Tác động của biến đổi khí hậu đến mối quan hệ cường độ thời gian tần suất của mưa khu vực hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lưu Nhật Linh TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MỐI QUAN HỆ CƯỜNG ĐỘ - THỜI GIAN – TẦN SUẤT CỦA MƯA KHU VỰC HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lưu Nhật Linh TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MỐI QUAN HỆ CƯỜNG ĐỘ - THỜI GIAN – TẦN SUẤT CỦA MƯA KHU VỰC HÀ NỘI Chuyên ngành: Khí tượng Khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH iii DANH MỤC BẢNG v Lời cảm ơn Mở đầ u Chương Tổ ng quan vấ n đề nghiên cứu 1.1 Đă ̣t vấ n đề 1.2 Khái niệm đường cong IDF mưa 1.3 Mu ̣c tiêu của luâ ̣n văn 1.4 Tổ ng quan về vấ n đề nghiên cứu 1.4.1 Nghiên cứu về phương pháp hiê ̣u chỉnh sai số đố i với lươ ̣ng mưa 1.4.2 Nghiên cứu về xây dựng đường cong IDF 13 1.4.3 Nhâ ̣n xét chung 19 Chương Pha ̣m vi, số liê ̣u phương pháp nghiên cứu 21 2.1 Pha ̣m vi và số liê ̣u nghiên cứu 21 2.1.1 Phạm vi nghiên cứu 21 2.1.2 Số liệu quan trắc 24 2.1.3 Số liệu kịch 24 2.1.4 Xử lý số liệu 25 2.2 Phương pháp hiệu chỉnh thống kê 25 2.3 Phương pháp xây dựng đường cong IDF 28 2.3.1 Phương pháp phân tích tần suất 28 2.3.2 Phương pháp ̣ quy mô thời gian 30 i Chương Kế t quả và thảo luâ ̣n 33 3.1 Đánh giá kỹ phương pháp hiệu chỉnh sai số mưa 33 3.1.1 Đánh giá cho thời kỳ phụ thuộc 33 3.1.2 Đánh giá cho thời kỳ độc lập 37 3.2 Xây dựng đường cong IDF cho khu vực Hà Nội 41 3.2.1 Đường cong IDF cho thời kỳ 41 3.2.2 Đường cong IDF cho thời kỳ tương lai tác động biến đổi khí hậu 43 3.2.3 Tính chưa chắn xây dựng đường cong IDF cho tương lai 47 Kế t Luâ ̣n 54 Kiế n Nghi 56 ̣ Tài liê ̣u tham khảo 57 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Ví du ̣ minh ho ̣a về đường cong IDF (Lê Minh Nhâ ̣t 2008) [12] Hình 1.2 Minh họa phương pháp Quantile – Quantile (Amengual nnk, 2012) [1] 11 Hình 1.3 So sánh đường cong IDF tương lai thu từ phương pháp mạng thần kinh nhân tạo phân tách ngẫu nhiên (Mirhosseini nnk, 2014) [16] 16 Hình 1.4 So sánh cường độ mưa thời kỳ sở thời kỳ tương lai (Wang nnk, 2014) [24] 18 Hình 2.1 Minh họa phân bố tích lũy mưa (màu đỏ: quan trắc, màu xanh: mơ hình) 26 Hình 2.2 Mố i quan ̣ giữa xác suấ t tích lũy và đường cong IDF (Lê Minh Nhâ ̣t 2008) [12] 29 Hình 3.1 So sánh biến trình năm lượng mưa (cột) tần suất số ngày mưa (đường) số liệu quan trắc (xanh lá), mơ hình thơ (xanh nước biển) mơ hình sau hiệu chỉnh (đỏ) giai đoạn 1976 - 2005; a) ACCESS1-0, b) GFDL-CM3, c) GFDL-ESM2G, d) MRICGCM3, e) NorESM1-M 34 Hình 3.2 Q-Q plot lượng mưa cực trị (>= phân vị 95%) từ mô hình (xanh) mơ hình sau hiệu chỉnh (đỏ) giai đoạn 1976 - 2005; a) ACCESS1-0, b) GFDL-CM3, c) GFDL-ESM2G, d) MRI-CGCM3, e) NorESM1-M 36 Hình 3.3 So sánh biến trình năm lượng mưa (cột) tần suất số ngày mưa (đường) số liệu quan trắc (xanh lá), mơ hình thơ (xanh nước biển) mơ hình sau hiệu chỉnh (đỏ) giai đoạn 1961 - 1975; a) ACCESS1-0, b) GFDL-CM3, c) GFDL-ESM2G, d) MRICGCM3, e) NorESM1-M 38 Hình 3.4 Q-Q plot lượng mưa cực trị (>= phân vị 95%) mơ hình (xanh) mơ hình sau hiệu chỉnh (đỏ) giai đoạn 1961 - 1975; a) ACCESS1-0, b) GFDL-CM3, c) GFDL-ESM2G, d) MRI-CGCM3, e) NorESM1-M 40 Hình 3.5 Đường cong IDF mưa trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 1976 - 2005 42 Hình 3.6 Đường cong IDF mưa trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP4.5 44 Hình 3.7 Đường cong IDF mưa trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP8.5 46 iii Hình 3.8 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) 48 