Quan hệ giữa lưỡng cực Ấn Độ Dương (IOD) với nhiệt, mưa trong ba tháng mùa đông trên khu vực Việt Nam

Bài viết Quan hệ giữa lưỡng cực Ấn Độ Dương (IOD) với nhiệt, mưa trong ba tháng mùa đông trên khu vực Việt Nam khảo sát quan hệ giữa IOD (Indian Ocean Dipole) với nhiệt độ và lượng mưa trong ba tháng mùa đông (tháng 12, 1, 2) trên khu vực Việt Nam. Hệ số tương quan được tính toán trễ giữa IOD và biến nhiệt độ, mưa được sử dụng như công cụ chính.

QUAN HỆ GIỮA LƯỠNG CỰC ẤN ĐỘ DƯƠNG (IOD) VỚI NHIỆT, MƯA TRONG BA THÁNG MÙA ĐÔNG TRÊN KHU VỰC VIỆT NAM Vũ Văn Thăng, Tạ Hữu Chỉnh, Trương Thị Thanh Thủy, Lương Tuấn Minh Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu Ngày nhận bài: 05/5/2022; ngày chuyển phản biện: 06/5/2022; ngày chấp nhận đăng: 24/5/2022 Tóm tắt: Bài báo khảo sát quan hệ IOD (Indian Ocean Dipole) với nhiệt độ lượng mưa ba tháng mùa đông (tháng 12, 1, 2) khu vực Việt Nam Hệ số tương quan tính toán trễ IOD biến nhiệt độ, mưa sử dụng cơng cụ Kết rằng, với nhiệt độ, hệ số tương quan dương đạt mức ý nghĩa thống kê với độ trễ từ đến tháng (lag = 0-5), đặc biệt khu vực tỉnh miền Trung phần phía Nam lãnh thổ Việt Nam Trong đó, với mưa, hệ số tương quan phần lãnh thổ Việt Nam không mạnh, có chung xu với hệ số tương quan tính tốn với trường số liệu phân tích qui mô lưới Với độ trễ từ đến tháng (lag = 0-3), tương quan âm quan trọng xuất khu vực biển nam Biển Đông Các kết gợi ý rằng, xem xét IOD thị để thực dự báo cho yếu tố nhiệt, mưa lãnh thổ Việt Nam với thời hạn trước tháng với nhiệt độ trước tháng với mưa Từ khóa: IOD, nhiệt độ, lượng mưa Giới thiệu Mỗi loại dao động có liên quan đến trạng thái thời tiết, khí hậu khu vực cụ thể đóng vai trò nhân tố dự báo quan trọng [2] Chẳng hạn, MJO (Madden Julian Oscillation) dao động lan truyền từ Tây sang Đông khu vực nhiệt đới đặc trưng pha khô ẩm [8, 9] Nếu pha ẩm (khơ) hoạt động có nhiều (ít) mưa bão ENSO (El NiđoSouthern Oscillation) tượng biểu tương tác đại dương khí có chu kỳ lặp từ - năm ảnh hưởng nhiều đến khí hậu khu vực nhiệt đới Cụ thể hoạt động mưa bão biển Thái Bình Dương [3, 7] Vì vậy, hiểu rõ biết trước chu kỳ, đặc tính hoạt động loại dao động mức tương quan chúng với biến khí hậu, cải thiện chất lượng dự báo khí hậu khu vực cụ thể Một dao động khí hậu phát gần có ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu nhiều khu vực toàn cầu IOD (Indian Liên hệ tác giả: Vũ Văn Thăng Email: vvthang26@gmail.com 56 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 Ocean Dipole), tượng kết hợp đại dương khí quyển, tương tự ENSO khu vực xích đạo Ấn Độ Dương Hiện tượng IOD có quan hệ với ENSO thơng qua mở rộng hồn lưu Walker phía Tây liên kết với dòng chảy Indonesia [5, 11] IOD gồm pha: Pha trung tính, pha dương pha âm Pha IOD dương (âm) (Hình 2.1a) đặc trưng nhiệt độ bề mặt biển lạnh (ấm hơn) trung bình vùng nhiệt đới phía Đơng Ấn Độ Dương ấm (lạnh hơn) vùng nhiệt đới phía Tây Ấn Độ Dương [5, 11] Cường độ IOD biểu thị gradient SST dị thường khu vực phía Tây xích đạo Ấn Độ Dương (50oE - 70oE 10oS - 10oN) phía Đơng Nam khu vực xích đạo Ấn Độ Dương (90oE - 110oE 10oS - 0oN) Gradient đặt tên Chỉ số Mode Lưỡng cực (DMI) [5, 12] Khi DMI dương tượng coi IOD dương âm tượng coi