Xây dựng mô hình cảnh báo sớm h n khí tượng phục vụ công tác khai thác và quản lý tài nguyên nước vùng duyên hải miền trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THÁI HÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẢNH BÁO SỚM HẠN KHÍ TƯỢNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THÁI HÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẢNH BÁO SỚM HẠN KHÍ TƯỢNG PHỤC VỤ CƠNG TÁC KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC Mã số: NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Đăng Tính GS.TS Nguyễn Văn Tỉnh HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả luận án xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn nào, hình thức chưa cơng bố cơng trình khác Việc tham khảo, trích dẫn nguồn tài liệu ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Nguyễn Thái Hà i LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đăng Tính GS.TS Nguyễn Văn Tỉnh, người tận tình bảo hướng dẫn tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Bộ môn Kỹ thuật tài nguyên nước tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ động viên tơi q trình nghiên cứu, thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè, gia đình hỗ trợ, động viên, chia sẻ khó khăn suốt thời gian nghiên cứu làm luận án ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài luận án Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu  Cách tiếp cận luận án:  Các phương pháp nghiên cứu luận án: Ý nghĩa khoa học thực tiễn  Ý nghĩa khoa học:  Ý nghĩa thực tiễn: Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO HẠN 1.1 Khái niệm hạn hán 1.1.1 Định nghĩa phân loại hạn hán 1.1.2 Các số hạn 10 1.1.3 Các đặc trưng hạn hán 20 1.2 Tình hình hạn hán nghiên cứu hạn hán giới 21 1.2.1 Tình hình hạn hán giới 21 1.2.2 Các nghiên cứu hạn hán giới 23 1.3 Tình hình hạn hán nghiên cứu hạn hán Việt Nam .30 iii 1.3.1 Tình hình hạn hán 1.3.2 Các nghiên cứu 1.4 Tổng quan vùng nghiên cứu 1.5 Những thành tựu hạn chế nghiên cứu hạn hán 1.6 Định hướng nghiên cứu luận án CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO HẠN KHÍ TƯỢNG CHO VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG 2.1 Hiện trạng hạn hán vùng nghiên cứu 2.2 Giới thiệu ENSO số liệu cần thu thập 2.3 2.2.1 Giới thiệu ENSO 2.2.2 Các số liệu cần thu Phương pháp dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu 2.3.1 Lựa chọn số hạ 2.3.2 Phân tích đánh giá diễn biến hạn hán vùng nghiên cứu cá hạn 2.3.3 Phân tích ảnh hưởng ENSO đến diễn biến hạn hán vùng ng 2.3.4 Thiết lập mơ hình dự báo hạn khí tượng, đề xuất mơ hình dự báo ph cho vùng nghiên cứu 2.4 Kết luận chương CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẢNH BÁO SỚM HẠN KHÍ TƯỢNG CHO VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG 3.1 Diễn biến hạn hán theo không gian, thời gian vùng nghiên cứu 3.1.1 Phân tích kết kiểm định nội suy lượng mưa nhiệt độ 3.2 3.1.2 Diễn biến hạn hán 3.1.3 Diễn biến hạn hán Ảnh hưởng ENSO đến diễn biến hạn hán vùng nghiên cứu 3.2.1 Diễn biến hạn hán 3.2.2 Đánh giá kết m 3.3 Xây dựng mơ hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu iv 3.3.1 Đánh giá kết mơ hình dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu 108 3.3.2Lựa chọn số để c 3.3.3Lựa chọn mơ hình dự 3.3.4Xây dựng mơ hình 3.3.5Bản đồ số liệu cản 3.4 Kết luận chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt luận án Những đóng góp luận án Những tồn hạn chế luận án Kiến nghị nghiên cứu luận án DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân cấp hạn hán theo số giáng thủy 11 Bảng 1.2 Phân cấp hạn hán theo số SPI [9] 12 Bảng 1.3 Phân cấp hạn theo số K 13 Bảng 1.4 Phân cấp hạn hán theo số độ ẩm tương đối đất RSMI 15 Bảng 1.5 Phân cấp hạn theo số PDSI [13] 17 Bảng 1.6 Phân cấp hạn theo SWSI [19] 19 Bảng 2.1 Xu biển đổi lương mưa theo năm cho trạm mưa vùng DHMT 53 Bảng 2.2 Xu biển đổi nhiệt độ theo năm cho trạm vùng DHMT 54 Bảng 2.3 Phân cấp hạn hán theo số SPI, SPEI [9] 62 Bảng 2.4 Tiêu chí đánh giá chất lượng dự báo [103] 81 Bảng 3.1 Độ tin cậy phép nội suy mưa nhiệt độ (%) 85 Bảng 3.2 Giá trị nhỏ SPI, SPEI thời kỳ phát sinh El Nino 104 Bảng 3.3 Tổng số tháng xảy hạn hán thời kỳ phát sinh El Nino theo số SPI, SPEI 104 Bảng 3.4 Hệ số tương quan trung bình SSTA, SOI với số SPI, SPEI 106 Bảng 3.5 Đánh giá chất lượng dự báo số hạn mơ hình 109 Bảng 3.6 Cấp hạn cấp cảnh báo sớm hạn khí tượng theo số SPEI3 .116 Bảng 3.7 Các tham số mơ hình dự báo cho tháng 118 Bảng 3.8 Kết dự báo số SPEI3 trạm (từ tháng 1/2015 đến 6/2015) 123 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ loại hạn hán [5] Hình 1.2 Bản đồ vùng Duyên hải Miền Tru Hình 1.3 Sơ đồ nội dung phương pháp n Hình 2.1 Tỷ lệ (%) diện tích bị hạn so với Hình 2.2 Tỷ lệ (%) diện tích bị hạn so với t Hình 2.3 Tỷ lệ (%) diện tích bị hạn so với tổng diện tích gieo cấy tồn vùng DHMT 46 Hình 2.4 Vị trí khu vực theo dõi hoạt động ENSO (Nino3.4) Hình 2.5 Vị trí tên trạm Khí tượng Hình 2.6 Diễn biến giá trị SSTA từ năm 19 Hình 2.7 Diễn biến giá trị SOI từ năm 198 Hình 2.8 Sơ đồ minh họa nội dung p Hình 2.9 Ơ lưới vùng nghiên cứu Hình 2.10 Các thành phần mơ hình dự báo thống kê áp dụng giới [85] Hình 2.11 Cấu trúc mơ hình ANFI Hình 2.12 Sơ đồ khối mơ hình Hình 2.13 Cấu trúc mơ hìn Hình 2.14 Sơ đồ khối chương Hình 3.1 Diễn biến hạn hán vùng BTB theo số SPI1 SPEI1 Hình 3.2 Diễn biến hạn hán vùng BTB theo số SPI3 SPEI3 Hình 3.3 Diễn biến hạn hán vùng NTB theo số SPI1 SPEI1 Hình 3.4 Diễn biến hạn hán vùng NTB th Hình 3.5 Diễn biến hạn hán toàn vùng DHMT theo số SPI1 SPEI1 Hình 3.6 Diễn biến hạn hán tồn vùng D Hình 3.7 Số tháng xảy hạn hán theo c vii Hình 3.8 Tỷ lệ DT hạn theo tháng năm hạn điển hình theo số SPEI1 .90 Hình 3.9 Tỷ lệ DT hạn theo tháng năm hạn điển hình theo số SPEI3 90 Hình 3.10 Tỷ lệ DT hạn hán theo số SPI1, SPEI1 thực tế sản xuất nông nghiệp vùng DHMT 92 Hình 3.11 Tỷ lệ DT hạn hán theo số SPI3, SPEI3 thực tế sản xuất nông nghiệp vùng DHMT 92 Hình 3.12 Tần suất (%) xảy hạn số theo không gian 93 Hình 3.13 Tần suất (%) xảy cấp hạn số SPI1 theo không gian 94 Hình 3.14 Tần suất (%) xảy cấp hạn số SPEI1 theo không gian 94 Hình 3.15 Tần suất (%) xảy cấp hạn số SPI3 theo khơng gian 95 Hình 3.16 Tần suất (%) xảy cấp hạn số SPEI3 theo khơng gian 95 Hình 3.17 Tần suất (%) xảy hạn vào tháng số theo khơng gian .96 Hình 3.18 Tần suất (%) xảy hạn vào tháng số theo khơng gian .96 Hình 3.19 Tần suất (%) xảy hạn vào tháng số theo khơng gian .96 Hình 3.20 Tần suất (%) xảy hạn vào tháng số theo khơng gian .97 Hình 3.21 Tần suất (%) xảy hạn vào tháng số theo khơng gian .97 Hình 3.22 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, năm 1988 98 Hình 3.23 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, năm 1993 99 Hình 3.24 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, năm 1998 100 Hình 3.25 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, năm 2005 101 Hình 3.26 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, năm 