ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Thu Hằng TÁC ĐỘNG CỦA XON KHÍ ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ HẬU TRÊN KHU VỰC VIỆT NAM VÀ LÂN CẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Thị Thu Hằng TÁC ĐỘNG CỦA XON KHÍ ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ HẬU TRÊN KHU VỰC VIỆT NAM VÀ LÂN CẬN Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS. Phan Văn Tân Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới thầy GS.TS. Phan Văn Tân, người đã hết lòng quan tâm cũng như kiên trì giúp đỡ từng bước nghiên cứu của học viên. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn khí tượng nói riêng và Khoa Khí tượng – Thủy văn và Hải dương học nói chung đã luôn giúp đỡ, tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn. Không những vậy, còn mang lại một môi trường làm việc thân thiện hiệu quả cho học viên. Lê Thị Thu Hằng 1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3 MỞ ĐẦU 7 Chương 1TỔNG QUAN 8 1.1 Xon khí và vai trò của nó đối với khí hậu 8 1.2 Tác động trực tiếp của xon khí 10 1.3 Tác động gián tiếp của xon khí 13 Chương 2PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Đặt bài toán 20 2.2 Sơ lược về mô hình RegCM và module Chem-aerosol 21 2.2.1Mô hình RegCM 21 2.2.2Mô đun xon khí trong RegCM4.2 24 2.3 Thiết kế thí nghiệm 30 Chương 3KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 33 3.1 Phân bố theo thời gian của nồng độ carbon đen từ năm 1991 – 2000 33 3.2 Phân bố theo không gian nồng độ của BC 35 3.3 Tác động của xon khí carbon đen lên nhiệt độ 39 3.3.1Tương quan giữa nồng độ BC và hiệu nhiệt độ T2m 43 3.3.2Tác động của xon khí carbon đen lên nhiệt độ các mực khí quyển 45 3.4 Tác động của xon khí carbon đen lên lượng mưa 49 3.5 Phân bố thời gian của nồng độ bụi từ năm 1991 – 2000 52 3.6 Phân bố không gian của nồng độ của bụi 54 2 3.7 Tác động của bụi lên nhiệt độ 59 3.7.1Tương quan giữa nồng độ bụi và hiệu nhiệt độ T2m 64 3.7.2Tác động của bụi lên nhiệt độ các mực khí quyển 66 3.8 Tác động của bụi lên lượng mưa 70 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 78 3 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tóm tắt các thành phần chính liên quan tới tác động bức xạ (W/m2) 9 Hình 1.2 Những cơ chế bức xạ khác nhau của mây gây ra bởi xon khí 10 Hình 1.3 Mô tả những tác động khác nhau của xon khí đã được trình bày trong bảng 1.1 (IPCC – 2007) [11] 15 Hình 2.1 Cấu trúc lưới thẳng đứng (bên trái) và lưới ngang dạng xen kẽ Arakawa-B (bên phải) của mô hình 22 Hình 2.2 Miền tính và độ cao địa hình (m) 30 Hình 3.1 Nồng độ carbon đen trung bình năm giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2) 34 Hình 3.2 Nồng độ carbon đen trung bình tháng giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2) 34 Hình 3.3 Biến trình năm của BC trong các năm 1991 – 2000 (mg/m2) 35 Hình 3.4 Nồng độ carbon đen (mg/m2) trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 giai đoạn 1991 – 2000 (tương ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dưới) 36 Hình 3.5 Nồng độ (bên trái - mg/m 2 ), độ dày quang học (bên phải) của BC trung bình tháng 1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 (tương ứng từ trên xuống dưới ) 38 Hình 3.6 Hiệu nhiệt độ T2m (TH1) từ tháng 1 đến tháng 12 ( o C) giai đoạn 1991 – 2000 (tương ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dưới) 40 Hình 3.7 Hiệu nhiệt độ T2m ( o C) (TH1) tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c), tháng 10 (d) 42 Hình 3.8 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH1) tháng 1, tháng , tháng 7, tháng 10( tương ứng từ trái sang phải) 42 Hình 3.9 Hệ số