Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Luận văn: 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 : Luận án TS. Khoa học khí tượng và khí quyển: 62 44 87 05
Nhà xuất bản: ĐHKHTN
Mục lục
Lời cam đoan............................................................................................................................1
Lời cảm ơn................................................................................................................................2
Mục lục......................................................................................................................................3
Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt..................................................................................6
Danh mục các bảng.................................................................................................................7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................................8
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................10
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.....................................................................................15
1.1. Khái niệm về cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu cực đoan.............................15
1.1.1. Khái quát chung ..................................................................................................15
1.1.2. Định nghĩa các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo IPCC...16
1.1.3. Định nghĩa cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo Việt Nam...18
1.2. Tình hình nghiên cứu về các hiện tƣợng khí hậu cực đoan ngoài nƣớc .............20
1.2.1. Nghiên cứu các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan dựa trên số
liệu quan trắc..................................................................................................................20
1.2.2. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan bằng mô hình khí hậu...24
1.2.3. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan có sử dụng phương
pháp hiệu chỉnh..............................................................................................................33
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc...............................................................................37
Chƣơng 2. XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CHO CÁC
HIỆN TƢỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN Ở VIỆT NAM..............................................42
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu...............................................................................42
2.1.1. Nghiên cứu lựa chọn các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan....42
2.1.2. Phạm vi không gian và chuỗi số liệu nghiên cứu ............................................44
2.2. Số liệu và phƣơng pháp xử lý số liệu..........................................................................46
2.2.1. Số liệu quan trắc bề mặt từ mạng lưới quan trắc Việt Nam............................464
2.2.2. Số liệu mô phỏng của các mô hình dự báo khí hậu khu vực..........................49
2.3. Phƣơng pháp xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tƣợng khí hậu cực đoan
cho khu vực Việt Nam..........................................................................................................52
2.3.1. Phương pháp hiệu chỉnh sai số hệ thống (DMO_ME)....................................53
2.3.2. Phương pháp phân vị (DMO_PER)..................................................................54
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm (DMO_EXP).........................................................56
2.4. Phƣơng pháp đánh giá kết quả...................................................................................58
Chƣơng 3. MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG CÁC
CỰC TRỊ KHÍ HẬU VÀ HIỆN TƢỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN CỦA MÔ HÌNH
KHÍ HẬU KHU VỰC..........................................................................................................62
3.1. Đặc điểm phân bố thống kê của các cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu cực
đoan trên khu vực Việt Nam...............................................................................................63
3.1.1. Đặc điểm thống kê của các cực trị khí hậu.......................................................63
3.1.2. Đặc điểm thống kê của các hiện tượng khí hậu cực đoan...............................69
3.2. Kết quả đánh giá khả năng mô phỏng các cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu
cực đoan của ba mô hình khí hậu khu vực đƣợc thử nghiệm......................................76
3.2.1. Kết quả đánh giá các yếu tố khí tượng sử dụng để xác định các hiện tượng
khí hậu cực đoan............................................................................................................77
3.2.2. Kết quả đánh giá mô phỏng các cực trị khí hậu...............................................79
3.2.3. Kết quả đánh giá mô phỏng các hiện tượng khí hậu cực đoan.......................82
3.3. Kết quả xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tƣợng khí hậu cực đoan trên
khu vực Việt Nam..................................................................................................................91
3.3.1 Các kết quả xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan..91
3.3.2. Kết quả đánh giá sai số xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan từ các chỉ
tiêu được xây dựng........................................................................................................96
KẾT LUẬN ..........................................................................................................................115
KIẾN NGHỊ .........................................................................................................................117
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN .............................................................................................................................118
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................119
PHỤ LỤC 1. DANH SÁCH CÁC TRẠM QUAN TRẮC ĐƢỢC SỬ DỤNG.......133
PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC BỀ
MẶT.......................................................................................................................................1356
Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt
B1, B2, B3, B4 Khu vực: Tây Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ
CS Các cộng sự
CTKH Cực trị khí hậu
DMO_EXP Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xác định ECEs bằng hàm thực nghiệm
DMO_ME Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xác định ECEs bằng hiệu chỉnh sai số hệ
thống
DMO_PER Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xác định ECEs bằng tính toán theo giá trị phân vị
tương ứng
ĐMLCB/DR Đợt mưa lớn cục bộ/diện rộng
ĐNNCB/DR Đợt nắng nóng cục bộ/diện rộng
ĐRĐCB/DR Đợt rét đậm cục bộ/diện rộng
ĐRHCB/DR Đợt rét hại cục bộ/diện rộng
ECEs Extreme Climate Events – Các hiện tượng và cực trị khí hậu
EWEs Extreme Weather Events – Hiện tượng thời tiết cực đoan
GCMs Global Climate Models – Mô hình khí hậu toàn cầu
HTKHCĐ Hiện tượng khí hậu cực đoan
IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change-Tổ chức liên chính phủ
về biến đổi khí hậu
KTTV Khí tượng Thủy văn
MLCB/DR Mưa lớn cục bộ/diện rộng
NCEP National Center for Environment Prediction-Trung tâm dự báo môi
trường quốc gia của Mỹ
N1, N2, N3 Khu vực: Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ
NMLCB/DR Ngày mưa lớn cục bộ/diện rộng
NNMCB/DR Nắng nóng mạnh cục bộ/diện rộng
NNNCB/DR Ngày nắng nóng cục bộ/diện rộng
NRĐCB/DR Ngày rét đậm cục bộ/diện rộng
NRHCB/DR Ngày rét hại cục bộ/diện rộng
XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới
RCMs Regional Climate Models – Mô hình khí hậu khu vực
RĐCB Rét đậm cục bộ
RĐDR Rét đậm diện rộng
RHCB Rét hại cục bộ
RHDR Rét hại diện rộng
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi7
Danh mục các bảng
Bảng 2.1. Một số đặc trưng chính trong cấu hình chạy mô phỏng của mô
hình RegCM, MM5CL và REMO 51
Bảng 2.2. Bảng phân loại tần suất xuất hiện các sự kiện 60
Bảng 3.1. Giá trị kỷ lục của các cực trị khí hậu 63
Bảng 3.2. Giá trị kỷ lục của các hiện tượng rét đậm, rét hại 71
Bảng 3.3. Giá trị kỷ lục của các hiện tượng mưa lớn 71
Bảng 3.4. Giá trị kỷ lục của các hiện tượng nắng nóng 74
Bảng 3.5. Giá trị ME và RMSE cho mô phỏng Tx từ mô hình RegCM,
MM5CL và mô hình REMO (tính trên chuỗi số liệu 1990 - 1999) 77
Bảng 3.6. Tương tự bảng 3.5 nhưng cho yếu tố nhiệt độ trung bình ngày 78
Bảng 3.7. Tương tự bảng 3.5 nhưng cho yếu tố lượng mưa tích lũy 24 giờ 79
Bảng 3.8. Kết quả tính chỉ số ME và RMSE cho mô phỏng các cực trị hậu
của RegCM 81
Bảng 3.9. Tương tự bảng 3.8 nhưng cho mô hình MM5CL 81
Bảng 3.10. Tương tự bảng 3.8 nhưng cho mô hình REMO 81
Bảng 3.11. Kết quả xác định các ngưỡng chỉ tiêu về SNRĐCB/SĐRĐCB
theo ba phương pháp khác nhau cho mô hình RegCM, MM5CL và REMO 92
Bảng 3.12. Tương tự bảng 3.11 nhưng cho SNRĐDR/SĐRĐDR 92
Bảng 3.13. Tương tự bảng 3.11 nhưng cho SNRHCB/SĐRHCB 92
Bảng 3.14. Tương tự bảng 3.11 nhưng cho SNRHDR/SĐRHDR 92
Bảng 3.15. Kết quả xác định các ngưỡng chỉ tiêu về SNNNCB/SĐNNCB
theo ba phương pháp khác nhau cho mô hình RegCM, MM5CL và REMO 94
Bảng 3.16. Tương tự bảng 3.15 nhưng cho SNNNDR/SĐNNDR 94
Bảng 3.17. Tương tự bảng 3.15 nhưng cho SNNNMCB/SĐNNMCB 94
Bảng 3.18. Kết quả xác định các ngưỡng chỉ tiêu về SNMLCB/SĐMLCB
theo ba phương pháp khác nhau cho mô hình RegCM, MM5CL và REMO 95
Bảng 3.19. Tương tự bảng 3.18 nhưng cho SNMLDR/SĐMLDR 958
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 2.1.1. Phân bố của 7 vùng khí hậu và các trạm quan trắc tương ứng
trong từng vùng khí hậu được sử dụng trong nghiên cứu
45
Hình 2.1.2. Sơ đồ khối của hệ thống kiểm tra chất lượng quan trắc bề mặt 48
Hình 2.1.3. Miền tích phân của các mô hình RCMs được nghiên cứu 52
Hình 2.1.4. Các bước thực hiện của phương pháp hiệu chỉnh sai số hệ thống
(DMO_ME)
54
Hình 2.1.5. Biểu đồ minh họa quan hệ giữa ngưỡng xác định mưa lớn và chỉ
số đánh giá BIAS cho khu vực Nam Bộ
57
Hình 2.1.6. Các bước thực hiện của phương pháp thực nghiệm 58
Hình 3.1.1. Biểu đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối cao tuyệt đối tháng (TXx)
tại a) B1; b) B2; c) B3; d) B4; e) N1; f) N2; g) N3 và h) trên toàn Việt Nam
64
Hình 3.1.2. Biểu đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp tuyệt đối tháng (TNn)
tại a) B1; b) B2; c) B3; d) B4; e) N1; f) N2; g) N3 và h) trên toàn Việt Nam
67
Hình 3.1.3. Biểu đồ tần suất xuất hiện lượng mưa cực đại tháng (Rx) tại a)
B1; b) B2; c) B3; d) B4; e) N1; f) N2; g) N3 và h) trên toàn Việt Nam
68
Hình 3.2.1. Sai số số ngày và số đợt RĐCB/RHCB của ba mô hình a) số
ngày RĐCB; b) số đợt RĐCB; c) số ngày RHCB; d) số đợt RHCB 82
Hình 3.2.2. Sai số số ngày và số đợt rét RĐCB/RHCB của REMO cho B3 83
Hình 3.2.3. Sai số số ngày RĐCB (B4), RĐDR (B2, B3) 84
Hình 3.2.4. Sai số số ngày và số đợt RĐ, RH diện rộng khu vực B4 85
Hình 3.2.5. Sai số số ngày, số đợt nắng nóng nhẹ cục bộ 86
Hình 3.2.6. Sai số số ngày, số đợt nắng nóng mạnh cục bộ 87
Hình 3.2.7. Sai số số ngày, số đợt nắng nóng diện rộng 87
Hình 3.2.8. Sai số mô phỏng hiện tượng NNMCB tại N2, N3 88
Hình 3.2.9. Sai số mô phỏng hiện tượng NNNDR tại N2, N3 88
Hình 3.2.10. Số ngày MLCB a) và số đợt MLCB b) 89
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi9
Hình 3.2.11. Sai số số ngày, số đợt hiện tượng mưa lớn khu vực B4, N1 90
Hình 3.2.12. Sai số số ngày, số đợt MLDR vùng N2, N3 90
Hình 3.3.1. Sai số số ngày, số đợt RĐ, RH cục bộ và diện rộng của mô hình
RegCM a) NRĐCB; b) NRĐDR; c) ĐRĐCB; d) ĐRĐDR; e) NRHCB; f)
NRHDR; g) ĐRHCB; h) ĐRHDR
97
Hình 3.3.2. Sai số số ngày, số đợt NN cục bộ và diện rộng của mô hình
RegCM a) NNNCB; b) NNNDR; c) ĐNNCB; d) ĐNNDR; e) NNNMCB; f)
ĐNNMCB
99
Hình 3.3.3. Sai số mưa lớn cục bộ và diện rộng của mô hình RegCM tại a)
NMLCB; b) NMLDR; c) ĐMLCB; d) ĐMLDR
101
Hình 3.3.4. Sai số số ngày, số đợt RĐ, RH cục bộ và diện rộng của mô hình
MM5CL a) NRĐCB; b) NRĐDR; c) ĐRĐCB; d) ĐRĐDR; e) NRHCB; f)
NRHDR; g) ĐRHCB; h) ĐRHDR
103
Hình 3.3.5. Sai số số ngày, số đợt NN cục bộ và diện rộng của mô hình
MM5CL a) NNNCB; b) NNNDR; c) ĐNNCB; d) ĐNNDR; e) NNNMCB;
f) ĐNNMCB
105
Hình 3.3.6. Sai số mưa lớn cục bộ và diện rộng của mô hình MM5CL tại a)
NMLCB; b) NMLDR; c) ĐMLCB; d) ĐMLDR
107
Hình 3.3.7. Sai số số ngày, số đợt RĐ, RH cục bộ và diện rộng của mô hình
REMO a) NRĐCB; b) NRĐDR; c) ĐRĐCB; d) ĐRĐDR; e) NRHCB; f)
NRHDR; g) ĐRHCB; h) ĐRHDR
109
Hình 3.3.8. Sai số số ngày, số đợt NN cục bộ và diện rộng của mô hình
REMO a) NNNCB; b) NNNDR; c) ĐNNCB; d) ĐNNDR; e) NNNMCB; f)
ĐNNMCB
112
Hình 3.3.9. Sai số số ngày, số đợt mưa lớn cục bộ và diện rộng của mô hình
REMO tại a) NMLCB; b) NMLDR; c) ĐMLCB; d) ĐMLDR
11310
MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Khí hậu là một trong những bộ phận quan trọng của môi trường tự nhiên và
xã hội. Có thể nói, khí hậu là điều kiện tự nhiên thường xuyên ảnh hưởng đến thế
giới sinh vật và đến mọi lĩnh vực hoạt động kinh tế - xã hội của con người. Mặt
khác, các hoạt động kinh tế - xã hội, trong đó có các hoạt động gắn với sản xuất
công nghiệp là một trong những nguyên nhân chính tác động đến khí hậu khu vực
và khí hậu toàn cầu, làm thay đổi cơ chế khí hậu ở từng địa phương, khu vực và
toàn cầu. Hay nói cách khác, dẫn đến biến đổi khí hậu và thực tế đã cho thấy ngày
càng gia tăng các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan như nắng nóng, rét đậm, rét
hại, bão mạnh, mưa lớn, … Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi dị thường
của điều kiện thời tiết, khí hậu, trong đó có thể là do tác động của biến đổi khí hậu
và sự nóng lên toàn cầu.
