Mục lục

Lời cam đoan ............................................. ............................................. .................... 1

Lời cảm ơn ............................................. ............................................. ........................2

Mục lục........................................ ............................................. ...................................3

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ............................................. ............................5

Danh mục hình ảnh ............................................. ............................................. ...........7

Danh mục các bảng ............................................. ............................................. .........13

Mở đầu ............................................. ............................................. ............................15

Chương 1 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO KHÍ HẬU KHU VỰC BẰNG

MÔ HÌNH SỐ TRỊ........................................ ............................................. ..........18

1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 21

1.1.1. Tại sao cần dự báo khí hậu khu vực bằng mô hình RCM? ....................21

1.1.2. Những nghiên cứu ứng dụng RCM vào dự báo khí hậu khu vực ..........26

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 32

1.3. Những nghiên cứu về thống kê hiệu chỉnh sản phẩm mô hình số 35

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA KHÍ HẬU KHU VỰC VÀ

PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ SẢN PHẨM MÔ HÌNH SỐ (MOS) .................38

2.1. Phương pháp mô hình hóa khí hậu khu vực ứng dụng vào mô hình

RegCM3 39

2.1.1. Động lực học ............................................. ............................................. 39

2.1.2. Các thành phần vật lý trong RegCM3 ............................................. .......45

2.2. Phương pháp thống kê sản phẩm mô hình số 66

2.2.1. Các phương pháp đánh giá thống kê mô hình khí hậu ...........................66

2.2.2. Phương pháp luyện mạng thần kinh nhân tạo ANN ..............................70

2.3. Nguồn số liệu sử dụng 74

Chương 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CÁC TRƯỜNG KHÍ TƯỢNG TRÊN

KHU VỰC ĐÔNG NAM Á BẰNG MÔ HÌNH KHÍ HẬU KHU VỰC

RegCM3 ............................................. ............................................. .....................77

3.1. Thời tiết, khí hậu khu vực ĐNA trong thập kỷ cuối thế kỷ XX 77

3.2. Hoàn lưu, nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa của RegCM3 78

3.2.1. Cấu hình động lực ............................................. .....................................78

3.2.2. Lựa chọn sơ đồ tham số hóa vật lý.......................................... ...............85

3.2.3. Kết quả mô phỏng 10 năm của RegCM3 với bộ tham số tối ưu............99

Chương 4 CẢI THIỆN KẾT QUẢ MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘ VÀ LƯỢNG

MƯA CỦA MÔ HÌNH RegCM3 BẰNG SƠ ĐỒ THAM SỐ HÓA ĐỐI

LƯU MỚI VÀ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH THỐNG KÊ ............107

4.1. Cải tiến RegCM3 bằng sơ đồ tham số hóa đối lưu mới 107

4.1.1. Lý do chọn lựa sơ đồ tham số hóa đối lưu Tiedtke ..............................107

4.1.2. Mô hình RegCM3 với sơ đồ đối lưu mới Tiedtke................................109

4.1.3. Đánh giá thống kê.......................................... .......................................117

4.2. Cải thiện kết quả mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của RegCM3 nhờ

hiệu chỉnh bằng ANN 126

4.2.1. Lý do chọn phương pháp hiệu chỉnh bằng ANN .................................126

4.2.2. Các kết quả sau khi hiệu chỉnh...................................... .......................130

KẾT LUẬN ............................................. ............................................. ...................140

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................... ............................................. ...143

PHỤ LỤC

Mở đầu

Các điều kiện khí hậu vào tháng sau, mùa sau hay năm sau luôn được quan

tâm khi con người đề ra những kế hoạch dài hạn trong sản xuất nông, lâm, ngư

nghiệp, trong kinh tế, xây dựng, du lịch,… Mức độ thành công của những hoạt động

xã hội này phụ thuộc rất nhiều vào việc mùa sau sẽ nóng hay lạnh hơn, mưa nhiều

hay ít hơn, hạn hán hay lũ lụt có thể xảy ra do những sản phẩm sản xuất ra có thích

hợp với khí hậu khi đó hay không. Như ta đã biết, đây chính là mục đích của bài

toán dự báo khí hậu hạn mùa.

