Bài viết Khảo sát một số đặc trưng hạn hán ở Việt Nam giai đoạn 1980-2018 sử dụng các chỉ số SPI và SPEI giới thiệu một số đặc trưng hạn hán ở Việt Nam giai đoạn 1980-2018 dựa trên hai chỉ số hạn SPI và SPEI tính với chuỗi số liệu quan trắc từ mạng lưới trạm khí tượng.
VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, Vol 38, No (2022) 71-84 Original Article Investigation of Drought Characteristics Across Vietnam During Period 1980-2018 using SPI and SPEI Drought Indices Tran Quang Duc1, Nguyen Phuong Thao1, Trinh Tuan Long2, Phan Van Tan1,*, Chu Thi Thu Huong3, Nguyen Van Hiep4 VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam Hanoi University of Science and Technology, A21 Building, 18 Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Hanoi, Vietnam Hanoi University of Natureal resources and Environment, 41A Phu Dien, Bac Tu Liem, Hanoi, Vietnam Northern Delta Regional Hydro-Meteorological Centre, 62/2 Nguyen Chi Thanh, Dong Da, Hanoi, Vietnam Received 13 April 2021 Revised 04 May 2021; Accepted 14 May 2021 Abstract: In this study the drought characteristics, trend of change and relationship between drought over Vietnam and large scale processes were investigated using drought indices of SPI and SPEI The monthly mean temperature and precipitation data collected from 146 stations of Vietnam for the period 1980-2018 and datasets of monthly climate indices were used The drought characteristics, including drought frequency, drought duration, drought severity and drought spatial extent, were investigated for three time scales of 3-month, 6-month and 12-month droughts Trend of drought change was estimated using Mann-Kendal test and Sen’s slopes The relationship between drought and large scale processes were examined based on correlation coefficients of drought indices and climate indices as well as their empirical orthogonal functions The obtanied results showed that there is no distinction between drought characteristics calculated from SPI and SPEI but drought characteristics are significant different among drought time scales Effects of temperature on drought are only reflected in the trend of change in drought indices Both SPI and SPEI indices showed that drought frequency and drought duration are larger in the northern subregions than that in southern sub-regions Drought in the southern sub-regions is strongly associated with the ENSO indices In the North Central and a part of South Central drought is somewhat related to the multi-year variability of the SST over Pacific and Atlantic oceans, while in the three northern sub-regions drought is slightly correlated with climate indices Keyword: Drought, SPI, SPEI, ENSO, Changing Trend * Corresponding author E-mail address: phanvantan@hus.edu.vn https://doi.org/10.25073/2588-1094/vnuees.4757 71 72 T Q Duc et al / VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, Vol 38, No (2022) 71-84 Khảo sát số đặc trưng hạn hán Việt Nam giai đoạn 1980-2018 sử dụng số SPI SPEI Trần Quang Đức1, Nguyễn Phương Thảo1, Trịnh Tuấn Long2, Phan Văn Tân1,*, Chu Thị Thu Hường3, Nguyễn Văn Hiệp4 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội, Tịa A21, 18 Hồng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội, Số 41A Phú Diễn, Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ, 62/2 Nguyễn Chí Thanh, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 