Đánh giá kết quả mô phỏng khí hậu cực đoan và cực trị khí hậu ở Việt Nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu hus đánh giá kết quả mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan ở việt nam bằng, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Đỗ Huy Dương
• Người hướng dẫn: TS. Phan Văn Tân
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khí Hậu Học
• Đề tài: Đánh Giá Kết Quả Mô Phỏng Một Số Cực Trị Khí Hậu Và Hiện Tượng Khí Hậu Cực Đoan Ở Việt Nam Bằng Mô Hình Khí Hậu Khu Vực
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt
• 1.2. Danh mục các bảng
• 1.3. Danh mục các hình vẽ, đồ thị
• 2. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG MỘT SỐ CỰC TRỊ KHÍ HẬU VÀ HIỆN TƯỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN DỰA TRÊN MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC
• 2.1. Khái niệm về cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan
• 2.2. Khái quát chung
• 2.3. Định nghĩa các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo IPCC
• 2.4. Định nghĩa cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo Việt Nam
• 2.5. Tình hình nghiên cứu về các hiện tượng khí hậu cực đoan ngoài nước
• 2.6. Nghiên cứu các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan dựa trên số liệu quan trắc
• 2.7. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan bằng mô hình khí hậu
• 2.8. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan có sử dụng phương pháp hiệu chỉnh
• 2.9. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 3. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CHO CÁC HIỆN TƯỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN Ở VIỆT NAM
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Nghiên cứu lựa chọn các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan
• 3.3. Phạm vi không gian và chuỗi số liệu nghiên cứu
• 3.4. Số liệu và phương pháp xử lý số liệu
• 3.4.1. Số liệu quan trắc bề mặt từ mạng lưới quan trắc Việt Nam
• 3.4.2. Số liệu mô phỏng của các mô hình dự báo khí hậu khu vực
• 3.5. Phương pháp xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan cho khu vực Việt Nam
• 3.5.1. Phương pháp hiệu chỉnh sai số hệ thống (DMO_ME)
• 3.5.2. Phương pháp phân vị (DMO_PER)
• 3.5.3. Phương pháp thực nghiệm (DMO_EXP)
• 3.6. Phương pháp đánh giá kết quả
• 4. MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG CÁC CỰC TRỊ KHÍ HẬU VÀ HIỆN TƯỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN CỦA MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC
• 4.1. Đặc điểm phân bố thống kê của các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan trên khu vực Việt Nam
• 4.2. Đặc điểm thống kê của các cực trị khí hậu
• 4.3. Đặc điểm thống kê của các hiện tượng khí hậu cực đoan
• 4.4. Kết quả đánh giá khả năng mô phỏng các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan của ba mô hình khí hậu khu vực được thử nghiệm
• 4.5. Kết quả đánh giá các yếu tố khí tượng sử dụng để xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan
• 4.6. Kết quả đánh giá mô phỏng các cực trị khí hậu
• 4.7. Kết quả đánh giá mô phỏng các hiện tượng khí hậu cực đoan
• 4.8. Kết quả xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan trên khu vực Việt Nam
• 4.8.1. Các kết quả xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan
• 4.8.2. Kết quả đánh giá sai số xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan từ các chỉ tiêu được xây dựng
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH SÁCH CÁC TRẠM QUAN TRẮC ĐƯỢC SỬ DỤNG
• KẾT QUẢ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC BỀ MẶT

Tóm tắt

I. Tổng quan về đánh giá mô phỏng khí hậu cực đoan ở Việt Nam

Khí hậu cực đoan đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam, ảnh hưởng đến đời sống và phát triển kinh tế. Việc đánh giá mô phỏng khí hậu cực đoan bằng mô hình khu vực là cần thiết để hiểu rõ hơn về các hiện tượng này. Mô hình khí hậu khu vực giúp tái tạo các điều kiện khí hậu trong quá khứ và dự đoán các hiện tượng khí hậu cực đoan trong tương lai.

