Nghiên cứu lựa chọn mạng lưới trạm khí hậu tham chiếu phục vụ giám sát tác động BĐKH cho khu vực Nam Bộ

Mạng khí hậu tham chiếu là mạng bao gồm các trạm khí tượng với mục tiêu giám sát biến đổi khí hậu (BĐKH) và tác động của BĐKH. Mục tiêu của mạng lưới này là cung cấp các quan trắc đồng nhất về nhiệt độ và lượng mưa từ các trạm chuẩn, kết hợp với các quan trắc trong quá khứ để phát hiện và ghi nhận sự thay đổi khí hậu.

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MẠNG LƯỚI TRẠM KHÍ HẬU THAM CHIẾU PHỤC VỤ GIÁM SÁT TÁC ĐỘNG BĐKH CHO KHU VỰC NAM BỘ Đặng Thanh Mai1 Tóm tắt: Mạng khí hậu tham chiếu mạng bao gồm trạm khí tượng với mục tiêu giám sát biến đổi khí hậu (BĐKH) tác động BĐKH Mục tiêu mạng lưới cung cấp quan trắc đồng nhiệt độ lượng mưa từ trạm chuẩn, kết hợp với quan trắc khứ để phát ghi nhận thay đổi khí hậu Nghiên cứu đề xuất phương pháp quy trình ước tính số lượng lựa chọn trạm khí tượng cho mạng khí hậu tham chiếu, ứng dụng cho vùng khí hậu Nam Nghiên cứu thực cách hình thành mạng giả thuyết từ trạm mạng trạm có Kỹ thuật lấy mẫu lại Monte Carlo áp dụng cho trạm khu vực để giảm số trạm liên tiếp so với mạng sở Số lượng trạm tham chiếu thích hợp xác định số lượng trạm cần thiết để tạo lại, giới hạn sai số xác định trước, xu hướng nhiệt độ mưa hàng năm quan trắc lãnh thổ Việc lựa chọn tổ hợp trạm dựa việc phân tích đánh giá tiêu chí sai số giá trị trung bình, sai số xu biến đổi, hệ số tương quan yếu tố đánh giá phân bố theo không gian trạm Số lượng tổ hợp trạm xác định riêng cho giám sát yếu tố nhiệt độ trung bình năm, nhiệt độ cao năm, nhiệt độ thấp năm tổng lượng mưa Mạng khí hậu tham chiếu cho khu vực Nam Bộ gồm 11 trạm khí tượng lựa chọn thỏa mãn mục tiêu xu biến đổi nhiệt độ 0.05oC/thập kỷ mục tiêu xu biến đổi tổng lượng mưa 1,0%/thập kỷ Từ khóa: Mạng khí hậu tham chiếu, giám sát BĐKH, vùng khí hậu Nam Bộ Ban Biên tập nhận bài: 15/03/2019 Ngày phản biện xong: 08/05/2019 Mở đầu Hầu hết trạm khí tượng mạng lưới trạm KTTV Việt Nam thiết lập với mục tiêu quan trắc thay đổi điều kiện khí tượng dự báo thời tiết Dữ liệu từ trạm sử dụng rộng rãi việc phát thay đổi khí hậu đánh giá tác động biến đổi khí hậu đặc biệt đánh giá biến đổi theo thời gian so với trung bình thơng số khí hậu khu vực cụ thể Mạng lưới trạm khí tượng tham chiếu xây dựng mạng lưới trạm khí tượng sở bao gồm trạm có chất lượng cao có tính đại diện theo khơng gian lựa chọn từ mạng lưới trạm Mục tiêu nghiên cứu xây dựng Tổng cục Khí tượng Thủy văn Email: thanhmaidang1973@gmail.com Ngày đăng bài: 25/05/2019 phương pháp xác định mạng trạm khí tượng tham chiếu tối ưu sử dụng giám sát biến đổi yếu tố khí hậu tác động BĐKH đến cực trị yếu tố khí tượng tượng khí tượng nguy hiểm Việt Nam Việc xác định mạng trạm tham chiếu tối ưu cần giải vấn đề xác định số lượng trạm tối ưu cho giám sát đảm bảo yêu cầu lựa chọn tổ hợp trạm phù hợp đưa vào mạng lưới trạm Giả sử mạng trạm đủ dày để xác định đặc trưng thực khí hậu khu vực cách tính trung bình theo khơng gian Q trình giảm độ phân giải mạng cách có hệ thống từ mạng sở cho phép định lượng quan hệ mật độ trạm hiệu suất mạng lưới trạm Cách tiếp cận tối ưu hóa mạng lưới trạm TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 BÀI BÁO KHOA HỌC 10 giám sát giảm độ phân giải mạng cách có hệ thống từ mạng trạm Điều thực cách loại bỏ có chọn lọc số trạm khỏi cấu hình mạng Mỗi lần tạo mạng có độ phân giải khơng gian thấp Mật độ trạm lý tưởng dùng giám sát BĐKH tác động BĐKH số lượng trạm dùng để mô lại sát xu biến đổi cực trị yếu tố khí tượng