Xây dựng đường cong SDF cho hạn hán ở lưu vực sông Srepok bằng phương pháp Copula

Nghiên cứu này được thực hiện với mục đích đề xuất áp dụng phương pháp phân tích hạn hán thông qua việc xây dựng đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa các tính chất của một sự kiện hạn. Phương pháp xây dựng đường cong Cường độ – Chu kì – Tần suất (Severity – Duration – Frequency) được thực hiện dựa trên hàm phân phối xác suất kết hợp (hàm Copula 2 chiều) đối với hai hàm phân phối xác suất thành phần của chu kì hạn và cường độ hạn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng đường cong SDF cho hạn hán ở lưu vực sông Srepok bằng phương pháp Copula Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG SDF CHO HẠN HÁN Ở LƯU VỰC SÔNG SREPOK BẰNG PHƯƠNG PHÁP COPULA Nguyễn Trọng Quân* Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM *Tác giả liên hệ: quannguyen201294@gmail.com (Ngày nhận bài: 15/03/2017; Ngày duyệt đăng: 08/05/2017) TÓM TẮT Nghiên cứu này được thực hiện với mục đích đề xuất áp dụng phương pháp phân tích hạn hán thông qua việc xây dựng đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa các tính chất của một sự kiện hạn. Phương pháp xây dựng đường cong Cường độ – Chu kì – Tần suất (Severity – Duration – Frequency) được thực hiện dựa trên hàm phân phối xác suất kết hợp (hàm Copula 2 chiều) đối với hai hàm phân phối xác suất thành phần của chu kì hạn và cường độ hạn. Các sự kiện hạn sẽ được xác định dựa trên chỉ số chuẩn hóa lượng mưa SPI, sau đó các tham số của hàm phân phối xác suất thành phần được tính bằng phương pháp L-moment. Phương pháp hàm suy diễn biên (Inference Function for Margins) và xác suất tối đa (Maximum Likelihood) được sử dụng để xây dựng hàm kết hợp Copula và tham số tương ứng, từ đó xác định chu kì lặp lại đối với mỗi sự kiện hạn cụ thể và đường cong SDF tương ứng. Trong nghiên cứu này, hàm phân phối xác suất Gamma và hàm kết hợp Frank Copula được sử dụng để tính toán các sự kiện hạn. Dữ liệu lượng mưa tại lưu vực sông Srepok, Tây Nguyên (Việt Nam) được sử dụng làm ví dụ minh họa trong nghiên cứu này. Kết quả phân tích cho thấy sự hiệu quả khi sử dụng phương pháp Copula để xây dựng đường cong SDF, từ đó mở ra nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng nhằm hỗ trợ công tác xây dựng các kịch bản ứng phó với hạn hán trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay. Từ khóa: Hạn hán, chỉ số SPI, đường cong SDF, lưu vực sông Sêrêpôk. BUILDING SEVERITY – DURATION – FREQUENCY (SDF) CURVE OF DROUGHT IN THE SREPOK RIVER BASIN USING COPULA APPROACH Nguyen Trong Quan* University of Science, VNU-HCM *Corresponding author: quannguyen201294@gmail.com ABSTRACT This paper was conducted for the purpose of proposing the application of drought analysis by composing a model expressing the relationship between the properties of a drought event. The method of constructing a Severity-Duration-Frequency curve is based on the joint probability distribution function (2-Dimentional Copula Function) of two separate probability distribution functions of drought duration and severity. Drought events will be defined based on the Standardized Precipitation Index (SPI) and their parameters are calculated by the L-moment method. The process of Inference Function for Margins (IFM method) and Maximum Likelihood Estimation (MLE method) are used to compute the Copula function and its corresponding parameter, thereby identifying the return period for each specific event and SDF curves respectively. In this study, drought events are assumed to be fitted with Gamma probability distribution function and Frank Copula function. Rainfall data in the Srepok River Basin at Central Highlands (Vietnam) is applied as a study case to clarify the proposed methodology in this research. The results indicate the advantages 64   Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 3 (1), 2017 of using the Copula method to construct SDF curves, thus boost up many further researchs and directly implementations to support the improvement of prepaing prevention scenarios and responding to drought events under recently climate change conditions. Keywords: Drought, SPI index, SDF curve, Srepok River Basin. TỔNG QUAN phân tích, dự báo chính xác, nhằm đầy Hạn hán là một trong những hiện tượng mạnh các biện pháp phòng, chống và ứng thời tiết cực đoan, xảy ra khi lượng mưa phó với hạn hán, đặc biệt là tại các khu thiếu hụt nghiêm trọng trong thời gian dài, vực trọng điểm như Đồng bằng sông Cửu làm giảm hàm lượng nước trong không Long, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. khí và trong đất gây ảnh hưởng xấu đến Khi nghiên cứu về hạn hán, những vấn đề sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, quan trọng nhất được đặt ra là việc mô tả tạo nên suy thoái môi trường và dẫn đến tính chất của các sự kiện hạn như chu kì, các hệ lụy khác về kinh tế, đời sống và xã tần suất hay cường độ hạn; phân tích về hội. Ở Việt Nam, hạn hán xảy ra chủ yếu hiện trạng và xu hướng, đồng thời kết hợp tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, với các mô hình, kịch bản BĐKH để dự Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, dưới tác báo những sự kiện hạn sẽ xảy ra trong động của Biến Đổi Khí Hậu (BĐKH), tương lai; cuối ...