Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước: Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng phục vụ công tác khai thác và quản lý tài nguyên nước vùng duyên hải Miền trung

Cho đến nay ở Việt Nam đã có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu về hạn hán nhưng những kết quả đã nghiên cứu còn một số hạn chế như: i Công tác dự báo, cảnh báo hạn ở Việt Nam chưa thoả mãn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYEN THÁI HÀ

XÂY DUNG MÔ HÌNH CANH BAO SOM HAN KHÍ TƯỢNG

PHỤC VỤ CÔNG TÁC KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC VUNG DUYEN HAI MIEN TRUNG

LUẬN AN TIEN SĨ KỸ THUAT

HA NOI, NAM 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYEN THÁI HÀ

XÂY DỰNG MÔ HÌNH CANH BAO SOM HAN KHÍ TƯỢNG

PHỤC VỤ CÔNG TÁC KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC VUNG DUYEN HAI MIEN TRUNG

LUAN AN TIEN SI KY THUAT

Chuyên ngành: KỸ THUAT TAI NGUYEN NƯỚC

Mã số: 9 58 02 12

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 PGS.TS Nguyễn Dang Tính

2 GS.TS Nguyễn Văn Tỉnh

HÀ NỘI, NĂM 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả luận án xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và những kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nao, dưới bat kỳ hình thức nào và chưa từng được ai công bồ trong bat cứ công trình nào khác Việc tham khảo, trích dan các nguồn tai liệu đã được ghi rõ nguồn

tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tac gia luận an

Nguyễn Thai Ha

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đăng Tính và GS.TS Nguyễn Văn Tỉnh, là

người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phong Dao tạo Dai

học và Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Bộ môn Kỹ thuật tài nguyên nước

đã tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình nghiên

cứu, thực hiện luận án.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã hỗ trợ, động viên,

chia sẻ khó khăn trong suôt thời gian nghiên cứu và làm luận án.

il

MỤC LỤC

LOT CAM ON oessssssssssssssssssesssssssessssssscsssssssscsssssssssssssssssssnsssssssscsssssssosssssnsessssssessesssnes H

MUC LUC 5-5-5 << << 0 090.911 00006000 4000400040 04.00 Wi

MỞ ĐẦUU 5-4491 0771377130 E.44 07744077148 92941 9294192244 p99eperoske 1

2 Muc tiGu nghién CUU 01 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên COU cecccsscssesssesssesssesssessscssecssecssessesssecssessesseessecseeens 2

5 Phương pháp nghién CỨU 1x TT HH HH HH TH nh Tnhh 3

> Các phương pháp nghiên cứu chính trong lUGN AN? cccccc+cs+x 3

6.Y nghĩa khoa hoc và thực ti€n c.ccccscccssessessssessssesssscscssesessssessssessescsesussessssesssseseees 4

> Ý nghĩa thực tien: cecccccccccsssessesssessessessssssessessussssssessessesssessessessessusssessessessvesseeses 4

CHUONG 1 TONG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VA DU BAO HẠN 7

1.1 Khái niệm về hạn han ecsseecsssesssssseecssseeesssseesssnecessneessnnseessnneeesunecsaneesnneeessnneeessness 7

1.1.1 Định nghĩa và phân loại hạn nan chien 7

1.1.2 CAC CUI SO NAN eecsssscssvsecssiesessesessesecssnsecssuesessnsessuneecsnuecssneeesuneeesnneessnees 10

1.1.3 Các đặc trưng của NAN hẲH c cv kg ky 20

1.2.1 Tình hình hạn han trên thé gibi cccccecccccecccsssssssessessessessessessessssesseesessessessessease 21 1.2.2 Các nghiên cứu về hạn hán trên thé GiGi ccceccccccccscssccscsscssvsssesessesssssssseseeseees 23

1H

1.3.1 Tình hình hạn hản ở Việt NGIH << 5 3111k 1kg kkeree 30

1.3.2 Các nghiên cứu về hạn hán ở Việt NAim 22-55:©5s55c+cx2cxcszsersea 33

1.4 Những thành tựu và hạn chế trong các nghiên cứu về hạn hán 36

1.5 Tổng quan về vùng nghiên cứu -2¿- +: ©2++2+++E++2E+tEEEtEE+2EESEkerkrerkesrkrrk 38 1.6 Định hướng nghiên cứu của luận án - ó6 6 11911911 9113 11811 111 11k rệt 40 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO HẠN KHÍ TƯỢNG CHO VUNG DUYÊN HAI MIEN TRUNG .5 5-sccsecsscs2 43 2.1 Hiện trạng han han của vùng nghiÊn CỨU - c5 32232 SEsverererrsrrrrrrserree 43 2.2 Giới thiệu về ENSO và các số liệu cần thu thập - -¿©cc2cc+cx+szxece 41 2.2.1 Giới thiệu về ENSO 5c 5c 522 E2 212211211211211211211121.1 1e 47 2.2.2 Các số liệu được thu thiậpD - 5c StEkềEEEEE21E21211E11 2112112112111 ctret 50 2.3 Phương pháp dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu -++ss+++s+2 56 2.3.1 Lựa chọn chỉ số MN cecccccccccccscsscsescsvsvsvesecscesssesssvsvsvavsevesessssssscsssvavavaveneneseaees 57 2.3.2 Phân tích đánh giá diễn biến han theo không gian của vùng nghiên cứu 63

2.3.3 Phân tích ảnh hưởng của ENSO đến diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu ¬— 67

2.3.4 Thiết lập mô hình dự báo hạn khí tượng và dé xuất mô hình dự báo phù hợp cho vùng nghiÊH CỨUH sách kh TT TH TH HH Ht 70 {0 000] 2N nh < 84

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CANH BAO SOM HAN KHÍ TƯỢNG CHO VUNG DUYEN HAI MIEN TRUNG o- 5-5 (5< g0 9080956 85 3.1 Diễn biến hạn hán theo không gian, thời gian của vùng nghiên cứu 85

3.1.1 Phan tich két qua kiểm định nội suy lượng mưa và nhiệt độ 65

3.1.2 Diễn biến hạn hán theo thời gian của vùng nghiên cứn - 86

3.1.3 Diễn biến han hán theo không gian của vùng nghiên Ct - 91

3.2 Anh hưởng của ENSO đến diễn biến han hán của vùng nghiên cứu 103

3.2.1 Diễn biến hạn hán của vùng DHMT trong các thời kỳ phát sinh ENSO 103

3.2.2 Đánh giá kết quả mối tương quan giữa SSTA và SOI với SPI và SPEI 105

3.3 Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu 108

3.3.1 Đánh giá kết quả các mô hình dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu

1V

3.3.2 Xác định chỉ số dé cảnh báo sóm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu 116

3.3.3 Lựa chọn mô hình dự báo hạn cho vùng nghién CỨM «- 117

3.3.4 Xây dung mô hình cảnh bao sớm hạn khí tượng cho vung nghiên cwu 118

3.3.5 Ban đô và số liệu cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu 121

2 Những đóng góp mới của luận án - c1 11 19 1111111111111 111 11 kg re 128

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bang 1.1 Phân cấp han han theo chỉ số giáng thy c.ccccscccsessessessesseseeseeseeseesesesees 11 Bang 1.2 Phân cấp hạn hán theo chỉ số SPI [9] c.ccscccccscssssssessessesessessessessesesessesesseeees 12

Bảng 1.4 Phân cấp hạn hán theo chỉ số độ 4m tương đối của đất RSMI 15

Bảng 2.1 Xu thé biển đổi lượng mưa theo năm cho các trạm mưa vùng DHMT 53 Bang 2.2 Xu thé biển déi nhiệt độ theo năm cho các trạm vùng DHMT 54

Bang 3.1 Độ tin cậy của phép nội suy mưa và nhiệt độ (%) - - 5+5 <<<+<x++ 85

Bảng 3.2 Giá trị nhỏ nhất của SPI, SPEI trong các thời kỳ phát sinh El Nino 104

Bang 3.3 Tổng số tháng xảy ra hạn hán trong các thời kỳ phát sinh El Nino theo chi số

Bang 3.4 Hệ số tương quan trung bình giữa SSTA, SOI với các chi số SPI, SPEI 106 Bảng 3.5 Đánh giá chất lượng dự báo các chỉ số hạn của các mô hình 109 Bang 3.6 Cấp hạn và cấp cảnh báo sớm hạn khí tượng theo chỉ số SPEI3 116 Bang 3.7 Các tham số của các mô hình dự báo cho 6 tháng tiếp theo 118 Bang 3.8 Kết quả dự báo chỉ số SPEI3 tại các trạm (từ tháng 1/2015 đến 6/2015) 123

