MỞ ĐẦU Mô phỏng khí hậu bằng mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) không đủ chi tiết cho khu vực nhỏ. Do vậy mô hình khí hậu khu vực (RCM) là giải pháp đƣợc đƣa ra để mô phỏng khí hậu chi tiết cho khu vực nhỏ. Ở Việt Nam, mô hình khí hậu khu vực RegCM đã đƣợc sử dụng để mô phỏng khí hậu với điều kiện biên và điều kiện ban đầu chủ yếu đƣợc cung cấp bởi Trung tâm Vật lý Lý thuyết Quốc tế (ICTP), các bộ số liệu này là số liệu tái phân tích hoặc kết quả mô hình toàn cầu trong quá khứ. Do vậy không thể sử dụng nếu muốn đƣa RegCM vào nghiệp vụ dự báo khí hậu.
Trƣớc thức tế đó, ý tƣởng nghiên cứu chạy mô hình RegCM với số liệu đầu vào là sản phẩm của mô hình CAM đã đƣợc thực hiện bởi Phan Văn Tân và nnk (2009). Luận văn trình bày các kết quả thử nghiệm mô phỏng khí hậu bằng mô hình khí hậu khu vực RegCM3 (REGional Climate Model) với lựa chọn số liệu đầu vào là sản phẩm của mô hình khí quyển cộng đồng CAM 3. Hệ thống mô hình lồng ghép RegCM3 với CAM 3.0 đƣợc viết tắt là RegCM_CAM.0 là AGCM thuộc mô hình hệ thống khí hậu cộng đồng CCSM (Community Climate System Model). Trong nghiên cứu này, CAM 3.0 đƣợc chạy để thực hiện các mô phỏng khí hậu thời kỳ 12/1996-12/1999 (1997-1998 là thời kỳ El Nino hoạt động mạnh nhất kể từ khi có quan trắc; 1998-1999 là thời kỳ La Nina hoạt động mạnh, kéo dài và gây ra nhiều thiên tai nghiêm trọng ở nước ta (Đặc điểm khí tượng Thủy văn năm 1997, 1998, 1999)), trong đó 12/1996 là thời gian khởi động mô hình (spin-up).
Sản phẩm mô phỏng khí hậu bằng mô hình CAM 3.0 đƣợc sử dụng làm điều kiện biên và điều kiện ban đầu cho mô hình khí hậu khu vực RegCM3. Nội dung chính của luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3: Kết quả và nhận xét 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thông tin khí hậu (bao gồm thông tin khí hậu đã qua và dự báo khí hậu) đóng một vai trò quan trọng đối với các ngành kinh tế - xã hội và công tác phòng tránh thiên tai. Đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu nhƣ ngày nay, những biến đổi về thời tiết và khí hậu đã gây ra những ảnh hƣởng nghiêm trọng đến các ngành kinh tế - xã hội nhƣ nông nghiệp, tài nguyên nƣớc, đa dạng sinh học, sức khỏe con ngƣời, … (Hình 1. Do vậy, thông tin khí hậu có độ tin cậy và chi tiết cao sẽ giúp ngƣời sử dụng bao gồm các nhà hoạch định chính sách, nhà quản lý và sản xuất, … đƣa ra đƣợc các giải pháp và kế hoạch sản xuất hợp lý.
Thực tế cho thấy, nhu cầu sử dụng các sản phẩm khí hậu có mức độ tin cậy và chi tiết cao đang là một vấn đề cấp bách. Sản phẩm khí hậu ở đây bao gồm thông tin khí hậu đã qua, dự báo, dự tính khí hậu và các khuyến cáo sử dụng (Hình 1. Từ đó, bài toán đặt ra là không ngừng nghiên cứu nhằm có đƣợc các sản phẩm khí hậu với độ phân giải và tin cậy cao để ngƣời sử dụng có thể căn cứ vào đó đƣa ra các giải pháp, kế hoạch sản xuất, … và phòng tránh thiên tai hiệu quả. Nhiệt độ, Dự báo khí lượng mưa, hậu ….
