Bài viết Ứng dụng mô hình động lực trong nghiên cứu hạn khí tượng cho lưu vực sông Cả bước đầu ứng dụng mô hình động lực trong nghiên cứu hạn khí tượng với phạm vi nghiên cứu được giới hạn cho lưu vực sông Cả.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC TRONG NGHIÊN CỨU HẠN KHÍ TƯỢNG CHO LƯU VỰC SƠNG CẢ Nguyễn Tiến Thành Trường Đại học Thuỷ lợi, email: thanhnt@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Trong năm gần đây, thiên tai hạn hán lũ lụt xảy với tần suất cường độ thường xuyên bất thường hơn, đặc biệt hạn hán khu vực miền Trung Ngay tháng đầu năm 2019 hạn hán xảy nghiêm trọng khu vực thiếu hụt lượng mưa nhiệt cao Điều dẫn tới tình trạng thiếu nước cho ngành nơng nghiệp nhân tố làm tăng khả xuất loại hình thiên tai khác cháy rừng Hạn hán chia làm loại bao gồm: i) Hạn khí tượng; ii) Hạn thủy văn; iii) Hạn Nông nghiệp iv) Hạn kinh tế-xã hội Trong đó, hạn khí tượng phản ánh đặc trưng vật lý hạn hán, khách quan nguyên nhân điều kiện thời tiết khí hậu [2] xem xét báo Mục tiêu báo bước đầu ứng dụng mơ hình động lực nghiên cứu hạn khí tượng với phạm vi nghiên cứu giới hạn cho lưu vực sông Cả Lưu vực sơng Cả nằm vùng Bắc Trung bộ, có toạ độ địa lý từ 1815 đến 201030 vĩ độ Bắc; 1034520 đến 1051520 kinh độ Đông Điểm đầu lưu vực nằm toạ độ 201030 độ vĩ Bắc; 1034520 kinh độ Đông Cửa lưu vực nằm toạ độ 184527 độ vĩ Bắc; 105o4640” kinh độ Đông Lưu vực sông Cả nằm hai quốc gia, phần thượng nguồn nằm đất tỉnh Phông Sa Vẳn Sầm Nưa nước Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào Ở Việt Nam, lưu vực sông nằm địa phận tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh Tỷ lệ diện tích lưu vực phía Lào chiếm khoảng 34% tổng diện tích lưu vực DỮ LIỆU VÀ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP 2.1 Dữ liệu Dữ liệu sử dụng tính tốn mơ bao gồm: i) Dữ liệu yếu tố khí tượng tái phân tích từ Trung tâm dự báo hạn vừa châu Âu European Centre for MediumRange Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis systems (ERA-Interim) trường mưa, nhiệt, gió… ii) Trường liệu nhiệt độ bề mặt biển toàn cầu Global Ice Coverage and Sea surface Temperature (GISST) iii) Dữ liệu địa hình thảm phủ thực vật với độ phân giải 30 giây Cục Khảo sát địa chất Hòa Kỳ United State Geological Survey iv) Các liệu mưa thực đo dạng lưới Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) lưu vực nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trong báo phương pháp chi tiết hóa động lực sử dụng mơ hình khí hậu RegCM4.5 (RCM4) với lưới tự lồng sử dụng Phiên RegCM xây dựng dựa MM4 (Mesoscale Model Version 4) Trung tâm quốc gia nghiên cứu khí (NCAR) Trường đại học Tổng hợp Pennsylvania (PSU), Hoa Kỳ, vào cuối năm 1980 [1] Động lực học mô hình bắt nguồn từ MM4, giải phương pháp sai phân hữu hạn cho khí nén được, với giả thiết thỏa mãn