VI

DANH MỤC CÁC HÌNH VE

Hình 2.1 Ty lệ (%) diện tích bi hạn so với tổng diện tích gieo cấy vùng BTB 43

Hình 2.2 Ty lệ (%) diện tích bị hạn so với tổng diện tích gieo cay vùng NTB 45

Hình 2.3 Tỷ lệ (%) điện tích bị hạn so với tổng diện tích gieo cấy toàn vùng DHMT.46 Hình 2.4 VỊ trí khu vực theo dõi hoạt động ENSO (Nino3.4) ccc-<cs- 48 Hình 2.5 VỊ trí và tên các trạm Khí tưỢng - - - ¿+ + + 13+ * + EESsEESeserersrereeerrere 51 Hình 2.6 Diễn biến giá tri SSTA từ năm 1984 đến năm 2014 -:- s52 5+: 55 Hình 2.7 Diễn biến giá trị SOI từ năm 1984 đến năm 2014 -. -¿- 25555552 56 Hình 2.8 Sơ đồ minh họa các nội dung và phương pháp dự báo hạn khí tuong 57

Hình 2.9 Ô lưới vùng nghiên cứu 2¿-©5¿©2+22++EE+2EE2EE22312231221121121.221.22 te 64 Hình 2.10 Các thành phần của mô hình dự báo thống kê đang được áp dụng trên thế giới [85 ] -©52-22222122112211221221122112T1 1121121 T1 11 1 111 1e 72 Hình 2.11 Cấu trúc mô hình A'NFIS 2 ©2£ + £+EE+2EE+2EE£EE+£EEEEEtEEEtrkerrkrrrkere 75 Hình 2.12 Sơ đồ khối của mô hình ANFIS 2 2 +t++£2£++EE+EEtzEzxeerxerxrres 78 Hình 2.13 Cấu trúc của các mô hình dự báo ¿- + + + x+x+E£E+E+E£EeEEzEeEeEtzkrrererez 79 Hình 2.14 Sơ đồ khối của chương trình dự báo hạn khí tượng - +: 83

Hình 3.1 Diễn biến hạn hán vùng BTB theo chỉ số SPII và SPEII - 86

Hình 3.2 Diễn biến hạn hán vùng BTB theo chỉ số SPI3 và SPEI3 86

Hình 3.3 Diễn biến han hán vùng NTB theo chỉ số SPI và SPEII - 87

Hình 3.4 Diễn biến hạn hán vùng NTB theo chỉ số SPI3 và SPEI3 87

Hình 3.5 Diễn biến hạn hán toàn vùng DHMT theo chỉ số SPI và SPEII1 87

Hình 3.6 Diễn biến han hán toàn ving DHMT theo chỉ số SPI3 và SPEI3 88

Vil

Hình 3.8 Ty lệ DT hạn theo từng tháng của 5 năm hạn điển hình theo chi số SPEII 90

Hình 3.9 Ty lệ DT hạn theo từng tháng của 5 năm hạn điển hình theo chỉ số SPEI3 90

Hình 3.10 Tỷ lệ DT hạn hán theo chỉ số SPI1, SPEII và thực tế sản xuất nông nghiệp CUA VUNG DHMT uu eee - 92

Hình 3.11 Ty lệ DT hạn hán theo chỉ số SPI3, SPEI3 và thực tế sản xuất nông nghiệp của vùng DHMIÏ H9 nh TT HH HT HH Thu it 92 Hình 3.12 Tần suất (%) xảy ra hạn của các chỉ số theo không gian -. - 93

Hình 3.13 Tần suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPI1 theo không gian 94

Hình 3.14 Tan suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPEII theo không gian 94

Hình 3.15 Tần suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPI3 theo không gian 95

Hình 3.16 Tần suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPEI3 theo không gian 95

Hình 3.17 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 3 của các chỉ số theo không gian 96

Hình 3.18 Tan suất (%) xảy ra hạn vào tháng 4 của các chỉ số theo không gian 96

Hình 3.19 Tan suất (%) xảy ra hạn vào tháng 6 của các chỉ số theo không gian 96

Hình 3.20 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 7 của các chỉ số theo không gian 97

Hình 3.21 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 8 của các chỉ số theo không gian 97

Hình 3.22 Phân bố cấp hạn vào thang 6, 7 năm 1988 ¿c¿©5++cx+2cxze 98 Hình 3.23 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 1994 - ¿2 + +++x2z++zxsrxrrxs 99 Hình 3.24 Phan bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 1998 ¿2 ++c++++£z+zzzEzxeei 100 Hình 3.25 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 2005 -. ¿-¿©++c+++cxz+s+2 101 Hình 3.26 Phân bó cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 2005 ¿2 + +2 ++£2+£+xzzxd 102 Hình 3.27 Giá tri SPI, SPEI-1 trong các thời kỳ xảy ra ENSO (1985-2014) 103

Hình 3.28 Giá trị SPI, SPEI-3 trong các thời kỳ xảy ra ENSO (1985-2014) 103

Hình 3.29 Tương quan giữa SSTA với các chỉ số SPI, SPEI theo không gian (với độ trễ

Viii

Hình 3.31 So sánh chất lượng dự báo theo chỉ số SPEI3 giữa các mô hình 110

Hình 3.32 So sánh kết qua dự báo chỉ số SPEI3 theo mô hình M4 cho toàn vùng 1 10 Hình 3.33 Chất lượng dự báo cho chỉ số SPEI3 bằng mô hình M4 theo không gian.111 Hình 3.34 So sánh kết quả dự báo chỉ số SPEI3 theo mô hình M4 tại trạm Cam Ranh Hình 3.37 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và dự báo (tháng 6, 7 năm 1988) I 13 Hình 3.38 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và dự báo (tháng 6, 7 năm 1993) 1 14 Hình 3.39 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế va du báo (tháng 6, 7 năm 1998) 114

Hình 3.40 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và du báo (tháng 6, 7 năm 2005) I 15 Hình 3.41 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và du báo (tháng 6, 7 năm 2010) 115

Hình 3.42 So đồ mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu 119

Hình 3.43 Ban đồ dự báo, cảnh báo theo chỉ số SPEI3 thang 1, 2 năm 2015 121

Hình 3.44 Ban đồ dự báo, cảnh báo theo chỉ số SPEI3 tháng 3, 4 năm 2015 122

Hình 3.45 Bản đồ dự báo, cảnh báo theo chỉ số SPEI3 thang 5, 6 năm 2015 123

1X

DANH MUC CAC TU VIET TAT

Mang noron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)

Mang noron nhân tao (Artificial Neural Networks)

Mô hình tự hồi quy thích hợp trung bình động (Autoregressive Integrated

Moving Average Model)

Biến đổi khí hậu Bắc Trung Bộ

Chỉ số hạn tích hợp (Integrated Drought Index)

Chỉ số độ âm cây trồng (Crop Moisture Index)

Hệ số tương quan (Correlation Coefficient)

Trọng số nghịch đảo khoảng cach (Inverse distance weighting)

Khoa học Công nghệ Khí tượng thủy văn

Kinh tế - Xã hội

Mô hình

Chỉ số khô hạn đa biến (Multivariate Standardized Drought Index)

Gió mùa đông bắc Á (Northeast Asian Winter Monsoon)

Vùng hạn không kề giáp nhau (Non-contigous drought analysis)

Nam Trung Bộ

Hệ số thống kê giữa sai số quân phương và độ lệch chuân (RMSE

-observations standard deviation ratio)

Gió mùa hè Nam A (South Asian Summer Monsoon) Chi số dao động Nam bán cau (Southern Oscillation Index)

Chi số chuẩn hóa lượng mưa và bốc hoi (Standardized Precipitation

Evapotranspiration Index)

Chỉ số chuan hóa lượng mưa (Standardized Precipitation Index) Chi số chuẩn hóa độ 4m dat (Standardized Soil Moisture Index) Nhiệt độ lớp nước biển bề mặt (Sea Surface Temperature)

Nhiệt độ lớp nước biển bề mặt dị thường (Sea Surface Temperature

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

Hạn hán là một phần tự nhiên của khí hậu, hạn hán hình thành do một hoặc nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm sự thiếu hụt lượng mưa, lượng bốc hơi lớn và việc khai thác quá mức nguồn tài nguyên nước Hạn hán xuất hiện trên khắp thé giới có thé xảy ra ở

tat cả các vùng khí hậu, với các đặc tính của hạn là biến đổi đáng kể từ vùng này sang

vùng khác Hạn hán là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn, bởi khô

hạn bi giới hạn trong những vùng có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng

lâu dai của khí hậu Vi vậy, hiện tượng hạn hán xảy ra trong từng năm với các đặc tính

thời tiết và các tác động của nó là không giống nhau.

