Luận văn thạc sĩ tác động của biến đổi khí hậu đến mối quan hệ cường độ thời gian tần suất của mưa khu vực hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------

Lưu Nhật Linh

TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MỐI QUAN HỆ
CƯỜNG ĐỘ - THỜI GIAN – TẦN SUẤT CỦA MƯA
KHU VỰC HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------

Lưu Nhật Linh

TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MỐI QUAN HỆ
CƯỜNG ĐỘ - THỜI GIAN – TẦN SUẤT CỦA MƯA
KHU VỰC HÀ NỘI

Chuyên ngành: Khí tượng và Khí hậu học
Mã số: 60440222

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016

MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................ i
DANH MỤC HÌNH............................................................................................ iii
DANH MỤC BẢNG............................................................................................ v
Lời cảm ơn........................................................................................................... 1
Mở đầu................................................................................................................. 2
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứ u............................................................. 4
1.1. Đăt vấn đề..................................................................................................... 4
1.2. Khái niệm đường cong IDF của mưa............................................................ 5
1.3. Mu
tiêu cuả luân văn................................................................................... 6
c
1.4. Tổng quan về vấn đề nghiên cứ u................................................................... 7
1.4.1. Nghiên cứ u về phương pháp
hiêu

chỉnh sai số đối với lươn g mưa.........8

1.4.2. Nghiên cứ u về xây dưng đường cong IDF........................................... 13
1.4.3. Nhâ
xét chung.................................................................................... 19
n
Chương 2.

vi, số liêu và phương pháp nghiên cứ u....................................21

Pham
2.1. Pha

m

vi và số liêu nghiên cứ u.................................................................... 21

2.1.1. Phạm vi nghiên cứ u............................................................................. 21
2.1.2. Số liệu quan trắc................................................................................... 24
2.1.3. Số liệu kịch bản.................................................................................... 24
2.1.4. Xử lý số liệu......................................................................................... 25
2.2. Phương pháp hiệu chỉnh thống kê............................................................... 25
iii


2.3. Phương pháp xây dưng đường cong IDF..................................................... 28
2.3.1. Phương pháp phân tích tần suất............................................................ 28
2.3.2. Phương phaṕ ha q ̣ uy mô thơì gian........................................................ 30

iv


Chương 3. Kết quả và thaỏ luân........................................................................... 33
3.1. Đánh giá kỹ năng của phương pháp hiệu chỉnh sai số mưa.........................33
3.1.1. Đánh giá cho thời kỳ phụ thuộc............................................................ 33
3.1.2. Đánh giá cho thời kỳ độc lập................................................................ 37
3.2. Xây dựng đường cong IDF cho khu vực Hà Nội......................................... 41
3.2.1. Đường cong IDF cho thời kỳ hiện tại................................................... 41
3.2.2. Đường cong IDF cho thời kỳ tương lai dưới tác động của biến đổi khí
hậu........................................................................................................ 43
3.2.3. Tính chưa chắc chắn trong xây dựng đường cong IDF cho tương lai...47
Kết Luân.............................................................................................................. 54
Kiến Nghi........................................................................................................... 56

Taì liêu tham khaỏ .............................................................................................. 57


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Ví du m
̣ inh hoa về đươǹ g cong IDF (Lê Minh Nhât 2008) [12]..........................5

Hình 1.2. Minh họa phương pháp Quantile – Quantile (Amengual
và nnk, 2012) [1]............................................................................................
11
Hình 1.3. So sánh đường cong IDF hiện tại và tương lai thu
được từ 2 phương pháp mạng thần kinh nhân tạo và phân tách

ngẫu nhiên (Mirhosseini và nnk, 2014) [16]..................................................
16
Hình 1.4. So sánh cường độ mưa giữa thời kỳ cơ sở và các thời

kỳ trong tương lai (Wang và nnk, 2014) [24].................................................
18
Hình 2.1. Minh họa phân bố tích lũy của mưa (màu đỏ: quan trắc,
màu xanh: mơ hình) .26
Hình 2.2. Mớ i quan hê ̣ giữ a xá c suấ t tích lũ y và đườ ng
cong IDF (Lê Minh Nhât

