Luận văn Thử nghiệm kết hợp mô hình khí hậu toàn cầu cam và khu vực regcm mô phỏng các trường khí hậu khu vực Việt Nam

CSM3 [30] Mô hình CAM 3.0 có thể được mô tả bởi ba khối chính: (i) khối số liệu đầu vào, (ii) khối tính toán xử lý CAM 3.0, (iii) khối kết quả đầu ra (Hình 2.3). Hình 2.3. Sơ đồ khối cấu trúc mô hình CAM 3.0 27 Khối số liệu đầu vào gồm số liệu khí nhà kính, khối số liệu điều kiện ban đầu, số liệu ozon, được mô tả trên Bảng 2.1. Các loại số liệu điều kiện ban đầu được liệt kê trong Bảng 2.2. Bảng 2.1. Số liệu đầu vào mô hình CAM 3.0 STT Số liệu đầu vào 1 Số liệu khí nhà kính 2 Khối số liệu điều kiện ban đầu 3 Số liệu Ozon 4 Số liệu bức xạ 5 Số liệu khí Sulfat 6 Số liệu nhiệt độ mặt nước biển SST 7 Số liệu thực vật 8 Số liệu điều kiện ban đầu cho mô hình đất 9 Số liệu địa hình 10 Số liệu bề mặt độ phân giải cao Bảng 2.2. Điều kiện ban đầu của mô hình CAM 3.0 STT Loại số liệu điều kiện ban đầu 1 Nhiệt độ 2 Thành phần gió kinh/vĩ hướng 3 Độ ẩm riêng hơi nước 4 Thế vị bề mặt 5 Dấu phân biệt đất/đại dương 6 Nhiệt độ bề mặt 7 Nhiệt độ bề mặt tuyết/băng 8 Độ dầy tuyết 9 Loại đất CAM3.0 có thể chạy được với số liệu mô hình đại dương hoặc với số liệu dự báo mô hình đại dương lớp mỏng. Số liệu mô hình đại dương đơn giản là đọc và nội suy số liệu nhiệt độ bề mặt biển (SST). Chạy thành phần số liệu đại dương cần phải có bộ số liệu SST thay đổi theo thời gian. Số liệu thành phần băng biển bao gồm số liệu độ bao phủ băng tuyết. Khối tính toán xử lý CAM 3.0 gồm nhiều các chương trình con xử lý số liệu và tính toán: chương trình lập cấu hình, chương trình đọc số liệu, khối tính toán động lực, được mô tả trên Bảng 2.3. Khối số liệu đầu ra gồm gần 300 biến. Giá trị của các biến được cho tại các nút lưới với độ phân giải của lưới là 2,5 độ kinh, vĩ và 26 mực theo chiều thẳng đứng (Bảng 2.4). 28 Những file kết quả sản sinh bởi CAM 3.0 đều ở định dang NetCDF chứa đựng số liệu khí quyển tại nút lưới. CAM 3.0 cũng tạo ra một loạt các file khởi động lại gồm những thông tin cần thiết để tiếp tục chạy nối tiếp, và một loạt các file điều kiện ban đầu được tạo ra đều đặn theo chu kỳ chứa đựng giá trị tức thời đối với những trường mà cần để chạy mô hình với kiểu chạy điều kiện ban đầu. Bảng 2.3. Mô tả khối mô hình CAM 3.0 STT Khối tính toán xử lý trong CAM 3.0 1 Các chương trình lập cấu hình và thực thi 2 Chương trình đọc số liệu 3 Khối động lực 4 Mô hình số liệu đại dương 5 Mô hình đại dương lớp mỏng 6 Các sơ đồ tham số hóa vật lý 7 Chương trình so sánh kết quả 8 Mô hình cột đơn 9 Chương trình kiểm soát lưới 10 Mô hình băng biển 11 Mô hình đất 12 Chương trình kết nối các thành phần Bảng 2.4. Sản phẩm đầu ra mô hình CAM 3.0 STT Sản phẩm đầu ra mô hình 1 Áp suất bề mặt PS (Pa) 2 Áp suất mực nước biển PSL (Pa) 3 Nhiệt độ T (K) 4 Độ ẩm riêng Q (kg/kg) 5 .. (gần 300 biến) Hệ tọa độ thẳng đứng được sử dụng trong mô hình là hệ tọa độ Lai (Hybrid) (Hình 2.4). Hệ tọa độ thẳng đứng Lai được phát triển vào năm 1981 với mục đích cung cấp khung áp dụng chung cho trục tọa độ thẳng đứng, trong đó bám sát theo địa hình ở gần bề mặt Trái đất và trở thành hệ tọa độ áp suất ở những lớp trên. 29 Hình 2.4. Hệ tọa độ thẳng đứng Lai trong CAM 3.0 2.3. Mô hình RegCM RegCM (Regional Climate Model) là một mô hình khí