2005 102 Hình 3.27 Giá trị SPI, SPEI-1 thời kỳ xảy ENSO (1985-2014) 103 Hình 3.28 Giá trị SPI, SPEI-3 thời kỳ xảy ENSO (1985-2014) 103 Hình 3.29 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI theo không gian (với độ trễ j = tháng) 107 Hình 3.30 Tương quan SOI với số SPI, SPEI theo không gian (với độ trễ j = tháng) 108 viii - Trạm Trà My, tỉnh Quảng Nam - Trạm Quảng Ngãi, tỉnh Quảng Ngãi 151 - Trạm Ba Tơ, tỉnh Quảng Ngãi - Trạm Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định 152 - Trạm Quy Nhơn, tỉnh Bình Định - Trạm Tuy Hòa, tỉnh Phú n 153 - Trạm Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên - Trạm Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa 154 - Trạm Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa - Trạm Nha Hố, tỉnh Ninh Thuận 155 - Trạm Phan Rang, tỉnh Ninh Thuận - Trạm Hàm Tân, tỉnh Bình Thuận 156 - Trạm Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận * Ghi chú: Đường nét đứt màu đỏ thể giá trị số SPI, cột màu xanh thể giá trị số SPEI Phụ lục 3.2 Tương quan SSTA, SOI với số SPI, SPEI theo không gian Phụ lục 3.2.1 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) 157 Phụ lục 3.2.2 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.3 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.4 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) 158 Phụ lục 3.2.5 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.6 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.7 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) 159 Phụ lục 3.2.8 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.9 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.10 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = 10 tháng) 160 Phụ lục 3.2.11 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = 11 tháng) Phụ lục 3.2.12 Tương quan SSTA với số SPI, SPEI (độ trễ j = 12 tháng) Phụ lục 3.2.13 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) 161 Phụ lục 3.2.14 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.15 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.16 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) 162 Phụ lục 3.2.17 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.18 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.19 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) 163 Phụ lục 3.2.20 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.21 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = tháng) Phụ lục 3.2.22 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = 10 tháng) 164 Phụ lục 3.2.23 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = 11 tháng) Phụ lục 3.2.24 Tương quan SOI với số SPI, SPEI (độ trễ j = 12 tháng) 165 ... cứu Xây dựng mơ h nh cảnh báo sớm h n khí tượng, đồng thời đưa đồ cảnh báo h n cho vùng nghi n cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH H NH NGHI N CỨU VÀ DỰ BÁO H N 1.1 Khái niệm h n h n 1.1.1 Định nghĩa ph n. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ N NG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI H C THỦY LỢI NGUY N THÁI H XÂY DỰNG MƠ H NH CẢNH BÁO SỚM H N KHÍ TƯỢNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC KHAI THÁC VÀ QU N LÝ TÀI NGUY N NƯỚC VÙNG DUY N H I MI N. .. ph n loại h n h n H n h n ph n tự nhi n khí h u, h n h n h nh thành nhiều nguy n nh n khác nhau, bao gồm thiếu h t mưa, lượng bốc l n việc khai thác mức ngu n tài nguy n nước H n h n xuất khắp giới