Hình 3.9 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) 49 Hình 3.10 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 10 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) 50 Hình 3.11 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 25 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) 51 Hình 3.12 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 50 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) 52 Hình 3.13 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 100 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) 53 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các mơ hình khí hậu toàn cầu sử dụng nghiên cứu [6] 25 Bảng 3.1 Sai số trung bình ME mô lượng mưa trạm Láng thời kỳ 19762005; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh 35 Bảng 3.2 Sai số trung bình ME mơ số ngày mưa trạm Láng thời kỳ 19762005; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh 35 Bảng 3.3 Sai số trung bình ME mô lượng mưa cực trị (>= phân vị 95%) thời kỳ 1976-2005; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh 37 Bảng 3.4 Sai số trung bình ME mơ lượng mưa trạm Láng thời kỳ 19611975; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh 38 Bảng 3.5 Sai số trung bình ME mô số ngày mưa trạm Láng thời kỳ 19611975; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh 39 Bảng 3.6 Sai số trung bình ME mơ lượng mưa cực trị (>= phân vị 95%) thời kỳ 1961-1975; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh 40 Bảng 3.7 Cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 1976 – 2005 43 Bảng 3.8 Mức biến đổi cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP4.5 44 Bảng 3.9 Cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP4.5 45 Bảng 3.10 Mức biến đổi cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP4.5 46 Bảng 3.11 Cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP8.5 46 Bảng 3.12 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại năm 48 Bảng 3.13 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại năm 49 v Bảng 3.14 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 10 năm 50 Bảng 3.15 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 25 năm 51 Bảng 3.16 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 50 năm 52 Bảng 3.17 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 100 năm 53 vi Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Mai Văn Khiêm định hướng nghiên cứu phương pháp luận cho suốt trình thực nghiên cứu Luận văn thạc sỹ Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tập thể đội ngũ giảng viên, cán Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN giúp trang bị kiến thức chuyên môn kinh nghiệm nghiên cứu quý báu suốt trình thực Luận văn Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo cán Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng - Khí hậu tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp số liệu, tài liệu tận tình giúp đỡ tơi q trình thực Luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc người thân gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu thực Luận văn Mở đầ u Mưa yếu tố khí hậu đặc biệt quan trọng đời sống người Các đặc trưng liên quan đến mưa cường độ, thời gian mưa, tần suất xuất có ảnh hưởng to lớn đến nhiều ngành nghề ảnh hưởng trực tiếp đến giới sinh vật tồn trái đất Các đặc trưng mưa ảnh hưởng trực tiếp đến sản suất nông nghiệp, đến sinh tồn loại cây, có tác động khơng nhỏ đến sách chiến lược xây dựng đập thủy điện, đê điều, quy hoạch, quản lý tài nguyên nước Mưa cũng biến đầu vào quan trọng