hậu khu vực được cải tiến, phát triển qua nhiều năm và được sử dụng rộng rãi. Phiên bản đầu tiên của mô hình được phát triển vào cuối những năm 1980 (RegCM1, Dickinson và nnk, 1989; Giorgi, 1990), phiên bản thứ hai được 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 được phát triển cho mục đích mô phỏng khí hậu hạn dài, dự tính khí hậu và được 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 tương lai (Giorgi và Mearns, 1999; Giorgi và nnk, 2006). Hệ thống RegCM là một mô hình cộng đồng, được xây dựng và cải tiến bởi cộng đồng những nhà khoa học từ nhiều nước trên thế giới, bao gồm các nhà khoa học ở các nước phát triển, cũng như ở các nước đang phát triển (Pal và nnk, 2007). RegCM được thiết kế với mã nguồn mở, thân thiện với người sử dụng và có thể được áp dụng ở mọi khu vực trên thế giới. RegCM nhận được sự ủng hộ 30 của cộng đồng sử dụng mô hình khí hậu khu vực, hay RegCNET, một mạng lưới rộng rãi các nhà khoa học được 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 được cải tiến trong các nghiên cứu nâng cao và nghiên cứu ở các nước 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 được, 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 được 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 tư của mô hình gốc do Anthest và Warner (1978) xây dựng (thường gọi tắt là mô hình gốc AW). Các thành phần động lực chính trong mô hình MM4 bao gồm: hệ các phương 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 được 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 lưu 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 được 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 σ (Hình 2.5), được định nghĩa bởi ( ) /( )σ = − −t s tp p p p trong đó p là áp suất, pt là áp suất tại đỉnh mô hình, được cho bằng hằng số và ps là áp suất tại bề mặt. σ bằng 0 tại đỉnh và bằng 1 tại mặt đất, mỗi mực mô hình được xác định bởi một giá trị của σ. Độ phân giải thẳng đứng trong lớp biên tinh hơn các lớp trên; và số các mực thay đổi tùy yêu cầu người sử dụng. Trong RegCM3, lưới ngang có dạng xen kẽ - B Arakawa-Lamb đối với các biến vận tốc và các biến vô hướng (Hình 2.6). Các biến vô hướng (T, q, p,) được xác định tại trung tâm các ô lưới trong khi các thành phần tốc độ gió 31 hướng đông (u) và hướng bắc (v) được 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 được xác định tại trung tâm của mỗi lớp thẳng đứng, gọi là các mực phân. Vận tốc thẳng đứng được 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 2.4. Thiết kế các thí nghiệm ™ Lựa chọn thời kỳ thử nghiệm mô phỏng: Thời kỳ thử nghiệm mô phỏng được lựa chọn là 1997-1999, là thời kỳ hoạt động tiêu biểu của ENSO. Theo Trung tâm Dự báo Khí hậu (CPC) của NOAA, từ 5/1997-5/1998 là thời kỳ El Nino hoạt động mạnh với chỉ số SSTA tại khu vực Nino 3.4 khoảng 2,69oC vào tháng 12/1997; và thời kỳ 6/1998- 12/1999 là thời kỳ La Nina hoạt động mạnh thuộc chu kỳ La Nina từ năm 1998- 2000, với chỉ số SSTA tại khu vực Nino 3.4 đạt giá trị thấp nhất khoảng -1,78 vào 12/1998 và -1,67 oC vào tháng 12/1999 (Hình 2.5). Trong các năm này, hoạt động của ENSO đã gây ra nhiều thiên tai với hậu quả nặng nề ở nước ta, như hạn hán năm 1997 và nửa đầu năm 1998, lũ lụt lịch sử vào nửa cuối năm 1998 và năm 1999, đặc biệt là trận lụt lịch sử vào cuối năm 1999 ở khu vực Trung Trung Bộ. Bên cạnh đó, việc lựa chọn thời kỳ mô phỏng 1997-1998 (ENSO hoạt động mạnh) nhằm đánh giá mô phỏng tác động của ENSO đến một số yếu tố khí hậu cơ bản (Hình 2.7). 