Hạn hán khá phô biến ở Việt Nam, đặc biệt là ở các tỉnh Duyên hải Miền Trung (DHMT) Theo số liệu thống kê của Tổng cục thủy lợi trong giai đoạn 1985 — 2014, toàn vùng đã có nhiều đợt hạn hán xảy ra, trong đó có 5 dot xảy ra hạn hán nghiêm trọng, hạn xảy ra trong cả 3 vụ sản xuất làm thiệt hại đến hàng triệu hecta đất nông nghiệp và

sự thiếu hụt nước trầm trọng cho hàng triệu người dân ở các vùng khác nhau trên cả

nước.

Sự khắc nghiệt của hiện tượng hạn hán không chỉ phụ thuộc vào khoảng thời gian, cường

độ, không gian của một thời đoạn hạn hán cụ thể, mà còn phụ thuộc vào nhu cầu dùng nước từ các hoạt động của con người và cây trồng đối với nguồn cung cấp nước của khu vực Số liệu thống kê cho thấy rằng những thiệt hại về mặt kinh tế do hạn hán lớn hơn rất nhiều so với do lũ lụt Dé giúp cho các nhà quản lý, nhà hoạch định chính sách và

người dân địa phương chủ động trong việc khai thác và quản lý tài nguyên nước thì các

nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam nói chung và vùng DHMT nói riêng là rất quan trong

và cần thiết Cho đến nay ở Việt Nam đã có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu về hạn hán nhưng những kết quả đã nghiên cứu còn một số hạn chế như: (i) Công tác dự báo, cảnh báo hạn ở Việt Nam chưa thoả mãn yêu cầu đề áp dụng rộng rãi trong công tác đánh giá,

dự báo và cảnh báo hạn cho các vùng, các tỉnh khác nhau; (1) Việc đánh giá, dự báo và

cảnh báo hạn cho một vùng rộng lớn hoặc trên toàn quốc chủ yêu dựa vào các chỉ số hạn

khí tượng Còn các chỉ số hạn thủy văn và nông nghiệp mới chỉ được dùng dé đánh giá,

dự báo và cảnh báo hạn cho những vùng nhỏ hoặc theo lưu vực sông: (iii) Phương pháp

dự báo hạn chủ yếu là phương pháp thống kê, phương pháp động lực cũng đã được dùng

dé dự báo hạn nhưng chưa nhiều Các sản phẩm dự báo, cảnh báo chủ yếu là theo điểm;

(iv) Chưa có khung thé chế và pháp ly cho các hoạt động ứng phó và giảm nhẹ thiệt hại

do hạn hán Bởi vậy, cần nhiều nghiên cứu hơn nữa về hạn hán nhằm xác định được các

chỉ số hạn và các chỉ tiêu phân cấp hạn phù hợp, trên cơ sở đó xây dựng các cấp cảnh báo hạn cho từng địa phương, đặc biệt ở các vùng hạn hán hay xảy ra Đồng thời phải

xây dựng được mô hình cảnh báo sớm hạn hán phù hợp cho các vùng của Việt Nam.

Với mong muốn kết quả nghiên cứu của luận án sẽ đóng góp một phần trong việc giải

quyết các nhiệm vụ nêu trên Vì thé, tác giả đã đề xuất đề tài '“Xây dựng mô hình cảnh

báo sớm hạn khí tượng phục vụ công tác khai thác và quản lý tài nguyên nước vùng

Duyên hải Miền Trung” để phân tích, đánh giá diễn biến hạn hán, xác định mức độ ảnh

hưởng của hiện tượng El Nino va dao động Nam ban cầu (ENSO) đến hạn hán và xây

dựng được mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận án là đánh giá diễn biến hạn hán, xây dựng mô hình cảnh

báo sớm hạn khí tượng phục vụ cho công tác khai thác và quản lý tài nguyên nước vùng

DHMT Đề đạt được mục tiêu trên thi các mục tiêu cụ thé được xác định như sau:

Đánh giá mối quan hệ giữa diễn biến hạn hán của vùng DHMT với các yếu tố ENSO, nhiệt độ lớp nước biên bề mặt dị thường (SSTA) và chi số dao động Nam ban cầu (SOI);

Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu trong mối quan

hệ giữa hạn hán với các yếu tô SSTA và SOI.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu trong luận án này là: Hạn khí tượng và mô hình cảnh báo sớm,

tính chât, mức độ, xu thê và phân bô của hạn hán.

Phạm vi nghiên cứu của luận án này là: Nghiên cứu cảnh báo sớm hạn khí tượng vùng

Duyên hải Miền Trung thông qua các chỉ số tương quan xa của vùng xích đạo TBD (vùng đặc trưng của El nino, SOI), bao gồm các tỉnh thành sau: Thanh Hóa, Nghệ An,

Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi,

Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận.

4 Nội dung nghiên cứu của luận án

* Lựa chọn chi số hạn, phân tích đánh giá diễn biến hạn hán theo các chỉ số hạn và so

sánh với diễn biên hạn han theo thực tê của vùng nghiên cứu;

Y Phân tích mối quan hệ giữa diễn biến hạn han của vùng nghiên cứu trong các dot

đồng thời xảy ra El Nino và SOI (ENSO);

* Phân tích và đánh giá tương quan giữa hạn han của vùng nghiên cứu với nhiệt độ lớp

nước biên bề mặt (SST), chỉ số dao động Nam bán cầu (SOI) bằng phương pháp phân

tích tương quan phục vụ cho việc lựa chọn biến đầu vào cho mô hình dự báo hạn;

Thiết lập câu trúc các mô hình dự báo hạn khí tượng bằng phương pháp thống kê

(Mang noron thích nghi mờ, ANFIS) và lựa chon mô hình dự báo phù hợp cho vùng

nghiên cứu;

Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu.

5 Phương pháp nghiên cứu

> Cách tiếp cận trong luận án:

v Tiếp cận thực tế: Điều tra, khảo sát và thu thập số liệu về khí tượng và hiện trạng hạn

hán của vùng nghiên cứu;

Tiếp cận kế thừa có chon lọc và bé sung các nghiên cứu đã có trong nước cũng như trên thế giới về hạn và cảnh báo hạn;

Tiếp cận các phương pháp, công cụ đánh giá, dự báo và cảnh báo hạn mới trên thế

gidi.

> Các phương pháp nghiên cứu chính trong luận an:

Y Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu thực tế;

Phương pháp thống kê, xác suất: Tổng hợp, xử lý và phân tích số liệu làm cơ sở để phân tích đánh giá diễn biến hạn hán và xây dựng mô hình cảnh báo hạn;

* Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, công trình khoa học đã và đang thực hiện

về đánh giá, dự báo và cảnh báo hạn hán trên thê giới;

Y Phương pháp phân tích vùng hạn không kề giáp nhau (NCDA): Phân tích, đánh giá

diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu theo không gian và thời gian;

Phương pháp phân tích tương quan: Phân tích mối quan hệ giữa diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu với hiện tượng ENSO thông qua hệ số tương quan giữa các chỉ

số hạn và nhiệt độ lớp nước biển bề mặt (SST), chi s6 dao động Nam bán cầu (SOI).

Dé làm cơ sở lựa chọn biên dau vào cho các mô hình dự báo;

Phương pháp phân tích tổng hợp: Phân tích tông hợp các tài liệu liên quan đề đề ra mục tiêu, nội dung nghiên cứu Phân tích tổng hợp kết quả nghiên cứu dé làm cơ sở

để xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu;

Phương pháp mô hình toán: Thiết lập các mô hình dự báo hạn bằng phương pháp mô

hình toán (mạng noron thích nghĩ mờ, ANFIS).

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

> Ý nghĩa khoa học:

* Luận án đã góp phân hoàn thiện co sở khoa học trong việc sử dung và lựa chọn chỉ

sô hạn đê đánh giá, dự báo và cảnh báo hạn cho vùng nghiên cứu nói riêng và Việt

Nam nói chung.

⁄ Luận án đã bé sung thêm cơ sở khoa học trong việc xây dựng ban dé han theo phương

pháp phân tích vùng hạn không kề giáp nhau (NCDA).

* Luận án đã cung cấp cơ sở khoa học dé thiết lập các mô hình dự báo hạn khí tượng

phục vụ cho công tác cảnh báo sớm hạn khí tượng.

> Ý nghĩa thực tiễn:

Góp phần làm sáng tỏ xu thế và diễn biến hạn hán của khu vực Duyên hải Miền Trung

ở quá khứ trong mối quan hệ với hiện tượng ENSO.

+ Kết quả nghiên cứu của luận án có thế được ứng dụng dé xây dựng mô hình cảnh báo

sớm hạn khí tượng cho khu vực nghiên cứu cũng như các khu vực khác.

v Két quả của luận án đưa ra được các bản đỗ cảnh báo sớm hạn khí tượng băng các

chỉ sô hạn Giúp cho các nhà quản lý, nhà hoạch định chính sách và người dân địa phương chủ động trong việc khai thác va quản ly tai nguyên nước.