Ảnh hưởng tới Sức Nông Lâm Tài Ven biển Đa dạng Người sử khỏe nghiệp nghiệp nguyên sinh học dụng nước Số liệu quan Khuyến cáo, trắc đánh giá,. Sơ đồ mô tả tác động của khí Hình 1. Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa hậu đối với các ngành kinh tế xã hội người sử dụng với các thông tin khí hậu Để giải quyết các bài toán khí hậu, thông thƣờng có thể ứng dụng mô hình số trị, phƣơng pháp thống kê hoặc có thể kết hợp cả hai phƣơng pháp này để đƣa ra sản phẩm khí hậu phù hợp nhất. Trong đó, phƣơng pháp số trị hay còn gọi là 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mô hình hóa khí hậu (sử dụng các mô hình động lực) là sử dụng các phƣơng trình toán học để biểu diễn các quá trình vật lý, hóa học, sinh học … trong hệ thống khí hậu theo các quy mô khác nhau.3 minh họa các quá trình diễn ra trong khí quyển đƣợc mô tả trong mô hình số trị.
Nhƣ vậy, để biểu diễn đƣợc các quá trình này diễn ra trong khí quyển, mô hình số trị phải chứa đầy đủ các chƣơng trình tính toán phức tạp và đòi hỏi máy tính có cấu hình cao. Ƣu điểm của các mô hình số trị là đƣa ra các sản phẩm có tính khách quan và có thể ở độ phân giải cao. Ngoài ra, sản phẩm của mô hình số trị rất phong phú và có thể sử dụng làm đầu vào cho các mô hình ứng dụng trong các lĩnh vực khác. Đối với cách tiếp cận theo phƣơng pháp thống kê là sử dụng các mối quan hệ thống kê trong quá khứ để dự báo tƣơng lai.
Với đặc trƣng riêng của mình, hƣớng tiếp cận theo phƣơng pháp thống kê phải dựa vào số liệu lịch sử, và do đó gặp khó khăn là nguyên nhân hình thành khí hậu tƣơng lai chƣa chắc đã là do khí hậu quá khứ hay hiện tại tạo thành. Ngoài ra, cũng có thể kết hợp phƣơng pháp mô hình số trị với thống kê nhằm hiệu chỉnh và đƣa ra các sản phẩm tốt hơn thông qua các kỹ thuật chi tiết hóa. Nhƣ đã phân tích ở trên, các mô hình số trị có thể đƣa ra sản phẩm khí hậu đối với nhiều yếu tố mang tính khách quan hơn và có thể mô tả đƣợc các đặc trƣng dị thƣờng ở độ phân giải cao. Do vậy, có thể thấy hƣớng tiếp cận theo phƣơng pháp mô hình số trị đƣợc cho là có triển vọng hơn nếu khí hậu hiện tại chịu ảnh hƣởng bởi các điều kiện, tác động mới chƣa có hoặc khác biệt trong chuỗi số liệu lịch sử.
Trên thế giới, các sản phẩm khí hậu đã đƣợc cung cấp ở nhiều nƣớc nhƣ ở Hoa Kỳ, Nhật Bản, Vƣơng quốc Anh, Úc, … Các sản phẩm khí hậu ở các nƣớc này thƣờng là kết quả của các mô hình toàn cầu đầy đủ (GCM) hoặc là sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực (RCM). Tuy nhiên, việc chạy các GCM đòi hỏi cần phải có hệ thống máy tính phức tạp và có cấu hình đủ mạnh. Do vậy, các GCM thƣờng đƣợc chạy ở độ phân giải ngang khá thô (khoảng một vài độ kinh vĩ) nên mô hình không thể nắm bắt đƣợc các hiện tƣợng ở quy mô nhỏ. Do đó, các sản phẩm của các GCM thƣờng đƣợc dùng làm đầu vào cho RCM độ phân giải cao để tiếp tục chi tiết hóa thông tin cho khu vực.
