Xu thế biến đổi phi tuyến tính của mưa cực đoan trên khu vực Việt Nam

Bài viết Xu thế biến đổi phi tuyến tính của mưa cực đoan trên khu vực Việt Nam trình bày nghiên cứu xu thế biến đổi của mưa lớn đặt ra là một vấn đề có ý nghĩa thực tiễn và khoa học cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu về xu thế mưa lớn chủ yếu dựa trên phương pháp phân tích xu thế tuyến tính hoặc phương pháp phi tham số Sen.

XU THẾ BIẾN ĐỔI PHI TUYẾN TÍNH CỦA MƯA CỰC ĐOAN TRÊN KHU VỰC VIỆT NAM Bùi Minh Tuân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Ngày nhận bài: 21/2/2022; ngày chuyển phản biện: 22/2/2022; ngày chấp nhận đăng: 16/3/2022 Tóm tắt: Mưa cực đoan thường xuyên xuất Việt Nam gây nhiều thiệt hại người kinh tế, xã hội Cùng với xu ấm lên trái đất, mưa cực đoan có xu xuất với cường độ nhiều hơn, gây hậu nghiêm trọng Nghiên cứu xu biến đổi mưa lớn đặt vấn đề có ý nghĩa thực tiễn khoa học cao Tuy nhiên, nghiên cứu xu mưa lớn chủ yếu dựa phương pháp phân tích xu tuyến tính phương pháp phi tham số Sen Các phương pháp dựa giả thiết chuỗi số liệu mưa dừng (stationary), thực tế chuỗi số liệu mưa phi tuyến tính, khơng đưa kết xác xu biến đổi mưa Nghiên cứu hướng tới phân tích xu biến đổi số ngày mưa cực đoan khu vực Việt Nam sử dụng phép phân tích khác nhau, bao gồm phân tích xu tuyến tính, xu Sen phương pháp phân tích phổ Kết cho thấy, việc áp dụng phương pháp phân tích phổ giúp đánh giá xác xu biến đổi mưa cực đoan khu vực Việt Nam Nhìn chung, số ngày mưa lớn có xu tăng Tây Bắc, Đơng Bắc, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ Tây Nguyên xu giảm số ngày mưa lớn ghi nhận Đồng Sông Hồng Nam Bộ Tuy nhiên, xu tăng giảm mưa khác giai đoạn vùng khí hậu Từ khóa: Phân tích phổ, mưa cực đoan, kiểm nghiệm Mann-Kandall, xu Sen, hồi quy tuyến tính Mở đầu Hiện tượng ấm lên toàn cầu diễn mạnh mẽ gây thay đổi lớn hệ thống khí hậu tồn cầu Một thay đổi thể biến đổi tượng thời tiết khí hậu cực đoan, nắng nóng mưa lớn Các chứng cho thấy vịng vài thập kỉ qua, có gia tăng tần số cường độ tượng khí tượng cực đoan với vượt ngưỡng cường độ thời gian kéo dài số ngày nắng nóng, mưa lớn Điều dẫn đến hạn hán lũ lụt nghiêm trọng số khu vực [13] Mưa lớn thường xuyên xuất Việt Nam gây nhiều thiệt hại đối với người, xã hội và môi trường Tuy nhiên, nghiên cứu dự báo mưa lớn Việt Nam hạn chế phức tạp chế vật lí gây tượng Nằm khu vực giao tranh ba hệ thống gió mùa lớn, bao gồm gió mùa mùa hè Ấn Độ, Liên hệ tác giả: Bùi Minh Tuân Email: tuanbm183hus@vnu.edu.com 46 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 gió mùa mùa hè Đơng Á gió mùa mùa hè Tây Thái Bình Dương, thời tiết Việt Nam chịu tác động ba thệ thống Mặt khác, địa hình Việt Nam trải dài nhiều vĩ độ, với ba phần tư diện tích đồi núi, thời tiết có phân hóa mạnh vùng khí hậu Do đó, đặc trưng mưa lớn vùng miền có khác biệt lớn Một những hướng nghiên cứu mưa lớn Việt Nam nhận dạng các hình