Những thiên tai cực đoan gây ra các thảm họa khôn lường, thiệt hại về người
và tài sản cho nhiều quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy, trong những năm gần đây
đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào giải quyết bài toán khí hậu
cực đoan hay các hiện tượng khí hậu cực trị - Extreme Climate Events (ECEs) trong
mối tương quan với sự biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu. Có thể phân chia
các công trình thành ba hướng chính như sau:
1. Nghiên cứu biến động và xu thế biến đổi của các hiện tượng thời tiết, khí
hậu cực đoan trong mối liên hệ với sự biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu. Theo
hướng này, các tác giả đã sử dụng số liệu quan trắc lịch sử về các cực trị khí hậu nói
chung và các hiện tượng khí hậu cực đoan nói riêng; tính toán xác định xu thế biến
đổi của các cực trị khí hậu dựa trên việc phân tích các hàm phân bố xác suất, xác
định cường độ và tần suất xuất hiện các hiện tượng khí hậu cực đoan.
2. Nghiên cứu ứng dụng các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu
khu vực để mô phỏng khí hậu quá khứ, hay có thể sử dụng để tái tạo những nơi
không có số liệu qua đó đánh giá khả năng nắm bắt các hiện tượng khí hậu cực đoan.
3. Nghiên cứu dự báo và dự tính khả năng xuất hiện trong tương lai các hiện
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi11
tượng khí hậu cực đoan với các thời hạn và quy mô dự báo khác nhau.
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về biến đổi khí hậu đã được đầu tư trong nhiều
năm trở lại đây và thu được nhiều kết quả khả quan, trong đó phần lớn tập trung vào
hướng nghiên cứu thứ nhất và thứ ba. Một số nghiên cứu theo hướng thứ hai cũng
đã được thực hiện nhưng mới dừng ở mức khai thác các sản phẩm dự báo từ mô
hình khí hậu toàn cầu (GCMs). Hướng nghiên cứu ứng dụng các mô hình khí hậu
khu vực (RCMs) để mô phỏng hay dự tính khí hậu còn ít và tồn tại nhiều hạn chế,
đặc biệt là trong bài toán mô phỏng các ECEs. Chính vì vậy, việc nghiên cứu ứng
dụng các RCMs để mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan
cho khu vực Việt Nam là hết sức cần thiết và cấp bách.
Tính cấp thiết của đề tài
Như đã trình bày ở trên, do tính chất nghiêm trọng trong hậu quả tác động
của ECEs nên đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới chú trọng đến vấn đề
này, đặc biệt là theo hướng nghiên cứu thứ hai. Trong cách tiếp cận này, các mô
hình hoàn lưu chung khí quyển - đại dương (AOGCM) và RCMs là công cụ chủ yếu
được sử dụng để nghiên cứu, xác định sự biến động khí hậu trong quá khứ và để dự
tính cho tương lai. Các mô hình AOGCM đã không ngừng được phát triển, hoàn
thiện thông qua việc nghiên cứu nhằm tăng độ phân giải không gian cũng như các
nghiên cứu cải tiến về các quá trình động lực học và các sơ đồ tham số hóa trong
các tùy chọn vật lý. Nhiều quá trình mô phỏng quan trọng đã được đưa vào trong
các mô hình như ảnh hưởng của xol khí tới quá trình bức xạ hay hiện tượng ENSO.
Phát triển mạnh mẽ theo hướng này là việc ứng dụng RCMs để mô phỏng
các quá trình khí hậu ở quy mô khu vực và địa phương, trong đó chú trọng đến việc
nghiên cứu khả năng nắm bắt ECEs của các mô hình này. Đặc biệt, sau khi mô hình
RegCM ra đời và không ngừng phát triển, cải tiến trong nghiên cứu khí hậu khu vực,
và đã có nhiều công trình nghiên cứu được đăng tải trên nhiều tạp chí khác nhau.
Mô hình REMO của Viện Khí tượng thuộc Viện Max Planck, Cộng hòa Liên bang
Đức tuy không được cung cấp phổ biến như RegCM nhưng đã được ứng dụng
thành công trong nhiều công trình nghiên cứu theo hướng mô hình hóa khí hậu khu12
vực. Một số mô hình khác, như PRECIS, RSM, CMM5, CWRF,… cũng đã được
ứng dụng thành công trong nghiên cứu mô phỏng khí hậu khu vực cũng như nghiên
cứu biến đổi khí hậu. Kết quả chạy các mô hình khí hậu khu vực là các trường yếu
tố khí hậu (ở đây là các trường mô phỏng quá khứ) và sự phân bố của chúng theo
không gian, thời gian chi tiết hơn, đặc biệt đối với những nơi số liệu quan trắc còn
thưa (vùng núi cao hay trên các vùng biển, đại dương).
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng các RCMs trong thời gian qua đã
đạt nhiều kết quả khả quan. Tuy nhiên, việc đánh giá chi tiết khả năng nắm bắt của
mô hình trong việc mô phỏng các hiện tượng khí hậu cực đoan để từ đó chỉ ra mô
hình nào tốt? tốt với hiện tượng nào? khu vực nào vẫn chưa được trả lời cụ thể. Vì
vậy, chúng tui thực hiện 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”.
Trong khuôn khổ luận án, chúng tui chỉ tập trung giải quyết bài toán đánh giá khả
năng mô phỏng ECEs của một số RCMs cho khu vực Việt Nam mà không giải
quyết bài toán dự báo và dự tính khí hậu. Trên cơ sở đó, thực hiện tính toán ECEs
theo định nghĩa của IPCC và Việt Nam để làm cơ sở xây dựng hệ thống chỉ tiêu xác
định một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan cho khu vực Việt Nam
từ sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực RegCM, REMO và MM5CL.
Mục đích của luận án
Luận án đặt ra nhằm đạt được các mục tiêu như sau:
1. Đánh giá được khả năng mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng
khí hậu cực đoan cho khu vực Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực RegCM,
REMO và MM5CL;
2. Xây dựng hệ thống chỉ tiêu xác định một số cực trị khí hậu và hiện tượng
khí hậu cực đoan cho khu vực Việt Nam từ sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực
RegCM, REMO và MM5CL.
Đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu về khí hậu và biến đổi khí hậu bằng các phương pháp thống kê
và mô hình hóa là một bài toán lớn liên quan đến nhiều vấn đề và khía cạnh khoa
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi13
học khác nhau. Do đó, phạm vi luận án chỉ tập trung giải quyết bài toán đánh giá
khả năng mô phỏng ECEs của một số RCMs cho khu vực Việt Nam với đối tượng,
phạm vi và phương pháp nghiên cứu như sau:
- Đối tượng nghiên cứu: Các ECEs theo định nghĩa của IPCC và Việt Nam
được mô phỏng từ các mô hình khí hậu khu vực RegCM, REMO và MM5CL.
- Phạm vi nghiên cứu: 7 vùng khí hậu Việt Nam gồm Tây Bắc Bộ, Đông Bắc
Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ.
- Phương pháp nghiên cứu: Để thực hiện các nội dung nghiên cứu, luận án
sử dụng phương pháp thống kê, phương pháp toán học và phương pháp đánh giá
khách quan.
Những đóng góp mới của luận án
- Luận án đã đánh giá và chỉ ra được khả năng mô phỏng một số cực trị khí
hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan từ các mô hình khí hậu khu vực RegCM,
REMO và MM5CL cho khu vực Việt Nam;
- Luận án đã xây dựng được một số phương pháp hiệu chỉnh và chỉ ra được
phương pháp hiệu chỉnh tốt nhất cho một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu
cực đoan của các mô hình RegCM, REMO và MM5CL cho từng vùng khí hậu.
Ý nghĩa khoa học của luận án
Việc đánh giá năng lực và chỉ ra được những ưu, nhược điểm của các mô
hình khí hậu khu vực thường được ứng dụng ở Việt Nam (RegCM, REMO,
MM5CL) trong việc mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực
đoan trong luận án sẽ góp phần nâng cao sự hiểu biết về khả năng ứng dụng sản
phẩm của mô hình khí hậu trong nghiên cứu mô phỏng, dự báo và dự tính khí hậu
nói chung, các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan nói riêng. Những kết
quả nghiên cứu của luận án cũng góp phần làm sáng tỏ tính bất định của các mô
hình khí hậu khu vực, một trong những vấn đề quan trọng cần được tính đến
khi xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án
- Hệ thống phương pháp hiệu chỉnh và các chỉ tiêu, dùng trong hiệu chỉnh14
sản phẩm của các mô hình khí hậu có thể được ứng dụng trong nghiên cứu khí hậu
và biến đổi khí hậu ở Việt Nam.
- Những kết quả của luận án cũng có thể được tham khảo, sử dụng trong quá
trình xây dựng và cập nhật các kịch bản biến đổi khí hậu cho từng khu vực khí hậu
ở Việt Nam trong tương lai.
Cấu trúc của luận án
Ngoài các phần lời cam đoan, lời cám ơn, danh sách các từ viết tắt, bảng biểu,
hình vẽ và đồ thị, mục lục, mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung chính
của luận án bao gồm:
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.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi15
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.
1.1. Khái niệm về cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu cực đoan
1.1.1. 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 hay cực tiểu ngày
và qua đó xác định được giá trị trung bình tháng, cực đại tháng hay cực tiểu tháng
và tương tự xác định được giá trị trung bình năm, cực đại năm hay 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
( , , , ) exp 1
F x x
Trong đó:
F là hàm phân bố tích lũy16
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
Hình 1.1. Phân bố lý thuyết GEV
1.1.2. 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
Hàm
mật độ
phân
bố xác
suất
Sự phân bố cực trị chung
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi17
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 và18
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 hay dự tính của GCMs và RCMs, đặc biệt là
trong bài toán dự tính biến đổi khí hậu.
1.1.3. 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 hay dữ dội mà tác động của
chúng có thể ảnh hưởng trực tiếp hay 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
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi19
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.v.v.. 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 hay 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.
Mưa lớn là hiện tượng mưa với tổng lượng mưa đạt trên 50mm trong 24 giờ,
trong đó mưa với tổng lượng mưa từ 51 mm đến 10 mm trong 24 giờ là mưa to,
mưa với tổng lượng mưa trên 100 mm trong 24 giờ là mưa rất to [29]. Mưa lớn có
tác động sâu, rộng đến mọi hoạt động sản xuất của con người. Mưa lớn kéo dài là
một trong những nguyên nhân gây ra lũ lụt, úng ngập, trượt lở đất, đá, gây tình
trạng tắc nghẽn giao thông, thậm chí hủy hoại cơ sở hạ tầng và đe dọa đến cả tính
mạng con người. Trong công tác dự báo KTTV, mưa lớn, đặc biệt ở những vùng
nhiệt đới là một hiện tượng thời tiết nguy hiểm, dẫn đến lũ quét, lũ ống, sạt lở
đất.v.v..tại các khu vực có địa hình dốc, sông ngắn, hẹp và gây ra những thảm họa20
khôn lường. Tại Việt Nam, ngưỡng mưa ngày lớn hơn 50mm thường được sử dụng
để xác định mưa lớn và các hiện tượng như mưa lớn cục bộ và diện rộng có thể
được coi như là các hiện tượng khí hậu cực đoan.
