Luận án tiến sĩ: Mô phỏng khí tượng mùa Việt Nam bằng phương pháp thủy động & thống kê

ĐẠI IIỌC Ọ lló c CIA HÀ NỘI TRI ỞN(; ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN HÒ THỊ MINH HÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG MÙA CÁC YỂU TÓ KHÍ TƯỢNG TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY ĐỘNG VÀ T H ốN G KÊ Chuyên ngành: Khí tượng học Mà số: 62.01 LUẬN ÁN TIÉN SĨ KHÍ T Ư Ợ N G H Ọ C NGƯỜI HƯỚNG DÀN KHOA HỌC: ]. Nguyền Hưởng Điền 2. N&uyền Văn Hữu H À NỘ I - 2008 Mục ■ lục ■ L ờ i c a m đ o a n .3 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tẳt. 5 Danh mục hình ả n h.

7 Danh mục các bàng. 15 Chương 1 CÁC NGHIÊN c ú u VỀ D ự BÁO KHÍ HẬU KHU v ự c BẰNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 21 1. Tại sao cần dự báo khí hậu khu vực bằng mô hình RCM?.

Nhĩrng nghiên cứu ứng dụng RCM vào dự báo khí hậu khu vực. Tình hình nghiên cứu trong nirớc 32 1. Những nghiên cứu về thống kê hiệu chỉnh sản phẩm mô hình số 35 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA KHÍ HẬU KHU v ự c VÀ PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ SẢN PHẤM MÔ HÌNH SỐ (MOS). Phương pháp mô hình hóa khí hậu khu vực ứng dụng vào mô hình RegCM3 39 2.

Động lực học. Các thành phần vật lý trone RegCM3. Phương pháp thống kê sản phẩm mô hình số 66 2. Các phương pháp đánh giá thốne, kê mô hình khí h ậ u.

Phương pháp luyện mạng thần kinh nhân tạo ANN. Neuồn số liệu sử dụng 74 3 Chương 3 K Ế T Q U Ả M Ô P H Ỏ N G CÁ C T R Ư Ờ N G KHÍ T Ư Ợ N G T R Ê N KIUJ V ự c DÔNG NAM Á BẢNG MỔ HÌNH KHÍ HẬU KHU v ự c R e g C M 3. Thời tiết, khí hậu khu vực DNA trong thập kỷ cuối thế kỷ XX 77 3. Hoàn kru, nhiệt độ, dộ ẩm và lượng mưa của RegCM3 78 3.

Cấu hình động lực. Lựa chọn sơ đồ tham sổ hóa vật lý. Kết quả mô phỏng 10 năm của RegCM3 với bộ tham sổ tối ưu.99 t h ư ơ n g 4 C Ả I T H IỆ N K Ế T Q U Ả M Ô P H Ỏ N G N H IỆ T Đ ộ V À L Ư Ợ N G MƯA CỬA MỒ HỈNH RegCM3 BẰNG s ơ DÓ THAM SỐ HÓA ĐỐI LƯU MỚI VÀ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH THÓNG K Ê. Cải tiến RegCM3 bàng sơ đồ tham số hóa đối lưu mới 107 4.

Lý do chọn lựa sơ dồ tham số hóa đối kru Tieđtke. Mô hình RegCM3 với sơ đồ đối lưu mới Tiedtke. Cải thiện kết quà mô phỏng nhiệt độ và lượng mưa của RegCM3 nhờ h iệ u c h ì n h b à n g A N N 126 4. Lý do chọn phương pháp hiệu chinh bầng A N N.

