Chương I: Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề Khí hậu trạng thái khí nơi đó, đặc trưng trị số trung bình nhiều năm nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, lượng bốc thoát nước, mây, gió Như vậy, khí hậu phản ánh giá trị trung bình nhiều năm thời tiết thường có tính chất ổn định, thay đổi Trong lịch sử địa chất trái đất chúng ta, sự biến đổi khí hậu đa nhiều lần xẩy với những thời kỳ lạnh nóng kéo dài hàng vạn năm mà gọi thời kỳ băng hà hay thời kỳ gian băng Thời kỳ băng hà cuối đa xay cách 10.000 năm giai đoạn ấm lên thời kỳ gian băng Xét nguyên nhân gây nên sự thay đổi khí hậu này, thấy sự tiến động thay đổi độ nghiêng trục quay trái đất, sự thay đổi quỹ đạo quay trái đất quanh mặt trời, vị trí lục địa đại dương đặc biệt sự thay đổi thành phần khí Trong những nguyên nhân những nguyên nhân hành tinh, nguyên nhân cuối lại có sự tác động lớn người mà gọi sự làm nóng bầu khí hay hiệu ứng nhà kính.Có thể hiểu sơ lược là: nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất định sự cân giữa hấp thụ lượng mặt trời lượng nhiệt trả vào vũ trụ Khi lượng nhiệt bị giữ lại nhiều bầu khí làm nhiệt độ trái đất tăng lên Chính lượng khí CO2 chứa nhiều khí tác dụng lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ngược vào vũ trụ trái đất Cùng với khí CO2 có số khí khác gọi chung khí nhà kính NOx, CH4, CFC Với những gia tăng mạnh mẽ sản xuất công nghiệp việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá ), nghiên cứu nhà khoa học cho thấy nhiệt độ toàn cầu gia tăng từ 1,4 oC đến 5,8 oC từ 1990 đến 2100 kéo theo những nguy ngày sâu sắc chất lượng sống người Sự biến đổi khí hậu toàn cầu diễn ngày nghiêm trọng Biểu rõ sự nóng lên trái đất, băng tan, nước biển dâng cao; tượng thời tiết bất thường, bao lũ, sóng thần, động đất, hạn hán giá rét kéo dài… dẫn đến thiếu lương thực, thực phẩm xuất hàng loạt dịch bệnh người, gia súc, gia cầm… Đứng trước tình hình đó, nhiều công trình khoa học đa nghiên cứu ảnh hưởng tác nhân người đến sự biến đổi khí hậu.Mà lượng khí thải mà người thải trình sinh hoạt, sản xuất nắm vai trò lớn.Qua số liệu thu thập từ nhà khoa học trước, nhóm 22 lớp Hệ thống thông tin trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội nghiên cứu sự ảnh hưởng lượng khí CO2 người thải đến nhiệt độ trung bình trái đất diện tích băng bắc cực 1.2 Mục đích mục tiêu nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu đề tài tổng hợp chuỗi dữ liệu lượng khí thải CO2, nhiệt độ trung bình trái đất diệt tích bang bắc cực.Xác định ảnh hưởng giữa lượng khí CO2 người thải đến nhiệt độ trung bình trái đất qua biểu lên diện tích băng vùng bắc cực.Từ kết nghiên cứu, đưa sự cảnh báo sự nóng lên cảu trái đất đưa lời kêu gọi hành động để chống lại sự biến đổi khí hậu - Mục tiêu dự án nêu yếu tố lượng chất thải CO2 người thải ảnh có ảnh hưởng đến sự nóng lên trái đất tượng băng tan hai cực hay không ảnh hưởng ảnh hưởng nào.Qua đưa số liệu cụ thể lời cảnh báo vấn đề nóng lên trái đất 1.3 Ý nghĩa đề tài Vấn đề khí hậu vấn đề đáng quan tâm tất quốc gia giới Do hoạt động sinh hoạt sản xuất người đa thải bầu khí môt lượng lớn khí CO2, tác nhân gây nên tượng hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên Đứng trước vấn đề nhóm 22 lớp Hệ thống thông tin trường Đại học công nghiệp hà nội đa tiến hành nghiên cứu , phân tích ảnh hưởng lượng khí thải CO2 đến môi trường trái đất, qua hiểu rõ tầm quan việc bảo vệ môi trường nói chung vấn đề cắt giảm lượng khí CO2 nói riêng -Về lý luận, kết đề tài cung cấp số liệu sự biến động nhiệt độ trung bình trái đất, diện tích băng Bắc cực lượng khí thải CO2 mà người thải từ năm 1979 đến năm 2010 -Về thực tiễn, kết đề tài cung cấp những khoa học để dự đoán tác động lượng khí thải CO2 đến khí hậu trái đất qua đưa lời cảnh báo đến nước có lượng khí thải lớn CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài lượng khí thải CO2, nhiệt độ trung bình trái đất diện tích băng bắc cực Các số liệu lấy từ Compiled by Earth Policy Institute from F Fetterer, K Knowles, W Meier, and M Savoie, "Sea Ice Index," (Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center) CO2 Emissions from Fuel Combustion (2012 Edition), IEA, Paris.Thời gian nghiên cứu 1/2013, kết thúc vào 5/2013 2.2 Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu bao gồm: Lượng khí thải CO2 giới từ 1979 đến 2010 Nhiệt độ trung bình trái đất từ 1979 đến 2010 Diện tích băng trung bình năm Bắc cực Mối liên hệ giữa lượng khí thải CO2 đến nhiệt độ trung bình trái đất Ảnh hưởng lượng khí thải CO2 nhiệt độ trung bình trái đất đến diện tích băng trung bìn năm Bắc cực Đưa số nhận xét đề xuất 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Cơ sở khoa học Cơ sở khoa học phương pháp dựa những số liệu thống kê đáng tin cậy nhà khoa học giới qua phương pháp phân tích đánh giá để đưa kết luận cuối cùng.Các nhà khoa học giới đa chứng minh lượng khí thải CO2 người tạo nguyên nhân gây tượng nhà kính làm cho trái đất nóng lên.Nhiệt độ bề mặt trái đất tạo nên sự cân giữa lượng mặt trời đến bề mặt trái đất, lượng xạ trái đất vào khoảng không gian giữa hành tinh Trong đó, xạ trái đất với nhiệt độ bề mặt trung bình +16°C sóng dài có lượng thấp, dễ dàng bị khí giữ lại Các tác nhân gây sự hấp thụ xạ sóng dài khí khí CO2, bụi, nước, khí mêtan, khí CFC v.v Kết sự sự trao đổi không cân lượng giữa trái đất với không gian xung quanh, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ khí trái đất Hiện tượng diễn theo chế tương tự nhà kính trồng gọi Hiệu ứng nhà kính H2.1 khí thải CO2 từ trình sản xuất Hiệu ứng nhà kính làm cho nhiên độ kề mặt trái đất tăng lên làm băng tan chảy mực nước biển dâng cao Điều khiến nhiều vùng sản xuất lương thực trù phú, khu đông dân cư, đồng lớn, nhiều đảo thấp bị chìm lòng đại dương H2.2 Nhiệt độ trái đất Sự nóng lên trái đất làm thay đổi điều kiện sống bình thường sinh vật, nhiều loai vật bị tiêu diệt Trái đất nóng lên khiến cho hoạt động sản xuất bị ảnh hưởng, nhiều loại bệnh tật xuất hiện, dịch bệnh lan tràn, sức khỏe người bị suy giảm H2.3 Hiện tượng băng tan trái đất nóng lên 2.3.2 Thu thập xử lý số liệu - Dữ liệu nhiệt độ cà diện tích băng bắc cực lấy từ nsidc.org, National Snow and Ice Data Center trung tâm hỗ trợ nghiên cứu địa cực nghiên cứu sự phát triển sinh vật nhiệt độ thấp NSIDC lưu trữ phân phối dữ liệu băng thông tin tuyết phủ, lở tuyết, song băng….NSIDC phần viện nghiên cứu khoa học môi trường thuộc Đại học Colorado Hoa Kỳ, liên kết hợp tác với Quản lý khí quốc gia trung tâm dữ liệu địa vật lý đại dương - Dữ liệu lượng khí thải CO2 lấy từ www.iea.org International Energy Agency (cơ quan lượng quốc tế), tổ chức đa phủ thành lập