Rét đậm/rét hại dạng thời tiết đặc biệt xảy ra trong mùa đông ở miền Bắc khi
nhiệt độ không khí trung bình ngày xuống dưới 15oC/13oC [29]. Sự xuất hiện rét đậm,
rét hại có ảnh hưởng xấu đến sản xuất nông nghiệp và sức khỏe cộng đồng, đặc biệt
đối với trẻ em và người cao tuổi. Theo chỉ tiêu hiện đang được áp dụng ở Việt Nam,
hiện tượng rét đậm, rét hại được xác định dựa trên nhiệt độ trung bình ngày (Ttb): 1)
Nếu Ttb ≤ 15oC: Có rét đậm xuất hiện và 2) Nếu Ttb ≤ 13oC: Có rét hại xuất hiện.
Hiện tượng rét đậm, rét hại có thể kéo dài nhiều ngày, thành đợt, và có thể xuất hiện
trên diện rộng hay cục bộ.
Nắng nóng là dạng thời tiết đặc biệt trong mùa hè, khi nhiệt độ không khí
cao nhất trong ngày vượt quá 35oC và độ ẩm không khí xuống dưới 65% [29]. Theo
chỉ tiêu hiện đang áp dụng trong nghiệp vụ tại Việt Nam, một đợt nắng nóng xuất
hiện trên khu vực nào đó khi trong khu vực đó có một nửa số trạm trở lên thỏa mãn
điều kiện có Tx 35oC và RH ≤ 65%, và thỏa mãn điều kiện xuất hiện từ hai ngày
trở lên. Khi xảy ra một chuỗi ngày nắng nóng mà trong đó có xen kẽ một ngày chưa
đạt tiêu chuẩn nắng nóng như chỉ tiêu xác định nêu trên, nhưng trong ngày đó thỏa
mãn có ít nhất một nửa số trạm có Tx xấp xỉ 35oC và RH ≤ 65% thì vẫn được xem
là một đợt nắng nóng liên tục.
1.2. Tình hình nghiên cứu về các hiện tƣợng khí hậu cực đoan ngoài nƣớc
1.2.1. Nghiên cứu các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan dựa trên
số liệu quan trắc
Trên thực tế, việc phát hiện ra ECEs thông thường được dựa vào chuỗi số
liệu quan trắc lịch sử theo không gian và thời gian. Để khảo sát tính chất, mức độ và
xu thế biến đổi của các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan, các phương
pháp thống kê thường được áp dụng cho chuỗi số liệu này. Kết quả tính toán, phân
tích sẽ chỉ ra được đặc trưng thống kê của các yếu tố khí hậu, qua đó sẽ tách biệt
hay phân loại được các thời điểm, khu vực có điều kiện thời tiết, khí hậu đặc biệt
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi21
hay đó chính là ECEs. Việc xác định được ECEs cho phép xem xét các quy luật khí
hậu, và các đặc trưng của chúng. Dựa vào số liệu quan trắc, các tập ngưỡng giá trị,
mẫu đặc trưng sẽ được xác định để phân loại và phát hiện ECEs. Dưới đây là một số
tổng quan về các nghiên cứu, phân loại hay phân biệt ra ECEs dựa trên số liệu quan
trắc.
Mearns và CS (2001) [86] đã tính toán sự phân bố các yếu tố khí hậu, chẳng
hạn như nhiệt độ, trong đó có tính đến sự phân bố về tần suất xuất hiện các hiện
tượng thời tiết dị thường, sự phân bố tần suất xuất hiện các sự kiện hiếm, qua đó tác
giả đã cho thấy: Nếu có một sự thay đổi cơ bản về hình dạng hay vị trí của hàm
phân bố thì sẽ làm tăng các hiện tượng cực đoan và giảm các hiện tượng khác. Điều
này đặc biệt quan trọng để nhận thấy rằng tần suất biến đổi của các hiện tượng cực
đoan không tuyến tính với sự thay đổi trung bình của hàm phân bố. Đồng quan
điểm với nhận định trên, tác giả Katz và Brown (1992) [114] cũng đã đưa ra nhận
xét: một sự thay đổi giá trị của hàm phân bố sẽ làm ảnh hưởng đến tần suất các hiện
tượng cực đoan hơn là biến đổi trung bình.
Trong các nghiên cứu của Groisman và Eaterling (2000) [49] cho thấy ngoài
việc thể hiện bằng sự phân bố trên còn thể hiện tốt hơn bằng sự phân bố gamma.
Davison và Smith (1990) [45] sử dụng phương pháp phân bố Gumbel và dựa vào
việc xem xét giá trị vượt qúa các ngưỡng cao để phân tích giá trị cực đoan. Ngoài ra,
các tác giả này cũng phân tích mối tương quan tổng quát trong khí tượng, khí hậu
và thủy văn để dự báo các hiện tượng thời tiết/khí hậu cực đoan, các sự kiện hiếm.
Dupuis và CS (1998) [47] vẫn đang tiếp tục phát triển theo hướng nghiên cứu này.
Tác giả Serreze MC (1995) [100] đã chỉ ra rằng: Tần suất của các xoáy thuận
dị thường có liên quan chặt chẽ với sự thay đổi trạng thái trung bình mùa ở phía trên
tầng đối lưu, gió và khí áp ở dưới tầng đối lưu; việc kết hợp giữa sự biến đổi trạng
thái trung bình với tần số xoáy thuận dị thường, có khả năng đưa ra đặc trưng chi
tiết hơn giữa các thành phần của xoáy.
Parker và CS (1999) [67] so sánh sự thay đổi nhiệt độ trung bình mùa từ năm
1954 đến 1973 trong khoảng thời kỳ từ năm 1974 đến 1993 đã tìm ra một sự gia22
tăng nhỏ toàn diện và đặc biệt sự gia tăng lớn ở trung tâm Bắc Mỹ. Parker và CS
(1999) [67] cũng phân tích dữ liệu toàn cầu và chỉ ra không có sự biến đổi, nhưng từ
năm 1951 sự gia tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu có thể quy đánh giá là sự tăng (giảm)
trong các khu vực ở mực cao hơn hay thấp hơn nhiệt độ thường. Họ cũng đã phân
tích tổng thể sự biến đổi trên/dưới phân vị 10. Các tác giả này đã tìm ra một sự biến
đổi nhỏ toàn diện, ngoại trừ sự giảm đi số ngày trên/dưới mức bình thường trong
suốt những năm 1960 và 1970. Michaels và CS (1998) [90] đã tìm ra sự giảm đi
tổng thể trong dao động mùa suốt từ 50 - 100 năm qua. SAR, Karl và CS (1995b)
[68] đã tìm ra sự biến động từng ngày trong suốt thế kỷ 20 ở Bắc Bán Cầu. Gần đây
Collins và CS (2000) [43] cũng đã chứng minh các xu hướng tương tự ở Úc. Bằng
sự phân tích chỉ số nhiệt độ ngày trong chuỗi dài tương ứng cho 4 trạm ở Bắc Âu,
Moberg và CS (2000) [91] cũng đã tìm ra sự giảm dần trong tất cả các mùa với xu
hướng biến thiên ngày vào khoảng 7% giữa năm 1880 và 1998.
Có một số khu vực mới nghiên cứu liên quan đến sự biến đổi các cực trị
nhiệt trong thế kỷ 20. Gruza và CS (2001) [94] đã chỉ ra sự gia tăng đáng kể trong
các ngày có nhiệt độ cực đoan ở dọc nước Nga sử dụng bộ số liệu từ năm 1961 -
1990. Frich và CS (2002) [51] phân tích số liệu nửa cuối thế kỷ 20 dọc Bắc Bán cầu
ở các vĩ độ vừa và cao và tìm ra sự gia tăng đáng kể (5 đến >15%) về độ dài mùa
sinh trưởng ở nhiều vùng. Heino và CS (1999) tìm ra có sự giảm đi số ngày rét đậm
(số ngày có nhiệt độ cực tiểu nhỏ hơn hay bằng 00C) ở bắc và trung tâm châu Âu.
Easterling và CS (2000) [49,50] chỉ ra có sự giảm đáng kể các ngày có nhiệt độ
dưới điểm băng trên khắp trung tâm nước Mỹ (khoảng 7 ngày trong năm). Ở
Canada, Bonsal và CS (2001) [36] cũng tìm ra ít hơn số ngày có nhiệt độ dưới cực
đoan trong suốt mùa đông, mùa xuân, mùa hè và nhiều hơn số ngày có nhiệt độ lớn
hơn nhiệt độ cực đoan trong suốt mùa đông và mùa xuân. Điều này dẫn đến có sự
gia tăng đáng kể thời kỳ băng giá. Plummer và CS (1999) [95]; Collins và CS
(2000) [43] chỉ ra sự giảm các ngày có nhiệt độ điểm băng. Thêm vào đó, trong khi
có sự gia tăng về tần suất của các ngày ấm, sự giảm đi số đêm lạnh cũng mạnh hơn
đã được quan trắc. Frich và CS (2002) [51] chỉ ra sự giảm số ngày có tuyết dọc
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi23
khắp quy mô toàn cầu. Frich và CS (2002) đã thống kê được sự giảm đi đáng kể của
nhiệt độ cực đại và nhiệt độ cực tiểu giữa các mùa khác nhau trong nửa sau thế kỷ
20. Ở Trung Quốc có sự tăng mạnh nhiệt độ cực tiểu và giảm một ngày nhiệt độ cực
đại (Zhai và CS 2003) [121] từ năm 1950. Wang và Gaffen (2001) [116] trong thời
kỳ tương tự cũng tìm ra sự gia tăng các ngày nóng ở Trung Quốc. Các ngày nóng
được xác định như những ngày có sự phân bố thống kê lớn hơn phân vị 85 trong
suốt tháng 7 và tháng 8 (Steadman, 1984) [103]. Số lượng các ngày lạnh cực đoan
đã được chỉ ra cũng giảm đi ở Trung Quốc (Zhai và CS 2003) [121]. Manton và CS
(2001) [84] chỉ ra sự gia tăng các ngày nóng và đêm lạnh, sự giảm các ngày mát và
đêm lạnh từ năm 1996 ở phía Nam châu Á và khu vực Nam Thái Bình Dương.
Jones và CS (1999c) cũng đã phân tích độ dài 230 ngày trong năm ở trung tâm nước
Anh và tìm thấy sự gia tăng nhiệt độ ở trung tâm nước Anh tương ứng với sự
tăng/giảm tần số nhiệt độ trên/dưới nhiệt độ trung bình.
Sử dụng chuỗi số liệu của 45 trạm quan trắc từ năm 1961 đến năm 2000,
Dubrovsky và CS (2009) [46] đã xây dựng được mối tương quan giữa chỉ số chuẩn
hóa giáng thủy (SPI - Standardized Precipitation Index) và chỉ số hạn theo Palmer
(PDSI - Palmer Drought Severity Index) để dự tính sự biến đổi của khí hậu tại Cộng
hòa Séc (thời kỳ từ năm 2060 đến năm 2099). Qua đó, các tác giả đã cho thấy hệ số
tương quan lớn nhất giữa SPI và PDSI khi dự tính với thời hạn từ 9 - 12 tháng là 0.73.
Nghiên cứu sự biến đổi nhiệt độ cực trị ngày vào các tháng mùa đông và mùa
hè tại Belgrade - Serbia, Unkas và CS (2008) [112] cho thấy Belgrade chịu ảnh
hưởng khí hậu lục địa, nhiệt độ ngày cực tiểu thường xảy ra vào tháng 1 và tháng 2,
trong khi nhiệt độ ngày cực đại thường xảy ra vào tháng 7 và tháng 8. Các tác giả đã
chỉ ra xu hướng gia tăng nhiệt độ cực trị trong các tháng mùa đông và mùa hè, đặc
biệt sự gia tăng biên độ nhiệt độ tối thấp tuyệt đối trong các tháng mùa đông cao
hơn nhiệt độ tối cao tuyệt đối trong các tháng mùa hè.