cân thuỷ tĩnh sử dụng hệ toạ độ thẳng đứng σ Sau khảo sát thử nghiệm mô với sơ đồ tham số hóa vật lý khác nhau, 715 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Bảng Các số đánh giá sai số thống kê báo chọn lựa sơ đồ tham số hóa bao gồm: Sơ đồ trao đổi sinh - khí (Biosphere Atmosphere Transfer Scheme BATS) đưa vào để biểu diễn trình bề mặt, sơ đồ truyền xạ NCARCCM phiên (CCM3), sơ đồ lớp biên hành tinh địa phương độ phân giải trung bình, sơ đồ đối lưu mây tích kiểu Grell sơ đồ ẩm Trong nghiên cứu này, RCM4 chạy với liệu ERA-Interim (RCM/ERA-Interim) điều kiện ban đầu điều kiện biên mơ hình Trong nghiên cứu này, hệ thống mơ hình động lực chạy với miền lưới tự lồng cho Hình Cơng thức tính < SD < Hoàn hảo: N Fi F N i 1 SD RMSE ME r Khoảng giá trị RMSE < Hoàn hảo: N Fi Oi N i 1 - < ME < Hoàn hảo: N Fi Oi N i 1 N 1 Fi F Oi O 2 N N i 1 Fi F i 1 Oi O -1 r Hoàn hảo: Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng phương pháp số chuẩn hóa lượng mưa (SPI) để phân cấp hạn theo Bảng Bảng Phân cấp hạn theo số SPI [3] Giá trị SPI >2 Hình Bản đồ địa hình miền lưới tính độ phân giải mơ hình (m) Q ẩm ướt 1.5 1.99 Rất ẩm 1.0 1.49 Ẩm vừa phải -0.99 0.99 Gần trung bình -1.0 -1.49 Hơi khô hạn -1.5 -1.99 Hạn nặng -2 Trong đó, miền lưới thứ chạy với độ phân giải 60km 60km, miền lưới thứ hai chạy với độ phân giải 25km 25km miền lưới thứ ba chạy với độ phân giải 10km 10km Khả mơ mơ hình đánh giá theo không gian số đánh giá sai số thống kê thường dùng số độ lệch chuẩn (SD), hệ số tương quan (R), sai số trung bình (ME) sai số bình phương trung bình quân phương (RMSE) (Bảng 1) Trong Bảng 1, đại lượng Fi Oi tương ứng giá trị mơ hình giá trị quan trắc biến (nhiệt độ, lượng mưa), i = 1,2,…, N, N dung lượng mẫu Điều kiện Hạn cực nặng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết mơ mưa Lượng mưa tháng mơ hình đánh giá so sánh với liệu mưa lưới lưu vực sông Cả (gồm diện tích bên Lào) khoảng thời gian 1985-2010 Kết sai số trung bình tháng mơ hình lên tới 70 mm/ tháng cho vùng khu lưu vực Tuy nhiên, vùng hạ lưu thượng lưu sai số giảm đạt khoảng 20 mm/ tháng vùng hạ lưu gần biển Những sai số mơ hình bắt nguồn từ liệu điều kiện biên ban đầu mơ hình, trường hợp sai số 716 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 ban đầu liệu tái phân tích Ngồi ra, q trình sử dụng lưới tự lồng, vai trị việc lựa chọn miền tính quan trọng ảnh hưởng tới kết cuối Tuy nhiên, lý thời gian hiệu máy tính nên tác giả chưa thể thử hết trường hợp để đạt kết tối ưu Mặc dù vậy, kết tính tốn từ báo cho kết tốt dựa số đánh giá thống kê cao R (0.8), RMSE (80mm/ tháng) SD (100mm/tháng) cho toàn lưu vực với độ phân giải 10km 10km Sử dụng liệu mưa tháng từ mơ hình để tính tốn phân cấp hạn khí tượng thử nghiệm với bước thời gian tháng 103°0'0"E 104°0'0"E 105°0'0"E 106°0'0"E