1.1. Khái niệm về khí hậu cực đoan và mô hình khu vực

Khí hậu cực đoan được định nghĩa là những hiện tượng khí hậu có cường độ và tần suất xuất hiện cao hơn mức bình thường. Mô hình khu vực (RCMs) là công cụ quan trọng trong việc mô phỏng và dự đoán các hiện tượng này, giúp cung cấp thông tin chi tiết về khí hậu tại các khu vực cụ thể.

1.2. Tình hình nghiên cứu khí hậu cực đoan tại Việt Nam

Nghiên cứu về khí hậu cực đoan tại Việt Nam đã được thực hiện trong nhiều năm qua. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào việc phân tích số liệu quan trắc và ứng dụng các mô hình khí hậu toàn cầu để dự đoán các hiện tượng khí hậu cực đoan.

II. Vấn đề và thách thức trong mô phỏng khí hậu cực đoan

Mô phỏng khí hậu cực đoan gặp nhiều thách thức, bao gồm độ chính xác của mô hình và sự biến động của các yếu tố khí hậu. Các yếu tố như biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu làm gia tăng tính phức tạp trong việc dự đoán các hiện tượng này.

2.1. Những khó khăn trong việc thu thập dữ liệu

Việc thu thập dữ liệu khí hậu chính xác là một thách thức lớn. Nhiều khu vực ở Việt Nam thiếu số liệu quan trắc, điều này ảnh hưởng đến khả năng mô phỏng của các mô hình khí hậu.

2.2. Độ chính xác của mô hình khí hậu khu vực

Độ chính xác của các mô hình khí hậu khu vực như RegCM, REMO và MM5CL là rất quan trọng. Việc đánh giá khả năng mô phỏng của các mô hình này giúp xác định mô hình nào phù hợp nhất cho từng khu vực và hiện tượng khí hậu cực đoan.

III. Phương pháp đánh giá mô phỏng khí hậu cực đoan

Để đánh giá khả năng mô phỏng khí hậu cực đoan, cần áp dụng các phương pháp thống kê và mô hình hóa. Các phương pháp này giúp xác định độ chính xác và khả năng nắm bắt các hiện tượng khí hậu cực đoan của các mô hình.

3.1. Phương pháp thống kê trong đánh giá mô phỏng

Phương pháp thống kê được sử dụng để phân tích số liệu và xác định xu hướng biến đổi của các hiện tượng khí hậu cực đoan. Các chỉ số thống kê như BIAS và RMSE giúp đánh giá độ chính xác của mô hình.

3.2. Phương pháp mô hình hóa khí hậu khu vực

Mô hình hóa khí hậu khu vực cho phép tái tạo các điều kiện khí hậu trong quá khứ và dự đoán các hiện tượng khí hậu cực đoan trong tương lai. Việc sử dụng các mô hình như RegCM, REMO và MM5CL giúp nâng cao độ chính xác trong dự đoán.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng mô phỏng của các mô hình khí hậu khu vực có sự khác biệt rõ rệt. Việc ứng dụng các mô hình này trong thực tiễn giúp cải thiện khả năng dự đoán và ứng phó với các hiện tượng khí hậu cực đoan.

4.1. Đánh giá khả năng mô phỏng của các mô hình

Kết quả đánh giá cho thấy mô hình RegCM có khả năng nắm bắt tốt các hiện tượng khí hậu cực đoan tại khu vực miền Bắc, trong khi REMO lại phù hợp hơn với miền Nam. Điều này giúp xác định mô hình nào nên được sử dụng cho từng khu vực cụ thể.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu trong quản lý khí hậu

