Tính chưa chắc chắn trong xây dựng đường cong IDF cho tương lai

Chương 3 Kê ́t quả và thảo luâ ̣n

3.2. Xây dựng đường cong IDF cho khu vực Hà Nội

3.2.3. Tính chưa chắc chắn trong xây dựng đường cong IDF cho tương lai

Trong mục này, tính chưa chắc chắn trong xây dựng đường cong IDF cho giai đoạn cuối thế kỷ được xem xét và tính tốn. Từ 5 phương án tính tốn khác nhau, các phân vị 25% và 75% sẽ được tính tốn và thể hiện qua dạng biểu đồ Box Plot cùng với các bảng kết quả. Dưới đây là các nhận xét và đánh giá.

Tính chưa chắc chắn trong dự tính mức biến đổi của đường cong IDF với tần suất lặp lại 2 năm cho trạm Láng, Hà Nội được đưa ra trong Hình 3.8 và Bảng 3.12. Với thời đoạn mưa 15 phút, kịch bản RCP4.5 đưa ra khoảng biến đổi dao động từ -41.5 đến 63%, và khoảng biến đổi theo kịch bản RCP8.5 là rộng hơn rất nhiểu, từ -82 đến 85%. Đối với thời đoạn mưa 1 giờ, kịch bản RCP8.5 vẫn cho khoảng biến đổi lớn hơn so với RCP4.5, từ -66.5 đến 65% so với -22.5 đến 49%. Và đối với thời đoạn mưa 24 giờ, kịch bản RCP8.5 vẫn có khoảng dao động lớn hơn RCP4.5, khoảng dao động trong

thời đoạn mưa này cũng nhỏ hơn các thời đoạn ngắn đã đề cập đến trước đó đối với cả 2 kịch bản. Cụ thể, khoảng dao động tương ứng với 2 kịch bản này lần lượt là 9 đến 42% và 18 đến 64.5%.

Hình 3.8. Tính chưa chắc chắn trong dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 2 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5)

Bảng 3.12. Tổ hợp theo các phân vị khác nhau của mức độ biến đổi cường độ mưa theo 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 2 năm

Đơn vị: % 2 Năm 15' 30' 1h 1.5h 2h 4h 8h 12h 24h RCP4.5 P25 -41.5 -35 -27.5 -22.5 -19 -9.5 0.5 5.5 9 P75 63 57.5 52.5 49 47.5 42 37.5 38.5 42 RCP8.5 P25 -82.5 -75.5 -66.5 -59.5 -53.5 -35.5 -10.5 0 18 P75 85 75.5 65.5 60.5 57 49 41.5 46 64.5

Đối với tần suất lặp lại 5 năm, các khoảng dao động trong dự tính cường độ mưa theo các thời đoạn và tần suất lặp lại khác nhau đều lớn hơn so với tần suất 2 năm đã phân tích trước đó. Cụ thể, với thời đoạn mưa 15 phút, khoảng biến đổi của cường độ mưa vào cuối thế kỷ dao động từ -41 đến 101.5% theo kịch bản RCP4.5 và từ -83 đến 122% theo kịch bản RCP8.5. Với thời đoạn mưa 1 giờ, 2 khoảng dao động tương ứng lần lượt là từ -27 đến 86.5% và -67.5 đến 100%. Đối với thời đoạn mưa 24 giờ, khoảng dao động của cường độ mưa vẫn là nhỏ nhất trong tần suất lặp lại 5 năm này. Mức dao động tương ứng với 2 kịch bản trung bình RCP4.5 và kịch bản cao RCP8.5 vào cuối thế kỷ lần lượt là 20.5 đến 58.5% và 25.5 đến 73% (Bảng 3.13 và Hình 3.9).

Hình 3.9. Tính chưa chắc chắn trong dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 5 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5)

Bảng 3.13. Tổ hợp theo các phân vị khác nhau của mức độ biến đổi cường độ mưa theo 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 5 năm

Đơn vị: % 5 Năm 15' 30' 1h 1.5h 2h 4h 8h 12h 24h RCP4.5 P25 -41 -34.5 -27 -22 -18.5 -9.5 1 8 20.5 P75 101.5 94 86.5 82.5 79.5 73 66.5 63 58.5 RCP8.5 P25 -83 -76.5 -67.5 -61 -55 -37.5 -13 5 25.5 P75 122 110.5 100 94 90 81 72.5 67.5 73

