- Trang Chủ
- Địa Lý
- Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 9
Xem mẫu
- Ch¬ng 9
Dù b¸o ¶nh hëng cña nh÷ng biÕn ®æi
Ngµy nay, x©y dùng m« h×nh ®· trë thµnh mét xu híng ”thÓ thao trong nhµ”
hîp thêi trang.
Ludvvig Von Bertalanffy (1967)
Ai kiÓm so¸t t¬ng lai cña m« h×nh quy m« toµn cÇu sÏ kiÓm so¸t t¬ng lai thuû
v¨n häc.
Peter Eagleson (1986)
Dù b¸o thuû v¨n cã tÝnh ®Õn nh÷ng ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè khÝ tîng vµ sö
dông ®Êt ch¾c ch¾n lµ m«n thÓ thao trong nhµ ®óng mèt thêi trang. Sù quan t©m vÒ
t¸c ®éng cña sù nãng lªn cña tr¸i ®Êt, chÆt ph¸ rõng vµ nh÷ng thay ®æi kh¸c ®îc
t¨ng lªn do nh÷ng hiÓu biÕt x· héi vµ chÝnh trÞ vÒ hiÖu øng nhµ kÝnh, lç thñng tÇng
¤z«n ë Nam cùc, hiÖn tîng El Nino, nh÷ng ¶nh vÖ tinh cña nh÷ng ®¸m ch¸y vµ ch¸y
rõng ë Amazonia, vµ nh÷ng ®ßi hái bøc thiÕt vÒ níc s¹ch do sù gia t¨ng nhanh chãng
cña d©n sè thÕ giíi. M« h×nh dù b¸o thuû v¨n míi chØ ®ãng gãp mét phÇn rÊt nhá trong
hÖ thèng KhÝ quyÓn-§¹i d¬ng-Tr¸i ®Êt ®ang ®îc sö dông ®Ó dù b¸o nh÷ng thay ®æi
trong thÕ kØ míi. Tuy nhiªn nh÷ng m« h×nh dù b¸o thuû v¨n kh«ng ph¶i lµ v« nghÜa.
M« h×nh tuÇn hoµn tr¸i ®Êt (GCMs) ®îc biÕt ®Õn lµ kh¸ nh¹y ®Ó m« t¶ c¸c vÊn ®Ò
thuû v¨n cña bÒ mÆt ®Êt. Kh«ng cã nghi ngê g× r»ng sù thay ®æi trªn ph¹m vi toµn cÇu
hoÆc ®Þa ph¬ng sÏ cã ¶nh hëng trë l¹i ®Õn c¸c qu¸ tr×nh cña thuû v¨n trong thÕ kØ
míi, nhng vÊn ®Ò lµ lµm thÕ nµo ®Ó dù b¸o tèt nhÊt liÖu c¸c t¸c ®éng nµy cã ý nghÜa
khi mµ hÖ thèng thuû v¨n lµ ®èi tîng cña nhiÒu biÕn ®æi tù nhiªn.
Kh¶ n¨ng cña chóng ta ®Ó dù b¸o cho t¬ng lai lµ cã giíi h¹n, thËm chÝ nÕu chóng
ta cã c¸c m« h×nh thuû v¨n hoµn h¶o (®iÒu mµ nh ®· nãi tríc ®©y, chóng ta ®·
kh«ng lµm). ë quy m« ®Þa ph¬ng hay lu vùc lu«n tån t¹i giíi h¹n do chóng ta thiÕu
hiÓu biÕt chÝnh x¸c vÒ nh÷ng ®iÒu kiÖn biªn vµ bæ trî sÏ lµ g× trong t¬ng lai, trong c¶
®Çu vµo cìng bøc vµ bÊt cø thay ®æi nµo cña gi¸ trÞ th«ng sè ¶nh hëng. Trªn quy m«
toµn cÇu, cã giíi h¹n do ®é ph©n gi¶i líi cña m« h×nh quy m« toµn cÇu rót ra tõ
nh÷ng h¹n chÕ tÝnh to¸n vµ nh÷ng khã kh¨n cña viÖc h×nh thµnh c¸c m« t¶ thùc tÕ
cña qu¸ tr×nh ë quy m« nhá h¬n líi.
Díi ®©y, nh víi m« h×nh cña ph¶n øng thuû v¨n häc hiÖn ®¹i, nh÷ng dù b¸o cña
chóng ta sÏ cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn nhê íc lîng sù bÊt ®Þnh cña nh÷ng t¸c ®éng cña
sù thay ®æi hoÆc ®a vµo c¸ch kh¸c ®é rñi ro cña viÖc xem xÐt møc ®é ch¾c ch¾n cña
t¸c ®éng lªn ®Ønh lò, dßng ch¶y cùc tiÓu hoÆc nguån níc cã thÓ dïng ®îc trong t¬ng
287
- lai. ChuyÓn ®é bÊt ®Þnh vµo ®é rñi ro t¬ng lai cã thÓ lµ mét ®ãng gãp gi¸ trÞ ®Õn qu¸
tr×nh ra quyÕt ®Þnh. §é rñi ro lµ mÆt dÔ chÊp nhËn h¬n ®é bÊt ®Þnh. Thay v× dù b¸o
bao quanh bëi nh÷ng ®¸m m©y mï bÊt æn ®Þnh ta quyÕt ®Þnh trë vÒ bµi to¸n cã thÓ
qu¶n lý ®îc lµ ®¸nh gi¸ ®é rñi ro cã thÓ chÊp nhËn. C¸c th«ng tin cung cÊp b»ng m«
pháng thùc chÊt còng nh vËy (xem môc 7.10).
Sù kh«ng hiÓu biÕt vÒ b¶n chÊt cña nh÷ng biÕn ®æi tù nhiªn cña thuû v¨n cßn rÊt
nhiÒu trong c¸c giai ®o¹n tríc ®©y, do chuçi tµi liÖu ng¾n, vµ do ®ã rÊt khã ®Ó t×m ra
nh÷ng biÕn ®æi ®a ®Õn thay ®æi b¶n chÊt cña hÖ thèng thuû v¨n quy m« nhá mµ nã cã
thÓ thùc hiÖn ®îc trong hÇu hÕt c¸c thÝ nghiÖm sö dông ®Êt lu vùc b»ng tay. §· cã
nhiÒu nh÷ng nghiªn cøu tr×nh bµy c¸c dù b¸o vÒ sù t¸c ®éng cña nh÷ng biÕn ®æi ®Õn
dù b¸o thuû v¨n, nhng cho ®Õn b©y giê còng kh«ng cã ë ®©u mét dù b¸o quy m« lu
vùc ®îc lµm tríc khi mét biÕn ®æi sau ®ã ®îc kiÓm chøng. Trªn thùc tÕ, viÖc thÝ
nghiÖm víi nh÷ng m« h×nh níc ngÇm - n¬i mµ cã rÊt nhiÒu nh÷ng nghiªn cøu sau
kiÓm ®Þnh nh thÕ, còng kh«ng cã triÓn väng g× vÒ ph¬ng diÖn nµy. HÇu hÕt nh÷ng
dù b¸o ph¶n øng níc ngÇm ®· chØ ra lµ sai lÇm (xem Konikov vµ Bredehoeft 1992 ).
KÕt qu¶ lµ cã nh÷ng tranh luËn tiÕp tôc vÒ kh¶ n¨ng kiÓm chøng nh÷ng m« h×nh níc
ngÇm mµ phÇn lín trong ®ã cã liªn quan ®Õn m« h×nh ma–dßng ch¶y (vÝ dô Oreskes
vµ nnk 1994 ).
Mét vÊn ®Ò chÝnh trong dù b¸o nh÷ng ¶nh hëng cña sù biÕn ®æi lµ Ýt nhÊt mét sè
th«ng sè cña m« h×nh cã thÓ thay ®æi. §iÒu nµy lµ trêng hîp kh¸ râ rµng nÕu cã thay
®æi sö dông ®Êt, nhng sù thay ®æi còng cã thÓ bao gåm c¶ thay ®æi ®Çu vµo, nh lµ
kÕt qu¶ cña sù thay ®æi khÝ hËu. VÝ dô mét vÊn ®Ò vÉn ®îc tranh luËn lµ khi nång ®é
CO2 trong khÝ quyÓn t¨ng lªn sÏ lµm cho mËt ®é khÝ khæng trªn bÒ mÆt l¸ c©y gi¶m
xuèng, bëi v× c©y cã thÓ ®¹t ®îc sù trao ®æi CO2 cÇn thiÕt cho quang hîp cã hiÖu qu¶
h¬n. KÕt qu¶ lµ sÏ t¨ng søc c¶n líp phñ hiÖu qu¶ ®a ®Õn qu¸ tr×nh tæn thÊt bèc tho¸t
h¬i níc nhá h¬n, nh lµ hËu qu¶ cña biÕn ®æi khÝ hËu. ViÖc tranh luËn cã vÎ hîp lý,
nã cßn ®ù¬c cñng cè bëi nh÷ng phÐp ®o mËt ®é khÝ khæng ë mét sè lo¹i c©y trong bé
su tËp lÞch sö ë Kew Gardent V¬ng Quèc Anh, nhng sÏ kh«ng râ rµng nÕu ®©y lµ
ph¶n øng chung hoÆc nh©n tè cã ý nghÜa trong ph¶n øng cña c©y ®Õn biÕn ®æi khÝ hËu.
Do ®ã nãi chung, nÕu cã mét ®é bÊt ®Þnh liªn kÕt víi íc lîng c¸c gi¸ trÞ th«ng sè
cña m« h×nh ma-dßng ch¶y díi ®iÒu kiÖn hiÖn thêi, th× sù bÊt ®Þnh cã thÓ lín h¬n
trong viÖc cè g¾ng íc lîng sù biÕn ®æi cña c¸c th«ng sè trong ®iÒu kiÖn thay ®æi. §·
cã mét gîi ý tõ l©u r»ng mét trong c¸c nguyªn nh©n quan träng nhÊt ®Ó ph¸t triÓn
mét kh¶ n¨ng m« h×nh ph©n bè dùa vµo qu¸ tr×nh lµ sù chÝnh x¸c, mµ íc lîng c¸c
biÕn sè ®ã sÏ dÔ dµng h¬n (vÝ dô nh nghiªn cøu cña Abbott vµ nnk 1986, hay Ewen
vµ Parkin 1996; Dunn vµ Ferrier 1999 ). Còng hiÕm cã nh÷ng trêng hîp toµn bé lu
vùc thay ®æi ®ét ngét, nh÷ng thay ®æi vÒ ®Æc trng lµ chÝnh x¸c h¬n lµ diÔn ra mét
c¸ch tõ tõ vµ hoµn toµn ®Þa ph¬ng. V× vËy m« h×nh ph©n bè theo kh«ng gian cã u
thÕ lµ nã cã thÓ tÝnh ®Õn bÊt kú thay ®æi nµo cña th«ng sè m« h×nh trong t×nh huèng
kh«ng gian ®óng ®¾n. Mét sè m« h×nh bao gåm nhiÒu thµnh phÇn cè g¾ng miªu t¶ sù
sinh trëng cña c©y cèi vµ t¬ng t¸c víi c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n, vÝ dô RHESSys cña
Band vµ nnk 1995; TOPOG – IRM cña Dawes vµ nnk1997; MACAQUE cña Watson vµ
288
- nnk 1999).
u thÕ cña m« h×nh dùa trªn qu¸ tr×nh trong t×nh huèng nµy vÉn ®îc hç trî rçng
r·i vµ cho lý do tèt v× chØ cã sù thay thÕ dêng nh ®îc thö nghiÖm vµ suy diÔn vÒ
nh÷ng biÕn ®æi tiÒm n¨ng trong hµng lo¹t c¸c th«ng sè quy m« lu vùc nh thêi gian
lu gi÷ trung b×nh cña hµm chuyÓn ®æi, nã tÝch luü c¸c ¶nh hëng cña biÕn ®æi ®Õn sù
thay ®æi cña qu¸ tr×nh t¬ng t¸c. §iÒu nµy lµm xuÊt hiÖn nhiÒu khã kh¨n h¬n lµ suy
luËn vÒ t¸c ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh riªng biÖt lªn c¸c th«ng sè.