cho mơ hình thủy văn, thủy lực, đờ ng thời có ảnh hưởng to lớn đến thảm thực vật bề mặt trái đất Và đặc biệt quan trọng, cường độ thời gian mưa tác động trực tiếp đến tượng cực đoan thủy văn có thể ảnh hưởng trực tiế p đế n tin ́ h ma ̣ng người lũ quét, sạt lở đất … Hiện này, việc dự tính mưa vẫn bài toán khó đối với hầ u hế t các quố c gia giới, kể cả quố c gia phát triể n My,̃ Nhâ ̣t hay các quố c gia Châu Âu Khả dự báo lươ ̣ng mưa mô ̣t xác suấ t rấ t thấ p Vì vâ ̣y, rấ t nhiề u nghiên cứu hiệu chỉnh sai số theo nhiề u hướng khác đươ ̣c áp du ̣ng rô ̣ng raĩ nhằ m giảm sai số ̣ thống từ các mô hin ̀ h khí hậu mô ̣t cách tố i ưu nhấ t có thể Tuy nhiên, cần khẳng đinh ̣ rằ ng, sẽ không có phương pháp hiệu chỉnh nào hoàn hảo loại bỏ đươ ̣c hoàn toàn sai số Và viê ̣c áp du ̣ng phương pháp hiê ̣u chin ̉ h sai số cũng chính là nguồn gây các sai số khác Mặc dù vâ ̣y, hiê ̣u chỉnh sai số từ mô hin ̀ h điề u cầ n thiế t và quan tro ̣ng viê ̣c giảm tính chưa chắ c chắ n bài toán dự tính khí hậu tương lai Việc xây dựng đánh giá đường cong Cường độ - thời đoạn – tần suất (IDF) mưa ứng với khoảng thời gian khác tiêu chuẩn quan trọng để thiết kế hệ thống thủy văn cơng trình liên quan nên quan tâm nghiên cứu từ sớm giới (Sherman 1931, Bernard 1932) [4, 23] Ban Liên Chính phủ Biến đổi Khí hậu, IPCC (2013) [9] kết luận biến đổi khí hậu dẫn đến gia tăng tượng thời tiết, khí hậu cực đoan, cường độ tần xuất Sự biến đổi 50 Năm 100 Năm 39.8 42.6 39.6 42.4 40.4 43.0 41.2 43.4 41.6 44.2 43.8 45.8 46.2 48.2 48.0 50.2 52.0 54.0 Bảng 3.9 Cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP4.5 Đơn vị: mm/giờ Thời đoạn Năm Năm 10 Năm 25 Năm 50 Năm 100 Năm 15' 121.6 170.6 201.3 238.8 266.6 293.7 30' 98.5 144.4 174.3 211.4 238.3 265.6 1h 73.9 111.1 135.5 166.6 189.3 212.1 1.5h 55.5 83.5 101.8 125.0 142.4 159.2 2h 45.9 69.7 85.5 105.4 120.3 135.2 4h 27.1 42.2 52.2 65.0 74.6 83.9 8h 16.5 27.0 34.2 43.2 50.0 56.6 12h 12.6 20.6 25.9 32.8 37.9 43.1 24h 7.8 13.2 17.0 21.7 25.3 28.9 b) Theo kịch RCP8.5 Hình 3.7, Bảng 3.10 Bảng 3.11 thể thông tin đường cong IDF mức biến đổi vào cuối kỷ 2070 – 2099 trạm Láng theo kịch RCP8.5 Nhìn chung, theo kịch RCP8.5, cường độ mưa sẽ tăng lên tương lai, mức tăng xấp xỉ với mức tăng theo kịch RCP4.5 Đối với tần suất lặp lại 100 năm: Cường độ mưa ứng với thời đoạn 15 phút vào cuối kỷ theo kịch RCP8.5 285.9 mm/giờ, tăng lên 38.8% so với thời kỳ sở Với thời đoạn mưa giờ, cường độ mưa trung bình vào cuối kỷ tăng lên 35.4%, đạt mức 200.8 mm/giờ Và với thời đoạn mưa 24 giờ, cường độ mưa trung bình tăng lên 63.2%, mức tăng lớn thời đoạn tần suất lặp lại theo kịch RCP8.5 Mức tăng lên ứng với cường độ mưa 30.6 mm/giờ (Bảng 3.10) Đối với tần suất lặp lại 25 năm: mức độ biến đổi cường độ mưa ứng với thời đoạn 15 phút 33.2% Mức biến đổi tương ứng với cường độ mưa trung bình 15 phút vào cuối kỷ 233.6 mm/giờ Cường độ mưa lớn nhiều so với cường độ mưa 15 phút với tần suất lặp lại 100 năm thời kỳ Với thời đoạn mưa 60 phút, cường độ mưa vào cuối kỷ theo kịch RCP8.5 157.9 45 mm/giờ, tăng lên 30.2% so với thời kỳ Với thời đoạn mưa 24 giờ, cường độ mưa tương lai tăng lên 58.8%, đạt mức 23.1 mm/giờ (Bảng 3.10 Bảng 3.11) Đối với tần suất lặp lại năm: Cường độ mưa 15 phút vào cuối kỷ tăng lên 5.4% Cường độ tương ứng với mức tăng 119.6 mm/giờ Cường độ mưa thời đoạn 60 phút 24 theo kịch RCP8.5 68.4mm/giờ 8.4 mm/giờ Mức tăng tương ứng với cường độ mưa trung bình 4.2 38% (Bảng 3.10 Bảng 3.11) Hình 3.7 Đường cong IDF mưa trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP8.5 Bảng 