Dự tính biến đổi khí hậu và đánh giá sự thay đổi của mưa cực đoan cho tỉnh Hà Tĩnh

 DỰ TÍNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ ĐÁNH GIÁ
 SỰ THAY ĐỔI CỦA MƯA CỰC ĐOAN CHO TỈNH HÀ TĨNH
 Vũ Văn Thăng, Trần Thục, Mai Văn Khiêm, Lưu Nhật Linh,
 Hà Trường Minh, Hoàng Thị Thúy Vân
 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu
 Tóm tắt: Phương pháp chi  ết hóa động lực được áp dụng để dự  nh biến đổi khí hậu chi 
 ết cho khu vực Hà Tĩnh. Bốn mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao bao gồm CCAM, clWRF, 
PRECIS, RegCM được áp dụng để  nh toán chi  ết hóa kết quả của mô hình khí hậu toàn cầu cho 
khu vực tỉnh Hà Tĩnh. Phương pháp thống kê được áp dụng để hiệu chỉnh kết quả từ các mô hình 
theo số liệu quan trắc tại các trạm khí tượng thủy văn. Mức độ  n cậy của kết quả dự  nh nhiệt 
độ và mưa được phân  ch và khuyến nghị trong sử dụng. Đường quan hệ Cường độ - Thời đoạn 
- Tần suất mưa trong tương lai do tác động của biến đổi khí hậu được xây dựng để phục vụ việc 
 nh toán thiết kế các công trình  êu thoát nước đô thị. 
 Từ khóa: Dự  nh khí hậu độ phân giải cao, thay đổi của IDF do biến đổi khí hậu.
1. Mở đầu khuôn khổ của dự án hợp tác giữa Việt Nam và 
 Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã và đang tác Vương quốc Bỉ về “Quản lý nguồn nước tổng 
động trực  ếp đến đời sống kinh tế - xã hội và hợp và Phát triển đô thị trong mối liên hệ với 
môi trường của Việt Nam, trong đó các khu vực biến đổi khí hậu tại Hà Tĩnh”. 
đồng bằng và ven biển miền Trung được đánh 2. Phương pháp và số liệu 
giá là chịu tác động mạnh nhất. Do đặc thù về vị 2.1. Phương pháp
trí địa lý và địa hình, trong những năm qua Hà Phương pháp chi  ết hóa động lực được sử 
Tĩnh đã chịu nhiều thiệt hại về người và tài sản dụng để xây dựng kịch bản BĐKH độ phân giải 
do các hiện tượng thời  ết cực đoan như bão, cao cho tỉnh Hà Tĩnh. Bốn mô hình khí hậu khu 
mưa lũ, ngập lụt, lũ quét, gió tây khô nóng, vực được áp dụng bao gồm: CCAM, RegCM, 
 Bài báo này trình bày các kết quả chi  ết PRECIS và clWRF. Mỗi mô hình có các phương 
hóa Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Hà án  nh toán khác nhau dựa trên kết quả  nh 
Tĩnh dựa trên Kịch bản BĐKH và nước biển toán từ các mô hình toàn cầu của IPCC, 2013 
dâng năm 2016 của Việt Nam. Mức độ  n cậy (Hình 1) [2].
của kết quả dự  nh khí hậu được xác định và 
khuyến nghị cho người sử dụng. Sự thay đổi 
của mưa cực đoan thể hiện bởi sự thay đổi 
của đường quan hệ Cường độ - Thời đoạn - 
Tần suất (IDF) mưa hiện tại và tương lai do tác 
động của BĐKH được xây dựng để phục vụ 
việc  nh toán thiết kế các công trình  êu thoát 
nước đô thị. 
 Nội dung trong bài báo này được trích từ 
kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Khí 
tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu về phân 
 Hình 1. Sơ đồ chi  ết hóa động lực 
 ch khí hậu hiện tại và tương lai phục vụ công 
tác quản lý nguồn nước tại tỉnh Hà Tĩnh trong độ phân giải cao
 54 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
 Số 1 - Tháng 3/2017
 Sự thay đổi của nhiệt độ và mưa được so tương lai do BĐKH. Kết quả  nh toán mưa từ 
sánh với thời kỳ cơ sở 1986-2005, đây cũng là 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 được sử dụng để 
giai đoạn được IPCC dùng trong báo cáo lần xây dựng đường IDF theo 3 phương án [3]: (i) 
thứ năm (AR5, 2013) [5]. Phương án nhiều khả năng xảy ra nhất: Phân 
 Đối với nhiệt độ: vị 50% của tập hợp các thành phần dự  nh; (ii) 
 Phương án có tác động cao: Phân vị 75% của 
 ∆T= T-T * * tập hợp các thành phần dự  nh; (iii) Phương 
 futurefuture 1986-2005
 án tác động thấp: Phân vị 25% của tập hợp các 
 Đối với lượng mưa: thành phần dự  nh.