tượng tượng nguy hiểm so với sử dụng mạng với mục tiêu giám sát xác định trước, ví dụ xu thay đổi nhiệt độ khu vực có sai số tuyệt đối trung bình 0,1°C thập kỷ Phương pháp phân tích suy thối mạng sử dụng để đánh giá mạng trạm quan trắc khí tượng thủy văn có để xác định mật độ mạng cần thiết để đáp ứng mục tiêu giám sát cụ thể Phương pháp mô giảm cấp có hệ thống mật độ mạng trạm xác định mức độ hiệu mạng giảm cấp so với mạng đầy đủ Phương pháp lấy mẫu Monte Carlo, lựa chọn ngẫu nhiên trạm từ tồn mạng trạm có, sử dụng để tạo mạng giảm cấp Các mạng giảm cấp tạo tập hợp mạng đầy đủ, với mật độ liệu khơng gian so với mạng đầy đủ Phương pháp nghiên cứu, sử dụng thiết lập mạng tham chiếu giám sát BĐKH Mỹ Đối với mạng tham chiếu khí hậu Mỹ (CRN), quan Khí Đại dương Quốc gia (NOAA) sử dụng phương pháp để xác định mật độ không gian tổng số trạm quan trắc cần thiết để cải thiện khả quan sát biến đổi khí hậu theo thời gian toàn lãnh thổ Mỹ Nghiên cứu [7] thực cho mạng tham chiếu chia 48 bang thành 115 ô lưới ô lưới tạo mạng giả thuyết từ mẫu đại diện trạm từ mạng sở mật độ cao có Cách tiếp cận lấy mẫu tương tự sử dụng để kiểm tra ảnh hưởng cỡ mẫu đến phép nội suy không gian tổng lượng mưa hàng năm [1] nhiệt độ trung bình hàng tháng [4] Mặc dù phương pháp phân tích suy thối TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 mạng sử dụng để xác định số lượng trạm đánh giá mức độ đầy đủ mật độ trạm khu vực, nhiên phương pháp không trực tiếp xác định vị trí trạm tối ưu để loại bỏ thêm vào mạng Nghiên cứu đề xuất phương pháp lựa chọn tổ hợp trạm tối ưu mạng lưới dựa việc đánh giá tiêu chí sai số xu biến đổi yếu tố, sai số trung bình yếu tố theo thời gian hệ số tương quan hai chuỗi yếu tố xác định từ mạng tối ưu mạng Cách tiếp cận phương pháp phân tích suy thoái mạng minh chứng cách sử dụng liệu nhiệt độ lượng mưa từ mạng lưới trạm vùng khí hậu Nam để ước tính số lượng trạm cần thiết mạng trạm khí tượng tham chiếu cho vùng khí hậu Nam Bộ nhằm đáp ứng mục tiêu giám sát biến đổi khí hậu tác động biến đổi khí hậu tương lai Phương pháp nghiên cứu thu thập số liệu 2.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Theo nghiên cứu phân vùng khí hậu [6], vùng khí hậu Nam Bộ trải rộng từ chân cao nguyên Nam Trung Bộ tới mũi Cà Mau Đặc điểm chung vùng khí hậu Nam Bộ nắng nhiều, nhiệt độ quanh năm cao, khơng có phân mùa chế độ nhiệt, phân mùa rõ rệt chế độ mưa ẩm, mùa mưa trùng với mùa gió mùa mùa hè Nhiệt độ khơng khí trung bình năm khoảng 26,5-27,5oC, biên độ nhiệt năm 3-4oC; tổng lượng mưa trung bình năm khoảng từ 1600mm đến 2500mm Hiện nay, mạng trạm đo đạc khí tượng khu vực có 24 trạm, phần lớn bắt đầu hoạt động sau năm 1979 Mạng lưới trạm khí tượng vùng khí hậu Nam chọn bao gồm 16 trạm khí tượng đo nhiệt độ, lượng mưa yếu tố khí hậu khác 39 năm qua (Hình 1) Các trạm có thời gian quan trắc liên tục dài tiếp tục hoạt động; chuỗi số liệu đánh giá đồng có chất lượng cao, nằm xa khu vực trung tâm đô thị lớn, không chịu tác động trực tiếp từ BÀI BÁO KHOA HỌC hoạt động kinh tế, xã hội mang tính địa phương có điều kiện hoạt động với hành lang kĩ thuật tiêu chuẩn ổn định lâu dài tương lai Trong suốt thời gian hoạt động, sử dụng chủng loại máy thiết bị đo yếu tố khí tượng có tiêu chuẩn độ xác 2.2 Thu thập, xử lý liệu Dữ liệu cho nghiên cứu chuỗi số liệu nhiệt độ trung bình năm, cao trung bình năm, nhiệt độ thấp trung bình năm tổng lượng mưa năm thu thập từ 16 trạm khí tượng từ 1979 đến Các trạm lựa chọn trạm có chuỗi số liệu tương đối đồng đủ dài (39 năm số liệu) Nói chung, mạng