mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3: Kết quả và nhận xét 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 TỔNG QUAN Dự báo hạn mùa hiện nay đang là một trong những bài toán đƣợc quan tâm đặc biệt, không chỉ trong nghiên cứu mà còn đƣợc mở rộng trong những ứng dụng của đời sống xã hội. Trong đó, có thể kể đến hiệu quả của sản phẩm dự báo hạn mùa có kĩ năng tốt trong lĩnh vực nông nghiệp nhƣ góp phần đƣa ra những dự báo đáng tin cậy về sản lƣợng vụ mùa ở Châu Âu [12] hay miền tây Ấn Độ [13], hơn thế nữa là trong lĩnh vực y tế nhƣ việc dự báo sự lan truyền của dịch sốt rét [38]. Chƣơng 1 sẽ trình bày tổng quan các nghiên cứu trên thế giới và trong nƣớc về dự báo hạn mùa, để có đƣợc những khái niệm cơ bản cũng nhƣ một vài nét về sự phát triển của dự báo hạn mùa. Từ đó, mục tiêu cũng nhƣ ý nghĩa bài toán đƣợc giải quyết trong khuôn khổ luận văn sẽ đƣợc chỉ rõ.1 Các nghiên cứu trên thế giới Đến với bài toán dự báo hạn mùa, trƣớc hết, cần có cái nhìn khái quát về khái niệm của dự báo hạn mùa, cũng nhƣ về các trung tâm đƣa ra sản phẩm dự báo hạn mùa, đƣợc bổ nhiệm chính thức bởi Tổ chức Khí tƣợng Thế giới (WMO).
Nghiệp vụ dự báo hiện nay có 3 lớp bài toán dự báo, bao gồm dự báo thời tiết, dự báo tháng và dự báo mùa. Đối với dự báo thời tiết, thông thƣờng hạn dự báo khoảng 3–5 ngày (hạn ngắn – Short range forecast) và tối đa khoảng 5–10 ngày (hạn vừa – Medium range forecast). Dự báo thời tiết cần phải chỉ ra đƣợc trạng thái của khí quyển tại một địa điểm cụ thể, vào những thời điểm cụ thể (từng ngày, thậm chí từng giờ) trong thời hạn dự báo. Khác với dự báo thời tiết, dự báo mùa không chỉ ra trạng thái khí quyển vào những thời điểm cụ thể đến từng ngày, thay vào đó là thông tin chung về điều kiện khí quyển trong từng khoảng thời gian nhất định (chẳng hạn từng tháng, từng mùa – ba tháng) trong thời hạn dự báo.
Dự báo mùa, hay dự báo hạn mùa (Seasonal forecast), hay dự báo khí hậu hạn mùa (Seasonal Climate forecast) có hạn dự báo đến tối đa (hiện nay) là một năm [35]. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bên cạnh đó, theo WMO [44], với bài toán dự báo thời tiết, dự báo quy mô lớn hơn 10 ngày trong tƣơng lai đƣợc coi là dự báo hạn dài, mặt khác trong dự báo khí hậu, dự báo hạn dài nói chung quan tâm ở quy mô mùa. Dự báo hạn dài đƣợc mở rộng từ hạn 30 ngày cho đến 2 năm, trong đó bao gồm các mô tả quy mô mùa (seasonal outlook) đƣợc định nghĩa là việc chỉ ra các tham số trung bình của thời tiết thông qua độ lệch so với giá trị trung bình khí hậu của mùa đó [30]. Khái niệm mùa có thể hiểu theo mùa thiên văn (xuân, hạ, thu, đông) và cũng có thể có khái niệm khác ở vùng nhiệt đới (mùa mƣa, mùa khô).
