Dự tính khí hậu tương lai độ phân giải cao cho tỉnh tuyên quang và khuyến nghị sử dụng trong đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước của cây trồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH VŨ THỊ THU HƯƠNG DỰ TÍNH KHÍ HẬU TƯƠNG LAI ĐỘ PHÂN GIẢI CAO CHO TỈNH TUYÊN QUANG VÀ KHUYẾN NGHỊ SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH VŨ THỊ THU HƯƠNG DỰ TÍNH KHÍ HẬU TƯƠNG LAI ĐỘ PHÂN GIẢI CAO CHO TỈNH TUYÊN QUANG VÀ KHUYẾN NGHỊ SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: 8900201.01QTD Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Văn Thăng HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân thực hướng dẫn khoa học TS Vũ Văn Thăng, không chép cơng trình nghiên cứu người khác Số liệu kết luận văn chưa công bố cơng trình khoa học khác Các thông tin thứ cấp sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, trích dẫn đầy đủ, trung thực qui cách Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực ngun luận văn Tác giả Vũ Thị Thu Hương i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Vũ Văn Thăng định hướng nghiên cứu phương pháp luận cho suốt trình thực nghiên cứu Luận văn thạc sỹ Trong trình học tập, nghiên cứu Khoa Các khoa học liên ngành, Đại học Quốc gia Hà Nội, tơi có hội tiếp thu kiến thức chuyên sâu biến đổi khí hậu qua giúp tơi có đủ kiến thức chuyên môn kinh nghiệm suốt q trình học tập, tạo cho tơi niềm say mê nghiên cứu khoa học, phục vụ hiệu cho q trình nghiên cứu, thực hồn thành Luận văn thạc sỹ thân Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, giáo đồng chí Lãnh đạo với cán Khoa Các khoa học liên ngành, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn cán Trung tâm nghiên cứu Khí tượng - Khí hậu, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu cung cấp thông tin, tài liệu tận tình giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Cuối vô cảm ơn quan tâm, giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp gia đình ln sát cánh, động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập hồn thành luận văn./ Hà Nội, ngày 04 tháng 05 năm 2020 Tác giả Vũ Thị Thu Hương ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan nghiên cứu dự tính khí hậu đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước cho trồng giới Việt Nam 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Việt Nam 11 Tổng quan mơ hình khí hậu xây dựng kịch biến đổi khí hậu 16 Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, khí hậu tỉnh Tuyên Quang 19 Một số nhận xét cuối Chương 24 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU 28 Phương pháp nghiên cứu 28 2.1.1 Phương pháp phân tích xu 28 2.1.2 Phương pháp mơ hình 28 2.1.3 Phương pháp nội suy không gian 28 2.1.4 Các số đánh giá khả mơ mơ hình 29 2.1.5 Phương pháp đánh giá mức độ biến đổi khí hậu tương lai 30 2.1.6 Phương pháp phân tích tính chưa chắn dự tính khí hậu .31 2.1.7 Phương pháp đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước trồng 31 Số liệu sử dụng 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36 Xu mức độ biến đổi yếu tố khí hậu tỉnh Tuyên Quang 36 3.1.1 Nhiệt độ trung bình 36 3.1.2 Lượng mưa 36 3.1.3 Xu biến đổi số yếu tố tượng khí hậu cực đoan 37 iii Đánh giá khả mô mơ hình khí hậu 42 3.2.1 Nhiệt độ trung bình 42 3.2.2 Nhiệt độ tối cao trung bình 43 3.2.3 Nhiệt độ tối thấp trung bình 44 3.2.4 Lượng mưa 44 Kết dự tính khí hậu cho tỉnh Tuyên Quang 45 3.3.1 Kịch biến đổi khí hậu tỉnh Tun Quang từ mơ hình thành phần .45 3.3.2 Kịch tổ hợp từ mơ hình thành phần sau hiệu chỉnh thống kê .50 Đánh giá mức độ tin cậy tính chưa chắn kịch biến đổi khí hậu tỉnh Tuyên Quang 68 3.4.1 Mức độ tin cậy nhiệt độ trung bình năm 68 3.4.2 Mức độ tin cậy lượng mưa năm 69 Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước trồng 71 3.5.1 Tính tốn số liệu đầu vào cho mơ hình Cropwat 71 3.5.2 Kết tính nhu cầu nước cho trồng 73 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHI 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC a PHỤ LỤC A b PHỤ LỤC B h PHỤ LỤC C u PHỤ LỤC D ii iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nguyên nghĩa AGCM/MRI Mơ hình hồn lưu chung khí (Atmosphere General Circulation Model)/ Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản (Meteorology Research Institute) AOGCMs Mơ hình hồn lưu chung khí - đại dương (Atmosphere-Ocean General Circulation Model) AR4 Báo cáo lần thứ IPCC (Fourth Assesment Report) AR5 Báo cáo lần thứ IPCC (Fifth Assesment Report) BĐKH Biến đổi khí hậu CCAM Mơ hình Khí bảo giác lập phương (Conformal Cubic Atmospheric Model) clWRF Mô hình quy mơ vừa WRF phiên cho nghiên cứu khí hậu CMIP5 Dự án đối chứng mơ hình khí hậu lần (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) CSIRO Tổ chức Nghiên cứu khoa học công nghiệp Liên bang Úc (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) DSSAT Hệ thống hỗ trợ định chuyển giao công nghệ nông nghiệp (A Decision Support System for Agrotechnology Transfer) FAO Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) GCM Mơ hình khí hậu tồn cầu (Global Climate Model) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) GMSL Mực nước biển trung bình tồn cầu (Global Mean Sea Level) IPCC Ban liên phủ Biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change) KNK Khí nhà kính MAGICC/SCEN Phần mềm tổ hợp kịch phát thải khí nhà kính GEN (Model for the Assessment of Greenhouse-gas Induced Climate Change/ Regional Climate SCENario GENerator) NBD Nước biển dâng nnk Những người khác v PRECIS RCM RCP Mơ hình khí hậu khu vực Trung tâm Khí tượng Hadley, Vương quốc Anh (Providing Regional Climates for Impacts RCP4.5 Studies) RCP8.5 Mơ hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model) RegCM Đường nồng độ khí nhà kính đại diện (Representative Concentration Pathways) Rx1day Kịch nồng độ khí nhà kính trung bình thấp