2008)

[12]......................................................................................................
................................29
Hình 3.1. So sánh biến trình năm của lượng mưa (cột) và tần
suất số ngày mưa (đường) giữa số liệu quan trắc (xanh lá), mơ

hình thơ (xanh nước biển) và mơ hình sau hiệu chỉnh (đỏ) giai
đoạn 1976 - 2005; a) ACCESS1-0, b) GFDL-CM3, c) GFDL-

ESM2G, d) MRI- CGCM3, e) NorESM1-M.................................................
34
Hình 3.2. Q-Q plot của lượng mưa cực trị (>= phân vị 95%) từ
mơ hình (xanh) và mơ hình sau hiệu chỉnh (đỏ) giai đoạn 1976 2005; a) ACCESS1-0, b) GFDL-CM3, c) GFDL-ESM2G, d)

MRI-CGCM3, e) NorESM1-M......................................................................
36
Hình 3.3. So sánh biến trình năm của lượng mưa (cột) và tần
suất số ngày mưa (đường) giữa số liệu quan trắc (xanh lá), mô


hình thơ (xanh nước

Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch bản RCP4.5........................................

biển) và mơ hình

44

sau hiệu chỉnh (đỏ)

Hình 3.7. Đường cong IDF của mưa tại trạm Láng (Hà Nội)

giai đoạn 1961 -

giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch bản RCP8.5................................................

1975; a) ACCESS1-

46

0, b) GFDL-CM3,
c)

GFDL-ESM2G,

d) MRI- CGCM3, e)
NorESM1-M.....................................................................................................................
38
Hình 3.4. Q-Q plot
của lượng mưa cực
trị (>= phân vị 95%)
của mơ hình (xanh)
và mơ hình sau hiệu
chỉnh (đỏ) giai đoạn
1961 - 1975; a)
ACCESS1-0,

b)

GFDL-CM3,

c)

GFDL-ESM2G, d)
MRI-CGCM3,

e)

NorESM1-M.....................................................................................................................
40
Hình 3.5. Đường cong
IDF của mưa tại trạm
Láng (Hà Nội) giai đoạn
1976 - 2005
42
Hình 3.6.

Đường

cong IDF của mưa
tại trạm Láng (Hà


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)...................................................................... 48
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)...................................................................... 49
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)............................................................ 50
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)............................................................ 51
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)............................................................ 52
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).......................................................... 53

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Các mơ hình khí hậu tồn cầu sử dụng trong nghiên cứu [6]............................ 25
Bảng 3.1. Sai số trung bình ME trong mơ phỏng lượng mưa tại trạm Láng thời kỳ 19762005; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh............................................................. 35
Bảng 3. 2. Sai số trung bình ME trong mô phỏng số ngày mưa tại trạm Láng thời kỳ 19762005; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh............................................................. 35
Bảng 3.3. Sai số trung bình ME trong mơ phỏng lượng mưa cực trị (>= phân vị 95%) thời
kỳ 1976-2005; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh............................................... 37
Bảng 3.4. Sai số trung bình ME trong mơ phỏng lượng mưa tại trạm Láng thời kỳ 19611975; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh............................................................. 38
Bảng 3. 5. Sai số trung bình ME trong mơ phỏng số ngày mưa tại trạm Láng thời kỳ 19611975; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh............................................................. 39
Bảng 3.6. Sai số trung bình ME trong mô phỏng lượng mưa cực trị (>= phân vị 95%) thời
kỳ 1961-1975; BC: sau hiệu chỉnh, Raw: Chưa hiệu chỉnh............................................... 40
Bảng 3.7. Cường độ mưa ứng với các thời đoạn và tần suất lặp lại khác nhau tại trạm
Láng (Hà Nội) giai đoạn 1976 – 2005............................................................................... 43
Bảng 3.8. Mức biến đổi của cường độ mưa ứng với các thời đoạn và tần suất lặp lại khác
nhau tại trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch bản RCP4.5.....................44
Bảng 3.9. Cường độ mưa ứng với các thời đoạn và tần suất lặp lại khác nhau tại trạm
Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch bản RCP4.5........................................... 45
Bảng 3.10. Mức biến đổi của cường độ mưa ứng với các thời đoạn và tần suất lặp lại khác
nhau tại trạm Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch bản RCP4.5.....................46
Bảng 3.11. Cường độ mưa ứng với các thời đoạn và tần suất lặp lại khác nhau tại trạm
Láng (Hà Nội) giai đoạn 2070 – 2099 theo kịch bản RCP8.5........................................... 46
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............................................. 48
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............................................. 49