thế quy mô lớn gây mưa lớn Các nghiên cứu chủ yếu dựa phương pháp synop thống kê số lượng lớn hình gây mưa, sau tổng qt thành nhóm hình gây mưa Ở Bắc Bộ, xốy thuận nhiệt đới dải hội tụ nhiệt đới hai nhân tố quan trọng gây mưa lớn Trong số trường hợp, mưa lớn gây tượng tăng cường khơng khí lạnh phát triển rãnh mực cao [1] Ở vùng Trung Bộ, một những điều kiện gây mưa lớn điển hình là bão áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới có tác động của không khí lạnh Đặc biệt, dãy Trường Sơn chạy dọc theo hướng Tây Bắc Đơng Nam có vai trị tường chắn dòng mực thấp, gây mưa lớn hiệu ứng địa hình Do đó, vùng núi Bắc Trung Bộ, mưa lớn diện rộng thường có số tâm mưa lớn hình thành ảnh hưởng của điều kiện địa hình đặc biệt Tại các tâm mưa này, lượng mưa rất lớn xuất thời gian ngắn Đồng thời, phát triển chậm hệ thống quy mô lớn xâm nhập lạnh, những đợt mưa lớn kéo dài hai đến ba ngày thậm chí mưa thành nhiều đợt liên tiếp kéo dài tám đến ngày [2, 3] Mưa lớn Nam Bộ xuất hơn, nguyên nhân gây mưa lớn khu vực gây tương tác tượng thời tiết đa quy mô dao động 10 - 20 ngày dao động 30 - 60 ngày [18] Một số hướng nghiên cứu khác nghiên cứu vai trò yếu tố tác động tới biến đổi mưa lớn Nghiên cứu của Lương Tuấn Minh và Nghiêm Thị Ngọc Linh (2005) [4] cho thấy mùa mưa ở miền Nam Việt Nam chịu tác động mạnh mẽ của dòng xiết Somali Kết nghiên cứu cho thấy, dòng xiết Somali mạnh thì ở miền Nam Việt Nam mưa nhiều vào mùa hè và mưa ít vào mùa thu Ngược lại, dòng xiết Somali yếu gây nên hiện tượng mùa hè mưa ít và mùa thu nhiều mưa Lê Đình Quang (2005) [2, 6] thấy rằng mưa lớn miền Trung từ tháng Chín đến tháng Mười, đôi vào tháng Năm, tháng Sáu có liên hệ chặt chẽ cấu trúc dải hội tụ nhiệt đới Khi đường đăng áp có hình dạng đóng kín khu vực rãnh áp thấp, kết hợp với khơng khí lạnh mạnh thì sẽ có khả năng gây mưa cực lớn Một yếu tố quan trọng liên quan đến biến đổi mưa lớn ENSO Ảnh hưởng của ENSO đến mưa ở Việt Nam được nghiên cứu nhiều công trình [5, 7] Kết cho thấy thời kỳ hoạt động của ENSO có ảnh hưởng lớn nhất đến lượng mưa vùng Nam Bộ và ít ảnh hưởng đến vùng Bắc Bộ Trong năm La Nina, mưa lớn có xu hướng xuất nhiều cường độ lớn Trung Bộ Nghiên cứu của Phạm Vũ Anh (2002) [9] cho thấy, áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương và hoàn lưu liên quan đến áp cao gió Đơng nhiệt đới có liên quan đến mưa lớn Trung Bộ Các nhiễu động đới gió Đơng, gặp điều kiện thuận lợi tăng cường trở thành áp thấp nhiệt đới di chuyển vào Trung Bộ Nghiên cứu xu biến đổi mưa lớn có vai trị quan trọng việc hiểu sâu biến đổi thời gian dài tượng Các thông tin biến đổi mưa lớn có vai trị đặc biệt quan trọng nơng nghiệp, thiết kế cơng trình xây dựng, quản lí tài ngun nước phòng tránh thiên tai Endo [12] cho thấy, mưa cực đoan Việt Nam có xu hướng tăng lên miền Nam, nhiên cho xu giảm miền Bắc Việt Nam Phạm Thanh Hà [16] cho thấy, mưa không gây bão áp thấp nhiệt