lưới trạm khí tượng lựa chọn phân bố tương đối vùng khí hậu Nam Bộ Hình Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thuộc vùng khí hậu Nam Bộ Để loại trừ biến đổi theo vĩ độ địa hình, giá trị yếu tố hàng năm trạm biểu thị độ lệch so với giá trị trung bình hàng năm dài hạn trạm Đối với nhiệt độ, việc chuẩn hóa thực cách lấy nhiệt độ thực tế trạm năm trừ nhiệt độ trung bình nhiều năm trạm: TAi = Ti - T, Trong TAi bất thường trạm (tính theo °C) cho năm i, Ti nhiệt độ thực tế trạm năm i, T nhiệt độ trung bình năm giai đoạn sở (1980-2010) trạm Sự bất thường lượng mưa trạm tính cách chia tổng lượng mưa thực tế năm cho giá trị trung bình giai đoạn sở (1980-2010): PAi = Pi/P Trong PAi chuẩn hóa trạm (tính phần trăm) cho năm i, Pi tổng lượng mưa trạm năm i P lượng mưa trung bình giai đoạn sở (1980-2010) trạm (1) cứu 2.3 Phương pháp nghiên Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích suy thối mạng Monte Carlo để xác định mật (2) trạm khí tượng độ trạm tối ưu cho mạng lưới giám sát BĐKH tác động BĐKH yếu tố, tượng khí tượng cực đoan khu vực Phương pháp thực giảm độ phân giải mạng cách có hệ thống cách loại bỏ có chọn lọc trạm khỏi mạng mật độ đầy đủ ban đầu Mật độ lý tưởng cho mạng trạm khí tượng tham chiếu giám sát BĐKH khí hậu mật độ trạm mà liệu phân tích tái tạo xu hướng yếu tố xác định từ liệu từ mạng mật độ đầy đủ phạm vi sai số định Trong khu vực nghiên cứu, mạng trạm giảm cấp có độ phân giải khơng gian thấp TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 11 BÀI BÁO KHOA HỌC xác định cách chọn ngẫu nhiên tập hợp từ mạng trạm sở có mật độ cao Số lượng trạm tập hợp tăng thêm (1) để tất kích thước tập hợp từ đến N-1 kiểm tra (N tổng số trạm khu vực) Chuỗi thời gian trung bình yếu tố giám sát (ví dụ nhiệt độ trung bình hàng năm, cực trị nhiệt độ, tổng lượng mưa hàng năm, lượng mưa ngày lớn nhất…) tổ hợp từ chuỗi số liệu chuỗi thời gian trạm tạo cho mạng trạm hạ cấp Quy trình lấy mẫu lại Monte Carlo áp dụng để tạo 10.000 kịch khác cho kích thước mạng trạm hạ cấp Quy trình giải ảnh hưởng nhiều cấu hình mạng, làm giảm hiệu ứng mạng trạm hạ cấp phân bố không Xu tổ hợp yếu tố giám sát xác định từ tính tốn sai số xu yếu tố giám sát cho mạng giảm cấp Khi mục tiêu giám sát hay ngưỡng giám sát mong muốn xác định xác định mật độ trạm tối thiểu tương ứng Các bước để phân tích suy thối mạng -Monte Carlo sau: Bước 1: Thiết lập mục tiêu giám sát tiêu chí đánh giá: Bước 2: Chọn mạng giám sát đánh giá yếu tố sử dụng phân tích Bước 3: Chuẩn hóa liệu giám sát khứ cho yếu tố chọn Bước 4: Đối với yếu tố trình lấy mẫu phân tích Monte Carlo thực sau: Bước 4a: Lấy mẫu ngẫu nhiên, lặp lại từ mạng lưới trạm đầy đủ để chọn trạm mong muốn cho mạng giảm cấp Một trạm chọn lần mẫu Bước 4b Tính tốn giá trị yếu tố theo thời gian mẫu mạng giảm cấp từ giá trị yếu tố giám sát Ns Tˆ1 = ∑ Tj Ns j =1 12 (1) Trong Tˆ1 chuỗi số liệu tổ hợp xác TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 định từ Ns trạm lựa chọn ngẫu nhiên Tj chuỗi số liệu trạm thứ j (1 ≤ Ns ≤ N-1) Bước 4c: Tính tốn xu hướng tuyến tính chuỗi số liệu tổ hợp cho lần thực Ns; Tính tốn hệ số tương quan chuỗi số liệu tổ hợp chuỗi số liệu giám sát mạng sở Bước 4d: Lặp lại bước 4a đến 4c 10.000 lần để tạo kịch mạng giảm cấp tính tốn sai số tuyệt đối trung bình (MAE) cho xu hướng: MAE = 10000 ∆T ∆Tˆk ∑ − ∆t 10000 k =1 ∆t (2) Trong ∆T ∆t xu chuỗi yếu tố giám sát mạng sở; ∆Tˆ k ∆t xu chuỗi số liệu tổ hợp lần lấy mẫu thứ k mạng lưới trạm giảm cấp có kích thước Ns Bước 4e: Lặp lại bước 4a đến 4d cho tất kịch