3.10 Mức biến đổi cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP4.5 Đơn vị: % Thời đoạn Năm Năm 10 Năm 25 Năm 50 Năm 100 Năm 15' 5.4 21.4 27.6 33.2 36.6 38.8 30' 4.4 19.4 25.6 31.0 34.0 36.4 1h 4.2 19.0 25.0 30.2 33.0 35.4 1.5h 5.0 19.2 25.0 30.2 33.2 35.4 2h 6.0 20.0 25.8 30.8 33.6 35.8 4h 10.2 23.6 29.2 33.8 36.4 38.6 8h 17.2 30.0 35.4 39.8 42.6 44.4 12h 23.2 35.6 40.8 45.4 47.8 49.8 24h 38.0 50.0 54.6 58.8 61.4 63.2 Bảng 3.11 Cường độ mưa ứng với thời đoạn tần suất lặp lại khác trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch RCP8.5 Đơn vị: mm/giờ 46 Thời đoạn Năm Năm 10 Năm 25 Năm 50 Năm 100 Năm 15' 119.6 167.8 197.3 233.6 260.5 285.9 30' 94.5 138.8 167.4 202.7 228.8 254.4 1h 69.4 105.3 128.7 157.9 179.3 200.8 1.5h 51.8 78.5 96.0 118.0 134.3 150.3 2h 42.7 65.5 80.6 99.5 113.5 127.3 4h 25.6 40.0 49.7 61.8 70.7 79.7 8h 16.0 26.3 33.3 42.1 48.7 55.2 12h 12.5 20.5 25.9 32.8 37.9 43.0 24h 8.4 14.2 18.1 23.1 26.9 30.6 Nhận xét chung: Trong tương lai, vào cuối kỷ, cường độ mưa có xu tăng lên thời đoạn tần suất lặp lại khác Các kiện mưa chưa xảy chuỗi số liệu 30 năm quan trắc dự tính sẽ xảy nhiều tương lai theo kịch RCP4.5 RCP8.5 Mức tăng cường độ mưa lớn dần theo tăng lên thời đoạn tần suất lặp lại Theo kịch RCP4.5, cường độ mưa thời đoạn 15 phút tăng lên từ 7.2 đến 42.6% từ 28.4 đến 54% thời đoạn 24 Theo kịch RCP8.5, mức tăng cường độ mưa dao động từ 5.4% đến 38.8% 38% đến 63% tương ứng với thời đoạn 15 phút 24 Như vậy, kịch RCP4.5 cho mức tăng lớn thời đoạn mưa 15 phút so với kịch RCP8.5, ngược lai thời đoạn mưa 24 3.2.3 Tính chưa chắn xây dựng đường cong IDF cho tương lai Trong mục này, tính chưa chắn xây dựng đường cong IDF cho giai đoạn cuối kỷ xem xét tính tốn Từ phương án tính tốn khác nhau, phân vị 25% 75% sẽ tính tốn thể qua dạng biểu đồ Box Plot với bảng kết Dưới nhận xét đánh giá Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi đường cong IDF với tần suất lặp lại năm cho trạm Láng, Hà Nội đưa Hình 3.8 Bảng 3.12 Với thời đoạn mưa 15 phút, kịch RCP4.5 đưa khoảng biến đổi dao động từ -41.5 đến 63%, khoảng biến đổi theo kịch RCP8.5 rộng nhiểu, từ -82 đến 85% Đối với thời đoạn mưa giờ, kịch RCP8.5 cho khoảng biến đổi lớn so với RCP4.5, từ -66.5 đến 65% so với -22.5 đến 49% Và thời đoạn mưa 24 giờ, kịch RCP8.5 có khoảng dao động lớn RCP4.5, khoảng dao động 47 thời đoạn mưa nhỏ thời đoạn ngắn đề cập đến trước kịch Cụ thể, khoảng dao động tương ứng với kịch đến 42% 18 đến 64.5% Hình 3.8 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) Bảng 3.12 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại năm Năm RCP4.5 RCP8.5 P25 P75 P25 P75 15' -41.5 63 -82.5 85 30' -35 57.5 -75.5 75.5 1h -27.5 52.5 -66.5 65.5 1.5h -22.5 49 -59.5 60.5 2h -19 47.5 -53.5 57 4h -9.5 42 -35.5 49 8h 0.5 37.5 -10.5 41.5 Đơn vị: % 12h 24h 5.5 38.5 42 18 46 64.5 Đối với tần suất lặp lại năm, khoảng dao động dự tính cường độ mưa theo thời đoạn tần suất lặp lại khác lớn so với tần suất năm phân tích trước Cụ thể, với thời đoạn mưa 15 phút, khoảng biến đổi cường độ mưa vào cuối kỷ dao động từ -41 đến 101.5% theo kịch RCP4.5 từ -83 đến 122% theo kịch RCP8.5 Với thời đoạn mưa giờ, khoảng dao động tương ứng từ -27 đến 86.5% -67.5 đến 100% Đối với thời đoạn mưa 24 giờ, khoảng dao động cường độ mưa nhỏ tần suất lặp lại năm Mức dao động tương ứng với kịch trung bình RCP4.5 kịch cao RCP8.5 vào cuối kỷ 20.5 đến 58.5% 25.5 đến 73% (Bảng 3.13 Hình 3.9) 48 Hình 3.9 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) Bảng 3.13 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại năm Năm RCP4.5 RCP8.5 P25 P75 P25 P75 15' -41 101.5 -83 122 30' -34.5 94 -76.5 110.5 1h -27 86.5 -67.5 100 1.5h -22 82.5 -61 94 2h -18.5 79.5 -55 90 4h -9.5 73 -37.5 81 8h 66.5 -13 72.5 Đơn vị: % 12h 24h 20.5 63 58.5 25.5 67.5 73 Đối với tần suất lặp lại 10 năm, khoảng dao động theo kịch RCP4.5 RCP8.5 lớn so với tần suất lặp lại trước Cụ thể, với thời đoạn mưa 15 phút, khoảng dao động mức biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 từ -41% đến 118% theo kịch RCP8.5 từ -83.5% đến 136.5% Với thời đoạn mưa 60 phút, mức biến đổi cường độ mưa dao động từ -27 đến 101% -68 đến 114% tương ứng với kịch trung bình kịch cao Với thời đoạn mưa 24 giờ, cường độ mưa trung bình theo kịch RCP4.5 tăng từ 20.5 đến 71% theo kịch RCP8.5 từ 27.5 đến 80.5% (Hình 3.10 Bảng 3.14) Một điểm đáng lưu ý từ tần suất lặp lại có cường độ mưa với xu hoàn toàn tăng lên thời đoạn 12h 24h, thời đoạn ngắn hơn, hầu hết có mơ hình dự tính xu giảm cường độ mưa 49 Hình 3.10 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 10 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) Bảng 3.14 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 10 năm 10 Năm P25 RCP4.5 P75 P25 RCP8.5 P75 15' -41 118 -83.5 136.5 30' -34.5 109.5 -77 125 1h -27 101 -68 114 1.5h -22.5 96.5 -61.5 107.5 2h -18.5 93 -55.5 103.5 4h -9.5 86 -38 94 8h 1.5 79 -13.5 85 Đơn vị: % 12h 24h 20.5 74.5 71 27.5 80 80.5 Đối với tần suất lặp lại 25 năm, khoảng biến đổi cường độ mưa mở rộng phía phân vị 25% phân vị 75% Theo kịch RCP4.5, cường độ mưa trung bình thời đoạn 15 phút biến đổi từ -41% đến 132.5% theo kịch RCP8.5, mức biến đổi dao động từ -83.5 đến 149.5% Với thời đoạn mưa giờ, mức biến đổi cường độ mưa dao động từ -26.5 đến 114% theo kịch RCP4.5 từ -68 đến 126% theo kịch RCP8.5 Với thời đoạn mưa 12 24 giờ, cường độ mưa trung bình tăng lên tương ứng từ đến 85.5% 20.5 đến 82% theo kịch trung bình Mức tăng tương ứng với thời đoạn theo kịch cao từ đến 91% từ 29 đến 87.5% (Bảng 3.15 Hình 3.11) 50 Hình 3.11 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 25 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) Bảng 3.15 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 25 năm 25 Năm P25 RCP4.5 P75 P25 RCP8.5 P75 15' -41 132.5 -83.5 149.5 30' -34 123 -77.5 137.5 1h -26.5 114 -68 126 1.5h -22 109 -61.5 119.5 2h -18.5 105.5 -56 115 4h -9 97.5 -39 105.5 8h 1.5 90 -14.5 96 Đơn vị: % 12h 24h 20.5 85.5 82 29 91 87.5 Đối với tần suất 50 năm, cường độ mưa trung bình thời đoạn 15 phút có xu biến đổi khoảng từ -41 đến 141% theo kịch RCP4.5 Mức biến đổi tương ứng theo kịch RCP8.5 cường độ mưa thời đoạn từ -83.5 đến 157% Với thời đoạn mưa 60 phút, cường độ mưa trung bình vào cuối kỷ biến đổi từ -26.5 đến 121.5% theo kịch RCP4.5, từ -68.5 đến 133% theo kịch RCP8.5 Đối với thời đoạn mưa 12 24 giờ, mức biến đổi theo kịch RCP4.5 từ đến 91.5% 20.5 đến 88% Theo kịch RCP8.5, mức tăng cường độ mưa theo thời đoạn tương ứng 3.5 đến 97% 30.5 đến 91.5% (Hình 3.12 Bảng 3.16) 51 Hình 3.12 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 50 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) Bảng 3.16 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 50 năm 50 Năm P25 RCP4.5 P75 P25 RCP8.5 P75 15' -41 141 -83.5 157 30' -34 130.5 -77.5 144.5 1h -26.5 121.5 -68.5 133 1.5h -22 116.5 -62 126.5 2h -18.5 112.5 -56.5 122 4h -9 104.5 -39.5 112 8h 96.5 -15 102.5 Đơn vị: % 12h 24h 20.5 91.5 88 3.5 30.5 97 91.5 Đối với tần suất lặp lại 100 năm, kiện mưa với tính chất cực đoan lớn, khoảng biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại lớn tất tần suất lặp lại xét đến nghiên cứu Với thời đoạn mưa 15 phút, mức biến đổi cường độ mưa vào cuối kỷ theo kịch RCP4.5 dao động từ -40.5 đến 147.5%, theo kịch RCP8.5, mức biến đổi từ 84% đến 162.5% Với thời đoạn mưa 60 phút, mức biến đổi dao động từ -26.5 đến 127.5% từ -68.5 đến 138.5% theo kịch trung bình kịch cao Đối với thời đoạn mưa 12 24 giờ, mức tăng cường độ mưa trung bình theo kịch RCP4.5 từ đến 96.5% 20.5 đến 93% Theo kịch cao RCP8.5, khoảng biến đổi rộng so với kịch RCP4.5, từ đến 102% với thời đoạn 12 31 đến 95% với thời đoạn 24 (Bảng 3.17 Hình 3.13) 52 Hình 3.13 Tính chưa chắn dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 100 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5) Bảng 3.17 Tổ hợp theo phân vị khác mức độ biến đổi cường độ mưa theo kịch RCP4.5 RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 100 năm 100 Năm P25 RCP4.5 P75 P25 RCP8.5 P75 15' -40.5 147.5 -84 162.5 30' -34 137 -77.5 150 1h -26.5 127.5 -68.5 138.5 1.5h -22 122 -62 131.5 2h -18 118.5 -56.5 127 4h -9 109.5 -39.5 117 8h 101 -15.5 107 Đơn vị: % 12h 24h 20.5 96.5 93 31 102 95 Nhận xét chung: Từ phân tích đây, thấy việc dự tính cường độ mưa theo thời đoạn tần suất lặp lại khác chứa đựng tính khơng chắn tương đối cao Trong đó, tính khơng chắn lớn dần theo giảm xuống thời đoạn mưa Nói cách khác, thời đoạn ngắn, tính khơng chắn lớn nhiều so với thời đoạn dài Sự khơng chắn sinh q trình chi tiết hóa mặt thời gian từ số liệu có quy mơ ngày Thời đoạn ngắn, sai số sẽ nhiều Tính khơng chắn có xu lớn tần suất lặp lại lớn Với kiện mưa có tính chất cực đoan, tính khơng chắn lại thể rõ rệt 53 Kế t Luâ ̣n Luận văn thực nhằm đạt được mục tiêu bao gồm: áp dụng phương pháp chi tiết hóa hiệu chỉnh sai số phù hợp lượng mưa ngày cho trạm khí tượng Láng, Hà Nội; đánh giá mức độ biến đổi tương lai đường cong IDF tác động biến đổi khí hậu Từ đánh giá chương 3, rút số kết luận sau:  Phương pháp hiệu chỉnh Quantile – Mapping áp dụng cho thời kỳ phụ thuộc cải thiện tốt kết mô lượng mưa từ mô hình tồn cầu biến trình năm, tần suất số ngày mưa giá trị mưa cực đoan trạm khí tượng Láng, Hà Nội  Phương pháp hiệu chỉnh cho thấy ưu điểm việc cải thiện tần suất số ngày mưa biến trình năm lượng mưa áp dụng cho thời kỳ độc lập Đối với giá trị mưa cực đoan, phương pháp điều chỉnh tốt giá trị mưa nhỏ 180mm/ngày, giá trị lớn 180 mm/ngày cho chênh lệch đáng kể so với giá trị quan trắc  Đường cong IDF mưa thời kỳ xây dựng dựa chuỗi số liệu quan trắc 30 năm (1976 - 2005) với thời đoạn từ 15 phút đến 24 sử dụng phương pháp phân tích tần suất hàm cực trị Gumbel  Trong tương lai, cường độ mưa có xu tăng lên thời đoạn tần suất lặp lại xem xét theo phương án tổ hợp trung bình Các kiện mưa chưa xảy chuỗi số liệu 30 năm quan trắc dự tính sẽ xảy nhiều tương lai theo kịch RCP4.5 RCP8.5 Mức tăng cường độ mưa lớn dần theo tăng lên thời đoạn tần suất lặp lại Theo kịch RCP4.5, cường độ mưa thời đoạn 15 phút tăng lên từ 7.2 đến 42.6% từ 28.4 đến 54% thời đoạn 24 Theo kịch RCP8.5, mức tăng cường độ mưa dao động từ 5.4% đến 38.8% 38% đến 63% tương ứng với thời đoạn 15 phút 24 Như vậy, kịch 54 RCP4.5 cho mức tăng lớn thời đoạn mưa 15 phút so với kịch RCP8.5, ngược lai thời đoạn mưa 24  Tính khơng chắn dự tính mức độ biến đổi đường cong IDF thơng qua tính tốn tổ hợp theo phân vị 25% 75% từ phương án mơ hình Dự tính cường độ mưa theo thời đoạn tần suất lặp lại khác chứa đựng tính khơng chắn tương đối cao Trong đó, tính khơng chắn lớn dần theo giảm xuống thời đoạn mưa Với thời đoạn ngắn, tính khơng