IOD âm Pha IOD dương thường gây hạn hán Indonesia, lượng mưa nhiều Ấn Độ, Bangladesh, Việt Nam mùa hè khơ, nóng Nhật Bản, Hàn Quốc, phần phía Đơng Trung Quốc Phân bố nhiệt độ bề mặt nước biển pha IOD âm thường làm tăng lượng mưa khu vực Australia, Indonesia hạn hán phía Đơng Châu Phi, tiểu lục địa Ấn Độ [5, 11] Yuan cộng (2008) [10] sử dụng số liệu gió độ cao địa vị từ NCEP/NCAR để cứu tác động IOD hoạt động gió mùa mùa hè Châu Á năm Với tiêu, Pentad bắt đầu gió mùa mùa hè (GMMH) khu vực Biển Đơng xác định gió vĩ hướng ngày mực 850 hPa trung bình khu vực Biển Đơng (5° - 20°N, 105° - 120°E) chuyển từ gió Đơng sang gió Tây, tốc độ gió đạt khoảng - m s-1 kéo dài ngày liên tiếp, tác giả GMMH khu vực Biển Đông thường bắt đầu mức xấp xỉ trung bình nhiều năm (TBNN) năm sau năm xảy pha IOD dương muộn so với TBNN năm sau năm xảy pha IOD âm Mahala cộng (2014) [4] nghiên cứu tác động ENSO IOD lên hoạt động xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) Vịnh Bengal giai đoạn 1891 - 2007 cách sử dụng e-Atlas xốy thuận Cục Khí tượng Ấn Độ, số Nino 3.4, số Nino Đại Dương số DMI Nghiên cứu cho thấy, tần suất XTNĐ cực đại xảy năm La Niña, năm IOD âm vào năm La Niđa xảy đồng thời pha IOD âm Ngồi ra, thời gian tồn XTNĐ thường ngắn năm El Niño IOD âm Hiện tượng IOD thường bắt đầu vào khoảng tháng tháng 6, đạt đỉnh vào tháng đến tháng 10, sau kết thúc nhanh gió mùa đến Nam Bán Cầu vào khoảng cuối mùa xuân [5] Các kiện IOD dương thường liên quan đến El Nino kiện IOD âm thường liên quan đến La Niña [5, 11] Tuy nhiên, nhiều kiện IOD gần xảy độc lập với tượng El Niđo/La Niđa Hai tượng IOD ENSO có tác động mạnh đến khí hậu khu vực Châu Á Tuy nhiên, IOD ENSO pha, tác động kiện El Niño La Niña thường cực đoan nước Úc Khi chúng khác pha nhau, tác động kiện El Niđo La Niđa giảm bớt Các kiện IOD có ảnh hưởng đến khí hậu Châu Âu, Đông Bắc Á, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Nam Phi Khi IOD dương, nhiệt độ bề mặt đất liền tăng lên lượng mưa giảm khu vực [6] Như vậy, thấy tượng IOD có ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu nhiều quốc gia giới, có Việt Nam, nghiên cứu mối quan hệ IOD biến khí hậu nước ta hạn chế Để hiểu rõ quy luật ảnh hưởng IOD đến khí hậu nước ta, đặc biệt tương quan đối hai biến khí hậu nhiệt độ lượng mưa, cải thiện chất lượng dự báo nhiệt độ, lượng mưa tương lai, nghiên cứu phân tích mối quan hệ IOD với nhiệt độ lượng mưa khu vực Việt Nam Khu vực nghiên cứu, số liệu phương pháp 2.1 Khu vực nghiên cứu Hình trình bày lãnh thổ Việt Nam (bao gồm quần đảo Hoàng Sa Trường Sa) mạng lưới trạm quan trắc Mục đích nghiên cứu xem xét quan hệ IOD với biến động nhiệt, mưa lãnh thổ Việt Nam Tuy nhiên, địa hình phân hóa phức tạp, nên biến động yếu tố khí hậu phụ thuộc nhiều vào đặc điểm địa phương yếu tố qui mô nhỏ Khảo sát qui mô rộng cung cấp kết khách quan đầy đủ Vì vậy, nghiên cứu cung cấp thêm kết khảo sát lưới khu vực - 40oN, 90 - 120oE Lưu ý rằng, nghiên cứu tập trung vào phần lãnh thổ đất liền, nên Hình Hình khơng hiển thị phần Quần đảo Hoàng Sa Trường Sa 2.2 Số liệu Các số liệu sử dụng cho mục đích nghiên cứu bao gồm: - Chỉ số dao động khí hậu IOD lấy từ Trung tâm Khí hậu NOAA-NCEP với thời kỳ từ 1981 - 2020 (https://psl.noaa.gov/gcos_ wgsp/Timeseries/DMI/) - Số liệu tái phân tích tháng trường nhiệt độ trung bình lượng mưa với độ phân giải 0,5o x 0,5o kinh vĩ NCEP/NCAR thời kỳ 1981 - 2020 - Số liệu nhiệt độ lượng mưa tháng 150 trạm quan trắc khu vực Việt Nam thời kỳ 1981 - 2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 57 Hình Lãnh thổ Việt Nam mạng lưới trạm quan trắc (chấm trịn) Các phân vùng khí hậu ký hiệu từ R1 đến R7 2.3 Phương pháp Trong nghiên cứu này, phương pháp tương quan trễ [2] với lag từ đến tháng sử dụng để khảo sát quan hệ dao động IOD với biến nhiệt độ lượng mưa tháng 12, 1, Trong đó, lag = 0, IOD biến nhiệt độ/mưa đồng pha; lag = 1, 2, …, biểu thị IOD sớm pha pha biến nhiệt độ/mưa 1, 2,…, tháng tương ứng Tương quan tuyến tính hai biến thời kỳ nghiên cứu thể thông qua hệ số tương quan Pearson (rxy) [1]: Trong đó, n độ dài chuỗi số liệu, ӯ giá trị trung bình hai chuỗi số liệu Kiểm nghiệm T-test sử dụng để xác định độ tin cậy hệ số tương quan khảo sát trường quy mô lớn Ở đây, giá trị hệ số tương quan với mức ý nghĩa 5% (p = 0,05) nhiệt độ 10 % (p = 0,1) lượng mưa 58 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 Kết a Nhiệt độ Hình trình bày hệ số tương quan trễ số IOD nhiệt độ trung bình tháng mùa đơng (tháng 12-1-2) Kết cho thấy, tín hiệu mạnh với trường nhiệt độ xuất chủ yếu với độ trễ từ đến tháng (lag = 0-5) Hệ số tương quan dương đạt mức ý nghĩa thống kê xuất khoảng vĩ độ 20oN, dải tương quan âm tồn khoảng 22oN Với độ trễ tháng (lag = 4, 5; Hình 2), hệ số tương quan âm có ý nghĩa thống kê phía Đơng Bắc phần phía Bắc lãnh thổ Việt Nam Tương quan với nhiệt độ phần lãnh thổ Việt Nam (Hình 3) nhận kết tương tự Hệ số tương quan cao xuất phần khu vực tỉnh miền Trung miền Nam Trong đó, độ trễ tháng (lag = 4, 5), hệ số tương quan âm xuất phần lãnh thổ phía Bắc lãnh thổ b Mưa Hình Hình trình bày hệ số tương quan IOD tổng lượng mưa ba tháng đơng (tháng 12, 1, 2) Kết với trường mưa qui mơ lớn (Hình 4) cho thấy, tín hiệu mạnh rõ ràng có độ trễ từ đến tháng (lag = - 2) Nổi bật giá trị tương quan âm đạt mức ý nghĩa thống kê khu vực nam Biển Đông Tuy nhiên, hệ số tương quan phần lãnh thổ Việt Nam tương đối mờ nhạt (Hình 4) Kết tính tốn với trạm quan trắc (Hình 5) cho thấy, với độ trễ từ đến tháng (lag = 0-5), tương quan âm (dương) xuất tỉnh Trung Trung Bộ trở vào đến Nam Bộ (phía Bắc Việt Nam) Mặc dù vậy, giá trị tuyệt đối hệ số tương quan không mạnh so với trường hợp tính tốn với nhiệt độ Với độ trễ từ đến tháng (lag = 6-8), hệ số tương quan phần lớn lãnh thổ nhận giá trị dương Hình Hệ số tương quan trễ (lag = - 8) IOD nhiệt độ trung bình tháng 12-1-2 Dấu cộng màu đỏ + trình bày giá trị đạt mức ý nghĩa thống kê 5% (p = 0,05) Hình Hệ số tương quan IOD với nhiệt độ trung bình mùa đông trạm quan trắc với độ trễ từ đến tháng (lag = 0-8) TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 59 Hình Tương tự Hình 2, tương quan với tổng lượng mưa tháng Dấu cộng màu đỏ + thể giá trị đạt mức ý nghĩa 10% (p = 0,1) Hình Tương tự Hình 3, tương quan IOD với lượng mưa tháng đơng Bàn luận kết luận Bài báo sử dụng phương pháp tương quan trễ để khảo sát quan hệ số dao động IOD với nhiệt độ, lượng mưa mùa đông thời kỳ 1981 - 2020, nghiên