32 Để thực hiện mô phỏng khí hậu cho thời kỳ 1997-1999, mô hình CAM 3.0 và RegCM_CAM được thiết lập chạy từ 1/12/1996-31/12/1999. Trong đó thời kỳ từ 1/12/1996-31/12/1996 là thời gian chạy khởi động mô hình (spin-up), thời kỳ 1/1/1997-31/12/1999 là thời kỳ mô phỏng. Hình 2.7. Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ mặt nước biển SSTA tại khu vực Nino 3.4 (Nguồn: CPC/NOAA) ™ Lựa chọn các tham số hóa vật lý của mô hình RegCM_CAM: Các sơ đồ tham số hóa các quá trình vật lý có ý nghĩa rất quan trọng đến kết quả mô phỏng. Việc khảo sát độ nhạy và vai trò của các sơ đồ này là hết sức cần thiết trong quá trình nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng của mô hình. Như đã đề cập trong chương 2, mô hình khí hậu khu vực RegCM3 đã đưa vào một loạt các sơ đồ tham số hóa. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn việc kế thừa các nghiên cứu của các tác giả ở trong nước là tất yếu (phân tích trong chương 1). Do vậy, mô hình RegCM3 được chạy trong nghiên cứu của luận văn với các lựa chọn sơ đồ tham số hóa đối lưu Grell-AS74 (Arakawa-Schubert), sơ đồ tham số hóa bức xạ NCAR/CCM, sơ đồ lớp biên của Hotlslag và sơ đồ trao đổi bề mặt đất BATS. ™ Lựa chọn độ phân giải của mô hình RegCM_CAM: Độ phân giải của mô hình: Độ phân giải theo phương ngang là 36x36km, độ phân giải theo phương thẳng đứng bao gồm 18 mực sigma với đỉnh tại mực 50mb. ™ Thiết lập chạy mô phỏng khí hậu bằng mô hình CAM 3.0: Như đã trình bày ở trên, mô hình CAM 3.0 được thiết lập chạy từ 1/12/1996-31/12/1999. Trong đó thời kỳ từ 1/12/1996-31/12/1996 là thời gian 33 chạy khởi động mô hình (spin-up), thời kỳ 1/1/1997-31/12/1999 là thời kỳ mô phỏng. ™ Thiết lập các thí nghiệm chạy mô phỏng khí hậu bằng RegCM_CAM: Để đánh giá khả năng lồng ghép RegCM3 vào CAM 3.0, mô hình RegCM3 được thiết kế chạy với các lựa chọn miền tính khác nhau. Thí nghiệm 1 (M1): Miền tính được lựa chọn mở rộng về phía Đông – Bắc so với lãnh thổ Việt Nam sao cho biên phía Nam và phía Tây không quá hẹp. Cụ thể kích thước miền tính được khống chế bởi 152x144 điểm lưới theo phương kinh/vĩ, độ phân giải ngang 36x36km, giới hạn miền tính từ khoảng 3- 42oN và 90-140oE (Hình 2.6). Thí nghiệm 2 (M2): Miền tính được lựa chọn mở rộng hơn về phía Tây – Nam sao cho biên phía Bắc và Đông không quá hẹp. Cụ thể kích thước miền tính được khống chế bởi 152x148 điểm lưới theo phương kinh/vĩ, độ phân giải ngang 36x36km, giới hạn miền tính từ khoảng 15S-29oN và 73-123oE (Hình 2.8). Hình 2.8. Miền tính mô hình RegCM_CAM trong các thí nghiệm M1 và M2 34 2.5. Nguồn số liệu sử dụng ™ Số liệu đầu vào cho mô hình CAM 3.0: Toàn bộ số liệu đầu vào cho mô hình CAM 3.0 được cung cấp miễn phí và có thể tải về tại trang web cam/download/. Số liệu cần thiết để chạy CAM 3.0 bao gồm có thành phần khí quyển, đại dương, băng biển và bề mặt. Các file số liệu đầu vào bao gồm: - Điều kiện ban đầu: cami_0000-09-01_64x128_T42_L26_c020514.nc; - Ozon: pcmdio3.r8.64x1_L60_clim_c970515.nc; - Hơi nước và bức xạ: abs_ems_factors_fastvx.052001.nc; - Nhiệt