CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phƣơng pháp thu thập, phân tích, xử lí tài liệu
Thu thập, phân tích, xử lý tài liệu là công việc quan trọng trong quá trình nghiên cứu, đánh giá. Trên cơ sở mục đích của đề tài, tác giả đã xác định các tài liệu, số liệu cần thu thập tại khu vực nghiên cứu nhƣ:
- Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội
- Các số liệu quan trắc từ các trạm khí tƣợng trên địa bàn tỉnh trong khoảng thời gian đủ dài để đảm bảo độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.
Các tài liệu, số liệu đƣợc thu thập từ nhiều nguồn: - Các báo cáo tổng kết của UBND tỉnh Gia Lai - Số liệu quan trắc khí tƣợng của từng trạm theo năm - Các đề án, quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội của tỉnh
- Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến vấn đề nghiên cứu…
Bảng 2.1. Danh sách trạm khí tƣợng lấy số liệu quan trắc trong thời kỳ 1980- 2016
STT Tên trạm Tỉnh Kinh độ Vĩ độ
1 An Khê Gia Lai 108.63o 13.95o
2 Ayunpa Gia Lai 108.90o 13.42o
3 Pleiku Gia Lai 108.00o 13.98o
2.3.2. Phƣơng pháp lựa chọn và tính toán chỉ số hạn
Lựa chọn chỉ số hạn:
Việc áp dụng các chỉ số hạn phụ thuộc vào điều kiện từng vùng, hệ thống cơ sở dữ liệu quan trắc sẵn có trong vùng đó và mục tiêu đánh giá loại hạn hán (hạn khí tƣợng, hạn thủy văn, hạn nông nghiệp) cụ thể của từng bài toán.
Chỉ số hạn phục vụ tính toán, dự báo đƣợc lựa chọn dựa vào một số tiêu chí nhƣ sau:
- Thể hiện đƣợc tính khắc nghiệt của hạn hán, đặc biệt là sự gia tăng cƣờng độ hạn hán khi thời gian thiếu hụt mƣa dài;
- Có mối quan hệ đáng tin cậy với các đặc trƣng yếu tố khí hậu trong kịch bản BĐKH;
- Có thể tính toán đƣợc trong hoàn cảnh số liệu của nƣớc ta nói chung và của địa bàn nghiên cứu nói riêng;
- Kết quả thống kê hạn theo chỉ số đƣợc chọn phù hợp với các năm hạn thực tế trong lịch sử.
Với các tiêu chí nêu trên, đề tài đã lựa chọn chỉ số chuẩn hóa giáng thủy SPI
(Standardized Precipitation Index) và chỉ số khô hạn K để tính toán và phân tích xu
thế biến đổi của hạn khí tƣợng trên địa bàn tỉnh Gia Lai trong thời kỳ 1980 – 2016. Để phản ánh đặc điểm và xu thế khô hạn theo các thời đoạn trong năm cũng nhƣ diễn biến hạn giữa các khu vực khác nhau trên địa bàn nghiên cứu, chỉ số chuẩn hóa giáng thủy SPI và chỉ số khô hạn K đƣợc tính toán theo năm và theo mùa, sử dụng các dữ liệu quan trắc lƣợng mƣa và lƣợng bốc hơi đƣợc quan trắc từ ba trạm khí tƣợng: Trạm An Khê, trạm Ayunpa, trạm Pleiku trong thời kỳ nghiên cứu từ 1980 – 2016.
Phương pháp tính toán chỉ số hạn
* Chỉ số chuẩn hóa giáng thủy SPI (Standardized Precipitation Index): Do
McKee và cộng sự đề xuất năm 1993 đƣợc sử dụng để đánh giá đặc điểm và sự biến đổi của hạn hán khu vực nghiên cứu. Chỉ số SPI đƣợc tính bằng công thức:
Với R là lƣợng mƣa thực tế; R là lƣợng mƣa trung bình nhiều năm (thời đoạn tính); là độ lệch tiêu chuẩn.