Tuy nhiªn sù tin tëng nµy cßn Ýt nhiÒu ng©y th¬ v× nã cha ®îc m« t¶ t¬ng
thÝch mµ c¸c th«ng sè cña c¸c m« h×nh dùa trªn qu¸ tr×nh cã thÓ ®îc íc lîng tríc
vµ t¹o ra m« pháng thµnh c«ng díi ®iÒu kiÖn hiÖn thêi. Cè g¾ng cña Parkin vµ nnk
(1996) ®Ó íc lîng tríc c¸c gi¸ trÞ th«ng sè kh¶ thi trong kiÓm chøng mï cña m«
h×nh SHE ®Ó m« pháng lu vùc nhá Rimband ë miÒn Nam níc Ph¸p ®a ®Õn mét ®é
bÊt ®Þnh ®¸ng kÓ trong dù b¸o lu lîng vµ gÆp ph¶i sù cè ë hÇu hÕt c¸c tiªu chuÈn
cña hä cho sù thµnh c«ng (xem trêng hîp nghiªn cøu ë môc 5.4). §iÒu nµy cã thÓ coi
lµ mét ®iÒu tiªn quyÕt cho bÊt kú sù tin tëng vµo dù b¸o cã thÓ lµm ®îc cho ®iÒu
kiÖn dù b¸o thay ®æi. Vµ Ýt nhÊt trong trêng hîp sö dông ®Êt ®iÒu nµy cã kh¶ n¨ng
bëi nghiªn cøu c¸c lu vùc ë ®ã cã sù biÕn ®æi (nh ®« thÞ ho¸ hoÆc trång rõng) ®·
quan tr¾c ®îc trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau ®Ó h×nh thµnh mét thùc hiÖn nµo ®ã
vÒ biÕn ®æi cña c¸c th«ng sè hiÖu qu¶ ë quy m« líi hoÆc lu vùc. Nh÷ng tiÕp cËn
muén h¬n ®îc quan t©m bëi nhiÒu nhµ thuû v¨n lµ Ýt khoa häc h¬n, thËm chÝ nã cã
thÓ cã hiÖu qu¶ nh nhau ë quy m« mµ ë ®ã dù b¸o lµ yªu cÇu chñ yÕu. Cã 2 tiÕp cËn
sÏ ®îc th¶o luËn tiÕp theo trong ch¬ng 10 khi quan t©m tíi kh¶ n¨ng ph¸t triÓn
t¬ng lai m« h×nh ho¸ ma-dßng ch¶y.
9.1 Dù b¸o t¸c ®éng cña thay ®æi sö dông ®Êt
TÊt c¶ c¸c lu vùc ®Òu cã mét lÞch sö riªng. Mét sè lÞch sö nµy tr¶i qua mét thêi
gian dµi nh sù ph¸t triÓn ®Êt do cµy cÊy, trÇm tÝch do b¨ng tan tõ cuèi kû b¨ng hµ,
hay sù phong ho¸ ®¸ ong do ¶nh hëng cña thêi tiÕt qua giai ®o¹n dµi. Mét vµi thay
®æi ®¸ng kÓ gÇn ®©y h¬n do ho¹t ®éng cña con ngêi nh: qu¸ tr×nh ®« thÞ ho¸, chÆt
ph¸ rõng, trång rõng, chøa hay c«ng tr×nh chÊn gi÷ tÝch ®äng, ¶nh hëng cña nh÷ng
®¸m ch¸y tù nhiªn hay viÖc l¾p ®Æt hÖ thèng tíi tiªu ®ång ruéng. C¶ biÕn ®æi tù
nhiªn vµ con ngêi trong sö dông ®Êt ®· lµm ¶nh hëng ®Õn lu vùc trong qu¸ khø vµ
tiÕp tôc ®Õn c¶ ngµy nay. Cã nh÷ng thay ®æi cã thÓ ®îc ghi chÐp l¹i nhng còng cã
nh÷ng thay ®æi th× kh«ng (mét lu vùc thÝ nghiÖm ë V¬ng Quèc Anh ®· ®îc kh¶o
s¸t, sau khi l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ, thung lòng thîng lu ®· tiªu tho¸t b»ng hÖ thèng
thuû n«ng cò ®îc x©y dùng tõ nh÷ng phiÕn ®¸ máng, íc tÝnh ®· h¬n 100 n¨m).
Trong hÇu hÕt nh÷ng lu vùc cã ®o ®¹c, nh÷ng lu vùc ch¾c ch¾n lín h¬n, nh÷ng thay
®æi diÔn ra trong suèt thêi kú cña c¸c t liÖu lÞch sö. Tuy nhiªn nh÷ng ph©n tÝch thuû
v¨n häc (vÝ dô nh ph©n tÝch tÇn suÊt lò) thêng kh«ng cè g¾ng ®Ó tÝnh to¸n nh÷ng
¶nh hëng cña sù thay ®æi nh thÕ. T¹i sao l¹i nh vËy? Chñ yÕu lµ rÊt khã t×m ra
nh÷ng thay ®æi trong t liÖu lÞch sö vÒ biÕn ®æi tù nhiªn tõ n¨m nµy sang n¨m kh¸c,
tõ trËn ma nµy ®Õn trËn ma kh¸c trong ph¶n øng cña thuû v¨n, nhÊt lµ nh÷ng n¬i
289
- cã sù thay ®æi chØ diÔn ra tõ tõ.
Kü thuËt ph©n tÝch nh÷ng ¶nh hëng cña biÕn ®æi sö dông ®Êt trong c¸c ph¶n øng
thuû v¨n m« h×nh ho¸ lµ rÊt nhiÒu trong c¸c giai ®o¹n tríc ®©y. Dù b¸o nh÷ng ¶nh
hëng cña sù thay ®æi t¬ng lai (vµ kiÓm chøng c¸c dù b¸o nµy) ®· b¾t ®Çu thËm chÝ
lµ khã kh¨n. Trong phÇn cßn l¹i cña ch¬ng nµy chóng ta sÏ xem xÐt mét sè nghiªn
cøu lùa chän ®Ó m« t¶ tr¹ng th¸i cña kü thuËt trong khu vùc quan träng nµy, trong
ph¹m vi nh÷ng g× chóng ta ®· häc vÒ b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ vµ sù bÊt
®Þnh dù b¸o.
9.1.1. Sù ph¸ rõng vµ trång l¹i rõng
Vai trß cña rõng trong viÖc kiÓm so¸t nguån níc vµ ®Ønh thuû ®å ®· ®îc tranh
luËn nhiÒu trong thuû v¨n häc. §ã lµ mét nguån ®éng lùc lín bªn c¹nh nhiÒu thÝ
nghiÖm lu vùc, ®¸ng chó ý ë Coweeta cña Mü (Swank vµ Crossley 1988). Hubbard
Brook (theo Likens vµ nnk 1977), chÝnh sù nghiªn cøu vÒ luËt Frank trong rõng
Bowland ë Anh, ®a ®Õn thiÕt lËp ViÖn thuû v¨n Anh, vµ Plynlimon (xø Wales) vµ
muén h¬n lµ c¸c lu vùc thÝ nghiÖm ë Balquhidder (ë Scotland) (Calder 1990) vµ sù
kiÓm so¸t dµi h¹n cña lu vùc cung cÊp níc Melbourne ë Australia. Mét tæng quan vÒ
nghiªn cøu thuû v¨n rõng ®· ®îc xuÊt b¶n bëi McCulloch vµ Robinson (1993).
§©y lµ mét dÉn chøng tèt n¬i mµ c¶ m« h×nh dùa vµo qu¸ tr×nh vµ c¸c th«ng sè
ho¸ quy m« lu vùc cã thÓ nhËn thÊy rÊt khã ®Ó dù b¸o sù ¶nh hëng cña sù thay ®æi
v× b»ng chøng tõ nghiªn cøu thùc ®Þa vÒ t¸c ®éng cña sù ph¸ rõng bÞ lÉn lén. Trong
mét sè lu vùc nghiªn cøu sù ph¸ rõng ®· sinh ra lîng níc vµ ®Ønh lò cao h¬n,
trong mét sè kh¸c nã sinh ra lu lîng thÊp h¬n. §©y lµ sù ¶nh hëng cña mét sè qu¸
tr×nh t¬ng t¸c, liªn quan víi sù chÆt ph¸ rõng vµ viÖc t¸i trång rõng. Qu¸ tr×nh ®èn
gç lu«n bao gåm viÖc x©y dùng nh÷ng con ®êng rõng vµ sù chuyÓn ®éng cña c¸c m¸y
mãc nÆng vµ c¸c c©y cèi trªn nh÷ng con ®êng mßn víi sù t¸c ®éng hËu qu¶ ®Þa
ph¬ng trong cÊu tróc ®Êt vµ s¶n sinh dßng ch¶y. Qu¸ tr×nh t¸i trång rõng lu«n bao
gåm viÖc ®µo c¸c hµo tho¸t níc ®Ó lµm t¨ng sù tiªu tho¸t níc cña ®Êt. Nã cã thÓ lµm
t¨ng dßng ch¶y hoÆc lµm gi¶m ®é Èm ít kú tríc, lµm gi¶m dßng ch¶y mÆt. Trªn
thùc tÕ, c¶ hai ®Òu cã thÓ x¶y ra ë cïng mét lu vùc, tuú thuéc vµo cêng ®é cña trËn
lò vµ thêi gian nã x¶y ra. Sù t¸c ®éng nµy sÏ tuú thuéc vµo sù ph¸t triÓn tiÕp theo viÖc
t¸i trång rõng hay chÆt ph¸ rõng. VÝ dô nh søc sèng vµ c¸c mËt ®é t¸i sinh cña c¸c
c©y b¹ch ®µn nói ë c¸c lu vùc cÊp níc cña Melbourne lµ ngo¹i lÖ vµ lµ nguyªn nh©n
g©y ra mét sù gi¶m sót nghiªm träng trong tæng lîng níc tiÕp theo sù tæn thÊt cña
c©y gç ë c¸c khu rõng trëng thµnh (xem môc 9.2)
Nh÷ng dù ®o¸n nh thÕ vÒ t¸c ®éng cña viÖc chÆt ph¸ rõng hay viÖc t¸i trång
rõng cã vÎ thÝch hîp trong viÖc liªn kÕt víi ®é bÊt ®Þnh nµo ®ã. Trªn thùc tÕ, nhiÒu
nghiªn cøu m« h×nh ho¸ nh÷ng t¸c ®éng nh vËy ®· tËp trung vµo viÖc thay ®æi b¶n
th©n thùc vËt vµ ®· bá qua bÊt kú mét sù thay ®æi lÖ thuéc nµo trong c¸c con ®êng
rõng, cÊu tróc ®Êt hay c¸c con m¬ng dÉn níc. PhÇn lín ®Òu hoµn toµn lµm c¸c dù
b¸o tÊt ®Þnh mµ kh«ng cã bÊt k× mét xem xÐt sù bÊt ®Þnh nµo trong viÖc íc lîng
th«ng sè cho ®iÒu kiÖn hiÖn thêi vµ thay ®æi. Cã mét ngo¹i lÖ ®èi víi ®iÒu nµy lµ
290
- nghiªn cøu cña Binley vµ c¸c nnk (1991). Trong mét th«ng b¸o tríc cho ph¬ng ph¸p
GLUE ë môc 7.5, hä ®· ®¸nh gi¸ ®é bÊt ®Þnh dù b¸o cña m« h×nh ViÖn thuû v¨n ph©n
bè (IHDM4, xem môc 5.4.3) trong mét øng dông cho lu vùc Gwy ë thîng lu cña
s«ng Wye ë Plynlimon, xø Wales. Lu vùc nµy hiÖn ®ang ë díi vïng ®ång cá miÒn
nói, nhng ®Çu nguån níc ngay liÒn ®ã cña s«ng Severn ®ang lµ rõng. Do h¹n chÕ
cña m¸y tÝnh trong lóc nghiªn cøu nªn chØ cã thÓ tiÕn hµnh nh÷ng m« pháng trËn ma
®¬n, ®iÒu nµy cã nghÜa lµ ban ®Çu ho¸ cña ph©n bè ®é Èm ®Êt trong mçi ph©n tö sên
dèc tríc mçi trËn lò lµ mét ®iÒu hîp lý.
