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 HỌ
Trang 1ĐẠI 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
Trang 2ĐẠI 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
Trang 3LỜI 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
Trang 41
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3
MỞ ĐẦU 7
Chương 1TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined.
1.1 Xon khí và vai trò của nó đối với khí hậu Error! Bookmark not defined.
1.2 Tác động trực tiếp của xon khí Error! Bookmark not defined.
1.3 Tác động gián tiếp của xon khí Error! Bookmark not defined Chương 2PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 2.1 Đặt bài toán Error! Bookmark not defined 2.2 Sơ lược về mô hình RegCM và module Chem-aerosolError! Bookmark not defined.
2.2.1Mô hình RegCM Error! Bookmark not defined 2.2.2Mô đun xon khí trong RegCM4.2 Error! Bookmark not defined 2.3 Thiết kế thí nghiệm Error! Bookmark not defined Chương 3KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT Error! Bookmark not defined 3.1 Phân bố theo thời gian của nồng độ carbon đen từ năm 1991 – 2000 Error! Bookmark not defined.
3.2 Phân bố theo không gian nồng độ của BC Error! Bookmark not defined.
3.3 Tác động của xon khí carbon đen lên nhiệt độ Error! Bookmark not defined 3.3.1Tương quan giữa nồng độ BC và hiệu nhiệt độ T2mError! Bookmark not defined.
3.3.2Tác động của xon khí carbon đen lên nhiệt độ các mực khí quyển Error! Bookmark not defined.
Trang 52
3.4 Tác động của xon khí carbon đen lên lượng mưaError! Bookmark not defined.
3.5 Phân bố thời gian của nồng độ bụi từ năm 1991 – 2000Error! Bookmark not defined.
3.6 Phân bố không gian của nồng độ của bụi Error! Bookmark not defined.
3.7 Tác động của bụi lên nhiệt độ Error! Bookmark not defined 3.7.1Tương quan giữa nồng độ bụi và hiệu nhiệt độ T2mError! Bookmark not defined.
3.7.2Tác động của bụi lên nhiệt độ các mực khí quyểnError! Bookmark not defined.
3.8 Tác động của bụi lên lượng mưa Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 8
PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.
Trang 63
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tóm tắt các thành phần chính liên quan tới tác động bức xạ (W/m2) Error! Bookmark not defined.
Hình 1.2 Những cơ chế bức xạ khác nhau của mây gây ra bởi xon khí Error! Bookmark not defined.
Hình 1.3 Mô tả những tác động khác nhau của xon khí đã được trình bày trong bảng
1.1 (IPCC – 2007) [11] Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1 Cấu trúc lưới thẳng đứng (bên trái) và lưới ngang dạng xen kẽ Arakawa-B
(bên phải) của mô hình Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Miền tính và độ cao địa hình (m) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1 Nồng độ carbon đen trung bình năm giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2)
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2 Nồng độ carbon đen trung bình tháng giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2)
Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Biến trình năm của BC trong các năm 1991 – 2000 (mg/m2) Error! Bookmark not defined.
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) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5 Nồng độ (bên trái - mg/m2), độ dày quang học (bên phải) của BC trung
bình tháng 1, tháng 4, tháng 7, tháng 10 (tương ứng từ trên xuống dưới ) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6 Hiệu nhiệt độ T2m (TH1) từ tháng 1 đến tháng 12 (oC) giai đoạn 1991 –
2000 (tương ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dưới)Error! Bookmark not defined.
Trang 74
Hình 3.7 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH1) tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c), tháng
10 (d) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.8 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH1) tháng 1, tháng , tháng 7, tháng 10( tương
ứng từ trái sang phải) Error! Bookmark not defined.
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) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10 Biến trình năm nồng độ BC (mg/m2
) (a), biến trình năm của hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH1) (b), hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu nhiệt
độ T2m (TH1) (c) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11Hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu nhiệt độ T2m
(TH1)cho khu vực Việt Nam Error! Bookmark not defined.
Hình 3.12 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hướng (trái) – vĩ hướng (phải) hiệu nhiệt độ oC (TH1) tháng 1, 4, 7, 10 ( tương ứng từ trên xuống dưới) Error! Bookmark not defined.