Các kết quả sau khi hiệu chinh.140 TẢI LIỆU THAM KHẢO.143 1‘I IỤ L Ụ C 4 Danh mục các kỷ hiệu và chữ viết tắt Acc Accuracy - Độ chính xác AOCM Atmosphere Global Climate Model - Mô hình khí hậu toàn cẩu nhánh khí q u y ển ANN Artificial Neural Network - Mạng thần kinh nhân tạo. AS Arakavva-Schubert - Tên sơ đồ tham số hóa đối lưu BA’I s Bio-Atmospheric Transfer Scheme - Sơ đồ tương tác khí quyển - bè mặt BTtìộ Bấc Trung Bộ BMJ Betts-Miller-Janjic - Tên sơ đo tham số hóa đối lưu C('M Community Climate Model - Mô hình Khí hậu cộng dồng CC3CM Couple Global Climate Model - Mô hình khí hậu toàn cầu phối hợp CRU Climatic Research Units - Trung tâm nghiên cứu khí hậu (Anh) DBK.H Dự báo khí hậu DBKHKV D ự b áo khí hậu k h u vực ĐNA Đ ông N am Á ĐBB Đ ông Bẳc Bộ ĐBBB Dồng bằng Bẳc Bộ ECHAM 4 M ô h ìn h khí hậu toàn cầu th u ộ c V iệ n M a x P la n c k (Đ ứ c ) ECMWF European Center for Medium Range Weather Forecasts - Trung tâm dự báo thời tiẻt hạn vừa Châu Âu. ENSO HI Nino-Southern Oscillation - El Nino-Dao động Nam EOF Empirical Orthogonal Function - Hàm trực giao kinh nghiệm IỈR A 4 0 S ố liệ u tái p h â n tíc h k é t h ợ p s ả n p h ẩ m m ô h ì n h s ố c ù a E C M W F FC Fritsch-Chappell - Tên sơ đồ tham sổ hóa đối lưu GAIi Grell AS + Bats GCM G lo b a l C lim a te M o d el - M ô h ìn h khí h ậ u to à n cầu GCM Global Circulation Model - Mô hình hoàn lưu chung khí quyển 1ỈK B iệt th ứ c H a n sse n v à K u ip crs HQTT H ồ i q u y t u y ế n tín h HRM High Resolution Model - Mỏ hình (dự báo thời tiết) độ phân giải cao 5 HSS 1leidke Skill Score - Chì sô kỷ năng í lcidke HSTỌ 1lệ so tương quan 1C ri* International Centre for Theoretical Physics - Trung tâm quốc tế nghiên cứu vật lý lý thuyết (Ý) ITCA Internal Tropical Convection Zone - Dái hội tụ nội nhiệt đới Ipec; Integovemmental Panel on Climate Chanse - Nhỏm nghiên cứu đa chính phũ về biến đối khí hậu MM5 Mesoscale Model 5 - Mô hình quy mô vừa thé hệ thứ 5 MOS Model Output Statistics - Thống kè sán phẩm mô hình NTrBỘ Nam Trung Bộ NCAR National Center for Atmospheric Research (USA) - Trung tàm quốc gia nghiên cứu khí quyén (Mỹ). NCIiP National Center for Environmental Prediction - Trung tâm Quốc gia về Dự báo Môi trường (Mỹ) NOAA National Oceanographical and Atmospheric Administration - Cơ quan quàn lý Khí quyển - Đại dương (Mỹ) LAM Limited Area Model - Mô hình khu vực hạn chế LliC Lateral Boundary Condition - Điều kiện biên xung quanh PBL Planetary Boundary Layer - Lớp biên hành tinh PC’A Principal Component Analysis - Phân tích thành phần chính PSU Pennsynavia States University - Dại hợc bang Pennsynavia RcgCM Regional Climate Model - Mô hình khí hậu khu vực cùa NCAR RCM Regional Climate Model - Mô hình khí hậu khu vực SST Sea surface temperature - nhiệt độ nước biển bề mặt T1ĨD Thái Bình Dương TBNN Trung bình nhiều năm TieB Tiedtke + Bats TieZ Tiedtke + Zeng TrTrBỘ Trung Trung Bộ XI Nỉ) Xoáy thuận nhiệt dới V Bắc Việt Bẳc VOS.

và cộng sự 6 Danh mục hình ảnh ■ H in h 1.1: Phân vùng gió mùa của S. Phần giới hạn trong hình chừ nhật tỏ đậm là khu vực gió mùa ĐNA theo sổ liệu của Raniage (1971);.2: Sai số hệ thung cùa nhiệt độ không khí bề mặt (°C) và giáng thủy (%) trong giai đoạn 1961-1990 cùa các thừ nghiệm sứ dụng mô hình AOGCM cùa CSIRO Mk2, CCSRj'NIES, ECHAM/OPYC, CGCM1 (tư hợp 3 thành phần) và HadCM2 (4 thành phần).3: Dòng chày mùa hè ở Thụy Điển, (a) lính toán từ mô hình thủy văn, sứ dụng quan trắc mưa và dòng chảy tại trạm [Raab và Vedin, 1995]; (b) mỏ phỏng cùa GCM; (c) mô phóng cùa RCM độ phân giãi 55km; (d) mô phỏng cùa RCM độ phân giái I8km. Đơn vị dòng chảy mặt là mm. (Trích dan từ Christensen vcs.4: RCM có thể dự báo dược các đặc trung hoàn hru vốn không giái âưực bời GCM.