đới có đóng góp dẫn đến biến đổi mưa cực đoan, đặc biệt giảm mưa cực đoan phía Bắc tăng mưa cực đoan phía Nam Nam Trung Bộ Trong nghiên cứu khác Vũ Thanh Hằng ccs [10], giai đoạn 1961 - 2007, mưa có xu tăng hầu hết nước, đặc biệt tăng mạnh năm gần đây, nhiên giai đoạn ngắn, xu tăng giảm không đồng vùng khí hậu Các nghiên cứu xu mưa chủ yếu sử dụng phương pháp phân tích xu tuyến tính phương pháp phi tham số Sen [17] kiểm nghiệm Mann-Kendall [14] Trong phân tích xu Sen đưa thông tin biên độ xu thế, kiểm nghiệm Mann-Kendall xác định xu có độ tin cậy thống kê hay không Tuy nhiên phương pháp dựa giả thiết chuỗi số liệu dừng (stationary), thực tế, chuỗi số liệu có xu biến đổi phi tuyến tính Việc giả thiết chuỗi số liệu dừng dẫn đến việc đánh giá sai khả xuất hiện tượng cực đoan Do đó, nghiên cứu này, phương pháp phân tích phổ đề xuất để phân tích xu biến đổi phi tuyến tính mưa cực đoan Việt Nam Phương pháp số liệu trình bày Chương Kết nghiên cứu kết luận trình bày Chương Số liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Số liệu thu thập Trong nghiên cứu này, số liệu mưa Việt Nam Gridded Precipitation [15] với độ phân giải 0,1 x 0,1 kinh-vĩ khoảng thời gian 31 năm (1980 - 2010) sử dụng để phân tích đặc trưng dao động nội mùa TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 47 trường mưa Việt Nam Số liệu VnGP nội suy từ số liệu mưa 481 trạm quan trắc cung cấp Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc Gia phương pháp Spheremap Hiện tại, số liệu VnGP cung cấp Hệ thống Tích hợp Phân tích Số liệu (Data Integration and Analysis System - DIAS) Đại học Tokyo, Nhật Bản Trong đó, ngày xuất mưa cực đoan ngày có lượng mưa lớn 50 mm Số ngày mưa vùng khí hậu lấy trung bình tồn điểm lưới vùng khí hậu 2.2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng phương pháp để phân tích xu mưa, bao gồm phương pháp phân xu tích tuyến tính, phương pháp phân tích xu Sen phương pháp phân tích phổ (singular spectral analysis) [11] Phương pháp phân tích xu tuyến tính dựa tính tốn hệ số hồi quy tuyến tính chuỗi số liệu theo thời gian Trong đó, với chuỗi số liệu x1, x2, x3… xn xj biểu diễn số liệu thời điểm j Với tất N giá trị, hệ số Sen ước lượng trung bị dãy gồm n(n-1)/2 phần tử (xj-xk)/(j-k) với k=1,2,3… n-1; j>k Để kiểm nghiệm xu chuỗi số liệu, phương pháp kiểm nghiệm phi tham số MannKandall sử dụng Phương pháp so sánh độ lớn tương đối phần tử mà không sử dụng giá trị phần tử chuỗi Do đó, phương pháp giúp đưa xu chuỗi không bị tác động mạnh outliers Đồng thời, phương pháp không quan tâm tới quy luật phân bố chuỗi số liệu Giá trị thống kê Mann-Kendall định nghĩa sau: Ở Var(S) phương sai S, tính bởi: Trong đó, g số nhóm nhóm tập phần tử chuỗi có giá trị số phần tử thuộc nhóm p Giá trị tau dương thể chuỗi có xu tăng giá trị tau âm thể chuỗi có xu thé giảm Theo cách tính này, tau dấu với xu chuỗi sử dụng ước lượng Sen Giá trị S>0 xu tăng, S