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........................................... 50
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........................................... 51
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........................................... 52
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.........................................53


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Mai Văn Khiêm đã định hướng
nghiên cứu và các phương pháp luận cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu
Luận văn thạc sỹ.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể đội ngũ giảng viên, cán bộ Khoa
Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên –
ĐHQGHN đã giúp tôi trang bị những kiến thức chuyên môn và những kinh nghiệm
nghiên cứu quý báu trong suốt quá trình thực hiện Luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo và cán bộ của Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng
- Khí hậu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung cấp số liệu, tài liệu và tận tình giúp đỡ
tơi trong q trình thực hiện Luận văn này.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc những người thân trong gia đình
và bạn bè đã ln động viên, giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và
thực hiện Luận văn này.

11


Mở đầu
Mưa là một yếu tố khí hậu cơ bản và cũng đặc biệt quan trọng đối với đời sống
con người. Các đặc trưng liên quan đến mưa như cường độ, thời gian mưa, và tần suất
xuất hiện có ảnh hưởng to lớn đến nhiều ngành nghề cũng như ảnh hưởng trực tiếp đến
giới sinh vật tồn tại trên trái đất. Các đặc trưng mưa này ảnh hưởng trực tiếp đến sản

suất nông nghiệp, đến sự sinh tồn của một loại cây, có tác động khơng nhỏ đến các
chính sách cũng như chiến lược xây dựng các đập thủy điện, đê điều, quy hoạch, quản
lý tài nguyên nước. Mưa cuñ g là một biến đầu vào quan trọng cho các mơ hình thủy
văn, thủy lực, đồng thờ i có ảnh hưởng to lớn đến thảm thực vật trên bề mặt trái đất. Và
đặc biệt quan trọng, cường độ và thời gian mưa tác động trực tiếp đến các hiện tượng
cực đoan trong thủy văn có thể an̉ h hươn̉ g trưc
quét, sạt lở đất …

tiếp đến tiń h mang con ngươì như lũ

Hiện này, việc dự tính mưa vẫn đang là bài toán khó đối với hầu hết các quốc
gia trên thế giơí , kể cả các quốc gia phat́ triển như My, Nhât hay cać quốc gia Châu Âu.
Khả năng dự báo đúng lương mưa vẫn đang ở môt xác suất rất thấp. Vì vây , rất nhiều
những nghiên cứu hiệu chỉnh sai số theo nhiều hươń g khác nhau đươc aṕ dung rông rai
nhằ m giả m sai số hê ̣ thống từ cá c mô hình khí hậu môt cá ch tố i ưu nhấ t có thể . Tuy
nhiên, cũng cần khẳng đin h rằng, sẽ không có phương pháp hiệu chỉnh nào hoàn hảo
loại bỏ đươc hoan toan sai số. Va viêc áp dung phương phap hiêu chinh sai số cung
̃
̀
̀
̀
́
̉
chiń h là nguồn gây ra cać sai số khać . Mặc dù vây , hiêu chỉnh sai số từ các mô hiǹ h
vẫn là điều cần thiết và quan trong trong viêc giam tính chưa chắc chắn trong bai toan
̉
̀
́
dự tính khí hậu tương lai.
Việc xây dựng và đánh giá đường cong Cường độ - thời đoạn – tần suất (IDF)