tương quan của nồng độ BC và hiệu nhiệt độ T2m các mùa xuân (a), hạ (b), thu (c), đông (d) 44 4 Hình 3.10 Biến trình năm nồng độ BC (mg/m 2 ) (a), biến trình năm của hiệu nhiệt độ T2m ( o C) (TH1) (b), hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu nhiệt độ T2m (TH1) (c) 45 Hình 3.11Hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu nhiệt độ T2m (TH1)cho khu vực Việt Nam 46 Hình 3.12 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hướng (trái) – vĩ hướng (phải) hiệu nhiệt độ o C (TH1) tháng 1, 4, 7, 10 ( tương ứng từ trên xuống dưới) 48 Hình 3.13 Hiệu lượng mưa (TH1) từ tháng 1 đến tháng 12 ( tương ứng từ trái sang phải, trên xuống dưới) trung bình cả giai đoạn 1991 – 2000 (mm/tháng) 49 Hình 3.14 Hiệu lượng mưa (mm) (TH1) trung bình tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c), tháng 10 (d) 50 Hình 3.15 hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu lượng mưa (TH1) 51 Hình 3.16 Nồng độ bụi trung bình năm giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m 2 ) 52 Hình 3.17 Nồng độ bụi trung bình tháng giai đoạn 1991 - 2000 (mg/m 2 ) 53 Hình 3.18 Biến trình năm của nồng độ bụi trong các năm 1991 – 2000 (mg/m 2 ) trên toàn khu vực 54 Hình 3.19 Nồng độ bụi (mg/m2) trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 (tương ứng từ trái sang phải, trên xuống dưới) 55 Hình 3.20 Nồng độ (bên trái), độ dày quang học (bên phải) của bụi trung bình tháng 1, 4, 7, 10 (mg/m 2 ) ( tương ứng từ trên xuống dưới ) 57 Hình 3.21 Trường gió bề mặt trung bình tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c), tháng 10 (d) (m/s) 59 Hình 3.22 Hiệu nhiệt độ T2m (TH2) từ tháng 1 đến tháng 12 ( o C) giai đoạn 1991 – 2000 (Tương ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dưới) 61 5 Hình 3.23 Hiệu nhiệt độ T2m ( o C) (TH2) của tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c), tháng 10 (d) 63 Hình 3.24 Hiệu nhiệt độ T2m ( o C) (TH2) của tháng 1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 (Tương ứng từ trái sang phải) 63 Hình 3.25 Hệ số tương quan của nồng độ bụi, hiệu nhiệt độ T2m (TH2) của mùa xuân (a), hè (b), thu (c), đông (d) 65 Hình 3.26 Biến trình năm nồng độ bụi (mg/m2) (a), hiệu nhiệt độ T2m TH2 ( o C) (b), hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ bụi và hiệu nhiệt độ T2m (TH2) (c) 66 Hình 3.27 Hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ bụi và hiệu nhiệt độ T2m cho khu vực Việt Nam (TH2) 67 Hình 3.28 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hướng (trái) – vĩ hướng (phải) hiệu nhiệt độ o C (TH2) tháng 1, 4, 7, 10 ( tương ứng từ trên xuống dưới) 68 Hình 3.29 Phân bố không gian hiệu lượng mưa (TH2) trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 (mm/tháng) (tương ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dưới) 70 Hình 3.30 Hiệu lượng mưa (mm) (TH2) trung bình tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c), tháng 10 (d) 71 Hình 3.31 hệ số tương quan thời gian của nồng độ bụi và hiệu lượng mưa (TH2) 72 Hình P.1 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hướng của hiệu nhiệt độ các mực (TH1) trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 78 Hình P.2 Mặt cắt thẳng đứng phân bố vĩ hướng của hiệu nhiệt độ các mực (TH1) trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 78 Hình P.3 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hướng của hiệu nhiệt độ các mực (TH2) trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 79 Hình P.4 Mặt cắt thẳng đứng phân bố vĩ hướng của hiệu nhiệt độ các mực (TH2) trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 79 6 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BC