Lớp QLMT_K48
1
Luận văn: Mô hình khí hậu toàn cầu
‘
Lớp QLMT_K48
2
MỤC LỤC
8.1. Tổng quan...........................................................................................................................4
8.1.1. Đánh giá có nghĩa là gì.............................................................................................4
8.1.2. Phương pháp đánh giá.............................................................................................4
8.1.3. Mô hình được xây dựng như thế nào ......................................................................7
8.2. Sự cải tiến trong mô hình hoá ..........................................................................................11
8.2.1. Qúa trình khí quyển ..............................................................................................12
8.2.2. Qúa trình đại dương. .............................................................................................14
8.2.3. Các quá trình đất...................................................................................................17
8.2.4. Các quá trình cryospheric .....................................................................................20
8.2.5. Mô hình hóa aerosol và hóa học khí quyển...........................................................22
8.2.6. Các cải tiến coupling..............................................................................................22
8.2.7. Những sự điều chỉnh dòng và initialization ..........................................................23
8.3. Sự đánh giá khí hậu hiện thời khi được mô phỏng bởi những mô hình toàn cầu ghép.24
8.3.1. Khí quyển...............................................................................................................25
8.3.2. Đai dương...............................................................................................................34
8.3.3. Băng biển................................................................................................................40
8.3.4. Bề mặt đất ..............................................................................................................42
8.3.5. Những thay đổi trong thể hiện mô hình...............................................................44
8.4. Đánh giá sự biến đổi khí hậu theo phạm vi lớn khi được mô phỏng bởi sự kết hợp mô
hình toàn cầu...........................................................................................................................46
8.4.1. Kiểu hình khuyên miền bắc và miền nam .............................................................46
8.4.2. Biến thiên thập kỉ thái bình dương..........................................................................49
8.4.3. Mô hình Bắc Mỹ - Thái bình dương.....................................................................50
8.4.4. Mẫu Đất liền ấm-Đại dương lạnh..........................................................................51
8.4.5. Sự trở ngại và chế độ khí quyển (Atmospheric Regimes and Blocking)...............52
8.4.6. Sự biến đổi theo nhiều thập kỷ ở Đại Tây Dương.................................................52
8.4.7. Dao động El Nino – Phía Nam...............................................................................53
..........................................................................................................................................54
8.4.8. Dao động Madden-Julian ......................................................................................56
8.4.9. Dao động trong gần 2 năm ....................................................................................57
8.4.10. Biến đổi của gió mùa............................................................................................58
8.4.11. Dự đoán ngắn hạn sử dụng mô hình khí hậu......................................................58
8.5. Mô phỏng mô hình đối với các cực trị .............................................................................60
8.5.1. Nhiệt độ cực trị ......................................................................................................60
8.5.2. Lượng mưa cực trị.................................................................................................61
8.5.3. Những cơn bão nhiệt đới .......................................................................................63
8.5.4. Kết luận..................................................................................................................63
8.6. Độ nhạy khí hậu và sự phản hồi.......................................................................................64
8.6.1. Giới thiệu................................................................................................................64
8.6.2. Giải thích về việc đánh giá độ nhạy khí hậu giữa các mô hình chung hiện hành64
8.6.3. Những quá trình vật lý chủ chốt trong sự nhạy cảm của khí hậu.......................68
8.6.4.Làm thế nào để đánh giá mức độ tin cậy tương đối từ những sự phản hồi được
mô phỏng bởi những mô hình khác nhau.......................................................................82
Lớp QLMT_K48
3
8.7. Các Cơ chế về Ngưỡng và Biến đổi Khí hậu Đột ngột ....................................................83
8.7.1.Giới thiệu.................................................................................................................83
8.7.2. Biến đổi Khí hậu Đột ngột Cưỡng bức..................................................................84
8.8. Thể hiện Hệ thống Toàn cầu bằng các Mô hình Đơn giản hơn ......................................88
8.8.1. Tại sao cần tính phức tạp thấp..............................................................................88
8.8.2. Mô hình khí hậu đơn giản .....................................................................................89
8.8.3. Mô hình Hệ thống Trái đất có độ Phức tạp Trung bình ......................................89
Lớp QLMT_K48
4
8.1. Tổng quan
Mục tiêu của chương là đánh giá khả năng và giới hạn của mô hình khí hậu toàn
cầu. Một số hoạt động đánh giá được mô tả ở những chương khác của báo cáo.