Cho đến nay, hƣớng tiếp cận chạy các RCM với đầu vào là sản phẩm của GCM đang phát triển mạnh và đƣợc sử dụng phổ biến. Đã có nhiều mô hình nhƣ RSM (Regional Spectral 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Model), RegCM (REGional Climate Model), PRECIS (Providing REgional Climates for Impacts Studies), MRI-RCM … đƣợc công bố và sử dụng phổ biến. Sơ đồ mô tả mô hình hóa hệ thống khí hậu Mặc dù đã có nhiều cơ quan trên thế giới chạy các GCM, song vì nhiều lý do khác nhau mà các sản phẩm này không đƣợc cung cấp miễn phí hoặc nếu có thì đã qua xử lý và không thể sử dụng làm đầu vào cho các RCM. Một trong những RCM đƣợc cải tiến mạnh mẽ trong thời gian gần đây là RegCM (REGional Climate Model).
RegCM có thể đƣợc chạy để thực hiện các mô phỏng, dự báo và dự tính khí hậu trong tƣơng lai theo các kịch bản biến đổi khí hậu. Ngày nay, RegCM đƣợc biết đến là một mô hình khí hậu khu vực tiên tiến và đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, hiện nay nguồn số liệu đầu vào cho RegCM khá hạn chế, thông thƣờng ngƣời dùng chỉ sử dụng từ nguồn số liệu đƣợc cung cấp bởi Trung tâm Vật lý Lý thuyết Quốc tế (ICTP) tại website http://users.it/RegCNET/globedat. Ở nƣớc ta, các nghiên cứu ứng dụng mô hình RegCM đã đƣợc tiến hành từ khoảng hơn chục năm về trƣớc.
Các nghiên cứu đã khẳng định khả năng ứng 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dụng mô hình cho các mục đích mô phỏng và dự báo khí hậu. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này đƣợc thực hiện trên các bộ số liệu đầu vào do ICTP cung cấp. Gần đây, mới có một số nghiên cứu ứng dụng sản phẩn của mô hình CFS (NCEP) làm điều kiện biên và điều kiện ban đầu cho mô hình khu vực nhằm mục đích thử nghiệm dự báo khí hậu. Song song với các nghiên cứu về mô hình RegCM, mô hình khí quyển cộng đồng CAM 3.0 (Community Atmosphere Model) cũng đƣợc ứng dụng trong các nghiên cứu của Trần Quang Đức, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên.
Các nghiên cứu cũng đã cho thấy khả năng làm chủ mô hình và ứng dụng ở Việt Nam nhằm tạo điều kiện biên và ban đầu cho các mô hình khí hậu khu vực. Nghiên cứu của Phan văn Tân và nnk (2009) cũng đã thử nghiệm thành công mô phỏng khí hậu mùa hè 6-8/1999 bằng mô hình RegCM3 với điều kiện biên và điều kiện ban đầu là sản phẩm của mô hình CAM 3. Luận văn tiến hành nghiên cứu thử nghiệm mô phỏng khí hậu thời kỳ 1997-1999 bằng mô hình RegCM3 với điều kiện biên và điều kiện ban đầu là sản phẩm của mô hình CAM 3. Nghiên cứu đƣợc thực hiện thông qua các thử nghiệm miền tính khác nhau cho mô hình RegCM3 nhằm ứng đánh giá khả năng ứng dụng hai mô hình ở Việt Nam.
Mô hình hóa khí hậu 1. Mô hình khí hậu toàn cầu Mô hình khí hậu toàn cầu hoặc mô hình hoàn lƣu chung toàn cầu đều đƣợc viết tắt là “GCM”. GCM là mô hình toán học mô tả các quá trình vật lý trong khí quyển, đại dƣơng, băng biển và bề mặt đất, dựa trên hệ phƣơng trình Navier- Stokes trên một quả cầu quay với nhiệt động lực học chính là bức xạ và nhiệt ẩm. Các phƣơng trình này là cơ sở cho các chƣơng trình máy tính phức tạp để thực hiện các mô phỏng không khí hoặc đại dƣơng.
Về cơ bản, các mô hình hoàn lƣu chung đƣợc chia làm hai loại: Mô hình hoàn lƣu chung khí quyển (AGCM) và mô hình hoàn lƣu chung đại dƣơng (OGCM).