khủng hoảng dầu năm 1973-1974 nhắm cố vấn sách lượng cho quốc gia thành viên để đảm bảo lượng đáng tin cậy, giá phải cho công dân họ Chương III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 Cơ sở lý thuyết 3.1.1 Phân tích theo chuỗi thời gian 3.1.1.1 Định nghĩa: Chuỗi tuần tự theo thời gian chuỗi gía trị đại lượng ghi nhận tuần tự theo thời gian 3.1.1.2.Các thành phần chuỗi theo thời gian Các nhà thống kê thường chia chuỗi tuần tựtheo thời gian làm thành phần: - Thành phần xu hướng dài hạn (long-term trend component) - Thành phần mùa (Seasonal component) - Thành phần chu kỳ(Cyclical component) - Thành phần bất thường (irregular component) a Thành phần xu hướng dài hạn: Thành phần dùng đểchỉxu hướng tăng giảm đại lượng X khoảng thời gian dài Vềmặt đồthịthành phần có thểdiễn tảbằng đường thẳng hay đường cong tròn (Smooth curve) b Thành phần mùa: Thành phần sự thay đổi đại lượng X theo mùa năm (có thể theo tháng năm) c Thành phần chu kỳ: Thành phần thay đổi đại lượng X theo chu kỳ Sự khác biệt thành phần so với thành phần mùa chu kỳ dài năm Để đánh gía thành phần chu kỳ giá trị chuỗi tuần tự theo thời gian quan sát năm d Thành phần bất thường: Thành phần dùng để những sự thay đổi bất thường gía trị chuỗi tuần tự theo thời gian Sự thay đổi dự đoán số liệu kinh nghiệm qúa khứ, mặt chất tính chu kỳ 3.1.1.3 Mô hình hóa việc dự báo gía trịcủa đại lượng X 3.1.1.3.1 Mô hình nhân: ( Multiplicative model) Xt: Giá trị đại lượng X thời điểm t Tt: Giá trị thành phần xu hướng thời điểm t Tt có đơn vị với Xt St, Ct, It: hệ số đánh giá ảnh hưởng thành phần mùa, thành phần chu kỳ thành phần bất kỳ đến gía trị X thời điểm t Trong thực tế việc xác định It khó khăn nên thường bỏ qua, đó: 3.1.1.3.2 Mô hình cộng(Additive model) Xt: giá trị đại lượng X thời điểm t Tt, St, Ct, It: Giá trị thành phần xu hướng, mùa, chu kỳ bất thường thời điểm t Trong thực tế, để dự báo giá trị đại lượng X ta phối hợp cả2 loại mô hình 3.1.1.4 Dự báo: a Khái niệm chung: Dự báo khả nhận thức sự vận động đối tượng nghiên cứu tương lai dựa sự phân tích chuỗi thông tin khứ Cho đến nay, nhu cầu dự báo đa trở nên cần thiết ởmỗi lĩnh vực b.Bản chất khái niệm liên quan đến dự báo: -Tiên đoán(Predicting) đoán trước sự vận động đối tượng nghiên cứu tương lai Đó kết nhận thức chủ quan người dựa số sở định Có thể nêu mức độ tiên đoán khía cạnh +) Tiên đoán không tưởng: Đó những tiên đoán sở khoa học, dựa những mối liên hệ không tưởng thiếu +) Tiên đoán kinh nghiệm: Đó những tiên đoán dựa chuỗi thông tin lịch sử Mức độ nhiều có sở khách quan, nhiên có nhược điểm loại tiên đoán không giải thích xu vận động đối tượng nghiên cứu đa số dừng lại bước định tính +) Tiên đoán khoa học: Đó tiên đoán dựa phân tích mối liên hệqua lại giữa đối tượng nghiên cứu phương pháp xửlý thông tin khoa học nhằm phát tính quy luật đối tượng -Dự báo(Forecasting) tiên đoán khoa học mang tính xác suất tính phương án khoảng thời gian hữu hạn tương lai phát triển đối tượng nghiên cứu +) Tính xác suất : Do dự báo dựa việc xử lý chuỗi thông tin bao gồm yếu tố xu phát triển yếu tố ngẫu nhiên, kết dự báo so với thực tế có sự chên lệch mang tính xác suất +) Tính chất phương án: Dự báo thể nhiều dạng kết xảy tương lai (dạng định tính, dạng định lượng, dạng khoảng, dạng điểm, …) +) Tính chất thời gian hữu hạn: -Mô hình thống