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) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.14 Hiệu lượng mưa (mm) (TH1) trung bình tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7
(c), tháng 10 (d) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.15 hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu lượng mưa
(TH1) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16 Nồng độ bụi trung bình năm giai đoạn 1991 – 2000 (mg/m2) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.17 Nồng độ bụi trung bình tháng giai đoạn 1991 - 2000 (mg/m2
) Error! Bookmark not defined.
Trang 85
Hình 3.18 Biến trình năm của nồng độ bụi trong các năm 1991 – 2000 (mg/m2) trên
toàn khu vực Error! Bookmark not defined.
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) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.20 Nồng độ (bên trái), độ dày quang học (bên phải) của bụi trung bình tháng 1, 4, 7, 10 (mg/m2) ( tương ứng từ trên xuống dưới )Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21 Trường gió bề mặt trung bình tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c), tháng
10 (d) (m/s) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.22 Hiệu nhiệt độ T2m (TH2) từ tháng 1 đến tháng 12 (oC) giai đoạn 1991 –
2000 (Tương ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dưới)Error! Bookmark not defined.
Hình 3.23 Hiệu nhiệt độ T2m (o
C) (TH2) của tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7 (c),
tháng 10 (d) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.24 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (TH2) của tháng 1, tháng 4, tháng 7, tháng 10
(Tương ứng từ trái sang phải) Error! Bookmark not defined.
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) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.26 Biến trình năm nồng độ bụi (mg/m2) (a), hiệu nhiệt độ T2m TH2 (oC) (b), hệ số tương quan theo thời gian của nồng độ bụi và hiệu nhiệt độ T2m (TH2)
(c) Error! Bookmark not defined.
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) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.28 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hướng (trái) – vĩ hướng (phải) hiệu nhiệt độ oC (TH2) tháng 1, 4, 7, 10 ( tương ứng từ trên xuống dưới) Error! Bookmark not defined.
Trang 96
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) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.30 Hiệu lượng mưa (mm) (TH2) trung bình tháng 1 (a), tháng 4 (b), tháng 7
(c), tháng 10 (d) Error! Bookmark not defined.
Hình 3.31 hệ số tương quan thời gian của nồng độ bụi và hiệu lượng mưa (TH2)
Error! Bookmark not defined.
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 Error! Bookmark not defined.
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 Error! Bookmark not defined.
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 Error! Bookmark not defined.
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 Error! Bookmark not defined.
Trang 107
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)
Trang 118
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
Trang 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Hồ Thị Minh Hà và Phan Văn Tân (2009), “Mô phỏng số trị ảnh hưởng của xon
khí cacbon đen lên khí hậu khu vực Đông Nam Á và Việt Nam”, Hội thảo
gió mùa châu Á lần 2, tr 185 – 197
2 Nguyễn Ngọc Bích Phượng (2009), “Tác động trực tiếp của xon khí gây ra bởi
con người lên giáng thủy khu vực Đông Nam Á”, Luận văn cao học ngành
Khí Tượng
3 Phạm Xuân Thành, Nguyễn Xuân Anh, Lê Việt Huy, Lê Như Quân, Hoàng Hải
Sơn, Phạm Lê Khương (2011), “Ảnh hưởng của mưa đầu mùa tới độ dày
quang học xon khí tại Bạc Liêu”, Tạp chí Các khoa học về trái đất, 33(1),
tr 10 – 17
4 Đào Thị Hồng Vân (2013), “Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình
WRF-CHEM vào khu vực Việt Nam”, Luận văn cao học ngành Khí Tượng
Tiếng Anh
5 Chung C.E Ramanathan V., Kim D., Podgomy L.A., (2005), “Global