 ** 2.2. Số liệu
 R-Rfuture1986-2005
 ()
 ∆R=future *100 * Số liệu được sử dụng bao gồm: (i) Số liệu 
 R1986-2005  nh toán từ 4 mô hình khí hậu khu vực; (ii) 
 Trong đó: ∆Tfuture là biến đổi của nhiệt Số liệu quan trắc về nhiệt độ, lượng mưa 
độ trong tương lai so với thời kỳ cơ sở ( oC), ngày của 3 trạm khí tượng Hà Tĩnh, Kỳ Anh và 
 o Hương Khê. Số liệu mưa thời đoạn ngắn từ 10 
T*future là nhiệt độ tương lai ( C), T* 1986-2005 
là nhiệt độ trung bình của thời kỳ cơ sở ( oC); phút đến 24 giờ trong giai đoạn 1984-2014 tại 
ΔR là biến đổi của lượng mưa trong tương trạm khí tượng Hà Tĩnh được sử dụng trong 
 future  nh toán đường IDF [3].
lai so với thời kỳ cơ sở (%), R* future là lượng 
 3. Kết quả và thảo luận
mưa tương lai (mm), R* 1986-2005 là lượng mưa 
trung bình của thời kỳ cơ sở (mm). 3.1 Kịch bản biến đổi khí hậu cho Hà Tĩnh
 Mô hình khí hậu động lực có ưu điểm là Nhiệt độ trung bình: Theo kịch bản RCP4.5, 
mô phỏng tốt các quá trình vật lý và hóa học vào đầu thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở 
trong khí quyển, tuy nhiên khó phản ánh được Hà Tĩnh tăng 0,6°C so với thời kỳ cơ sở; giữa 
các yếu tố địa phương và mô hình đều tồn tại thế kỷ tăng phổ biến 1,4÷1,6°C; đến cuối thế 
sai số hệ thống nhất định. Để khắc phục điều kỷ tăng 2÷2,1°C. Theo kịch bản RCP8.5, vào 
này, phương pháp thống kê (hiệu chỉnh phân đầu thế kỷ tăng 0,8÷1°C; giữa thế kỷ tăng 
vị - Quan le Mapping) được áp dụng để hiệu phổ biến 1,9÷2,1°C; và đến cuối thế kỷ tăng 
chỉnh kết của mô hình theo số liệu thực đo tại 3,5÷3,8°C. Nhiệt độ tăng nhiều nhất (3,8°C) ở 
trạm quan trắc [4, 6]. Hương Khê và tăng ít nhất (3,5°C) ở Kỳ Anh 
 Qua phân  ch và đánh giá sai số, đã chọn (Hình 2).
được các mô hình thành phần tốt nhất để Lượng mưa: Theo kịch bản RCP4.5, lượng 
xây dựng kịch bản BĐKH chi  ết cho Hà Tĩnh: mưa năm vào đầu thế kỷ tăng 10 ÷ 12% so với 
Đối với nhiệt độ là tổ hợp 8 trong tổng số 12 thời kỳ cơ sở; giữa thế kỷ tăng 13 ÷ 20%; và 
phương án  nh toán của 4 mô hình (4 phương đến cuối thế kỷ tăng phổ biến 5 ÷ 15%. Ở khu 
án CCAM, 3 phương án PRECIS và 1 phương vực phía Đông lượng mưa tăng nhiều hơn so 
án clWRF); đối với mưa là tổ hợp 3 phương án với khu vực phía Tây. Theo kịch bản RCP8.5, 
của mô hình PRECIS [2, 3]. mức tăng không chênh lệch nhiều so với kịch 
 Hàm phân bố cực trị Gumbel được sử dụng bản RCP4.5, vào đầu thế kỷ tăng 10 ÷ 15%; 
để phân  ch số liệu thời đoạn ngắn tại trạm Hà giữa thế kỷ tăng 12 ÷ 15%, tăng trên 20% ở 
Tĩnh và xây dựng đường IDF mưa trong điều trạm Hương Sơn; đến cuối thế kỷ tăng 15 ÷ 
kiện hiện tại. Hàm phân bố Gumbel cũng được 25%, tăng nhiều nhất ở phía Đông Bắc của 
áp dụng để phân  ch kết quả mưa sau hiệu tỉnh (Hình 3). 