7 Cau trúc của luận án

Luận án gồm 165 trang thuyết minh trong đó có: 62 hình vẽ, 18 bảng biểu minh họa, 1 trang liệt kê danh mục 2 công trình đã công bồ của tác giả về kết quả nghiên cứu của dé

tài luận án, 8 trang liệt kê 103 tài liệu tham khảo và 28 trang phụ lục.

Nội dung bao gồm phần mở dau, phan kết luận, kiến nghị và 3 chương:

Chương I: Tổng quan tình hình nghiên cứu và dự báo hạn

Chương này nêu tông quan về vùng nghiên cứu; khái niệm về hạn hán, các chỉ số được

dùng trong đánh giá và dự báo hạn hán; tổng hợp được tình hình hạn hán và các nghiên

cứu có liên quan đến hạn hán trên Thế giới cũng như ở Việt Nam; những thành tựu và

hạn chế của các nghiên cứu về hạn và dự báo hạn; định hướng mục tiêu và các nội dung

nghiên cứu của luận án.

Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp dự báo hạn khí tượng cho vùng Duyên

hải Miền Trung

Trong chương này đã nêu được các cơ sở khoa học dé phục vụ cho nghiên cứu như: hiện

trạng hạn hán của vùng nghiên cứu; hiện tượng ENSO và ảnh hưởng của hiện tượng này đến khí hậu của vùng nghiên cứu; số liệu mưa, nhiệt độ của vùng nghiên cứu; số liệu về

SSTA, SOI Lựa chọn chi số hạn dé đánh giá, dự báo hạn cho vùng nghiên cứu; sử dụng phương pháp phân tích tương quan đề đánh giá ảnh hưởng của ENSO đến diễn biến hạn

hán của vùng nghiên cứu thông qua các chỉ số hạn; sử dụng mạng Nơron thích nghỉ mờ

(ANFIS) để thiết lập các mô hình dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu với các

biên dau vào va ra khác nhau.

Chương 3: Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí trợng cho vùng Duyên hải Miền

Trung

Trong chương này đã đưa ra được kết quả tính toán diễn biến hán của vùng nghiên cứu theo không gian và thời gian bằng các chỉ số hạn, đồng thời có sự đánh giá sự phù hợp giữa diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu băng các chỉ số hạn so với tình hình hạn hán thực tế Kết quả đánh giá ảnh hưởng của ENSO đến diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu Phân tích kết quả dự báo của các mô hình dự báo, từ đó lựa chọn mô hình

dự báo phù hợp cho vùng nghiên cứu Xây dựng được mô hình cảnh báo sớm hạn khí

tượng, đồng thời đưa ra được các bản đồ cảnh báo hạn cho vùng nghiên cứu.

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BAO.

ving khí hậu, với các đị tính của hạn biển đổi đáng kế từ vùng này sang vùng khắc Han han là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn Bởi khô hạn bị giới han trong những vùng có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng lâu dài của

ˆhí hậu [1] So với các thảm họa tự nhiên khác như: xoáy, lũ lụt, động đắt, núi lửa phuntrào và sống thin có sự khởi đầu nhanh chóng, có ảnh hưởng trực tiếp và có cầu trúc, thi

"hạn hắn lại ngược lại Hạn hán khác với các thảm họa tự nhiên khác theo các kl cạnh

quan trọng sau |2]

Không tồn tại một định nghĩa chung về hạn bán.

LÝ Hạn hán có sự khỏi đầu chậm, là hiện tượng ừ từ, dẫn đến khó có th xác dịnh được

sự bắt đầu và kết thúc một thời kỳ hạn.

“Thời gian hạn dao động từ vả thắng đến vi năm, vũng trung tâm và ving xung quanh

bị ảnh hưởng bởi han hán có thé thay đổi theo thời gian.

Không có một chỉ thị hoặc một chỉ số hạn đơn lẻ nào có thể xác định chính xác sự bắt

đầu và mức độ khắc nghiệt của sự kiện hạn công như các tie động tằm năng của nó

Phạm vi không gian của hạn hắn thường lớn hơn nhiễu so với các thảm họa khác, do

46 các ảnh hướng của hạn thường trai dài trên nhiều vùng địa lý lớn.

Các tác động của hạn nhìn chung không theo edu trúc và khó định lượng, Các tác

động tích lũy lại và mức độ ảnh hưởng của hạn sẽ mở rộng khi các sự kiện hạn tiếp

‘tue kếo dai từ mùa này sang mùa khác hoặc sang năm khác.

¥ Mặt khác, hạn hán ánh hưởng đến nhiều lĩnh vực kinh tế và xã hội nên các định nghĩa

an sẽ được đưa ra theo nhiều cách tiếp cận khác nhau: như các ngưỡng sử dụng, theo mục đích sử dụng, khu vực, địa phương Hơn nữa, hạn xây ra với tin suất thay đổi gần như ở tit cã các vùng trên toàn cầu, các tác động của hạn đến nhiễu lĩnh vực cũng khác nhau theo không gian và thời gian Như vậy để có được một định nghĩa

chung nhất về hạn han thì rất khó

D.A Wilhite [2] cho rằng mặc dit các nhân tổ khi hậu (nhiệt độ cao, gió mạnh, độ âm

ương đổi thấp) thường gắn liễn với hạn hán ở nhiều vùng trên thể giới và có thể lâm

nghiêm trọng thêm mức độ hạn song lượng mưa vẫn à nhân tổ ảnh hưởng chỉnh gây rahạn hin và tác giả cũng đã đưa ra một định nghĩa về hạn: "hạn han là kết quả của sự

thiểu hụt lượng mưa tự nhiên trong một thời kỳ dài, thường là một mùa hoặc lâu hơn”,

Chính vì vậy, han hn thường được gắn iễn với các khoảng thời điểm (mùa hạn chính,

sự khởi đầu muộn của mùa mưa, sự xuất hiện mưa trong mồi liên hệ với các giai đoạn.

sinh trường chính của cây trồng) và đặc tinh của mưa (cường độ mưa, các dgt ma) Với

các thời điểm hạn xuất hiện khác nhau sẽ dẫn đến các sự kiện hạn khác nhau về ác động,

phạm vi ảnh hưởng cũng như các đặc tính khí hậu của bạn khác nhau.

Trong cuốn sách nói về hạn hắn va nông nghiệp (Drought and agriculture) của tổ chức

WMO (Khí tượng Thể giới) [3], thì hạn hán được phân thành 4 loại là: (1) Hạn khí

tượng: 2) Hạn thủy văn: 3) Hạn nông nghiệp, (4) Hạn kinh tế xã h

hụt nước trong suốt

(1) Hạn khí tượng (Meteorological Drought): Là hiện tượng thiế

một khoáng thời gian nao đó do sự mắt cân bằng giữa lượng giáng thủy và bốc hơi, hạn khí tượng phản ánh đặc trưng vật lý hạn hán Hạn khí tượng không phản ánh được ảnh

thưởng của sự thiểu hụt đồng chấy nhưng lại phản ảnh tt sự thiết hụt nước thực tẾ

2) Hạn nông nghiệp (Agricultural Drought): Thường xây ra ở nơi độ âm đắt không đáp

ứng đủ như iy trồng cụ thể ở thời gian nhất định và cũng ảnh hưởng đếncủa một

vật nuôi và các hoạt động nông nghiệp khác Mối quan hệ giữa lượng mưa và lượngmưa thắm vào đất thường không được chỉ rõ Sự thẳm thấu lượng mưa vào trong đất sẽ

Tụ thuộc vio các đi kiện âm trước đó, độ đốc cũ đất loi đất, cường độ mưa Hạn

nông nghiệp xây ra sau hạn hắn khí tượng, bởi vi hạn khí tượng có ảnh hưởng đến lượng

ước có trong đắt, khả năng giờ nước trong đất thấp thi khả năng xảy ra hạn nông nghiệp

si cao và ngược li Vĩ đụ, một số loại đất có khả năng giữ nước tốt hom th cúc loại đắt

đố itbj hạn hơn,

(3) Hạn thuỷ van (Hydrological Drought): Liên quan đến sự thiếu hụt nguồn nước mặt

và nguồn nước ngằm Né được lượng hóa bằng đồng chảy, tuyết, mực nước hd, hồ chứa

hiện trễ hơn hạn khí tượng vả nông nghiệp, sau khi

va nước ngầm Hạn thủy văn xu

thúc một đợt hạn khí tượng và nông nghiệp tỉ hạn thủy văn phái mắt một khoảng thời gian đài mới kết thúc Cũng giống như hạn nông nghiệp, hạn thủy văn không chỉ ra

cđược mỗi quan hệ rõ rằng giữa lượng mưa và trang thấi cung cắp nước b mặt trong cá

hồ, bể chứa, ting ngập nước, đồng suối Bởi vì quá tình hình thành dòng chảy rt phức

tạp và phụ thuộc vào nhiều thành phần trong hệ thống thủy văn, như sự tướitều, kiểmsoit lũ lục vận chuyển nước, phit điện, cung cắp nước sinh hoạt và bảo tồn môi trường

(4) Hạn kinh tễ xã hội khác hoàn toàn với các loại hạn Khóc, Bởi nó phản ánh mỗi quan

hệ giữa sự cung cấp và nhu cầu hàng hóa ánh tế (vỉ dụ như cung cắp nước, thủy điện)

nó phy thuộc vào lượng mưa Sự cung cắp dé biển đổi hàng năm như là một hàm của

lượng mưa và nước Nhu cầu nước cũng dao động và thưởng có xu thể tăng do sự tăng

dân số, sự phát iễn của kinh tế va các nhân tổ khác,

Khi lượng mưa hiệu qua giảm, lượng bốc hơi tăng trong quá trình thay đỏi khí hậu s

đến biểu hiện đầu tiên của hạn hán đó là hạn khí tượng Hạn khí tượng sẽ quyết định.