của mưa ứng với các khoảng thời gian khác nhau là tiêu chuẩn quan trọng để thiết kế
các hệ thống thủy văn và các cơng trình liên quan nên đã được quan tâm nghiên cứu từ
khá sớm trên thế giới (Sherman 1931, Bernard 1932) [4, 23]. Ban Liên Chính phủ về
Biến đổi Khí hậu, IPCC (2013) [9] kết luận rằng biến đổi khí hậu có thể dẫn đến gia
tăng các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan, cả về cường độ và tần xuất. Sự biến đổi


này có khả năng làm thay đổi các tiêu chuẩn thiết kế đã xây dựng trước đây. Lượng
mưa cực đại quy mô ngày hoặc dưới ngày – một trong những đặc trưng của đường
cong IDF, có xu hướng tăng ở nhiều nơi trên thế giới bao gồm cả Việt Nam. Tuy nhiên,
ở Viêt Nam, mố i quan hê ̣ nà y chưa
thưc

sự
đươc

quan tâm và nghiên cứ u. Đăc

biêt

trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu đang rõ ràng hơn bao giờ hết, Viêt Nam là môt
trong nhưñ g quốc gia chiu an̉ h hươn̉ g năng nề nhất do biến đổi khí hâu, mối quan hệ
cường độ - thời gian –tần suất mưa đã có những biến đổi như thế nào và khả năng biến
đổi trong tương lai caǹ g trở nên quan trong và cần đươc nghiên cứ u ứng dụng rơng rai.
Cũng chính vì những lý do nêu trên mà việc nghiên cứu xây dựng, phân tích và
đánh giá đường cong IDF mang ý nghĩa to lớn, có khả năng ứng dụng cao cũng như là
một thách thức khơng nhỏ đối với cả những nhà khí tượng và thủy văn học. Do vậy, tên
đề tài “Tác động của biến đổi khí hậu đến mối quan hệ cường độ - thời gian - tần
suất của mưa khu vực Hà Nội” được lựa chọn làm chủ đề nghiên cứu cho luận văn
này.

vấ n
1.1. Đă đê
t

Chương 1. Tổng quan vấ n đê nghiên cứ u
Ngày nay, với tốc độ phát triển của kinh tế xã hội, nhu cầu
sử dụng thông tin về khí tượng thủy văn cũng ngày một tăng lên.
Hơn nữa, thơng tin về khí tượng thủy văn đặc biệt quan trọng trong
các ngành địi hỏi độ chính xác trong cơng việc cao như quy hoạch,
thiết kế, phát triển cơ sở hạ tầng, cấp thoát nước hay đánh giá tác
động, cải thiện môi trường nước trong đô thị, khu công nghiêp hay
phục vụ giao thông, hàng không và nông nghiệp. Bước đầu tiên và
cũng rất quan trọng trong việc ước lượng được khả năng xảy ra
cũng như cường độ và thời gian mưa phục vụ cho các ngành kể
trên chính là xây dựng đường cong Cường độ - thời đoạn – tần suất
(IDF) của mưa. Ở rất nhiều nước phát triển trên thế giới như Hoa
Kỳ, Canada, Đức … hay ngay cả những nước trong khu vực Đông
Nam Á như Malaixia và Singapore đều đã có rất nhiều những
nghiên cứu xây dựng đường cong IDF với những thời đoạn mưa
ngắn cho các tỉnh hoặc thành phố cụ thể phục vụ cho thốt nước
đơ thi và quy hoạch đê, mương.
Ở Việt Nam, các cơng trình nghiên cứu và xây dựng đường
cong IDF là không nhiều. Hầu hết các nghiên cứu đều được triển
khai và tài trợ bởi các dự án nước ngoài như chương trình thủy văn
quốc tế (IHP) hay những nghiên cứu tại nước ngoài thực hiện cho
khu vực Việt Nam như nghiên cứu của Lê Minh Nhật (2008) [12].
Có thể thấy, việc xây dựng mối quan hệ IDF của mưa là tương đối
quan trọng tuy nhiên lại chưa thực sự được chú trọng ở Việt Nam.