chắn lớn nhiều so với thời đoạn dài Sự khơng chắn sinh q trình chi tiết hóa mặt thời gian từ số liệu có quy mơ ngày Thời đoạn ngắn, sai số sẽ nhiều Tính khơng chắn có xu lớn tần suất lặp lại lớn Với kiện mưa có tính chất cực đoan, tính khơng chắn lại thể rõ rệt Bên cạnh đó, kịch cao RCP8.5 cho dự tính biến đổi cường độ mưa với tính chưa chắn lớn so với kịch trung bình RCP4.5, thể qua độ rộng khoảng biến đổi phân vị 25% phân vị 75% Dải biến đổi cường độ mưa theo phương án sử dụng dương âm, đại diện cho xu tăng giảm đa số thời đoạn xem xét Tuy nhiên, với thời đoạn 12 24 giờ, cường độ mưa có xu tăng lên theo kịch RCP4.5 RCP8.5 55 Kiế n Nghi ̣ Từ kết luận rút dựa kết phân tích nghiên cứu, luận văn đưa số kiến nghị sử dụng kết sau:  Kịch biến đổi đường cong IDF theo phương án tổ hợp trung bình xem phương án có tính chắn cao an toàn sử dụng vào mục đích thiết kế cơng trình phục vụ quy hoạch Kết đạt từ luận văn hoàn tồn áp dụng vào thực tiễn nghiên cứu sâu đánh giá tác động  Người sử dụng cần xem xét kỹ lưỡng đến tính chưa chắn áp dụng kết tùy thuộc vào mục đích sử dụng Với mục đích thiết kế cơng trình mang tính tạm thời, áp dụng kết theo kịch RCP4.5 Và với mục đích thiết kế cơng trình mang tính lâu dài vĩnh cửu, phương án kịch RCP8.5 cần xem xét tính tốn kỹ lưỡng 56 Tài liêụ tham khảo Amengual A, Homar V, Romero R, Alonso S, Ramis C (2012) A statistical adjustment of regional climate model outputs to local scales: application to Platja de Palma, Spain J Clim 25:939–957 Argüeso, D., Evans, J P., and Fita, L.: Precipitation bias correction of very high resolution regional climate models, Hydrol Earth Syst Sci., 17, 4379-4388, doi:10.5194/hess-17-4379-2013, 2013 Bennett, J C., Grose, M R., Corney, S P., White, C J., Holz, G K., Katzfey, J J., Post, D A and Bindoff, N L (2014), Performance of an empirical biascorrection of a high-resolution climate dataset Int J Climatol., 34: 2189–2204 doi:10.1002/joc.3830 Bernard, M M (1932): Formulas for rainfall intensities of long durations, Transactions ASCE, 96, 592–624 Christensen, J H., F Boberg, O B Christensen, and P Lucas-Picher (2008), On the need for bias correction of regional climate change projections of temperature and precipitation, Geophys Res Lett., 35, L20709, doi:10.1029/2008GL035694 CSIRO and Bureau of Meteorology 2015, Climate Change in Australia Information for Australia’s Natural Resource Management Regions: Technical Report, CSIRO and Bureau of Meteorology, Australia Ines, V.M and Hansen, J W Bias correction of daily GCM rainfall for crop simulation studies Agricultural and Forest Meteorology 138 (2006): 44–53 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (2007), Climate change 2007: The physical science basis Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (2013), Climate change 2013: The physical science basis 57 10 Jakob Themeßl, M., Gobiet, A and Leuprecht, A (2011), Empirical-statistical downscaling and error correction of daily precipitation from regional climate models Int J Climatol., 31: 1530–1544 doi:10.1002/joc.2168 11 Kumar Mishra, B and Herath, S (2014) "Assessment of Future Floods in the Bagmati River Basin of Nepal Using Bias-Corrected Daily GCM Precipitation Data." J Hydrol Eng., 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001090, 05014027 12 Le Minh Nhat (2008): Development of Intensity-Duration-Frequency Relationships Based on Scaling Characteristics of Rainfall Extremes, Doctoral Dissertation 13 Liew, S C., Raghavan, S V and Liong, S.