Đối với tần suất lặp lại 10 năm, khoảng dao động theo cả 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 đều lớn hơn so với 2 tần suất lặp lại trước đó. Cụ thể, với thời đoạn mưa 15 phút, khoảng dao động của mức biến đổi cường độ mưa theo kịch bản RCP4.5 từ -41% đến 118% và theo kịch bản RCP8.5 là từ -83.5% đến 136.5%. Với thời đoạn mưa 60 phút, mức biến đổi của cường độ mưa dao động từ -27 đến 101% và -68 đến 114% tương ứng với 2 kịch bản trung bình và kịch bản cao. Với thời đoạn mưa 24 giờ, cường độ mưa trung bình theo kịch bản RCP4.5 tăng từ 20.5 đến 71% và theo kịch bản RCP8.5 là từ 27.5 đến 80.5% (Hình 3.10 và Bảng 3.14). Một điểm đáng lưu ý nữa từ cả 3 tần suất lặp lại đều có cường độ mưa với xu thế hồn toàn tăng lên ở 2 thời đoạn 12h và 24h, trong khi ở các thời đoạn ngắn hơn, hầu hết đều có mơ hình dự tính xu thế giảm của cường độ mưa.

Hình 3.10. Tính chưa chắc chắn trong dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 10 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5)

Bảng 3.14. Tổ hợp theo các phân vị khác nhau của mức độ biến đổi cường độ mưa theo 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 10 năm

Đơn vị: % 10 Năm 15' 30' 1h 1.5h 2h 4h 8h 12h 24h RCP4.5 P25 -41 -34.5 -27 -22.5 -18.5 -9.5 1.5 8 20.5 P75 118 109.5 101 96.5 93 86 79 74.5 71 RCP8.5 P25 -83.5 -77 -68 -61.5 -55.5 -38 -13.5 5 27.5 P75 136.5 125 114 107.5 103.5 94 85 80 80.5 Đối với tần suất lặp lại 25 năm, khoảng biến đổi của cường độ mưa càng được mở rộng hơn cả về 2 phía phân vị 25% và phân vị 75%. Theo kịch bản RCP4.5, cường độ mưa trung bình trong thời đoạn 15 phút biến đổi từ -41% đến 132.5% và theo kịch bản RCP8.5, mức biến đổi này dao động từ -83.5 đến 149.5%. Với thời đoạn mưa 1 giờ, mức biến đổi của cường độ mưa dao động từ -26.5 đến 114% theo kịch bản RCP4.5 và từ -68 đến 126% theo kịch bản RCP8.5. Với thời đoạn mưa 12 giờ và 24 giờ, cường độ mưa trung bình tăng lên tương ứng từ 8 đến 85.5% và 20.5 đến 82% theo kịch bản trung bình. Mức tăng tương ứng với 2 thời đoạn này theo kịch bản cao là từ 4 đến 91% và từ 29 đến 87.5% (Bảng 3.15 và Hình 3.11).

Hình 3.11. Tính chưa chắc chắn trong dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 25 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5)

Bảng 3.15. Tổ hợp theo các phân vị khác nhau của mức độ biến đổi cường độ mưa theo 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 25 năm

Đơn vị: % 25 Năm 15' 30' 1h 1.5h 2h 4h 8h 12h 24h RCP4.5 P25 -41 -34 -26.5 -22 -18.5 -9 1.5 8 20.5 P75 132.5 123 114 109 105.5 97.5 90 85.5 82 RCP8.5 P25 -83.5 -77.5 -68 -61.5 -56 -39 -14.5 4 29 P75 149.5 137.5 126 119.5 115 105.5 96 91 87.5 Đối với tần suất 50 năm, cường độ mưa trung bình trong thời đoạn 15 phút có xu thế biến đổi trong khoảng từ -41 đến 141% theo kịch bản RCP4.5. Mức biến đổi tương ứng theo kịch bản RCP8.5 của cường độ mưa trong thời đoạn này từ -83.5 đến 157%. Với thời đoạn mưa 60 phút, cường độ mưa trung bình vào cuối thế kỷ biến đổi từ -26.5 đến 121.5% theo kịch bản RCP4.5, và từ -68.5 đến 133% theo kịch bản RCP8.5. Đối với 2 thời đoạn mưa 12 giờ và 24 giờ, mức biến đổi theo kịch bản RCP4.5 lần lượt là từ 8 đến 91.5% và 20.5 đến 88%. Theo kịch bản RCP8.5, mức tăng của cường độ mưa theo 2 thời đoạn này tương ứng là 3.5 đến 97% và 30.5 đến 91.5% (Hình 3.12 và Bảng 3.16).