Chỉ số SPI là một chỉ số không thứ nguyên. Do sự phân bố của giáng thủy đối với các quy mô nhỏ hơn một năm không phải là một phân bố chuẩn, vì vậy, để tính toán chi tiết ta làm nhƣ sau:
Trƣớc tiên, phải hiệu chỉnh sự phân bố giáng thủy tới một hàm phân bố mật độ xác suất chuẩn Gamma. Phân bố Gamma đƣợc xác định bằng hàm mật độ tần số hay tần suất
Trong đó các tham số và của hàm mật độ xác suất Gamma ƣớc lƣợng cho mỗi trạm và mỗi quy mô thời gian (3 tháng, 6 tháng, 12 tháng...)và cho mỗi tuần của năm. Các chỉ số và đƣợc ƣớc lƣợng tối ƣu nhƣ sau:
Cho t = x/ , khi đó phƣơng trình trở thành
Ta thấy rằng, đối với x = 0 và phân bố giáng thủy có thể chứa cả số 0 thì xác suất tích lũy trở thành
Với q là xác suất tại điểm giáng thủy = 0
Cuối cùng, xác suất tích lũy đƣợc biến đổi tới biến ngẫu nhiên chuẩn hóa Z với giá trị trung bình bằng 0 và phƣơng sai bằng 1, Z chính là giá trị của SPI:
Trong đó: với 0 < H(x) < 0,5
với 0,5 < H(x) < 1,0 Với các hằng số đƣợc cho nhƣ sau co = 2,515517
c1 = 0,802853 c2 = 0,01328 d1 = 1,432788 d2 = 0,189269
d3 = 00,001308
Chỉ số SPI đƣợc tính toán dựa trên xác suất của lƣợng mƣa quan trắc cho các khoảng thời gian khác nhau (theo năm, theo mùa hay quy mô 1,3,6,12 tháng). Do SPI có thể ƣớc tính đƣợc cho những quy mô thời gian khác nhau, có thể cung cấp sớm cảnh báo của hạn hán và giúp đánh giá hạn khắc nghiệt và nó cũng dễ tính toán hơn các chỉ số khác. SPI tính toán cho bất kỳ vùng nào dựa vào bản ghi giáng thủy dài hạn cho một thời kỳ yêu cầu. Giá trị của SPI mang dấu âm chỉ ra hạn hán, còn mang giá trị dƣơng chỉ ra tình trạng thừa ẩm. Theo Tổ chức Khí tƣợng thế giới (WMO), thì trạng khô hạn hay ẩm ƣớt đƣợc phân cấp theo chỉ số SPI nhƣ sau:
Bảng 2.2. Phân cấp hạn theo chỉ số SPI
Giá trị SPI Điều kiện
> 2 Qúa ẩm ƣớt 1.5 1,99 Rất ẩm 1,0 1,49 Ẩm vừa phải -0,99 0,99 Trung bình -1,0 -1,49 Hơi khô -1,5 -1,99 Hạn nặng Hạn cực nặng Nguồn: [28] * Chỉ số khô hạn K:
K là chỉ số xác định hạn thông dụng ở Việt Nam, đƣợc tính theo công thức:
Trong đó: E là một số đo khả năng về lƣợng bốc hơi, đƣợc sử dụng nhƣ một đặc trƣng phản ánh phần chi chủ yếu của cán cân nƣớc, và là nhân tố chủ yếu của tình trạng hạn hán.
R: Lƣợng mƣa tháng hoặc năm. R đƣợc coi nhƣ phần thu chủ yếu của cán cân nƣớc, nhân tố giải trừ và giảm nhẹ hạn hán.
Nhƣ vậy, chỉ số khô hạn vừa có quan hệ mật thiết với lƣợng mƣa, vừa phụ thuộc vào lƣợng bốc hơi. Về cơ bản, phân bố chỉ số hạn là hình ảnh trái ngƣợc của phân bố lƣợng mƣa.
Hạn xảy ra khi lƣợng bốc hơi bắt đầu vƣợt quá lƣợng mƣa. Phân cấp hạn theo chỉ số K đƣợc xác định theo Bảng 2.3
Bảng 2.3. Phân cấp hạn theo chỉ số K Giá trị K Điều kiện
< 0,5 Rất ẩm 0,5 1,0 Ẩm 1,0 2,0 Hơi khô 2,0 4,0 Khô >4,0 Rất khô Nguồn: [28]