Nghiên cứu mô phỏng nhiệt độ trên khu vực Bắc Bộ bằng mô hình MM5BATSS

Bài báo này trình bày một số kết quả thử nghiệm sử dụng mô hình MM5 với sơ đồ tham số hóa bề mặt BATS (Biosphere Atmosphere Transfer Scheme) để mô phỏng trường nhiệt độ trung bình theo các tháng của năm 2014 cho khu vực Bắc Bộ. Bài báo cũng tiến hành đánh giá kết quả mô phỏng bằng việc so sánh với trường nhiệt từ số liệu tái phân tích của ECMWF và dùng các chỉ số thống kê để đánh giá định lượng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu mô phỏng nhiệt độ trên khu vực Bắc Bộ bằng mô hình MM5BATSS NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘ TRÊN KHU VỰC BẮC BỘ BẰNG MÔ HÌNH MM5BATS Nguyễn Bình Phong và Trần Đình Linh - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội B ài báo này trình bày một số kết quả thử nghiệm sử dụng mô hình MM5 với sơ đồ tham số hóa bề mặt BATS (Biosphere Atmosphere Transfer Scheme) để mô phỏng trường nhiệt độ trung bình theo các tháng của năm 2014 cho khu vực Bắc Bộ. Bài báo cũng tiến hành đánh giá kết quả mô phỏng bằng việc so sánh với trường nhiệt từ số liệu tái phân tích của ECMWF và dùng các chỉ số thống kê để đánh giá định lượng. Kết quả thử nghiệm cho thấy, mô hình mô phỏng khá tốt phân bố theo không gian và thời gian của trường nhiệt. Từ khóa: mô phỏng nhiệt độ, mô hình MM5BATS 1. Mở đầu Bài toán dự báo hạn mùa hiện đang là một trong những bài toán được quan tâm trên thế giới cũng như trong khu vực bởi những ứng dụng thiết thực đối với đời sống xã hội. Cụ thể trong dự báo hạn mùa, phương pháp được quan tâm nhiều hiện nay là phương pháp mô hình động lực, thay thế cho phương pháp thống kê được phát triển mạnh những năm trước đây. Sự phát triển của các mô hình dự báo số trị, không chỉ trên quy mô toàn cầu mà còn chi tiết hóa cho từng khu vực, đã góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho hướng nghiên cứu này. Các bài toán dự tính (projection) khí hậu trong tương lai được thực hiện thông qua mô phỏng các kịch bản khí hậu bằng mô hình toàn cầu. Trong khi các mô hình toàn cầu dù đã tính đến sự thay đổi cân bằng bức xạ toàn cầu do nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo thì cũng không nắm bắt được những thay đổi có quy mô nhỏ như ảnh hưởng của điều kiện địa hình và tính chất mặt đệm. Sự tương tác này có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể của khí hậu khu vực so với đặc điểm khí hậu trên quy mô lớn. Bài toán dự tính các kịch bản biến đổi khí hậu có tính đến các yếu tố địa phương được dựa trên nhiều phương pháp như hạ quy mô (downscaling) thống kê cho đến các mô hình khí hậu khu vực. Các phương pháp hạ quy mô thống kê tuy đã áp dụng thành công cho nhiều khu vực nhưng nó không nắm bắt được 48 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 12 - 2015 các đặc điểm khí hậu do sự tương tác - hồi tiếp giữa các quá trình quy mô lớn và quy mô vừa. Việc ứng dụng các mô hình khí hậu khu vực để hạ quy mô nhằm khắc phục nhược điểm này [3]. Bề mặt đất cũng có thể ảnh hưởng đến khí quyển trên quy mô mùa, trong đó độ ẩm đất đóng vai trò quan trọng, cũng như một số nơi là độ phủ tuyết. Độ ẩm đất có thể dao động về căn bản từ năm này qua năm khác và biến đổi trong độ ẩm đất có khoảng thời gian quy mô từ tháng đến năm. Koster (2004, 2006) đã sử dụng mô hình bề mặt đất (LSM) kết hợp với trường trạng thái thực trên quy mô toàn cầu (của các biến giáng thủy, bức xạ và các trường khí tượng bề mặt) để thiết lập các trường số liệu mới như độ ẩm đất, nhiệt độ và các trạng thái đất khác nhau. Sau đó, tác giả đã sử dụng các trường này làm điều kiện ban đầu cho dự báo giáng thủy và nhiệt độ bằng mô hình hoàn lưu chung khí quyển (AGCM). Sự cải thiện trong kết quả đã được kiểm định bằng cách so sánh kết quả dự báo ở quy mô tháng (từ tháng 5 - 9, năm 1979 - 1993) với hệ thống dự báo hạn mùa của mô hình toàn cầu (GMAO). Với 75 dự báo riêng biệt, kết quả đã cung cấp cơ bản đầy đủ về mặt thống kê cho việc đánh giá sự cải thiện trong kĩ năng dự báo liên quan đến việc ban đầu hóa điều kiện bề mặt đất. Đánh giá kĩ năng được tập trung cho khu vực Đồng bằng lớn của Bắc Mỹ, khu vực có nguồn số liệu về điều kiện đất ban đầu đáng tin cậy và có sự ảnh hưởng lớn của độ ẩm đất tới các nhiễu động khí quyển Người đọc phản biện: PGS. TS. Nguyễn Viết Lành NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI và sự biến đổi của các trường khí tượng. Nghiên cứu đã cho thấy rằng, ban đầu hóa đất tác động nhỏ nhưng là có thể nhận ra khi cho thấy sự cải thiện của kết quả dự báo nhiệt độ và lượng mưa trên khu vực này. Đối với giáng thủy, sự cải thiện trong kĩ năng dự báo xuất hiện rõ nét từ tháng 5 - 7, trong khi đó với nhiệt độ không khí, là tháng 8 và 9. Cả ban đầu hóa đất và khí quyển đều chi phối một cách độc lập đến kĩ năng thực của dự báo nhiệt độ hàng tháng, với kĩ năng lớn nhất nhận được từ việc ban đầu hóa là khi kết hợp 2 nguồn này [8, 9]. 2. Cơ sở số liệu và phương pháp 2.1 Cơ sở số liệu Nguồn số liệu sử dụng bao gồm: - Số liệu bề mặt đất được sử dụng trong MM5 là số liệu đất USGS, bao gồm 6 phiên bản khác nhau với độ phân giải lần lượt là 10, 30’, 10’, 5’, 2’, và 30’’. - Số liệu nhiệt độ bề mặt biển và số liệu các trường yếu tố khí quyển toàn cầu được nội suy về lưới mô hình làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên. 2.2 Phương pháp Mô hình MM5 độ phân giải 30 km kết hợp với sơ đồ sinh - khí quyển BATS được sử dụng để mô phỏng trường nhiệt độ năm 2014. Thời gian chạy là 13 tháng, bắt đầu từ tháng 12/2013, trong đó tháng đầu tiên là thời gian spin-up mô hình. Kết quả của mô hình được so sánh với số liệu tái phân tích ERA Interim cho mô phỏng nhiệt độ. Kết qu ...