2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu và tính tốn
2.2.3.Tính tốn các chỉ số cực đoan
Các đặc trưng thu được từ phương trình bao gồm Tốc độ xu thế: b1.
Gốc xu thế: b0.
Mức tăng hay giảm trong thời kỳ nghiên cứu. D = b1n
2.2.3. Tính tốn các chỉ số cực đoan
Khái niệm “hiện tượng cực đoan” là những hiện tượng thỏa mãn các điều kiện:
1) Tần suất xuất hiện thấp trong một khoảng thời gian dài; 2) Có cường độ lớn;
3) Gây ra những ảnh hưởng lớn bất lợi đến phát triển KT-XH và con người. Theo IPCC (2007), hiện tượng thời tiết cực đoan là hiện tượng có xác suất xuất hiện nhỏ (thông thường được chọn là nhỏ hơn 10%) ở một nơi cụ thể vào một thời gian cụ thể trong năm. Theo khái niệm này, các khu vực khác nhau sẽ có các
n t n t t t t t t x x b 1 2 1 1 ) ( ) )( ( t b x b0 1
tính chất của “thời tiết cực đoan” khác nhau. Khi hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra vào một thời gian nào đó trong năm, chẳng hạn một mùa khá ổn định, nó có thể được gọi là hiện tượng khí hậu cực đoan. Khí hậu cực đoan là sự tổng hợp của hiện tượng thời tiết cực đoan được đặc trưng bởi trung bình và các cực trị tuyệt đối của các hiện tượng thời tiết cực đoan trên một khoảng thời gian nhất định đủ dài. Nói chung, hiện tượng khí hậu cực đoan phần lớn không được quan trắc trực tiếp mà thường được xác định căn cứ vào số liệu quan trắc của các yếu tố khí hậu và dựa trên một số chỉ tiêu qui ước cụ thể nào đó [11].
Ở Việt Nam hiện nay tồn tại hai khái niệm: “yếu tố khí hậu cực đoan” và “hiện tượng khí hậu cực đoan”. Cái gọi là “yếu tố khí hậu cực đoan” xuất phát từ tên gọi các biến khí hậu cực trị (extreme) mà tập giá trị của chúng là tập hợp các giá trị “cực đại” hoặc “cực tiểu” của biến khí quyển được quan trắc nào đó, chẳng hạn, tập hợp các giá trị quan trắc của nhiệt độ cực đại tuyệt đối ngày (hoặc tháng, hoặc năm). Yếu tố khí hậu cực đoan sẽ được xác định dựa trên tập các giá trị này. Hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam chưa được phân định một cách rõ ràng. Tuy nhiên, theo cách dùng thơng thường hiện nay, những hiện tượng có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, gia súc gia cầm hoặc đến hoạt động sản xuất có thể được cho là những hiện tượng cực đoan.
Để đánh giá được biểu hiện biến đổi của các hiện tượng khí hậu cực đoan, cần phải xây dựng được một bộ chỉ số thống kê đủ thể hiện được bản chất hiện tượng cực đoan và có khả năng áp dụng ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới. Cộng đồng quốc tế đã đồng thuận việc tính tốn các chỉ số này bắt nguồn từ số liệu quan trắc ngày đối với nhiệt độ và lượng mưa cho phép các kết quả được so sánh nhất quán giữa các quốc gia khác nhau và cũng có lợi thế khắc phục hầu hết các hạn chế về số liệu quan trắc ngày ở nhiều nước khác nhau. Năm 2009, IPCC đã đưa ra 27 chỉ số khí hậu cực đoan (http://cccma.seos.uvic.ca/ETCCDI/) và cách tính tốn bao gồm cả các yếu tố và hiện tượng (ECE). Trong số đó có một số chỉ số đã được sử dụng ở Việt Nam (Bảng 2-2) [22].
