỉ số dựa trên sự kết hợp giữa mưa và U850 hPa, và chỉ số mưa là số liệu ngày được trích tại các điểm lưới của mô hình tương ứng với vị trí 6 trạm quan trắc khí tượng đại diện cho khu vực Nam Bộ được lựa chọn. 2.3. Bộ số liệu sử dụng a. Bộ số liệu mưa APHRODITE Trong luận văn này, bộ số liệu mưa ngày APHRO_V1101 [39] có độ phân giải 0,25o x 0,25o được sử dụng để đánh giá khả năng mô phỏng mưa của mô hình PRECIS trên khu vực Việt Nam với độ dài chuỗi số liệu được sử dụng là: 1986 – 2005. So với bộ số liệu APHRO_V1003R1, phiên bản V1101 đã có các cải tiến hơn trong phương pháp kiểm định chất lượng và có các cải thiện sau [44]: 1) Khu vực Trung Đông được thay đổi, bao gồm Ả Rập Saudi và giảm khu vực Châu Phi 2) Số liệu đầu vào hoặc các cập nhật số liệu gián tiếp đã được thu thập ở Belarus, Bhutan, Ả Rập Saudi, Đài Loan, và Thái Lan. 36 b. Bộ số liệu tái phân tích CFSR Bộ số liệu CFSR [29] là bộ số liệu dựa trên các quan trắc vệ tinh, có độ phân giải cao: 0,5o x 0,5o, được đóng góp bởi NCDC và NCAR. Bộ số liệu này phục vụ cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau, bao gồm cung cấp cơ sở cho hầu hết các sản phẩm khí hậu của Trung tâm Dự báo Khí hậu NCEP, cung cấp các điều kiện ban đầu cho các dự báo thời kỳ chuẩn và cung cấp các ước tính và phân tích trạng thái khí hậu của trái đất. Hiện nay, thời kỳ có số liệu CFSR là 1979 – 2010. Trong luận văn này, bộ số liệu CFSR được sử dụng là số liệu thành phần gió vĩ hướng và kinh hướng ở mực 850 hPa, cách nhau 6h một. Định dạng của file số liệu là *.Grib2. Để tính toán, tất cả các file số liệu đã được chuyển sang file NetCDF. Độ dài chuỗi số liệu được sử dụng là 1986 - 2005. c. Số liệu quan trắc Dựa trên nghiên cứu: “Tác động của BĐKH toàn cầu đến các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam, khả năng dự báo và giải pháp chiến lược ứng phó” của tác giả Phan Văn Tân và ccs. (2010) [10], luận văn đã lựa chọn số liệu mưa tháng của 54 trạm quan trắc khí tượng đại diện cho 7 vùng khí hậu của cả nước để đánh giá khả năng mô phỏng biến trình mưa trên 7 vùng khí hậu của mô hình PRECIS. Danh sách và vị trí các trạm khí tượng lựa chọn để khai thác số liệu được thể hiện trong Bảng 2.1, Hình 2.4. 37 Bảng 2.1. Danh sách các trạm khí tượng được lựa chọn [10] TT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Đ. Cao (m) TT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Đ. Cao (m) Vùng Tây Bắc 1 Lai Châu 103.150 22.067 243.2 4 Yên Châu 104.300 21.050 59.0 2 Điện Biên 103.000 21.367 475.1 5 Mộc Châu 104.683 20.833 972.0 3 Sơn