Ví dụ trong trường hựp dự báo xoáv thuận nhiệt đới [Giorgi, 2006].5: Khả nàng mô phỏng Itrợng mưa và nhiệt độ khu vực Tây Á cùa RegCM3 trung bình trong thời kỳ' từ 1987-2000 [ G i o r g i , 2 0 0 6 ] .6: Kha năng mô phỏng lượng mưa vờ nhiệt độ khu vực Đỏng Á của RegCM3 trung bình trong thời kỳ' từ ì 987-2000 [Giorgi, 2006].1 : Các quy mô không gian cùa mỏ hình khi hậu [ G i o r g i , 2 0 0 6 ] .2 : Lưới ngang dạng xen kẽ dạng B - Arakawa - Lamb cùa mô hình RegCM3 [Eỉguindi vcs.3 : Lồng ghép mỏ hình RCM vào GCM bằngphưưng pháp động lực .4 : Mô hình mây đối lint một chiều ổn định trong sư đồ Grell [ Grell , 1993 ].5: Mô hình máy đui lim sáu [Tiedtke, 1989].6 : D ự báo cho địa phương bảng phương pháp thống kê sàn phẩm cùa GCMhoặc RCM.7 : c ẩ u trúc cùa mạng thần kinh sinh hục (trên) và cấu trúc ANN (dưới).8 : Mặt lồi là hàm cùa các trụng số. Điếm dốc nhất trên mặt lỗi là nơi soi số tông cộng nhò nhất.9 : Các dạng hàm truyền CƯ bán cùa ANN, (a) hàm Log-sigma, (b) tan- sigma, (c) tuyến tính [Demuth vcs.1 0 : Mạng thần kinh 3 ìớp theo phương pháp Levenberg-Marquardt .1 1 : Dạng vectư cùa mạng 3 lớp (rong I lìn h 2 .1 : Dỏng gió mùa chính trong 3 tháng mùa hè (6, 7, 8) ở Châu Ả .2: Đường dòng và độ âm trung bình tháng 8/1996 mực 850mb cùa (a) ERA40 và (b) RegCMS. Đơn vị độ ấm lờ kg/kg. 2 b nhimg miền tích phân rộng hơn về phía bắc, hẹp hơn về 3 phía còn lại.4: Lượng mua mô phỏng bởi (a) GCM_300km, (b) RCM_50km, (c) R C M 25km vờ (d) Quan trắc [Giorgi, 2006], Đơn vị mm/ngày.5 : Ltrợng mưa trung bình tháng 8 của 3 năm 1996-1998 mô phòng bới (a)RegCM3_60km và (b) RegCM3 45km.

Dơn vị mm/ngày .6 : Sai số RMSE cùa lượng mưa trung bình tháng 6-8/1996-1998 cùa (a) RegCM3 60km và (b) RegCM3_45km. Đơn vị mm/ngày.7 : Nhiệt ĩỉộ tại (tộ cao 2m trung bình tháng 8/1996 của (a) CRU, (b) Reg+GAS, (c) Reg+GFC và (d) Reg+BMJ.8 : Lượng mưa trung bình tháng 8/1996 cùa (a) CRU, (b) Reg+GAS, (c) Reg+GFC và (d) Reg-+ BMJ. Đơn vị mm/ngày.9 : Profile (a) nhiệt độ vờ (b) độ am trung bình tháng 8/1996 lơv (rung hình trong khu vực từ I2-22N, 106-11OE cùa Reg+GFC và cùa 8 phiên ban nàv khi lượng mưa đổi lưu giảm đi một nửa. Dưn vị nhiệt độ là íỉộ c, iíưn vị độ âm riêng là kg/kg.1 0 : Lượng mưa trung bình tháng 8/1996 cùa (a) Reg+GFC và (b) Reg+GFC khi lượng mưa đổi Ịtru giảm I nửa.

Đơn vị mm/ngày .1 1 : Nhiệt độ tại 2m trung bình tháng 8/1996 cùa (a) Reg+GFC và (b) Reg+CỈFC khi lượng mưa đối lưu giám 1 nửa.1 2 : Chuối thời gian cùa CAPE (J/kg), CAPE âm (NCAPE) (J/kg) và lượng mưa quan trắc (mm/ngày). Đường dậm là CAPE, đường chấm, gạch là NCAPE vờ đường nét đứt là tốc độ mưa.1 3 : Lượng bóc hơi từ đại dương vào khí quyến cùa (a) Reg+GAB và (b) Reg+G AZ trung bình 6-8/1996. Đơn vị mm/ngày.1 4 : Tirơng tự H ì n h 3 .1 3 nhưng là thông lượng hiến nhiệt.