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc xây dựng các chính sách quản lý khí hậu, giúp giảm thiểu tác động của các hiện tượng khí hậu cực đoan đến đời sống và sản xuất.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về mô phỏng khí hậu cực đoan ở Việt Nam bằng mô hình khu vực đã chỉ ra nhiều kết quả khả quan. Tuy nhiên, cần tiếp tục cải thiện độ chính xác của các mô hình và mở rộng nghiên cứu để bao quát nhiều hiện tượng khí hậu hơn.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã đánh giá khả năng mô phỏng của các mô hình khí hậu khu vực và chỉ ra những ưu điểm, nhược điểm của từng mô hình. Điều này giúp nâng cao hiểu biết về khả năng ứng dụng của các mô hình trong nghiên cứu khí hậu.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện khả năng mô phỏng của các mô hình khí hậu khu vực, đồng thời mở rộng phạm vi nghiên cứu để bao quát nhiều hiện tượng khí hậu cực đoan hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan dựa trên mô hình khí hậu khu vực Chương 2. Xây dựng phương pháp xác định chỉ tiêu cho các hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam Chương 3. Một số kết quả đánh giá khả năng mô phỏng các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan của mô hình khí hậu khu vực Kết luận và kiến nghị: Trình bày tóm tắt các kết quả chủ yếu của luận án, những điểm mới đã đạt được; nêu những tồn tại và kiến nghị việc sử dụng kết quả luận án cũng như các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu.

14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG MỘT SỐ CỰC TRỊ KHÍ HẬU VÀ HIỆN TƢỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN DỰA TRÊN MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC Chương này trình bày một cách hệ thống khái niệm về các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan (ECEs) nhằm làm rõ đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án. Kế tiếp, tổng quan các công trình nghiên cứu trên thế giới về ECEs dựa trên số liệu quan trắc cũng như các nghiên cứu ứng dụng RCMs trong bài toán mô phỏng ECEs. Cuối cùng, luận án trình bày một số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam về ECEs trong vài năm trở lại đây, trên cơ sở đó phân tích và luận giải cho hướng nghiên cứu ECEs.

Khái niệm về cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu cực đoan 1. Khái quát chung Trong khí tượng, ngoài những giá trị trung bình ngày từ các biến quan trắc được, đối với các cực trị quan trắc của một số yếu tố: Ví dụ chẳng hạn đối với nhiệt độ, ngoài giá trị trung bình ngày, còn có các giá trị cực đại ngày hoặc cực tiểu ngày và qua đó xác định được giá trị trung bình tháng, cực đại tháng hoặc cực tiểu tháng và tương tự xác định được giá trị trung bình năm, cực đại năm hoặc cực tiểu năm. Như đã biết, các cực trị khí hậu đã được chứng minh theo một trong ba loại hàm phân bố (Gumbel, Fr’echet hay Weibull) và có thể được viết trong biểu thức đơn giản như sự phân bố tương tự liên quan đến sự phân bố chung giá trị cực trị (GEV). Ở đây, một số phân bố lý thuyết áp dụng để tính toán sự phân bố cực trị khí hậu, bao gồm các phân bố Weibull, Fr’echet, Gumbel.

Theo đó, các cực trị khí hậu được lựa chọn bao gồm giá trị cực đại/cực tiểu đã cho cố định trong một khoảng nào đó và được xác định bởi phương trình: 1   x     F ( x,  ,  ,  )  exp   1         Trong đó: F là hàm phân bố tích lũy 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] µ là tham số địa phương xác định vị trí đỉnh của hàm phân bố σ là tham số quy mô xác định độ rộng của hàm phân bố ξ là tham số xác định hình dạng của hàm phân bố Với ba loại ξ có thể xác định ba loại hàm phân bố Khi ξ < 0 hàm phân bố GEV được gọi là phân bố Weibull Khi ξ > 0 hàm phân bố GEV được gọi là phân bố Fr’echet Khi ξ = 0 hàm phân bố GEV là phân bố Gumbel Sự phân bố cực trị chung Hàm mật độ phân bố xác suất Hình 1. Phân bố lý thuyết GEV 1. Định nghĩa các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo IPCC Năm 1998, trong cuộc họp lần thứ 3 của IPCC, các nhà khoa học đã đề xuất ra 27 chỉ số khí hậu căn bản để sử dụng trong nghiên cứu các cực trị khí hậu và biến đổi khí hậu (Peterson và CS, 2001) [94]. Có thể nói, trong 27 chỉ số này liên quan chủ yếu đến trường nhiệt độ, trường mưa và có thể được nghiên cứu ứng dụng cho cả vùng nhiệt đới và ngoại nhiệt đới.