Rx3day Kịch nồng độ khí nhà kính cao Rx5day Mơ hình khí hậu khu vực Trung tâm quốc tế Vật lý lý thuyết SDSM (Regional Climate Model) SRES Lượng mưa ngày lớn Lượng mưa ngày lớn SST Lượng mưa ngày lớn TAR Mơ hình chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling Model) T2m Báo cáo đặc biệt kịch phát thải Tm (Special Report on Emission Scenarios) Tx Nhiệt độ bề mặt nước biển (Sea Surface Temperature) TNMT Báo cáo đánh giá lần thứ ba IPCC (Third Assessment Report) TNN Nhiệt độ khơng khí trung bình độ cao 2m UNEP Nhiệt độ tối thấp Nhiệt độ tối cao UNFCCC Tài nguyên Môi trường Tài ngun nước WMO Chương trình Mơi trường Liên Hợp Quốc (United Nations WRF Environment Programme) Công ước Khung Liên Hợp Quốc BĐKH (United Nations Framework Convention on Climate Change) Tổ chức khí tượng giới (World Meteorological Organization) Mơ hình Nghiên cứu Dự báo thời tiết (Weather Research and Forecast) vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thơng tin mơ hình sử dụng tính toán cập nhật kịch 18 Bảng 2.1 Danh sách trạm khí tượng thủy văn tỉnh Tuyên Quang sử dụng 34 Bảng 2.2 Các mơ hình khí hậu sử dụng tính tốn xây dựng kịch biến đổi khí hậu cho tỉnh Tuyên Quang 34 Bảng 2.3 Các yếu tố khí tượng trung bình tháng đặc trưng cho tỉnh Tuyên Quang 35 o Bảng 3.1 Nhiệt độ cao thập kỷ thời kỳ 1961 - 2017 ( C) .38 o Bảng 3.2 Nhiệt độ thấp thập kỷ thời kỳ 1961 - 2017 ( C) 39 Bảng 3.3 Những thành phần mơ hình lựa chọn để xây dựng kịch biến đổi khí hậu cho tỉnh Tuyên Quang 51 Bảng 3.4 Mức biến đổi nhiệt độ trung bình (°C) so với thời kỳ sở (1986-2005) từ 10 phương án mô hình khí hậu khu vực theo kịch RCP4.5 RCP8.5 .51 Bảng 3.5 Kịch BĐKH nhiệt độ trung bình cho tỉnh Tuyên Quang 55 Bảng 3.6 Mức biến đổi nhiệt độ tối cao trung bình năm (°C) tổ hợp từ 10 phương án mô hình khí hậu khu vực theo kịch RCP4.5 RCP8.5 57 Bảng 3.7 Mức biến đổi nhiệt độ tối thấp trung bình năm (°C) tổ hợp từ 10 phương án mơ hình khí hậu khu vực theo kịch RCP4.5 RCP8.5 57 Bảng 3.8 Mức biến đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ sở (1986-2005) từ 10 phương án mơ hình khí hậu khu vực theo kịch RCP4.5 RCP8.5 59 Bảng 3.9 Kịch BĐKH lượng mưa cho tỉnh Tuyên Quang 63 Bảng 3.10 Mức biến đổi lượng mưa ngày lớn năm (%) từ kết tổ hợp 10 phương án tính tốn mơ hình khí hậu khu vực 64 Bảng 3.11 Mức biến đổi lượng mưa ngày lớn năm (%) từ kết tổ hợp 10 phương án tính tốn mơ hình khí hậu khu vực 66 o Bảng 3.12 Mức biến đổi khoảng tin cậy nhiệt độ trung bình năm ( C) so với thời kỳ sở 1986 - 2005 theo kịch RCP4.5 RCP8.5 68 Bảng 3.13 Mức biến đổi khoảng tin cậy lượng mưa năm (%) so với thời kỳ sở 1986 - 2005 theo kịch RCP4.5 RCP8.5 70 Bảng 3.14 Các đặc trưng thơng số trồng cho mơ hình Cropwat 73 Bảng 3.15 Nhu cầu tưới cho lúa diện tích canh tác số vùng thuộc tỉnh Tuyên Quang theo kịch biến đổi khí hậu 74 Bảng 3.16 Nhu cầu tưới lúa diện tích canh tác quy hoạch đến 2020 số vùng thuộc tỉnh