Hình 3.12. Tính chưa chắc chắn trong dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 50 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5)

Bảng 3.16. Tổ hợp theo các phân vị khác nhau của mức độ biến đổi cường độ mưa theo 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 50 năm

Đơn vị: % 50 Năm 15' 30' 1h 1.5h 2h 4h 8h 12h 24h RCP4.5 P25 -41 -34 -26.5 -22 -18.5 -9 1 8 20.5 P75 141 130.5 121.5 116.5 112.5 104.5 96.5 91.5 88 RCP8.5 P25 -83.5 -77.5 -68.5 -62 -56.5 -39.5 -15 3.5 30.5 P75 157 144.5 133 126.5 122 112 102.5 97 91.5 Đối với tần suất lặp lại 100 năm, đây là những sự kiện mưa với tính chất cực đoan rất lớn, khoảng biến đổi của cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại này cũng là lớn nhất trong tất cả các tần suất lặp lại được xét đến trong nghiên cứu này. Với thời đoạn mưa 15 phút, mức biến đổi của cường độ mưa vào cuối thế kỷ theo kịch bản RCP4.5 dao động từ -40.5 đến 147.5%, và theo kịch bản RCP8.5, mức biến đổi này từ - 84% đến 162.5%. Với thời đoạn mưa 60 phút, mức biến đổi này dao động từ -26.5 đến 127.5% và từ -68.5 đến 138.5% lần lượt theo 2 kịch bản trung bình và kịch bản cao. Đối với 2 thời đoạn mưa 12 giờ và 24 giờ, mức tăng của cường độ mưa trung bình theo kịch bản RCP4.5 là từ 8 đến 96.5% và 20.5 đến 93%. Theo kịch bản cao RCP8.5, khoảng biến đổi này rộng hơn so với kịch bản RCP4.5, từ 3 đến 102% với thời đoạn 12 giờ và 31 đến 95% với thời đoạn 24 giờ (Bảng 3.17 và Hình 3.13).

Hình 3.13. Tính chưa chắc chắn trong dự tính mức biến đổi cường độ mưa ứng với tần suất lặp lại 100 năm (Xanh: RCP4.5, Đỏ: RCP8.5)

Bảng 3.17. Tổ hợp theo các phân vị khác nhau của mức độ biến đổi cường độ mưa theo 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ứng với tần suất lặp lại 100 năm

Đơn vị: % 100 Năm 15' 30' 1h 1.5h 2h 4h 8h 12h 24h RCP4.5 P25 -40.5 -34 -26.5 -22 -18 -9 1 8 20.5 P75 147.5 137 127.5 122 118.5 109.5 101 96.5 93 RCP8.5 P25 -84 -77.5 -68.5 -62 -56.5 -39.5 -15.5 3 31 P75 162.5 150 138.5 131.5 127 117 107 102 95

Nhận xét chung: Từ các phân tích trên đây, có thể thấy việc dự tính cường độ

mưa theo các thời đoạn và tần suất lặp lại khác nhau chứa đựng tính khơng chắc chắn tương đối cao. Trong đó, tính khơng chắc chắn lớn dần theo sự giảm xuống của thời đoạn mưa. Nói cách khác, ở các thời đoạn ngắn, tính khơng chắc chắn lớn hơn khá nhiều so với các thời đoạn dài hơn. Sự khơng chắc chắn này có thể được sinh ra trong q trình chi tiết hóa về mặt thời gian từ số liệu có quy mơ ngày. Thời đoạn càng ngắn, sai số sẽ càng nhiều. Tính khơng chắc chắn cũng có xu thế lớn hơn ở các tần suất lặp lại lớn hơn. Với những sự kiện mưa có càng tính chất cực đoan, thì tính khơng chắc chắn lại càng được thể hiện rõ rệt.

Kết Luận

Luận văn này được thực hiện nhằm đạt được được 2 mục tiêu chính bao gồm: áp dụng phương pháp chi tiết hóa và hiệu chỉnh sai số phù hợp đối với lượng mưa ngày cho trạm khí tượng Láng, Hà Nội; đánh giá được mức độ biến đổi trong tương lai của đường cong IDF dưới tác động của biến đổi khí hậu. Từ những đánh giá trong chương 3, có thể rút ra một số kết luận như sau:

 Phương pháp hiệu chỉnh Quantile – Mapping áp dụng cho thời kỳ phụ thuộc cải thiện rất tốt kết quả mô phỏng lượng mưa từ các mơ hình tồn cầu cả về biến trình năm, tần suất số ngày mưa cũng như các giá trị mưa cực đoan tại trạm khí tượng Láng, Hà Nội.

 Phương pháp hiệu chỉnh vẫn cho thấy những ưu điểm trong việc cải thiện tần suất số ngày mưa và biến trình năm lượng mưa khi áp dụng cho một thời kỳ độc lập. Đối với các giá trị mưa cực đoan, phương pháp đã điều chỉnh tốt các giá trị mưa nhỏ hơn 180mm/ngày, các giá trị lớn hơn 180 mm/ngày vẫn cho những chênh lệch đáng kể so với giá trị quan trắc.

