Chương 1- Tổng quan Chương 2- Phương pháp nghiên cứu Chương 3- Kết quả và nhận xét 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1. Các nghiên cứu ngoài nƣớc Khái niệm dự báo tổ hợp được đưa ra từ những năm 1974 bởi Leith và dần được phát triển theo 2 phương thức: 1) Dự báo sử dụng rất nhiều mô hình (còn gọi là siêu tổ hợp); và 2) Dự báo chỉ với một mô hình nhưng với nhiều đầu vào khác nhau. Cách tiếp cận tổ hợp phổ biến nhất hiện nay của các trung tâm khí tượng trên thế giới là sử dụng phương pháp siêu tổ hợp nhiều mô hình để thu được một tổ hợp có kết quả tốt nhất có thể. Đối với bài toán dự tính BĐKH, từ các kịch bản phát thải khí nhà kính, những thông tin phản ánh điều kiện khí hậu trong tương lai sẽ được xác định khi chạy các mô hình khí hậu toàn cầu với hàm lượng khí nhà kính dự tính của khí quyển.
Các kịch bản BĐKH toàn cầu sau đó được xây dựng dựa trên những kết quả dự tính này. Nói chung các mô hình khác nhau đưa ra những sản phẩm dự tính không giống nhau do tính bất định luôn luôn tiềm ẩn trong các mô hình. Trong mỗi mô hình đơn lẻ luôn tồn tại những điểm mạnh và những điểm yếu khiến cho “không một mô hình nào được xem là tốt nhất và việc sử dụng kết quả từ nhiều mô hình là quan trọng” (McAvaney và CS. Nếu hiểu các sai số mô phỏng trong các mô hình khác nhau là độc lập, trung bình của các mô hình có thể được kỳ vọng sẽ tốt hơn mỗi thành phần riêng lẻ, do vậy sẽ cung cấp một dự tính “tốt nhất”.
Một số kết quả nghiên cứu đã chỉ ra điều này, cho các dự báo mùa (Palmer và CS. 2004 [31]; Palmer và CS. 2005 [32] Hagedorn và CS. Bởi vậy, để giảm bớt tính bất định, với cùng một kịch bản phát thải, sản phẩm dự tính của nhiều mô hình khác nhau được sử dụng để xây dựng các kịch bản BĐKH (Tebaldi và Knutti 2007) [38].
Việc sử dụng tổ hợp các mô hình toàn cầu chạy ở các trung tâm mô hình hóa khác nhau đã được triển khai cho các dự tính/dự báo khí hậu ở các quy mô thời gian từ mùa đến nhiều năm và thế kỷ. Một trong những dự án quan trọng nhất trong vấn đề này có thể kể đến là dự án so sánh đa mô 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hình khí hậu CMIP3 (Meehl và CS. 2007) [29], thu thập dữ liệu đầu ra của 25 mô hình/phiên bản mô hình toàn cầu nhằm phục vụ cho Báo cáo Đánh giá lần thứ 4 thực hiện bởi nhóm làm việc thứ nhất (Working Group 1) của Ban Liên Chính Phủ về Biến đổi Khí hậu IPCC (Randall và CS. Hiện nay, dự án CMIP5 đang được tiến hành, tiếp nối dự án CMIP3 với mục tiêu phục vụ Báo cáo Đánh giá lần thứ 5 của IPCC dự kiến xuất bản vào tháng 9 năm 2013.
Các mô hình khí hậu toàn cầu mà sản phẩm dự tính của chúng theo các kịch bản phát thải khí nhà kính được sử dụng để xây dựng các kịch bản BĐKH toàn cầu thường có độ phân giải thấp (trong khoảng từ 125 đến 400 km), không đủ chi tiết cho việc phân tích, đánh giá BĐKH và tác động của nó ở qui mô khu vực (Mearns và CS. 2001; Giorgi và CS. Phân tích kết quả từ các mô hình toàn cầu kết hợp đại dương khí quyển cho thấy sai lệch trung bình ở quy mô khu vực khi mô phỏng khí hậu hiện tại là thay đổi theo mô hình và theo khu vực mô phỏng. Ví dụ Giorgi và Francisco (2000) [15] đã chỉ ra sai lệch với nhiệt độ điển hình vào khoảng +4°C nhưng có thể vượt quá +5°C trên một số khu vực, đặc biệt về mùa đông.