kiện hạn cực nặng hạn nặng chiếm khoảng 6%, kiện ẩm ướt ẩm chiếm khoảng 8% Như thấy rằng, việc sử dụng liệu mưa mơ mơ hình RCM4/ERA-Interim cho kết khả quan Hình Phần trăm mức độ hạn sử dụng liệu mơ hình quan trắc giai đoạn 1985-2010 (%) 107°0'0"E Legend # * Trạm mưa Sơng 21°0'0"N 21°0'0"N Ranh giới lưu vực Sai số mơ hình quan trắc mm/tháng High : 70 Low : 20 20°0'0"N 20°0'0"N Que phong # Quy Chau * # * Nghia Lam Huoi Giang # * Hoang Mai # * *# Hop # Tuong Duong Tan * # * # * Quynh Tam # * # * # * Vinh Loc Con Cuong Dua # * # # * # * # * * Phu Son Nghi Lam # * * Do Luong Nam# DanVinh # * # * # *# Dap Toi * # * Loc *# # # * An Loc * #Can Linh# * Cam *# # *# ** # * # * * # # * # * Diem Ha Tinh Son # * # *Ke Go Hoa DuyetChu # * * # Le # * # * # # * Ky Anh * * La Khe # Huong Lam # # * * # * *# Ky Thuong # * Ky Phuong 19°0'0"N 18°0'0"N 103°0'0"E 30 ± 60 104°0'0"E 19°0'0"N 18°0'0"N 120 Miles 105°0'0"E 106°0'0"E 107°0'0"E Hình Sai số trung bình lượng mưa trung bình tháng mơ hình mưa lưới giai đoạn 1985-2010 (mm/ tháng) KẾT LUẬN Mơ hình khí hậu động lực vùng cấu hình chạy ổn định có khả mô tốt liệu mưa tháng Sử dụng liệu mưa này, mức độ hạn làm rõ cho lưu vực sông Cả với phần trăm kiện hạn nặng cực nặng chiếm khoảng 6% chủ yếu xảy vào tháng mùa hè, vào tháng 11 12 Đây sở cho nghiên cứu dự báo cảnh báo hạn sử dụng mơ hình động lực với cấu hình thiết lập tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO 3.2 Kết tính tốn mức độ hạn Kết tính tốn tính tốn mức độ hạn tồn lưu vực giai đoạn 1985-2010 sử dụng số SPI với bước thời gian tháng từ liệu mưa mơ hình quan trắc lưới thể qua phần trăm mức độ hạn Hình Kết cho thấy có chênh lệch kiện hạn gần trung bình, khơ hạn hạn nặng mơ hình quan trắc Tuy nhiên, mức độ chênh lệch không lớn (khoảng 3%) Hình [1] Giorgi, Filippo "Simulation of regional climate using a limited area model nested in a general circulation model." Journal of Climate 3, no (1990): 941-963 [2] Wilhite, D.A and M.H Glantz, Understanding: the drought phenomenon: the role of definitions Water international, 1985 10(3): p 111-120 [3] World Meteorological Organization "Standardized precipitation index user guide." (2012): 1090 717 ... Sử dụng liệu mưa này, mức độ hạn làm rõ cho lưu vực sông Cả với phần trăm kiện hạn nặng cực nặng chiếm khoảng 6% chủ yếu xảy vào tháng mùa hè, vào tháng 11 12 Đây sở cho nghiên cứu dự báo cảnh... đối lưu mây tích kiểu Grell sơ đồ ẩm Trong nghiên cứu này, RCM4 chạy với liệu ERA-Interim (RCM/ERA-Interim) điều kiện ban đầu điều kiện biên mơ hình Trong nghiên cứu này, hệ thống mơ hình động lực. .. cảnh báo hạn sử dụng mơ hình động lực với cấu hình thiết lập tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO 3.2 Kết tính tốn mức độ hạn Kết tính tốn tính tốn mức độ hạn tồn lưu vực giai đoạn 1985-2010 sử dụng số