Bảng 2-2 Bộ chỉ số cực đoan khí hậu đƣợc đề xuất bởi nhóm ETCCDI
TT Kí hiệu Tên chỉ số Định nghĩa chỉ số Đơn vị
1 FD0 Ngày sương giá Số ngày trong năm có Tm (nhiệt độ thấp nhất ngày) <0ºC
ngày
2 SU25 Ngày mùa hè Số ngày trong năm có Tx (nhiệt độ cao nhất ngày) >25ºC
ngày
3 ID0 Ngày băng Số ngày trong năm có Tx <0ºC ngày 4 TR20 Đêm nhiệt đới Số ngày trong năm có Tm >20ºC ngày 5 GSL Mùa sinh trưởng Số ngày tính từ khoảng thời gian đầu
tiên có 6 ngày liên tục có TG >5ºC và khoảng thời gian đầu tiên có 6 ngày liên tục sau 1/VII có TG<5ºC
ngày
6 TXx Max Tmax Nhiệt độ tối cao ngày cao nhất trong tháng
ºC
7 TNx Max Tmin Nhiệt độ tối thấp ngày cao nhất trong tháng
ºC
8 TXn Min Tmax Nhiệt độ tối cao ngày thấp nhất trong tháng
ºC
9 TNn Min Tmin Nhiệt độ tối thấp ngày thấp nhất trong tháng
ºC
10 TN10p Đêm lạnh Số ngày có Tm <phân vị 10% % 11 TX10p Ngày lạnh Số ngày có Tx <phân vị 10% % 12 TN90p Đêm nóng Số ngày có Tm >phân vị 90% % 13 TX90p Ngày nóng Số ngày có Tx >phân vị 90% % 14 WSDI Chỉ số thời gian nóng
liên tục
Số ngày trong năm có 6 ngày liên tiếp với Tx >phân vị 90% (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ngày
15 CSDI Chỉ số thời gian lạnh liên tục
Số ngày trong năm có 6 ngày liên tiếp với Tm <phân vị 10%
TT Kí hiệu Tên chỉ số Định nghĩa chỉ số Đơn vị
16 DTR Biên độ nhiệt độ tháng Trung bình tháng của chênh lệch giữa Tx và Tm
ºC
17 RX1day Lượng mưa ngày lớn nhất
Lượng mưa ngày lớn nhất tháng mm
18 Rx5day Lượng mưa 5 ngày lớn nhất
Lượng mưa 5 ngày lớn nhất tháng mm
19 SDII Chỉ số cường độ mưa Tổng lượng mưa năm chia cho số ngày trong năm có lượng mưa >=1.0mm
Mm /ngày 20 R10 Ngày mưa lớn Số ngày trong năm có lượng mưa
>=10mm
ngày
21 R20 Ngày mưa rất lớn Số ngày trong năm có lượng mưa >=20mm
ngày
22 Rnn Ngày mưa vượt ngưỡng nn )mm)
Số ngày trong năm có lượng mưa >=nn mm, trong đó nn do người sử dụng xác định
ngày
23 CDD Ngày khô liên tục Số ngày tối đa có lượng mưa <1mm liên tục
ngày
24 CWD Ngày ẩm liên tục Số ngày tối đa có lượng mưa >1mm liên tục
ngày
25 R95p Ngày rất ẩm Tổng lượng mưa của các ngày trong năm có lượng mưa > phân vị 95%
mm
26 R99p Ngày siêu ẩm Tổng lượng mưa của các ngày trong năm có lượng mưa >phân vị 99%
mm
27 PRCPTOT Tổng lượng mưa Tổng lượng mưa của các ngày trong năm có lượng mưa >=1mm
mm
Các chỉ số cực đoan khí hậu này được tính tốn từ số liệu nhiệt độ tối cao, tối thấp và tổng lượng mưa ngày rất dễ tính tốn và thể hiện rõ ràng các thơng tin về xu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thế biến đổi, ngoài ra các chỉ số này được sử dụng khá nhiều do tính dễ hiểu [5,6, 11].
Hình 2-3 trình bày phương pháp xác định phân bố xác suất của nhiệt độ ngày và hàm tích lũy xác suất đối với lượng mưa ngày với dạng đường phân bố lệch. Vùng phân bố cực đoan được xác định với các vùng xác suất được tô đậm. Trong trường hợp đối với nhiệt độ, biến đổi tần suất của sự kiện cực đoan chỉ ảnh hưởng mạnh bởi thay đổi giá trị trung bình, một sự thay đổi nhỏ trong phân bố dịch sang bên phải sẽ dẫn tới sự tăng sự kiện “ấm-warm” và giảm sự kiện “lạnh-cold”. Ngoài ra, tần số sự kiện cực đoan cũng có thể chịu ảnh hưởng bởi những thay đổi dạng đường phân bố ở hai bên đối với nhiệt độ, vùng phân bố có thể trở lên rộng hơn hoặc hẹp đi, hoặc có thể là phân bố xác suất nghiêng về một phía chứ khơng đối xứng như mơ tả.
Trong trường hợp hàm tích lũy xác suất, với một phân bố lệch, khi có sự thay đổi về phân bố trung bình sẽ làm thay đổi hoặc thay đổi dạng đường xác suất và do đó nếu tăng lượng mưa trung bình sẽ dẫn tới sự tăng của cực đoan mưa lớn, và ngược lại. Ngồi ra, hình dạng đường phân bố ở vùng xác suất hiếm thay đổi sẽ ảnh hưởng đến cực đoan lượng mưa theo Folland và CS (1995) và Peterson và CS (2008).