Trong thực tế, dự báo hạn mùa (seasonal forecasting) đƣợc xét từ quy mô tháng cho đến 1 năm (với các hạn phổ biến là 1, 3, 6, 9 tháng) nhằm đƣa ra các ứng dụng có hiệu quả của sản phẩm dự báo. Dự báo hạn mùa (từ quy mô tháng cho đến quy mô năm) là một bài toán phức tạp mà sự thành công của các dự báo mùa này phụ thuộc vào mức độ hiểu biết (chi tiết) về mối quan hệ tƣơng tác giữa khí quyển và đại dƣơng [44]. Hiện tại, với những hiểu biết của chúng ta về các quá trình tƣơng tác trên, cùng với việc chi tiết hóa (hoàn thiện hơn) của các mô hình đã giúp phát triển việc quan trắc đo đạc cũng nhƣ tạo ra những tiến bộ trong dự báo hạn mùa. Để hiểu đƣợc cơ sở vật lý của dự báo hạn mùa, chúng ta cần hiểu các nhân tố tạo ra các đặc trƣng khí hậu của 1 năm khác biệt so với các năm khác.
Vì vậy, chúng ta cũng cần nắm đƣợc khả năng dự báo của chính các nhân tố này và cụ thể ở quy mô thời gian nào. Trên quy mô toàn cầu, nguyên nhân quan trọng nhất khiến các đặc trƣng khí hậu thay đổi từ năm này qua năm khác là sự biến đổi của nhiệt độ mặt nƣớc biển toàn cầu (SST). Dị thƣờng nhiệt độ bề mặt biển ở khu vực nhiệt đới là đặc biệt quan trọng bởi vì đối lƣu sâu trong khí quyển miền nhiệt đới, tác động lớn đến hoàn lƣu toàn cầu, lại rất nhạy cảm với SST bên dƣới. Ở một số nơi khác nhƣ Châu Âu và Tây Phi, SST của khu vực cũng đƣợc coi là nhân tố quan trọng.
Đối với khu vực nhiệt đới, đặc biệt là khu vực Thái Bình Dƣơng xích đạo, khả năng dự báo SST đƣợc nâng cao nhờ có các quá trình khác. Trong đó, ENSO là hiện tƣợng đƣợc quan tâm nghiên cứu và có tác động nhiều nhất đến các quá trình làm thay đổi SST. Dự báo hiện tƣợng ENSO, 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com theo quy mô tháng và năm, đã hỗ trợ tốt hơn cho dự báo hạn mùa ở nhiều nơi trên thế giới. Bề mặt đất của trái đất cũng có thể ảnh hƣởng đến khí quyển trên quy mô mùa, trong đó độ ẩm đất đóng vai trò quan trọng, cũng nhƣ một số nơi là độ phủ tuyết.
Độ ẩm đất có thể dao động về căn bản từ năm này qua năm khác và biến đổi trong độ ẩm đất có khoảng thời gian quy mô từ tháng đến năm. Koster (2004) [27] đã sử dụng mô hình bề mặt đất (LSM) kết hợp với trƣờng toàn cầu trạng thái thực (của các biến giáng thủy, bức xạ và các trƣờng khí tƣợng bề mặt) để có đƣợc các trƣờng mới về độ ẩm đất, nhiệt độ và các trạng thái đất khác. Sau đó, tác giả đã sử dụng các trƣờng này làm điều kiện ban đầu cho dự báo giáng thủy và nhiệt độ bằng mô hình hoàn lƣu chung khí quyển (AGCM). Sự cải thiện trong kết quả đã đƣợc kiểm định với việc thực hiện dự báo lại ở quy mô tháng (từ tháng 5 đến tháng 9, 1979-93) với hệ thống dự báo hạn mùa của Mô hình toàn cầu của NASA (GMAO).
Với 75 dự báo riêng biệt, kết quả đã cung cấp cơ bản đầy đủ về mặt thống kê cho việc đánh giá sự cải thiện trong kĩ năng dự báo liên quan đến việc ban đầu hóa điều kiện bề mặt đất. Đánh giá kĩ năng đƣợc tập trung cho khu vực Đồng bằng lớn của Bắc Mỹ, khu vực có nguồn số liệu về điều kiện đất ban đầu đáng tin cậy và có sự ảnh hƣởng lớn của điều kiện độ ẩm đất tới các nhiễu động khí quyển trong việc phát triển các trƣờng khí tƣợng. Nghiên cứu đã chỉ ra ban đầu hóa đất tác động nhỏ nhƣng là có thể nhận thấy cho sự cải thiện của dự báo nhiệt độ và lƣợng mƣa của khu vực này. Đối với giáng thủy, sự phát triển trong kĩ năng dự báo xuất hiện rõ nét vào tháng 5 đến tháng 7, trong khi đó với nhiệt độ không khí, là tháng 8 và tháng 9.