 Đường cong IDF của mưa thời kỳ hiện tại được xây dựng dựa trên chuỗi số liệu quan trắc 30 năm (1976 - 2005) với các thời đoạn từ 15 phút đến 24 giờ sử dụng phương pháp phân tích tần suất bằng hàm cực trị Gumbel.

 Trong tương lai, cường độ mưa có xu thế tăng lên ở mọi thời đoạn cũng như tần suất lặp lại được xem xét theo phương án tổ hợp trung bình. Các sự kiện mưa hiếm khi hoặc chưa xảy ra trong chuỗi số liệu 30 năm quan trắc được dự tính sẽ xảy ra nhiều hơn trong tương lai theo cả 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Mức tăng của cường độ mưa lớn dần theo sự tăng lên của thời đoạn và tần suất lặp lại. Theo kịch bản RCP4.5, cường độ mưa thời đoạn 15 phút tăng lên từ 7.2 đến 42.6% và từ 28.4 đến 54% đối với thời đoạn 24 giờ. Theo kịch bản RCP8.5, mức tăng của cường độ mưa dao động từ 5.4% đến 38.8% và 38% đến 63% tương ứng với 2 thời đoạn 15 phút và 24 giờ. Như vậy, kịch

bản RCP4.5 cho mức tăng lớn hơn ở thời đoạn mưa 15 phút so với kịch bản RCP8.5, và ngược lai đối với thời đoạn mưa 24 giờ.

 Tính khơng chắc chắn trong dự tính mức độ biến đổi của đường cong IDF được chỉ ra thơng qua tính tốn tổ hợp theo phân vị 25% và 75% từ 5 phương án mơ hình. Dự tính cường độ mưa theo các thời đoạn và tần suất lặp lại khác nhau chứa đựng tính khơng chắc chắn tương đối cao. Trong đó, tính khơng chắc chắn lớn dần theo sự giảm xuống của thời đoạn mưa. Với các thời đoạn ngắn, tính khơng chắc chắn lớn hơn khá nhiều so với các thời đoạn dài hơn. Sự không chắc chắn này có thể được sinh ra trong quá trình chi tiết hóa về mặt thời gian từ số liệu có quy mơ ngày. Thời đoạn càng ngắn, sai số sẽ càng nhiều. Tính khơng chắc chắn cũng có xu thế lớn hơn ở các tần suất lặp lại lớn hơn. Với những sự kiện mưa có càng tính chất cực đoan, thì tính khơng chắc chắn lại càng được thể hiện rõ rệt. Bên cạnh đó, kịch bản cao RCP8.5 cũng cho các dự tính biến đổi của cường độ mưa với tính chưa chắc chắn lớn hơn so với kịch bản trung bình RCP4.5, được thể hiện qua độ rộng của khoảng biến đổi giữa phân vị 25% và phân vị 75%. Dải biến đổi của cường độ mưa theo 5 phương án sử dụng có thể dương hoặc âm, đại diện cho xu thế tăng hoặc giảm ở đa số các thời đoạn được xem xét. Tuy nhiên, với 2 thời đoạn 12 giờ và 24 giờ, cường độ mưa chỉ có xu thế duy nhất là tăng lên theo cả 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.

Kiến Nghi ̣

Từ những kết luận rút ra được dựa trên các kết quả phân tích và nghiên cứu, luận văn đưa ra một số kiến nghị khi sử dụng các kết quả này như sau:

 Kịch bản biến đổi của đường cong IDF theo phương án tổ hợp trung bình có thể được xem như là phương án có tính chắc chắn cao nhất và an toàn nhất khi sử dụng vào các mục đích thiết kế cơng trình phục vụ quy hoạch. Kết quả đạt được từ luận văn này hồn tồn có thể áp dụng vào thực tiễn cũng như các nghiên cứu sâu hơn về đánh giá tác động.

 Người sử dụng cần xem xét kỹ lưỡng đến tính chưa chắc chắn khi áp dụng các kết quả này tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Với mục đích thiết kế các cơng trình mang tính tạm thời, có thể áp dụng các kết quả theo kịch bản RCP4.5. Và với mục đích thiết kế các cơng trình mang tính lâu dài hoặc vĩnh cửu, phương án kịch bản RCP8.5 cần được xem xét và tính tốn kỹ lưỡng.

Tài liê ̣u tham khảo

1. Amengual A, Homar V, Romero R, Alonso S, Ramis C (2012) A statistical adjustment of regional climate model outputs to local scales: application to Platja de Palma, Spain. J Clim 25:939–957

2. Argüeso, D., Evans, J. P., and Fita, L.: Precipitation bias correction of very high resolution regional climate models, Hydrol. Earth Syst. Sci., 17, 4379-4388, doi:10.5194/hess-17-4379-2013, 2013.

3. Bennett, J. C., Grose, M. R., Corney, S. P., White, C. J., Holz, G. K., Katzfey, J.