Dự tính biến đổi khí hậu và đánh giá sự thay đổi của mưa cực đoan cho tỉnh Hà Tĩnh
DỰ TÍNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ ĐÁNH GIÁ
SỰ THAY ĐỔI CỦA MƯA CỰC ĐOAN CHO TỈNH HÀ TĨNH
Vũ Văn Thăng, Trần Thục, Mai Văn Khiêm, Lưu Nhật Linh,
Hà Trường Minh, Hoàng Thị Thúy Vân
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu
Tóm tắt: Phương pháp chi ꢀết hóa động lực được áp dụng để dự ꢁnh biến đổi khí hậu chi
ꢀết cho khu vực Hà Tĩnh. Bốn mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao bao gồm CCAM, clWRF,
PRECIS, RegCM được áp dụng để ꢁnh toán chi ꢀết hóa kết quả của mô hình khí hậu toàn cầu cho
khu vực tỉnh Hà Tĩnh. Phương pháp thống kê được áp dụng để hiệu chỉnh kết quả từ các mô hình
theo số liệu quan trắc tại các trạm khí tượng thủy văn. Mức độ ꢀn cậy của kết quả dự ꢁnh nhiệt
độ và mưa được phân ꢀch và khuyến nghị trong sử dụng. Đường quan hệ Cường độ - Thời đoạn
- Tần suất mưa trong tương lai do tác động của biến đổi khí hậu được xây dựng để phục vụ việc
ꢀnh toán thiết kế các công trình ꢁêu thoát nước đô thị.
Từ khóa: Dự ꢀnh khí hậu độ phân giải cao, thay đổi của IDF do biến đổi khí hậu.
1. Mở đầu
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã và đang tác
khuôn khổ của dự án hợp tác giữa Việt Nam và
Vương quốc Bỉ về “Quản lý nguồn nước tổng
hợp và Phát triển đô thị trong mối liên hệ với
biến đổi khí hậu tại Hà Tĩnh”.
động trực ꢀếp đến đời sống kinh tế - xã hội và
môi trường của Việt Nam, trong đó các khu vực
đồng bằng và ven biển miền Trung được đánh
giá là chịu tác động mạnh nhất. Do đặc thù về vị
trí địa lý và địa hình, trong những năm qua Hà
Tĩnh đã chịu nhiều thiệt hại về người và tài sản
do các hiện tượng thời ꢀết cực đoan như bão,
mưa lũ, ngập lụt, lũ quét, gió tây khô nóng,…
2. Phương pháp và số liệu
2.1. Phương pháp
Phương pháp chi ꢀết hóa động lực được sử
dụng để xây dựng kịch bản BĐKH độ phân giải
cao cho tỉnh Hà Tĩnh. Bốn mô hình khí hậu khu
vực được áp dụng bao gồm: CCAM, RegCM,
PRECIS và clWRF. Mỗi mô hình có các phương
án ꢁnh toán khác nhau dựa trên kết quả ꢁnh
toán từ các mô hình toàn cầu của IPCC, 2013
(Hình 1) [2].
Bài báo này trình bày các kết quả chi ꢀết
hóa Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Hà
Tĩnh dựa trên Kịch bản BĐKH và nước biển
dâng năm 2016 của Việt Nam. Mức độ ꢀn cậy
của kết quả dự ꢁnh khí hậu được xác định và
khuyến nghị cho người sử dụng. Sự thay đổi
của mưa cực đoan thể hiện bởi sự thay đổi
của đường quan hệ Cường độ - Thời đoạn -
Tần suất (IDF) mưa hiện tại và tương lai do tác
động của BĐKH được xây dựng để phục vụ
việc ꢁnh toán thiết kế các công trình ꢀêu thoát
nước đô thị.
Nội dung trong bài báo này được trích từ
kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Khí
tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu về phân
ꢁch khí hậu hiện tại và tương lai phục vụ công
tác quản lý nguồn nước tại tỉnh Hà Tĩnh trong
Hình 1. Sơ đồ chi ꢁết hóa động lực
độ phân giải cao
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 1 - Tháng 3/2017
54
Sự thay đổi của nhiệt độ và mưa được so tương lai do BĐKH. Kết quả ꢀnh toán mưa từ
sánh với thời kỳ cơ sở 1986-2005, đây cũng là 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 được sử dụng để
giai đoạn được IPCC dùng trong báo cáo lần xây dựng đường IDF theo 3 phương án [3]: (i)
Phương án nhiều khả năng xảy ra nhất: Phân
vị 50% của tập hợp các thành phần dự ꢀnh; (ii)
Phương án có tác động cao: Phân vị 75% của
tập hợp các thành phần dự ꢀnh; (iii) Phương
án tác động thấp: Phân vị 25% của tập hợp các
thành phần dự ꢀnh.
thứ năm (AR5, 2013) [5].