-Y (2014), How to construct future IDF curves, under changing climate, for sites with scarce rainfall records? Hydrol Process., 28: 3276–3287 doi: 10.1002/hyp.9839 14 Menabde, M., Seed A and Pegram G (1999): A simple scaling model for extreme rainfall, Water Resources Research, 35 (1999), 335–339 15 Mirhosseini G, Srivastava P, Stefanova L (2012), The Impact of Climate Change on Rainfall Intensity–Duration–Frequency (IDF) Curves in Alabama Reg Environ Chang 13(S1):25–33 doi:10.1007/s10113-012-0375-5 16 Mirhosseini, G., Srivastava, P., and Fang, X (2014) "Developing Rainfall Intensity-Duration-Frequency Curves for Alabama under Future Climate Scenarios Using Artificial Neural Networks." J Hydrol Eng., 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000962, 04014022 17 Nguyen, T-D., Nguyen, V-T-V., Gachon, P (2007) A spatial-temporal downscaling approach for construction of intensity-duration-frequency curves in consideration of GCM based climate change scenarios, in “Advances in Geosciences, Vol 6: Hydrological Science”, N Park et al (Eds.), World Scientific Publishing Company, pp 11-21 18 Nguyen, V-T-V., Nguyen, T-D., and Cung, A (2007), A Statistical Approach to Downscaling of Sub-daily Extreme Rainfall Processes for Climate-Related 58 Impacts Studies in Urban Areas, Water Science and Technology: Water Supply, Vol 7, No 2, pp 183-192 19 Piani, C.; Haerter, J O.; and Coppola, E Statistical bias correction for daily precipitation in regional climate models over Europe 2009 20 Rodríguez, R., Navarro, X., Casas, M C., Ribalaygua, J., Russo, B., Pouget, L and Redaño, A (2014), Influence of climate change on IDF curves for the metropolitan area of Barcelona (Spain) Int J Climatol., 34: 643–654 doi: 10.1002/joc.3712 21 S Afrin, M M Islam, and M M Rahman (2015), Development of IDF Curve for Dhaka City Based on Scaling Theory under Future Precipitation Variability Due to Climate Change, International Journal of Environmental Science and Development, Vol 6, No 22 Sharma, D., Gupta D.A., Babel M S Spatial disaggregation of bias-corrected GCM precipitation for improved hydrologic simulation: Ping River Basin, Thailand Hydrology and Earth System Sciences Discussions, (2007): 35–74 23 Sherman, C W (1931): Frequency and intensity of excessive rainfalls at Boston, Massachusetts, Transactions ASCE, 95, 951–960 24 Wang, X., G Huang, and J Liu (2014), Projected increases in intensity and frequency of rainfall extremes through a regional climate modeling approach, J Geophys Res Atmos., 119, 13,271–13,286, doi:10.1002/2014JD022564 25 Winai Chaowiwat (2013): The adaptation of reservoir operations on Sirikit dam under climate change, PhD dissertation 26 Wood, A W., L R Leung, V Sridhar, and D P Lettenmaier (2004), Hydrologic implications of dynamical and statistical approaches to downscaling climate model outputs, Clim Change, 62(1–3), 189–216 27 https://en.wikipedia.org/wiki/Bilinear_interpolation 59 ... QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lưu Nhật Linh TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MỐI QUAN HỆ CƯỜNG ĐỘ - THỜI GIAN – TẦN SUẤT CỦA MƯA KHU VỰC HÀ NỘI Chuyên ngành: Khí tượng... dụng cao thách thức không nhỏ nhà khí tượng thủy văn học Do vậy, tên đề tài ? ?Tác động biến đổi khí hậu đến mối quan hệ cường độ - thời gian - tần suất mưa khu vực Hà Nội? ?? lựa chọn làm chủ đề nghiên... (2012) tiến hành xây dựng đường cong IDF cho tương lai khu vực Alabama nhằm đánh giá mức độ biến đổi cường độ mưa tác động biến đổi khí hậu Nhóm tác giả sử dụng phương án chi tiết hóa động lực với