kích thước mạng giảm cấp có (Ns = 1, 2, 3, N-1) Bước 4f: Xác định mối quan hệ sai số tuyệt đối trung bình kích thước mạng giảm cấp phương trình hồi quy đồ thị giá trị MAE so với số lượng trạm Biểu đồ cho thấy số lượng trạm cần thay đổi với mức sai số xác định trước Bước 4g: Từ mối quan hệ bước 4f, xác định số lượng trạm cần thiết cho giá trị MAE chọn cho yếu tố Tiêu chí lựa chọn số lượng trạm chênh lệch xu hướng yếu tố tính tốn từ mạng giảm kích thước mạng sở không lớn giới hạn sai số định trước Bước 5: Lựa chọn trạm mạng lưới trạm tham chiếu: Từ kết xác định số lượng trạm tối ưu mạng lưới trạm tham chiếu lựa chọn tổ hợp trạm phù hợp thỏa mãn đồng thời tiêu chí : (1) Sai số giá trị trung bình yếu tố có giá trị nhỏ có thể; (2) Xu hướng biến đổi yếu tố đồng pha có sai số nhỏ có thể; (3) Hệ số tương quan hai chuỗi yếu tố hai mạng (1)lưới trạm lớn (1) chí tất Từ kết rà soát tiêu (2) (2) (1) (2) BÀI BÁO KHOA HỌC tổ hợp xây dựng tiêu tổng hợp để lựa chọn tổ hợp trạm phù hợp theo chiến lược hạ dần mức độ tiêu để lựa chọn vài tổ hợp tối ưu Phân tích, đánh giá tổ hợp có xem xét đến tính phù hợp đại biểu phân bố không gian trạm tổ hợp vùng khí hậu để lựa chọn tổ hợp trạm tối ưu cho mạng lưới trạm trạm tham chiếu Bước 6: Lặp lại bước cho yếu tố Bước 7: Tổng hợp kết lựa chọn mạng trạm tối ưu tất yếu tố thành mạng lưới trạm khí tượng tham chiếu phục vụ việc giám sát BĐKH tác động BĐKH đến yếu tố cực trị tượng khí tượng nguy hiểm Bước 8: Đánh giá lại mạng tối ưu chọn Kết phân tích Các nghiên cứu sâu BĐKH tác động BĐKH đến yếu tố cực trị tượng khí tượng nguy hiểm thông qua số cho thấy yếu tố trực tiếp gián liên quan đến đánh giá tác động BĐKH đến yếu tố cực trị tượng khí tượng nguy hiểm là: tổng lượng mưa, nhiệt độ trung bình, cao nhất, thấp năm Mục tiêu việc xây dựng mạng lưới trạm khí tượng tham chiếu giám sát BĐKH tác động BĐKH đến yếu tố cực trị tượng khí tượng nguy hiểm khu vực Nam Bộ thông qua giám sát xu biến đổi yếu tố khí tượng nhiệt độ trung bình năm, nhiệt độ cao năm, nhiệt độ thấp năm tổng lượng mưa năm Tiêu chí lựa chọn mạng trạm tham chiếu tối ưu sai số xu hướng biến đổi nhiệt độ trung bình, cao nhất, thấp tính tốn từ mạng giảm cấp từ mạng đầy đủ nhỏ 0,05 oC/ thập kỷ sai số xu hướng biến đổi lượng mưa hàng năm nhỏ 1%/thập kỷ Phân tích số liệu nhiệt độ trung bình, nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ thấp trạm vùng khí hậu Nam Bộ (hình 2) cho thấy nhiệt độ trung bình trạm khu vực tăng lên vòng 39 năm qua với tốc độ trung bình 0,21oC/thập kỷ Nhiệt độ cao tăng với tốc độ trung bình 0,12oC/thập kỷ Nhiệt độ thấp tăng với tốc độ trung bình 0,16 o C/thập kỷ Ngược lại, tổng lượng mưa năm giảm hầu hết trạm khu vực với tốc độ trung bình tồn khu vực 6,43%/thập kỷ Các số liệu nhiệt độ trung bình năm, nhiệt độ ngày lớn năm, nhiệt độ ngày nhỏ năm, tổng lượng mưa chuẩn hóa làm đầu vào để lựa chọn mạng trạm tối ưu Thực lấy mẫu phân tích Monte Carlo mạng 16 trạm khí tượng khu vực Đối với mật độ (kích thước) mạng trạm giảm cấp Ns (Ns biến đổi từ đến 15), tập hợp trạm chọn ngẫu nhiên từ toàn mạng lưới trạm để tạo kịch mạng trạm giảm cấp [2, 3] Số lần lựa chọn ngẫu nhiên 10.000 lần nhằm đảm bảo tất tập hợp có trạm lựa chọn Việc lấy mẫu thực khơng lặp lại, trạm chọn lần mẫu Đối với mẫu lựa chọn ngẫu nhiên, tính tốn chuỗi yếu tố theo khơng gian theo công thức xác định xu biến đổi yếu tố cho mẫu Đối với kích thước mạng tính tốn sai số tuyệt đối trung bình xu biến đổi theo cơng thức (2) Từ kết tính tốn sai số trung bình mạng trạm giảm cấp, xây dựng phương