Sử dụng các chỉ số nhiệt độ cực trị trong các năm 1960-2000 từ 66 trạm quan
trắc, Zhang và CS (2008) [96] phân tích xu hướng tần suất và cường độ của hiện
tượng nắng nóng và rét đậm trên phạm vi sông Hoàng Hà. Kết quả cho thấy, xu24
hướng tăng về tần suất và cường độ của nhiệt độ tối cao xảy ra tại khu vực phía Tây
và phía Bắc của sông Hoàng Hà, còn khu vực trung và hạ lưu ít thay đổi hơn.
Easterling D.R. và CS (2000) [69] thực hiện việc khảo sát các chỉ số khí hậu
cực đoan bằng cách sử dụng các chuỗi số liệu quan trắc để phân tích và phát hiện ra
những tính chất cực đoan của nhiệt độ và lượng mưa ở các vùng khác nhau thuộc
lãnh thổ Hoa Kỳ.
Manton và CS (2001) [84] phân tích, đánh giá xu thế của chuỗi số liệu nhiệt
độ và lượng mưa cực trị thời kỳ 1961-1998 cho khu vực Đông Nam Á và Nam Thái
Bình Dương. Trong một phân tích 22 trạm ở phía Đông Bắc nước Mỹ từ năm 1948-
1993, DeGaetano (1996) đã tìm thấy có xu hướng đáng kể xuất hiện ít hơn các ngày
lạnh cực trị nhưng cũng xuất hiện ít hơn các ngày nóng cực đại.
Phân tích sự biến đổi theo không gian và thời gian của nhiệt độ cực trị ở
Canada trong thời kỳ 1950-1998, Bonsal và CS (2001) [36] đã chỉ ra có sự khác biệt
lớn giữa các khu vực và theo mùa. Toreti A và Desiato F. (2008) [111] phân tích số
liệu nhiệt độ trung bình, cực trị trung bình trong ngày và sử dụng số liệu từ 49 trạm
quan trắc ở Italia trong giai đoạn 1961-2004. Các tác giả đã chỉ ra, xu thế âm xảy ra
trong thời kỳ từ 1961-1981 và ngược lại, xu thế dương xảy ra rõ rệt trong thời kỳ
1981-2004 và trong toàn bộ thời kỳ, biên độ nhiệt độ trung bình ngày tăng lên.
Như vậy, bằng việc phân tích thống kê số liệu quan trắc khí tượng, khí hậu,
các ngưỡng hay mẫu đặc trưng cho ECEs sẽ được xác định. Việc xác định được các
tập giá trị ngưỡng, mẫu đặc trưng này chính là tiền đề để phát triển các nghiên cứu
ECEs dựa trên các giá trị mô phỏng và dự báo từ các mô hình khí hậu.
1.2.2. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan bằng mô hình khí hậu
Bên cạnh việc nghiên cứu các ECEs thông qua chuỗi số liệu quan trắc, hiện
nay việc sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu khu vực để
nghiên cứu về các ECEs được chú trọng phát triển, qua đó đánh giá khả năng nắm
bắt của các mô hình về hiện tượng khí hậu cực đoan. Việc đánh giá được khả năng
nắm bắt ECEs của các mô hình khí hậu toàn cầu hay mô hình khí hậu khu vực sẽ
cho phép ứng dụng các kết quả mô phỏng và dự báo đối với các hiện tượng cực
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi25
đoan từ các lớp mô hình này. Khi ứng dụng nghiên cứu ECEs trên các mô hình khí
hậu toàn cầu hay khu vực, chúng ta phải lưu ý đến từng quy mô hiện tượng cực
đoan mà từng loại mô hình có thể nắm bắt được, qua đó việc ứng dụng sẽ hạn chế
tối thiểu mức độ sai lệch. Chẳng hạn như việc nghiên cứu số lượng áp thấp nhiệt đới
sẽ rất hạn chế nếu chỉ sử dụng mô hình khí hậu có quy mô toàn cầu, bởi lẽ ở độ
phân giải của các mô hình khí hậu toàn cầu thường từ 1º - 2º địa lý sẽ rất dễ bỏ sót
các xoáy, vùng thấp có quy mô không gian nhỏ hơn. Dưới đây là một số nghiên cứu
về ECEs sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu và khu vực.
Các tác giả như: Bates, Giorgi và CS (1993) [52,53,60]; Walsh và McGregor
(1995) [115]; Leung và CS (1999a, 1999b) [80,82] nghiên cứu về biến đổi khí hậu
khu vực trong tương lai (Bell và CS 2004 [34]; Liang và CS 2004) [83]. Ngoài ra,
Messager và CS (2004) [89] đã từng công bố trên các bài báo nghiên cứu về mối
quan hệ giữa nhiệt độ mặt nước biển (Sea surface temperature - SST) với khí hậu khu
vực và sử dụng như là chỉ số dao động mùa.
Kiktev và CS (2003) [74] sử dụng mô hình HadAM3 (Hadley Centre
Atmospheric Model phiên bản 3) với điều kiện biên dưới và trên được cho trước trong
thời kỳ 1950 đến 1995 và kết hợp với các chỉ số khí hậu cực đoan được đề xuất bởi
Frich và CS (2002) để đánh giá kết quả mô phỏng ECEs. Các tác giả chỉ ra việc sử
dụng điều kiện biên bức xạ tái tạo lại được những thay đổi trong các cực trị nhiệt độ
trên quy mô lớn, cụ thể là khi sử dụng điều kiện biên bức xạ, kết quả cho thấy số
ngày sương giá tại miền Nam nước Úc được mô phỏng gần đúng với quan trắc và
số đêm ấm trên toàn bộ vùng Âu - Á không được mô phỏng tốt do không sử dụng
điều kiện biên bức xạ.
Huth và CS (2004), [61] sử dụng mô hình khí hậu khu vực để ước tính sự
thay đổi trong tương lai và sự biến đổi các chỉ số nhiệt độ như TXx, TXn, TNx,
TNn, tần suất của các thời kỳ nóng và lạnh cũng như phân vị cơ bản của các chỉ số
nhiệt độ cực trị. Dữ liệu ngày đầu ra từ mô hình được sử dụng để phân tích nhiệt độ
cực trị. Kết quả cho thấy xu hướng của các chỉ số nhiệt độ là như nhau.
Kharin và CS (2005) [73] đã sử dụng 15 mô hình GCM để đánh giá kỹ năng26
mô phỏng trường nhiệt độ và trường mưa từ ECEs. Kết quả đưa ra các GCM mô
phỏng tốt cho các cực trị về nhiệt, đối với cực trị về mưa, kết quả mô phỏng chưa
tốt, nhất là vùng nhiệt đới.
Với cách tiếp cận sử dụng hệ các mô hình GCM để mô phỏng ECEs, Vavrus
và CS (2006) [113] đánh giá kỹ năng mô phỏng hiện tượng đột biến của không khí
lạnh. Tiêu chí được đưa ra xác định là vào thời kỳ mùa đông, xảy ra ít nhất hai ngày
liên tiếp có nhiệt độ trung bình ngày nhỏ hơn hai lần so với độ lệch chuẩn của nhiệt
độ trung bình ngày. Kết quả chỉ ra, các mô hình đã tái tạo rất tốt hiện tượng này cả
về vị trí lẫn cường độ.
Leung và CS (1999a,b) [80,81] đã sử dụng RCM và WRF để đưa ra các so
sánh đặc trưng khí hậu với quan trắc ở quy mô khu vực. Sử dụng mô hình WRF với
lưới lồng đến 40km để mô phỏng khí hậu trong 20 năm với bộ số liệu tái phân tích
của NCEP - NCAR (Leung và CS 2003) [65] để chỉ ra khả năng nắm bắt của mô
hình trong việc mô phỏng khí hậu ở phía Tây nước Mỹ. Giáng thủy trung bình từ
tháng 12, tháng 01 và tháng 02 trong 20 năm được mô phỏng khá tốt ở phía Bắc
Rockies nhưng đặc biệt là khả năng nắm bắt khá tốt của mô hình ở các lưu vực và
phía tây giữa các dãy núi (xem hình 1.2).
Hình 1.2. So sánh lượng mưa tích lũy giữa quan trắc (trái) và mô phỏng (phải). (Trích từ
James M. Done và cs: Regional climate simulation using the WRF model)
Giá trị quan trắc mưa cho thấy ảnh hưởng của gió trong khu vực Sierra được mô
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi27
phỏng tốt, tuy nhiên độ cao địa hình trong mô hình đòi hỏi khả năng nắm bắt rất
tinh ở khoảng cách bước lưới 40km. Thực tế mô hình nắm bắt khá tốt chi tiết về sự
phân bố của nhiệt độ bề mặt ở quy mô vừa và quy mô lớn khi so sánh với các giá trị
quan trắc.
Mặc dù vậy, mô hình cũng đã chỉ ra một sai số về nhiệt độ, điển hình với 30C
(xem hình 1.3). Kết quả mô phỏng lượng giáng thủy tích lũy trong mùa lạnh khá tốt
với quan trắc cả về phân bố không gian và trường nhiệt độ trung bình bề mặt so
sánh với quan trắc cũng được nắm bắt khá tốt về cả phân bố và biên độ.
Hình 3.1.1 minh họa tần suất xuất hiện của nhiệt độ tối cao tháng theo những
ngưỡng giá trị khác nhau tính trung bình trên toàn Việt Nam (tại các vùng Tây Bắc
Bộ, Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên
và Nam Bộ). Trong các biểu đồ này, trục hoành là các khoảng chia của TXx cách
nhau 2.2oC và trục tung là giá trị xác suất (%). Trung bình trên toàn lãnh thổ Việt
Nam (hình 3.1.1), giá trị nhiệt độ tối cao ngày xuất hiện trong khoảng từ 18.8oC đến
38.6oC. Tần suất xuất hiện giá trị TXx trong khoảng 29.8 - 32.0oC xấp xỉ 25%,
trong hai khoảng 27.6 - 29.8oC và 32.0 - 34.2oC tương ứng là 18% đến 20% và
trong hai khoảng giá trị 25.4 - 27.6oC và 34.2 - 36.4oC chiếm 12%. Như vậy, nền
nhiệt độ tối cao tháng của Việt Nam có phân bố xấp xỉ phân bố chuẩn, với giá trị
TXx phổ biến trong khoảng 29.8 - 32.0oC.
Khu vực Tây Bắc Bộ (hình 3.1.1a) có phân bố tần suất của TXx khá giống
với của Việt Nam. Nền nhiệt độ tối cao TXx biến đổi trong khoảng 29.8 - 32.0oC
với tần suất xuất hiện là 24%. TXx có tần suất xuất hiện trong khoảng 27.6 - 29.8oC
và 32.0 - 34.2oC lần lượt là 19% và 21%. Khu vực này cũng có tần suất xuất hiện
của giá trị TXx nằm ngoài [25.4oC, 36.4oC] khoảng 10%. Khu vực Đông Bắc Bộ
(hình 3.1.1b) có phân bố tương đối khác so với trung bình toàn Việt Nam, tại khu
vực này nhiệt độ tối cao tháng tập trung trong khoảng 32.0 - 34.2oC với tần suất
xuất hiện giá trị TXx khoảng 23%. Nếu như trên toàn Việt Nam, tần suất xuất hiện
các giá trị TXx nằm ngoài khoảng 25.4 - 36.4 oC là khá nhỏ (chưa đến 10%) thì tại
Đông Bắc Bộ giá trị TXx nhỏ hơn 25 oC chiếm xấp xỉ 40%. Đối với khu vực Đồng
bằng Bắc Bộ (hình 3.1.1c), tần suất xuất hiện TXx lớn nhất là 18% với khoảng giá
trị 32.0 - 34.2oC, và thấp nhất trong khoảng giá trị 34.2 - 36.4oC. Như vậy có thể
thấy với biên độ dao động xấp xỉ 13oC, giá trị TXx tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ
biến động khá mạnh trong 50 năm qua.