cứu đưa số bàn luận kết luận sau: 60 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 - Với nhiệt độ: Hệ số tương quan dương đạt mức ý nghĩa thống kê xuất với độ trễ từ đến tháng, đặc biệt tỉnh từ Trung đến Nam Trung Bộ cho thấy biến động yếu tố nhiệt độ bề mặt khu vực có liên quan đến tượng IOD Kết đáng tin cậy hệ số tương quan quan trọng xuất qui mô lớn, từ khoảng vĩ độ 17oN trở đến xích đạo Điều ngụ ý, số IOD gia tăng (suy giảm), nhiệt độ mùa Đông khu vực Việt Nam (chủ yếu với tỉnh miền Trung miền Nam) có xu hướng gia tăng (suy giảm) Giá trị hệ số tương quan nghịch với độ trễ tháng (lag = 4, 5) ngụ ý, số IOD gia tăng (giảm), nhiệt độ mùa đông tỉnh Bắc Trung Bộ Bắc Bộ có xu hướng giảm (tăng) Kết hội sử dụng số IOD nhân tố để dự báo nhiệt độ mùa đông khu vực Việt Nam với thời hạn dự báo trước khoảng tháng - Về mưa: Hệ số tương quan IOD lượng mưa với trạm quan trắc lãnh thổ Việt Nam tương đối mờ nhạt Phần tỉnh miền Trung đến phía Nam trình bày tương quan âm Hệ số tương quan IOD trường mưa lưới qui mô lớn cung cấp thêm thông tin quan trọng Hệ số tương quan quan trọng âm nhận khu vực Nam Biển Đông ngụ ý, IOD gia tăng (giảm) mưa vùng nam Biển Đơng có xu hướng giảm (tăng) Bên cạnh đó, hệ số tương quan với trường qui mô lớn cho thấy, tín hiệu tương quan mạnh xuất với độ trễ từ đến tháng (lag = - 2) Điều ngụ ý, sử dụng IOD để dự báo cho mưa tháng mùa Đông khu vực Nam Biển Đông với thời hạn dự báo trước tháng - Một số nghiên cứu trước (Xie công sự, 2016) ra, pha dương IOD dẫn tới phát triển dị thường hồn lưu xốy nghịch biển khu vực Biển Đông Philippines Điều dẫn tới ngăn cản hoạt động đối lưu gây mưa, ngăn cản phát triển xoáy thuận nhiệt đới Ngược lại, pha âm IOD, chế ngược lại, xuất nhiều mưa xốy thuận nhiệt đới Điều phù hợp với kết khảo sát bên Pha âm IOD có xu hướng kích hoạt động đối lưu dẫn tới xu hướng tăng mưa khu vực Nam Biển Đơng Khu vực đất liền, điều kiện khí hậu chịu nhiều ảnh hưởng yếu tố đặc điểm địa phương địa hình nên tương đối phức tạp, dẫn tới quan hệ IOD mưa không mạnh Tuy nhiên, vùng Nam Biển Đông gia tăng hội hoạt động đối lưu, bão/áp thấp nhiệt đới Điều ảnh hưởng đến phần đất liền, khu vực tỉnh Trung Bộ lãnh thổ Việt Nam Theo khía cạnh này, IOD xem thị để dự báo cho lãnh thổ Việt Nam Lời cảm tạ: Bài báo hoàn thành nhờ phần kết đề tài nghiên cứu khoa học Cấp Bộ Tài Nguyên Môi trường: “Nghiên cứu ứng dụng số dao động khí hậu quy mơ lớn vào dự báo khí hậu cho Việt Nam”, mã số: TNMT.2021.02.05 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Phan Văn Tân (2005), Các phương pháp thống kê khí hậu, nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 2005 Hồng Đức Cường, Trần Việt Liễn (2012), Giáo trình dự báo khí hậu, nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ Tài liệu tiếng Anh Liu, Y., & Chen, G (2018), "Intensified influence of the ENSO Modoki on boreal summer tropical cyclone genesis over the western North Pacific since the early 1990s", International Journal of Climatology, 38, e1258-e1265 Mahala, K B., Nayak, K B., Mohanty, K P., (2014), Impacts of ENSO and IOD on tropical cyclone activity in the Bay of Bengal Sahu, N., Yamashiki, Y., and K., TaKARA, (2010), Impact Asessment of IOD/ENSO in the