H×nh 9.1. C¸c biªn dù b¸o (dùa trªn ph¬ng ph¸p Rosenblueth) m« pháng cho lu vùc Plynlimon (3,9
Km2) sö dông m« h×nh ViÖn thuû v¨n ph©n bè. (a). Ma; (b). Sö dông ®Êt ®ång cá hiÖn thêi; (c). Cho
cïng trËn ma víi th«ng sè rõng ®· íc lîng. Xem Binley (1991). T¹o l¹i tõ Nghiªn cøu tµi nguyªn níc
27(6): 1253.1261; 1991, b¶n quyÒn Héi §ÞaVËt lÝ Mü.
C¸c th«ng sè cña c¸c thµnh phÇn gi÷ l¹i vµ bèc tho¸t h¬i níc Penman- Monteith
®· s½n cã tõ c¸c nghiªn cøu thùc ®Þa ®éc lËp vµ ®· ®îc cè ®Þnh. HiÖu chØnh m« h×nh
b»ng tay cho mét sè c¬n ma díi c¸c ®iÒu kiÖn hiÖn t¹i, gi¸ trÞ trung b×nh cho mét
trong bèn th«ng sè (®é dÉn thuû lùc, ®é rçng, tiÒm n¨ng mao dÉn ban ®Çu cña ®Êt vµ
®é nh¸m dßng ch¶y trµn) ®îc x¸c ®Þnh cïng víi mét ma trËn hiÖp biÕn. Nh÷ng gi¸ trÞ
nµy sau ®ã ®îc sö dông ®Ó t¹o ra bé th«ng sè tõ mét sù ph©n bè chuÈn nhiÒu biÕn
bªn trong mét thñ tôc Monte-Carlo m« pháng c¸c trËn ma “kiÓm chøng” kh¸c, bao
gåm nh÷ng trËn ma lín nhÊt ®îc ghi l¹i. Giíi h¹n dù b¸o ®· tho¶ m·n dßng ch¶y
quan tr¾c cho c¸c trËn ma ®îc “kiÓm chøng” nµy (h×nh 9.1.b)
PhÇn tiÕp theo cña sù nghiªn cøu lµ ®Ó íc lîng sù thay ®æi cña lu lîng hy
väng nh lµ kÕt qu¶ cña sù thay ®æi líp phñ rõng c©y tïng b¸ch. C¸c th«ng sè cña sù
291
- gi÷ l¹i vµ sù bèc tho¸t h¬i níc cña rõng tríc ®©y ®· chØ ra viÖc t¸i t¹o sè liÖu ®o ë
quy m« b·i thùc nghiÖm trong lu vùc Severn lµ tho¶ m·n. Mét bé th«ng sè thùc vËt
míi do ®ã còng ®îc gi¶ thiÕt ®· biÕt mµ kh«ng cã sù bÊt ®Þnh. Kh«ng cã sù biÕn ®æi
nµo ®îc gi¶ thiÕt trong c¸c gi¸ trÞ trung b×nh vµ ph¬ng sai cña th«ng sè ®é dÉn thuû
lùc, ®é rçng vµ ®é nh¸m dßng ch¶y trµn. §iÒu nµy ®îc biÕt tõ sù ®o ®¹c thùc ®Þa, tuy
nhiªn møc ®é Èm ®Êt kú tríc mçi trËn ma díi ®Êt rõng nãi chung kh« h¬n díi
®ång cá. Mét sù thay ®æi cè ®Þnh trong tiÒm n¨ng mao dÉn ban ®Çu trung b×nh do ®ã
®· ®îc chÊp nhËn trong khi gi÷ ph¬ng sai vµ hiÖp biÕn gièng nhau nh trong ®iÒu
kiÖn hiÖn t¹i. KÕt qu¶ cña sù m« pháng cho cïng mét trËn ma ®îc chØ ra ë h×nh
9.1(b). TÝnh bÊt ®Þnh trong dßng ch¶y dù b¸o cho c¸c lu vùc rõng lµ cao nhng sù
kh¸c nhau trong sù ph©n bè cña c¸c ®Ønh dù b¸o ®îc chØ ra lµ cã ý nghÜa thèng kª.
Tuy nhiªn, lÆp l¹i sù ph©n tÝch mµ kh«ng thay ®æi ®iÒu kiÖn ban ®Çu kh«ng rót ra sù
kh¸c nhau quan träng gi÷a dù b¸o cña rõng vµ ®ång cá.
Mét lo¹t c¸c nghiªn cøu kh¸c ®· chØ ra r»ng ¶nh hëng cña c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu
trong c¸c m« h×nh ph©n bè dùa vµo qu¸ tr×nh cã thÓ bÒn v÷ng trong mét thêi gian xem
xÐt ®¸ng kÓ. Do vËy trong bÊt k× ®¸nh gi¸ nµo c¸c ¶nh hëng cña sù thay ®æi, sù chó ý
lín dµnh cho viÖc gi¶i thÝch kÕt qu¶ cña thêi kú m« pháng ng¾n. May thay, sù h¹n chÕ
cña m¸y tÝnh hiÖn nay ®ang Ýt ®i vµ d¹ng nghiªn cøu nµy cã thÓ ®îc lÆp l¹i sö dông
thêi kú m« pháng dµi h¬n ®Ó cùc tiÓu ho¸ ¶nh hëng cña c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu ®Õn
c¸c kÕt qu¶ trong khi vÉn t¹o nªn mét sù ®¸nh gi¸ thùc cña ®é bÊt ®Þnh dù b¸o.
9.1.2 ¶nh hëng cña ho¶ ho¹n
Mét nh©n tè quan träng kh¸c ¶nh hëng ®Õn sù s¶n sinh dßng ch¶y lµ ho¶ ho¹n,
®Æc biÖt n¬i mµ tû lÖ lín lu vùc bÞ ¶nh hëng. ¶nh hëng ®Õn dßng ch¶y lu vùc nãi
chung dÔ dµng ph¸t hiÖn ra h¬n vµ trong mét sè trêng hîp kÐo dµi hµng chôc n¨m.
NhiÒu nghiªn cøu thùc ®Þa ®· chøng minh r»ng löa lµm h¹ thÊp cêng ®é thÊm vµ
lµm t¨ng hÖ sè dßng ch¶y mÆt, Ýt nhÊt ngay trong giai ®o¹n sau khi ch¸y (vÝ dô Cerda
1998). Ch¸y lµm gi¶m sù b¶o vÖ bÒ mÆt kÕt qu¶ tõ sù mÊt ®i líp phñ thùc vËt vµ sÏ
híng ®Õn lµm t¨ng xu híng kh«ng thÊm níc hoÆc tÝnh kh«ng a níc cña mÆt ®Êt
(Soto vµ Diaz-Fierros 1998). Mét ®¸m ch¸y lan réng ë lu vùc Rimbaud (n¬i ®îc m«
h×nh ho¸ bëi Parkin vµ nnk 1996 sö dông m« h×nh SHE cho giai ®o¹n tríc khi ch¸y
xem trêng hîp nghiªn cøu ë môc 5.4), cã ¶nh hëng trong viÖc t¨ng ®Ønh lò ®¸ng kÓ
trong giai ®o¹n tiÕp theo (theo Lavabre 1993). Dù ®o¸n vÒ t¸c ®éng cña ch¸y ®Õn dßng
ch¶y mÆt ë lu vùc cÊp níc Melbourne ®· ®îc xem xÐt trong trêng hîp nghiªn cøu
ë môc 9.2.
9.1.3. §« thÞ ho¸
§« thÞ ho¸ ®îc biÕt lµ cã ¶nh hëng quan träng ®Õn quan hÖ lîng ma-dßng
ch¶y nhng hÇu nh tÊt c¶ c¸c m« h×nh chóng ta ®· xem xÐt ®Õn thêi ®iÓm nµy cã rÊt
Ýt sù tÝnh to¸n râ rµng diÖn tÝch ®« thÞ trong dù b¸o ma-dßng ch¶y. §iÒu nµy cã thÓ
lu«n ®îc bµo ch÷a dùa trªn c¬ së lµ diÖn tÝch ®« thÞ chØ lµ mét phÇn nhá cña diÖn tÝch
lu vùc, nhng diÖn tÝch ®« thÞ nhá sÏ yªu cÇu tÝnh to¸n ®Æc biÖt ®Ó tÝnh ®Õn sù thay
292
- ®æi trong thuû v¨n bëi con ngêi. Dù ®o¸n dßng ch¶y trong c¸c vïng ®« thÞ cho viÖc
thiÕt kÕ hÖ thèng tho¸t níc trong mét vïng lµ lÜnh vùc cña thuû v¨n víi mét tµi liÖu
réng lín cña riªng nã. BÊt k× m« h×nh lîng ma - dßng ch¶y ®« thÞ nµo còng cÇn ph¶i
tÝnh to¸n sù liªn kÕt cña diÖn tÝch thÊm hoÆc kh«ng thÊm vµ líi c¸c kªnh vµ b¬m
tiªu níc tù nhiªn vµ nh©n t¹o. Cã mét sè phÇn mÒm th¬ng m¹i s½n cã cho dù b¸o
quan hÖ ma-dßng ch¶y trong c¸c vïng ®« thÞ bao gåm m« h×nh qu¶n lý níc ma US
EPA (SWWM; Huber 1995), phÇn mÒm MOUSE tõ ViÖn thuû lùc §an M¹ch, vµ
WALLRUS tõ trung t©m nghiªn cøu níc vµ thuû lùc ë V¬ng Quèc Anh. Nh÷ng gãi
phÇn mÒm nµy ®îc thiÕt kÕ riªng ®Ó tÝnh to¸n m¹ng x¸c ®Þnh cña c¸c m¸y b¬m vµ
c¸c kªnh trong mét lu vùc vµ diÖn tÝch ®ãng gãp cho chóng. Nh×n chung chóng bao
gåm thµnh phÇn m« h×nh chÊt lîng níc còng nh dù ®o¸n dßng ch¶y mÆt. Mét gãi
m« h×nh ph©n bè chung kh¸c nh c¸c m« h×nh sãng ®éng häc HEC-1 vµ KINEROS, cã
c¸c thµnh phÇn cã thÓ sö dông ®Ó miªu t¶ hçn hîp sù thÊm níc hoÆc kh«ng thÊm
níc cña sö dông ®Êt trong c¸c vïng ®« thÞ (Feldman 1995 vµ Smith 1995 ).
§¸ng lu ý r»ng tÊt c¶ c¸c m« h×nh thuû v¨n ®« thÞ ®Òu dùa trªn nh÷ng ý tëng
truyÒn thèng lµ phÇn chÝnh cña thuû ®å lµ do dßng ch¶y mÆt. §iÒu nµy sÏ lu«n lµ gÇn
®óng trong c¸c vïng ®« thÞ n¬i mµ tÊt c¶ c¸c c¬n ma quan träng nhÊt cho môc ®Ých
thiÕt kÕ trong lu vùc nhá lµ c¸c trËn ma d«ng ®èi lu m¹nh vµ ng¾n. Tuy nhiªn,
®¸ng ghi nhí r»ng cã nhiÒu bÒ mÆt kh«ng thÊm níc ë c¸c vïng ®« thÞ kh«ng ®îc kÕt
nèi trùc tiÕp víi c¸c ®êng tho¸t hoÆc c¸c kªnh nhiÒu h¬n lµ ®iÒn tròng, vµ nhiÒu bÒ
mÆt thÊm níc sÏ kh«ng s¶n sinh dßng ch¶y bÒ mÆt, thËm chÝ c¶ víi nh÷ng trËn ma
cêng ®é cao. Sù thÊm nh vËy vµo díi mÆt nãi chung bÞ coi nh tæn thÊt tõ m« h×nh
vµ kh«ng ®îc xem xÐt tiÕp theo. Sù khã kh¨n cña ®Æc trng ho¸ tÊt c¶ c¸c bÒ mÆt vµ
sù liªn kÕt tho¸t níc kh¸c nhau trong c¸c vïng ®« thÞ, còng cã thÓ thay ®æi trong c¸c
®iÒu kiÖn lò, kh«ng ph¶i lµ nhiÖm vô tÇm thêng thËm chÝ trong viÖc thiÕt kÕ c¸c hÖ
thèng tiªu níc nhá. Tuy nhiªn, qu¸ tr×nh cña m« h×nh ho¸ ®ang trë nªn ®¬n gi¶n h¬n
v× nhiÒu hÖ thèng tiªu níc ®« thÞ vµ sö dông ®Êt ®ang ®îc ®Æc trng ho¸ bªn trong
c¬ së d÷ liÖu GIS. Tuy nhiªn Burges vµ c¸c nnk (1998), vÉn cho r»ng kiÓm so¸t tiÕp
tôc c¸c lu vùc nhá ®Ó thay ®æi c¸c phÇn cßn l¹i cÇn thiÕt ®Ó gi¶i quyÕt mét vµi sù bÊt
®Þnh liªn kÕt víi dù b¸o t¸c ®éng cña sù ph¸t triÓn ®Õn thuû v¨n.