Trái ngược với khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, khu vực Bắc Trung Bộ (hình
3.1.1d) là nơi có nền nhiệt độ tối cao tháng tương đối ổn định và có trị số khá cao
tập trung trong khoảng (34.2 - 36.4oC) với tần suất xấp xỉ 28%. Đối với khu vực
Tây Nguyên và Nam Bộ, hai khu vực này có nền nhiệt độ tối cao khá ổn định lần
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận văn: 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 : Luận án TS. Khoa học khí tượng và khí quyển: 62 44 87 05
Nhà xuất bản: ĐHKHTN
Mục lục
Lời cam đoan............................................................................................................................1
Lời cảm ơn................................................................................................................................2
Mục lục......................................................................................................................................3
Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt..................................................................................6
Danh mục các bảng.................................................................................................................7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................................8
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................10
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.....................................................................................15
1.1. Khái niệm về cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu cực đoan.............................15
1.1.1. Khái quát chung ..................................................................................................15
1.1.2. Định nghĩa các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo IPCC...16
1.1.3. Định nghĩa cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan theo Việt Nam...18
1.2. Tình hình nghiên cứu về các hiện tƣợng khí hậu cực đoan ngoài nƣớc .............20
1.2.1. Nghiên cứu các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan dựa trên số
liệu quan trắc..................................................................................................................20
1.2.2. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan bằng mô hình khí hậu...24
1.2.3. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan có sử dụng phương
pháp hiệu chỉnh..............................................................................................................33
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc...............................................................................37
Chƣơng 2. XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CHO CÁC
HIỆN TƢỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN Ở VIỆT NAM..............................................42
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu...............................................................................42
2.1.1. Nghiên cứu lựa chọn các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan....42
2.1.2. Phạm vi không gian và chuỗi số liệu nghiên cứu ............................................44
2.2. Số liệu và phƣơng pháp xử lý số liệu..........................................................................46
2.2.1. Số liệu quan trắc bề mặt từ mạng lưới quan trắc Việt Nam............................464
2.2.2. Số liệu mô phỏng của các mô hình dự báo khí hậu khu vực..........................49
2.3. Phƣơng pháp xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tƣợng khí hậu cực đoan
cho khu vực Việt Nam..........................................................................................................52
2.3.1. Phương pháp hiệu chỉnh sai số hệ thống (DMO_ME)....................................53
2.3.2. Phương pháp phân vị (DMO_PER)..................................................................54
2.3.3. Phương pháp thực nghiệm (DMO_EXP).........................................................56
2.4. Phƣơng pháp đánh giá kết quả...................................................................................58
Chƣơng 3. MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG CÁC
CỰC TRỊ KHÍ HẬU VÀ HIỆN TƢỢNG KHÍ HẬU CỰC ĐOAN CỦA MÔ HÌNH
KHÍ HẬU KHU VỰC..........................................................................................................62
3.1. Đặc điểm phân bố thống kê của các cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu cực
đoan trên khu vực Việt Nam...............................................................................................63
3.1.1. Đặc điểm thống kê của các cực trị khí hậu.......................................................63
3.1.2. Đặc điểm thống kê của các hiện tượng khí hậu cực đoan...............................69
3.2. Kết quả đánh giá khả năng mô phỏng các cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu
cực đoan của ba mô hình khí hậu khu vực đƣợc thử nghiệm......................................76
3.2.1. Kết quả đánh giá các yếu tố khí tượng sử dụng để xác định các hiện tượng
khí hậu cực đoan............................................................................................................77
3.2.2. Kết quả đánh giá mô phỏng các cực trị khí hậu...............................................79
3.2.3. Kết quả đánh giá mô phỏng các hiện tượng khí hậu cực đoan.......................82
3.3. Kết quả xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tƣợng khí hậu cực đoan trên
khu vực Việt Nam..................................................................................................................91
3.3.1 Các kết quả xây dựng bộ chỉ tiêu xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan..91
3.3.2. Kết quả đánh giá sai số xác định các hiện tượng khí hậu cực đoan từ các chỉ
tiêu được xây dựng........................................................................................................96
KẾT LUẬN ..........................................................................................................................115
KIẾN NGHỊ .........................................................................................................................117
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN .............................................................................................................................118
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi5
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................119
PHỤ LỤC 1. DANH SÁCH CÁC TRẠM QUAN TRẮC ĐƢỢC SỬ DỤNG.......133
PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC BỀ
MẶT.......................................................................................................................................1356
Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt
B1, B2, B3, B4 Khu vực: Tây Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ
CS Các cộng sự
CTKH Cực trị khí hậu
DMO_EXP Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xác định ECEs bằng hàm thực nghiệm
DMO_ME Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xác định ECEs bằng hiệu chỉnh sai số hệ
thống
DMO_PER Phương pháp xây dựng chỉ tiêu xác định ECEs bằng tính toán theo giá trị phân vị
tương ứng
ĐMLCB/DR Đợt mưa lớn cục bộ/diện rộng
ĐNNCB/DR Đợt nắng nóng cục bộ/diện rộng
ĐRĐCB/DR Đợt rét đậm cục bộ/diện rộng
ĐRHCB/DR Đợt rét hại cục bộ/diện rộng
ECEs Extreme Climate Events – Các hiện tượng và cực trị khí hậu
EWEs Extreme Weather Events – Hiện tượng thời tiết cực đoan
GCMs Global Climate Models – Mô hình khí hậu toàn cầu
HTKHCĐ Hiện tượng khí hậu cực đoan
IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change-Tổ chức liên chính phủ
về biến đổi khí hậu
KTTV Khí tượng Thủy văn
MLCB/DR Mưa lớn cục bộ/diện rộng
NCEP National Center for Environment Prediction-Trung tâm dự báo môi
trường quốc gia của Mỹ
N1, N2, N3 Khu vực: Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ
NMLCB/DR Ngày mưa lớn cục bộ/diện rộng
NNMCB/DR Nắng nóng mạnh cục bộ/diện rộng
NNNCB/DR Ngày nắng nóng cục bộ/diện rộng
NRĐCB/DR Ngày rét đậm cục bộ/diện rộng
NRHCB/DR Ngày rét hại cục bộ/diện rộng
XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới
RCMs Regional Climate Models – Mô hình khí hậu khu vực
RĐCB Rét đậm cục bộ
RĐDR Rét đậm diện rộng
RHCB Rét hại cục bộ
RHDR Rét hại diện rộng
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi7
Danh mục các bảng
Bảng 2.1. Một số đặc trưng chính trong cấu hình chạy mô phỏng của mô
hình RegCM, MM5CL và REMO 51
Bảng 2.2. Bảng phân loại tần suất xuất hiện các sự kiện 60
Bảng 3.1. Giá trị kỷ lục của các cực trị khí hậu 63
Bảng 3.2. Giá trị kỷ lục của các hiện tượng rét đậm, rét hại 71
Bảng 3.3. Giá trị kỷ lục của các hiện tượng mưa lớn 71
Bảng 3.4. Giá trị kỷ lục của các hiện tượng nắng nóng 74
Bảng 3.5. Giá trị ME và RMSE cho mô phỏng Tx từ mô hình RegCM,
MM5CL và mô hình REMO (tính trên chuỗi số liệu 1990 - 1999) 77
Bảng 3.6. Tương tự bảng 3.5 nhưng cho yếu tố nhiệt độ trung bình ngày 78
Bảng 3.7. Tương tự bảng 3.5 nhưng cho yếu tố lượng mưa tích lũy 24 giờ 79
Bảng 3.8. Kết quả tính chỉ số ME và RMSE cho mô phỏng các cực trị hậu
của RegCM 81
Bảng 3.9. Tương tự bảng 3.8 nhưng cho mô hình MM5CL 81
Bảng 3.10. Tương tự bảng 3.8 nhưng cho mô hình REMO 81
Bảng 3.11. Kết quả xác định các ngưỡng chỉ tiêu về SNRĐCB/SĐRĐCB
theo ba phương pháp khác nhau cho mô hình RegCM, MM5CL và REMO 92
Bảng 3.12. Tương tự bảng 3.11 nhưng cho SNRĐDR/SĐRĐDR 92
Bảng 3.13. Tương tự bảng 3.11 nhưng cho SNRHCB/SĐRHCB 92
Bảng 3.14. Tương tự bảng 3.11 nhưng cho SNRHDR/SĐRHDR 92
Bảng 3.15. Kết quả xác định các ngưỡng chỉ tiêu về SNNNCB/SĐNNCB
theo ba phương pháp khác nhau cho mô hình RegCM, MM5CL và REMO 94
Bảng 3.16. Tương tự bảng 3.15 nhưng cho SNNNDR/SĐNNDR 94
Bảng 3.17. Tương tự bảng 3.15 nhưng cho SNNNMCB/SĐNNMCB 94
Bảng 3.18. Kết quả xác định các ngưỡng chỉ tiêu về SNMLCB/SĐMLCB
theo ba phương pháp khác nhau cho mô hình RegCM, MM5CL và REMO 95
Bảng 3.19. Tương tự bảng 3.18 nhưng cho SNMLDR/SĐMLDR 958
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 2.1.1. Phân bố của 7 vùng khí hậu và các trạm quan trắc tương ứng
trong từng vùng khí hậu được sử dụng trong nghiên cứu
45
Hình 2.1.2. Sơ đồ khối của hệ thống kiểm tra chất lượng quan trắc bề mặt 48
Hình 2.1.3. Miền tích phân của các mô hình RCMs được nghiên cứu 52
Hình 2.1.4. Các bước thực hiện của phương pháp hiệu chỉnh sai số hệ thống
(DMO_ME)
54
Hình 2.1.5. Biểu đồ minh họa quan hệ giữa ngưỡng xác định mưa lớn và chỉ
số đánh giá BIAS cho khu vực Nam Bộ
57
Hình 2.1.6. Các bước thực hiện của phương pháp thực nghiệm 58
Hình 3.1.1. Biểu đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối cao tuyệt đối tháng (TXx)
tại a) B1; b) B2; c) B3; d) B4; e) N1; f) N2; g) N3 và h) trên toàn Việt Nam
64
Hình 3.1.2. Biểu đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp tuyệt đối tháng (TNn)
tại a) B1; b) B2; c) B3; d) B4; e) N1; f) N2; g) N3 và h) trên toàn Việt Nam
67
Hình 3.1.3. Biểu đồ tần suất xuất hiện lượng mưa cực đại tháng (Rx) tại a)
B1; b) B2; c) B3; d) B4; e) N1; f) N2; g) N3 và h) trên toàn Việt Nam
68
Hình 3.2.1. Sai số số ngày và số đợt RĐCB/RHCB của ba mô hình a) số
ngày RĐCB; b) số đợt RĐCB; c) số ngày RHCB; d) số đợt RHCB 82
Hình 3.2.2. Sai số số ngày và số đợt rét RĐCB/RHCB của REMO cho B3 83
Hình 3.2.3. Sai số số ngày RĐCB (B4), RĐDR (B2, B3) 84
Hình 3.2.4. Sai số số ngày và số đợt RĐ, RH diện rộng khu vực B4 85
Hình 3.2.5. Sai số số ngày, số đợt nắng nóng nhẹ cục bộ 86
Hình 3.2.6. Sai số số ngày, số đợt nắng nóng mạnh cục bộ 87
Hình 3.2.7. Sai số số ngày, số đợt nắng nóng diện rộng 87
Hình 3.2.8. Sai số mô phỏng hiện tượng NNMCB tại N2, N3 88
Hình 3.2.9. Sai số mô phỏng hiện tượng NNNDR tại N2, N3 88
Hình 3.2.10. Số ngày MLCB a) và số đợt MLCB b) 89
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi9
Hình 3.2.11. Sai số số ngày, số đợt hiện tượng mưa lớn khu vực B4, N1 90
Hình 3.2.12. Sai số số ngày, số đợt MLDR vùng N2, N3 90
Hình 3.3.1. Sai số số ngày, số đợt RĐ, RH cục bộ và diện rộng của mô hình
RegCM a) NRĐCB; b) NRĐDR; c) ĐRĐCB; d) ĐRĐDR; e) NRHCB; f)
NRHDR; g) ĐRHCB; h) ĐRHDR
97
Hình 3.3.2. Sai số số ngày, số đợt NN cục bộ và diện rộng của mô hình
RegCM a) NNNCB; b) NNNDR; c) ĐNNCB; d) ĐNNDR; e) NNNMCB; f)
ĐNNMCB
99
Hình 3.3.3. Sai số mưa lớn cục bộ và diện rộng của mô hình RegCM tại a)
NMLCB; b) NMLDR; c) ĐMLCB; d) ĐMLDR
101
Hình 3.3.4. Sai số số ngày, số đợt RĐ, RH cục bộ và diện rộng của mô hình
MM5CL a) NRĐCB; b) NRĐDR; c) ĐRĐCB; d) ĐRĐDR; e) NRHCB; f)
NRHDR; g) ĐRHCB; h) ĐRHDR
103
Hình 3.3.5. Sai số số ngày, số đợt NN cục bộ và diện rộng của mô hình
MM5CL a) NNNCB; b) NNNDR; c) ĐNNCB; d) ĐNNDR; e) NNNMCB;
f) ĐNNMCB
105
Hình 3.3.6. Sai số mưa lớn cục bộ và diện rộng của mô hình MM5CL tại a)
NMLCB; b) NMLDR; c) ĐMLCB; d) ĐMLDR
107
Hình 3.3.7. Sai số số ngày, số đợt RĐ, RH cục bộ và diện rộng của mô hình
REMO a) NRĐCB; b) NRĐDR; c) ĐRĐCB; d) ĐRĐDR; e) NRHCB; f)
NRHDR; g) ĐRHCB; h) ĐRHDR
109
Hình 3.3.8. Sai số số ngày, số đợt NN cục bộ và diện rộng của mô hình
REMO a) NNNCB; b) NNNDR; c) ĐNNCB; d) ĐNNDR; e) NNNMCB; f)
ĐNNMCB
112
Hình 3.3.9. Sai số số ngày, số đợt mưa lớn cục bộ và diện rộng của mô hình
REMO tại a) NMLCB; b) NMLDR; c) ĐMLCB; d) ĐMLDR
11310
MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Khí hậu là một trong những bộ phận quan trọng của môi trường tự nhiên và
xã hội. Có thể nói, khí hậu là điều kiện tự nhiên thường xuyên ảnh hưởng đến thế
giới sinh vật và đến mọi lĩnh vực hoạt động kinh tế - xã hội của con người. Mặt
khác, các hoạt động kinh tế - xã hội, trong đó có các hoạt động gắn với sản xuất
công nghiệp là một trong những nguyên nhân chính tác động đến khí hậu khu vực
và khí hậu toàn cầu, làm thay đổi cơ chế khí hậu ở từng địa phương, khu vực và
toàn cầu. Hay nói cách khác, dẫn đến biến đổi khí hậu và thực tế đã cho thấy ngày
càng gia tăng các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan như nắng nóng, rét đậm, rét
hại, bão mạnh, mưa lớn, … Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi dị thường
của điều kiện thời tiết, khí hậu, trong đó có thể là do tác động của biến đổi khí hậu
và sự nóng lên toàn cầu.
