ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Đào Thị Hồng Vân
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WRF-CHEM
VÀO KHU VỰC VIỆT NAM
Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 62.44.87
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS. TS. Phan Văn Tân
Hà Nội - 2013
2
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian qua, việc nghiên cứu các nội dung luận văn luôn được thuận
lợi và đúng hướng ngoài sự nỗ lực của cá nhân, học viên còn nhận được sự chỉ bảo,
giúp đỡ nhiệt tình và sâu sắc của thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Học viên xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn, GS.TS. Phan Văn Tân
đã có những chỉ bảo, định hướng quan trọng trong toàn bộ quá trình thực hiện. Học
viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy, người đã hết lòng quan tâm cũng
như kiên trì giúp đỡ từng bước nghiên cứu của học viên.
Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô trong Bộ môn khí tượng
nói riêng và Khoa Khí tượng Thủy Văn và Hải dương học nói chung đã truyền đạt
các kiến thức bổ ích cho học viên trong toàn bộ khóa học.
Ngoài ra, học viên cũng xin chân thành cảm ơn tập thể Trung tâm Nghiên
cứu Quan trắc và Mô hình hóa Môi trường đã luôn giúp đỡ, động viên và tạo điều
kiện để học viên hoàn thành luận văn, hơn thế nữa còn mang lại một môi trường
làm việc hiếm có cho học viên.
Học viên
Đào Thị Hồng Vân
3
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... 4
Chương 1 TỔNG QUAN .......................................................................................... 10
1.1 Các nghiên cứu trên thế giới ............................................................................... 10
1.2 Các nghiên cứu trong nước ................................................................................. 21
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................... 24
2.1 Sơ lược về mô hình WRF/Chem ......................................................................... 24
2.1.1 Mô hình WRF .................................................................................................. 24
2.1.2 Mô đun CHEM ................................................................................................ 27
2.2 Thiết kế thí nghiệm ............................................................................................. 29
2.2.1 Miền tính và thời gian thí nghiệm .................................................................... 29
2.2.2 Các thí nghiệm ................................................................................................. 30
2.2.3 Nguồn số liệu ................................................................................................... 33
2.4 Tạo bộ số liệu phát thải cho WRF/Chem ............................................................ 34
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .................................................................... 36
3.1 Đánh giá kết quả của thí nghiệm I ...................................................................... 36
3.1.1 Hoàn lưu, nhiệt độ và lượng mưa từ đầu ra của WRF/Chem .......................... 36
3.1.2 Mô phỏng nồng độ bụi từ WRF/Chem ............................................................ 43
3.2 Đánh giá kết quả của thí nghiệm II ..................................................................... 49
3.2.1 Trường nhiệt độ và lượng mưa với các tùy chọn của WRF/Chem .................. 49
3.2.2 Mô phỏng các chất phát thải từ WRF/Chem ................................................... 58
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 66
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 69
4
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 So sánh sự thay đổi lượng mưa của các tháng 6,7,8 trong thí nghiệm A
(hình trên) khi có tính đến ảnh hưởng của BC và thí nghiệm B (hình dưới) khi
không tính đến ảnh hưởng của BC (Menon ccs., 2002) ........................................... 12
Hình 1.2 Sự thay đổi lượng phát thải NOx ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á từ năm
1970 đến 2000 (Akimoto, 2003) ............................................................................... 13
Hình 2.1. Cấu trúc tổng quan của mô hình WRF ..................................................... 25