én việc có xuất hiện hạn hắn hay không và nó cũng là cơ sở phát sinh các loại hạn hán

ˆhác Khi thảm phủ thực vật day (như rùng rm) sẽ làm giảm tốc độ dòng khi có lợi cho

qué trình ngưng tụ hơi nước din đến lượng mưa tăng, ngược ai khỉ thâm phủ thực vật

mỏng sẽ lim tăng tốc độ dòng khí làm giảm khả năng gây mưa Do đó, hạn khí tượng,

xây ra ở một mức độ nào dé sẽ dẫn đến hạn nông nghiệp, hạn thủy văn và ngược lại

Sản lượng nông nghiệp chủ yếu phụ thuộc vào công tác thủy lợi, thậm chi khi lượng

mưa và độ âm dit giảm nhưng cây trồng vẫn cho năng suit cao, Hạn thủy văn cũng có

tác động đến hạn nông nghiệp; hạn thủy văn là trang thái khô cần cực đoạn của lưu vực

ất là một quý hoặc 1 năm), quá trình hình thành

trong một khoảng thời gian dai (it

dong chảy bao gồm toàn bộ quá trình vật ly của lưu vực như lượng mưa, bốc hơi mặt

xuông, bốc hơi mặt đắt và quá trình ngẫm từ mặt đất xuống ting nước ngằm Hạn thiyvăn làm cho lượng nước trong lưu vực thiểu hụt, mực nước ngằm hạ thép im ảnh hưởng

ng tá thủy lợi, gây khó khăn cho việc cung cấp nước cho cây 4] Tửnhững phân

tích ở trên cho thấy, 4 loại hạn han ở trên có sự iên quan và tương hỗ chật chế với nhau,

được thể hiện như trong hình 1.1

> Hạn kinh tế xã hội

+

Hạn khí tượng

Hạn thủy văn nông nghiệp | _

Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ giữa các loại hạn bán [5]

Ghi chú: née liền là mắt liên quan trực tiếp, nét đứt là mỗi liên quan giản tiếp

1.1.2 Các chi: lạm

“Theo H Hisdal & L M Tallaksen [6], thuật ngữ “định nghĩa thời kỳ hạn hán” vả “chỉ

sé hạn hin’ vẫn còn chưa rõ răng Chỉ số hạn hin thường là một con số đặc trưng cho

trạng thái chung của hạn han tại một thời điểm đo được Còn định nghĩa một thời kỳ hạn.

hắn được áp dung để lựa chọn các thời kỳ hạn hin trong một chuỗi thời gian bao gồm

su bắt đầu và kết thúc của các đợt hạn hắn Vige dự tính bạn hin dựa trên các chỉ số hạn

ết bởi WMO [3] và Richard R Heim [7] Tuy nhiên, mỗi chỉ số

"hạn han đều được lựa chọn sao cho phù hợp với khu vue nghiên cứu và mục đích nghiên

"hắn được trình bay chỉ

số đã được dùng phổ biển trên thể giới

cứu Dưới đây là một số

1.1.2.1 Chỉ số hạn khí tượng

Hạn khí tượng là sự thiếu hụt lượng nước bắt thường được tạo ra do sự mắt cân bằng

giữa lượng giáng thủy và bốc hoi, chi số hạn khí tượng chủ yếu được tinh toán từ các,

xế tổ như lượng giáng thủy, nhiệt độ không khí, bc hơi và các yêu tổ khí tượng khác.Chi số hạn khí tượng thường được phân thành hai loại là chi số giáng thủy và chỉ số đayếu 6 khí lượng

(1) Chỉ số giáng thủy

DTin số phân bổ giáng thu} hàng năm

Phân bổ giíng thủy là một trong những dạng nhận biết cơ bản của hiện tượng hạn hintrong một vùng nhất định Và tằn số phân bố giáng thủy được xác định trong khoảng

“Trong đó: P là lượng giáng thuỷ trong một năm xem xét; P là lượng giáng thuỷ trung

bình trong thời kì chuẩn; 6 là độ lệch chuẩn.

Chi số chuẩn hóa lượng mura (Standardized Precipitation Index ~ SPL)

SPI là chi số dựa vào khả năng có thé của giáng thuỷ cho bắt cứ thang thời gian nào Chỉ

số SPI được xác định như sau:

(R-R,,)

o

SPI= ay

“Trong đó: R là lượng giáng thuỷ trong khoảng thời gian xác định; Ry là lượng giáng

thuỷ trung bình trong khoảng thời gian xác định đó; ø là giá tị độ lệch chuẩn.

Năm 1993, SPI đã được MeKe và cộng sự IS] phát triển để tinh toán các thời kỳ khô

hạn và âm ớt với các quy mô thời gian khác nhau Những quy mô thời gian này phản

nh tác động của hạn hắn đến sự thay đổi tải nguyên nước khác nhau, Đi kiện độ ẳmđất phản ánh mức độ dj thường của giáng thuỷ trong thời gian ngắn, trong khi đỏ nước

mặt, ding chảy và bể tích trữ nước lại phản ánh những di thường giáng thuỷ rong thời

gian đài Từ những nguyên nhân này, MeKee và cộng sự đã tinh toán SPI cho những

suy mô thời gian dai như 3, 6, 12, 24 và 48 thing SPI có thể được tớc tính cho những

«quy mô thời gian khác nhau,có thé cung cắp sớm lời cảnh báo về hạn hắn và giúp đánh,

gũi hạn hân khắc nghiệt và nó cũng dé nh toán hơn các chỉ sổ khác, Tuy nin gii tị

của nó lại đựa vào dữ I u sơ bộ có t thay đồi, SP tinh toán ch bit cử vững nào dựa

vào số liệu thống ke lượng giáng thuỷ dai han cho một thời ki yêu edu, Giá trị SPI đương

cho biết lượng giáng thuỷ cao hơn gi trì rung bình nhiều năm, trong khi đ giả trị âm

cho biết lượng giáng thuỷ thấp hơn giá tị trung bình nhiều năm Bởi vi SPI được chun

hoá, khí hậu âm hơn và khô hơn có thé được trình bảy theo cách như vậy, và thời kì âm.

cũng có thể được giảm sắt khi sử dung SPI Theo WMO, thi trạng khô hạn hay dm ướt

.được phân cắp theo chỉ số SPI như bảng 1.2

Bảng 1.2 Phân cắp hạn hin theo chỉ s6 SPI 9]

Chis6 SPL Điễu kiện khí hậu

=2.0 Cực kỷ âm

151.99 Rất im10+ 1.49 ‘Am vừa

0504099 ‘Amnhe

0.49 + 0.49 Binh thường.

050-099 Hạn ng

Hạn vita Han ning

Hạn eve nặng

(2) Chỉ số đa yếu tổ khí tượng

Chi số cán cân nước (K)

K là chí số thông dụng ở Việt Nam, được tính theo công thúc sau (WMO [3))

q2)

“Trong đó: E là lượng bốc hơi và R là lượng mưa trong khoảng thời gian xác định.

Han xây ra khi lượng bốc hơi bắt đầu vượt quá lượng mưa rơi xuống Qua đó ta có các

ngưỡng chỉ tiêu theo bảng sau:

Chi tiêu hạn khí tượng Su.