anthropogenic aerosol direct forcing derived from satellite and ground –
based observations”, Journal of Geophyical Research
6 D F Zhang ccs, (2009), “Simulation of dust aerosol and its regional feedbacks
over East Asiausing a regional climate model”, Atmos Chem Phys.,9, pp
1095 -1110
7 Fabien Solmon.,et al.,(2008), “Dust aerosol impact on regional precipitation
overwestern Africa,mechanisms and sensitivity to absorption properties”,
Geophysical Research Letter, vol 35
8 Filippo Giorgi, Xunquiang Bi, (2002), “Direct radiative forcing and regional
climatic effects of anthropogenic over East Asia: A regional couple
climate-chemistry/aerosol model study”, Journal of Geophysical research, vol 107
Trang 1310
9 Giorgi, F and Chameides, W L,(1986), “Rainout Lifetimes of Highly Soluble
Aerosols”, J Geophys.Res,91, pp 14367–14376
10 IPCC, Working Group I (2001), Climate change 2001: The Scientific Basic
11 IPCC, Working Group I (2007), Climate change 2007: The Physical Science
Basic
12 J Wu, C Fu, Y Xu, J P Tang, W Wang, Z Wang, (2008), “Simulation of
direct effects of black carbon aerosol on temperature and hydrological cycle
in Asia by a Regional Climate Model”, Meteorol Atmos Phys 100
13 Kasibhatla, P., Chameides, W L., and John, J St,(1997), “A ThreeDimensional
Global Model Investigationof Seasonal Variation in the Atmospheric
Burden of Anthropogenic Sulfate Aerosols”,J.Geophys Res,102, pp 3737–
3759
14 Konare, A A.S Zakey, F Solmon, F Giorgi, S Rauscher, S Ibrah and X Bi,
(2008), “Aregional climate modeling study of the effect of desert dust on
the West Africa monsoon”,J.Geophys Res,113
15 Lau K.-M., et al, (2008),“The joint Aerosol - Monsoon Experiment: A
NewChallenge for Monsoon Climate Research”,Bulletin of the American
Meteorological Society, Vol 89, pp 369-383
16 Luo, C., St John, J C., Zhou, X J., Lam, K S., Wang, T., and Chameides,
W.L (2000), “A NonurbanOzone Air Pollution Episode over Eastern
China: Observations and Model Simulations”, J Geophys Res,105, pp
1889–1908
17 Mark Z Jacobson (2001),“Strong radiative heating due to the mixing state of
black carbon in atmospheric aerosols”, Nature vol 409, pp 695 – 697
18 Subari Menon, James Hansen, Larissa Nazarenko, Yunfeng Luo (2002),
“Climate Effects of Black Carbon Aerosols in China and India”, Science,
vol 297, pp 2250-2253
Trang 1411
19 Marticorena, B and G Bergametti,(1995),“Modeling the atmospheric dust
cycle, Part 1: Designof soil-derived dust emission scheme”, J Geopys
Res,100
20 ParungoF, , Z Li, X S Li, D Z Yang, and J Harris, (1994),“Gobi dusts
tormsandthe GreatGreenWall”, GeophysR es.L ett., 21, pp 999-1002
21 P.Zanis.,et al (2012), “Regional climate feedback of anthropogenic aerosols
over Europe using RegCM3”, Climate resarch, Vol 52, pp 267 -278
22 Qian, Y., Giorgi, F., Huang, Y., Chameides, W L., and Luo, C,(2001),
“Simulation of AnthropogenicSulfur over East Asia with a Regional
Coupled Chemistry-ClimateModel”, Tellus 53B, pp 171–191
23 Qian , et al (2001), “Reginal simulation of anthropogenic sulfur over east Asia
and its sensitivity to model parameters”, Tellus,53B, pp 171-191
24 Ramanathan V., et al, (2005),“Atmospheric brown clouds: Impact on South
Asianclimate and hydrologic cycle”,Proc Natl Acad Sci USA, 102,
5326-5333
25 Tami C.Bond, (2007), Black Carbon and Climate Change,University of illnois,
Urbana - Champaign
26 S.Twomey (1977), “The influence of pollution on the shortwave albedo of
clouds”, Institude of Atmosphere Physic, University of Arisona
27 Zakey, A., F Solmon and F Girogi,(2006), “Development and testing of a
desert dust modulein a regional climate model” Atmos Chem Phys 6,pp
4687-4704
28 Zhang, X Y., Gong, S L., Zhao, T L., Arimoto, R., Wang, Y.Q., and Zhou,
Z.J, (2003),“Sources of Asian dust and role of climatechange versus
desertificationin Asian dust emission”, Geophys.Res Lett., 30(24)
29 Zhang Nan, Qin Yue, Xie ShaoDong, (2013), “Spaial distribution of black
carbon emissons in China”, Chinese Science Bulletin, Vol 58