độ mặt nước biển: sst_HadOIBl_bc_64x128_clim_c020411.nc; - Băng biển: sst_HadOIBl_bc_64x128_clim_c020411.nc; - Số liệu bề mặt: clms_64x128_c020514.nc. ™ Số liệu đầu vào cho mô hình RegCM3: Số liệu cung cấp cho mô hình RegCM bao gồm số liệu về độ cao địa hình, các loại bề mặt, nhiệt độ mặt nước biển và các biến khí tượng cơ bản được cung cấp bởi mô hình CAM 3.0 làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cập nhật theo thời gian. Bộ số liệu đặc trưng đất phủ toàn cầu (Global Landuse Cover Characteric: GLCC) cung cấp thông tin về thực vật/mặt đệm, nhận được từ số liệu Bức xạ phân giải rất cao tiên tiến (Advanced Very High Resolution Radiation: AVHRR) và được chia thành 18 loại đất phủ/thực vật được định nghĩa trong sơ đồ tương tác sinh quyển-khí quyển BATS. Mặt đệm của mỗi ô lưới của mô hình được xác định thuộc 1 trong số 18 loại này. Số liệu độ cao địa hình được lấy từ USGS. Các file số liệu mặt đệm và độ cao địa hình có độ phân giải 10 phút. Số liệu đầu ra của hệ thống mô hình CAM để sử dụng đối với các điều kiện ban đầu và biên được lấy từ 1/12/1996 đến 31/12/1999. Số liệu này được định dạng netcdf với các biến chính: độ cao địa thế vị, tốc độ gió kinh vĩ hướng, 35 độ ẩm tuyệt đối, nhiệt độ các mực, khí áp bề mặt, nhiệt độ mặt nước biển. Mô hình CAM 3.0 cho phép người sử dụng có thể đưa ra các tùy chọn biến đầu ra khác nhau. Đối với các biến được sử dụng làm đầu vào cho mô hình RegCM3 được lưu trong các file số liệu có định dạng như sau: - YYYY_rmr.cam2.h0.YYYY-MM.nc (địa thế vị bề mặt); - YYYY_rmr.cam2.h1.YYYY-12-01-21600.nc (tốc độ gió kinh, vĩ hướng); - YYYY_rmr.cam2.h2.YYYY-12-01-21600.nc (độ ẩm tuyệtđối, nhiệtđộ các mực, nhiệt độ bề mặt và SST); - YYYY_rmr.cam2.h3.YYYY-12-01-21600.nc (khí áp bề mặt và độ cao địa thế vị); Trong đó, YYYY chỉ năm (YYYY nhỏ hơn YYYY 1 năm) và MM chỉ tháng của số liệu chứa trong tập tin. ™ Số liệu đánh giá các mô phỏng Số liệu tái phân tích toàn cầu: Số liệu CRU của Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu của Vương quốc Anh với độ phân giải ngang 0,5 độ kinh vĩ và số liệu tái phân tích toàn cầu NNRP2 của NCEP. Các bộ số liệu tái phân tích toàn cầu NNRP2 và CRU được coi là “gần thực” và được sử dụng trong các đánh giá đối với mô phỏng mưa và nhiệt độ (CRU) và trường gió, độ cao địa thế vị ở các mực (NNRP2). Số liệu quan trắc thực tế ở Việt Nam: Số liệu nhiệt độ và lượng mưa được quan trắc tại các trạm được lựa chọn (Bảng 2.5 và Hình 2.9). Việc đánh giá chất lượng mô phỏng với số liệu quan trắc được thực hiện bằng cách nội suy số liệu mô phỏng về trạm, sau đó tiến hành các biện pháp so sánh và sử dụng các chỉ số thống kê. Đây là một nội dung quan trọng vì thực tế cho thấy số liệu tái phân tích toàn cầu được sử dụng (NNRP2 và CRU) tồn tại những sai số nhất định, do số lượng trạm phát báo quốc tế ở nước ta chưa nhiều dẫn tới khuyết thiếu và sai lệch ở một số khu vực, đặc biệt là các vùng núi cao. Mặc dù số lượng trạm được lựa chọn để so sánh là không nhiều, nhưng các trạm được lựa chọn nằm trên 7 vùng khí hậu trải dài trên lãnh thổ nước ta và hầu hết là các trạm đại diện cho vùng khí hậu tương ứng. 36 ™ Phương pháp đánh giá mô phỏng Theo tài liệu số 1023 của WMO năm 2000 về “Hướng dẫn thực hiện đánh giá nghiệp vụ dự báo” đã