Đối với nhiệt độ:
*
*
∆T
future
= T
-T
1986-2005
future
Đối với lượng mưa:
R*future -R1*986-2005
2.2. Số liệu
(
)
∆Rfuture
=
*100
Số liệu được sử dụng bao gồm: (i) Số liệu
ꢀnh toán từ 4 mô hình khí hậu khu vực; (ii)
Số liệu quan trắc về nhiệt độ, lượng mưa
ngày của 3 trạm khí tượng Hà Tĩnh, Kỳ Anh và
Hương Khê. Số liệu mưa thời đoạn ngắn từ 10
phút đến 24 giờ trong giai đoạn 1984-2014 tại
trạm khí tượng Hà Tĩnh được sử dụng trong
ꢀnh toán đường IDF [3].
R1*986-2005
Trong đó: ∆Tfuture là biến đổi của nhiệt
độ trong tương lai so với thời kỳ cơ sở (oC),
T*future là nhiệt độ tương lai (oC), T*1986-2005
là nhiệt độ trung bình của thời kỳ cơ sở (oC);
ΔRfuture là biến đổi của lượng mưa trong tương
lai so với thời kỳ cơ sở (%), R*future là lượng
mưa tương lai (mm), R*1986-2005 là lượng mưa
trung bình của thời kỳ cơ sở (mm).
3. Kết quả và thảo luận
3.1 Kịch bản biến đổi khí hậu cho Hà Tĩnh
Mô hình khí hậu động lực có ưu điểm là
mô phỏng tốt các quá trình vật lý và hóa học
trong khí quyển, tuy nhiên khó phản ánh được
các yếu tố địa phương và mô hình đều tồn tại
sai số hệ thống nhất định. Để khắc phục điều
này, phương pháp thống kê (hiệu chỉnh phân
vị - Quanꢀle Mapping) được áp dụng để hiệu
chỉnh kết của mô hình theo số liệu thực đo tại
trạm quan trắc [4, 6].
Nhiệt độ trung bình: Theo kịch bản RCP4.5,
vào đầu thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở
Hà Tĩnh tăng 0,6°C so với thời kỳ cơ sở; giữa
thế kỷ tăng phổ biến 1,4÷1,6°C; đến cuối thế
kỷ tăng 2÷2,1°C. Theo kịch bản RCP8.5, vào
đầu thế kỷ tăng 0,8÷1°C; giữa thế kỷ tăng
phổ biến 1,9÷2,1°C; và đến cuối thế kỷ tăng
3,5÷3,8°C. Nhiệt độ tăng nhiều nhất (3,8°C) ở
Hương Khê và tăng ít nhất (3,5°C) ở Kỳ Anh
(Hình 2).
Qua phân ꢀch và đánh giá sai số, đã chọn
được các mô hình thành phần tốt nhất để
xây dựng kịch bản BĐKH chi ꢁết cho Hà Tĩnh:
Đối với nhiệt độ là tổ hợp 8 trong tổng số 12
phương án ꢀnh toán của 4 mô hình (4 phương
án CCAM, 3 phương án PRECIS và 1 phương
án clWRF); đối với mưa là tổ hợp 3 phương án
của mô hình PRECIS [2, 3].
Lượng mưa: Theo kịch bản RCP4.5, lượng
mưa năm vào đầu thế kỷ tăng 10 ÷ 12% so với
thời kỳ cơ sở; giữa thế kỷ tăng 13 ÷ 20%; và
đến cuối thế kỷ tăng phổ biến 5 ÷ 15%. Ở khu
vực phía Đông lượng mưa tăng nhiều hơn so
với khu vực phía Tây. Theo kịch bản RCP8.5,
mức tăng không chênh lệch nhiều so với kịch
bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ tăng 10 ÷ 15%;
giữa thế kỷ tăng 12 ÷ 15%, tăng trên 20% ở
trạm Hương Sơn; đến cuối thế kỷ tăng 15 ÷
25%, tăng nhiều nhất ở phía Đông Bắc của
tỉnh (Hình 3).