9.1.4. Tiªu tho¸t trong n«ng nghiÖp
Sù nghiªn cøu cña c¸c hÖ thèng tiªu níc thùc ®Þa nh©n t¹o vµ c¸c con m¬ng
trong c¸c m« h×nh thuû v¨n lµ mét vÊn ®Ò t¬ng tù, mÆc dï c¸c ghi chÐp vÒ c¸c ®êng
tiªu níc ®îc l¾p ®Æt trong qu¸ khø ë n¬i nµo, khi nµo vµ nh thÕ nµo cã thÓ kh«ng
lu«n lu«n s½n cã cho c¸c nhµ m« h×nh ho¸. Tiªu tho¸t níc cã mét sù ¶nh hëng trong
thuû v¨n, mÆt kh¸c nh÷ng ngêi n«ng d©n, c¸c nhµ lµm ruéng vµ mét sè kh¸c sÏ
kh«ng quan t©m ®Õn chóng. Tuy nhiªn, nh÷ng ®iÒu cßn l¹i ®ã lµ mét vµi ph©n tÝch
nh tiªu tho¸t cã thÓ cã nh÷ng ¶nh hëng nh thÕ nµo ®Õn ®é lín cña c¸c ®Ønh ma.
Hai ®êng lèi tranh luËn lu«n lu«n xuÊt hiÖn. §êng lèi ®Çu cho r»ng v× tiªu tho¸t
cung cÊp con ®êng bæ sung t¬ng ®èi hiÖu qu¶ cho viÖc lo¹i bá dßng ch¶y. Chóng sÏ
cã khuynh híng lµm t¨ng thªm ®é lín cña c¸c ®Ønh ma. §êng lèi thø hai cho r»ng
tiªu tho¸t cã xu híng tiªu hao ®Êt gi÷a c¸c ®ît ma, sÏ cã s½n lîng tr÷ tríc trËn
293
- ma nhiÒu h¬n vµ lµm s¶n sinh dßng ch¶y Ýt h¬n, sao cho bÊt chÊp bÊt k× hiÖu øng
t¨ng nµo cña dßng ch¶y, s¶n sinh dßng ch¶y Ýt h¬n sÏ ®a ®Õn ®Ønh thuû ®å thÊp h¬n.
Sù ph©n tÝch c¸c ghi chÐp dßng ch¶y tõ lu vùc thÝ nghiÖm tiªu níc vµ kh«ng
tiªu níc ®· chØ ra c¶ 2 d¹ng cña d¸ng ®iÖu, thËm chÝ ë trong cïng mét lu vùc, díi
c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau (xem tæng quan cña Robinson 1986), Robinson ®· chØ ra r»ng
sù tiªu níc cña nh÷ng ®Êt sÐt nÆng cã thÓ dÉn ®Õn sù gi¶m ®Ønh lò b»ng sù thiÕu hôt
kú tríc nãi chung lµ cao h¬n, trong khi sù tiªu níc cña ®Êt thÊm nhiÒu h¬n cã xu
híng t¨ng nhanh dßng ch¶y s¸t mÆt, ®a ®Õn ®Ønh lò cao h¬n. Do ®ã m« h×nh ho¸ c¸c
¶nh hëng cña sù tiªu níc ë quy m« lu vùc sÏ kh«ng ®¬n gi¶n, ®Æc biÖt n¬i mµ thËm
chÝ víi m« h×nh ph©n bè dùa trªn qu¸ tr×nh, kho¶ng c¸ch cña tiªu níc nÒn ®¸ hoÆc
c¸c ®ª ch¾n sãng cã thÓ nhá h¬n nhiÒu so víi quy m« líi cña m« h×nh. Do ®ã, mét sè
th«ng sè ho¸ cña sù ¶nh hëng cña quy m« nhá h¬n líi sÏ thùc sù cÇn thiÕt. VÝ dô
th«ng sè ho¸ ®· ®îc xem xÐt bëi Dunn vµ Mackay (1996), Kim vµ Delleur (1997) vµ
Karvonen vµ nnk (1999). M« h×nh MIKE SHE hiÖn nay cã mét thµnh phÇn ®Ó miªu t¶
¶nh hëng cña sù tiªu níc thùc ®Þa trong viÖc dù ®o¸n dßng ch¶y nh mét hµm tuyÕn
tÝnh cña mùc níc ngÇm ®Þa ph¬ng trªn mét cao tr×nh mèc tiªu níc nµo ®ã (theo Al-
Khudhairy 1999 )
H×nh 9.2. Sù thay ®æi lîng níc lu vùc theo ch¸y rõng víi giíi h¹n dù ®o¸n xÊp xØ cho sù t¸i sinh c©y
tÇn b× nói ë lu vùc Graceburn, Australia (Kuczera 1987). In l¹i tõ T¹p chÝ thuû v¨n 211; 69-85, xuÊt b¶n
(1987) víi sù cho phÐp tõ Elsevier Science.
9.2.Trêng hîp nghiªn cøu: Dù b¸o t¸c ®éng cña ho¶ ho¹n vµ khai
th¸c rõng trong lu vùc cÊp níc ë Melbourne
Mét vÝ dô ®Æc biÖt thó vÞ vÒ viÖc dù ®o¸n ¶nh hëng cña thay ®æi sö dông ®Êt ®a ®Õn
tõ lu vùc cÊp níc cña thµnh phè Melbourne, Austranlia. Lu lîng níc cña lu
vùc nµy lµ nh¹y c¶m víi tæn thÊt líp phñ rõng c©y tÇn b× nói nguyªn sinh do ch¸y
rõng tù nhiªn. ë ®ã sau khi ch¸y (hay chÆt ph¸ c¸c c©y gç ®· trëng thµnh) lu lîng
lu vùc bÞ gi¶m xuèng. Lîng níc hµng n¨m kho¶ng 1000mm díi nh÷ng c¸nh rõng
trëng thµnh cã thÓ bÞ gi¶m xuèng 500 mm ë ®Ønh cña rõng t¸i sinh do mËt ®é qu¸ cao
vµ diÖn tÝch l¸ c©y cña rõng t¸i sinh. Níc “mÊt” quay trë l¹i bÇu khÝ quyÓn nh vËn
294
- chuyÓn vµ bèc h¬i cña lîng gi÷ l¹i. Sù tæn thÊt ®¹t cùc ®¹i sau kho¶ng 25 n¨m cña
rõng t¸i sinh nhng Kuczera (1987) ®· íc lîng r»ng cã thÓ ph¶i mÊt trªn 100 n¨m
cho lîng níc ®îc kh«i phôc ®Çy ®ñ (xem h×nh 9.2).
§êng cong tæng lîng níc cña Kuczera cho c¸c lu vùc ®· ®îc ph¸t triÓn bëi
håi quy kinh nghiÖm ë quy m« lu vùc, sö dông c¸c ghi chÐp l©u dµi cña lîng níc
quan tr¾c sau ®ît ch¸y tèn kÐm trong n¨m 1939 vµ gi¶ thiÕt mét d¹ng ®Æc biÖt theo
c¸c hµm phi tuyÕn. Gi¶ thiÕt r»ng nã phô thuéc mËt ®é thùc vËt t¸i sinh gÇn ®©y ®·
®îc kiÓm tra b»ng sö dông m« h×nh ph©n bè dùa trªn qu¸ tr×nh MACAQUE bëi
Watson vµ c¸c nnk (1999). M« h×nh nµy ®îc hiÖu chØnh cho 3 lu vùc kh¸c nhau
(Watts, Grace Burn vµ Coranderrk, tæng diÖn tÝch lµ 145 km2) díi c¸c ®iÒu kiÖn hiÖn
t¹i, bao gåm mét sù so s¸nh cña mét sè dù b¸o mùc níc ngÇm ë bªn trong. M« h×nh
®· chØ ra lµ nh¹y h¬n víi gi¶ thiÕt vÒ ph©n bè kh«ng gian cña ®Çu vµo ma h¬n lµ sù
ph©n bè ®Þa h×nh sö dông. MËt ®é th¶m thùc vËt ®îc m« pháng bëi sù ph©n bè ®Æc
biÖt cña chØ sè diÖn tÝch l¸ c©y, liªn hÖ víi b¶n ®å tuæi cña rõng trong lu vùc. C¸c m«
pháng h¹n dµi ®ã ®îc thùc hiÖn qua suèt thêi kú 1910 – 1991 vµ thay ®æi chØ sè diÖn
tÝch l¸, còng nh th«ng sè ®é dµi cña l¸ (hoÆc søc c¶n khÝ khæng) theo sù t¸i sinh cña
rõng sau vô ch¸y n¨m 1939. Thay ®æi th«ng sè dùa trùc tiÕp vµo mèi quan hÖ víi tuæi
ph¸t triÓn. KÕt qu¶ tæng hµng n¨m cña nh÷ng dù b¸o lu lîng kh¸c nhau ®ã ®îc chØ
ra ë trong h×nh 9.3
H×nh 9.3. C¸c dù ®o¸n cña sù thu håi lu lîng ë lu vùc Ataroondah, Australia (tæng diÖn tÝch 145 km2 )
do ch¸y rõng sö dông m« h×nh AFACAQUE ( theo Watson 1999 ). T¸i t¹o víi sù cho phÐp cña John Wiley
vµ Sons Limited.
M« h×nh trong ®ã c¶ 2 th«ng sè bÞ thay ®æi lµ ®iÒu thµnh c«ng nhÊt trong t¸i t¹o
sù thay ®æi thêi kú dµi trong lu lîng. Tuy nhiªn thËm chÝ sù m« pháng nµy chØ ra
mét dù b¸o vît qu¸ hay ë thÊp h¬n ®¸ng kÓ so víi cña c¸c lu lîng quan tr¾c ®îc
trong nh÷ng n¨m cô thÓ. C¸c t¸c gi¶ cho r»ng nh÷ng sai sãt nµy cã thÓ lµ do sù biÓu
diÔn kh«ng ®Çy ®ñ cÊu tróc kh«ng gian cña lîng ma bªn trong lu vùc. Trong khi
MACAQUE kh«ng ph¶i lµ mét m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ dùa trªn qu¸ tr×nh th× nh÷ng
kÕt qu¶ nµy cã lÏ lµ ®iÓn h×nh cña kiÓu chÝnh x¸c cã thÓ ®¹t ®îc trong dù b¸o ¶nh
hëng sù thay ®æi sö dông ®Êt, trong khi miªu t¶ tr¹ng th¸i cña lu vùc gièng nh lµ
295
- mét tËp hîp ®¬n cña c¸c th«ng sè liªn quan tíi qu¸ tr×nh khi c¸c ®êng cong cña
KUCZERA (1987) miªu t¶ gÇn ®óng quy m« lu vùc cho cïng mét vÊn ®Ò.
9.3. Dù b¸o t¸c ®éng cña biÕn ®æi cña khÝ hËu
Dù b¸o ¶nh hëng cña sù thay ®æi khÝ hËu bao gåm c¶ sù thay ®æi theo quy m«
vÒ thêi gian vµ kh«ng gian, cã mét ý nghÜa v« cïng quan träng trong qu¸ tr×nh dù b¸o.