đề xuất “Hệ thống thực hiện đánh giá dự báo” và “Hệ thống thẩm tra dự báo”, đồng thời nêu ra các chỉ tiêu để đánh giá, thẩm định mô hình dự báo thời tiết, khí hậu. Có thể nêu ra một số thông tin như sau: Độ chính xác (accuracy) của một mô hình dự báo được định nghĩa là mức độ phù hợp của dự báo thời tiết (khí hậu) với thời tiết (khí hậu) thực đã xảy ra, được quan trắc khí tượng ghi lại. Mức độ sai lệch giữa trị số quan trắc và trị số dự báo được gọi là sai số (error). Độ tinh xảo (skill) hay độ chính xác tương đối (relative accuracy) được xác định như là độ chính xác của một mô hình dự báo so với độ chính xác của dự báo theo một chuẩn (standard) nào đó. Chuẩn được coi là cách dự báo không có độ tinh xảo (là cách dự báo chỉ dựa vào kết quả quan trắc mà không có tác động của một phương pháp nào). Có 3 "chuẩn" thường được sử dụng để so sánh: khí hậu (climatology), tồn lưu (persistence) và ngẫu nhiên (chance). Các khái niệm này được định nghĩa như sau: "chuẩn ngẫu nhiên" là dự báo chỉ dựa vào sự suy đoán thuần túy không đòi hỏi trước kiến thức nào; "chuẩn tồn lưu" là dự báo chỉ dựa vào điều kiện thời tiết ban đầu còn "chuẩn khí hậu" là dự báo dựa vào quan trắc nhiều năm, cần có những kiến thức về lịch sử của thời tiết, khí hậu. Ðộ tin cậy (reliability) là khía cạnh khác của Ðộ chính xác dự báo (nó không hàm chứa việc so sánh với dự báo kiểm tra). Đó là xem xét dự báo "được tin cậy" đến mức độ nào so với trung bình. Mức độ tin cậy có thể được coi là hiệu giữa trung bình của giá trị dự báo với trung bình của giá trị quan trắc. Hay cũng thường được sử dụng để đánh giá xem các dự báo thể hiện chặt chẽ thế nào trong thành phần xác suất trên thực tế. Có thể nêu một số chỉ tiêu chính sau đây: + Sai số trung bình ME hay độ lệch (Bias) dùng để đo độ tin cậy: ) 1 (1 ∑= −== N i i OiFNMEBias 37 + Sai số tuyệt đối trung bình (MAE), sai số bình phương trung bình (MSE) hay sai số quân phương (RMSE) dùng để đo độ chính xác: [ ]∑= −= N i i OiFN MAE 1 1 ( )∑ = −= N i OiFi N MSE 1 21 ( )∑ = −== N i i OiFN MSERMSE 1 21 + Hệ số kỹ năng quân phương trung bình (Mean Squared Skill Score - MSSS) được xác định: ClMSE MSEMSSS −= 1 Với MSEcl là sai số bình phương trung bình khí hậu: ( )∑ = −= N i Cl OOiN MSE 1 1 Trong đó: Fi là kết quả dự báo ứng với giá trị quan trắc Oi của dãy N số liệu và O là giá trị trung bình của Oi. Trong nghiên cứu này, luận văn chủ yếu sử dụng chỉ số Bias (ME) để đánh giá độ lệch để đánh giá độ tin cậy của các mô phỏng khí hậu. Bên cạnh đó, các đánh giá về định tính về phân bố theo không gian, biến trình theo thời gian và quy luật vật lý cũng được sử dụng. 38 Bảng 2.5. Danh mục các trạm quan trắc số liệu được lựa chọn STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ 1 Lai Châu 103,15 22,07 12 Vinh 105,67 18,67 2 Điện Biên 103 21,37 13 Đồng Hới 106,6 17,47 3 Sơn La 103,9 21,33 14 Huế 107,68 16,4 4 Bắc Quang 104,87 22,48 15 Đà Nẵng 108,15 16,03 5 Cao Bằng 106,25 22,67 16 Quy Nhơn 109,1 13,78 6 Bắc Cạn 105,83 22,15 17 Nha Trang 109,1 12,25 7 Lạng Sơn 106,77 21,83 18 Plâycu 108 13,98 8 Móng Cái 107,91 21,57 19 Buôn Ma Thuột 108,05 12,68 9 Hà Nội 105,8 21,3 20 Đà Lạt 108,47 11,98 10 Nam Định 106,15 20,43 21 Cần Thơ 105,78 10,3 11 Thanh Hóa 105,7 19,8 22 Cà Mau 105,17 9,17 Hình 2.9. Bản