chỉnh của mô hình để xây dựng đường IDF cho 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 55
 Số 1 - Tháng 3/2017
 RCP4.5 - Giữa thế kỷ RCP4.5 - Cuối thế kỷ
 RCP8.5 - Giữa thế kỷ RCP8.5 - Cuối thế kỷ
 Hình 2. Biến đổi nhiệt độ trung bình năm (oC) ở Hà Tĩnh theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5
 RCP4.5 - Giữa thế kỷ RCP4.5 - Cuối thế kỷ
 RCP8.5 - Giữa thế kỷ RCP8.5 - Cuối thế kỷ
 Hình 3. Biến đổi lượng mưa năm ở Hà Tĩnh theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5
3.2. Mức độ chưa chắc chắn trong các kịch của tất cả các phương án  nh. 
bản biến đổi khí hậu Đối với nhiệt độ, mức độ chưa chắc chắn 
 Mức độ chưa chắc chắn của các kịch bản được đánh giá theo phân vị 10 (cận dưới) và 
BĐKH được xác định theo kết quả  nh toán phân vị 90 (cận trên). Theo kịch bản RCP4.5, 
 56 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
 Số 1 - Tháng 3/2017
khoảng biến đổi của nhiệt độ bình quân năm Tĩnh vào đầu thế kỷ, giữa thế kỷ và cuối thế 
của Hà Tĩnh vào đầu thế kỷ, giữa thế kỷ và kỷ tương ứng là 7÷15,9% tại trạm Hà Tĩnh, 
cuối thế kỷ tương ứng là 0,3÷1,1oC; 1,0÷2,2oC 3,4÷ 17,6% tại trạm Hương Khê, 7,5÷16,2% 
và 1,4÷3,0 oC. Theo kịch bản RCP8.5, khoảng tại trạm Kỳ Anh; 6,7÷26,3% tại cả 3 trạm; và 
biến đổi tương ứng là 0,6÷1,3oC; 1,4÷2,9oC và 1,5÷27% tại cả 3 trạm. Theo kịch bản RCP8.5, 
 khoảng biến đổi tương ứng là 7,8÷18,3% tại 
2,8÷5,0oC (Hình 4).
 trạm Hà Tĩnh, 5,9÷23,1% tại trạm Hương Khê, 
 Đối với lượng mưa năm, mức độ chưa chắc 6,8÷15,2% tại trạm Kỳ Anh; 7,9÷20,8% tại cả 3 
chắn được đánh giá theo phân vị 20 (cận dưới) trạm; và 12,9÷29% ở trạm Hà Tĩnh, 8,6÷22% ở 
và phân vị 80 (cận trên). Theo kịch bản RCP4.5, trạm Hương Khê và 10,2÷22,1% ở trạm Kỳ Anh 
khoảng biến đổi của lượng mưa năm của Hà (Hình 5).
 Trạm Hà Tĩnh Trạm Hương Khê Trạm Kỳ Anh
 Hình 4. Mức độ chưa chắc chắn của các kịch bản về nhiệt độ (oC) trung bình năm
 (vùng màu xanh, màu đỏ là khoảng dao động của thay đổi nhiệt độ từ phân vị 10 đến 90 tương ứng 
 với kịch bản RCP4.5 và RCP8.5)
 Trạm Hà Tĩnh Trạm Hương Khê Trạm Kỳ Anh
 Hình 5. Mức độ chưa chắc chắn của các kịch bản về lượng mưa năm
 (vùng màu xanh dương, xanh lá cây là khoảng dao động của thay đổi lượng mưa năm 
 từ phân vị 20 và phân vị 80 tương ứng với kịch bản RCP4.5 và RCP8.5)
 3.3. Thay đổi của mưa cực đoan do biến đổi là khoảng 49 mm; cường độ mưa thời đoạn 1 
khí hậu giờ lớn nhất là 177 mm/giờ, theo số liệu quan 
a) Đường IDF mưa tại Hà Tĩnh trong điều kiện trắc 31 năm (1984-2014), sự kiện mưa này đã 
hiện tại xảy ra 1 lần vào năm 2013; cường độ mưa thời 
 Số liệu mưa tự ghi tại trạm khí tượng Hà đoạn 1 ngày lớn nhất là 29 mm/giờ tương ứng 
Tĩnh trong giai đoạn 1984-2014 được khai với lượng mưa 696 mm/ngày. 