Asia Region Saji, N.H.; Yamagata, T (2003), "Possible impacts of Indian Ocean Dipole mode events on global TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 61 climate" Clim Res., 25, 151-169 Wang, L., & Guo, Z (2014), "Modulation of tropical cyclogenesis over the South China Sea by ENSO Modoki during boreal summer", Journal of Ocean University of China, 13, 223-235 Wu, P., Fukutomi, Y., & Matsumoto, J (2012), "The impact of intraseasonal oscillations in the tropical atmosphere on the formation of extreme central Viet Nam precipitation", SOLA, 8, 57-60 Xavier, P., Rahmat, R., Cheong, W K., & Wallace, E (2014), "Influence of Madden‐Julian Oscillation on Southeast Asia rainfall extremes: observations and predictability", Geophysical Research Letters, 41, 4406-4412 10 Yuan, Y., Yang, H., Zhou, W., Li, C., (2008), "Influences of the Indian Ocean dipole on the Asia summer monsoon in the following year", Int J Climatol 28: 1849 -1859 (2008) 11 http://www.bom.gov.au/climate/enso/history/ln-2010-12/IOD-what.shtml 12 https://psl.noaa.gov/gcos_wgsp/Timeseries/DMI/ 13 Xie, S P., Kosaka, Y., Du, Y., Hu, K., Chowdary, J S., & Huang, G (2016), "Indo-western Pacific ocean capacitor and coherent climate anomalies in post-ENSO summer: A review", Advances in Atmospheric Sciences, 33, 411-432 THE RELATIONSHIP BETWEEN INDIAN OCEAN DIPOLE (IOD) AND SURFACE TEMPERATURE, RAINFALL IN THREE WINTER MONTHS IN VIET NAM Vu Van Thang, Ta Huu Chinh, Truong Thi Thanh Thuy, Luong Tuan Minh Viet Nam Institute of Meteorology, Hydrology and Climate change Received: 05/5/2022; Accepted: 24/5/2022 Abstract: The article investigates the possible relationship between IOD (Indian Ocean Dipole) with surface temperature and rainfall in boreal winter over Viet Nam in the period 1981 - 2020 The lag Pearson correlation was used to estimate the relationship IOD and surface temperature and rainfall The results show that, for surface temperature, significant correlations are at lags of to months (lag = - 5), especially in the central and southern provinces of Viet Nam Meanwhile, for rainfall, the correlations are insignificant on the Viet Nam However, the correlations calculated with gridding rainfall data indicate significant negative values on central and southern Dong Sea with lags of to months (lag = - 3) These results suggest that, IOD can be considered as a potential indicator to forecast for temperature with months in advance, and rainfall with months in advance on Viet Nam Keywords: IOD, temperature, rainfall 62 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 22 - Tháng 6/2022 ... nhân tố để dự báo nhiệt độ mùa đông khu vực Việt Nam với thời hạn dự báo trước khoảng tháng - Về mưa: Hệ số tương quan IOD lượng mưa với trạm quan trắc lãnh thổ Việt Nam tương đối mờ nhạt Phần... thổ Việt Nam Tương quan với nhiệt độ phần lãnh thổ Việt Nam (Hình 3) nhận kết tương tự Hệ số tương quan cao xuất phần khu vực tỉnh miền Trung miền Nam Trong đó, độ trễ tháng (lag = 4, 5), hệ số... nhiệt độ, lượng mưa tương lai, nghiên cứu phân tích mối quan hệ IOD với nhiệt độ lượng mưa khu vực Việt Nam Khu vực nghiên cứu, số liệu phương pháp 2.1 Khu vực nghiên cứu Hình trình bày lãnh thổ Việt