đồ phân bố vị trí trạm quan trắc được lựa chọn 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT Trong chương này, các kết quả mô phỏng khí hậu thời kỳ 1997-1999 bằng CAM 3.0 và RegCM_CAM sẽ được trình bày, so sánh với số liệu tái phân tích và số liệu quan trắc ở Việt Nam. Các nội dung đánh giá mô phỏng bao gồm: - Trước tiên là các đánh giá các kết quả mô phỏng khí hậu bằng mô hình CAM 3.0; - Đánh giá các mô phỏng khí hậu bằng mô hình RegCM_CAM. 3.1. Mô phỏng khí hậu bằng mô hình CAM 3.0 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 trước khi sử dụng làm đầu vào cho mô hình RegCM3 là cần thiết. Miền phân tích sản phẩm mô hình CAM 3.0 được giới hạn trên một miền sao cho bao quanh lãnh thổ nước ta giúp cho việc đánh giá tập trung hơn. Số liệu tái phân tích NNRP2 được sử dụng để đánh giá chất lượng 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 (được coi là số liệu thực) được sử dụng để đánh giá kết quả mô phỏng độ cao địa thế vị và trường 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 được 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 trường 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 hướng gió và phân bố theo không gian của độ cao địa thế vị khá tương đồng với số liệu NNRP2. Tuy nhiên, so với số liệu NNRP2, tốc độ gió mô phỏng có thiên hướng lớn hơn trong tháng 1 và nhỏ hơn trong tháng 7. 40 Các kết quả mô phỏng vào tháng 4 và tháng 10 tương 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 tương 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 trường 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 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 hướng (u). Trong tháng 1, tốc độ gió vĩ hướng (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 nước ta, tốc độ gió vĩ hướng mạnh hơn so với NNRP2 khoảng trên 4m/s (Hình 3.4 a). Tuy nhiên, sai lệch về tốc độ gió kinh hướng là không nhiều, phổ biến từ khoảng 1m/s. Trên lãnh thổ nước ta, gió kinh hướng 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 hướng 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 20oN có tốc độ gió mô phỏng yếu hơn NNRP2 khoảng 3- 4m/s. Ngược lại, tốc độ gió vĩ hướng 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 hướng (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). a  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 Như vậy, có thể thấy các mô phỏng trường gió và độ cao địa thế vị mực 850mb mặc dù khá tương đồng với NNRP2 về mặt phân bố theo không gian. Nhưng sai khác giữa mô phỏng với NNRP2 là khá rõ ràng, với trường gió là những sai khác về gió vĩ hướng (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 được trình bày trong Phụ lục 1. Các kết quả cũng cho thấy sự tương đồng tốt với số liệu NNRP2. So với mực 850mb, các kết quả mô a  b 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 nước biển bằng CAM 3.0 được 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 tương đồng với số liệu NNRP2. Sai lệch về mô phỏng khí áp mực nước 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 nước 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 nước biển đối với mùa xuân và mùa thu được trình bày trong Phụ lục 2 cũng cho thấy sự tương 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) a  b c  44 Hình 3.7.