Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu dự tính một số đặc trưng gió mùa mùa hè của mô hình PRECIS

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn được lựa chọn thực hiện trong luận văn này với hai mục tiêu chính là: (1) Đánh giá được sự biến đổi trong tương lai của một số đặc trưng GMMH trên khu vực Việt Nam, đặc biệt cho khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ; (2) góp phần tăng cường khả năng hiểu biết về sự biến đổi của GMMH dưới tác động của biến đổi khí hậu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu dự tính một số đặc trưng gió mùa mùa hè của mô hình PRECIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trương Thị Thanh Thủy DỰ TÍNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG GIÓ MÙA MÙA HÈ CỦA MÔ HÌNH PRECIS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trương Thị Thanh Thủy DỰ TÍNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG GIÓ MÙA MÙA HÈ CỦA MÔ HÌNH PRECIS Chuyên ngành: Khí tượng và Khí hậu học Mã số: 60.440.222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Mai Văn Khiêm Hà Nội – Năm 2015
LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Mai Văn Khiêm là người Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới tập thể đội ngũ giáo viên, cán bộ trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – ĐHQGHN, cán bộ Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, những người đã trang bị cho tôi kiên thức chuyên môn, giúp tôi có đủ kiến thức cũng như kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập, đặc biệt đã tạo cho tôi niềm say mê nghiên cứu khoa học. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Khí hậu, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và cơ sở vật chất cho tôi trong quá trình học tập và công tác. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới những đồng nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Khí hậu đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ và những người thân trong gia đình tôi và bạn bè tôi đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Trương Thị Thanh Thủy
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................1 DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................3 DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ...........................................................................4 MỞ ĐẦU .....................................................................................................................6 Chương 1 .....................................................................................................................8 TỔNG QUAN VỀ GIÓ MÙA MÙA HÈ....................................................................8 1.1. Vai trò của GMMH đối với thời tiết khí hậu, Việt Nam ..................................8 1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu trong nước và trên thế giới .................10 1.2.1. Trên thế giới .............................................................................................10 1.2.2. Trong nước ...............................................................................................19 1.3. Tổng quan các CSGM ....................................................................................23 Chương 2 ...................................................................................................................28 PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU......................................................28 2.1. Mô hình PRECIS ............................................................................................28 2.2. Phương pháp ...................................................................................................29 2.2.1. Lựa chọn thời kỳ và mùa GMMH nghiên cứu .........................................29 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................31 2.3. Bộ số liệu sử dụng ..........................................................................................35 Chương 3 ...................................................................................................................40 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................40 3.1. Đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình PRECIS ......................................40 3.1.1. Hoàn lưu gió .............................................................................................40 3.1.2. Lượng mưa ...............................................................................................46 3.1.3. Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ ...........................................49 3.2. Dự tính một số đặc trưng GMMH ..................................................................52 3.2.1. Hoàn lưu gió .............................................................................................52 3.2.2. Lượng mưa trong thời kỳ hoạt động của GMMH ....................................57 3.2.3. Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ ...........................................61 KẾT LUẬN ...............................................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................66 PHỤ LỤC ..................................................................................................................71
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày trung bình thời kỳ 1951 – 1996 trên khu vực bán đảo Đông Dương [42] ..........................................................11 Hình 2.1. Miền tính cho khu vực Đông Nam Á ........................................................28 Hình 2.2. Phân bố mưa (mm/ngày) và gió (m/s) tương ứng theo số liệu APHRODITE và CFSR thời kỳ 1986 – 2005 ...........................................................30 Hình 2.3. Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa quan trắc (mm/ngày) và U850 hPa (m/s) của CFSR trung bình khu vực Nam Bộ ....................................................34 Hình 2.4. Vị trí các trạm quan trắc khí tượng được lựa chọn ...................................39 Hình 3.1. Hướng và tốc độ gió (m/s) trung bình tháng V – IX theo số liệu CFSR (a) và mô hình PRECIS (b) thời kỳ 1986 – 2005 ...........................................................40 Hình 3.2. Sai số mô phỏng tốc độ và hướng gió của mô hình PRECIS so với số liệu CFSR trung bình tháng V – IX (a) và trung bình tháng VII (b) thời kỳ 1986 – 2005 ...................................................................................................................................41 Hình 3.3. Hướng gió và tốc độ gió (m/s) trung bình các tháng V, VI, VII, VIII, IX theo số liệu CFSR thời kỳ 1986 - 2005 .....................................................................42 Hình 3.4. Hướng gió và tốc độ gió (m/s) trong các tháng V, VI, VII, VIII, IX theo số liệu của mô hình PRECIS trung bình thời kỳ 1986 - 2005 .......................................43 Hình 3.5. Lát cắt vĩ hướng – thời gian của U850 hPa (m/s) trung bình vĩ hướng từ 45 100 oE - 120 oE thời kỳ 1986 – 2005 theo số liệu CFSR (a) và PRECIS (b) ............45 Hình 3.6. Lượng mưa trung bình (mm/ngày) mùa V – IX theo số liệu APHRODITE (a) và PRECIS (b) và sai số mô phỏng của PRECIS so với APHRODITE (c) thời kỳ 1986 – 2005 .....................................................................46 Hình 3.7. Lượng mưa trung bình (mm/ngày) tháng VII trên khu vực Việt Nam theo APHRODITE (a), PRECIS (b) và sai số mô phỏng lượng mưa của PRECIS so với APHRODITE (c), thời kỳ 1986 – 2005 ....................................................................47 1
Hình 3.8. Biến trình năm của lượng mưa (mm) trên 7 vùng khí hậu theo số liệu quan trắc và mô phỏng của mô hình PRECIS trung bình thời kỳ 1986 - 2005 ........48 Hình 3.9. Lát cắt vĩ hướng – thời gian của sự biến đổi gió mực 850 hPa thời kỳ 2020 – 2099 so với thời kỳ 1986 – 2005 trung bình vĩ hướng từ 100oE - 120oE trong mùa GMMH ..............................................................................................................53 Hình 3.10. Sự biến đổi của gió mực 850 hPa trung bình tháng V – IX trong các giai đoạn 2046 – 2065 (a), 2080 – 2099 (b) so với thời kỳ 1986-2005 ...........................54 Hình 3.11. Sự biến đổi của gió mực 850 hPa trung bình tháng VII trong các giai đoạn 2046 – 2065 (a), 2080 – 2099 (b) so với thời kỳ 1986-2005 ...........................56 Hình 3.12. Lát cắt vĩ hướng – thời gian của sự biến đổi U850 hPa (m/s) trong các giai đoạn 2046-2065 (a), 2080-2099 (b) so với thời kỳ 1986 - 2005 trung bình vĩ hướng 100oE – 120oE ...............................................................................................57 Hình 3.13. Sự biến đổi của lượng mưa (%) trung bình tháng V-IX trong các giai đoạn 2046-2065 (a), 2080-2099 (b) so với thời kỳ 1986-2005.................................58 Hình 3.14. Sự biến đổi của lượng mưa mùa hè (%) thời kỳ 2020 – 2099 so với thời kỳ 1986-2005 trung bình trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ .............................59 Hình 3.15. Sự biến đổi của lượng mưa (%) trung bình tháng VII trong các giai đoạn 2046-2065 (a), 2080-2099 (b) so với thời kỳ 1986-2005 .........................................60 Hình P.1. Lượng mưa trung bình (mm/ngày) các tháng mùa GMMH từ tháng V - IX (từ trái sang phải) theo số liệu mưa APHRODITE (trên) và PRECIS (dưới)...........71 Hình P.2. Sự biến đổi lượng mưa (%) các tháng mùa GMMH từ tháng V - IX (trái sáng phải) vào các giai đoạn 2046 – 2065 (trên) và 2080 – 2099 (dưới) so với thời kỳ 1986 - 2005 ..........................................................................................................72 Hình P.3. Sự biến đổi gió (m/s) mực 850 hPa các tháng mùa GMMH từ tháng V - IX (trái sáng phải) vào các giai đoạn 2046 – 2065 (trên) và 2080 – 2099 (dưới) so với thời kỳ 1986 - 2005 .............................................................................................73 2
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bảng tổng hợp các CSGM đã được sử dụng trong các nghiên cứu hệ thống gió mùa Châu Á [4, 23] ...................................................................................24 Bảng 2.1. Danh sách các trạm khí tượng được lựa chọn [10] ...................................37 Bảng 3.1. Ngày bắt đầu GMMH trên trên khu vực Nam Bộ theo quan trắc, thời kỳ 1986 - 2005 ...............................................................................................................50 Bảng 3.2. Ngày bắt đầu GMMH mô phỏng của mô hình PRECIS trên khu vực Nam Bộ theo 3 CSGM khác nhau và của mưa quan trắc kết hợp U850 (CFSR) trung bình thời kỳ 1986 – 2005 ..........................................................................................51 Bảng 3.3. Sai số mô phỏng ngày bắt đầu GMMH của mô hình PRECIS sử dụng các CSGM khác nhau so với quan trắc ...........................................................................52 Bảng 3.4. Ngày bắt đầu GMMH trên trên khu vực Nam Bộ vào giữa thế kỷ và cuối thế kỷ .........................................................................................................................62 Bảng 3.5. Sự biến đổi của ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ vào giữa thế kỷ và cuối thế kỷ 21 ..................................................................................................63 3
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Bộ số liệu mưa Châu Á của Nhật Bản được thu thập từ mạng lưới APHRODITE quan trắc mưa tại trạm (Asian Precipitation – Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of the Water Resources) CCS Các cộng sự CMAP Bộ dữ liệu mưa của Trung tâm dự báo Khí hậu Mỹ (Climate Prediction Center Merged Analysis of Prediction) CMIP Dự án so sánh kết hợp đa mô hình (The Coupled Model Intercomparison Project) CRU Trung tâm nghiên cứu khí hậu, Anh (Climate Research Unit) CFSR Hệ thống tái phân tích dự báo Khí hậu của NCEP (The NCEP Climate Forecast System Reanalysis) CSGM Chỉ số gió mùa GPCP Bộ dữ liệu mưa toàn cầu của NCEP/NCAR, Mỹ (The Global GMMH Precipitation Gió mùa mùaClimatology hè Project) GMTN Gió mùa Tây Nam ITCZ Dải hội tụ nhiệt đới (The Intertropical Convergence Zone) NCAR Trung tâm Nghiên cứu khí quyển quốc gia, Mỹ (National Center for Atmospheric Research) NCDC Trung tâm Dữ liệu khí hậu quốc gia, Mỹ (The National Climatic Data Center) NCEP Trung tâm dự báo môi trường quốc gia, Mỹ (National Centers for Environmental Prediction) NOAA Cơ quan khí quyển và đại dương quốc gia, Mỹ (The National Oceanic and Atmospheric Administration) 4
OLR Bức xạ sóng dài đi ra từ đỉnh khí quyển (The Outgoing Longwave Radiation) P Pentad PRECIS Mô hình khí hậu động lực khu vực, Anh (Providing Regional Climates for Impacts Studies) U850 Gió vĩ hướng mực 850 hPa 20C3M Thí nghiệm mô phỏng khí hậu thế kỷ 20 được thực hiện trong một số mô hình 5