13 tháng năm 2021 Chỉnh sửa ngày 04 tháng năm 2021; Chấp nhận đăng ngày 14 tháng năm 2021 Tóm tắt: Trong nghiên cứu đặc trưng hạn hán, xu biến đổi hạn hán mối quan hệ hạn hán lãnh thổ Việt Nam với số q trình quy mơ lớn khảo sát sử dụng số hạn SPI SPEI Số liệu sử dụng nhiệt độ trung bình tháng tổng lượng mưa tháng từ 146 trạm khí tượng Việt Nam thời kỳ 1980-2018 số khí hậu Các đặc trưng hạn, gồm tần suất, độ dài, độ khắc nghiệt phạm vi không gian hạn, khảo sát cho ba quy mô thời gian hạn khác hạn 3-tháng, hạn 6-tháng hạn 12-tháng Xu biến đổi hạn đánh giá thông qua kiểm nghiệm Mann-Kendal hệ số góc Sen Quan hệ hạn hán với q trình quy mơ lớn khảo sát dựa hệ số tương số hạn với số khí hậu với hàm trực giao thực nghiệm chúng Kết nhận cho thấy đặc trưng hạn hán khơng có khác biệt rõ kết tính theo SPI SPEI có khác biệt đáng kể quy mô thời gian hạn Ảnh hưởng nhiệt độ hạn thể xu biến đổi số hạn Cả hai số SPI SPEI phản ánh tần suất độ dài hạn vùng khí hậu phía bắc lớn vùng phía nam Hạn vùng khí hậu phía nam có quan hệ tương quan tương đối rõ với nhóm số ENSO Hạn vùng Bắc Trung Bộ phần Nam Trung Bộ có quan hệ mức độ với dao động nhiều năm nhiệt độ bề mặt biển vùng biển Thái Bình dương Đại Tây dương Trong hạn ba vùng khí hậu phía bắc có quan hệ mờ nhạt với số khí hậu Từ khóa: Hạn hán, SPI, SPEI, ENSO, Xu biến đổi Mở đầu* Hạn hán loại hình thiên tai phổ biến giới, thường xuất tái diễn vùng đất liền Hạn hán thường gây * Tác giả liên hệ Địa email: phanvantan@hus.edu.vn https://doi.org/10.25073/2588-1094/vnuees.4757 hậu nghiêm trọng cho hoạt động sản xuất, môi trường xã hội [1, 2], hệ sinh thái cạn nói chung [3] Khơng tượng thiên tai khác, hạn hán thường xảy cách chậm chạp không quan trắc Một T Q Duc et al / VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, Vol 38, No (2022) 71-84 nhận thấy hạn xảy có nghĩa gây tác động xấu Hạn hán phân làm loại [3, 4]: Hạn khí tượng, hạn nơng nghiệp, hạn thuỷ văn hạn kinh tế xã hội Sự thiếu hụt mưa lượng, cường độ thời gian cộng với gia tăng bốc hơi, thoát nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, gió mạnh, dẫn đến xuất hạn khí tượng Hạn khí tượng kéo dài dẫn đến thiếu hụt nước đất tình trạng căng thẳng độ ẩm đất làm giảm sinh khối suất trồng, gây nên hạn nông nghiệp Sự thiếu hụt nước khoảng thời gian định làm giảm dòng chảy mặt, lượng nước ao hồ hồ chứa hình thành hạn thủy văn Hạn khí tượng, hạn nông nghiệp hạn thủy văn tác động lên hoạt động kinh tế - xã hội môi trường tạo nên hạn kinh tế - xã hội Một cách tương đối phân chia việc nghiên cứu hạn hán thành hướng sau: i) Đặc điểm phân bố không gian, thời gian biến đổi hạn hán khứ; ii) Dự tính biến đổi hạn hán tương lai dựa kịch biến đổi khí hậu; iii) Nghiên cứu dự báo hạn hán Ngoài ra, bối cảnh biến đổi khí hậu nay, vấn đề nhiều nhà khoa học nhà quản lý quan tâm toán quản lý rủi ro hạn hán Theo hướng thứ nhất, sở chuỗi số liệu quan trắc dài năm khứ (có thể số liệu đo từ mạng lưới trạm số liệu phân tích lưới), phân bố không gian, thời gian đặc trưng hạn hán, tác động hạn hán mối liên hệ hạn hán với trình quy mô lớn khảo sát Các đặc trưng thường nghiên cứu hạn bao gồm cường độ, tần suất, độ dài đợt hạn, khoảng thời gian lần xuất đợt hạn mức độ khắc nghiệt hạn hán [5-7] Mỗi đặc trưng có ảnh hưởng khác nhau, gây nên hậu không giống cho hệ sinh thái mơi trường Ví dụ, hạn