Hàm phân bố cực trị Gumbel được sử dụng
để phân ꢀch số liệu thời đoạn ngắn tại trạm Hà
Tĩnh và xây dựng đường IDF mưa trong điều
kiện hiện tại. Hàm phân bố Gumbel cũng được
áp dụng để phân ꢀch kết quả mưa sau hiệu
chỉnh của mô hình để xây dựng đường IDF cho
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
55
Số 1 - Tháng 3/2017
RCP4.5 - Giữa thế kỷ
RCP4.5 - Cuối thế kỷ
RCP8.5 - Cuối thế kỷ
RCP8.5 - Giữa thế kỷ
Hình 2. Biến đổi nhiệt độ trung bình năm (oC) ở Hà Tĩnh theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5
RCP4.5 - Giữa thế kỷ
RCP4.5 - Cuối thế kỷ
RCP8.5 - Cuối thế kỷ
RCP8.5 - Giữa thế kỷ
Hình 3. Biến đổi lượng mưa năm ở Hà Tĩnh theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5
3.2. Mức độ chưa chắc chắn trong các kịch của tất cả các phương án ꢀnh.
bản biến đổi khí hậu
Đối với nhiệt độ, mức độ chưa chắc chắn
Mức độ chưa chắc chắn của các kịch bản được đánh giá theo phân vị 10 (cận dưới) và
BĐKH được xác định theo kết quả ꢀnh toán phân vị 90 (cận trên). Theo kịch bản RCP4.5,
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 1 - Tháng 3/2017
56
khoảng biến đổi của nhiệt độ bình quân năm Tĩnh vào đầu thế kỷ, giữa thế kỷ và cuối thế
kỷ tương ứng là 7÷15,9% tại trạm Hà Tĩnh,
3,4÷ 17,6% tại trạm Hương Khê, 7,5÷16,2%
tại trạm Kỳ Anh; 6,7÷26,3% tại cả 3 trạm; và
1,5÷27% tại cả 3 trạm. Theo kịch bản RCP8.5,
khoảng biến đổi tương ứng là 7,8÷18,3% tại
trạm Hà Tĩnh, 5,9÷23,1% tại trạm Hương Khê,
6,8÷15,2% tại trạm Kỳ Anh; 7,9÷20,8% tại cả 3
trạm; và 12,9÷29% ở trạm Hà Tĩnh, 8,6÷22% ở
trạm Hương Khê và 10,2÷22,1% ở trạm Kỳ Anh
của Hà Tĩnh vào đầu thế kỷ, giữa thế kỷ và
cuối thế kỷ tương ứng là 0,3÷1,1oC; 1,0÷2,2oC
và 1,4÷3,0oC. Theo kịch bản RCP8.5, khoảng
biến đổi tương ứng là 0,6÷1,3oC; 1,4÷2,9oC và
2,8÷5,0oC (Hình 4).
Đối với lượng mưa năm, mức độ chưa chắc
chắn được đánh giá theo phân vị 20 (cận dưới)
và phân vị 80 (cận trên). Theo kịch bản RCP4.5,
khoảng biến đổi của lượng mưa năm của Hà (Hình 5).
Trạm Hương Khê
Trạm Hà Tĩnh
Trạm Kỳ Anh
Hình 4. Mức độ chưa chắc chắn của các kịch bản về nhiệt độ (oC) trung bình năm
(vùng màu xanh, màu đỏ là khoảng dao động của thay đổi nhiệt độ từ phân vị 10 đến 90 tương ứng
với kịch bản RCP4.5 và RCP8.5)
Trạm Hương Khê
Trạm Hà Tĩnh
Trạm Kỳ Anh
Hình 5. Mức độ chưa chắc chắn của các kịch bản về lượng mưa năm
(vùng màu xanh dương, xanh lá cây là khoảng dao động của thay đổi lượng mưa năm
từ phân vị 20 và phân vị 80 tương ứng với kịch bản RCP4.5 và RCP8.5)
3.3. Thay đổi của mưa cực đoan do biến đổi là khoảng 49 mm; cường độ mưa thời đoạn 1
khí hậu
giờ lớn nhất là 177 mm/giờ, theo số liệu quan
trắc 31 năm (1984-2014), sự kiện mưa này đã
xảy ra 1 lần vào năm 2013; cường độ mưa thời
đoạn 1 ngày lớn nhất là 29 mm/giờ tương ứng
với lượng mưa 696 mm/ngày.
a) Đường IDF mưa tại Hà Tĩnh trong điều kiện
hiện tại
Số liệu mưa tự ghi tại trạm khí tượng Hà
Tĩnh trong giai đoạn 1984-2014 được khai
toán để ꢀnh toán xây dựng đường IDF mưa
cho khu vực thành phố Hà Tĩnh. Kết quả được
trình bày trong Hình 6 và Bảng 1.