MỞ ĐẦU Việt Nam nằm ở vị trí trung tâm trong khu vực nhiệt đới gió mùa Châu Á nên khí hậu, thời tiết chịu sự chi phối mạnh mẽ của chế độ gió mùa. Hệ quả của gió mùa là mưa gió mùa và sự bắt đầu gió mùa mùa hè (GMMH) ở Đông Nam Á nói chung và Việt Nam nói riêng được đặc trưng bởi sự tăng đột ngột của lượng mưa nên GMMH có vai trò rất quan trọng đối với thời tiết và khí hậu Việt Nam [5]. Và do đó có những ảnh hưởng rõ rệt đến sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Nếu lượng mưa của các tháng trong mùa hè đều đạt trên dưới mức trung bình thì mưa gió mùa là điều hòa, đảm bảo cho mùa màng và sinh quyển được phát triển tươi tốt. Trái lại nếu lượng mưa các tháng liên tục bị thiếu hụt hoặc vượt trội so với trung bình ở mức độ đáng kể thì mùa mưa được xem là biến động mạnh, có thể gây các thiên tai nguy hại như hạn hán, lũ lụt, mưa lớn, xói mòn…Như vậy, các thiên tai xảy ra trên lãnh thổ có quan hệ chặt chẽ với diễn biến của gió mùa như thời kỳ bắt đầu, kết thúc, cường độ của gió mùa, các nhiễu động trong gió mùa…Cũng chính bởi vì vai trò quan trọng của GMMH nên nghiên cứu về GMMH là vấn đề rất quan trọng và cần thiết. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng phức tạp có thể dẫn đến sự phân bố lại năng lượng trên bề mặt, trong đại dương và trong khí quyển trái đất, làm biến đổi các hệ thống hoàn lưu chung khí quyển và đại dương, dẫn đến sự biến đổi một số đặc trưng gió mùa như: Hoàn lưu, lượng mưa, ngày bắt đầu, kết thúc, cường độ… Do vậy, việc nghiên cứu, dự tính các đặc trưng GMMH trong tương lai bằng các mô hình và kịch bản khác nhau được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm nhằm đưa ra các giải pháp chiến lược ứng phó với các hiện tượng khí hậu cực đoan. Chính bởi vì tầm quan trọng của GMMH đối với nước ta và nhằm cung cấp thêm thông tin về khả năng biến đổi của GMMH trong tương lai do tác động biến đổi khí hậu, phục vụ xây dựng các giải pháp ứng phó với các hiện tượng khí hậu cực đoan, đề tài: “Nghiên cứu dự tính một số đặc trưng gió mùa mùa hè của mô hình PRECIS” được lựa chọn thực hiện trong luận văn này với hai mục tiêu chính 6
là: 1) Đánh giá được sự biến đổi trong tương lai của một số đặc trưng GMMH trên khu vực Việt Nam, đặc biệt cho khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ; 2) góp phần tăng cường khả năng hiểu biết về sự biến đổi của GMMH dưới tác động của biến đổi khí hậu. Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, bố cục nội dung của đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về GMMH. Trong chương này, luận văn trình bày vai trò GMMH đối với thời tiết, khí hậu Việt Nam, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến GMMH và tổng quan các chỉ số GMMH được sử dụng trong nghiên cứu GMMH Châu Á. Chương 2: Phương pháp và số liệu nghiên cứu. Ở đây, luận văn trình bày sơ lược về mô hình PRECIS, phương pháp đánh giá, dự tính, và bộ số liệu sử dụng. Chương 3: Kết quả và thảo luận. Trong chương này, luận văn trình bày, phân tích đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình PRECIS đối với một số đặc trưng GMMH và nghiên cứu dự tính một số đặc trưng GMMH bằng mô hình PRECIS. 7
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIÓ MÙA MÙA HÈ 1.1. Vai trò của GMMH đối với thời tiết khí hậu, Việt Nam Việt Nam nằm trong khu vực gió mùa Đông Nam Á điển hình nhất trên thế giới và chịu tác động của nhiều trung tâm tác động gió mùa khác nhau [6]. Sau khi GMMH bắt đầu, thời tiết, khí hậu Đông Nam Á trong đó có Việt Nam chịu sự chi phối bởi hoạt động của hai trung tâm tác động là: Áp thấp Nam Á có tâm ở Ấn Độ- Pakistan và phần phía tây của áp cao cận nhiệt Tây Bắc Thái Bình Dương, hai trung tâm này tương tác với nhau và theo từng thời kỳ, thay nhau khống chế và quy định thời tiết ở Việt Nam [6, 7]. Cho đến nay, nhiều công trình nghiên cứu trong nước đã chỉ ra vai trò quan trọng của GMMH đối với điều kiện khí hậu, thời tiết Việt Nam: Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Trọng Hiệu (2004) [8] đã chỉ ra rằng: Gió mùa tây nam (GMTN) trong một số trường hợp có thể gây ra thời tiết gió tây khô nóng ở phía đông dải Truờng Sơn, chủ yếu là Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ. Trần Công Minh [6, 7] cũng đã chỉ ra vai trò quan trọng của GMTN đối với điều kiện khí hậu, thời tiết nước ta: Các nguồn ẩm vào mùa hè tới lãnh thổ Việt Nam