toán để  nh toán xây dựng đường IDF mưa Đối với mưa có tần suất lặp lại 25 năm: 
cho khu vực thành phố Hà Tĩnh. Kết quả được Cường độ mưa thời đoạn 10 phút lớn nhất là 
trình bày trong Hình 6 và Bảng 1. 245 mm/giờ, sự kiện mưa này đã xảy ra 1 lần 
 Đối với mưa có tần suất lặp lại 100 năm - sự vào năm 2013; cường độ mưa thời đoạn 60 
kiện mưa rất hiếm khi xảy ra: Cường độ mưa phút lớn nhất và 24 giờ lớn nhất tương ứng là 
thời đoạn 10 phút lớn nhất là 295 mm/giờ, 121 mm/giờ (đã xảy ra 2 lần) và 23 mm/giờ.
tương ứng với tổng lượng mưa trong 10 phút Đối với mưa có tần suất lặp lại 2 năm: 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 57
 Số 1 - Tháng 3/2017
 Hình 6. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo số liệu thực đo (1984-2014) 
Cường độ mưa thời đoạn 10 phút, 60 phút được các sự kiện này tương ứng là 17, 16 và 
và 24 giờ lần lượt là 145,5 mm/giờ, 77,4 mm/ 14 lần.
giờ và 11,5 mm/giờ (Bảng 1), số lần quan trắc 
 Bảng 1. IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo số liệu mưa thực đo (1984-2014)
 Tần suất 10’ 30’ 60’ 2h 6h 12h 24h
 lặp lại
 2 năm 145,5 99,7 77,4 55,2 30,5 19,9 11,5
 5 năm 185,6 133,2 104,2 76,3 44,6 29,1 16,3
 10 năm 212,1 155,3 121,9 90,3 53,9 35,1 19,4
 25 năm 245,7 183,3 144,3 108,0 65,7 42,7 23,4
 50 năm 270,5 204,1 160,9 121,1 74,5 48,4 26,4
 100 năm 295,2 224,7 177,4 134,1 83,1 54,0 29,4
b) Đường IDF mưa tại Hà Tĩnh trong điều kiện được dựa trên giá trị trung vị của tất cả các 
khí hậu tương lai kết quả từ các mô hình; (ii) Phương án có tác 
 Kết quả  nh toán mưa từ các mô hình động cao được dựa trên phân vị 80 của các 
theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho các kết quả  nh toán; (iii) Phương án có tác động 
giai đoạn giữa và cuối thế kỷ được dùng để thấp được dựa trên phân vị 20 của các kết quả 
 nh toán xây dựng đường IDF mưa cho tương  nh toán.
lai khu vực thành phố Hà Tĩnh. Các đường Phương án có nhiều khả năng xảy ra nhất: 
IDF được xây dựng theo 3 phương án khác Cường độ mưa ở các thời đoạn và các tần suất 
nhau, thể hiện mức độ thay đổi của mưa cực lặp lại đều tăng vào giai đoạn giữa thế kỷ; đến 
đoan trong tương lai do tác động của BĐKH: cuối thế kỷ, cường độ mưa giảm ở các thời 
(i) Phương án có nhiều khả năng xảy ra nhất đoạn ngắn và tăng ở các thời đoạn dài hơn.
 Hình 7. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo phương án có nhiều khả năng xảy ra nhất
 58 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
 Số 1 - Tháng 3/2017
 Phương án có tác động cao: Cường độ lai. Cụ thể, cường độ mưa ứng với tần suất lặp 
mưa ở tất cả các thời đoạn và các tuần suất lại 100 năm có thể tăng khoảng 100% vào giữa 
lặp lại đều tăng đáng kể ở cả 2 thời kỳ tương thế kỷ và hơn 60% trong thời kỳ cuối thế kỷ.
 Hình 8. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo phương án có tác động cao
 Phương án có tác động thấp: Theo phương ra vào cuối thế kỷ 21 tại trạm Hà Tĩnh. Mức 
án ít tác động, cường độ mưa trong hầu hết giảm của cường độ mưa vào giữa thế kỷ dao 
các thời đoạn và tần suất lặp lại giảm trong cả động trong khoảng từ 5 đến 37% và vào cuối 
2 giai đoạn tương lai. Mức giảm lớn nhất xảy thế kỷ mức giảm là từ 1 đến 56%.