Sù h¹n chÕ tÝnh to¸n hiÖn thêi trªn GCM cã nghÜa r»ng quy m« líi ë ®ã dù b¸o s½n cã
lµ cßn rÊt lín (Ýt nhÊt ë møc 100x100km, t¬ng ®¬ng víi mét lu vùc s«ng 10000km2,
gÇn nh toµn bé s«ng Thames cña níc Anh). ChØ cã mét dù b¸o ®¬n lÎ vÒ nhiÖt ®é
trung b×nh, gi¸ng thñy hay dßng ch¶y ®îc lµm cho mçi « vu«ng líi, mÆc dï sù biÕn
®æi lín ë quy m« nhá h¬n líi còng ®îc mong ®îi tõ ®o ®¹c. §iÒu nµy ®a ®Õn vÝ dô
bµi to¸n “ma phïn” GCM, ë ®ã gi¸ng thñy do c¸c ho¹t ®éng ®èi lu m·nh liÖt ë quy
m« nhá h¬n nhiÒu « vu«ng líi, chØ cã thÓ ®îc biÓu ®¹t trong m« h×nh nh lîng
gi¸ng thñy trung b×nh cêng ®é thÊp. HiÖn nay cã kh¶ n¨ng tinh luyÖn dù b¸o ®Þa
ph¬ng cña GCMs b»ng viÖc nhóng mét m« h×nh líi mÞn bªn trong líi th« th«ng
thêng. M« h×nh líi mÞn sau ®ã sö dông nh÷ng dù b¸o cña líi th« nh lµ ®iÒu kiÖn
biªn t¹i nh÷ng giíi h¹n cña nã vµ ®ã lµ phô thuéc cuèi cïng vµo nh÷ng m« pháng líi
th«.
TÊt c¶ GCMs ®Òu cã mét m« h×nh thñy v¨n ®Ó cung cÊp mét ®iÒu kiÖn biªn thÊp
h¬n cho dßng n¨ng lîng vµ h¬i níc gi÷a bÒ mÆt ®Êt vµ khÝ quyÓn. Nh÷ng m« h×nh
®ã ®îc biÕt chung nh nh÷ng m« h×nh chuyÓn ®æi cña ®Êt–thùc vËt–khÝ quyÓn
(SVATs) hoÆc s¬ ®å th«ng sè ho¸ bÒ mÆt ®Êt (LSPs). Trong qu¸ khø, nh÷ng thµnh
phÇn nµy cã d¹ng c¸i thïng rÊt ®¬n gi¶n, t¬ng tù nh c¸c m« h×nh gi¶i thÝch ®é Èm
®Êt ®îc th¶o luËn ë môc 2.4. Chóng ta ®· thÊy r»ng, chØ víi mét vµi hiÖu chØnh, c¸c
m« h×nh ®ã cã thÓ cung cÊp nh÷ng m« pháng tèt ®é hôt Èm ®Êt ®o ®¹c t¹i mét ®iÓm,
nhng trong trêng hîp cña GCMs chóng ®îc sö dông kh«ng ®Ó biÓu thÞ mét ®iÓm
riªng lÎ mµ lµ toµn bé diÖn tÝch ®Êt cña « vu«ng líi. Do ®ã c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ®ã ®îc
coi nh lµ c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ¶nh hëng, nhng râ rµng trong trêng hîp líi « vu«ng
GCM réng kh«ng cã d÷ liÖu ®èi chiÕu ®Ó cã thÓ hiÖu chØnh c¸c gi¸ trÞ ¶nh hëng.V×
vËy, c¸c gi¸ trÞ lý thuyÕt th«ng thêng ®îc x¸c ®Þnh b»ng sù íc ®o¸n th«ng minh.
V× c«ng suÊt cña m¸y tÝnh ®îc n©ng lªn, mét vµi sù h¹n chÕ trë nªn nhÑ nhµng
h¬n. Trong ®êi míi nhÊt cña GCMs, thµnh phÇn SVAT d¹ng thïng ®îc thay thÕ b»ng
c¸c th«ng sè ho¸ cã c¬ së vËt lý h¬n ®Ó xö lý dßng níc vµ n¨ng lîng ®Õn vµ ®i ra tõ
®Êt vµ th¶m thùc vËt, sù ®iÒu khiÓn sinh lý cña c¸c th¶m thùc vËt ®Õn sù vËn chuyÓn
trong d¹ng chi tiÕt h¬n. VÝ dô s¬ ®å MOSES ®îc sö dông trong m« h×nh tuÇn hoµn
thèng nhÊt cña c¬ quan KhÝ Tîng Anh quèc (Theo Cox 1998) vµ m« h×nh sinh quyÓn
®¬n gi¶n (SiB: Sellers vµ nnk 1996) mµ trong phiªn b¶n míi nhÊt cña hä, còng dù b¸o
dßng CO2. SiB lµ mét m« h×nh nhiÒu th«ng sè, nhiÒu tÇng thùc vËt, nhiÒu tÇng ®Êt
dùa vµo vËt lý cña mét m¶ng thùc vËt, vµ ®· ®îc dïng ®Ó t¹o ra nh÷ng m« pháng tèt
dßng n¨ng lîng ®o ®¹c níc vµ CO2 ®o ®¹c ë quy m« mét th¶m thùc vËt ®¬n lÎ. Tuy
nhiªn, mét khi cÆp víi GCM, nã vÉn chØ cã thÓ sö dông mét m« h×nh SiB ®¬n lÎ trong
mçi « vu«ng líi. Nh thÕ c¸c gi¸ trÞ cña th«ng sè ®· ®îc x¸c ®Þnh nh nh÷ng th«ng
296
- sè ¶nh hëng ®Ó miªu t¶ toµn bé biÕn thiªn cña c¸c chu tr×nh vµ c¸c ®iÒu kiÖn bªn
trong c¸c « vu«ng líi GCM réng lín. HiÖn nay kh«ng cã c¸ch nµo ®Ó íc lîng nh÷ng
gi¸ trÞ th«ng sè ¶nh hëng nh thÕ t¹i quy m« líi h¬n lµ b»ng pháng ®o¸n th«ng
minh nh trêng hîp m« h×nh d¹ng thïng. Trong trêng hîp cña m« h×nh SVAT phøc
t¹p h¬n, dï sao cã nhiÒu gi¸ trÞ th«ng sè h¬n ®îc íc lîng. §iÒu kh«ng râ rµng lµ
c¬ së vËt lý cña SVAT phøc t¹p h¬n gióp cho viÖc íc lîng c¸c gi¸ trÞ ¶nh hëng t¹i
quy m« líi vµ nã chØ ra r»ng cã thÓ cã sù bÊt ®Þnh ®¸ng kÓ trong íc lîng cña c¸c
th«ng sè SVAT, thËm chÝ lµ c¶ ë quy m« c¸c m¶ng côc bé (Franks 1997).
Do ®ã c¸c thµnh phÇn thñy v¨n cña GCMs cã mét vµi giíi h¹n quan träng. Mét
nghiªn cøu so s¸nh bªn trong cña h×nh thµnh c¸c SVAT kh¸c nhau, ®îc biÕt tíi nh
PILPS (Dù ¸n vÒ sù so s¸nh bªn trong cña c¸c s¬ ®å th«ng sè ho¸ ®Êt bÒ mÆt vµ ®Êt),
®· chØ ra r»ng c¸c s¬ ®å kh¸c nhau cho c¸c dù b¸o kh¸c nhau ®¸ng kÓ, khi mµ c¸c
th«ng sè ®îc íc lîng mµ kh«ng hiÖu chØnh, ®Æc biÖt cho dù b¸o s¶n sinh ra dßng
ch¶y (Lohmann vµ nnk 1988 ). §iÒu nµy cã lÏ ®îc mong ®îi, v× nh chóng ta ®· thÊy,
sinh dßng ch¶y kh«ng ph¶i lµ mét qu¸ tr×nh mét chiÒu ®¬n gi¶n, mµ lµ mét qu¸ tr×nh
ba chiÒu bao gåm c¶ sù t¬ng t¸c gi÷a ®Þa h×nh, c¸c tÇng ®Êt, th¶m thùc vËt bÒ mÆt,
níc ngÇm vµ c¸c líi s«ng ngßi víi c¸c diÖn tÝch ®ãng gãp thay ®æi ®éng lùc cho c¶
®ãng gãp dßng mÆt vµ s¸t mÆt vµo dßng ch¶y. Sù kÕt hîp cña nhiÒu c¸c m« h×nh mÆt
®Êt chÊp nhËn ®îc vÒ mÆt thuû v¨n vµo trong GCMs dêng nh vÉn cßn rÊt xa vêi
mÆc dï gÇn ®©y nã ®· cã mét sè ph¸t triÓn thó vÞ trong c¸i ®îc gäi lµ m« h×nh thñy
v¨n häc quy m« lín.
9.3.1 C¸c m« h×nh thuû v¨n quy m« lín
M« h×nh SVAT mét chiÒu (1D) sö dông ë quy m« líi m« h×nh GCM víi nh÷ng gi¸
trÞ c¸c th«ng sè lµ mét vÝ dô ®Æc biÖt ®¬n gi¶n vÒ m« h×nh thuû v¨n trªn quy m« lín.
Mét më réng ®¬n gi¶n lµ sö dông c¸c m« h×nh mét chiÒu (1D) béi ®Ó biÓu thÞ c¸c líp
hoÆc m¶ng c¶nh quan víi c¸c ®Æc trng kh¸c nhau (vÝ dô nh Avissar vµ Pielke 1989;
Koster vµ Suarez 1992; Jolley vµ Wheater 1997). §iÒu nµy cã thÓ më réng cho s¬ ®å
bËc cao h¬n b»ng cè g¾ng tÝnh to¸n ph©n bè liªn kÕt cña c¸c dßng kh¸c nhau bªn trong
c¶nh quan (Avissar 1998). Mét c¸ch tiÕp cËn kh¸c lµ cè g¾ng miªu t¶ ph©n bè cña
ph¶n øng bªn trong c¶nh quan trong mét d¹ng hµm sè nµo ®ã, nh trong cÊu tróc m«
h×nh cña Xinajiang / ARNO / VIC (xem hép 2.2), c¸c phiªn b¶n cña nã ®· s½n sµng kÕt
hîp vµo trong GCMs (vÝ dô Durmenil vµ Todini 1992; X.Liang vµ nnk 1994). HoÆc ®·
sö dông biÕn dù b¸o GCM nh ®Çu vµo cho m« h×nh ho¸ lu vùc lín (Liston vµ nnk
1994).
Cã mét vµi ph¸t triÓn kh¸c trong m« h×nh thuû v¨n quy m« lín ®îc ®Ò cËp ®Õn ë
®©y, mÆc dï chóng ®· (hoÆc cha) ®îc kÕt hîp trùc tiÕp vµo GCMs. Trªn thùc tÕ, yªu
cÇu cña m« h×nh thuû v¨n quy m« lín lµ kh«ng thùc sù kh¸c víi thùc nghiÖm m« h×nh
ho¸ lu vùc kh¸c: Chóng cÇn cã nghÜa cña s¶n sinh dßng ch¶y, ph¶n ¸nh ®óng ®¾n sù
thay ®æi cña c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµ cã nghÜa cña diÔn to¸n dßng ch¶y ®Õn nh÷ng
®iÓm ta quan t©m (hoÆc trong trêng hîp cña m« h×nh GCMs lµ gi÷a c¸c phÇn tö líi
kh¸c nhau), ph¶n ¸nh ®óng ®¾n quy m« thêi gian cña qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Sù kh¸c
297
- nhau trong m« h×nh thuû v¨n quy m« lín lµ ph¹m vi biÕn ®æi bao hµm cña nã, sù quan
träng cña diÔn to¸n trÔ trong d¹ng thuû ®å cña c¸c s«ng quy m« lôc ®Þa (vÝ dô Naden
1992, Naden vµ c¸c nnk 1994) vµ giíi h¹n r»ng nÕu m« h×nh quy m« lín lµ cã thÓ cÆp
víi CGM th× nã ph¶i gi÷u nguyªn ®é tÝnh to¸n nhanh. GÇn ®©y cã mét vµi cè g¾ng ®Ó
x¸c ®Þnh m« h×nh thuû v¨n quy m« lín, ph¶n ¸nh sù kh«ng ®ång nhÊt cña s¶n sinh
dßng ch¶y vµ cã thÓ sö dông trong GCM bao gåm: phiªn b¶n TOPLASTS cña
TOPMODEL (Famiglietti vµ Wood 1991 Stieglitz vµ nnk 1997); m« h×nh UP cña Ewen
(1997); m« h×nh SLURP cña Kite (1995) vµ tiÕp cËn kh«ng liªn kÕt mê cña Frank vµ
Beven (1997), Beven vµ Frank (1999). T©ta c¶ c¸c con ®êng kh¸c nhau ®· cè g¾ng
ph¶n ¸nh biÕn ®æi cña ph¶n øng ®îc t×m thÊy ë quy m« nhá h¬n líi GCM trong con
®êng hiÖu qu¶ tÝnh to¸n.