là do dòng khí trong đới GMTN đưa tới từ Ấn Độ Dương và vịnh Bengal [7]. Vào khoảng cuối tháng IV - đầu tháng V, GMTN mang hơi ẩm tràn tới khu vực đồng bằng Nam Bộ, Tây Nguyên tạo điều kiện cho sự hình thành mây và mưa và giảm thiểu nắng nóng khô hạn trên các khu vực này [7]. Từ tháng VI – VIII (chủ yếu giữa và cuối mùa hè), khi rãnh gió mùa liên kết với giải hội tụ nhiệt đới (ITCZ) trên Biển Đông là một, tạo điều kiện cho bão hoạt động mạnh trên Biển Đông, đổ bộ vào Việt Nam và có thể gây mưa lớn cho cả miền Bắc và miền Nam [7]. Ngoài ra, vào các tháng VI, VII, VIII, GMTN cũng lan tới miền Bắc Việt Nam và Nam Trung Quốc đã gây mưa sớm ở vùng khí hậu Tây Bắc, phía tây Hoàng Liên Sơn vào tháng VI [6]. 8
Tác giả cũng chỉ ra rằng [7]: GMTN là một trong các nguyên nhân gây cực đại mưa lũ ở Bắc Bộ (VIII), Bắc Trung Bộ (IX) và Tây Nguyên, Nam Bộ (X) do ITCZ ở Việt Nam và Biển Đông hình thành bởi GMTN và tín phong đông nam hay đông thổi từ phần hướng về phía xích đạo của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương. Trong nghiên cứu: “ảnh huởng của gió mùa Á – Úc đến thời tiết, khí hậu Việt Nam”, tác giả Nguyễn Viết Lành (2007) cũng chỉ ra rằng: GMTN có vai trò rất lớn đối với chế độ mưa và nhiệt ở nước ta [3]: - Đối với chế độ mưa, tác giả đã cho thấy rằng: Ở miền Bắc, mưa vừa và mưa to trong mùa hè gắn liền với hoạt động của rãnh gió mùa và ITCZ. Ở Nam Bộ và Tây Nguyên, mưa mùa hè chủ yếu là do GMTN và ITCZ gây ra. Ở ven biển Trung Bộ, cực đại mưa tháng V (mưa tiểu mãn) cũng là kết quả của sự tương tác giữa hệ thống GMTN trong giai đoạn bắt đầu đang mạnh dần lên với các đợt không khí lạnh lục địa cuối mùa còn có khả năng xâm nhập sâu xuống khu vực này. Còn cực đại mưa tháng X là do sự kết hợp của tín phong hướng đông với GMTN. - Đối với nhiệt độ, tác giả cũng chỉ ra rằng: GMTN không phải bao giờ cũng gây ra thời tiết nắng nóng hay thời tiết có nhiệt độ cao. Hiện tượng phơn, đặc biệt là các đợt nắng nóng, xảy ra trong những ngày có gió mùa tây nam do các dãy núi Hoàng Liên Sơn, Trường Sơn gây ra không phải bao giờ cũng do GMTN. Như vậy, GMMH mà ở nước ta chủ yếu là GMTN không chỉ phức tạp mà còn có vai trò rất quan trọng đối với điều kiện thời tiết ở Việt Nam cũng như các nước trong khu vực gió mùa Châu Á. Do đó, trong khuôn khổ của luận văn, chỉ tập trung nghiên cứu GMTN. Hệ thống gió mùa này sẽ bao gồm hai khối khí cơ bản là: Không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương và không khí xích đạo bắt nguồn từ Nam Thái Bình Dương và một phần từ bán cầu Nam đi lên [14]. 9
1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu trong nước và trên thế giới 1.2.1. Trên thế giới Cho đến nay, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về một số đặc trưng GMMH trên các tiểu hệ thống của GMMH Châu Á liên tiếp được thực hiện dựa trên các chỉ tiêu và phương pháp khác nhau. Liang và ccs. (1999) [24] đã đề xuất chỉ số GMMH cho khu vực Biển Đông sử dụng gió mực 850 hPa của NCEP và bức xạ sóng dài để nghiên cứu sự biến động ngày bắt đầu và cường độ GMMH trên khu vực này. Tác giả đã chỉ ra được sự biến động mùa của GMMH có đặc trưng của dạng hai đỉnh và sự biến động trên năm về cường độ và thời gian bắt đầu GMMH có mối liên hệ với chuẩn sai nhiệt độ bề mặt biển. Tuy nhiên khác với nhiều nghiên cứu, tác giả đã chỉ ra: GMMH sẽ bắt đầu sớm hơn, mạnh hơn trong những năm El Nino và bắt đầu muộn hơn, yếu hơn trong những năm La Nina. Zhang và ccs. (2002) [42] đã tiến hành nghiên cứu ngày bắt đầu GMMH trên khu vực bán đảo Đông Dương với số liệu sử dụng là lượng mưa ngày tại 30 trạm quan trắc và bộ số liệu tái phân tích ngày của NCEP/NCAR trong thời kỳ 1951 – 1996. Để xác định ngày bắt đầu GMMH cho từng năm riêng lẻ theo quan trắc trên khu vực này, tác giả đã quy ước ngày bắt đầu GMMH là ngày mà lượng mưa trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa trung bình khu vực (Hình 1.1) thỏa mãn đồng thời hai chỉ tiêu: (1) Lượng mưa ngày > 5 mm/ngày và duy trì liên tục trong 5 ngày; (2) trong 20 ngày liên tiếp kể từ ngày thỏa mãn chỉ tiêu (1) có hơn 10 ngày mà lượng mưa lớn hơn 5mm/ngày. Nghiên cứu cho thấy: Ngày bắt đầu GMMH trên khu vực bán đảo Đông Dương là ngày 9/V với độ lệch tiêu chuẩn 12 ngày. Ngày bắt đầu được đặc trưng bởi sự phát triển về phía đông bắc của gió tây nam mực thấp trên khu vực Ấn Độ Dương và sự tăng cường, mở rộng về phía bắc của đối lưu nhiệt đới từ đảo Sumatra. Các kết quả bước đầu nghiên cứu của tác giả cũng chỉ ra: Ngày bắt đầu có quan hệ mật thiết với El Nino và La Nina, GMMH bắt đầu sớm trong các năm La Nina và xuất hiện muộn trong các năm El Nino. 10