trình hồi quy sai số tuyệt đối trung bình mật độ mạng trạm giảm cấp cho yếu tố Phương trình hồi quy sử dụng đa thức bậc bốn cung cấp phù hợp tốt đa thức bậc thấp, đặc biệt cho mật độ mạng trạm nhỏ Kết xác định quan hệ sai số tuyệt đối trung bình mật độ mạng trạm giảm cấp cho yếu tố trình bày hình TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 13 BÀI BÁO KHOA HỌC 26.0 35.0 Nhiệt độ trung bình năm y = 0.021x + 23.91 34.0 y = 0.012x + 31.25 Nhiệt độ cao 25.0 33.0 32.0 24.0 31.0 23.0 29.0 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 22.0 Năm (b) Năm 135 y = 0.016x + 24.08 26 Lượng mưa chuẩn hóa (%) 25 24 23 (c) 115 y = -0.643x + 107.0 105 95 85 (d) 75 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 22 (d) 125 Năm 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Nhiệt độ thấp 27 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 (a) 30.0 Năm Hình Xu biến đổi yếu tố vùng khí hậu Nam giai đoạn từ 1980 - 2018: (a) Nhiệt độ trung bình năm; (b) Nhiệt độ cao năm; (c) Nhiệt độ thấp năm; (d) Tổng lượng mưa năm (a) 0.026 Sai số tuyệt đối trung bình (oC/năm) Sai số tuyệt đối trung bình (oC/năm) 0.015 0.014 0.013 0.012 0.011 0.01 0.009 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 y = 1E-06x4 - 6E-05x3 + 0.000x2 - 0.005x + 0.018 R² = 0.995 10 11 12 13 14 15 16 Số lượng trạm 0.024 0.022 0.02 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 (b) 0.002 Sai số tuyệt đối trung bình (%/năm) 0.024 Sai số tuyệt đối trung bình (oC/năm) 0.022 0.02 y = 1E-06x4 - 4E-05x3 + 0.000x2 - 0.005x + 0.026 R² = 0.999 0.018 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 (c) y = -2E-05x3 + 0.000x2 - 0.006x + 0.027 R² = 0.990 0.018 0 10 11 12 13 14 15 16 10 11 12 13 14 15 16 0.5 0.4 y = 5E-05x4 - 0.002x3 + 0.029x2 - 0.195x + 0.646 R² = 0.996 0.3 0.2 0.1 0 0.6 Số lượng trạm 0.002 (d) 10 11 12 13 14 15 16 Số lượng trạm Hình Quan hệ sai số tuyệt đối trung bình mật độ mạng trạm giảm cấp: (a) nhiệt độ trung bình; (b) nhiệt độ cao nhất; (c) nhiệt độ thấp nhất; (d) lượng mưa 14 Số lượng trạm TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 nhiệt độ trung bình lấy từ 10.000 lần thực Monte Carlo cho kích thước mạng (Hình 4) cho thấy lựa chọn trạm cho vùng nghiên cứu nhiệt độ trung bình có xu biến đổi phạm vi 0.034oC/thập kỷ đến 0,36oC/thập kỷ với độ lệch chuẩn 0,059oC/thập kỷ lựa chọn mật độ 10 trạm cho thấy nhiệt độ trung bình có xu phạm vi 0,182oC với độ lệch chuẩn 0,0035oC/thập kỷ Điều cho thấy sai số xu ước tính khu vực giảm trở nên gần với xu quan sát khu vực số lượng trạm khu vực tăng lên Độ lệch chuẩn chênh lệch tối đa ước tính xu cho thấy việc áp dụng mục tiêu giám sát nghiêm ngặt cải thiện hiệu suất mạng giảm cấp 0.06 0.02 0.05 0.018 0.04 0.016 Độ lệch chuẩn (oC/năm) Xu (oC/năm) Các kết tính tốn cho thấy tất yếu tố, sai số tuyệt đối trung bình (MAE) giảm mật độ mạng trạm giảm cấp tiếp cận mật độ mạng sở (Hình 3) MAE giảm nhanh Ns tăng số lượng nhỏ trạm giảm chậm Ns tiếp cận N Kết cho thấy có cải thiện lớn hiệu suất mạng trường hợp tăng từ đến ba trạm khu vực Cần xem xét lợi ích tiềm việc tối ưu hóa nguồn lực mục tiêu khoa học Các kết hình cho thấy mật độ mạng tăng lên, kết mục tiêu giám sát xác hơn, làm giảm chênh lệch tuyệt đối xu hướng mạng giảm cấp xu hướng mạng Phân tích sai số tuyệt đối trung bình tối thiểu, tối đa độ lệch chuẩn xu hướng yếu tố 0.03 0.02 0.01 Xu lớn -0.01 Xu nhỏ -0.02 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 Xu mạng sở -0.03 0.002 -0.04 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 Số lượng trạm Số