Cả ban đầu hóa đất và khí quyển đều chi phối một cách độc lập đến kĩ năng thực của dự báo nhiệt độ hàng tháng, với kĩ năng lớn nhất nhận đƣợc từ việc ban đầu hóa là khi kết hợp 2 nguồn này. Việc dự báo hạn dài chính xác các nhân tố khí hậu (nhiệt độ, lƣợng mƣa, trên hay dƣới chuẩn… ) có những tiềm năng ứng dụng rất lớn, ví dụ những dự báo này có thể cung cấp thông tin cần thiết cho những quyết định dài hạn và cảnh báo sớm các thiên tai có thể xảy ra. Một lƣu ý là mức độ tin cậy của bất kỳ dự báo nào cũng 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phụ thuộc vào khả năng nắm bắt chính xác đến đâu của chúng khi so sánh với trung bình khí hậu. Cụ thể là dự báo chỉ đƣợc chấp nhận nếu chúng chính xác hơn và cung cấp nhiều thông tin hơn so với kinh nghiệm về khí hậu mà vẫn đƣợc sử dụng để đánh giá và đƣa ra các quyết định trƣớc đây.
Có hai cách tiếp cận dự báo hạn mùa là dự báo bằng phƣơng pháp thống kê và phƣơng pháp mô hình động lực (dự báo sử dụng các mô hình số trị). Phương pháp thống kê là phƣơng pháp đơn giản nhất để dự báo dị thƣờng các yếu tố so với khí hậu trung bình, quy mô tháng hay mùa, sử dụng các nguyên tắc (bằng thống kê) liên kết các hình thế trong tƣơng lai với đặc tính khí hậu hiện tại. Những dị thƣờng biến đổi chậm và có quy mô lớn của khí hậu (ví dụ nhƣ SST) có thể tồn tại trong nhiều tháng, và có thể tác động làm thay đổi hình thế hoàn lƣu chung khí quyển và từ đó sai lệch so với trạng thái trung bình của hoàn lƣu khí hậu địa phƣơng. Ban đầu, hƣớng tiếp cận này không mấy thành công, nhƣng sự tăng cƣờng hiểu biết về hiện tƣợng ENSO và các hình thế tác động khác giúp cho phƣơng pháp này đáng tin cậy hơn.
Điểm mạnh của phƣơng pháp này là tƣơng đối dễ áp dụng bởi vì hầu nhƣ phụ thuộc vào thống kê khí hậu và sử dụng tài nguyên máy tính khiêm tốn. Đƣơng nhiên, vẫn tồn tại những hạn chế. Các mô hình thống kê thƣờng thử nghiệm dự báo các mối liên hệ phức tạp mà không có các mối liên hệ cụ thể nào với các quá trình vật lý cũng nhƣ động lực học nằm ẩn bên trong. Điều này có nghĩa là phƣơng pháp hiệu quả khi sự phát triển quy mô lớn là rõ rệt và theo một hƣớng nhƣng rất khó để lƣờng trƣớc những sự chuyển pha, ví dụ nhƣ từ nóng sang lạnh và ngƣợc lại.
Và cuối cùng, phƣơng pháp thƣờng không nắm bắt đƣợc những yếu tố đột biến. Phương pháp mô hình động lực là một cách tiếp cận có cơ sở vật lý hơn để dự báo mùa, sử dụng các mô hình hoàn lƣu chung khí quyển. Trong một dạng của hƣớng tiếp cận này, bƣớc đầu tiên là dự báo sự phát triển của SST trong vùng nhiệt đới Thái Bình Dƣơng. Các dự báo có thể dựa trên mô hình khu vực mà coi sự phát triển trong vùng đại dƣơng nhiệt đới là cô lập.