Trên thực tế, trong bối cảnh biến đổi khí hậu tồn cầu, Việt Nam đã
và đang chịu những thiệt hại không nhỏ sau những trận mưa lớn
lịch sử và không thể lường trước. Cụ thể như trận mưa lịch sử năm
2008 khiến toàn bộ thủ đô Hà Nội ngập trong nước, thiệt hại về


ng
ười
vả
của
là
vô
cùn
g
to
lớn
.
Ha
y
gần
đây
nhấ
t là
trậ
n
mư
a
cực
lớn
đặc

biệt
bất
thư
ờn
g


Trong luận văn này, phương pháp hiệu chỉnh lượng mưa cho thời kỳ cơ sở và áp
dụng vào thời kỳ tương lai sẽ được nghiên cứu. Việc hiệu chỉnh sai số đối với lượng
mưa sẽ phục vụ trực tiếp xây dựng đường cong IDF và đánh giá mức độ biến đổi của
đường cong này trong tương lai với độ tin cậy cao hơn. Bố cục của luận văn gồm có 3
chương chính, trong đó: chương 1 sẽ đưa ra khái niệm về đường cong IDF, các mục
tiêu của luận văn, tổng quan nghiên cứu về hiệu chỉnh sai số lượng mưa cũng như xây
dựng đường cong IDF; chương 2 sẽ mô tả về đối tượng nghiên cứu, số liệu và phương
pháp sử dụng trong nghiên cứu này; chương 3 sẽ trình bày các kết quả gồm có đánh giá
phương pháp, xây dựng đường cong IDF và đánh giá mức độ biến đổi của đường cong
IDF trong tương lai.
1.2. Khái niệm đường cong IDF của mưa
IDF là viết tắt của cụm từ Intensity – Duration – Frequency. Đường cong IDF
của mưa đại diện cho xác suất xuất hiện (Frequency) của một cường độ hay tốc độ
(Intensity) mưa trung bình trong một khoảng thời gian nhất định (Duration). Đường
cong IDF được xây dựng dựa trên chuỗi số liệu mưa cực trị trong rất nhiều thời đoạn
mưa khác nhau sử dụng phương pháp phân tích tần suất. Độ dài chuỗi số liệu càng lớn
sẽ nhận được độ chính xác càng cao của đường cong này. Các đường cong IDF cho các
tần suất lặp lại khác nhau ln ln song song.

Hình 1.1. Ví dụ minh hoa


về đường cong IDF (Lê Minh

Nhât

2008) [12]


Có thể hiểu đường cong IDF một cách đơn giản như sau: với mỗi thời đoạn mưa
nhất định (như 10 phút, 30 phút, 60 phút hay những thời đoạn lớn hơn như 360 giờ hay
720 giờ), chúng ta đều có thể đo được lượng mưa cụ thể rồi từ đó tính tốn được cường
độ mưa trung bình trong khoảng thời gian đó với đơn vị là mm/giờ. Ví dụ như: trong
vòng 10 phút, lượng mưa đo được là 45mm, vậy cường độ mưa trung bình trong 10
phút sẽ là 270mm/giờ. Sau khi áp dụng phương pháp phân tích tần suất để tính tốn
được tần śt lặp lại của các cường độ mưa trong các thời đoạn khác nhau sẽ thu được
đường cong IDF (Hình 1.1). Đối với nhu cầu thiết kế các hệ thống thoát nước nhỏ như
cống thoát nước cho 1 toàn nhà, cường độ mưa với tần suất lặp lại 2 năm đến 5 năm sẽ
được sử dụng. Hoặc đối với các cơng trình, hệ thống thốt nước quy mơ lớn hơn cho 1
đơ thị và có tính lâu dài, tần suất lặp lại từ 50 đến 100 năm sẽ được sử dụng.
1.3. Mu tiêu cu a
̉
c
luân

văn

Trong khuôn khổ môt luận văn thạc sy, nghiên cứ u đăt ra 2 muc tiêu dươí đây:
-

Nghiên cứ u và áp dụng phương phaṕ hiêu chin̉ h sai số mơ hình phù hơp
đối với lươn g mưa ngay cho khu
̀
vưc

- Xây
dưn

Hà Nôi.