lượng trạm Hình Sai số tuyệt đối trung bình tối thiểu, tối đa độ lệch chuẩn xu hướng yếu tố nhiệt độ trung bình năm xem xét bảng Kết cho thấy vùng khí hậu Nam Bộ, mục tiêu chặt chẽ, tổng số trạm khu vực tăng lên Đặt mục tiêu giám sát sau giải phương trình đa thức để xác định mật độ trạm tối ưu khu vực Để xác định tính nhạy cảm với cấu hình mạng mật độ mạng, mục tiêu giám sát xu hướng nhiệt độ lượng mưa hàng Bảng Số lượng trạm ứng với mục tiêu giám sát xu hướng nhiệt độ lượng mưa hàng năm Mục tiŒu chọn 0,05oC/ thập kỷ 1%/ thập kỷ 0,1 oC/ thập kỷ 2%/ thập kỷ Nhiệt độ trung bình Số lượng trạm giỈm sỈt Nhiệt độ Nhiệt độ Tổng lượng cao thấp mưa 10 11 10 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 15 BÀI BÁO KHOA HỌC Các mạng lưới trạm khí tượng đáp ứng mục tiêu 0,05oC/thập kỷ bao gồm trạm giám sát nhiệt độ trung bình, 10 trạm giám sát nhiệt độ cao 11 trạm giám sát nhiệt độ thấp Mạng lưới trạm khí tượng tham chiếu đáp ứng mục tiêu 1%/thập kỷ bao gồm 10 trạm giám sát lượng mưa Lựa chọn tổ hợp trạm phù hợp vùng khí hậu phụ thuộc vào kiến thức BĐKH tác động khí hậu thay đổi khí hậu theo khơng gian vùng Xác định số lượng trạm tối ưu yếu tố nhiệt độ trung bình, cao nhất, thấp lượng mưa xác định số tổ hợp trạm có mạng trạm tối ưu yếu tố Cụ thể có 3003 tổ hợp nhiệt độ trung bình, nhiệt độ cao lượng mưa; 1365 tổ hợp nhiệt độ thấp Đối với yếu tố, tính tốn tiêu chí lựa chọn gồm mức độ chênh lệch giá trị trung bình 39 năm, mức độ sai số xu so với mạng hệ số tương quan với chuỗi số liệu mạng trạm cho tổ hợp Lựa chọn tổ hợp trạm thỏa mãn đồng thời tiêu chí chặt chẽ gồm sai số giá trị trung bình yếu tố từ kết tính tốn mạng tham chiếu mạng sở có giá trị nhỏ có thể; Xu hướng biến đổi yếu tố hai mạng lưới trạm đồng pha có sai số nhỏ Hệ số tương quan hai chuỗi yếu tố hai mạng lưới trạm lớn Có thể thấy yếu tố, tổ hợp đồng thời đạt tiêu chí sai số giá trị trung bình kết tính tốn mạng tham chiếu mạng sở nhỏ nhất, xu hướng biến đổi yếu tố đồng pha có sai số nhỏ hệ số tương quan mạng tham chiếu mạng sở lớn Từ kết rà sốt tiêu chí tất tổ hợp xây dựng tiêu chí tổng hợp tiệm cận với tiêu chí tối ưu theo chiến lược hạ dần mức độ tiêu chí Các tiêu chí tổng hợp sửa dụng để lựa chọn tổ hợp trạm tối ưu mạng lưới trạm trạm tham chiếu Kết lựa chọn từ đến tổ hợp tối ưu có điều kiện chặt chẽ cho yếu tố Qua phân tích, đánh giá tiêu tổng hợp chọn { ∆TTB< 0,003; ∆TXT< 0,001; r2> 0,92} tương ứng lựa chọn tổ hợp trạm tối ưu gồm trạm Cà Mau, Châu Đốc, Cần Thơ, Mộc Hóa, Sóc Trăng, Rạch Giá với giá trị số { ∆TTB =0,0016; ∆TXT =0,000666; r2 = 0,921} Phân tích đồ thấy tổ hợp trạm tối ưu chọn để giám sát yếu tố nhiệt độ trung bình có phân bố tương đối đồng theo khơng gian, đáp ứng u cầu tính đại biểu cho tiêu vùng khí hậu (hình 5) Tương tự, phân tích lựa chọn tổ hợp mạng trạm tối ưu cho yếu tố khác bảng Bảng Kết lựa chọn tổ hợp trạm tối ưu cho yếu tố Yếu tố Nhiệt độ trung bình Nhiệt độ cao Nhiệt độ thấp Tổng lượng mưa 16 ∆TB< 0,003 ∆XT< 0,001 r2> 0,92 ∆TB< 0,001 ∆XT< 0,0002 r2> 0,99 Tổ hợp trạm thỏa mãn điều kiện Danh sỈch trạm trạm Thơng số Châu Đốc, Cà Mau, Mộc Hóa, Vũng Tàu, ∆TB =0,0016 Tây Ninh, Cần Thơ ∆XT =0,000666 r2 = 0,921 Càng Long,Sóc Trăng, Tây Ninh, Vũng ∆TB =0,000577 ∆XT =0,000175 Tàu,Cơn Đảo, Mộc Hóa,Cà Mau, Cần r2 = 0,990951 Thơ, Mỹ Tho,Phœ Quốc ∆TB< 0,002 ∆XT< 0,0001 r2> 0,98 ∆TB< 0,0001 ∆XT< 0,0001 r2> 0,95 Bạc Liêu,Cà Mau, Châu Đốc, Cơn Đảo, Mộc Hóa, Mỹ Tho, Phœ Quốc, Phước Long, Vũng Tàu, Tây Ninh, Sóc Trăng Phước Long, Vũng Tàu, Cơn Đảo, Mộc Hóa, Càng Long,Châu Đốc, Sóc