Carbon đen (Black Carbon) BC_HB Carbon đen kỵ nước (Hydrophobic black carbon) BC_HL Carbon đen thấm nước (Hydrophilic or aged black carbon) BĐKH Biến đổi khí hậu GCM Mô hình hoàn lưu chung khí quyển (Global Circulation model) HSTQ Hệ số tương quan IPCC Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change) OC Carbon hữu cơ (Organic Carbon) RegCM Mô hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model) RF Tác động bức xạ (Radiative forcing) SST Nhiệt độ mặt nước biển toàn cầu (Sea surface temperature) 7 MỞ ĐẦU Ngày nay, việc nghiên cứu biến đổi khí hậu (BĐKH), tác động của BĐKH và tìm các giải pháp, chiến lược ứng phó với BĐKH là một trong những vấn đề hết sức quan trọng và được quan tâm đặc biệt của toàn xã hội, bao gồm cả các cấp lãnh đạo, các nhà khoa học và cộng đồng người dân. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng thành phần hóa học của khí quyển đã thay đổi và chúng có mối quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp tới các điều kiện thời tiết, khí hậu ở quy mô toàn cầu cũng như qui mô khu vực. Xon khí là một trong những tác nhân quan trọng gây nên những thay đổi hóa học của khí quyển, thay đổi quá trình hình thành mây, phản xạ và hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời, gây nên những biến đổi trong hệ thống thời tiết – khí hậu. Tác động của xon khí trong hệ thống khí hậu cũng là một trong những nguyên nhân của biến đổi khí hậu. Để đánh giá mức độ tác động của xon khí tới hệ thống khí hậu, các mô hình toàn cầu hoặc khu vực thường được kết hợp với các mô đun hóa học – xon khí để mô phỏng các quá trình hóa học diễn ra trong khí quyển, mối liên hệ giữa chúng với điều kiện thời tiết khí hậu. Trong khuôn khổ luận văn, tác giả sử dụng mô hình khí hậu khu vực RegCM phiên bản 4.2 (RegCM 4.2) để nghiên cứu “Tác động của xon khí đến một số yếu tố khí hậu trên khu vực Việt Nam và lân cận”. Bố cục của luận văn gồm 3 chương (ngoài mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục) với các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan. Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan về xon khí và những nghiên cứu trong nước và trên thế giới về tác động của xon khí đến khí hậu. Chương 2: Phương pháp nghiên cứu. Ở đây trình bày sơ lược về mô hình RegCM 4.2, thiết kế thí nghiệm. Chương 3: Kết quả và nhận xét. Chương này trình bày và phân tích các kết quả thu được làm rõ tác động của xon khí đến các yếu tố khí hậu trên khu vực Việt Nam và lân cận. [...]... rất cần thiết Đó cũng là lý do dẫn đến hướng nghiên cứu của luận văn là Tác động của xon khí đến một số yếu tố khí hậu trên khu vực Việt Nam và lân cận Để đánh giá tác động của xon khí lên hệ thống khí hậu – thời tiết cho khu vực Đông Nam Á và Việt Nam, luận văn đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá các xon khí Cacbon đen, bụi ảnh hưởng tới yếu tố nhiệt độ, lượng mưa khu vực từ năm 1991 – 2000 19 Chương... Sunfate gây tác động bức xạ âm tại đỉnh khí quyển với giá trị –1 đến – 8W/m2 vào mùa đông và – 1 đến 15W/m2 vào mùa hè Tác động bức xạ đạt giá trị cực đại trên khu vực lưu vực Tứ Xuyên của Tây Nam Trung Quốc và một vài nơi trên khu vực Đông và Đông Bắc Trung Quốc, Tác động bức xạ này làm lạnh bề mặt dao động từ – 0.1 đến – 0.7 K cũng là lớn nhất trên khu vực Tứ Xuyên, tác động của xon khí làm lạnh bề... vận chuyển vào Việt Nam theo hướng gió mùa mùa Đông Cả bụi và xon khí BC đều tác động đến điều kiện thời tiết, khí hậu của khu vực thông qua tác động trực tiếp và gián tiếp liên quan tới bức xạ và mây, tác động này làm biến đổi nhiệt độ và lượng mưa khu vực Theo F Giorgi