g đườ ng cong cườ ng đô ̣ - thờ i
lươn

g - tần suất (IDF) của mưa

trong điều kiên khi hậu hiên ta va tương lai. Đánh giá mức độ biến đổi
̀
́
i
của đường cong IDF dưới tác động của biến đổi khí hậu.
Mục tiêu thứ nhất goṕ phần giải qút baì tốn mơ phon̉ g lương mưa đối vơí cać
mơ hình khí
hâu

hiê
n

nay. Cać mơ hình khí hâu (toaǹ cầu và khu vưc) đều đang cho

thấy những han chế trong viêc mô phỏng, dư ̣ ba o va dư ̣ tinh
́
̀
́
lươn

g mưa, đăc biết đối

với các hiên tương mưa cực đoan, do vây , việc tim ra phương phap hiêu chinh phù hơp
̉
̀
́


và áp dụng cho khu vực Hà Nội là viêc cần thiết và sẽ có tính ứ ng dung to lớn.
Muc tiêu thứ hai nhằm đưa ra mối quan hệ giữa các đặc trưng của mưa bao gồm
cươǹ g đô, ̣ thơì gian mưa và tần suất xuất hiên cua hiên tương vơi cươ ng đô v ̣ a thơi gian
̉
́
̀
̀
̀
tương ứ ng.
Viêc

chỉ ra môt cá ch đin ̣ h lương mố i quan hê ̣ nà y phầ n nà o đó đưa ra cá i

nhìn tổng quát về cực trị mưa và những biến đổi các hiên tương này trong tương lai.


1.4. Tổng quan vê vấ n đê nghiên cứ u
Mô hình đông lưc đang là môt trong nhữ ng công cu ̣ tiên tiế n nhấ t trong viêc dư
tinh
́ khí hâu tương lai. Cuǹ g vớ i sự phat́ triển cuả khoa hoc
ngaỳ môt caỉ tiến va co thể chay

̀ ́

công nghê, cać mô hinh
̀

ở đô ̣ phân giả i rấ t cao, nhỏ hơn 10km. Điề u nà y gó p

phần cải thiên rất nhiều trong viêc dự bao, dự tinh nhiều khia canh khac nhau cua khi
̉
́
́
́
́
hâ đă biêt la yếu tố mang tinh đia phương cao như lương mưa. Tuy nhiên, như đa đề
̃
̀
́
u c
câp, các mô hinh
̀ khí hâu không thể trań h khoỉ sai số hê ̣thống nôi ta gây ra bơỉ nhiều
i
yếu tố khách quan cũng như chủ quan. Từ việc con người chưa thể nào nắm bắt được
toàn bộ các q trình lý hóa trong tự nhiên, đến cách tiếp cận giải hệ phương trình
Navie Stock theo phương pháp sai phân xấp xỉ, hay sử dụng các sơ đồ tham số hóa vật
lý, đối lưu, bức xạ …, tất cả đều góp phần vào tính khơng chắc chắn trong mơ phỏng
và dự tính khí hậu. Hơn nữa, sai số từ mơ phỏng mơ hình hồn tồn có thể lớn hơn nữa
dưới tác động của biến đổi khí hậu (Christensen và nnk, 2008) [5]. Đây thực sự vẫn là
bài toán rất khó với mọi quốc gia trên thế giới khi nỗ lực cải tiến các mơ hình động lực
kể cả với các quốc gia lớn như Mỹ, Nhật hay các nước Châu Âu. Cũng chính vì lý do
này, rất nhiều những nghiên cứu về các phương pháp hiệu chỉnh thống kê sản phẩm từ

mơ hình động lực được tiến hành nhằm làm giảm sai số hệ thống một cách tối ưu nhất
có thể. Hướng đi này vừa tiết kiệm được chi phí tính tốn, lại khả thi hơn đối với các
nhóm nghiên cứu nhỏ cũng như các quốc gia đang phát triển. Tuy nhiên, cũng cần
khẳng đinh rằng, sẽ không có phương pháp hiêu chỉnh nào hoàn hảo loaị bỏ đươc hoàn
toaǹ sai số. Và viêc ap dung phương phap hiêu chinh sai số cung chinh la nguồn gây ra
̃
́
́
̉
́
̀
cać sai số khać . Măc du vây , hiêu chinh sai số tư cac mô hinh vẫn la điều cần thiết va
̀
̉
̀ ́
̀
̀
̀
quan tron g trong viêc giam tinh chưa chắc chắn trong bai toan dự tinh khi hâu
̉
́
̀
́
́
́