Chi tiêu Sa là chỉ số mang tên tác giả người Nga Sazonop, được xác định dựa vào sự

mit cin bằng về lượng mưa và nhiệt độ không khí trong một thời kỳ dài nào đó,

Hạn khí tượng, một hiện tượng tự nhiên được coi là thiên tai do sự thiểu hụt nghiêm.

trọng về lượng mưa so với mức chuẩn khí hậu xảy ra trong một thời gian dải Dựa vào

lí do đó, các nhà khí tượng trên thé giới đã đưa ra nhiều dang chỉ tiêu để xác định hạn

tuỳ sự phù hợp với điều kiện khí bậu vùng đó Trong số đó, tác giả Sazonôp đã đưa ra

chi tiêu Sa.T (lấy tên lả chi tiêu SaZonov), dựa vào sự mat cân bằng về độ lệch so vớichuẩn giữa bai yếu té khí hậu: lượng mưa và nhiệt độ Chỉ tiêu này được xác định bởi

công thức sau

Sái=S - a3)

Trong đó

AT: Chuẩn sai nhiệt độ thing (hoặc trong một thời kỳ dai nào 46)

oT: Độ lệch tiêu chuân nhiệt độ tháng (hoặc cũng một thời kỳ AT)

AR: Chuẩn sai lượng mưa tháng (hoặc cùng một thời kỳ với AT)

OR: Độ lệch tiêu chuẩn lượng mưa tháng (boặc cùng một thời kỳ AR)

‘Theo công thức (1-3) thì mức độ hạn - ing được đánh giá bằng giá trị của Sa như sau

Sa > 1: khô han; Sal < - 1: dv thửa nước;

Sal > 2: han nặng: Sal < - 2: ng ngập.

D Chỉ số chuẩn hú lượng mưu và bốc hơi (Standardized Precipitation

Evapotranspiration Index - SPEI)

Dé nghiên cứu và theo dõi quá trình hạn hán dưới sự ảnh hưởng của hiện tượng nóng.

lên toàn cầu S M, Vicente-Semano, và cộng sự [10] đã đề xuất ra chỉ sổ chuỗn hỏa lượng

mưa và bốc hơi, trong quá trình tính toán chỉ số SPEI sẽ dựa vào chỉ số (D) là hiệu số

số (D) cho biết sự dự thừacủa lượng mưa (P) và lượng bốc hơi tiém năng (PET), el

hoặc thiểu hụt độ âm, từ đó xác định được các điều kiện ẩm ướt và khô hạn Mỗi thời

đoạn tăng giảm lượng nước có thể được định nghĩa như sau;

D.=P,-PET, q4)

“Trong đó: PET sử dụng phương pháp Thomthwaite để tinh toán, trong chuỗi ting giảm

của him lượng nước có thể xiy ra giá tr âm Vì vậy, chỉ số SPEI sử dụng 3 tham

phân bổ xác suất loglogistic để mô tả xúc suất của một sự kiện, dạng hàm số xác suất

tích lũy như sau:

cây trồng, giống cây trồng Như vậy, chi số hạn nông nghiệp có liền quan đến khi hậu,

cây tring, đất và các yếu tổ môi trường khác, Chỉ số hạn nông nghiệp nói chung có hailoại là: chỉ số độ âm đất và chỉ số hạn cây trồng

Ooni ương dỗi cia đắt (Relative soil moisture index - RSMI)

[Nam 2006, Trung Quốc đã xây dựng bộ tiêu chun quốc gia về các chi sé han để đánh

giá han hin [11], trong đó có chi số hạn về độ ẩm tương đối của đất (Relative soil

moisture index - RSMI), RSMI là chỉ số dya vào didn biển độ âm tương đối của đắt để

phân cấp và đánh giá diễn biến hạn hắn

‘Bang 1.4 Phân cấp hạn hin theo chỉ số độ âm tương đối của đất RSMI

qr] Độ Âm tương đối của | Mức độ

đất RSMI (10:20 em) ˆ hạnhán Ảnh hướng của hạn hin

Độ âm bình thường, không cố dẫu

hiệu của hạn hin

ốc hơi bê mặt thắp, không khí

t bê mặt bị khô

BE mặt dit bị khô, lá cây có hiện

| tượng héo

Ting đt bị hạn ting din, cây bắt

dầu héo,l khô, quả rụng

Hạn rất | BẺ mặt đất hau như không có bốc

Tặng hơi, cây khô héo và chết

1 RSMI 60% Không bạn

2 | 50%<RSMI<60% | Hạnnhẹ

3 | 40% <RSMI<50% | Han via

4 | 30%<RSMI<40% | Han nang

5 RSMI < 30%

Chi số độ Âm đắt bắt thường (Soil Moisture Anomaly Percentage Index-SMAPD)

Năm 1988, KH Bergman, và cộng sự [12] đã đề xuất ra chỉ số độ âm đất bất thường(SMAPT) để mô tả tinh hình hạn bán trên phạm vi toàn cầu Chỉ số độ im đất bất thường

là chỉ s6 biểu thị giá tr sai lệch tính theo tủa độ ẩm đất thực tế so với độ ẩm trung,

bình nhiều năm tong cùng một thời kỳ tính toán, Người ta cho rằng độ ẩm trung bình

trong nhiễu năm ở một thời kỳ nào đỏ là tương đổi ôn định, khi độ âm đất thực tế thắp

hơn mức trung bình nhiều năm thi xây ra tỉnh trạng mắt nước và khô hạn Chi số độ ẩm tắt bắt thường là một chỉ số hạn hán tương đối,

(3 Chỉ số khắc nghiệt han Palmer (Palmer Drougt Severity Index - PDSI)

“Chỉ số Palmer được phát triển bởi W, C Palmer [13] vào những năm 1965 và sử dụng

thông tin Š nhiệt độ và lượng mưa hing thing vào công thức xác định khô hạn Va bây

giờ, nó đã trở thành chỉ số thông dụng và là cơ sở để tính toán cho nhiều chỉ số khác,

PDSI được tính như sau;

PDSI, ` 0

Yới PDS! của thông đầu tên trong điều kiện khô hoặc âm bằng 47,

"rong đó, Z = Kea: Chỉ số dị thường ẩm

d=P-. =P-(aPE+ ØPR+ yPRO+ PL) 4)

=_ Giá tr của d được coi là độ Igch chuẩn độ âm Bến giá trị tiềm năng được tính toán

như:

+ Bốc thoát hoi tiềm năng (PE ) được tính bằng phương pháp Thomthwaite

+ Bỗ sung tiềm năng (PR) Lượng ấm cin thiết để đưa vào đất trường hợp tích trữ+ Thất thoát tim năng (PL) - Lượng hơi âm có th bị mắt từ đắt để bắc thoát hơi nước,trong suốt thi ky lượng giáng thùy bằng 0

+ Dang chảy tiềm năng (PRO) - Sự chênh lệch giữa giáng thủy tiềm năng và PR

lậu được tinh như là ỷ lệ giữa trung bình của các giá tị thực tẾ so với

tiềm năng cho 12 tháng:

RIPR,

a=ETIPE, JPL cho 12 tháng

K là một yêu tổ trọng lượng Giá tr của K được xác định từ các bản ghỉ khí hậu thực tế

trước khi tính toán Palmer đưa ra các mỗi quan hệ thực nghiệm cho K như sau:

d8)

Oday, D, là giá trị trùng bình tuyệt đối của d, và K, phụ thuộc vào nguồn cung cấp

và nhủ cầu nước trung bình, được xác định:

Ki=1 sto (8u;

s)P-“Trong đó, PE là lượng bốc thoát hơi tiém năng, R là lượng bổ sung, RO li đồng chảy, P

Joos a9

là giáng thủy va L là lượng thất thoát.

Uu điểm: La chi số hạn tổng quất đầu tiên được sử dụng rong rãi, và PDSI rt có hiệu

qua đối với hạn nông nghiệp vi trong công thức tính toán có tính cả độ ẩm của đất

Một số han chế của chỉ số PDSI: Khi tính toán theo chỉ số PDSI thi hạn hán sẽ xuất hiện

chim hơn so với các đợt hạn khoảng vai tháng, đặc điểm này đã hạn chế việc ứng dụng chỉ nay ở nhiều khu vực có các cực trị khí hậu thưởng xuyên xây ra, chẳng hạn như.vũng tay nam Châu A nơi nhiều vũng rộng lớn bị thống tr bởi khí hậu gid mùa Một

vn để quan trọng nữa liên quan đến việc sử dụng PDSI đó là sự tính toán khá phức tap

gu khí tượng đầu vào Việc ứng dung chi số nảy ở Châu A nói

chung hay ở Việt Nam nói riêng nơi mang lưới quan tắc thưa thớt là một hạn chế ding

kế

Bang 1.5 Phân cấp hạn theo chỉ số PDSI [L3]

PDSI Điều kiện

>40 Cực âm

3.0 + 3.99 Rất âm2.0 +2.99 Am vita

3.0 + -3.99 Hạn nặng

E=ni Han nghiệm trọn

Phi sé chuẩn hia độ âm dit Standardized Soil Moisture Index SSI)