ccs., (2002) [8], tác động bức xạ gây ra bới xon khí làm lạnh bề mặt dao động từ – 0.1 đến – 0.7 K, lớn nhất trên khu vực Tứ Xuyên,... độ và chu trình nước ở châu Á bằng mô hình khí hậu khu vực Tác động bức xạ gây ra bởi BC dương ở đỉnh khí quyển (TOA) do tác động hấp thụ và phản xạ bức xạ Tác động bức xạ bề mặt có giá trị âm hoàn toàn trên khu vực và lớn hơn ở đỉnh khí quyển Theo F Giorgi ccs., (2002) [8] nghiên cứu tác động bức xạ trực tiếp do tác động của xon khí nhân tạo trên khu vực Đông Á Kết quả cho thấy xon khí Sunfate gây tác. .. hưởng của các chất khí nhà kính (CO2, N2O, CH4 … ) tới khí hậu toàn cầu và khu vực cụ thể là làm tăng nhiệt độ hệ thống khí quyển trái đất, tuy nhiên ảnh hưởng của xon khí đối với hệ thống khí hậu có tác động làm giảm nhiệt độ bề mặt trái đất thì sự hiểu biết của con người rất thấp (IPCC 2007)[11] Thêm vào đó những nghiên cứu về tác động của xon khí cho khu vực Đông Nam Á và Việt Nam chưa nhiều và đầy... Biên đối khí hậu (IPCC 2007 [11]), những hạt xon khí tác động tới bức xạ bằng cách phản xạ và hấp thụ bức xạ mặt trời, bức xạ hồng ngoại trong khí quyển Một vài loại xon khí gây tác động bức xạ dương, trong khi đó những xon khí khác gây tác động âm Tác động bức xạ tổng cộng cho tất cả các loại xon khí là âm Xon khí cũng gây ra tác động bức xạ gián tiếp làm thay đổi trong một vài đặc tính của mây Theo... lớp khí quyển bên trên Xon khí không chỉ tác động trực tiếp đến bức xạ mà còn tương tác với mây dưới nhiều hình thức làm thay đổi lượng bức xạ xuống bề mặt trái đất và cơ chế này cũng làm thay đổi lượng mưa ở khu vực Tác động này sẽ được làm rõ ở phần tiếp theo 1.3 Tác động gián tiếp của xon khí Tác động gián tiếp của xon khí lên khí hậu là cơ chế mà xon khí làm thay đổi đặc tính vi vật lý của mây và. .. đối với khu vực Việt Nam và lân cận, tác giả đã sử dụng mô hình khí hậu khu vực RegCM phiên bản 4.2 kết hợp với mô đun xon khí hóa học để đánh giá tác động của BC, bụi lên nhiệt độ và lượng mưa khu vực từ năm 1991 đến năm 2000 2.2 Sơ lược về mô hình RegCM và module Chem-aerosol 2.2.1 Mô hình RegCM Hiện nay, mô hình khí hậu khu vực RegCM đã được ứng dụng để nghiên cứu khí hậu quá khứ, hiện tại và tương... trước đây đã có luận văn thạc sĩ của Đào Thị Hồng Vân (2013)[4] và Nguyễn Ngọc Bích Phượng (2009)[2] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của xon khí đến khí hậu khu vực, tuy nhiên thời gian mô phỏng rất ngắn chỉ vài tháng cho đến hai năm, nên vẫn chưa đánh giá được toàn diện mức độ tác động của xon khí Do vậy, việc nghiên cứu tác động của xon khí tới các điều kiện khí hậu khu vực khu vực trong khoảng thời gian dài... định giữa xon khí do con người tạo ra và tác động trực tiếp của sóng ngắn trên khu vực châu Âu Qian ccs.,(2001)[22] đã sử dụng mô hình khu vực kết hợp với mô hình xon khí và nhận thấy dấu hiệu rõ của tác động trực tiếp và gián tiếp của xon khí do con người tạo ra lên khí hậu khu vực Đông Á,giải thích xu hướng lạnh đi được quan trắc trên các vùng khác nhau của Trung Quốc trong các thập kỷ cuối của thế . được làm rõ tác động của xon khí đến các yếu tố khí hậu trên khu vực Việt Nam và lân cận. 8 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Xon khí và vai trò của nó đối với khí hậu Xon khí trong khí quyển là. luận văn, tác giả sử dụng mô hình khí hậu khu vực RegCM phiên bản 4.2 (RegCM 4.2) để nghiên cứu Tác động của xon khí đến một số yếu tố khí hậu trên khu vực Việt Nam và lân cận . Bố cục của luận. NHIÊN Lê Thị Thu Hằng TÁC ĐỘNG CỦA XON KHÍ ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ HẬU TRÊN KHU VỰC VIỆT NAM VÀ LÂN CẬN Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