Quy trình xác định chỉ số cực đoan khí hậu
Chỉ số cực đoan khí hậu khơng quan trắc được, các bước thực hiện như sau:
Bƣớc 1. Lựa chọn và sắp xếp lại chuỗi số liệu.
Trong bước này, chuỗi số liệu quan trắc ngày sẽ được sắp xếp lại theo thứ tự giá trị từ nhỏ đến lớn. Một điều cần lưu ý, chuỗi số liệu ở đây cần được sắp xếp theo từng tháng trong năm. Bước này được thực hiện nhằm xây dựng cơ sở số liệu ban đầu cho việc xác định các ngưỡng phân vị.
Bƣớc 2. Xác định các ngưỡng phân vị dựa trên N năm quan trắc đã được sắp
xếp lại. Thông thường, N năm ở đây được lựa chọn là thời kỳ cơ sở (base period).Trong các tính tốn của IPCC, thời kỳ cơ sở được lựa chọn từ 1961-1990.Số liệu quan trắc trong N năm cơ sở, xác định các ngưỡng phân vị khác nhau. Ví dụ, ngưỡng phân vị 10%, 20%, …90%. (Hình 2-4)
Hình 2-4 Minh họa sắp xếp chuối số liệu để xác định các ngƣỡng phân vị
(Nguồn: WMO, 2009)
Bƣớc 3. Xác định loại chỉ số cực đoan khí hậu
Ở đây, thực chất là xác định loại chỉ số ứng với các ngưỡng phân vị trên và phân vị dưới. Ví dụ, xác định “Số đêm lạnh (TN10)” được thực hiện bằng cách xác định nhiệt các giá trị nhiệt độ tối thấp trong chuỗi số liệu ngày được sắp xếp theo các tháng trong số năm quan trắc có nhiệt độ năm trong ngưỡng phân vị dưới 10%.
Hình 2-5 minh họa việc xác định đêm ấm (TN90) và đêm lạnh (TN10) trong 12 tháng, mỗi tháng sẽ có một ngưỡng phân vị khác nhau. Chẳng hạn, với ngưỡng
phân vị trên, ứng với ngưỡng phân vị 90% (hay ứng với phân bố xác suất 10% của nhiệt độ Tmin ở ngưỡng trên) được gọi là đêm nóng. Xác định đêm lạnh, được thực hiện bằng cách tìm ra giá trị nhiệt độ nằm trong khoảng phân vị 10% (hay ứng với phân bố xác suất của Tmin ở ngưỡng dưới).
Bƣớc 4. Đếm số lần xuất hiện các hiện tượng cực đoan
Nội dung chính của bước này là đếm số lần xuất hiện sự kiện nằm trong các ngưỡng phân vị cần quan tâm. Ví dụ, Hình 2-8 minh họa việc đếm số lần suất hiện đêm ấm (mầu đỏ) và đêm lạnh (mầu xanh).
Bƣớc 5. Tính tốn chỉ số khí hậu cực đoan
Hình 2-5 Minh họa phƣơng pháp xác định ngƣỡng phân vị trên và dƣới với xác suất 10% của nhiệt độ tối thấp tại trạm De Bilt
(Nguồn: WMO, 2009 )
Hình 2-6 Minh họa kết quả biểu diễn phân bố theo thời gian
Từ kết quả đếm số lần xuất hiện sự kiện ở bước 4, xu thế biến đổi các sự kiện sẽ được thực hiện trong bước này.
Bƣớc 6. Hiển thị các chỉ số cực đoan
Thơng thường, các kết quả tính tốn chỉ số khí hậu cực đoan trong bước 5 được biểu diễn theo phân bố thời gian và khơng gian. Hình 2-6 minh họa kết quả tính tốn phân bố theo khơng gian, kết quả này thường được thể hiện trên một vùng có nhiều trạm được tính tốn. Phân bố theo không gian thông thường được biểu diễn dưới dạng bản đồ dạng điểm và không được nội suy.Đối với các chỉ số cực đoan quan trắc được
Đối với các sự kiện cực đoan quan trắc được, việc tính tốn chỉ số cực đoan
khí hậu được thực hiện khá đơn giản. Ví dụ tính chỉ số biến đổi của số ngày nắng nóng (Tmax>37oC), cơng việc tính tốn đơn giản chỉ là đếm số sự kiện có Tmax>37oC, sau đó tính tốn chỉ số biến đổi và hiển thị tương tự như các chỉ số không quan trắc trực tiếp được.