Hình 1.1. Trung bình trượt 5 ngày của lượng mưa ngày trung bình thời kỳ 1951 – 1996 trên khu vực bán đảo Đông Dương [42] Sau nghiên cứu về sự biến động thời gian bắt đầu và cường độ của GMMH trên khu vực Biển Đông được thực hiện bởi Liang và ccs. (1999) thì Wang và ccs. (2004) [34] đã đề xuất chỉ số hoàn lưu GMMH Biển Đông chỉ dựa vào U850 hPa (SCSSM) để xác định ngày bắt đầu GMMH. Các kết quả tính toán, phân tích của tác giả đã chỉ ra được ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Biển Đông đại diện cho ngày bắt đầu GMMH Đông Á quy mô lớn, bao gồm 2 giai đoạn cơ bản: Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn bắt đầu GMMH trên khu vực Biển Đông, giai đoạn thứ hai là giai đoạn bắt đầu mùa mưa Baiu và Mei –yu trên khu vực Nhật Bản và Trung Quốc. Nghiên cứu cũng cho thấy: Chỉ số SCSSM không chỉ mô tả được sự thiết lập đột ngột của GMTN trên khu vực Biển Đông mà còn mô tả được sự bắt đầu của mùa mưa ở vùng bắc và trung Biển Đông và chỉ số này đại diện rất tốt cho thành phần chi phối của GMMH Đông Á. Không chỉ đối với các tiểu hệ thống của GMMH Châu Á mà các nghiên cứu về sự dịch chuyển theo mùa, đặc điểm mùa mưa của hệ thống gió mùa Châu Á - Thái Bình Dương cũng như nghiên cứu ngày bắt đầu, kết thúc gió mùa cho toàn cầu bước đầu được thực hiện. Qian và Lee (2000) [27] đã tiến hành nghiên cứu sự dịch chuyển theo mùa của GMMH Châu Á thông qua việc phân chia các khu vực gió mùa. Số liệu sử dụng 11
bao gồm: Bộ số liệu mưa CMAP (2,5o x 2,5o), số liệu BT (The upper-tropospheric water vapour band brightness temperature - Nhiệt độ sáng hơi nước ở đỉnh tầng đối lưu) và OLR của NOAA, gió mực 700 hPa, 850 hPa (2,5o x 2,5o) của NCEP và Trung tâm Khí tượng quốc gia Hoa Kỳ, và số liệu lượng mưa ngày trên khu vực Hàn Quốc trong giai đoạn 1980 – 1995. Dựa trên các phân tích về hoàn lưu mực thấp và nhiệt độ sáng của nhánh hơi nước ở đỉnh tầng đối lưu, các tác giả đã phân chia khu vực GMMH Châu Á thành 6 tiểu vùng khu vực gió mùa gắn kết với nhau: Bán đảo Đông Dương, Biển Đông, Nam Á, đông cao nguyên Tây Tạng, Đông Á, và Đông Bắc Á. Tác giả cũng đưa ra các chỉ tiêu xác định pentad (P) bắt đầu GMMH theo quan điểm đối lưu sâu trên các khu vực, là pentad thỏa mãn: Nhiệt độ sáng nhỏ hơn 244 K, lượng mưa lớn hơn 5 – 6 mm/ngày; OLR nhỏ hơn 230 W/m2, U850 hPa chuyển từ gió đông sang gió tây. Các kết quả tính toán của tác giả đã chỉ ra được khu vực bán đảo Đông Dương là nơi có ngày bắt đầu GMMH sớm nhất trên khu vực Châu Á, cuối tháng IV đến giữa tháng V (P24 – P27). Wang và LinHo (2002) [33] tiến hành nghiên cứu đặc điểm mùa mưa của gió mùa Châu Á – Thái Bình Dương dựa trên bộ số liệu mưa CMAP và gió ngày mực 850 hPa của NCEP/NCAR với độ phân giải 2,5o x 2,5o trong thời kỳ 1979 – 1998. Để xác định miền, ngày bắt đầu, kết thúc, cao điểm của mùa mưa GMMH, các tác giả đã tính toán cường độ mưa trung bình hậu tương đối: RRi  Ri  RJAN (i = 1,2,….,73), trong đó Ri là giá trị lượng mưa trung bình hậu thứ i, RJAN là lượng mưa trung bình tháng I. Hậu bắt đầu được định nghĩa là hậu có lượng mưa lớn hơn 5 mm/ngày và hậu kết thúc được định nghĩa là hậu có lượng mưa nhỏ hơn 5 mm/ngày. Với số liệu và phương pháp như trên, các tác giả đã cho thấy: Sự bắt đầu quy mô lớn của mùa mưa gió mùa Châu Á bao gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn đầu tiên bắt đầu với với lượng mưa dâng lên trên khu vực Biển Đông vào giữa tháng V, sau đó thiết lập một dải mưa gió mùa quy mô hành tinh kéo dài từ vùng ven biển phía nam Châu Á (biển Ả Rập, vịnh Bengal, và Biển Đông) đến vùng cận nhiệt đới Tây Bắc Thái Bình Dương; giai đoạn thứ 2: Dải mưa tiến về phía tây bắc, bắt đầu mùa 12