Đối với mưa có tần suất lặp lại 25 năm:
Cường độ mưa thời đoạn 10 phút lớn nhất là
245 mm/giờ, sự kiện mưa này đã xảy ra 1 lần
vào năm 2013; cường độ mưa thời đoạn 60
phút lớn nhất và 24 giờ lớn nhất tương ứng là
121 mm/giờ (đã xảy ra 2 lần) và 23 mm/giờ.
Đối với mưa có tần suất lặp lại 100 năm - sự
kiện mưa rất hiếm khi xảy ra: Cường độ mưa
thời đoạn 10 phút lớn nhất là 295 mm/giờ,
tương ứng với tổng lượng mưa trong 10 phút
Đối với mưa có tần suất lặp lại 2 năm:
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
57
Số 1 - Tháng 3/2017
Hình 6. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo số liệu thực đo (1984-2014)
Cường độ mưa thời đoạn 10 phút, 60 phút được các sự kiện này tương ứng là 17, 16 và
và 24 giờ lần lượt là 145,5 mm/giờ, 77,4 mm/ 14 lần.
giờ và 11,5 mm/giờ (Bảng 1), số lần quan trắc
Bảng 1. IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo số liệu mưa thực đo (1984-2014)
Tần suất
lặp lại
10’
30’
60’
2h
6h
12h
24h
2 năm
5 năm
145,5
185,6
212,1
245,7
270,5
295,2
99,7
77,4
55,2
76,3
30,5
44,6
53,9
65,7
74,5
83,1
19,9
29,1
35,1
42,7
48,4
54,0
11,5
16,3
19,4
23,4
26,4
29,4
133,2
155,3
183,3
204,1
224,7
104,2
121,9
144,3
160,9
177,4
10 năm
25 năm
50 năm
100 năm
90,3
108,0
121,1
134,1
b) Đường IDF mưa tại Hà Tĩnh trong điều kiện được dựa trên giá trị trung vị của tất cả các
khí hậu tương lai
kết quả từ các mô hình; (ii) Phương án có tác
động cao được dựa trên phân vị 80 của các
kết quả ꢀnh toán; (iii) Phương án có tác động
thấp được dựa trên phân vị 20 của các kết quả
ꢀnh toán.
Kết quả ꢀnh toán mưa từ các mô hình
theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho các
giai đoạn giữa và cuối thế kỷ được dùng để
ꢀnh toán xây dựng đường IDF mưa cho tương
lai khu vực thành phố Hà Tĩnh. Các đường
IDF được xây dựng theo 3 phương án khác
nhau, thể hiện mức độ thay đổi của mưa cực
đoan trong tương lai do tác động của BĐKH:
(i) Phương án có nhiều khả năng xảy ra nhất
Phương án có nhiều khả năng xảy ra nhất:
Cường độ mưa ở các thời đoạn và các tần suất
lặp lại đều tăng vào giai đoạn giữa thế kỷ; đến
cuối thế kỷ, cường độ mưa giảm ở các thời
đoạn ngắn và tăng ở các thời đoạn dài hơn.
Hình 7. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo phương án có nhiều khả năng xảy ra nhất
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 1 - Tháng 3/2017
58
Phương án có tác động cao: Cường độ lai. Cụ thể, cường độ mưa ứng với tần suất lặp
mưa ở tất cả các thời đoạn và các tuần suất lại 100 năm có thể tăng khoảng 100% vào giữa
lặp lại đều tăng đáng kể ở cả 2 thời kỳ tương thế kỷ và hơn 60% trong thời kỳ cuối thế kỷ.
Hình 8. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo phương án có tác động cao
Phương án có tác động thấp: Theo phương ra vào cuối thế kỷ 21 tại trạm Hà Tĩnh. Mức
án ít tác động, cường độ mưa trong hầu hết giảm của cường độ mưa vào giữa thế kỷ dao
các thời đoạn và tần suất lặp lại giảm trong cả động trong khoảng từ 5 đến 37% và vào cuối
2 giai đoạn tương lai. Mức giảm lớn nhất xảy thế kỷ mức giảm là từ 1 đến 56%.
Hình 9. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo phương án có tác động thấp
4. Kết luận
Qua phân ꢁch về ꢁnh chưa chắc chắn của
kịch bản BĐKH, có thể thấy kết quả dự ꢁnh
nhiệt độ và lượng mưa của Hà Tĩnh có dải biến
đổi khá lớn, đặc biệt là đối với lượng mưa. Vì
thế, khi sử dụng kịch bản BĐKH để đánh giá tác
động của BĐKH, cần phân ꢁch các khả năng có
thể xảy ra trong tương lai của các biến khí hậu,
tham vấn thêm ý kiến của chuyên gia để xác
định các giá trị phù hợp.
Kết quả nghiên cứu chi ꢀết hóa kịch bản
BĐKH khu vực tỉnh Hà Tĩnh cho thấy:
Nhiệt độ trung bình năm và các mùa ở Hà
Tĩnh trong tương lai đều có xu thế tăng lên so
với thời kỳ cơ sở 1986-2005, mức tăng phụ
thuộc vào các kịch bản RCP. Nhiệt độ ở khu vực
phía Bắc của tỉnh tăng nhiều hơn ở phía Nam.
Đến cuối thế kỷ, nhiệt độ trung bình năm ở Hà
Tĩnh có mức tăng khoảng 2,1°C theo kịch bản
RCP4.5 và 3,7°C theo kịch bản RCP8.5.
BĐKH có tác động đáng kể đến mối quan hệ
Cường độ - Thời đoạn - Tần suất của mưa tại
Hà Tĩnh. Cụ thể, theo phương án có nhiều khả
năng xảy ra nhất, cường độ mưa theo các thời
đoạn và tần suất lặp lại đều tăng trong tương
lai. Đối với phương án có tác động cao, cường
độ mưa ứng với tần suất lặp lại 100 năm có thể
tăng lên đến 100% vào giữa thế kỷ và tăng lớn
hơn 60% vào cuối thế kỷ.
Lượng mưa năm ở Hà Tĩnh có xu thế tăng
ở hầu hết các thời kỳ theo cả hai kịch bản RCP.
Đến cuối thế kỷ, lượng mưa năm ở Hà Tĩnh
tăng phổ biến từ 10-15% theo kịch bản RCP4.5
và 15-20% theo kịch bản RCP8.5. Lượng mưa
năm ở khu vực ven biển tăng nhiều hơn so với
khu vực sâu trong đất liền.
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
59
Số 1 - Tháng 3/2017
Tài liệu tham khảo
1. Bộ Tài nguyên Môi trường (2012), Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam.
2. Bộ Tài nguyên Môi trường (2016), Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam.
3. Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (2016), Báo cáo tổng kết dự án “Tư vấn
kỹ thuật về dữ liệu và phân ꢀch khí hậu hiện tại và tương lai phục vụ công tác quản lý nguồn
nước tại tỉnh Hà Tĩnh”.
4. Amengual A, Homar V, Romero R, Alonso S, Ramis C (2012), A staꢁsꢁcal adjustment of
regional climate model outputs to local scales: applicaꢁon to Platja de Palma, Spain. J Clim
25:939-957.
5. IPCC (2013), Climate Change (2013), The Physical Science Basis. Contribuꢁon of Working
Group I to the Fiꢂh Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
6. Mishra, K., B. and Herath, S. (2014), Assessment of Future Floods in the Bagmaꢁ River Basin
of Nepal Using Bias-Corrected Daily GCM Precipitaꢀon Data, J. Hydrol. Eng., 10.1061/(ASCE)
HE.1943-5584.0001090, 05014027
CLIMATE PROJECTIONS AND ASESSMENT OF CHANGES
IN EXTREME RAINFALL FOR HA TINH PROVINCE
Vu Van Thang, Tran Thuc, Mai Van Khiem, Luu Nhat Linh,
Ha Truong Minh, Hoang Thi Thuy Van
Viet Nam Insꢀtute of Meteorology, Hydrology and Climate Change
Abstract: Dynamic downscaling method was applied for climate change projecꢀon. Four
high-resoluꢀon regional climate models include CCAM, clWRF, PRECIS, RegCM were used to
downscale results of global climate models for the region of Ha Tinh province. Staꢀsꢀcal bias-correcꢀon
methods were applied to calibrate the results from the model basing on the observed data at the
meteorological staꢀons. Confidence level of the projected temperature and rainfall were analyzed and
recommendaꢀon for use are provided. The Intensiꢀve - Duraꢀon - Frequency curve (IDF) of rainfall in
the future as a result of climate change was constructed to serve the purpose of computaꢀon and
design of urban drainage.
Keywords: Climate change projecꢀons, Changes in rainfall IDF due to climate change.
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 1 - Tháng 3/2017
60
7 trang
13/01/2024
7900
Free
Bạn đang xem tài liệu "Dự tính biến đổi khí hậu và đánh giá sự thay đổi của mưa cực đoan cho tỉnh Hà Tĩnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- du_tinh_bien_doi_khi_hau_va_danh_gia_su_thay_doi_cua_mua_cuc.pdf