kê -Mô hình dự báo năm 2011 Dự báo năm 2011 nhiệt độ trái trung bình trái đất lên đến 14,81 0C 3.2.1.3 Diện tích băng trung bình bắc cực Year 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 Sea Ice Extent Km2 12,52666667 12,505 12,30916667 12,67333333 12,49333333 12,09 12,20833333 12,40416667 12,26636364 12,09363636 12,14666667 11,88833333 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 11,91416667 12,22666667 12,10666667 12,17583333 11,60083333 11,94916667 11,83166667 11,9425 11,87583333 11,66083333 11,77083333 11,56833333 11,56333333 11,37833333 11,10833333 10,97083333 10,68333333 11,215 11,18916667 10,92 Bảng: Diện tích trung binh băng bắc cực từ 1979 đến 2010 Dựa vào biểu đồ ta thấy: -Diện tích băng bắc cực giảm mạnh -Giá trị thấp vào năm 2007 với diện tích 10.7 triệu Km2 Diện tích băng lớn đo từ 1979 đến 2010 12.7 triệu Km2 năm 1982, từ năm 1982 đến năm 2007 diện tích băng đa giảm triệu Km2 a Phân tích chuỗi thời gian dự báo Một số mô hình khác: - Mô hình Modle Fit -Mô hình thống kê -Mô hình dự báo năm 2011 Dự báo năm 2011 diện tích băng bắc cực gảm xuống 10,5 triệu Km2 3.2.2 Phân tích mối quan hệ đối tượng Year Temperature C 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 14,08 14,19 14,26 14,04 14,25 14,09 14,04 14,12 14,27 14,31 14,19 14,36 14,35 14,13 14,13 14,23 14,37 14,29 14,39 14,56 14,32 14,33 14,47 14,56 14,55 14,48 14,62 14,55 14,58 14,44 CO2 Million tonnes 18196,30352 18042,1919 17817,38183 17616,53775 17736,0339 18315,80584 18623,49109 18992,92841 19639,21706 20336,442 20733,76866 20973,91957 21130,2302 21059,86628 21147,6685 21286,31262 21843,82227 22526,60331 22732,9103 22816,84661 22959,35245 23509,13458 23695,22416 24075,76068 25141,59924 26378,61068 27187,3703 28083,5503 29033,07915 29482,9586 Sea Ice Extent Km2 12,52666667 12,505 12,30916667 12,67333333 12,49333333 12,09 12,20833333 12,40416667 12,26636364 12,09363636 12,14666667 11,88833333 11,91416667 12,22666667 12,10666667 12,17583333 11,60083333 11,94916667 11,83166667 11,9425 11,87583333 11,66083333 11,77083333 11,56833333 11,56333333 11,37833333 11,10833333 10,97083333 10,68333333 11,215 2009 2010 14,58 14,63 28946,70913 30276,14186 11,18916667 10,92 3.2.2.1 Ảnh hưởng lượng khí thải CO2 đến nhiệt độ trung bình trái đất Các nhà khoa học cho khó CO2 nguyên nhân gây nên hiệu ứng nhà khính, nguyên nhân làm cho trái đất nóng lên Thật vậy, qua trình phân tích hồi quy tuyến tính đơn để kiểm tra xem yêu tố lượng khí thải CO2 có ảnh hưởng đến nhiệt độ trung bình trái đất không thu kết quả: Phương trình hồi quy lượng CO2-nhệt độ là: Temperature = 1.34172 + 0.0000408257*CO2 ta = 127.738 >> t0.05= 2.365 (P2=0.071>0.05) -> Hệ số a có nghĩa (với độ tin cậy thống kê 95%) tb = 8.87036 > t0.05= 2.365 (P2=0.071>0.05) -> Hệ số b có nghĩa (với độ tin cậy thống kê 95%) Vậy phương trình hồi quy có ý nghĩ thống kê Yếu tố lượng khí thải CO2 có liên quan đến nhiệt độ trung bình trái đất Dự đoán lượng khí thải CO2 lên đến: - 35000 triệu => nhiệt độ trái đất 14.8461 0C - 40000 triệu => nhiệt độ trái đất 15.0503 0C - 45000 triệu => nhiệt độ trái đất 15.2544 0C Giá trị Studentized Residual >2 cặp số liệu (X-Y) tương ứng bất thường, có yếu tố khách liên quan đến nhiệt độ trung bình trái đât 3.2.