Tuyên Quang theo kịch biến đổi khí hậu 75 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tác động xạ tổng cộng (RF total) lịch sử dự tính từ năm 1950-2100 họ kịch IS92, SRES RCP (Nguồn: IPCC, 2013) Hình 1.2 Sự phát triển mơ hình khí hậu 35 năm qua 17 Hình 1.3 Sơ đồ mơ tả q trình chi tiết hóa động lực độ phân giải cao 18 Hình 1.4 Bản đồ hành tỉnh Tuyên Quang 20 Hình 1.5 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Tuyên Quang năm 2018 23 Hình 1.6 Sơ đồ bước xây dựng kịch BĐKH đánh giá tác động BĐKH đến nhu cầu nước lúa 27 o Hình 3.1 Hệ số góc a ( C/thập kỷ) đường xu tuyến tính xây dựng từ chuỗi số liệu nhiệt độ khơng khí trung bình năm mùa năm tính cho số trạm tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 36 Hình 3.2 Hệ số góc a (mm/thập kỷ) đường xu tuyến tính xây dựng từ chuỗi số liệu lượng mưa năm mùa năm tính cho số trạm tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 37 o Hình 3.3 Hệ số góc a ( C/thập kỷ) đường xu tuyến tính xây dựng từ chuỗi số liệu nhiệt độ khơng khí tối cao tuyệt đối năm mùa năm tính cho số trạm tiêu biểu tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 38 o Hình 3.4 Hệ số góc a ( C/thập kỷ) đường xu tuyến tính xây dựng từ chuỗi số liệu nhiệt độ khơng khí tối thấp tuyệt đối năm mùa năm tính cho số trạm tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 39 Hình 3.5 Hệ số góc a xu biến đổi tuyến tính số ngày rét đậm (trái), rét hại (phải) trung bình năm qua thập kỷ số trạm tiêu biểu tỉnh Tuyên Quang, thời kỳ 1961-2017 40 Hình 3.6 Hệ số góc a (mm/thập kỷ) đường xu tuyến tính xây dựng từ chuỗi số liệu lượng mưa ngày lớn (Rx1day) năm mùa năm số trạm tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 41 Hình 3.7 Hệ số góc a (mm/thập kỷ) đường xu tuyến tính xây dựng từ chuỗi số liệu lượng mưa ngày lớn (Rx5day) năm mùa năm số trạm tiêu biểu tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 42 o Hình 3.8 Mức biến đổi nhiệt độ trung bình năm ( C) tỉnh Tuyên Quang theo kịch RCP4.5 (trái) RCP8.5 (phải) 52 viii Tuyên Quang ee Bảng C.8 Mức biến đổi lượng mưa ngày lớn năm (%) so với thời kỳ sở (1986-2005) từ mơ hình khí hậu khu vực Trạm Chiêm Hóa Ghềnh Gà Hàm Yên ff Na Hang Tuyên Quang gg hh PHỤ LỤC D Số liệu kết tính nhu cầu nước trồng Bảng D.1 Số liệu đầu vào cho tốn tính ETo theo kịch RCP4.5 Trạm Chiêm Hóa Hàm Yên Tuyên Quang ii Bảng D.2 Số liệu đầu vào cho tốn tính ETo theo kịch RCP8.5 Trạm Chiêm Hóa Hàm Yên Tuyên Quang jj Bảng D.3 Lượng bốc thoát tiềm (ETo) theo kịch Kịch Thời kỳ Trạm Chiêm Hóa Nền 1986-2005 234.6 284.5 394.7 799.3 1553.8 1433.1 1568.7 1634.1 1332.0 912.4 574.5 347.9 2016-2035 237.2 283.2 397.3 807.7 1577.5 1462.9 1606.8 1666.3 1354.3 929.7 577.6 354.4 RCP4.5 2046-2065 250.2 293.9 407.3 839.2 1638.1 1531.5 1682.8 1742.1 1413.6 972.3 613.2 377.6 2080-2099 254.0 302.7 421.4 860.6 1667.2 1572.2 1730.3 1786.7 1438.6 999.6 625.6 382.1 2016-2035 248.0 292.1 407.2 