tương

lai. Điều này đã được chứng minh trong rất nhiều những nghiên cứu của các nhà khoa
học trên thế giới. Trong muc

dưới đây sẽ trình bày về môt số nghiên cứ u tiến hành hiêu


chỉnh lươn g mưa phuc vu ̣ cho
viêc
cứ u xa hơn.

xây dưng kich bản và làm đầu vào cho các nghiên


1.4.1. Nghiên cứ u vê phương phá p hiêu chỉnh sai số đối vớ i lương mưa
Wood và ccs. (2004) tiế n hà nh so sá nh và đá nh giá 6 phương á n ha ̣ quy
mô
thống kê cho môt số biến trong đo nhấn manh yếu tố lươn
́

g mưa lam
̀ đầu vaò cho cać

mô hình thủ y văn ở đô ̣ phân giả i rấ t cao so vớ i đô ̣ phân giả i củ a mô hình khí
hâu.
Nghiên cứ u sử dun ̣ g bô ̣ số liêu dư ̣ bá o trễ quá khứ 20 năm (1975 - 1995) và bô ̣ số
liêu
kich ban̉ cho giai đoan 2040 - 2060 tư mô hinh khi hâu cua NCAR-PCM. 6 phương an
̉
̀
́
̀
́

bao gồm: hồi quy tuyến tiń h (LI), phân tać h không gian (Spatial Disaggregation) và
hiê chinh sai số kết hơp phân tach không gian (BCSD) ap dung trưc
́
́
̉
u

tiếp cho kết quả

của PCM (đô p ̣ hân giải T42) và áp dung cho kết quả đầu ra sau khi dùng phương pháp
ha ̣ quy mô đông
lưc

bằng mô hình khí hâu khu vưc RCM (đô ̣ phân giả i 50km). Cá c

phương ań ha q ̣ uy mô naỳ đều chi tiết hoá cać kết quả về đô ̣phân giaỉ 1/8 đô k ̣ inh vĩ và
đươ so sanh vơi số liêu quan trắc trên lươi. Phương phap BCSD cho thấy hiêu
́
́
́
́
c
cao khi
tao

ra cać đăc điểm chiń h của số liêu quan trắ c từ bô ̣ số
liêu

quả rất

mô phỏng khí hâu

bất kể là từ PCM hay RCM. Phương phaṕ hồi quy tuyến tiń h LI cho kết quả tốt hơn khi
áp dung với các biến đầu ra từ RCM, tuy nhiên phương pháp này vẫn tao

ra môt sai sô

khá lơń khi sử dung lam
̀ đầu vaò cho mô hiǹ h thủ y văn. Phương phaṕ phân tać h không
gian (SD) cho kết quả tương đồng khi aṕ dun g đối vơí RCM và PCM, tuy nhiên cả
2
phương ań naỳ đều không thưc sự tốt khi aṕ dung cać kết quả naỳ cho mô hiǹ h thủ y
văn mà không hiêu chin̉ h sai số. Như vây , đối vơí dự tiń h tương lai, cać kết quả từ 2
phương án BCSD-PCM và BCSD-RCM cho kết quả hơp lý hơn hết, từ đó có thể thấy
đươ sựquan trong va cần thiết cua viêc hiê chinh sai số. [26]
̉
̀
̉
c
u