Các tác giả này cũng chỉ ra độ lệch của lượng mưa thường nằm giữa –40% và +80%, thậm chí vượt 100% trên một số khu vực. Một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng trong khu vực châu Á gió mùa, các mô hình khí hậu toàn cầu phân giải thô thường không đưa ra được những mô phỏng thỏa đáng (Lau và Yang 1996; Yu và CS. Trong khi đó, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra các mô hình khí hậu khu vực (RCMs) có thể mô phỏng khí hậu khu vực gió mùa tốt hơn so với các mô hình toàn cầu (Liu và CS. 1994, 1996; Fu và CS.
1998; Lee và Suh 2000) [26], [14], [25]. Do đó, để nghiên cứu BĐKH ở quy mô khu vực và từ đó có thể nghiên cứu đánh giá các tác động của BĐKH, một trong những hướng nghiên cứu ưu tiên chính là hướng hạ thấp quy mô (downscaling) sản phẩm của các mô hình khí hậu toàn cầu (Houghton và CS. Phương pháp hạ thấp quy mô động lực (dynamical downscaling) sử dụng các mô hình khí hậu khu vực (RCM) phân giải cao với điều kiện biên là sản phẩm dự tính từ các mô hình khí hậu toàn cầu. Phương pháp này cho phép mô tả chi tiết, đầy 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đủ các quá trình mang tính địa phương và khu vực do độ phân giải cho phép chi tiết hóa các thông tin khu vực như địa hình, các hồ nước, đường bờ biển, phân bố sử dụng đất, độ che phủ bề mặt, v.
Với các quy mô khu vực cỡ 105-106 km2, các RCMs có điều kiện biên tái phân tích thường cho độ lệch nhiệt độ trung bình trong khoảng 2°C và độ lệch lượng mưa trong khoảng 50% so với quan trắc (Giorgi và CS. Sản phẩm của các mô hình khí hậu khu vực rất đa dạng, phong phú và đồng bộ. Để có thể áp dụng được phương pháp này đòi hỏi phải có hệ thống lưu trữ và năng lực máy tính mạnh. Hơn nữa, độ chính xác cũng như độ bất định của sản phẩm dự tính phụ thuộc lớn vào bản chất động lực và các sơ đồ tham số hóa vật lí của từng mô hình.
Nhằm đánh giá năng lực của các RCMs và tính bất định trong việc đưa ra các thông tin khí hậu quy mô khu vực, một số dự án so sánh tổ hợp đa mô hình đã được tiến hành (Takle và CS. 1999; Curry và Lynch 2002; Anderson và CS. Việc kết hợp nhiều mô hình vào trong một hệ thống tổ hợp thường làm tăng kỹ năng, độ tin cậy và tính thống nhất của các dự tính (Christensen và CS. So sánh với một mô hình riêng lẻ, kết quả tổ hợp có thể cho những kết quả tốt hơn (Palmer và Räisäne 2002; Collins 2007; Räisänen 2007; Ulbrich và CS.