TOPLASTS (víi s¬ ®å chuyÓn ®æi ®Êt – khÝ quyÓn dùa trªn TOPMODEL) ®· sö
dông c¸c hµm ph©n bè thèng kª cho biÕn ®æi ®Êt, c©y cèi, vµ ®Þa h×nh víi chØ sè ®Þa
h×nh TOPMODEL cung cÊp biÕn ph©n lo¹i ban ®Çu (xem phÇn 6.4). M« h×nh SLURP
nhãm nh÷ng ®iÓm t¬ng tù nhau bªn trong mét khu vùc vµo mét sè lîng nhá ®¬n vÞ
tÝnh to¸n bªn trong phÇn tö líi m« h×nh, nhng kh«ng sö dông chØ sè ®Þa h×nh nh
biÕn ph©n lo¹i, chØ cã th¶m phñ thùc vËt, ®Êt vµ cao tr×nh. Nã chØ ra mét sè thµnh
c«ng trong m« h×nh thuû v¨n cña lu vùc lín sö dông biÕn ®Çu ra GCM nh ®Çu vµo
cña SLURP (Kite vµ Haberlandr 1999).
M« h×nh UP lµ mét tiÕp cËn thó vÞ ®Æc biÖt cho vÊn ®Ò nµy trong ®ã nã cè g¾ng
duy tr× mét tiÕp cËn vËt lý hoµn toµn cho c¸c dù b¸o quy m« lín. Ch×a kho¸ ®Ó ®¹t
®îc ®iÒu nµy lµ gép c¸c kÕt qu¶ cña m« pháng ®éc lËp dïng mét m« h×nh th«ng sè
ho¸ dùa trªn vËt lý chi tiÕt vµo trong mét d·y c¸c b¶ng tra cho c¸c dßng gi÷a c¸c lîng
tr÷ chÝnh trong m« h×nh UP (h×nh 9.4). Trong ¸p dông cho lu vùc s«ng Arkansors–
Red cã diÖn tÝch 570.000 km2, 1923 « vu«ng líi víi kÝch thíc 17 x17 km ®îc ph©n
vµo 5 lo¹i khu vùc kh¸c nhau (Ewen vµ nnk 1999; Kilsby vµ nnk 1999). C¸c phÇn tö
cña m« h×nh UP ®· ®îc ph¸t triÓn mét c¸ch riªng biÖt cho mçi trong 5 lo¹i kh¸c nhau
bëi ch¹y m« pháng m« h×nh chi tiÕt cho c¸c diÖn tÝch lu vùc ®¹i biÓu bªn trong khu
vùc. Trong lý tëng, b¶ng tra cho mçi khu vùc cã thÓ ®îc gi¶ thiÕt kh«ng phô thuéc
vµo ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè khÝ tîng, nhng trong thùc tÕ ®· thÊy r»ng cÇn thiÕt
cung cÊp thªm lo¹i khu vùc cho phÐp sù kh¸c biÖt ®¸ng kÓ trong ®Çu vµo ma bªn
trong sù ph©n lo¹i gèc. Mét sù so s¸nh gi÷a lu lîng thùc ®o vµ dù b¸o ®îc chØ ra
trªn h×nh 9.5
Trong khi ch¹y m« pháng cho hÇu hÕt lu vùc, mçi phÇn tö líi cã ®Çu vµo ma
vµ c¸c yÕu tè khÝ tîng kh¸c nhau. Lîng tr÷ trong mçi « ®îc sö dông víi b¶ng tra
cho d¹ng phÇn tö cña UP ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng lîng gi÷a c¸c «. Sù c©n b»ng khèi
lîng ®· ®îc duy tr× cho mçi « trong mçi phÇn tö líi. M« h×nh ®îc hoµn thiÖn bëi
thµnh phÇn diÔn to¸n dßng ch¶y hµm ®é réng m¹ng cña Naden vµ nnk (1999). Do ®ã
c¸c m« pháng cña m« h×nh cã hiÖu qu¶ tÝnh to¸n h¬n nh÷ng m« h×nh ph©n bè cã c¬ së
vËt lý ®Çy ®ñ, nhng phÇn cßn l¹i phï hîp chÊp nhËn ®îc víi dù b¸o cña m« h×nh
th«ng sè ho¸ ®· sö dông.
298
- H×nh 9.4 . M« h×nh ma-dßng ch¶y trªn quy m« lín §¹i häc Newcasstle UP (Theo Ewen vµ c¸c nnk 1999).
In l¹i tõ Thuû v¨n vµ HÖ thèng khoa häc tr¸i ®Êt víi sù cho phÐp cña Héi ®Þa vËt lý ch©u ¢u
KÕt qu¶ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo viÖc thÓ hiÖn cña c¶ cÊu tróc vµ gi¸ trÞ th«ng sè
cña nh÷ng m« h×nh th«ng sè ho¸ c¬ b¶n, v× ®©y lµ ch¹y hoµn toµn theo con ®êng tÊt
®Þnh. Do ®ã, sù tiÕp cËn nµy ch¾c ch¾n ®îc t×m thÊy trong sù tin tëng r»ng x¸c ®Þnh
tríc tÊt c¶ c¸c th«ng sè yªu cÇu bëi m« h×nh th«ng sè ho¸ lµ cã thÓ thùc hiÖn ®îc
(chó ý r»ng b¶n th©n c¸c phÇn tö UP kh«ng yªu cÇu c¸c th«ng sè nhng b¶ng tra cña
chóng phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cña m« h×nh c¬ b¶n). Mét sù so s¸nh gi÷a lu lîng
thùc ®o vµ m« pháng t¹i nh÷ng quy m« lu vùc kh¸c nhau tõ viÖc ¸p dông cho c¸c lu
vùc Arkansas- Red (vÝ dô h×nh 9.5) chØ ra r»ng sai sè vÉn cßn rÊt lín, nhng sÏ ®îc
ghi nhí r»ng kh«ng cã lu lîng thùc ®o ®èi chiÕu víi hiÖu chØnh ®îc sö dông trong
sù ph¸t triÓn m« h×nh m« pháng.
Mét tiÕp cËn kh¸c ®Ó ®èi xö víi vÊn ®Ò th«ng sè ho¸ cña nh÷ng khu vùc kh«ng cã
®o ®¹c trong m« h×nh thñy v¨n quy m« lín ®· ®îc ®a ra bëi Abdulla vµ nnk (1996).
Abdulla vµ Lettenmaier (1997) sö dông m« h×nh quan niÖm VIC-2L cña hép 2.2, ¸p
dông cho cïng hÖ thèng s«ng Red- Arkansas. Hä ®· sö dông sù kh¸c nhau cña nh÷ng
lu vùc con trong hÖ thèng s«ng Red- Arkansas nh bé luyÖn ®Ó hiÖu chØnh gi¸ trÞ c¸c
th«ng sè cho m« h×nh VIC - 2L . Sau ®ã ®îc chia thµnh tõng khu vùc nhê t¬ng quan
gi÷a c¸c gi¸ trÞ hiÖu chØnh víi nh÷ng ®Æc trng mÆt ®Êt kh¸c cho c¸c lu vùc. §iÒu
nµy cho phÐp íc lîng th«ng sè cho tÊt c¶ c¸c lu vùc con. Sù íc lîng nµy ®îc
kiÓm tra trªn 6 lu vùc ®o ®¹c, nhng kh«ng bao gåm bé ®îc hiÖu chØnh. §èi víi c¶
lu vùc cã sè liÖu vµ kh«ng cã sè liÖu, kh«ng cã sù bÊt ®Þnh nµo trong c¸c th«ng sè
®îc ®a vµo tÝnh to¸n. ViÖc thñ tôc khu vùc ho¸ ®îc thÊy lµ thÝch hîp cho c¸c lu
vùc con Èm ít vµ b¸n Èm ít, nhng tiÕp cËn ®· kh«ng thùc hiÖn tèt cho khu vùc b¸n
kh« h¹n cña hÖ thèng s«ng Red- Arkansas.
299
- H×nh 9.5. Lu lîng thùc ®o vµ dù b¸o t¹i cöa s«ng Arkansas vµ Red, sö dông m« h×nh ma-dßng ch¶y
quy m« lín cña §¹i häc Newcastle UP ( theo Kilsby vµ nnk 1999). In l¹i tõ Thuû v¨n vµ HÖ thèng khoa
häc tr¸i ®Êt víi sù cho phÐp cña European Geophusical Socuety
TiÕp cËn kh«ng liªn kÕt mê cña Franks vµ Beven (1997) lµ c¸ch thø 3, kh¸ lµ kh¸c
biÖt víi c¸c c¸ch tiÕp cËn kh¸c cho cïng mét vÊn ®Ò, cè g¾ng ®Ó ®¹t ®îc hiÖu qu¶ tÝnh
to¸n trong khi duy tr× viÖc ®¸nh gi¸ thùc tÕ dßng ch¶y. C¸ch nµy còng lµ tiÕp cËn 2
giai ®o¹n, nhng dùa nhiÒu vµo kh¸i niÖm t¬ng ®¬ng cña c¸c m« h×nh kh¸c nhau
(xem môc 1.8 vµ 7.7) h¬n lµ tin vµo kh¶ n¨ng dù b¸o tÊt ®Þnh, Frank vµ Beven rót ra
r»ng trong khi cè g¾ng gi¶i thÝch sù thay ®æi cña c¸c ph¶n øng thuû v¨n ®èi víi c¶nh
quan (hay « líi GCM), th× sù kh«ng thay ®æi c¸c th«ng sè ®îc chóng ta quan t©m
thùc sù nhng trong d¹ng hµm cña c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau trong viÖc ph©n chia c©n b»ng
níc chia thµnh bèc h¬i vµ dßng ch¶y. Qu¶ thùc, cho c¸c dù b¸o b»ng GCM, sù ph©n
chia ®óng ®¾n cña c¸c dßng ch¶y sÏ quan träng h¬n lµ ®a ra sù ph©n bè theo thêi
gian mét c¸ch chÝnh x¸c (nã cã thÓ quan träng h¬n trong m« pháng thuû v¨n). Sö dông
bé th«ng sè kh¸c ®Ó miªu t¶ phÇn kh¸c nhau cña c¶nh quan chØ lµ mét c¸ch ®Ó dù b¸o
sù kh¸c nhau trong hµm sè cña nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau. Tuy nhiªn, x¸c ®Þnh c¸c bé
th«ng sè nh thÕ nçi lo kh«ng thÓ tr¸nh ®îc ®é bÊt ®Þnh, thËm chÝ ë n¬i ®o ®¹c dßng
ch¶y lµ s½n cã ®Ó quy ®Þnh cho nh÷ng m« h×nh riªng biÖt (xem Franks vµ nnk 1997).
Do ®ã, hä chÊp nhËn mét ph¬ng ph¸p ¸nh x¹ c¶nh quan vµo trong kh«ng gian
th«ng sè m« h×nh, dùa trªn mét Ýt th«ng tin s½n cã vÒ bé th«ng sè kh¶ thi ®Ó miªu t¶
nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau trong c¶nh quan. Do nh÷ng bÊt ®Þnh cè h÷u cÇn thiÕt mét ¸nh
x¹ mê vµ ®· ®¹t ®îc nhê sö dông mét mÉu lín bé th«ng sè kh¶ thi vµ sù g¸n mçi
®iÓm mét träng sè mê ®îc kÕt hîp víi sù m« pháng c¸ biÖt. Träng sè tÝch luü trªn tÊt
c¶ c¸c vÞ trÝ (thêng lµ c¸c phÇn tö líi quy m« mÞn vµ trong trêng hîp cña Frank vµ
beven (1997a) lµ c¸c ¶nh ®iÓm viÔn th¸m) cho phÐp chóng ta cã mét ¸nh x¹ ®Çy ®ñ cña
c¸c c¶nh quan vµo trong kh«ng gian m« h×nh .