hán nghiêm trọng thời gian ngắn tác động mạnh lên trồng giai đoạn sinh trưởng [8] Ngược lại, hạn hán mức độ nhẹ trung bình xảy thời gian đủ dài gây hậu nặng nề hệ sinh thái nhu cầu sử dụng nước [9] Ngoài ra, 73 khoảng thời gian đợt hạn ảnh hưởng đến khả phục hồi hệ sinh thái [10] Mối quan hệ hạn hán q trình quy mơ lớn ENSO (El Niño–Southern Oscillation), vấn đề nhiều tác giả quan tâm [11-14] Hướng thứ hai gồm công trình liên quan đến dự tính biến đổi hạn hán tương lai Dưới tác động biến đổi khí hậu hạn hán cho có xu gia tăng nhiều nơi giới, tần suất mức độ nghiêm trọng [15] Theo J Sheffield E F Wood (2008) [16], quy mô toàn cầu, gia tăng hạn hán chủ yếu giảm lượng mưa tăng cường bốc nhiệt độ tăng cao Trên quy mô khu vực, hạn hán dự tính tăng lên đáng kể tần suất cường độ khu vực Tây Á [17], Canada [18] Vấn đề nghiên cứu dự báo hạn hán chủ yếu dựa phương pháp thống kê mơ hình động lực, thuộc lớp tốn dự báo hạn mùa Đối với phương pháp thống kê, phương trình hồi quy hay tổ hợp, dựa mối quan hệ thực nghiệm số liệu lịch sử mà khơng tính đến chế vật lý hệ thống khí hậu [19, 20] Trong đó, phương pháp mơ hình động lực chủ yếu dựa q trình vật lý khí quyển, đại dương bề mặt đất để dự báo trường khí hậu qua tính số hạn dự báo hạn dựa số Trong mơ hình động lực, ảnh hưởng q trình biến đổi chậm, từ xa tác động đại dương hay độ ẩm đất ln tính đến [21-23] Ở Việt Nam, hạn hán vấn đề quan tâm nghiên cứu nhiều nhất, bật lên hướng nghiên cứu dự báo hạn hán đánh giá hạn hán phục vụ công tác phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai Tuy nhiên, hầu hết cơng trình nghiên cứu cơng bố tạp chí khoa học nước Phần lớn kết nghiên cứu dừng lại báo cáo tổng kết đề tài cấp Hơn nữa, chưa có cơng trình đề cập đến đặc trưng hạn hán, mà chủ yếu liên quan đến đánh giá tác động hạn hán dự báo hạn hán (chẳng hạn, [24-26]) Gần hơn, L V V Phong cộng (CS) (2019) [27] đánh giá 74 T Q Duc et al / VNU Journal of Science: Earth and Environmental Sciences, Vol 38, No (2022) 71-84 dao động biến đổi hạn hán toàn lãnh thổ đất liền Việt Nam số hạn PDSI sử dụng chuỗi số liệu quan trắc nhiệt độ lượng mưa tháng mạng lưới trạm khí tượng giai đoạn 1980-2014 Dường cơng trình đề cập đến việc xem xét hạn hán Việt Nam góc độ đặc trưng hạn hán Nghiên cứu giới thiệu số đặc trưng hạn hán Việt Nam giai đoạn 1980-2018 dựa hai số hạn SPI SPEI tính với chuỗi số liệu quan trắc từ mạng lưới trạm khí tượng Phương pháp số liệu 2.1 Chỉ số SPI Chỉ số SPI (Standardized Precipitation Index) gọi số lượng mưa chuẩn hoá, số sử dụng rộng rãi giới Chỉ số SPI đề xuất McKee CS (1993) [28] thước đo thiếu hụt lượng mưa làm công cụ để phát cảnh báo hạn hán, độ kéo dài đánh giá mức độ khắc nghiệt hạn hán Tuy vậy, SPI sử dụng để xác định đợt ẩm ướt (lượng mưa vượt trung bình nhiều năm) Về mặt tốn học, SPI tính theo cơng thức: 𝑆𝑃𝐼 = 𝑅−𝑅̅ 𝑆𝑅 (1) R 𝑅̅ tương ứng lượng mưa lượng mưa trung bình, 𝑆𝑅 độ lệch chuẩn Trong công thức (1) R giả thiết có phân bố chuẩn nên SPI có phân bố chuẩn chuẩn hố với trung bình phương sai Trên thực tế phân bố R thường không chuẩn mà thường xấp xỉ tốt với phân bố Gamma, để tính SPI trước hết chuỗi số liệu R cần xấp xỉ hàm phân bố Gamma, sau biến đổi phân bố chuẩn chuẩn hoá Theo McKee CS (1993) [28], kiện hạn hán ẩm ướt xảy xác định giá trị SPI trình bày Bảng Bảng Phân cấp hạn hán ẩm ướt theo số SPI Khoảng giá trị SPI≥2.00 1.50