 Hình 9. Đường IDF mưa trạm Hà Tĩnh theo phương án có tác động thấp
 4. Kết luận Qua phân  ch về  nh chưa chắc chắn của 
 Kết quả nghiên cứu chi  ết hóa kịch bản kịch bản BĐKH, có thể thấy kết quả dự  nh 
BĐKH khu vực tỉnh Hà Tĩnh cho thấy: nhiệt độ và lượng mưa của Hà Tĩnh có dải biến 
 Nhiệt độ trung bình năm và các mùa ở Hà đổi khá lớn, đặc biệt là đối với lượng mưa. Vì 
Tĩnh trong tương lai đều có xu thế tăng lên so thế, khi sử dụng kịch bản BĐKH để đánh giá tác 
với thời kỳ cơ sở 1986-2005, mức tăng phụ động của BĐKH, cần phân  ch các khả năng có 
thuộc vào các kịch bản RCP. Nhiệt độ ở khu vực thể xảy ra trong tương lai của các biến khí hậu, 
phía Bắc của tỉnh tăng nhiều hơn ở phía Nam. tham vấn thêm ý kiến của chuyên gia để xác 
Đến cuối thế kỷ, nhiệt độ trung bình năm ở Hà định các giá trị phù hợp. 
Tĩnh có mức tăng khoảng 2,1°C theo kịch bản BĐKH có tác động đáng kể đến mối quan hệ 
RCP4.5 và 3,7°C theo kịch bản RCP8.5. Cường độ - Thời đoạn - Tần suất của mưa tại 
 Lượng mưa năm ở Hà Tĩnh có xu thế tăng Hà Tĩnh. Cụ thể, theo phương án có nhiều khả 
ở hầu hết các thời kỳ theo cả hai kịch bản RCP. năng xảy ra nhất, cường độ mưa theo các thời 
Đến cuối thế kỷ, lượng mưa năm ở Hà Tĩnh đoạn và tần suất lặp lại đều tăng trong tương 
tăng phổ biến từ 10-15% theo kịch bản RCP4.5 lai. Đối với phương án có tác động cao, cường 
và 15-20% theo kịch bản RCP8.5. Lượng mưa độ mưa ứng với tần suất lặp lại 100 năm có thể 
năm ở khu vực ven biển tăng nhiều hơn so với tăng lên đến 100% vào giữa thế kỷ và tăng lớn 
khu vực sâu trong đất liền. hơn 60% vào cuối thế kỷ. 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 59
 Số 1 - Tháng 3/2017
 Tài liệu tham khảo
1. Bộ Tài nguyên Môi trường (2012), Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam.
2. Bộ Tài nguyên Môi trường (2016), Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam.
3. Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (2016), Báo cáo tổng kết dự án “Tư vấn 
 kỹ thuật về dữ liệu và phân  ch khí hậu hiện tại và tương lai phục vụ công tác quản lý nguồn 
 nước tại tỉnh Hà Tĩnh”.
4. Amengual A, Homar V, Romero R, Alonso S, Ramis C (2012), A sta s cal adjustment of 
 regional climate model outputs to local scales: applica on to Platja de Palma , Spain. J Clim 
 25:939-957.
5. IPCC (2013), Climate Change (2013), The Physical Science Basis. Contribu on of Working 
 Group I to the Fi h Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change .
6. Mishra, K., B. and Herath, S. (2014), Assessment of Future Floods in the Bagma River Basin 
 of Nepal Using Bias-Corrected Daily GCM Precipita on Data , J. Hydrol. Eng., 10.1061/(ASCE)
 HE.1943-5584.0001090, 05014027
 CLIMATE PROJECTIONS AND ASESSMENT OF CHANGES 
 IN EXTREME RAINFALL FOR HA TINH PROVINCE
 Vu Van Thang, Tran Thuc, Mai Van Khiem, Luu Nhat Linh,
 Ha Truong Minh, Hoang Thi Thuy Van
 Viet Nam Ins tute of Meteorology, Hydrology and Climate Change
 Abstract: Dynamic downscaling method was applied for climate change projec on. Four 
high-resolu on regional climate models include CCAM, clWRF, PRECIS, RegCM were used to 
downscale results of global climate models for the region of Ha Tinh province. Sta s cal bias-correc on 
methods were applied to calibrate the results from the model basing on the observed data at the 
meteorological sta ons. Confi dence level of the projected temperature and rainfall were analyzed and 
recommenda on for use are provided. The Intensi ve - Dura on - Frequency curve (IDF) of rainfall in 
the future as a result of climate change was constructed to serve the purpose of computa on and 
design of urban drainage.
 Keywords : Climate change projec ons, Changes in rainfall IDF due to climate change.
 60 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
 Số 1 - Tháng 3/2017