§¬n gi¶n ho¸ cña nh÷ng tÝnh to¸n ®a vµo giai ®o¹n thø 2 tõ nhËn thøc r»ng rÊt
300
- nhiÒu tæ hîp kh¸c nhau cña c¸c bé th«ng sè trong kh«ng gian m« h×nh sÏ t¬ng tù
hµm trong d¹ng ph©n chia cña c©n b»ng níc (hay bÊt kú ®Æc ®iÓm mong muèn nµo).
Do ®ã, mét lîng nhá nh÷ng m« pháng cã thÓ ®îc sö dông ®Ó m« t¶ mét ph¹m vi ®Çy
®ñ cña hµnh vi. TiÕp cËn nµy ®îc sö dông ®Ó dù b¸o dßng ch¶y quy m« c¶nh quan
cña vÞ trÝ FIFE ë Kansas, ®· gi¶i thÝch sù thay ®æi cña ®Êt, ®Þa h×nh vµ quy ®Þnh ¸nh
x¹ dïng th«ng tin nhiÖt ®é bÒ mÆt viÔn th¸m. ý tëng sö dông kh«ng gian c¶nh quan
cho ¸nh x¹ kh«ng gian m« h×nh ®îc kh¶o s¸t tiÕp theo trong ch¬ng 10.
9.3.2. Sù bÊt ®Þnh trong ®¸nh gi¸ t¸c ®éng cña thay ®æi khÝ hËu ®èi víi
thuû v¨n
SVAT biÓu diÔn bÒ mÆt ®Êt kh«ng chØ lµ th«ng sè ho¸ quy m« nhá h¬n líi yªu
cÇu trong GCM, vµ trong thÕ hÖ hiÖn nay cña m« h×nh GCM, còng cã nh÷ng c©u hái vÒ
vÊn ®Ò lµm thÕ nµo ®Ó miªu t¶ tèt nhÊt sù h×nh thµnh m©y, t¹o ra ma, t¬ng t¸c víi
®¹i d¬ng vµ c¸c qu¸ tr×nh kh¸c ë quy m« líi. GCM lµ sù ph¸t triÓn liªn tôc khi n¨ng
lùc m¸y tÝnh t¨ng lªn, cho phÐp sö dông quy m« líi « vu«ng mÞn h¬n vµ th«ng sè ho¸
chi tiÕt h¬n. §iÒu râ rµng lµ bÊt chÊp viÖc ®¬n gi¶n ®îc chÊp nhËn cña nhiÒu thµnh
phÇn GCM, mét ph©n tÝch ®Çy ®ñ nh÷ng bÊt ®Þnh cña dù b¸o sù thay ®æi khÝ hËu sÏ
kh«ng kh¶ thi trong dù b¸o t¬ng lai. §iÒu tèt nhÊt cã thÓ hy väng lµ giíi h¹n sè lÇn
ch¹y víi gi¶ thiÕt mét sè kÞch b¶n kh¸c nhau.
Bëi vËy, trong dù b¸o t¸c ®éng cña nh÷ng biÕn ®æi ®Õn thuû v¨n, chóng ta ph¶i
chÊp nhËn ®Çu ra cña m« h×nh míi nhÊt GCMs nh mét íc lîng tèt nhÊt cña ®iÒu
kiÖn trong t¬ng lai trong khi ghi nhí giíi h¹n cña m« h×nh t¹o ra c¸c íc lîng.
Chóng cã thÓ ch¾c ch¾n ®îc chÊp nhËn nh c¸c kÞch b¶n cã thÓ cho sù thay ®æi nhiÖt
®é trung b×nh vµ ma trung b×nh th¸ng, nhng cã thÓ lµ ®èi tîng cña nh÷ng bÊt ®Þnh
®¸ng kÓ. Tuy nhiªn, ®Ó sö dông nh÷ng íc lîng nµy, trõ nh÷ng lu vùc tho¸t níc
qu¸ lín, chóng ta ph¶i chia nhá dù b¸o GCM víi quy m« thêi gian vµ kh«ng gian nhá
h¬n ®Ó phôc håi mét sè thay ®æi quy m« nhá h¬n líi côc bé. Qu¸ tr×nh chia nhá nµy
hiÖn thêi lµ ®èi tîng cña sè lín c¸c nghiªn cøu mµ chóng ta ph¶i tÝnh ®Õn, vÝ dô nh:
Lîng ma trung b×nh cã quan hÖ nh thÕ nµo víi sù biÕn ®æi côc bé díi ®iÒu kiÖn
thêi tiÕt kh¸c nhau, sù thay ®æi cña cao tr×nh cã ¶nh hëng nh thÕ nµo ®Õn nhiÖt ®é
vµ gi¸ng thuû nh tuyÕt, ®óng h¬n lµ ma, sù biÕn ®æi trong gi¸ trÞ trung b×nh liªn
quan thÕ nµo trong ®iÒu kiÖn cùc trÞ vµ vv... §©y râ rµng lµ vÊn ®Ò rÊt phøc t¹p ngay
trong chÝnh b¶n th©n nã, bao gåm viÖc céng thªm th«ng sè vµo c¸c thµnh phÇn m«
h×nh ph©n chia. Mét sè s¬ ®å ph©n chia ®· ®îc Wilby vµ Wriger (1997) tæng hîp l¹i,
trong khi c¸c vÝ dô gÇn ®©y ®îc Conway vµ Jones (1998), Schur vµ Lettenmaier
(1998) vµ Wilby vµ nnk (1998) ®a ra. Nh÷ng m« h×nh ph©n chia nh vËy còng lµ cÇn
thiÕt cho t¬ng lai nh c¬ së th«ng sè ho¸ nhá h¬n líi bªn trong GCMs, nã ®· mang
®Õn nhiÒu gi¶i thÝch cho sù biÕn ®æi ®Þa ph¬ng cña c¸c ®Æc trng bÒ mÆt vµ ph¶n øng
trong dù b¸o dßng ch¶y quy m« líi.
Tuy nhiªn, cã mét tiÕp cËn ®¬n gi¶n h¬n dùa trªn biÕn ®æi chuçi thêi gian lÞch sö
cña biÕn ®Çu vµo theo con ®êng thÝch hîp víi dù b¸o cña ®iÒu kiÖn t¬ng lai rót ra tõ
m« h×nh GCMs. §©y còng lµ d¹ng kÞch b¶n m« h×nh ho¸ sö dông dù b¸o GCM ®Ó t¹o
301
- ra nh÷ng thay ®æi cã thÓ cña nhiÖt ®é trung b×nh, gi¸ng thuû trung b×nh vv... C¸ch
tiÕp cËn nµy còng cã h¹n chÕ v× nã kh«ng thÓ t¹o ra kÞch b¶n hoµn toµn phï hîp mµ nã
bao gåm, ch¼ng h¹n nh ph¶n håi gi÷a nh÷ng thay ®æi trong nhiÖt ®é, bèc h¬i, ®é Èm
cña kh«ng khÝ vµ bÊt kú sù thay ®æi nµo trong sù kÕt hîp víi sù biÕn ®æi gi¸ trÞ trung
b×nh. Tuy nhiªn, mét tiÕp cËn nh thÕ sÏ kh«ng nhÊt thiÕt sai h¬n sö dông sè liÖu ®Çu
ra GCM ®· ph©n chia.
BÊt kú ph¬ng ph¸p g× ®îc sö dông ®Ó t¹o ra chuçi ®Çu vµo díi ®iÒu kiÖn thay
®æi, ®¸nh gi¸ nh÷ng t¸c ®éng sÏ ®ßi hái m« h×nh ma-dßng ch¶y ®Ó dù b¸o lu lîng
vµ nh÷ng biÕn thuû v¨n kh¸c, nh ®é thiÕu Èm, lµm ®Çy níc ngÇm hay mùc níc
ngÇm khi cµn thiÕt. TÝnh chÝnh x¸c cña dù b¸o nh vËy sÏ phô thuéc chñ yÕu vµo viÖc
lùa chän m« h×nh ®Ó m« pháng qu¸ tr×nh thÝch hîp díi ®iÒu kiÖn thay ®æi. TiÕp cËn
dÔ thÊy nhÊt t¹i ®iÓm nµy lµ ®Ó hiÖu chØnh sè liÖu dßng ch¶y ngµy nay vµ sau ®ã sö
dông m« h×nh ®· hiÖu chØnh ®Ó dù b¸o ph¶n øng díi ®iÒu kiÖn thay ®æi. Sù tiÕp cËn
nµy còng ®· ®îc sö dông ®Ó dù b¸o ¶nh hëng cña nh÷ng thay ®æi cña khÝ hËu víi
thuû v¨n, nh ë V¬ng Quèc Anh (Arnell 1996, Arnel vµ Reynard 1996); BØ (Bultot vµ
nnk 1998, Gellens 1991); Thuþ §iÓn (Bulstot vµ nnk 1992), Australia (Nathan vµ nnk
1988); Hy L¹p (Panagoulia 1992); Canada (Ng vµ Marsalek 1992) vµ Mü (Schaake
1990, Cooley 1990, Lettenmaier vµ Gan 1990).
Dù b¸o nh thÕ cã nghÜa lµ g×? Chóng thùc sù kh«ng cã nghÜa r»ng chóng lµ mét
m« t¶ hiÖn thùc cña c¸i g× cã thÓ x¶y ra trong t¬ng lai. §óng h¬n, chóng lµ m« pháng
cã ®iÒu kiÖn: Cã ®iÒu kiÖn trªn c¶ m« h×nh ®îc sö dông lµ ®Ó miªu t¶ ®óng ®¾n hiÖn
tîng thuû v¨n vµ trªn kÞch b¶n khÝ hËu trong t¬ng lai ®îc sö dông. HÇu nh tÊt c¶
nh÷ng nghiªn cøu ®· ®îc ®a ra kh«ng cã bÊt cø ®¸nh gi¸ nµo cña sù bÊt ®Þnh dù
b¸o vµ kh«ng cã bÊt kú nç lùc nµo ®Ó íc lîng c¸c th«ng sè nµo cña m« h×nh cã thÓ
thay ®æi khi ®iÒu kiÖn khÝ hËu thay ®æi.
Tuy nhiªn, cã mét vµi ngo¹i lÖ. Mét nghiªn cøu Ýt ®îc biÕt ®Õn cña Wolock vµ
Hornbeger (1991) ®· dùa trªn kÞch b¶n m« h×nh sö dông m« h×nh ma-dßng ch¶y, mét
phiªn b¶n cña TOPMODEL, trong mét ¸p dông cho lu vùc White OakRun bang
Virgina (còng nh Hornbeger vµ nnk (1985) sö dông tríc ®©y cho ®iÒu kiÖn khÝ hËu
hiÖn hµnh). C¸c kÞch b¶n bao gåm chuçi thêi gian m« h×nh ho¸ cña c¸c ®Çu vµo ma
vµ nhiÖt ®é ®a vµo m« h×nh cho nhiÒu chu kú 60 n¨m. Mçi chuçi ®· ®a ra mét xu
thÕ b¾t buéc. Sau 60 n¨m hä nhËn ra r»ng chØ mét vµi lÇn ch¹y ®· chØ ra mét xu
híng rót ra trong c¸c ®Æc trng dßng ch¶y m« h×nh ho¸ b»ng sù chÊp nhËn r»ng sù
thay ®æi cña viÖc ph¸t hiÖn mét xu thÕ trong tËp sè liÖu quan tr¾c lµ rÊt nhá. Xu thÕ
®Ønh lò cùc ®¹i hµng n¨m khã nhËn ra h¬n xu thÕ thÓ tÝch dßng ch¶y hµng n¨m.
Dù b¸o nh÷ng t¸c ®éng cña sù thay ®æi khÝ hËu ®Õn thuû v¨n tÊt yÕu lµ bÊt ®Þnh.