ĐỂ phản ảnh mức độ âm ướt và khô han, năm 2013 Zengchao Hao & Amir Agha

Kouchak [14] đã đề xuất ra chỉ số chuẩn hóa độ am dat (Standardized Soil Moisture

Index - SSI) để giám sắt hạn hin, SSI được tinh tin dựa trên diễn biến độ ấm của đắtphương pháp tính toán và phân cắp mức độ hạn hắn theo chi số SSI cũng giống như chỉ

số SPI (bảng 1.2)

Chi số độ Âm cây tring (Crop Moisture Index - SMI,

Chi số độ âm cây trồng (CMI) là một sản phẩm phy của chỉ số PDSI Năm 1968, Palmer

đã hit lập phương tình tính toán gus tình chỉ số PDSI để đánh gi tinh trạng nước

trong thời đoạn ngắn của vùng trồng cây [15] PDSI được tính toán dựa rên giá tị trung

Đình twin của nhiệt độ không khí và tổng lượng mưa, và đánh giá tị số PDSI hàng twinthông qua chỉ số bốc hơi và độ âm bắt thường Một thời kỳ hạn xuất hiện khi chỉ số CMLnhỏ hơn không, khi CMI nhỏ hơn không biểu thị lượng bốc hơi không đủ, khi CMI lớnhơn không biểu thị lượng bốc hoi thực té lớn hơn lượng bốc hơi của cây trồng hoặc

lượng mưa lớn hơn lượng nước mà cây trồng edn Chỉ số CMI có thể cho thấy ngay

n sắt ảnh

được tỉnh hình biến đổi lượng nước trong thời gim ngắn, CMI chủ yếu gi

hưởng của

thời đoạn đài thì không phản ánh được tinh hình hạn hán.

ju kiện nước trong thời đoạn ngắn tới sự phát triển của cây trằng, còn theo

(6) Chỉ sé han cây wong

Chi số hạn cây trồng dựa trên đặc điểm sinh lý, sinh thái của cây trồng để thành lập,thông qua việc giảm sát quả trình sinh trưởng của cây trồng, nhiệt độ của lá và him

lượng nước của lá để xác định mức độ ảnh hưởng của han bán Tay thuộc vào nội dung

giám sit mà chỉ số hạn cây trồng có thé chia thành các loại chỉ số như sau: Chỉ số trang thái thực vật [l6] (Vegetation Condition Index - VCD), chỉ số trạng thái nhiệt độ

(Temperature Condition Index TCI) và chỉ số thiểu hụt nước (Water Deficit Index

-WDD [171

1.1.2.3 Chỉ số han thủy van

Chi số hạn thủy văn thường dùng bao gồm chỉ số tổng lượng nước thiếu hụt và chỉ số

cung cấp nước mặt (Surface Water Supply Index - §WSI)

Deni số ting lượng nước thắt hụt

“Chỉ số tng lượng nước thiểu hụt là một chỉ số hạn thủy văn truyền thông, được tỉnh như

sau: § = D«M, Trong đố: S là tổng lượng nước thiểu nước: D là thời gian duy tì tỉnh

trạng thiểu hụt nước của thời đoạn tính toán; M là lưu lượng thiếu hụt so với lưu lượng

whut lis bình quan của lưu vực Chỉ ống lượng nước tỉ mm, khi gi tị tuyệt đối

cảng lớn thi tình hình hạn cảng nghiêm trọng, hạn hán kết thúc khi chỉ số tổng lượngnước thiệu hụt lớn hơn hoặc bằng không, Năm 1966, PH Herbst, và công sự [1S] đã

sử dụng lượng mưa thing hoặc dong chảy tháng để kiểm nghiệm và phân tích tinh hình.

hạn hắn bằng chi số tổng lượng nước thiểu hụt

2 Chỉ số cung cấp nước mặt (Surface Water Supply Index ~ SWSI)

Chi số cấp nước mặt (Surface Water Supply Index - SWSI) được đề xuất bởi B, A.Shafer & L E Dezman [19] năm 1982, và đang được sử dụng khá rộng rã ở nhiều bang,

ccủa Hoa Kỳ, SWSI tích hợp dung tích hỗ chứa, lưu lượng đồng chảy mặt, mưa vivhose

tuyết thành một chỉ số duy nhất SWSI được tính theo công thức:

“Trong đồ a,b vàd là các trong số đối với các thành phần tuyết, mưa, đồng chảy mặt

và dung tích hỗ chứa trong cân bing nước lưu vực (atb+etd=l); Pyoons Pry Pats và

Pos lã sắc xuất (%) không vượt quả của các thành phần cân bằng nước tương ứng (P(X<A))- Chỉ số SWSI được tinh với th

+42 Giá tị âm th

liệt Giá trị dương thể hiện tinh trang dư thửa nước Bảng 1.6 thể hiện thang phân cấp, hạn theo SWSI

đoạn thắng và có giá tị trong khoảng từ -42 đến

n mức độ thiểu nước, giá trị cảng nhỏ mức độ khô hạn cảng khốc

Bảng 1.6 Phân cấp hạn theo SWSI [19]

SWSI [ Tinh trang cấp nước

“Chỉ số hạn hán kinh té-x8 hội có thé đánh giá định lượng được ảnh hưởng của hạn hin

đến tình hình kinh té-x2 hội, thiệt hại kinh tế của các ngành như vận ải, du lịch, phát

điện và các ngành công nghiệp khác có quan hệ chặt chẽ với cường độ và thời gian day

trì hạn hán, Năm 1990, L Ohlsson [20] đã đề xuất ra chỉ chan hiếm nước xã hội

(Social Water Scarcity Index - SWSI)

‘Céng thức thính toán chỉ số SWSI như sau:

thản ảnh ảnh hưởng của hạn hắn tới xã hội

hội được cung cấp đủ nước và không bị hạn, khí SWSI = 6 + 10 thì xảy ra hạn nhẹ,

SWSI = 11 + 20 thì xây ra hạn nặng, SWSI > 20 thi xay ra hạ rất nặng

1.1.3 Các đặc reg cũu hạn hắn

‘Theo D.A Wilhite [2] và M Singh [21] khi so sánh các đợt hạn hán với nhau, các tác

giả thấy rằng mỗi đợt hạn hin thường khác nhau bởi ba đặc trưng sau đây: cường độ,

thời gian, sự trả rộng theo không gian của hạn hin,

(1) Cường độ hạn hin được định nghĩa là mức độ thiểu hut lượng mưa hay mức độ ảnh

hưởng hạn han kết hợp với sự thiểu hụt đó Nó thường được xác định bởi sự chêch khỏi

mức độ trưng binh của các chỉ số khí hậu và liên quan mật thiết vớ thời gian xác định

cảnh hưởng của hạn.

(2) Thời gian hạn han chỉ khoảng thời gian một đợt hạn hắn kéo dai, thông thường nó.

ko đãi ít nhất là hai đến ba tháng, san đ có thể kéo di hàng năm,

(3) Han hán còn có sự khác nhau theo không gian Hạn có thể xảy ra trên nhiều vùng

với diện tích hàng trim km? nhưng với mức độ gần như không nghiêm trọng và thôi

gian tương đối ngắn Hạn lục địa cổ thể trải ộng trên nhiều vùng với diện tích hàng

‘trim, hàng nghìn km? đặc biệt la các trường hop nj n trọng hạn có thể trải rộng hing triệu km, có khi chiếm gn nửa đại lục (WMO [3]) Diện tích bị ảnh hưởng bởi hạn hán.

có thé tăng din lên khi hạn nghiêm trọng xây ra và các vùng hạn hán có cường độ hạn

cực đại cũng sẽ thay đổi từ mùa này sang mùa khác,

1.2 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thé gi

12.1 Tình hình hạn hán trên thé giới

“Trong những thập ky gin đây hạn hán xảy ra nhiều nơi trên thé giới thiệt hại

về kinh tế, ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường sinh thái Hàng năm cókhoảng 21 triệu ha đất biến thành đắt không có năng suất kinh tế do han hán Trong gần.1/4 thể ky vừa qua, số dân gặp rủi ro vì hạn hán trên những ving đất khô cần đã ting

hơn 80%

sinh sống, Đẳng hành với hạn hin, hoang mac hod và sa mac hoá trên thể giới cũng ngày