Những thiên tai cực đoan gây ra các thảm họa khôn lường, thiệt hại về người
và tài sản cho nhiều quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy, trong những năm gần đây
đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào giải quyết bài toán khí hậu
cực đoan hay các hiện tượng khí hậu cực trị - Extreme Climate Events (ECEs) trong
mối tương quan với sự biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu. Có thể phân chia
các công trình thành ba hướng chính như sau:
1. Nghiên cứu biến động và xu thế biến đổi của các hiện tượng thời tiết, khí
hậu cực đoan trong mối liên hệ với sự biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu. Theo
hướng này, các tác giả đã sử dụng số liệu quan trắc lịch sử về các cực trị khí hậu nói
chung và các hiện tượng khí hậu cực đoan nói riêng; tính toán xác định xu thế biến
đổi của các cực trị khí hậu dựa trên việc phân tích các hàm phân bố xác suất, xác
định cường độ và tần suất xuất hiện các hiện tượng khí hậu cực đoan.
2. Nghiên cứu ứng dụng các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu
khu vực để mô phỏng khí hậu quá khứ, hay có thể sử dụng để tái tạo những nơi
không có số liệu qua đó đánh giá khả năng nắm bắt các hiện tượng khí hậu cực đoan.
3. Nghiên cứu dự báo và dự tính khả năng xuất hiện trong tương lai các hiện
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi11
tượng khí hậu cực đoan với các thời hạn và quy mô dự báo khác nhau.
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về biến đổi khí hậu đã được đầu tư trong nhiều
năm trở lại đây và thu được nhiều kết quả khả quan, trong đó phần lớn tập trung vào
hướng nghiên cứu thứ nhất và thứ ba. Một số nghiên cứu theo hướng thứ hai cũng
đã được thực hiện nhưng mới dừng ở mức khai thác các sản phẩm dự báo từ mô
hình khí hậu toàn cầu (GCMs). Hướng nghiên cứu ứng dụng các mô hình khí hậu
khu vực (RCMs) để mô phỏng hay dự tính khí hậu còn ít và tồn tại nhiều hạn chế,
đặc biệt là trong bài toán mô phỏng các ECEs. Chính vì vậy, việc nghiên cứu ứng
dụng các RCMs để mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan
cho khu vực Việt Nam là hết sức cần thiết và cấp bách.
Tính cấp thiết của đề tài
Như đã trình bày ở trên, do tính chất nghiêm trọng trong hậu quả tác động
của ECEs nên đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới chú trọng đến vấn đề
này, đặc biệt là theo hướng nghiên cứu thứ hai. Trong cách tiếp cận này, các mô
hình hoàn lưu chung khí quyển - đại dương (AOGCM) và RCMs là công cụ chủ yếu
được sử dụng để nghiên cứu, xác định sự biến động khí hậu trong quá khứ và để dự
tính cho tương lai. Các mô hình AOGCM đã không ngừng được phát triển, hoàn
thiện thông qua việc nghiên cứu nhằm tăng độ phân giải không gian cũng như các
nghiên cứu cải tiến về các quá trình động lực học và các sơ đồ tham số hóa trong
các tùy chọn vật lý. Nhiều quá trình mô phỏng quan trọng đã được đưa vào trong
các mô hình như ảnh hưởng của xol khí tới quá trình bức xạ hay hiện tượng ENSO.
Phát triển mạnh mẽ theo hướng này là việc ứng dụng RCMs để mô phỏng
các quá trình khí hậu ở quy mô khu vực và địa phương, trong đó chú trọng đến việc
nghiên cứu khả năng nắm bắt ECEs của các mô hình này. Đặc biệt, sau khi mô hình
RegCM ra đời và không ngừng phát triển, cải tiến trong nghiên cứu khí hậu khu vực,
và đã có nhiều công trình nghiên cứu được đăng tải trên nhiều tạp chí khác nhau.
Mô hình REMO của Viện Khí tượng thuộc Viện Max Planck, Cộng hòa Liên bang
Đức tuy không được cung cấp phổ biến như RegCM nhưng đã được ứng dụng
thành công trong nhiều công trình nghiên cứu theo hướng mô hình hóa khí hậu khu12
vực. Một số mô hình khác, như PRECIS, RSM, CMM5, CWRF,… cũng đã được
ứng dụng thành công trong nghiên cứu mô phỏng khí hậu khu vực cũng như nghiên
cứu biến đổi khí hậu. Kết quả chạy các mô hình khí hậu khu vực là các trường yếu
tố khí hậu (ở đây là các trường mô phỏng quá khứ) và sự phân bố của chúng theo
không gian, thời gian chi tiết hơn, đặc biệt đối với những nơi số liệu quan trắc còn
thưa (vùng núi cao hay trên các vùng biển, đại dương).
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng các RCMs trong thời gian qua đã
đạt nhiều kết quả khả quan. Tuy nhiên, việc đánh giá chi tiết khả năng nắm bắt của
mô hình trong việc mô phỏng các hiện tượng khí hậu cực đoan để từ đó chỉ ra mô
hình nào tốt? tốt với hiện tượng nào? khu vực nào vẫn chưa được trả lời cụ thể. Vì
vậy, chúng tui thực hiện 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”.
Trong khuôn khổ luận án, chúng tui chỉ tập trung giải quyết bài toán đánh giá khả
năng mô phỏng ECEs của một số RCMs cho khu vực Việt Nam mà không giải
quyết bài toán dự báo và dự tính khí hậu. Trên cơ sở đó, thực hiện tính toán ECEs
theo định nghĩa của IPCC và Việt Nam để làm cơ sở xây dựng hệ thống chỉ tiêu xác
định một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan cho khu vực Việt Nam
từ sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực RegCM, REMO và MM5CL.
Mục đích của luận án
Luận án đặt ra nhằm đạt được các mục tiêu như sau:
1. Đánh giá được khả năng mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng
khí hậu cực đoan cho khu vực Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực RegCM,
REMO và MM5CL;
2. Xây dựng hệ thống chỉ tiêu xác định một số cực trị khí hậu và hiện tượng
khí hậu cực đoan cho khu vực Việt Nam từ sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực
RegCM, REMO và MM5CL.
Đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu về khí hậu và biến đổi khí hậu bằng các phương pháp thống kê
và mô hình hóa là một bài toán lớn liên quan đến nhiều vấn đề và khía cạnh khoa
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi13
học khác nhau. Do đó, phạm vi luận án chỉ tập trung giải quyết bài toán đánh giá
khả năng mô phỏng ECEs của một số RCMs cho khu vực Việt Nam với đối tượng,
phạm vi và phương pháp nghiên cứu như sau:
- Đối tượng nghiên cứu: Các ECEs theo định nghĩa của IPCC và Việt Nam
được mô phỏng từ các mô hình khí hậu khu vực RegCM, REMO và MM5CL.
- Phạm vi nghiên cứu: 7 vùng khí hậu Việt Nam gồm Tây Bắc Bộ, Đông Bắc
Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ.
- Phương pháp nghiên cứu: Để thực hiện các nội dung nghiên cứu, luận án
sử dụng phương pháp thống kê, phương pháp toán học và phương pháp đánh giá
khách quan.
Những đóng góp mới của luận án
- Luận án đã đánh giá và chỉ ra được khả năng mô phỏng một số cực trị khí
hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan từ các mô hình khí hậu khu vực RegCM,
REMO và MM5CL cho khu vực Việt Nam;
- Luận án đã xây dựng được một số phương pháp hiệu chỉnh và chỉ ra được
phương pháp hiệu chỉnh tốt nhất cho một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu
cực đoan của các mô hình RegCM, REMO và MM5CL cho từng vùng khí hậu.
Ý nghĩa khoa học của luận án
Việc đánh giá năng lực và chỉ ra được những ưu, nhược điểm của các mô
hình khí hậu khu vực thường được ứng dụng ở Việt Nam (RegCM, REMO,
MM5CL) trong việc mô phỏng một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực
đoan trong luận án sẽ góp phần nâng cao sự hiểu biết về khả năng ứng dụng sản
phẩm của mô hình khí hậu trong nghiên cứu mô phỏng, dự báo và dự tính khí hậu
nói chung, các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan nói riêng. Những kết
quả nghiên cứu của luận án cũng góp phần làm sáng tỏ tính bất định của các mô
hình khí hậu khu vực, một trong những vấn đề quan trọng cần được tính đến
khi xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án
- Hệ thống phương pháp hiệu chỉnh và các chỉ tiêu, dùng trong hiệu chỉnh14
sản phẩm của các mô hình khí hậu có thể được ứng dụng trong nghiên cứu khí hậu
và biến đổi khí hậu ở Việt Nam.
- Những kết quả của luận án cũng có thể được tham khảo, sử dụng trong quá
trình xây dựng và cập nhật các kịch bản biến đổi khí hậu cho từng khu vực khí hậu
ở Việt Nam trong tương lai.
Cấu trúc của luận án
Ngoài các phần lời cam đoan, lời cám ơn, danh sách các từ viết tắt, bảng biểu,
hình vẽ và đồ thị, mục lục, mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung chính
của luận án bao gồm:
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.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi15
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.
1.1. Khái niệm về cực trị khí hậu và hiện tƣợng khí hậu cực đoan
1.1.1. 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 hay cực tiểu ngày
và qua đó xác định được giá trị trung bình tháng, cực đại tháng hay cực tiểu tháng
và tương tự xác định được giá trị trung bình năm, cực đại năm hay 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
( , , , ) exp 1
F x x
Trong đó:
F là hàm phân bố tích lũy16
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
Hình 1.1. Phân bố lý thuyết GEV
1.1.2. 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
Hàm
mật độ
phân
bố xác
suất
Sự phân bố cực trị chung
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi17
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 và18
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 hay dự tính của GCMs và RCMs, đặc biệt là
trong bài toán dự tính biến đổi khí hậu.
1.1.3. 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 hay dữ dội mà tác động của
chúng có thể ảnh hưởng trực tiếp hay 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
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi19
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.v.v.. 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 hay 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.