Đối với khu vực Châu Á, do đặc điểm về địa lý tự nhiên phức tạp, chịu tác

động mạnh của gió mùa nên thường xuyên bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng thời tiết

và khí hậu bất thường. Theo Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO), 43% thảm hoạ tự

nhiên trên thế giới xảy ra từ năm 1991 đến năm 2000 là ở Châu Á, trong đó có 2035

thảm hoạ về thời tiết làm thiệt hại khoảng 40,35 tỷ đô la. Đặc biệt là vào mùa hè, hệ

thống gió mùa tây nam thống trị ở đây mang đến lượng mưa chính, quyết định tình

trạng khí hậu hạn hán, lũ lụt hay ổn định cho khu vực. Chính vì vậy, đối với khu

vực Châu Á nói chung, Đông Nam Á và Việt Nam nói riêng, dự báo khí hậu hạn

mùa nói chung và mùa hè nói riêng càng đặc biệt quan trọng.

Các phương pháp thường được sử dụng trong dự báo khí hậu là phương pháp

thống kê và phương pháp số trị. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng

của công nghệ máy tính trong một vài thập kỷ gần đây, chúng ta đã có thể xây dựng

và phát triển những mô hình số trong dự báo khí hậu. Ưu điểm của các mô hình số

so với phương pháp thống kê là nó được xây dựng dựa trên mối quan hệ vật lý thực

của các quá trình trong khí quyển.

• Tính cấp thiết của đề tài

Mô hình số dự báo khí hậu hạn mùa là vấn đề “nóng” hiện nay. Tuy nhiên,

mô hình toàn cầu không thể dự báo chi tiết cho khu vực Châu Á do hạn chế về độ

phân giải. Vì vậy, xây dựng mô hình khí hậu khu vực phù hợp là mối quan tâm của

hầu hết các quốc gia trên châu lục này, trong đó có Việt Nam. Nhưng trước khi đưa

một mô hình số vào dự báo khí hậu, cần kiểm tra kỹ năng của mô hình đó thông qua

mô phỏng trên số liệu nhiều năm và đánh giá bằng các chỉ số thống kê. Đứng trước

yêu cầu cấp thiết đó, chúng tôi đã chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng

mô phỏng mùa các yếu tố khí tượng trên lãnh thổ Việt Nam bằng phương pháp thủy động và thống kê”. Trong khuôn khổ luận án, chúng tôi thực hiện mô phỏng

hoàn lưu, nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa trung bình tháng thời hạn 3 tháng trong

mùa hè trên khu vực Đông Nam Á bằng mô hình khí hậu khu vực RegCM phiên

bản 3, sau đó đánh giá và hiệu chỉnh kết quả mô phỏng bằng phương pháp thống kê.

• Mục đích của luận án

Luận án đặt ra nhằm đạt được các mục đích sau:

- Đánh giá được khả năng mô phỏng khí hậu hạn mùa cho khu vực Đông Nam Á và

Việt Nam của mô hình khí hậu khu vực RegCM3.

- Cải tiến mô hình RegCM3 bằng cách đưa thêm vào một sơ đồ tham số hóa đối

lưu mới nhằm nâng cao chất lượng mô phỏng của mô hình.

- Xây dựng được phương pháp hiệu chỉnh sản phẩm đầu ra của mô hình bằng công

cụ thống kê nhằm chính xác hóa kết quả mô phỏng.

• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu mô phỏng và dự báo khí hậu khu vực bằng mô hình số là một bài

toán lớn liên quan đến nhiều khía cạnh khác nhau. Việc thực hiện đầy đủ bài toán

này nằm ngoài khuôn khổ luận án này, do đó luận án chỉ giới hạn:

- Đối tượng nghiên cứu: Nhiệt độ không khí bề mặt và lượng mưa trung bình tháng

trong mùa hè.

- Phạm vi nghiên cứu: Đông Nam Á và các vùng biển lân cận, đặc biệt chú trọng

đến Việt Nam.

• Những đóng góp mới của luận án

Trên cơ sở ứng dụng mô hình RegCM3 để mô phỏng hạn mùa các trường khí

hậu bề mặt khu vực Việt Nam và Đông Nam Á trong thời kỳ gió mùa mùa hè, tác

giả luận án đã nghiên cứu phát triển mô hình này và xây dựng được phương pháp

hiệu chỉnh các sản phẩm đầu ra của mô hình. Những đóng góp mới chủ yếu là:

- Đã đưa được sơ đồ tham số hoá đối lưu Tiedtke (1989) vào mô hình RegCM3

thành một tùy chọn mới và do đó đã làm tăng chất lượng mô phỏng của mô hình đối

với trường nhiệt độ bề mặt.

- Đã nghiên cứu và xây dựng được phương pháp hiệu chỉnh các trường nhiệt độ và

lượng mưa của mô hình RegCM3 bằng phương pháp mạng thần kinh nhân tạo

(ANN)