Cụ thể bao gồm: 1) FD - Số ngày có sương mù 2) SU - Số ngày mùa hè 3) ID - Số ngày đóng băng 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4) TR - Số đêm nhiệt đới 5) GSL - Độ dài mùa sinh trưởng (tính từ ngày 01/01 đến ngày 31/12 ở Bắc Bán cầu và từ ngày 01/7 đến ngày 30/6 năm sau ở Nam Bán cầu) 6) TXx - Nhiệt độ tối cao tuyệt đối tháng 7) TNx - Nhiệt độ tối thấp ngày cực đại tháng 8) TXn - Nhiệt độ tối cao ngày cực tiểu tháng 9) TNn - Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối tháng 10) TN10p - Phần trăm số ngày có nhiệt độ tối thấp nhỏ hơn phân vị 10 11) TX10p - Phần trăm số ngày có nhiệt độ tối cao nhỏ hơn phân vị 10 12) TN90p - Phần trăm số ngày có nhiệt độ tối thấp lớn hơn phân vị 90 13) TX90p - Phần trăm số ngày có nhiệt độ tối cao lớn hơn phân vị 90 14) WSDI - Số đợt trong năm có ít nhất 6 ngày liên tiếp có nhiệt độ tối cao ngày lớn hơn phân vị 90 15) CSDI - Số đợt trong năm có ít nhất 6 ngày liên tiếp có nhiệt độ tối thấp ngày nhỏ hơn phân vị 10 16) DTR - Dao động nhiệt độ ngày 17) Rx1day - Lượng mưa ngày cao nhất tháng 18) Rx5day - Lượng mưa tích lũy 5 ngày liên tiếp cao nhất tháng 19) SDII - Chỉ số cường độ mưa 20) R20mm - Tổng số ngày trong năm có lượng mưa ngày lớn hơn 20mm 21) R10mm - Tổng số ngày trong năm có lượng mưa ngày lớn hơn 10mm 22) Rnnmm - Tổng số ngày trong năm có lượng mưa ngày lớn hơn ngưỡng nn do người sử dụng đưa ra, cách tính tương tự như R10mm và R20mm 23) CDD - Số ngày liên tiếp cực đại có lượng mưa ngày nhỏ hơn 1mm 24) CWD - Số ngày liên tiếp cực đại có lượng mưa ngày lớn hơn 1mm 25) R95p - Tổng lượng mưa năm lớn hơn phân vị 95 (%) 26) R99p - Tổng lượng mưa năm lớn hơn phân vị 99 (%) 27) PRCPTOT - Tổng lượng mưa năm Nhìn chung, 27 chỉ số nêu trên có thể ứng dụng cho cả vùng nhiệt đới và 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ngoại nhiệt đới. Các chỉ số này ban đầu thường được sử dụng trong nghiên cứu khí hậu và biến đổi khí hậu dựa trên chuỗi số liệu quan trắc nhiều năm để tìm ra các khuynh hướng biến đổi theo thời gian của các chỉ số này. Tuy nhiên, khi các mô hình GCMs và RCMs được sử dụng, đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng tính toán các chỉ số này từ sản phẩm mô phỏng hoặc dự tính của GCMs và RCMs, đặc biệt là trong bài toán dự tính biến đổi khí hậu. Định nghĩa cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo Việt Nam Trong báo cáo lần thứ 4 (AR4) [62] của Tổ chức Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu - IPCC (2007), hiện tượng khí hậu cực đoan (ECEs) được hiểu là những hiện tượng thỏa mãn điều kiện (hiếm – nghĩa là với xác suất xuất hiện nhỏ, trong nghiên cứu thông thường được chọn nhỏ hơn 10%; cường độ lớn và khắc nghiệt – tức là có khả năng gây ra những tổn thất nặng nề hoặc dữ dội mà tác động của chúng có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến hoạt động sống của nhân loại).