Jakeman vµ nnk (1993b) ®· chó t©m trùc tiÕp h¬n vµo vÊn ®Ò nµy khi ¸p dông phiªn
b¶n cña m« h×nh IHACRES (Xem môc 4.3.1) víi chuçi sè liÖu dµi cña s«ng French
Broad ë B¾c Carolina vµ s«ng Tyfi ë xø Wales. M« h×nh ®îc hiÖu chØnh sö dông sè
liÖu ma, nhiÖt ®é, vµ lu lîng quan tr¾c ®Ó t×m ra bé th«ng sè tèt nhÊt trong 2 - 3
thêi kú quan tr¾c ®éc lËp cho mçi lu vùc. Kh«ng cã xu thÕ nµo râ rÖt trong kÕt qu¶
302
- cña th«ng sè ®îc t×m thÊy, mÆc dï cã biÕn ®æi quan träng trong tÊt c¶ th«ng sè tõ
thêi kú nµy ®Õn thêi kú kh¸c trªn c¶ 2 lu vùc. §iÒu nµy ®· lµm t¨ng khã kh¨n ®Ó
ph¸t hiÖn ra xu thÕ trong c¸c sè liÖu thuû v¨n, ®îc Wolock vµ Hormberge chøng
minh, ®· mang ®Õn tÝnh biÕn ®æi cña sè liÖu khÝ tîng b¾t buéc vµ giíi h¹n cña m«
h×nh thuû v¨n.
TÊt c¶ c¸c m« h×nh thÝch hîp sau ®ã ®îc sö dông ®Ó dù b¸o ¶nh hëng cña sù
t¨ng sè liÖu nhiÖt ®é lÞch sö víi mét kho¶ng gi¸ trÞ kh«ng ®æi tõ 1 ®Õn 4 ®é. §iÒu nµy
®a ®Õn ph¹m vi gi¶m cña lu lîng víi mçi kÞch b¶n nhiÖt ®é, phô thuéc vµo bé
th«ng sè ®· sö dông, b»ng c¸ch Êy cho phÐp mét sè ®¸nh gi¸ ®é nh¹y cña thay ®æi dù
b¸o ®Õn nh÷ng bÊt ®Þnh trong th«ng sè ho¸. Trong trêng hîp nµy, sù phô thuéc cña
nh÷ng t¸c ®éng dù b¸o ®Ó chän cÊu tróc cña m« h×nh còng hoµn toµn râ rµng, v× lu
lîng dù b¸o phô thuéc trùc tiÕp vµo hµm sè cô thÓ liªn hÖ ¶nh hëng cña sù bèc
tho¸t h¬i níc víi nhiÖt ®é vµ lîng tr÷ lu vùc (mét hµm ®· thay ®æi trong c¸c phiªn
b¶n kh¸c nhau cña IHACRES). Kh«ng cã mét lý luËn vËt lý nµo cho nh÷ng hµm sè
nµy h¬n sù thËt lµ m« h×nh cã thÓ hiÖu chØnh ®Ó ®em ®Õn nh÷ng m« pháng tèt cho lu
lîng quan tr¾c.
9.4. trêng hîp nghiªn cu: M« h×nh ho¸ t¸c ®éng cña biÕn ®æi
khÝ hËu ®Õn tÇn suÊt lò ë lu vùc Wye
Trong môc 8.8 ®· chØ ra r»ng m« h×nh TOPMODEL cã thÓ cung cÊp mét m« pháng
chÊp nhËn ®îc vÒ c¶ lu lîng liªn tôc vµ c¶ tÇn suÊt lò cho lu vùc Wye ë
Plynlimon, xø Wales. C«ng viÖc nµy ®· ®îc më réng nhê Cameron (2000) víi sù ®¸nh
gi¸ ®é bÊt ®Þnh trong t¸c ®éng cña sù thay ®æi khÝ hËu ®Õn dù b¸o thuû v¨n. Môc ®Ých
lµ x¸c ®Þnh t¸c ®éng cã thÓ cña biÕn ®æi khÝ hËu ®Õn tÇn suÊt cña c¸c trËn lò lín. ViÖc
hiÖu chØnh m« h×nh ®îc ®¶m b¶o trong khu«n khæ cña GLUE (môc 7.7), ®a ®Õn mét
mÉu lín cña bé th«ng sè ®îc coi nh cã hµnh vi. §é bÊt ®Þnh rót ra trong dù b¸o thuû
v¨n díi ®iÒu kiÖn hiÖn thêi ®îc chØ ra trong h×nh 8.4.
Sè liÖu ghi chÐp lÞch sö sau ®ã ®îc biÕn ®æi ®Ó phï hîp víi viÖc dù b¸o sù thay
®æi nhiÖt ®é th¸ng vµ lîng ma th¸ng ®îc Hadley Centre c«ng bè cho c¸c n¨m 2020,
2050, 2080 (kÞch b¶n HADCM2: Hulme vµ Jenkins 1998). DÜ nhiªn, cã rÊt nhiÒu c¸ch
kh¸c nhau gi¶i thÝch vÒ íc lîng cña thay ®æi gi¸ trÞ trung b×nh th¸ng khi ph©n ra
thµnh bíc thêi gian m« pháng lµ giê, mét sè kh¶ n¨ng ®îc thö, nhng vÒ c¬ b¶n kÕt
qu¶ kh¸c nhau rÊt Ýt. H×nh 9.6 chØ ra thay ®æi dù b¸o trong ph©n bè tÝch luü cña sù
kiÖn íc lîng 100 n¨m. Sù ph©n bè cho ®iÒu kiÖn hiÖn thêi ph¶n ¸nh c¸c dù b¸o
träng sè h÷u hiÖu tõ tÊt c¶ c¸c bé th«ng sè ®îc gi÷ l¹i nh cã hµnh vi trong khu«n
khæ cña GLUE. §èi víi ®iÒu kiÖn thay ®æi, gi¶ thiÕt r»ng ®é h÷u hiÖu kÕt hîp víi bé
th«ng sè lµ kh«ng thay ®æi chØ riªng sè liÖu ®Çu vµo. H×nh 9.6 chØ ra r»ng biÕn ®æi íc
lîng trong lò 100-n¨m lµ nhá h¬n nhiÒu ®é bÊt ®Þnh hiÖn thêi trong íc lîng lò 100-
n¨m, nhng ®é rñi ro cña sù kiÖn 100-n¨m lµ kh«ng t¨ng.
§©y cã lÏ lµ kÕt qu¶ kh«ng ®îc mong ®îi, nhng cã rÊt Ýt nh÷ng nghiªn cøu nh
thÕ cè g¾ng ®¸nh gi¸ ®é bÊt ®Þnh kÕt hîp víi dù b¸o sù thay ®æi. Chóng ta ®· biÕt ®é
bÊt ®Þnh cã thÓ íc lîng t¬ng ®èi dÔ dµng nh thÕ nµo khi sö dông m« pháng Monte
303
- Carlo, Ýt ra lµ trong khu«n khæ mét kÞch b¶n m« h×nh ho¸. Nã sÏ ®îc lµm v× quyÕt
®Þnh vÒ viÖc nh thÕ nµo ®Ó qu¶n lý t¸c ®éng cña biÕn ®æi t¬ng lai chØ cã thÓ thùc sù
®îc dùa trªn íc lîng ®é rñi ro cña møc ®é biÕn ®æi cã thÓ. H×nh 9.6 ®· chØ ra r»ng
®é rñi ro cña lò cã thêi kú xuÊt hiÖn l¹i 100-n¨m ®é lín cao h¬n sÏ t¨ng díi c¸c kÞch
b¶n nµy.
Dï sao ®iÒu nµy còng ngô ý r»ng íc lîng rñi ro sÏ ®îc söa l¹i hoÆc cËp nhËt
b»ng sö dông sè liÖu trë thµnh s½n cã trong t¬ng lai. §iÒu nµy nhÊn m¹nh sù cÇn
thiÕt tiÕp tôc kiÓm so¸t hÖ thèng c¸c ®èi tîng ®Ó thay ®æi, cho phÐp quy ®Þnh c¸c m«
h×nh kh¶ thi vµ ®é bÊt ®Þnh trong dù b¸o cña c¸c m« h×nh nµy. ThiÕu nh÷ng hiÓu biÕt
râ rµng cña xu thÕ gÇn ®©y trong sè liÖu thuû v¨n gîi ý r»ng dù b¸o hiÖn thêi cña t¸c
®éng biÕn ®æi ®Õn thuû v¨n cã thÓ kh«ng chÝnh x¸c l¾m vµ viÖc tiÕp tôc thu thËp sè
liÖu lµ cÇn thiÕt.
H×nh 9.6. BiÕn ®æi dù b¸o trong lò thêi kú xuÊt hiÖn l¹i 100 n¨m cho lu vùc Wye ë Plynlimon (10.6 Km2 )
tõ ®iÒu kiÖn hiÖn thêi cho n¨m 2080 dùa trªn kÞch b¶n biÕn ®æi khÝ hËu HADCM2 ë trung t©m Hadley. Mét
m« h×nh ma ngÉu nhiªn vµ m« h×nh ma-dßng ch¶y TOPMODEL (Cameron 2000)
9.5. C¸c ®iÓm kho¸ tõ ch¬ng 9
Mét trong nh÷ng øng dông quan träng nhÊt cña m« h×nh ma-dßng ch¶y lµ ®Ó
dù b¸o ¶nh hëng cña sö dông ®Êt vµ biÕn ®æi khÝ hËu trong t¬ng lai ®Õn thuû v¨n
lu vùc, ®Æc biÖt lµ c¸c sù kiÖn cùc trÞ vµ lîng níc cho viÖc ®¸nh gi¸ nguån nuíc.
Sù thay ®æi tù nhiªn cña hÖ thèng thuû v¨n theo kh«ng gian vµ thêi gian, vµ
nãi chung nh÷ng quan tr¾c trong thêi gian ng¾n s½n cã ®· lµm cho viÖc nghiªn cøu,
hiÓu biÕt vµ dù b¸o ®îc nh÷ng ¶nh hëng cña sù thay ®æi gÆp khã kh¨n, ngay c¶ khi
sö dông hÇu hÕt c¸c m« h×nh ma-dßng ch¶y dùa trªn vËt lý s½n cã hiÖn nay.
Sù phøc t¹p theo kh«ng gian cña thay ®æi sö dông ®Êt nh trong khu vùc ®«
thÞ vµ trong hÖ thèng tiªu níc n«ng nghiÖp lµm cho viÖc dù b¸o t¸c ®éng cña nh÷ng
thay ®æi ®Æc biÖt khã kh¨n. Sù s½n cã cña c¬ së d÷ liÖu kh«ng gian trong hÖ thèng
th«ng tin ®Þa lý trong t¬ng lai cã thÓ b¾t ®Çu lµm cho c«ng viÖc nµy dÔ dµng h¬n.
304
- Dù b¸o biÕn ®æi khÝ hËu dùa trªn GCMs phô thuéc vµo biÓu diÔn thuû v¨n bÒ
mÆt ®Êt trong GCM. Nh÷ng h¹n chÕ m¸y tÝnh vµ quy m« lín cña « vu«ng líi CGM
vÉn giíi h¹n c¸c m« h×nh thuû v¨n cã thÓ cÆp trùc tiÕp víi CGM.
T¸c ®éng cña biÕn ®æi khÝ hËu ®· x¸c ®Þnh ®îc ngµy th¸ng dù b¸o sö dông c¸c
kÞch b¶n m« pháng lµ cã ®iÒu kiÖn trªn c¶ m« h×nh ma–dßng ch¶y ®îc sö dông vµ c¶
kÞch b¶n khÝ hËu ®Æc biÖt sö dông nh lµ sè liÖu b¾t buéc. C¸c dù b¸o nh thÕ sÏ liªn
kÕt víi íc lîng ®é bÊt ®Þnh hoÆc ®é rñi ro. Nhng cã rÊt Ýt nghiªn cøu trong ®ã mét
cè g¾ng bÊt kú ®îc lµm ®Ó ®¸nh gi¸ ®é bÊt ®Þnh dù b¸o t¸c ®éng cña nh÷ng biÕn ®æi.
305
nguon tai.lieu . vn