mưa ở lục địa Ấn Độ, mưa Mei-yu ở Trung Quốc, và mưa Baiu ở Nhật Bản vào đầu đến giữa tháng VI. Tác giả cũng chỉ ra được: Mùa mưa GMMH Châu Á – Thái Bình Dương xảy ra sớm nhất từ cuối tháng IV đến đầu tháng V trên khu vực phía đông nam vịnh Bengal (P23-P24) và bán đảo Đông Dương (P25- P26), sau đó là khu vực Biển Đông vào giữa tháng V (P27-P28). Zeng và Lu (2004) [43] đã đề xuất chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (NPWI) để xác định ngày bắt đầu, kết thúc gió mùa chung cho toàn cầu trong thời kỳ 1988 – PW  PWmin 1997 với giá trị ngưỡng là tỷ lệ Golden (0,618). NPWI  , trong đó PWmax  PWmin PW là nước ngưng kết ngày tại mỗi điểm lưới có độ phân giải 1o x 1o và PWmax và PWmin là nước ngưng kết ngày cực đại năm và cực tiểu năm trong 10 năm tại mỗi điểm lưới. Đây là lần đầu tiên, ngày bắt đầu và kết thúc GMMH được xác định chung cho toàn cầu sử dụng một biến duy nhất là số liệu nước ngưng kết ngày toàn cầu có độ phân giải 1o x 1o. Với chỉ số này, các tác giả đã chỉ ra được ngày bắt đầu và kết thúc GMMH ở các khu vực Châu Á, Đông Á, Nam Mỹ, Bắc Phi, Úc và Indonesia, cận nhiệt đới Nam Mỹ. Đối với khu vực GMMH Châu Á, tác giả chỉ ra được GMMH xảy ra sớm nhất từ đầu tháng V trên bán đảo Đông Dương (ngày thứ 120 – 130) đến đầu tháng VII trên cao nguyên Tây Tạng (ngày thứ 180) và thời gian kết thúc GMMH (trừ phía nam đảo Ấn Độ) là từ đầu tháng IX (ngày 250) đến giữa tháng X (ngày 290 – 300). Tác giả cũng chỉ ra rằng: Khó để phân biệt ngày kết thúc GMMH và ngày bắt đầu gió mùa mùa đông nên việc xác định ngày kết thúc GMMH sử dụng các nguồn số liệu khác nhau có thể không đáng tin cậy như ngày bắt đầu gió mùa và cần có các nghiên cứu sâu hơn. Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng phức tạp có thể làm biến đổi hoàn lưu quy mô lớn và biến đổi các đặc điểm gió mùa. Với vai trò quan trọng của GMMH thì các nghiên cứu về GMMH trong bối cảnh biến đổi khí hậu là hết sức cần thiết và nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu. Uchiyama và Kitoh (2004) [32] đã áp dụng chỉ số tương tự như chỉ số của Wang và LinHo (2002) để nghiên cứu mùa mưa Baiu – changma – Meiyu trên khu 13
vực Đông Á (Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc) trong bối cảnh ấm lên toàn cầu đã thu được kết quả là ngày bắt đầu không thay đổi nhiều, nhưng ngày kết thúc bị chậm rõ ràng ở khu vực gần Nhật Bản. Tuy nhiên, tác giả cũng chỉ ra rằng: Việc sử dụng đại lượng lượng mưa trung bình hậu tương đối của Wang và LinHo (2002) đôi khi không xác định được thời gian bắt đầu và kết thúc của mùa mưa mùa hè ở một phần lớn khu vực Châu Á do độ lệch của mô hình cũng như lượng mưa mùa hè ít hơn hoặc lượng mưa mùa đông lớn hơn so với quan trắc. Kitoh và Uchiyama (2006) [21] tiếp tục sử dụng chỉ số chuẩn hóa lượng mưa tương tự Zeng và Lu (2004) nhưng áp dụng cho lượng mưa để phân tích sự biến đổi ngày bắt đầu, kết thúc mùa mưa mùa hè Đông Á trong điều kiện ấm lên toàn cầu. Số liệu tác giả sử dụng là số liệu lượng mưa ngày trong thời kỳ 1981 – 2000 từ kết quả thí nghiệm mô phỏng khí hậu thế kỷ 20 (20C3M) và số liệu mưa ngày trong giai đoạn 2081 – 2100 từ kết quả mô phỏng theo kịch bản trung bình A1B bằng 15 mô hình hoàn lưu chung kết hợp đại dương khí quyển từ các quốc gia khác nhau. Ngoài ra, để đánh giá lượng mưa mô hình, hai bộ số liệu mưa được sử dụng là số liệu lượng mưa trung bình pentad của CMAP và GPCP_v1 trong giai đoạn 1979 – 2003. Với phương pháp tổ hợp đa mô hình được tính toán dựa trên kỹ năng mô phỏng lại khí hậu hiện tại so với bộ số liệu quan trắc, kết quả cho thấy: Vào cuối thế kỷ 21, ngày bắt đầu mùa mưa mùa hè thay đổi tương đối nhỏ so với ngày kết thúc, ngày kết thúc bị chậm trễ trên khu vực kéo dài từ đảo Đài Loan, đảo Ryukyu đến phía Nam của Nhật Bản và có một sự kết thúc sớm hơn trên lưu vực sông Dương Tử. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Chuẩn sai áp suất mực biển trung bình cao hơn ở vùng nhiệt đới Tây Thái Bình Dương có thể liên quan đến sự kết thúc muộn của mùa mưa này. Shi và ccs. (2009) [30] đã tiến hành nghiên cứu dự tính lượng mưa gió mùa và sự phân bố mưa tương ứng ở miền Đông Trung Quốc vào cuối thế kỷ 21 dựa trên kịch bản cao A2 bằng mô hình khí hậu khu vực RegCM3 được lồng ghép vào một mô hình hoàn lưu chung (FvGCM/CCM3). Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trong tương lai, lượng mưa có thể tăng lên trên khu vực sông Hoài – sông Hoàng Hà và 14
