Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 9

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dự báo ảnh hưởng của những biến đổi Ngày nay, xây dựng mô hình đã trở thành một xu hướng ”thể thao trong nhà” hợp thời trang. Ludvvig Von Bertalanffy (1967) Ai kiểm soát tương lai của mô hình quy mô toàn cầu sẽ kiểm soát tương lai thuỷ văn học. Peter Eagleson (1986) Dự báo thuỷ văn có tính đến những ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng và sử dụng đất chắc chắn là môn thể thao trong nhà đúng mốt thời trang. Sự quan tâm về tác động của sự nóng lên của trái đất, chặt...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 9

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