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống mô hình WRF/Chem phiên bản 3.4. ................................ 28
Hình 2.3 Miền tính của WRF trong các thí nghiệm. Độ phân giải ngang 30 km ..... 29
Hình 3.1 Trường lượng mưa trung bình mực từ đầu ra của WRF_DUST (trái) và
WRF_NOCHEM (phải) của các ngày 02 và 04/01/2006 (từ trên xuống dưới) ...... 37
Hình 3.2 Trường nhiệt độ không khí trung bình mực 2m từ đầu ra của WRF_DUST
(trái) và WRF_NOCHEM (phải) của ngày 02 và 04/01/2006 (từ trên xuống dưới) 38
Hình 3.3 Trường nhiệt độ không khí trung bình mực 2m từ đầu ra của WRF_DUST
(trái), số liệu APHRODITE (giữa) và hiệu giữa chúng (phải) của các ngày từ 01 đến
04/01/2006 (từ trên xuống dưới) ............................................................................... 39
Hình 3.4 Trường lượng mưa trung bình mực từ đầu ra của WRF_DUST (trái), số
liệu APHRODITE (giữa) và hiệu giữa chúng (phải) của các ngày từ 01 đến
04/01/2006 (từ trên xuống dưới) ............................................................................... 41
Hình 3.5 Trường độ cao địa thế vị và trường gió tại mực 850 mb từ đầu ra của
WRF/Chem (bên trái) so sánh với NNRP (bên phải) từ 01 đến 04/01/2006 ............ 43
Hình 3.6 Phân bố bụi loại 1 (DUST_01) và trường gió tại mực 850 mb lúc 00, 06,
12, 18h từ 02/01/2006 đến 04/01/2006 mô phỏng bởi WRF/Chem ......................... 46
Hình 3.7 Mặt cắt kinh hướng phân bố bụi loại 1 (DUST_01) nhân với gió kinh
hướng (trung bình từ 102 đến 110E) lúc 00, 12h từ 01/01/2006 đến 04/01/2006 .... 48
Hình 3.8 Trường nhiệt độ mực 2m từ đầu ra của WRF với các tùy chọn hóa học
300, 301, 11 (từ trái qua phải) trừ đi WRF_NOCHEM của các ngày từ 01 đến
04/01/2006 (từ trên xuống dưới) ............................................................................... 50
5
Hình 3.9 Trường lượng mưa từ đầu ra của WRF với các tùy chọn hóa học 300, 301,
11 (từ trái qua phải) trừ đi WRF_NOCHEM của các ngày từ 01 đến 04/01/2006 (từ
trên xuống dưới) ........................................................................................................ 52
Hình 3.10 Trường lượng mưa trung bình mực từ đầu ra của WRF_C300,
WRF_C301, WRF_C011 (từ trái qua phải) trừ đi số liệu APHRODITE của các
ngày từ 01 đến 04/01/2006 (từ trên xuống dưới) ...................................................... 54
Hình 3.11 Trường nhiệt độ mực 2m từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301,
WRF_C011 (từ trái qua phải) trừ đi số liệu APHRODITE của các ngày từ 01 đến
04/01/2006 (từ trên xuống dưới) ............................................................................... 56
Hình 3.12 Profile nhiệt độ từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301, WRF_C011 so
sánh với WRF_NOCHEM của các ngày từ 01 đến 04/01/2006 ............................... 57
Hình 3.13 Profile của tỉ số xáo trộn hơi nước từ đầu ra của WRF_C300,
WRF_C301, WRF_C011 so sánh với WRF_NOCHEM của các ngày từ 01 đến
04/01/2006 ................................................................................................................ 58
Hình 3.14 Profile của bụi PM2.5 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301,
WRF_C011 của các ngày từ 01 đến 04/01/2006 ...................................................... 59
Hình 3.15 Profile của bụi PM10 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301,
WRF_C011 của các ngày từ 01 đến 04/01/2006 ...................................................... 60
Hình 3.16 Profile của nồng độ SO2 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301,
WRF_C011 của các ngày từ 01 đến 04/01/2006 ...................................................... 61
Hình 3.17 Phân bố của nồng độ PM2.5 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301,
WRF_C011 (trái qua phải) mực 1000 (trên) và 850 mb (dưới) ngày 04/01/2006 ... 62
Hình 3.18 Phân bố của nồng độ PM10 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301,
WRF_C011 (trái qua phải) mực 1000 (trên) và 850 mb (dưới) ngày 04/01/2006 ... 63
Hình 3.19 Phân bố của nồng độ SO2 từ đầu ra của WRF_C300, WRF_C301,
WRF_C011 (trái qua phải) mực 850 (trên) và 500 mb (dưới) ngày 04/01/2006 ..... 64
Hình P.1 Trường độ cao địa thế vị và trường gió tại mực 500 mb từ đầu ra của WRF
(bên trái) so sánh với số liệu NNRP (bên phải) từ 01 đến 04/01/2006 ..................... 70