Chương này cung cấp bối cảnh những nghiên cứu đó và hướng dẫn người đọc
những chương thích hợp.
8.1.1. Đánh giá có nghĩa là gì
Một dự báo cụ thể dựa trên mô hình có thể chứng minh được là đúng hoặc sai
nhưng bản thân mô hình luôn luôn cần xem xét thận trọng. Điều này đúng với dự
báo thời tiết và dự báo khí hậu. Dự báo thời tiết được sinh ra từ những thông tin cơ
bản, thường xuyên và có thể đối chiếu với những hiện tượng đã xảy ra. Theo thời
gian, nhưng thông tin này được tích lũy và cung cấp cho mô hình. Trái lại, trong
mô phỏng sự biến đổi khí hậu, mô hình được sử dụng để dự báo những thay đổi
trong tương lai có thể xảy ra qua khoảng thời gian hàng thập kỷ và không có những
thay đổi tương tự đã xảy ra trong quá khứ. Độ tin cậy của mô hình có thể thu được
qua việc mô phỏng những ghi chép trong lịch sử hoặc khí hậu cổ, nhưng điều này
bị giới hạn hơn so với dự báo thời tiết.
8.1.2. Phương pháp đánh giá
Mô hình khí hậu là mô hình tổng hợp với nhiều thành phần. Mô hình phải được thử
nghiệm ở mức độ hệ thống, tức là chạy một mô hình đầy đủ và so sánh kết quả với
thông tin đã thu thập được. Những thử nghiệm này có thể cho thấy lỗi của mô hình
nhưng nguyên nhân của chúng bị ẩn đi bởi tính phức tạp của mô hình. Vì vậy, cần
phải thử nghiệm mô hình ở mức độ thành phần, tức là cô lập những thành phần và
kiểm tra chúng độc lập so với một mô hình hoàn chỉnh. Việc đánh giá mức độ
thành phần của mô hình khí hậu là thông thường. Phương pháp số được thử
nghiệm ở những test tiêu chuẩn, được thiết lập qua hoạt động như hội nghị hai năm
một lần về Partial Differential Equations on Sphere. Các thông số vật lý sử dụng
trong mô hình biến đổi khí hậu được thử nghiệm qua nhiều nghiên cứu (một số dựa
trên những số liệu thu thập được và một số được lý tưởng hóa), được thiết lập
thông qua chương trình Đo lường phóng xạ khí quyển (ARM), Hệ thống mây châu
Âu (EUROCS), Năng lượng toàn cầu và cuộc thử nghiệm chu trình nước
(GEWEX), Nghiên cứu hệ thống mây (GCSS). Những hoạt động này đã và đang
diễn ra trong một thập kỷ hoặc nhiều hơn và phần lớn kết quả đã công bố.
Việc đánh giá mức độ hệ thống tập trung vào kết quả của mô hình đầy đủ (ví dụ
mô hình mô phỏng các biến khí hậu) và các phương pháp cụ thể được bàn chi tiết
dưới đây.
8.1.2.1. So sánh các mô hình và ensemble
Lớp QLMT_K48
5
Hoạt động so sánh mô hình toàn cầu bắt đầu từ cuối những năm 1980, được tiếp
tục với dự án so sánh mô hình khí quyển (AMIP) bây giờ đã bao gồm vài tá dự án
bao phủ toàn bộ các thành phần mô hình khí hậu và các dạng mô hình kết hợp khác
nhau (tóm tắt tại http://www.clivar.org/science/mips.php). Nỗ lực tham vọng trong
việc thu thập và phân tích kết quả mô hình lưu chuyển khí quyển đại dương
(AOGCM) từ các thí nghiệm tiêu chuẩn được thực hiện trong vài năm gần đây.
