Tác động của xon khí đến một số yếu tố khí hậu trên khu vực việt nam và lân cận

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 tƣợng và khí hậu học
Mã số: 60440222

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG 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, ngƣời đã hết lòng quan tâm cũng nhƣ kiên trì giúp đỡ từng bƣớc nghiên cứu
của học viên.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn khí tƣợng nói riêng và
Khoa Khí tƣợng – Thủy văn và Hải dƣơng 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
trƣờng làm việc thân thiện hiệu quả cho học viên.

Lê Thị Thu Hằng


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................3
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................7
Chƣơng 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.
Chƣơng 2PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............. Error! Bookmark not defined.
2.1 Đặt bài toán....................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2 Sơ lƣợc 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.

Chƣơng 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.
3.3.1Tƣơng 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.
1


3.4 Tác động của xon khí carbon đen lên lƣợng mƣaError!

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.
3.7.1Tƣơng 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 lƣợng mƣa ...................... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ............................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................8
PHỤ LỤC .................................................................. Error! Bookmark not defined.

2


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 đƣợc trình bày trong bảng
1.1 (IPCC – 2007) [11].............................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1 Cấu trúc lƣới thẳng đứng (bên trái) và lƣới 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 (tƣơng ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dƣới) ........ 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 (tƣơng ứng từ trên xuống dƣới ) ....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.6 Hiệu nhiệt độ T2m (TH1) từ tháng 1 đến tháng 12 (oC) giai đoạn 1991 –
2000 (tƣơng ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dƣới)Error!
defined.

3

Bookmark

not


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( tƣơng
ứng từ trái sang phải) ................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9 Hệ số tƣơng 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 tƣơng quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu nhiệt
độ T2m (TH1) (c) ...................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11Hệ số tƣơng 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 hƣớng (trái) – vĩ hƣớng (phải) hiệu
nhiệt độ oC (TH1) tháng 1, 4, 7, 10 ( tƣơng ứng từ trên xuống dƣới)............... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.13 Hiệu lƣợng mƣa (TH1) từ tháng 1 đến tháng 12 ( tƣơng ứng từ trái sang
phải, trên xuống dƣới) trung bình cả giai đoạn 1991 – 2000 (mm/tháng) ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.14 Hiệu lƣợng mƣa (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 tƣơng quan theo thời gian của nồng độ BC và hiệu lƣợng mƣa
(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.

4


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 (tƣơng
ứng từ trái sang phải, trên xuống dƣới) ..................... 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) ( tƣơng ứng từ trên xuống dƣới )Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.21 Trƣờng 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 (Tƣơng ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dƣới)Error!

Bookmark

not

defined.
Hình 3.23 Hiệu nhiệt độ T2m (oC) (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
(Tƣơng ứng từ trái sang phải) ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.25 Hệ số tƣơng 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 tƣơng quan theo thời gian của nồng độ bụi và hiệu nhiệt độ T2m (TH2)
(c) .............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.27 Hệ số tƣơng 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 hƣớng (trái) – vĩ hƣớng (phải) hiệu
nhiệt độ oC (TH2) tháng 1, 4, 7, 10 ( tƣơng ứng từ trên xuống dƣới)............... Error!
Bookmark not defined.
5


Hình 3.29 Phân bố không gian hiệu lƣợng mƣa (TH2) trung bình tháng từ tháng 1
đến tháng 12 (mm/tháng) (tƣơng ứng từ trái sang phải, từ trên xuống dƣới) ... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.30 Hiệu lƣợng mƣa (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 tƣơng quan thời gian của nồng độ bụi và hiệu lƣợng mƣa (TH2)
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình P.1 Mặt cắt thẳng đứng phân bố kinh hƣớng 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 hƣớng 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 hƣớng 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 hƣớng của hiệu nhiệt độ các mực (TH2)
trung bình tháng từ tháng 1 đến tháng 12 ................. Error! Bookmark not defined.

6


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BC

Carbon đen (Black Carbon)

BC_HB

Carbon đen kỵ nƣớc (Hydrophobic black carbon)

BC_HL

Carbon đen thấm nƣớc (Hydrophilic or aged black carbon)

BĐKH

Biến đổi khí hậu

GCM

Mô hình hoàn lƣu chung khí quyển (Global Circulation model)

HSTQ

Hệ số tƣơng 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 nƣớc 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 lƣợc ứng phó với BĐKH là một trong những vấn đề hết
sức quan trọng và đƣợc quan tâm đặc biệt của toàn xã hội, bao gồm cả các cấp lãnh
đạo, các nhà khoa học và cộng đồng ngƣời 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 nhƣ 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 lƣợng 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 thƣờng đƣợc 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 chƣơng (ngoài mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục) với các
nội dung chính nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan. Trong chƣơng này, tác giả trình bày tổng quan về xon
khí và những nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới về tác động của xon khí đến
khí hậu.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu. Ở đây trình bày sơ lƣợc về mô hình
RegCM 4.2, thiết kế thí nghiệm.
Chƣơng 3: Kết quả và nhận xét. Chƣơng này trình bày và phân tích các kết

quả thu đƣợc làm rõ tác động của xon khí đến các yếu tố khí hậu trên khu vực Việt
Nam và lân cận.
8


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Hồ Thị Minh Hà và Phan Văn Tân (2009), “Mô phỏng số trị ảnh hƣởng 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 Phƣợng (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 Tƣợng
3. Phạm Xuân Thành, Nguyễn Xuân Anh, Lê Việt Huy, Lê Nhƣ Quân, Hoàng Hải
Sơn, Phạm Lê Khƣơng (2011), “Ảnh hƣởng của mƣa 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 WRFCHEM vào khu vực Việt Nam”, Luận văn cao học ngành Khí Tƣợng.
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 climatechemistry/aerosol model study”, Journal of Geophysical research, vol 107.

9


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.

10


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, 53265333.
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

11