Nhìn chung, ECEs phần lớn không được quan trắc trực tiếp mà người ta thường dựa vào số liệu quan trắc của các yếu tố khí hậu kết hợp với một số chỉ tiêu quy ước cụ thể nào đó được đưa ra tùy theo mục đích nghiên cứu. Cụ thể, nếu coi rét hại là một ECEs thì ở Việt Nam theo chỉ tiêu xác định rét hại (nhiệt độ trung bình ngày nhỏ hơn 13oC) ngày mà thỏa mãn điều kiện này thì được coi là ngày có hiện tượng rét hại xuất hiện. Như đã biết, khi nghiên cứu về hiện tượng cực đoan, có rất nhiều biến khí quyển có thể được xem xét, khảo sát. Tuy nhiên, để ứng dụng trong thực tế, tác động của các yếu tố về nhiệt, ẩm, mưa,…là rất quan trọng đối với điều kiện khí hậu của một khu vực bất kỳ.

Nhiệt độ đặc trưng cho chế độ nhiệt của khí quyển và phụ thuộc vào địa hình hay vị trí địa lý mà điều kiện khí hậu mỗi nơi cũng có sự khác nhau. Để thể hiện đặc trưng cho tính cực đoan của nhiệt độ, cách tiếp cận thường được xem xét đến các đại lượng nhiệt độ cực trị. Có hai cực trị khí hậu cần khảo sát tính cực đoan của trường nhiệt khí quyển gồm nhiệt độ tối cao tuyệt đối tháng (TXx) và nhiệt độ tối thấp tuyệt đối tháng (TNn). Bên cạnh đại lượng nhiệt độ, mưa cũng là một biến khí hậu quan trọng.

Khi 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nghiên cứu các đặc trưng về mưa, thông thường địa điểm xảy ra mưa, thời điểm xuất hiện, thời gian kéo dài, cường độ mưa, tổng lượng mưa. thường được quan tâm đặc biệt. Tuy vậy, khi xem xét dưới khía cạnh cực đoan của hiện tượng mưa người ta lại thường quan tâm đến cường độ mưa và diện mưa, được đặc trưng bởi hiện tượng mưa lớn. Tùy theo mục đích khác nhau của bài toán mà việc xem xét, lựa chọn ngưỡng mưa lớn cho phù hợp.

Hiện tại ở Việt Nam, chỉ tiêu xác định mưa vừa khi đạt đến cường độ 25mm/ngày và khi đạt đến cường độ 50mm/ngày thì được gọi là mưa lớn. Trong phạm vi của luận án, biến lượng mưa ngày cực đại tháng (Rx) sẽ được sử dụng. Dựa trên cơ sở khoa học về khái niệm của các hiện tượng khí hậu cực đoan mà IPCC đã đề ra và tương ứng trong phạm vi khuôn khổ của luận án các hiện tượng khí hậu cực đoan được cân nhắc, xem xét, lựa chọn phải là những hiện tượng có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các điều kiện tự nhiên, môi trường và kinh tế xã hội. Căn cứ vào quy mô, tần suất và phạm vi tác động, các hiện tượng sau đây có thể được xem xét là hiện tượng khí hậu cực đoan như: Bão và ATNĐ, mưa lớn, rét đậm, rét hại, và nắng nóng.

Trên thực tế, không thể quan trắc trực tiếp các hiện tượng này (trừ bão và ATNĐ) mà việc xác định được thực hiện thông qua các yếu tố khí tượng được quan trắc tại điểm trạm và các tiêu chí khác. Nói chung, điểm khác biệt giữa các hiện tượng khí hậu cực đoan theo định nghĩa của Việt Nam là có tính đến yếu tố không gian.