Các nghiên cứu trong nƣớc Do nhiều nguyên nhân khác nhau, cả khách quan và chủ quan, bài toán định lượng hóa tính bất định của các mô hình số ở Việt Nam đến tại thời điểm này hầu như vẫn chưa có gì đáng ghi nhận. Ngay cả cách tiếp cận siêu tổ hợp đơn giản dùng để tính đến độ bất định trong các mô hình số, mặc dù đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới, vẫn gần như còn nhiều mới mẻ ở Việt Nam do cách tiếp cận này đòi hỏi sử dụng rất nhiều mô hình khác nhau mà không thể luôn sẵn có cũng như vận hành trong điều kiện thực tế của Việt Nam. Ở Việt Nam, cách tiếp cận siêu tổ hợp trong đó một tổ hợp các thành phần ban đầu của các các mô hình khác nhau được xây dựng theo phương pháp nuôi nhiễu 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com gần đây đã được đưa vào triển khai thử nghiệm trong công trình nghiên cứu dự báo bão cấp nhà nước của của Trần Tân Tiến và cộng sự (2010)[8]. Các kết quả thu được là rất khả quan và có nghĩa thực tế lớn trong điều kiện năng lực tính toán của Việt Nam còn nhiều hạn chế.
Một vài đề tài gần đây đang bắt đầu triển khai theo hướng siêu tổ hợp sử dụng đầu vào của các mô hình toàn cầu khác nhau để tích phân một tổ hợp nhiều mô hình do Võ Văn Hòa (2009) làm chủ nhiệm cũng đã thu được một số kết quả bước đầu [1]. Ngoài các đề tài tổ hợp mang tính nghiên cứu bước đầu này, hầu như không có một nghiên cứu nào để đánh giá tính dự báo của các mô hình một cách đầy đủ, đặc biệt dựa trên bộ lọc Kalman tổ hợp. Đối với bài toán khí hậu, nhất là trong lĩnh vực BĐKH, ở Việt Nam đến nay đã có nhiều công trình được công bố như các công trình của Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Trọng Hiệu (1991)[3], Nguyễn Đức Ngữ (2008), Nguyễn Viết Lành (2007)[2], Trần Việt Liễn và CS. Từ năm 1994 đến 1998, Nguyễn Đức Ngữ và CS.
đã hoàn thành kiểm kê quốc gia khí nhà kính năm 1993 [4], xây dựng các phương án giảm khí nhà kính ở Việt Nam, đánh giá tác động của BĐKH đến các lĩnh vực kinh tế xã hội chủ yếu, xây dựng kịch bản BĐKH ở Việt Nam cho các năm 2020, 2050, 2070. Năm 2003, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã hoàn thành Thông báo Quốc gia đầu tiên của Việt Nam cho Công ước khung của Liên hợp quốc về BĐKH. Đến năm 2010, Thông báo Quốc gia lần thứ hai cũng đã được hoàn thành, trong đó tập trung kiểm kê quốc gia khí nhà kính cho năm 2010 và ước tính phát thải khí nhà kính cho giai đoạn 2011-2030. Trong chiến lược phòng tránh thiên tai ở Việt Nam, những hiện tượng đáng quan tâm nhất là các thiên tai có nguồn gốc khí tượng.
Nhiều bằng chứng đã chứng tỏ những hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan ngày càng có xu hướng xuất hiện với tần suất nhiều hơn và cường độ mạnh hơn. Ví dụ tháng 3 năm 2011 đang chứng kiến đợt rét đậm nhất trong lịch sử với các đợt rét đậm rét hại kèm theo tuyết tại các tỉnh vùng núi phía Bắc. Cũng như vậy, mùa đông năm 2010 là mùa đông ấm nhất 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trong lịch sử với nhiệt độ trung bình ngày lên đến 280C trong khoảng từ ngày 07 đến ngày 10 tháng 02 năm 2010. Ngày 02/12/2008, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 158/2008/QĐ– TTg phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về ứng phó với biến đổi khí hậu với mục tiêu chiến lược của Chương trình là nhằm nâng cao khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu của Việt Nam trong từng giai đoạn cụ thể; bảo đảm sự phát triển bền vững của đất nước, ổn định cuộc sống của nhân dân.
Trong nghiên cứu BĐKH, việc dự tính được kịch bản biến đổi trong tương lai là cơ sở cho các nghiên cứu đánh giá trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề với nhau.