Trăng, Cần Thơ, Rạch GiỈ, Bạc LiŒu TiŒu chí chọn TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 ∆TB =0,001836 ∆XT =0,0000745 r2 = 0,9882 ∆TB =0,0000119 ∆XT =0,0000719 r2 = 0,9667 BÀI BÁO KHOA HỌC Hình Vị trí tổ hợp trạm tối ưu cho nhiệt độ trung bình Từ kết lựa lựa chọn mạng trạm tối ưu giám sát yếu tố lượng mưa nhiệt độ bảng 2, tổng hợp phân tích lựa chọn mạng trạm khí tượng tham chiếu bảng hình Hình Vị trí trạm khí tượng mạng trạm khí hậu tham chiếu TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 17 BÀI BÁO KHOA HỌC Bảng Vị trí trạm khí tượng thuộc vùng khí hậu Nam mạng trạm khí tượng tham chiếu TT TŒn trạm Tỉnh Phước Long Bình Phước Tây Ninh Vũng Tàu Cơn Đảo Mộc Hóa Tây Ninh Bà RịaVũng tàu Bà RịaVũng tàu Long An Kinh độ Vĩ độ TT Kinh độ Vĩ độ 106o59’ 11o50’ 10o21’ Tiền 106o24’ Giang Châu Đốc An Giang 105°08’ 106o07’ 11o20’ o 107 05’ o 10 22’ o Sóc Trăng Sóc Trăng 105 58’ 9o36’ 106o36’ 8o41’ Phœ Quốc 103o58’ 10o13’ 105o56’ 10o47’ 10 11 KiŒn Giang Bạc LiŒu Bạc LiŒu Cà Mau Cà Mau 105o43’ 105o09’ 9o17’ 9o11’ TŒn trạm Tỉnh Mỹ Tho 10°42’ Mục tiêu mạng tham chiếu cho mạng tham chiếu cao 97,4% vùng khí hậu Nam Bộ giám sát thay đổi khí nhiệt độ đạt 98,5% lượng mưa, chênh hậu tương lai Các tiêu thống kê lệch giá trị trung bình yếu tố nhiệt độ sử dụng để mô tả khả tái mô yếu mạng trạm tham chiếu nhỏ 0,071°C tố mạng tham chiếu so với mạng gồm nhiệt độ 0,043% lượng mưa Mạng hệ số tương quan (r2), sai khác xu tham chiếu có hiệu việc định chênh lệch giá trị trung bình Kết tính tốn lượng thay đổi khí hậu Xu hướng nhiệt tiêu cho yếu tố thể độ trung bình, cao nhất, thấp chênh lệch từ bảng Kết phân tích mạng 0,00075 đến 0,05°C/thập kỷ so với mạng trạm tham chiếu lựa chọn mơ Xu hướng lượng mưa chênh lệch vòng tốt xu biến đổi khí hậu mạng với 0,0042%/thập kỷ so với mạng (Bảng 4) độ trung thực cao Hệ số tương quan tạo Bảng Kết đánh giá mạng khí hậu tham chiếu cho vùng khí hậu Nam Bộ Chỉ số Nhiệt độ cao sai số Tmax Trung bình Hệ số góc Hệ số tương quan 18 Nhiệt độ thấp sai số Tmin Nhiệt độ trung bình Ttb sai số Tổng lượng mưa X sai số 24,4 0,00184 27,24 0,0337 31,58 0,0709 0,00735 0,00541 0,0159 0,0000745 0,0216 0,00353 1976 0,043 -12,39 0,000415 0,988 0,985 0,974 Kết luận Phân tích suy thối mạng Monte Carlo phương pháp sử dụng tương đối rộng rãi để xác định mạng lưới trạm khí tượng tham chiếu phục vụ giám sát BĐKH Sự giảm cấp mật độ mạng sử dụng để xác định mối quan hệ mật độ trạm hiệu suất mạng Phương pháp sử dụng liệu mạng q khứ để tính tốn khác biệt thống kê mạng giảm cấp Biểu đồ ước tính sai số tuyệt đối trung bình cho kịch mạng giảm cấp khác xây dựng Trên sở số lượng trạm tổ hợp trạm tối ưu xác định thơng qua phân tích tiêu chí giám sát TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 0,976 Phương pháp suy thối mạng Monte Carlo quy trình xác định mạng trạm tối ưu ứng dụng để xác định mạng trạm khí tượng tham chiếu phục vụ giám sát BĐKH cho vùng khí hậu Nam Kết cho thấy mạng tham chiếu bao gồm 11 trạm hình cho phép giám sát xu biến đổi yếu tố nhiệt độ cực trị lượng mưa với giới hạn sai số cho phép 0,05oC/thập kỷ yếu tố nhiệt độ 1%/thập kỷ lượng mưa trung bình năm Hiệu suất mạng giảm cấp đánh giá đảm bảo đáp ứng yêu cầu giám sát biến đổi khí hậu tác động BĐKH cần thiết vùng khí hậu Nam BÀI BÁO KHOA HỌC Lời cảm ơn: Bài báo hoàn thành nhờ hỗ trợ đề tài BĐKH.24/16-20 việc nghiên cứu công bố kết Tài liệu tham khảo Kunkel, K.E., Karl, T.R., Easterling, D.R (2007), A Monte Carlo assessment of uncertainties in heavy precipitation frequency variations Journal