Điều này khác với các so sánh mô hình trước đó ở chỗ một tập hợp hoàn thiện các
thí nghiệm được thực nghiệm, bao gồm việc mô phỏng có điều khiển không bắt
buộc, mô phỏng nhằm tái tạo biến đổi khí hậu được quan sát qua những thời điểm
và mô phỏng biến đổi khí hậu trong tương lai. Với mỗi thí nghiệm, các mô phỏng
được thực hiện trên nhiều mô hình khác nhau để việc chia sẻ tín hiệu biến đổi khí
hậu từ sự biến thiên bên trong trong phạm vi hệ thống khí hậu được dễ dàng hơn.
Có lẽ, thay đổi quan trọng nhất từ những nỗ lực này là bộ sưu tập tập hợp các kết
quả mô hình ở chương trình Chẩn đoán mô hình khí hậu và so sánh (PCMID).
Thành tựu này liên quan đến Tập hợp dữ liệu đa mô hình (MMD) ở PCMID, đã
cho phép hàng trăm nhà khoa học ở bên ngoài các nhóm làm mô hình có thể xem
xét kỹ lưỡng mô hình dưới nhiều góc độ khác nhau.
Sự nâng cao việc phân tích chẩn đoán kết quả mô hình khí hậu là một bước quan
trọng. Nhìn chung, những hoạt động so sánh đang diễn ra đã làm gia tăng mối liên
hệ giữa các nhóm làm mô hình, cho phép nhận dạng nhanh chóng và sửa chữa sai
số của mô hình, khuyến khích sáng tạo sự tính toán tiêu chuẩn cũng như những ghi
chép có hệ thống về những tiến bộ trong mô hình hóa.
Ensemble của mô hình đại diện cho một phương thức mới để nghiên cứu một
nhóm khí hậu đáng tin cậy tương ứng với một cưỡng bức cho trước. Những
ensemble này có thể được tạo ra từ việc thu thập kết quả của một nhóm mô hình ở
các trung tâm làm mô hình khác nhau (ensemble đa mô hình) hoặc được tạo ra qua
các phiên bản đa mô hình trong phạm vi cấu trúc một mô hình cụ thể, bằng cách
thay đổi các thông số mô hình bên trong trong một khoảng tin cậy (ensemble vật lý
xáo trộn). Những tiếp cận này được bàn chi tiết ở phần 10.5.
8.1.2.2. Hệ thông số độ tin cậy của mô hình
Độ chính xác mô phỏng mô hình khí hậu trong quá khứ hay hiện tại cho biết điều
gì về độ chính xác của dự báo biến đổi khí hậu? Một số các thông số dựa trên
thông tin thu thập được sử dụng để định lượng độ tin cậy của mô hình khi đưa ra
dự báo xác suất (phần 10.5.4).
Với bất kỳ thông số nào, cần đánh giá sự đúng đắn của kết quả mô hình dự báo khí
hậu trong tương lai. Không thể tiến hành phép thử trực tiếp bởi vì không có những
thay đổi cưỡng bức tương tự như những thay đổi dự báo ở thế kỷ 21. Dù vậy, mối
quan hệ giữa thông số từ thông tin thu thập được với lượng dự báo (ví dụ độ nhậy
khí hậu) có thể được khám phá qua ensemble mô hình. Shulka et al. (2006) đã liên
hệ độ trung thực của nhiệt độ bề mặt mô phỏng trong thế kỷ 20 với những thay đổi
nhiệt độ bề mặt được mô phỏng ở thế kỷ 21 trong một ensemble đa mô hình. Kết