Ines và Hansen (2006) sử dung hàm phân bố gamma để đaị diên
ngày và áp dung cả hàm phân bố Gamma và hàm phân bố thưc

nghiê
m

cho lương mưa
để hiêu chin̉ h

lương mưa ngày từ các mô hình toàn cầu. Ý tưởng của phương pháp này nhằm hiêụ
chỉnh giá tri ̣trung bình cũng như các biến đông trên quy mô tháng và mùa từ mô hình
toàn cầu, trong đó bao gồm cả hiêu chỉnh tần suất và hiêu chỉnh cườ ng đô [ ̣ 7].
Sharman và ccs. (2007) áp dung phương pháp BCSD đối với lương mưa từ mô
hiǹ h toaǹ cầu nhằm caỉ tiến khả năng mô phon̉ g cho mô hiǹ h thủ y văn trên lưu vưc ̣


sông Ping, Thaí Lan. Phương phaṕ hiêu chin̉ h sai số trong nghiên cứ u naỳ là phương
phaṕ chuyển hoá Gamma - Gamma, noí cać h khać là hiêu chin̉ h ham
̀ bố aṕ dun g ham
̀
phân bố lý thuyết Gamma. Phương pháp bao gồm 2 bước chính: 1) Xác đin h ngưỡng
mưa để cắt bỏ 1 số giá tri ̣mưa không đań g kể từ mô hiǹ h để hiêu chin̉ h tần suất sô
ngày mưa; 2) Sử dung hàm phân bố lý thuyết Gamma để tính toán các giá tri x ̣ ác suất
tić h luỹ tương ứ ng vơí mỗi giá tri ̣mưa cuả chuỗi số liêu mô hinh, sau đo hiêu chinh cac
́
̉
́
̀
giá tri n ̣ aỳ về gần nhất vơí giá tri ̣quan trắc tai mỗi phân vi t ̣ ương ứ ng. Sau khi hiêu
chin̉ h sai số, aṕ dung phương phaṕ phân tać h không gian thu đươc trươǹ g mưa đô ̣phân
giải cao với đô c ̣ hính xác lớn hơn. Nghiên cứ u đã áp dung phương pháp này đối vớ i
mô hiǹ h ECHAM4 cho 2 kich ban̉ A2 và B2. Kết quả cuả nghiên cứ u khẳng đinh,
phương
pháp Gamma - Gamma giảm sai số thô cho lương mưa mô hình môt cách đáng kể, bên
canh đó phương pháp phân tách không gian cũng giải quyết tốt

điểm về đô ̣phân

nhươc
giải của mô hiǹ h toaǹ cầu ECHAM4. Nghiên cứ u cũng rut́ ra kết luân rằng, hoaǹ toaǹ
có thể áp dun g phương pháp này đối với dự tính tương lai và các nghiên cứ u đánh giá
tać đông [22].
Piani (2009) đã sử dun g phương pháp thống kê hiêu chỉnh sai số đối với lương
mưa ngaỳ trên khu vưc

Châu Âu. Phương phaṕ đươc

sử dung trong nghiên cứ u là

phương phaṕ hiêu chin̉ h ham
̀ phân bố. Trong đo,́ ham
̀ phân bố lý thuyết Gamma đươc
dùng để ước lương các phân vi c ̣ ho giá tri ̣mưa ngày trên khu vưc nghiên cứ u. Các tác
giả sử dun g phương phaṕ naỳ để hiêu

chin̉ h lương mưa từ mô hinh
̀ khu vưc DMI vơí

đô p ̣ hân giải ngang đươc nô suy về 25x25km. Ham phân bố taị mỗi nut lươi đươc
̀
́
́
i

hiêu

chin̉ h theo ham
̀ phân bố cuả cać nut́ lươí tương ứ ng từ số liêu taí phân tić h CRU. Kết

quả hiêu chỉnh cho thấy, phân bố lương mưa theo không gian và thờ i gian từ mô hình
khí
hâu

đươ cải thiên rõ rêt và đồng nhất so với số liêu
c

quan trắc. [19]


Matthias Jakob và ccs (2011) sử dụng 7 phương án chi tiết hóa thống kê thực
nghiệm kết hợp hiệu chỉnh sai số cho kết quả mô phỏng lượng mưa từ mơ hình MM5
đối với khu vực Alpine. Các kết quả đánh giá chỉ ra rằng, phương pháp Quantile –
Mapping và phương pháp hiệu chỉnh cường độ dựa trên quy mô địa phương (local