of Hydrometeorology 8, 1152-11601 2.Vose, R.S., Menne, M.J (2004), A method to determine station density requirements for climate observing networks J Climate, 17, 2961-2971 Willmott, C.J., Robeson, S.M., Janis,M.J (1996), Comparison of approaches for estimating time-averaged precipitation using data from the USA Int J Climatol., 16, 1103-1115 Robeson, S.M., Janis, M.J (1998), Comparison of temporal and unresolved spatial variability in multiyear time-averages of air temperature Climate Res., 10, 15-26 Janis, M.J., Hubbard, K.G., Redmond, K.T (2002), Determining the Optimal Number of Stations for the United States Climate Reference Network Final Report to NOAA/NCDC,2002 Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu (2004), Khí hậu tài nguyên khí hậu Việt Nam NXB Nông nghiệp, Hà Nội Janis, M.J., Hubbard, K.G., Redmond, K.T (2004), Station density strategy for monitoring long-term climatic change in the contiguous United States J Climate, 17, 151-162 SELECTION A REFERENCE CLIMATE NETWORK FOR MONITORING IMPACTS OF CLIMATE CHANGE IN NAM BO CLIMATE REGION Dang Thanh Mai1 Viet Nam Meteorological and Hydrological Administration Abstract: Climate Reference Network which includes meteorological stations is established to monitoring climatic change and impacts of climate change Goal of this network is to provide homogeneous observations of temperature and precipitation from benchmark stations that can be coupled with historical observations for detection and attribution of climatic change This study proposes a method and procedure to sellect the number and distribution of observing sites for the Climate Reference Network in Nam Bo climate region The research was conducted by forming hypothetical networks from existing higher-density baseline network Monte Carlo resampling techniques were applied to stations in the region to successively lower the resolution compared to that in the baseline network The appropriate number of reference stations is defined as the number of stations needed to recreate, within the predetermined error limits, annual temperature and rainfall trends in the region The selection of a set of stations is based on the analysis and evaluation of the criteria on average value error, trend error, correlation coefficient computed from reducedsize networks and the full-size networks and space distribution of stations The optimal set of stations is determined separately for monitoring annual average temperature, highest temperature, lowest temperature and total rainfall The reference climate network for the Southern region consists of 11 selected meteorological stations that meet the target of temperature change trend of 0,05oC/decade and the target of changing trend of total rainfall is 1,0%/decade Keywords: Climate reference network, climate change monitoring, Southern climate region TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 05 - 2019 19 ... tối ưu ứng dụng để xác định mạng trạm khí tượng tham chiếu phục vụ giám sát BĐKH cho vùng khí hậu Nam Kết cho thấy mạng tham chiếu bao gồm 11 trạm hình cho phép giám sát xu biến đổi yếu tố nhiệt... kết lựa lựa chọn mạng trạm tối ưu giám sát yếu tố lượng mưa nhiệt độ bảng 2, tổng hợp phân tích lựa chọn mạng trạm khí tượng tham chiếu bảng hình Hình Vị trí trạm khí tượng mạng trạm khí hậu tham. .. mạng trạm khí tượng tham chiếu cho vùng khí hậu Nam Bộ nhằm đáp ứng mục tiêu giám sát biến đổi khí hậu tác động biến đổi khí hậu tương lai Phương pháp nghiên cứu thu thập số liệu 2.1 Giới thiệu khu