Xem mẫu

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. ®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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19.  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