Mưa lớn là hiện tượng mưa với tổng lượng mưa đạt trên 50mm trong 24 giờ,
trong đó mưa với tổng lượng mưa từ 51 mm đến 10 mm trong 24 giờ là mưa to,
mưa với tổng lượng mưa trên 100 mm trong 24 giờ là mưa rất to [29]. Mưa lớn có
tác động sâu, rộng đến mọi hoạt động sản xuất của con người. Mưa lớn kéo dài là
một trong những nguyên nhân gây ra lũ lụt, úng ngập, trượt lở đất, đá, gây tình
trạng tắc nghẽn giao thông, thậm chí hủy hoại cơ sở hạ tầng và đe dọa đến cả tính
mạng con người. Trong công tác dự báo KTTV, mưa lớn, đặc biệt ở những vùng
nhiệt đới là một hiện tượng thời tiết nguy hiểm, dẫn đến lũ quét, lũ ống, sạt lở
đất.v.v..tại các khu vực có địa hình dốc, sông ngắn, hẹp và gây ra những thảm họa20
khôn lường. Tại Việt Nam, ngưỡng mưa ngày lớn hơn 50mm thường được sử dụng
để xác định mưa lớn và các hiện tượng như mưa lớn cục bộ và diện rộng có thể
được coi như là các hiện tượng khí hậu cực đoan.
Rét đậm/rét hại dạng thời tiết đặc biệt xảy ra trong mùa đông ở miền Bắc khi
nhiệt độ không khí trung bình ngày xuống dưới 15oC/13oC [29]. Sự xuất hiện rét đậm,
rét hại có ảnh hưởng xấu đến sản xuất nông nghiệp và sức khỏe cộng đồng, đặc biệt
đối với trẻ em và người cao tuổi. Theo chỉ tiêu hiện đang được áp dụng ở Việt Nam,
hiện tượng rét đậm, rét hại được xác định dựa trên nhiệt độ trung bình ngày (Ttb): 1)
Nếu Ttb ≤ 15oC: Có rét đậm xuất hiện và 2) Nếu Ttb ≤ 13oC: Có rét hại xuất hiện.
Hiện tượng rét đậm, rét hại có thể kéo dài nhiều ngày, thành đợt, và có thể xuất hiện
trên diện rộng hay cục bộ.
Nắng nóng là dạng thời tiết đặc biệt trong mùa hè, khi nhiệt độ không khí
cao nhất trong ngày vượt quá 35oC và độ ẩm không khí xuống dưới 65% [29]. Theo
chỉ tiêu hiện đang áp dụng trong nghiệp vụ tại Việt Nam, một đợt nắng nóng xuất
hiện trên khu vực nào đó khi trong khu vực đó có một nửa số trạm trở lên thỏa mãn
điều kiện có Tx 35oC và RH ≤ 65%, và thỏa mãn điều kiện xuất hiện từ hai ngày
trở lên. Khi xảy ra một chuỗi ngày nắng nóng mà trong đó có xen kẽ một ngày chưa
đạt tiêu chuẩn nắng nóng như chỉ tiêu xác định nêu trên, nhưng trong ngày đó thỏa
mãn có ít nhất một nửa số trạm có Tx xấp xỉ 35oC và RH ≤ 65% thì vẫn được xem
là một đợt nắng nóng liên tục.
1.2. Tình hình nghiên cứu về các hiện tƣợng khí hậu cực đoan ngoài nƣớc
1.2.1. Nghiên cứu các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan dựa trên
số liệu quan trắc
Trên thực tế, việc phát hiện ra ECEs thông thường được dựa vào chuỗi số
liệu quan trắc lịch sử theo không gian và thời gian. Để khảo sát tính chất, mức độ và
xu thế biến đổi của các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan, các phương
pháp thống kê thường được áp dụng cho chuỗi số liệu này. Kết quả tính toán, phân
tích sẽ chỉ ra được đặc trưng thống kê của các yếu tố khí hậu, qua đó sẽ tách biệt
hay phân loại được các thời điểm, khu vực có điều kiện thời tiết, khí hậu đặc biệt
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi21
hay đó chính là ECEs. Việc xác định được ECEs cho phép xem xét các quy luật khí
hậu, và các đặc trưng của chúng. Dựa vào số liệu quan trắc, các tập ngưỡng giá trị,
mẫu đặc trưng sẽ được xác định để phân loại và phát hiện ECEs. Dưới đây là một số
tổng quan về các nghiên cứu, phân loại hay phân biệt ra ECEs dựa trên số liệu quan
trắc.
Mearns và CS (2001) [86] đã tính toán sự phân bố các yếu tố khí hậu, chẳng
hạn như nhiệt độ, trong đó có tính đến sự phân bố về tần suất xuất hiện các hiện
tượng thời tiết dị thường, sự phân bố tần suất xuất hiện các sự kiện hiếm, qua đó tác
giả đã cho thấy: Nếu có một sự thay đổi cơ bản về hình dạng hay vị trí của hàm
phân bố thì sẽ làm tăng các hiện tượng cực đoan và giảm các hiện tượng khác. Điều
này đặc biệt quan trọng để nhận thấy rằng tần suất biến đổi của các hiện tượng cực
đoan không tuyến tính với sự thay đổi trung bình của hàm phân bố. Đồng quan
điểm với nhận định trên, tác giả Katz và Brown (1992) [114] cũng đã đưa ra nhận
xét: một sự thay đổi giá trị của hàm phân bố sẽ làm ảnh hưởng đến tần suất các hiện
tượng cực đoan hơn là biến đổi trung bình.
Trong các nghiên cứu của Groisman và Eaterling (2000) [49] cho thấy ngoài
việc thể hiện bằng sự phân bố trên còn thể hiện tốt hơn bằng sự phân bố gamma.
Davison và Smith (1990) [45] sử dụng phương pháp phân bố Gumbel và dựa vào
việc xem xét giá trị vượt qúa các ngưỡng cao để phân tích giá trị cực đoan. Ngoài ra,
các tác giả này cũng phân tích mối tương quan tổng quát trong khí tượng, khí hậu
và thủy văn để dự báo các hiện tượng thời tiết/khí hậu cực đoan, các sự kiện hiếm.
Dupuis và CS (1998) [47] vẫn đang tiếp tục phát triển theo hướng nghiên cứu này.
Tác giả Serreze MC (1995) [100] đã chỉ ra rằng: Tần suất của các xoáy thuận
dị thường có liên quan chặt chẽ với sự thay đổi trạng thái trung bình mùa ở phía trên
tầng đối lưu, gió và khí áp ở dưới tầng đối lưu; việc kết hợp giữa sự biến đổi trạng
thái trung bình với tần số xoáy thuận dị thường, có khả năng đưa ra đặc trưng chi
tiết hơn giữa các thành phần của xoáy.
Parker và CS (1999) [67] so sánh sự thay đổi nhiệt độ trung bình mùa từ năm
1954 đến 1973 trong khoảng thời kỳ từ năm 1974 đến 1993 đã tìm ra một sự gia22
tăng nhỏ toàn diện và đặc biệt sự gia tăng lớn ở trung tâm Bắc Mỹ. Parker và CS
(1999) [67] cũng phân tích dữ liệu toàn cầu và chỉ ra không có sự biến đổi, nhưng từ
năm 1951 sự gia tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu có thể quy đánh giá là sự tăng (giảm)
trong các khu vực ở mực cao hơn hay thấp hơn nhiệt độ thường. Họ cũng đã phân
tích tổng thể sự biến đổi trên/dưới phân vị 10. Các tác giả này đã tìm ra một sự biến
đổi nhỏ toàn diện, ngoại trừ sự giảm đi số ngày trên/dưới mức bình thường trong
suốt những năm 1960 và 1970. Michaels và CS (1998) [90] đã tìm ra sự giảm đi
tổng thể trong dao động mùa suốt từ 50 - 100 năm qua. SAR, Karl và CS (1995b)
[68] đã tìm ra sự biến động từng ngày trong suốt thế kỷ 20 ở Bắc Bán Cầu. Gần đây
Collins và CS (2000) [43] cũng đã chứng minh các xu hướng tương tự ở Úc. Bằng
sự phân tích chỉ số nhiệt độ ngày trong chuỗi dài tương ứng cho 4 trạm ở Bắc Âu,
Moberg và CS (2000) [91] cũng đã tìm ra sự giảm dần trong tất cả các mùa với xu
hướng biến thiên ngày vào khoảng 7% giữa năm 1880 và 1998.
Có một số khu vực mới nghiên cứu liên quan đến sự biến đổi các cực trị
nhiệt trong thế kỷ 20. Gruza và CS (2001) [94] đã chỉ ra sự gia tăng đáng kể trong
các ngày có nhiệt độ cực đoan ở dọc nước Nga sử dụng bộ số liệu từ năm 1961 -
1990. Frich và CS (2002) [51] phân tích số liệu nửa cuối thế kỷ 20 dọc Bắc Bán cầu
ở các vĩ độ vừa và cao và tìm ra sự gia tăng đáng kể (5 đến >15%) về độ dài mùa
sinh trưởng ở nhiều vùng. Heino và CS (1999) tìm ra có sự giảm đi số ngày rét đậm
(số ngày có nhiệt độ cực tiểu nhỏ hơn hay bằng 00C) ở bắc và trung tâm châu Âu.
Easterling và CS (2000) [49,50] chỉ ra có sự giảm đáng kể các ngày có nhiệt độ
dưới điểm băng trên khắp trung tâm nước Mỹ (khoảng 7 ngày trong năm). Ở
Canada, Bonsal và CS (2001) [36] cũng tìm ra ít hơn số ngày có nhiệt độ dưới cực
đoan trong suốt mùa đông, mùa xuân, mùa hè và nhiều hơn số ngày có nhiệt độ lớn
hơn nhiệt độ cực đoan trong suốt mùa đông và mùa xuân. Điều này dẫn đến có sự
gia tăng đáng kể thời kỳ băng giá. Plummer và CS (1999) [95]; Collins và CS
(2000) [43] chỉ ra sự giảm các ngày có nhiệt độ điểm băng. Thêm vào đó, trong khi
có sự gia tăng về tần suất của các ngày ấm, sự giảm đi số đêm lạnh cũng mạnh hơn
đã được quan trắc. Frich và CS (2002) [51] chỉ ra sự giảm số ngày có tuyết dọc
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi23
khắp quy mô toàn cầu. Frich và CS (2002) đã thống kê được sự giảm đi đáng kể của
nhiệt độ cực đại và nhiệt độ cực tiểu giữa các mùa khác nhau trong nửa sau thế kỷ
20. Ở Trung Quốc có sự tăng mạnh nhiệt độ cực tiểu và giảm một ngày nhiệt độ cực
đại (Zhai và CS 2003) [121] từ năm 1950. Wang và Gaffen (2001) [116] trong thời
kỳ tương tự cũng tìm ra sự gia tăng các ngày nóng ở Trung Quốc. Các ngày nóng
được xác định như những ngày có sự phân bố thống kê lớn hơn phân vị 85 trong
suốt tháng 7 và tháng 8 (Steadman, 1984) [103]. Số lượng các ngày lạnh cực đoan
đã được chỉ ra cũng giảm đi ở Trung Quốc (Zhai và CS 2003) [121]. Manton và CS
(2001) [84] chỉ ra sự gia tăng các ngày nóng và đêm lạnh, sự giảm các ngày mát và
đêm lạnh từ năm 1996 ở phía Nam châu Á và khu vực Nam Thái Bình Dương.
Jones và CS (1999c) cũng đã phân tích độ dài 230 ngày trong năm ở trung tâm nước
Anh và tìm thấy sự gia tăng nhiệt độ ở trung tâm nước Anh tương ứng với sự
tăng/giảm tần số nhiệt độ trên/dưới nhiệt độ trung bình.
Sử dụng chuỗi số liệu của 45 trạm quan trắc từ năm 1961 đến năm 2000,
Dubrovsky và CS (2009) [46] đã xây dựng được mối tương quan giữa chỉ số chuẩn
hóa giáng thủy (SPI - Standardized Precipitation Index) và chỉ số hạn theo Palmer
(PDSI - Palmer Drought Severity Index) để dự tính sự biến đổi của khí hậu tại Cộng
hòa Séc (thời kỳ từ năm 2060 đến năm 2099). Qua đó, các tác giả đã cho thấy hệ số
tương quan lớn nhất giữa SPI và PDSI khi dự tính với thời hạn từ 9 - 12 tháng là 0.73.
Nghiên cứu sự biến đổi nhiệt độ cực trị ngày vào các tháng mùa đông và mùa
hè tại Belgrade - Serbia, Unkas và CS (2008) [112] cho thấy Belgrade chịu ảnh
hưởng khí hậu lục địa, nhiệt độ ngày cực tiểu thường xảy ra vào tháng 1 và tháng 2,
trong khi nhiệt độ ngày cực đại thường xảy ra vào tháng 7 và tháng 8. Các tác giả đã
chỉ ra xu hướng gia tăng nhiệt độ cực trị trong các tháng mùa đông và mùa hè, đặc
biệt sự gia tăng biên độ nhiệt độ tối thấp tuyệt đối trong các tháng mùa đông cao
hơn nhiệt độ tối cao tuyệt đối trong các tháng mùa hè.