824.8 1601.8 1482.7 1628.5 1689.8 1390.0 959.9 597.8 365.7 RCP8.5 2046-2065 255.7 302.7 419.7 854.6 1673.2 1553.8 1712.7 1776.7 1456.8 997.4 626.7 385.3 2080-2099 274.1 316.5 439.2 905.9 1779.6 1665.9 1862.0 1938.3 1566.5 1093.2 684.3 413.5 Trạm Hàm Yên Nền 1986-2005 218.1 252.2 355.4 727.8 1412.5 1330.1 1380.8 1535.8 1295.8 818.5 506.5 283.4 2016-2035 220.4 251.3 357.1 739.6 1427.1 1354.9 1410.1 1568.9 1326.9 832.7 509.4 288.1 RCP4.5 2046-2065 233.4 263.4 371.4 768.2 1491.7 1422.9 1482.3 1637.6 1385.1 876.0 544.0 306.6 2080-2099 238.5 271.1 383.1 789.4 1523.5 1465.0 1527.6 1682.7 1414.7 900.4 553.8 311.8 2016-2035 230.2 260.7 367.8 757.8 1456.2 1380.1 1436.5 1596.6 1356.8 861.1 530.3 298.5 RCP8.5 2046-2065 239.5 270.6 380.4 786.4 1528.6 1450.5 1514.5 1676.3 1424.6 900.1 555.8 315.0 2080-2099 258.3 287.0 404.2 840.8 1639.6 1559.6 1642.4 1822.5 1543.0 992.2 610.2 340.3 989.4 590.5 391.0 Trạm Tuyên Quang Nền 1986-2005 254.6 232.4 361.4 711.5 1399.3 1402.0 1612.7 1598.7 1368.4 2016-2035 256.8 231.6 363.2 723.5 1416.4 1428.9 1650.2 1633.4 1399.6 1006.5 594.2 397.7 RCP4.5 2046-2065 272.1 243.1 378.7 751.9 1481.4 1499.0 1735.4 1707.9 1460.8 1061.0 636.0 425.4 2080-2099 277.6 249.1 389.7 771.5 1508.5 1541.4 1785.3 1752.4 1495.0 1088.7 646.0 429.9 2016-2035 268.3 240.6 373.1 741.2 1445.5 1455.7 1678.4 1662.3 1433.1 1044.7 619.7 412.2 RCP8.5 2046-2065 278.1 248.9 388.8 768.5 1521.1 1531.3 1769.9 1745.4 1502.7 1090.4 649.9 435.4 2080-2099 299.4 263.4 410.9 821.0 1628.0 1645.5 1923.7 1898.4 1625.1 1200.1 712.3 469.9 kk Bảng D.4 Lượng mưa hiệu (mm) thời kỳ theo kịch Kịch Nền RCP4.5 RCP8.5 Nền RCP4.5 RCP8.5 Nền RCP4.5 RCP8.5 Bảng D.5 Hiện trạng sử dụng đất canh tác số huyện thuộc tỉnh Tuyên Quang TT Chỉ tiêu Lúa Lúa Đông xuân So với năm Lúa Mùa So với năm Quy hoạch đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 theo Quyết định số 535/QĐ-UBND 31/12/2014 ll Bảng D.6 Mức thay đổi nhu cầu tưới cho lúa diện tích canh tác số vùng thuộc tỉnh Tuyên Quang theo kịch biến đổi khí hậu Kịch Thời kỳ Đơn vị tính 2016-2035 RCP4.5 2046-2065 2080-2099 2016-2035 RCP8.5 2046-2065 2080-2099 Bảng D.7 Mức thay đổi nhu cầu tưới lúa theo thay đổi quy hoạch diện tích canh tác tỉnh Tuyên quang qua kịch biến đổi khí hậu Kịch Thời kỳ Đơn vị tính 2016-2035 RCP4.5 2046-2065 2080-2099 2016-2035 RCP8.5 2046-2065 2080-2099 mm ... HƯƠNG DỰ TÍNH KHÍ HẬU TƯƠNG LAI ĐỘ PHÂN GIẢI CAO CHO TỈNH TUYÊN QUANG VÀ KHUYẾN NGHỊ SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ... ứng dụng kết dự tính vào đánh giá tác động BĐKH đến nhu cầu nước trồng (lúa) CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan nghiên cứu dự tính khí hậu đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến nhu. .. dụng rộng rãi Việt Nam bao gồm: PRECIS, CCAM, RegCM, CLWRF nghiên cứu dự tính khí hậu tương lai độ phân giải cao cho tỉnh Tuyên Quang khuyến nghị sử dụng đánh giá tác động BĐKH nhu cầu nước cho