lượng mưa giảm ở miền Bắc Trung Quốc, nhưng lượng mưa thay đổi không đáng kể trên vùng hạ lưu của lưu vực sông Dương Tử. Bên cạnh các kết quả đạt được, tác giả cũng đã chỉ ra các vấn đề tồn tại dẫn đến tính không chắc chắn trong nghiên cứu của mình như: Mô hình RegCM3 chỉ nắm bắt được tốt sự phân bố không gian của lượng mưa trung bình ở quy mô vừa, nhưng nó không thể mô phỏng tốt sự hình thành đới mưa gió mùa cũng như sự biến đổi trên năm của quy mô tháng. Ngoài ra, sai số trong mô phỏng tần suất xuất hiện của các dạng phân bố và sự biến đổi tự nhiên cũng đã làm tăng tính không chắc chắn. Sun và Ding (2010) [31] đã tiến hành nghiên cứu: “Dự tính sự biến đổi của mưa mùa hè và GMMH trên khu vực Đông Á trong thế kỷ 21 so với thời kỳ chuẩn 1980 - 1999” bằng phương pháp tổ hợp đa mô hình với khu vực được tác giả lựa chọn để nghiên cứu là miền Đông Trung Quốc (22,5°– 45°N, 110°–120°E). Số liệu được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm: Số liệu tháng mô phỏng thời kỳ 2010 – 2099 của 19 mô hình khí hậu từ các trung tâm nghiên cứu của các quốc gia khác nhau dựa trên kịch bản trung bình A1B; tất cả các số liệu mô hình được nội suy về lưới có độ phân giải 2,5o x 2,5o. Số liệu của 19 mô hình và GPCP_v2 có độ phân giải 2,5o x 2,5o cũng được sử dụng để phân tích kết quả tổ hợp của 19 mô hình trong việc mô phỏng lại lượng mưa thời kỳ 1979 – 1999. Để phân tích chuỗi biến đổi thời gian 2010 - 2099 của hoàn lưu (mực 850 hPa và 100 hPa), lượng mưa và hơi nước so với thời kỳ quá khứ, tác giả đã làm trơn chuỗi số liệu bằng cách lấy trung bình trượt 9 năm. Thông qua việc phân tích sự biến đổi của lượng mưa, hoàn lưu, hơi nước trong thế kỷ 21 so với thời kỳ quá khứ theo không gian, thời gian và tính toán sự biến đổi của chỉ số hoàn lưu gió kinh hướng mực 1000 hPa của Lu và Chan (1999), đại diện cho khu vực Đông Á tác giả đã cho thấy: Lượng mưa và hoàn lưu GMMH ở khu vực Đông Á sẽ tăng lên trong thế kỷ 21 và trải qua hai giai đoạn với một sự tăng mạnh sau những năm 2040, đặc biệt hoàn lưu gió mùa sẽ tăng mạnh vào trước thời điểm cuối thế kỷ 21 do sự tăng cường gió tây nam ở rìa phía bắc của xoáy nghịch trên khu vực Tây Thái Bình Dương và Biển Đông ở mực thấp và sự tăng cường gió Đông Bắc ở rìa phía đông của xoáy nghịch trên khu vực Nam Á ở 15
mực cao. Hơi nước vận chuyển theo hướng Bắc vào Đông Trung Quốc được tăng cường và hiển thị một sự tăng mạnh xung quanh những năm 2040. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Lượng mưa tăng lên trên khu vực Đông Á được gây nên bởi sự tăng cả hoàn lưu gió mùa và hơi nước, đây là sự khác biệt lớn so với khu vực Nam Á. Cả về các biến nhiệt lực và động lực học sẽ tăng phát triển liên tục phù hợp với sự ấm lên toàn cầu ở khu vực Đông Á, các luồng không khí GMTN được tăng cường tương ứng với hơi nước và vận chuyển ẩm tây nam tăng lên. Zhang (2010) [40] đã cải tiến phương pháp của Zeng và Lu (2004) bằng cách kết hợp nước ngưng kết với hệ thống hoàn lưu gió mùa trong việc xác định ngày bắt đầu và kết thúc hệ thống gió mùa Á - Úc. Zhang cho rằng bằng cách kết hợp cả điều kiện gió và ẩm, người ta có thể mong đợi một mô tả tốt hơn hệ thống gió mùa. Do vậy, Zhang đã sửa đổi phương pháp của Zeng và Lu (2004) bằng cách xem xét sâu hơn nữa sự đảo ngược theo mùa của hoàn lưu gió mực 850hPa với bộ số liệu tác giả sử dụng là số liệu tái phân tích ngày và tháng ERA-40 trong thời kỳ 1958 – 2001. Để xem xét sự biến đổi trong tương lai của ngày bắt đầu và thời gian mùa GMMH Châu Á và Châu Úc, tác giả đã phân tích kết quả từ hai thí nghiệm sử dụng mô hình GFDL-CM2.0 (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory – Phòng thí nghiệm địa vật lý động lực học chất lỏng): Thí nghiệm 1 thực hiện mô phỏng lại khí hậu hiện tại thời kỳ 1986 – 1995 (20C3M), thí nghiệm 2 thực hiện mô phỏng cho giai đoạn tương lai (2086 – 2095) với kịch bản phát thải cao A2. Kết quả cho thấy, ấm lên toàn cầu có có thể làm thay đổi các đặc điểm gió mùa: Ngày bắt đầu gió mùa xảy ra sớm hơn trên hầu hết các khu vực (Khoảng 10 ngày ở Bán đảo Đông Dương) nhưng sự thay đổi về thời gian kéo dài giai đoạn gió mùa là khác nhau giữa các khu vực. Ở Châu Á, thời gian xảy ra gió mùa tăng lên ở phía tây bắc, nhưng giảm ở phía đông bắc và một số khu vực trong đất liền. Ở Châu Úc, GMMH có sự thâm nhập về phía Nam sâu hơn trong điều kiện ấm lên toàn cầu. Inoue và Ueda (2011) [17] đã tiến hành nghiên cứu sự biến đổi của ngày bắt đầu GMMH Châu Á trong thế kỷ 21 so với thời kỳ 1981 – 1999 bằng phương pháp tổ hợp đa mô hình sử dụng thông tin gió vĩ hướng mực 850 hPa. Số liệu sử dụng là 16