Sử dụng các chỉ số nhiệt độ cực trị trong các năm 1960-2000 từ 66 trạm quan
trắc, Zhang và CS (2008) [96] phân tích xu hướng tần suất và cường độ của hiện
tượng nắng nóng và rét đậm trên phạm vi sông Hoàng Hà. Kết quả cho thấy, xu24
hướng tăng về tần suất và cường độ của nhiệt độ tối cao xảy ra tại khu vực phía Tây
và phía Bắc của sông Hoàng Hà, còn khu vực trung và hạ lưu ít thay đổi hơn.
Easterling D.R. và CS (2000) [69] thực hiện việc khảo sát các chỉ số khí hậu
cực đoan bằng cách sử dụng các chuỗi số liệu quan trắc để phân tích và phát hiện ra
những tính chất cực đoan của nhiệt độ và lượng mưa ở các vùng khác nhau thuộc
lãnh thổ Hoa Kỳ.
Manton và CS (2001) [84] phân tích, đánh giá xu thế của chuỗi số liệu nhiệt
độ và lượng mưa cực trị thời kỳ 1961-1998 cho khu vực Đông Nam Á và Nam Thái
Bình Dương. Trong một phân tích 22 trạm ở phía Đông Bắc nước Mỹ từ năm 1948-
1993, DeGaetano (1996) đã tìm thấy có xu hướng đáng kể xuất hiện ít hơn các ngày
lạnh cực trị nhưng cũng xuất hiện ít hơn các ngày nóng cực đại.
Phân tích sự biến đổi theo không gian và thời gian của nhiệt độ cực trị ở
Canada trong thời kỳ 1950-1998, Bonsal và CS (2001) [36] đã chỉ ra có sự khác biệt
lớn giữa các khu vực và theo mùa. Toreti A và Desiato F. (2008) [111] phân tích số
liệu nhiệt độ trung bình, cực trị trung bình trong ngày và sử dụng số liệu từ 49 trạm
quan trắc ở Italia trong giai đoạn 1961-2004. Các tác giả đã chỉ ra, xu thế âm xảy ra
trong thời kỳ từ 1961-1981 và ngược lại, xu thế dương xảy ra rõ rệt trong thời kỳ
1981-2004 và trong toàn bộ thời kỳ, biên độ nhiệt độ trung bình ngày tăng lên.
Như vậy, bằng việc phân tích thống kê số liệu quan trắc khí tượng, khí hậu,
các ngưỡng hay mẫu đặc trưng cho ECEs sẽ được xác định. Việc xác định được các
tập giá trị ngưỡng, mẫu đặc trưng này chính là tiền đề để phát triển các nghiên cứu
ECEs dựa trên các giá trị mô phỏng và dự báo từ các mô hình khí hậu.
1.2.2. Nghiên cứu các cực trị và hiện tượng khí hậu cực đoan bằng mô hình khí hậu
Bên cạnh việc nghiên cứu các ECEs thông qua chuỗi số liệu quan trắc, hiện
nay việc sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu khu vực để
nghiên cứu về các ECEs được chú trọng phát triển, qua đó đánh giá khả năng nắm
bắt của các mô hình về hiện tượng khí hậu cực đoan. Việc đánh giá được khả năng
nắm bắt ECEs của các mô hình khí hậu toàn cầu hay mô hình khí hậu khu vực sẽ
cho phép ứng dụng các kết quả mô phỏng và dự báo đối với các hiện tượng cực
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi25
đoan từ các lớp mô hình này. Khi ứng dụng nghiên cứu ECEs trên các mô hình khí
hậu toàn cầu hay khu vực, chúng ta phải lưu ý đến từng quy mô hiện tượng cực
đoan mà từng loại mô hình có thể nắm bắt được, qua đó việc ứng dụng sẽ hạn chế
tối thiểu mức độ sai lệch. Chẳng hạn như việc nghiên cứu số lượng áp thấp nhiệt đới
sẽ rất hạn chế nếu chỉ sử dụng mô hình khí hậu có quy mô toàn cầu, bởi lẽ ở độ
phân giải của các mô hình khí hậu toàn cầu thường từ 1º - 2º địa lý sẽ rất dễ bỏ sót
các xoáy, vùng thấp có quy mô không gian nhỏ hơn. Dưới đây là một số nghiên cứu
về ECEs sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu và khu vực.
Các tác giả như: Bates, Giorgi và CS (1993) [52,53,60]; Walsh và McGregor
(1995) [115]; Leung và CS (1999a, 1999b) [80,82] nghiên cứu về biến đổi khí hậu
khu vực trong tương lai (Bell và CS 2004 [34]; Liang và CS 2004) [83]. Ngoài ra,
Messager và CS (2004) [89] đã từng công bố trên các bài báo nghiên cứu về mối
quan hệ giữa nhiệt độ mặt nước biển (Sea surface temperature - SST) với khí hậu khu
vực và sử dụng như là chỉ số dao động mùa.
Kiktev và CS (2003) [74] sử dụng mô hình HadAM3 (Hadley Centre
Atmospheric Model phiên bản 3) với điều kiện biên dưới và trên được cho trước trong
thời kỳ 1950 đến 1995 và kết hợp với các chỉ số khí hậu cực đoan được đề xuất bởi
Frich và CS (2002) để đánh giá kết quả mô phỏng ECEs. Các tác giả chỉ ra việc sử
dụng điều kiện biên bức xạ tái tạo lại được những thay đổi trong các cực trị nhiệt độ
trên quy mô lớn, cụ thể là khi sử dụng điều kiện biên bức xạ, kết quả cho thấy số
ngày sương giá tại miền Nam nước Úc được mô phỏng gần đúng với quan trắc và
số đêm ấm trên toàn bộ vùng Âu - Á không được mô phỏng tốt do không sử dụng
điều kiện biên bức xạ.
Huth và CS (2004), [61] sử dụng mô hình khí hậu khu vực để ước tính sự
thay đổi trong tương lai và sự biến đổi các chỉ số nhiệt độ như TXx, TXn, TNx,
TNn, tần suất của các thời kỳ nóng và lạnh cũng như phân vị cơ bản của các chỉ số
nhiệt độ cực trị. Dữ liệu ngày đầu ra từ mô hình được sử dụng để phân tích nhiệt độ
cực trị. Kết quả cho thấy xu hướng của các chỉ số nhiệt độ là như nhau.
Kharin và CS (2005) [73] đã sử dụng 15 mô hình GCM để đánh giá kỹ năng26
mô phỏng trường nhiệt độ và trường mưa từ ECEs. Kết quả đưa ra các GCM mô
phỏng tốt cho các cực trị về nhiệt, đối với cực trị về mưa, kết quả mô phỏng chưa
tốt, nhất là vùng nhiệt đới.
Với cách tiếp cận sử dụng hệ các mô hình GCM để mô phỏng ECEs, Vavrus
và CS (2006) [113] đánh giá kỹ năng mô phỏng hiện tượng đột biến của không khí
lạnh. Tiêu chí được đưa ra xác định là vào thời kỳ mùa đông, xảy ra ít nhất hai ngày
liên tiếp có nhiệt độ trung bình ngày nhỏ hơn hai lần so với độ lệch chuẩn của nhiệt
độ trung bình ngày. Kết quả chỉ ra, các mô hình đã tái tạo rất tốt hiện tượng này cả
về vị trí lẫn cường độ.
Leung và CS (1999a,b) [80,81] đã sử dụng RCM và WRF để đưa ra các so
sánh đặc trưng khí hậu với quan trắc ở quy mô khu vực. Sử dụng mô hình WRF với
lưới lồng đến 40km để mô phỏng khí hậu trong 20 năm với bộ số liệu tái phân tích
của NCEP - NCAR (Leung và CS 2003) [65] để chỉ ra khả năng nắm bắt của mô
hình trong việc mô phỏng khí hậu ở phía Tây nước Mỹ. Giáng thủy trung bình từ
tháng 12, tháng 01 và tháng 02 trong 20 năm được mô phỏng khá tốt ở phía Bắc
Rockies nhưng đặc biệt là khả năng nắm bắt khá tốt của mô hình ở các lưu vực và
phía tây giữa các dãy núi (xem hình 1.2).
Hình 1.2. So sánh lượng mưa tích lũy giữa quan trắc (trái) và mô phỏng (phải). (Trích từ
James M. Done và cs: Regional climate simulation using the WRF model)
Giá trị quan trắc mưa cho thấy ảnh hưởng của gió trong khu vực Sierra được mô
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi27
phỏng tốt, tuy nhiên độ cao địa hình trong mô hình đòi hỏi khả năng nắm bắt rất
tinh ở khoảng cách bước lưới 40km. Thực tế mô hình nắm bắt khá tốt chi tiết về sự
phân bố của nhiệt độ bề mặt ở quy mô vừa và quy mô lớn khi so sánh với các giá trị
quan trắc.
Mặc dù vậy, mô hình cũng đã chỉ ra một sai số về nhiệt độ, điển hình với 30C
(xem hình 1.3). Kết quả mô phỏng lượng giáng thủy tích lũy trong mùa lạnh khá tốt
với quan trắc cả về phân bố không gian và trường nhiệt độ trung bình bề mặt so
sánh với quan trắc cũng được nắm bắt khá tốt về cả phân bố và biên độ.
Hình 3.1.1 minh họa tần suất xuất hiện của nhiệt độ tối cao tháng theo những
ngưỡng giá trị khác nhau tính trung bình trên toàn Việt Nam (tại các vùng Tây Bắc
Bộ, Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên
và Nam Bộ). Trong các biểu đồ này, trục hoành là các khoảng chia của TXx cách
nhau 2.2oC và trục tung là giá trị xác suất (%). Trung bình trên toàn lãnh thổ Việt
Nam (hình 3.1.1), giá trị nhiệt độ tối cao ngày xuất hiện trong khoảng từ 18.8oC đến
38.6oC. Tần suất xuất hiện giá trị TXx trong khoảng 29.8 - 32.0oC xấp xỉ 25%,
trong hai khoảng 27.6 - 29.8oC và 32.0 - 34.2oC tương ứng là 18% đến 20% và
trong hai khoảng giá trị 25.4 - 27.6oC và 34.2 - 36.4oC chiếm 12%. Như vậy, nền
nhiệt độ tối cao tháng của Việt Nam có phân bố xấp xỉ phân bố chuẩn, với giá trị
TXx phổ biến trong khoảng 29.8 - 32.0oC.
Khu vực Tây Bắc Bộ (hình 3.1.1a) có phân bố tần suất của TXx khá giống
với của Việt Nam. Nền nhiệt độ tối cao TXx biến đổi trong khoảng 29.8 - 32.0oC
với tần suất xuất hiện là 24%. TXx có tần suất xuất hiện trong khoảng 27.6 - 29.8oC
và 32.0 - 34.2oC lần lượt là 19% và 21%. Khu vực này cũng có tần suất xuất hiện
của giá trị TXx nằm ngoài [25.4oC, 36.4oC] khoảng 10%. Khu vực Đông Bắc Bộ
(hình 3.1.1b) có phân bố tương đối khác so với trung bình toàn Việt Nam, tại khu
vực này nhiệt độ tối cao tháng tập trung trong khoảng 32.0 - 34.2oC với tần suất
xuất hiện giá trị TXx khoảng 23%. Nếu như trên toàn Việt Nam, tần suất xuất hiện
các giá trị TXx nằm ngoài khoảng 25.4 - 36.4 oC là khá nhỏ (chưa đến 10%) thì tại
Đông Bắc Bộ giá trị TXx nhỏ hơn 25 oC chiếm xấp xỉ 40%. Đối với khu vực Đồng
bằng Bắc Bộ (hình 3.1.1c), tần suất xuất hiện TXx lớn nhất là 18% với khoảng giá
trị 32.0 - 34.2oC, và thấp nhất trong khoảng giá trị 34.2 - 36.4oC. Như vậy có thể
thấy với biên độ dao động xấp xỉ 13oC, giá trị TXx tại khu vực Đồng bằng Bắc Bộ
biến động khá mạnh trong 50 năm qua.
Trái ngược với khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, khu vực Bắc Trung Bộ (hình
3.1.1d) là nơi có nền nhiệt độ tối cao tháng tương đối ổn định và có trị số khá cao
tập trung trong khoảng (34.2 - 36.4oC) với tần suất xấp xỉ 28%. Đối với khu vực
Tây Nguyên và Nam Bộ, hai khu vực này có nền nhiệt độ tối cao khá ổn định lần
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: