Ước tính tác động của biến đổi khí hậu đến thuộc tính mưa cực trị lưu vực sông Cả

Nghiên cứu này trình bày phương pháp ước tính sự thay đổi thuộc tính mưa cực trị tương lai dưới ảnh hưởng của BĐKH dựa trên các chỉ số mưa cực trị của Nhóm chuyên gia về Phát hiện và Chỉ số BĐKH (ETCCDI) và trên cơ sở tính toán đa mô hình GCMs.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 ƯỚC TÍNH TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN THUỘC TÍNH MƯA CỰC TRỊ LƯU VỰC SƠNG CẢ Nguyễn Thị Thu Hà1, Ngơ Lê An1, Hồng Thanh Tùng1 Lê Phương Đông1 Trường Đại học Thủy lợi, email: thuha_tttv@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Mưa cực trị có tác động nghiêm trọng đến người hệ thống tự nhiên thông qua tác động đến loại thiên tai lũ, lũ quét, ngập lụt, sạt lở đất mưa lũ dòng chảy, sụt lún đất mưa lũ dịng chảy Trên tồn cầu nói chung Việt Nam nói riêng trải qua xu tăng lên đáng kể cường độ mưa cực đại [1] Theo dự tính, tương lai, biến đổi khí hậu (BĐKH) làm gia tăng xu tăng mưa cực trị Sự gia tăng cường độ mưa cực đại gây ảnh hưởng thiệt hại nhiều tới tài nguyên, kinh tế, phát triển xã hội, mà cịn ảnh hưởng đến mục tiêu phát triển bền vững đất nước Do vậy, có nhiều cơng trình nghiên cứu đánh giá tác động BĐKH đến diễn biến mưa cực trị tương lai quy mơ tồn cầu khu vực làm sở thông tin đầu vào cho đánh giá tác động BĐKH đến loại hình thiên tai mưa lớn gây Tuy nhiên, nghiên cứu đề tài liên quan, bao gồm Báo cáo kịch BĐKH Bộ Tài nguyên Môi trường (TNMT) năm 2016, chủ yếu thể thay đổi mưa cực trị tương lai mặt độ lớn trung bình, tính trung bình cho phạm vi khơng gian cấp tỉnh trung bình cho giai đoạn phân tích tương lai [2] Rất nghiên cứu tập trung vào thay đổi đặc trưng mưa cực trị tương lai mặt biến thiên theo thời gian không gian Ngoài ra, kết nghiên cứu đánh giá tác động dựa phương án mơ hình biến đổi khí hậu tồn cầu (GCM) hay mơ hình biến đổi khí hậu vùng (RCM) Ví dụ, Báo cáo kịch BĐKH Bộ TNMT năm 2016 xây dựng kịch thay đổi thuộc tính mưa tương lai dựa kết tính tốn từ mơ hình RCM PRECIS với điều kiện biên mô hình GCMs gồm CNRM-CM5, GFDL-CM3, HadGEM2-ES Việc áp dụng nhiều mơ hình GCM RCM khác cung cấp nhiều thông tin khách quan hơn, giúp đánh giá mức độ chắn kết dự tính khí hậu tương lai tăng mức độ tin cậy kết tính tốn Do vậy, nghiên cứu trình bày phương pháp ước tính thay đổi thuộc tính mưa cực trị tương lai ảnh hưởng BĐKH dựa số mưa cực trị Nhóm chuyên gia Phát Chỉ số BĐKH (ETCCDI) sở tính tốn đa mơ hình GCMs Lưu vực sông Cả, bắt nguồn từ tỉnh Phông Sa Vằn Sầm Nưa nước Lào, với tổng diện tích 27200km2, có địa hình núi cao, độ dốc sơng suối lớn, nơi chịu ảnh hưởng thường xuyên tượng thiên tai mưa lớn gây ra, lựa chọn làm lưu vực nghiên cứu Hình trình bày đồ lưu vực sơng Cả trạm mưa sử dụng nghiên cứu (tổng 24 trạm mưa) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sử dụng sản phẩm mưa ngày 11 mơ hình GCM với độ phân giải khác (từ ~150km đến 250km) thuộc Dự án đối chứng mơ hình khí hậu lần (CMIP5) Các mơ hình bao gồm: ACCESS1-3, CanESM2, HadGEM2-AO, IPSL-CM5A-MR, MIROC5, MPI-ESM-MR, CMCC-CMS, CNRM-CM5, FGOALS-g2, GFDL-ESM2M, HadGEM2-CC Các mơ hình GCM hay RCM có đặc điểm có sai số 546 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 lớn so với số liệu thực đo Do vậy, sản phẩm thô mơ hình GCM hay RCM cần hiệu chỉnh dựa số liệu thực đo tương ứng để có tương tự mặt thống kê đưa vào phân tích Đặc trưng mưa cực trị sử dụng đánh giá tác động lấy từ số mưa cực trị ETCCDI Định nghĩa đầy đủ số mưa cực trị tìm thấy http://etccdi.pacificclimate.org/ Để minh họa, nghiên cứu sử dụng đặc trưng phổ biến có ý nghĩa đặc biệt quan trọng phân tích mưa cực trị gồm lượng mưa ngày lớn năm (Rx1day), lượng mưa ngày lớn năm (Rx5day), số ngày mưa lớn năm (có lượng mưa ngày 20mm) (R20mm) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hình Lưu vực sơng Cả vị trí trạm mưa sử dụng nghiên cứu Trong ứng dụng liên quan đến tài nguyên nước, kỹ thuật hiệu chỉnh phân vị (QM) sử dụng phổ biến hiệu chỉnh sai số tồn đặc tính hàm phân phối mưa Về bản, QM khớp hàm phân phối lũy tích (CDF) mưa GCM với hàm phâm phối lũy tích từ mưa thực đo tương ứng Gọi Fs hàm CDF chuỗi mưa thực đo Xs cho giai đoạn hiệu chỉnh trạm mưa S FG hàm hàm CDF chuỗi mưa GCM nội suy song tuyến mưa trạm S (XG) tương ứng QM khớp hàm phân phối lũy tích giá trị lượng mưa ngày mưa thực đoXs mưa GCM XG cho: FG  X G   FS  X S  hay X S  FS1  FG  X G   Kết tính tốn thay đổi thuộc tính mưa cực trị tương lai cho trạm mưa lưu vực sông Cả dựa số liệu mưa ngày hiệu chỉnh 11 mơ hình GCM trình bày (hình 2, 3, 4) Trong (hình 2, 4), phạm vi thay đổi đặc trưng mưa cực trị cho 11 mơ hình GCM tính theo phần trăm khác biệt giai đoạn tương lai thời kỳ từ 2070 đến 2099 so với giai đoạn khứ từ 1980 đến 2005 Hai kịch phát thải nồng đồ khí nhà kính xem xét gồm kịch nồng độ khí nhà kính trung bình thấp (RCP4.5) trung bình cao (RCP8.5) (1) Hình Phạm vi thay đổi (%) giá trị trung bình độ lệch chuẩn đặc trưng Rx1day tương lai từ 11 mơ hình GCM cho tất trạm mưa lưu vực FS1 Trong đó: - hàm nghịch đảo hàm Fs Sử dụng mối quan hệ (1) để hiệu chỉnh giá trị lượng mưa GCM cho thời kỳ tương lai theo: X Gf ,cor  FS1    FG X Gf (2) Đối với đặc trưng Rx1day (hình 2), thấy giá trị trung bình thay đổi khoảng từ -10 tới 20%, kịch 547 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 RCP4.5 khoảng từ tới 40% kịch RCP85 phụ thuộc vào mơ hình GCM sử dụng Cịn giá trị biến thiên đặc trưng Rx1day phạm vi thay đổi chí lớn hơn, khoảng từ – 60% hai kịch RCP4.5 RCP8.5 Xét đến đặc trưng lượng mưa ngày lớn năm (R5day) cho thấy xu tăng mạnh đặc trưng tương lai giá trị trung bình tính biến thiên (hình 3) Cụ thể, giá trị trung bình đặc trưng R5day tăng khoảng từ - 60% kịch RCP4.5 RCP8.5; giá trị biến thiên chí tăng lớn hơn, khoảng từ 10 - 150% kịch phát thải khí nhà kính tăng đáng kể đặc trực cực trị này, giá trị dao động khoảng tăng từ - 20% vào cuối kỷ 21 (hình 4) Một cách tổng qt, rút kết luận kết ước tính thay đổi đặc trưng mưa cực trị tương lai phụ thuộc nhiều vào mơ hình GCM kịch phát thảikhí nhà kính Tuy nhiên, nhìn chung thấy xu tăng đáng kể mặt độ lớn tính biến thiên đặc trưng mưa cực trị toàn lưu vực Việc gia tăng đặc trưng mưa cực trị tương lai có hàm ý quan trọng dự án tài nguyên nước lưu vực, nguy rủi ro lũ lụt thường tăng hay giảm theo tỷ lệ thuận với gia tăng giảm đặc trưng mưa cực trị KẾT LUẬN Hình Phạm vi thay đổi (%) đặc trưng R5day tương lai từ 11 mơ hình GCM cho trạm mưa lưu vực Nghiên cứu trình bày phương pháp ước tính thuộc tính mưa cực trị tương lai cho kịch BĐKH dựa số mưa cực trị ETCCDI sở tính tốn đa mơ hình GCMs để cung cấp nhiều thông tin khách quan tăng mức độ tin cậy kết tính tốn Nghiên cứu minh họa kết tính tốn cho lưu vực sơng Cả Từ kết tính tốn thấy tác động BĐKH, lưu vực sông Cả trải qua xu tăng đáng kể mưa cực trị vào cuối kỷ 21, giá trị trung bình mức độ biến thiên đặc trưng mưa cực trị Việc nắm bắt thông tin định lượng chi tiết xu tăng đặc biệt quan trọng dự án tài nguyên nước Đặc biệt, xu tăng mạnh tính biến động đặc trưng thách thức lớn nhà quy hoạch quản lý tài nguyên nước nguyên nhân gây nên tượng thiên tai lũ lụt, ngập úng, trượt lở đất khó kiểm sốt tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Phạm vi thay đổi (%) đặc trưng R20mm tương lai từ 11 mơ hình GCM cho trạm mưa lưu vực Cuối cùng, thay đổi giá trị trung bình số ngày mưa lớn năm (có lượng mưa ngày lớn 20mm), R20mm, cho thấy [1] Vũ Thanh Hằng, Chu Thị Thu Hương, Phan Văn Tân, “Xu biến đổi lượng mưa ngày cực đại Việt Nam giai đoạn 19612007,” Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, pp 423-430, 2009 [2] Bộ TNMT, Kịch Bản Biến Đổi Khí Hậu Nước Biển Dâng Cho Việt Nam Nhà Xuất Tài nguyên Môi trường Bản đồ Việt Nam, 2016 548 ... giá trị lượng mưa ngày mưa thực đoXs mưa GCM XG cho: FG  X G   FS  X S  hay X S  FS1  FG  X G   Kết tính tốn thay đổi thuộc tính mưa cực trị tương lai cho trạm mưa lưu vực sông Cả dựa... tin cậy kết tính tốn Nghiên cứu minh họa kết tính tốn cho lưu vực sơng Cả Từ kết tính tốn thấy tác động BĐKH, lưu vực sông Cả trải qua xu tăng đáng kể mưa cực trị vào cuối kỷ 21, giá trị trung... lai từ 11 mơ hình GCM cho trạm mưa lưu vực Nghiên cứu trình bày phương pháp ước tính thuộc tính mưa cực trị tương lai cho kịch BĐKH dựa số mưa cực trị ETCCDI sở tính tốn đa mơ hình GCMs để cung