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ trung bình trái đất đến diện tích băng trung bình bắc cực Phương trình hồi quy nhiệt độ-diện tích băng: Sea Ice = 46.4272 – 2.41175*Temperature ta = 12.2731 > t0.05= 2.365 (P2=0.071>0.05) -> Hệ số a có nghĩa (với độ tin cậy thống kê 95%) tb = 9.14078 > t0.05= 2.365 (P2=0.071>0.05) -> Hệ số b có nghĩa (với độ tin cậy thống kê 95%) Vậy phương trình hồi quy có ý nghĩ thống kê Yếu tố nhiệt độ trung bình trái đất có liên quan đến diện tích băng trung bình bắc cực Dự đoán: nhiệt độ trung bình trái đất tăng lên: - 15 0C diện tích băng trung bình bắc cực 10.251 triệu Km2 - 16 0C diện tích băng trung bình bắc cực 7.839 triệu Km2 - 17 0C diện tích băng trung bình bắc cực 5.427 triệu Km2 Giá trị Studentized Residual >2 cặp số liệu (X-Y) tương ứng bất thường, có yếu tố khách liên quan đến nhiệt độ trung bình trái đât 3.2.2.3 Ảnh hưởng lượng khí thải CO2 đến diện tích băng trung bình bắc cực Phương trình hồi quy CO2-diện tích băng: Sea Ice = 14.7489 – 0.000128701*CO2 ta = 87.5411 > t0.05= 2.365 (P2=0.071>0.05) -> Hệ số a có nghĩa (với độ tin cậy thống kê 95%) tb = 17.4336 > t0.05= 2.365 (P2=0.071>0.05) -> Hệ số b có nghĩa (với độ tin cậy thống kê 95%) Vậy phương trình hồi quy có ý nghĩ thống kê Yếu tố lượng khí thải CO2 có liên quan đến diện tích băng trung bình bắc cực Dự đoán lượng khí thải CO2: -Đạt mức 35000 triệu diện tích băng giảm xuống 10.2444 triệu Km2 -Đạt mức 40000 triệu diện tích băng giảm xuống 9.60086 triệu Km2 -Đạt mức 35000 triệu diện tích băng giảm xuống 8.95735 triệu Km2 Giá trị Studentized Residual >2 cặp số liệu (X-Y) tương ứng bất thường, có yếu tố khách liên quan đến nhiệt độ trung bình trái đât 3.2.2.4 Ảnh hưởng lượng khí thải CO2 nhiệt độ trung bình trái đất đến diện tích băng trung bình bắc cự Kết quả: phương trình hồi qui thể mối liên hệ biến số phụ thuộc diện tích băng hai biến số độc lập lượng khí thải CO2 nhiệt độ trung bình trái đất là: Sea Ice = 21.0421 – 0.000109552*CO2 – 0.469041*Temperature - P – value = 0.000 < 0.01 có mối liên hệ rõ rệt biến số mức độ tin cậy 99% - R-square = 91.7843% chứng tỏ mô hình giải thích cho 91.7843% biến thiên Sea Ice - R-square hiệu chỉnh = 91.2177% ( giá trị thường dùng đẻ so sánh mô hình hồi qui với số biến số độc lập khác - Standard Error of Est = 0.152594 : độ lệch chuẩn phần sai khác 0.152594 giá trị dùng để dự đoán giá trị giới hạn cho thí nghiệm - Mean absolute error = 0.116033 giá trị trung bình phần sai khác Ta thấy p-Value CO2 0.0000 2 kết có khác biệt >3 Ảnh hưởng trung bình số liệu 0.09375 -Có số liệu có mức ảnh hưởng gấp lần số liệu có mức ảnh hưởng gấp lấn ảnh hưởng trung bình CHƯƠNG IV TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ VÀ Ý NGHĨA 4.1 Tổng kết đề tài 4.2 Đánh giá 4.3 Ý nghĩa kết ... 1979 đến 2010 Nhiệt độ trung bình trái đất từ 1979 đến 2010 Diện tích băng trung bình năm Bắc cực Mối liên hệ giữa lượng khí thải CO2 đến nhiệt độ trung bình trái đất Ảnh hưởng lượng khí thải CO2. .. CO2, nhiệt độ trung bình trái đất diệt tích bang bắc cực.Xác định ảnh hưởng giữa lượng khí CO2 người thải đến nhiệt độ trung bình trái đất qua biểu lên diện tích băng vùng bắc cực.Từ kết nghiên. .. sự ảnh hưởng lượng khí CO2 người thải đến nhiệt độ trung bình trái đất diện tích băng bắc cực 1.2 Mục đích mục tiêu nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu đề tài tổng hợp chuỗi dữ liệu lượng khí thải