Hơn 1/3 đất dai thé giới đã bị khô cần mà trên đó có 17,7% dân số thể giới

cảng lan rộng từ các vũng đất khô hạn, bản khô hạn đến cả một số vùng bán âm tớt

26,3% đất tự nhiên thé giới

ấp 250 triệu

Diện tích hoang mạc hoá đ lên đến 39,4 triệu km’, chỉ

và trên 100 quốc gia chịu ảnh hưởng Nguy cơ đồi và khát do hạn hán uy

con người trên trái đắt, kèm theo đó còn ảnh hướng tới môi trường khí hậu chung toàn

cầu (WMO [22)) Một số vi dụ điễn hình dn hạn hin tại các quốc gia

Tại Trung Quốc, từ năm 1876 đến 1879, hạn hắn và lũ lụt đã gay ra nạn đố lịch sử, làm

chất khoảng 9 đến 13 triệu người Năm 1958 đến 1961, mưa lũ diễn ra ở nhiễu vũng,sau dé là các đợt han hin nghiêm trọng và kéo dài đã gây mắt mùa khiến sản lượng ngũcốc giảm khoảng từ 25 đến 30%, khiến khoảng 16,5 triệu người thiệt mạng va đây đượccoi là nạn đối khủng khiếp nhất rong lịch sử nước này, trong các năm 1994 và 1995,

mỗi năm có từ khoảng 27 đến 55 trigu ha đắt nông nghiệp bị ảnh hưởng do thiên ti có

liên quan đến hạn hn, chỉ ínhriêng năm 1994 đã làm tổn thất khoảng 25 triệu tấn lươngthực, Mùa xuân năm 1995, han hắn lan rộng khắp nơi, tại phần lớn các tinh phía Bắc:

‘Trung Quốc có lượng mưa giảm từ 50-80% so với bình thưởng, một số vùng không có

mưa hoặc tuyết Thêm vào đó, gió mạnh và nhiệt độ cao đã góp phần làm cho hạn hin

cảng thêm nặng nẺ Kết qua là nhiều ving thuộc tỉnh Hà Bắc, phía Bắc tinh Sơn Tây và

Thigm T phía Đông tinh Cam Túc, phía Tây ving Nội Mông, miền Trung và Đông

tỉnh Sơn Đông, một số vùng tại tỉnh Giang Tây, tỉnh An Huy tại m én Đông Trung Quốc.

bị hạn nặng Đền đầu thing 5/1995 đã có hơn 10 tigu người và hơn Š triệu gia súc

thiểu nước sinh hoạt, Mùa hè năm 2000, han hin kéo dai 3 tháng liên tục tại nhiễu địa

phương đã làm cho tổng sản lượng lương thực ở Trung Quốc giảm 9% [23]

6 Inđôi ia, từ năm 1982 đến 1953, hiện tượng El Ninô xây m đồng thỏi với hạn hin

và làm cho 420.000 ha ruộng lúa bị ảnh hưởng do thiếu nước, 158.000 ha bị mắt trắng.

và 3/7 ha rừng gỗ tái sinh bị chấy tr Năm 1991, hiện tượng El Ninô cùng với nắngnồng đã gây ra hạn han nghiêm trong nhit trong lich sử, gây tổn th lớn đến sản xuất

nông nghiệp làm 483.000 ha trong đó có 190,000 ha lúa bị huỷ hoại hoàn toàn, buộc.

chính phủ phải nhập khẩu khẩn cắp 600.000 tin lương thực Hạn han cũng là nguyên

nhân gây ra cháy rùng, tai Kalimantan ở Inđônêtia 88.000 ha rùng bị chấy Đây là vụ

chy rừng lớn nhất trong lịch sử tại quốc gia này, chay lớn đến nỗi lớp khỏi dây đặc do

nó tạo ra đã bao phủ toàn bộ đảo Kalimantan, lan tới tan các nước láng ging là

Singapore và Malabda rong tháng 9 và thing 10 năm 1991 và chấy rừng âm i kéo đài đến tận 29/4/1992 Trong những năm 1997-1998, do ảnh hưởng ca hiện tượng El Ninô,

các nước trong khu vực Đông Nam A (trong đó có Việt Nam) hau như không có mưa,nhiệt độ không khí cao đã gây chiy rùng ở nhiễu nơi, trong đồ cháy rimg xây ra nghiêm

trọng nhất là ở Inđônôxia và Malaixi (24,25

LỞ châu Phí, một trong những khu vực điễn bình thường xuyên xảy ra hạn bán và cũng

vì hạn bắn xay ra triển miên đã là nguyên nhân gây ra nghèo đối và chiến tranh, trong

đó có nhiều cuộc chiến tranh chỉ đơn thuần xuất phát từ việc tranh dành nguồn nước

Do nguồn nước phân bổ không đều, nên nhiễu vùng tại châu Phi, hạn hin mang tinh

thường xuyên đã gây nên sự suy giảm nguồn lương thực, năng lượng và nước rất phobiển [26] Những thông bảo vé sự suy giảm của nén kinh tế và môi trường tạ châu lục

này dang gây mỗi lo ngại cho nhiều quốc gia trên thé giới Theo OTA (Ofiee of

Technology Assessment), do hạn hin kéo dài, sả xuất lương thực trong thời kỷ ừ 1975

đến 1985 tại Tây Phi đi m sit 25%, khiến cộng đồng quốc tế đã phải to giúp 15 tỷUSD nhưng vẫn không cải thiện nổi nền kinh tế bị sa sút của các nước ở khu vực nảy

Noi điễn hình chịu tác động nghiêm trọng nhất của hạn hắn tại châu lục này là nước

“Công hỏa Sudan vào mùa xuân năm 1984, mắt mia làm nạn đối lan rộng, trong đó ba

tinh Kordofan và Darfurở miễn Tây và tinh Red Sea (Biển Đỏ) ở miền Đông Sudan là

bị đối nghèo nặng né nhất Tinh trang thiếu đói đã ảnh hưởng đến một nữa dân số,

khoảng 20-25 triệu người và kim chết khoảng 3% dân số trong vòng một thắng Khoảng

2,5 triệu người phi di cư ra thành phố hoặc đến các khu vực phía Nam Hạn hin kéo

đài tại tinh Kordofan đã làm sa mạc đã tiến về hướng Nam khoảng 90-100 km trong

võng 17 năm, trung bình mức sa mạc hod từ S đến 6 km hàng năm Đợt han tại Sahel năm 1974 đã làm chết tới 300,000 người và ảnh hường đến 150 triệu người do bị đối và

uy dinh dưỡng Trước đó, những đợt hạn ign ti trong thời gia 6 năm (1968-1974)4a làm cho số người bị chết vóc tính từ 100.000 đến 300.000 người Tại Mai, hạn hắn

‘kéo dai đã làm cho sa mạc Sahara mở rộng xuống phía Nam khoảng 350 km trong vòng

20 năm, kết quả là đã có 1,5 tỷ ha vốn là đất canh tác bién thành hoang mạc,

Tại Hoa Kỳ, sin xuất công, nông nghiệp và dịch vụ phát tiển cao, đồng thời cũng là

quốc gia sử dụng nước nhiều nhất rên Do vậy, những năm bị hạn hán, thiệt hại

về kinh tế ở nước này la rit nghiêm trọng Hoa Kỳ cũng là nước quan tâm nhiều đến vin

đề hạn hán và có nhiều cơ quan nghiên cứu về hạn hán Theo kết qua thông kê về những.thiệt hại do bão, lũ lụt va hạn han gay ra trong thời gian 100 năm gần đây cho thầy mứcthiệt hại bình quân hang năm do hạn hán gây ra la lớn nhất, từ 6-8 ty USD, tiếp sau đó

là do lũ lụt khoảng 2,41 ty USD và sau cùng là do bão khoảng từ 1,2 đến 4.8 tỷ USD

thing ke, thiệt hại về kinh tế do hạn hán

“Cũng theo s

1988, khoảng 39,4 ty USD,

bao gồm mắt mắt về nông nghiệp, ning lượng nước, sinh thi và các vin để khác,

ra, cao nhất là vào năm tương đương với mức thiệt hại năm 1998 cũng do hạn

chiếm hơn 39 ỉ USD Vé thời gian, hạn bán cũng hết sức dai ding, có thé kéo dai hàng

thing, hing năm, thậm chí hàng thập ky Theo tài liệu thống kê của Cơ quan Quản lý

lưu vực sông và khí quyền đại đương quốc gia Hoa Kỳ cho thầy, tại một số nơi liên tục

cố hạn trong cả 100 năm, lưu vue sông Missouri có đến 90 năm bị hạn có ở mức độ khác nhau [7].

“Thiệt hại do han hán gây ra ở nhiều nước trên thể giới là rất nghiêm trong,

"người và tai sản, Thực tế, các con số thiệt hại nêu trên rit khó có thể được thông kê một

cách chính xác do số liệu thống kê chưa đầy đủ hoặc giá cả trong quá khứ và hiện tại là

khác nhau [2]

1.2.2 Các nghiên cứu về hạn hin trên thé giới

Trên thé giới, 6 rắt nhiều tác giả nghiên cứu về hạn bản, Nhưng do tính phức tạp củahiện tượng này, đến nay vẫn chưa cỏ một phương pháp chung cho các nghiên cứu về

hạn han Trong việc xác định, nhận dạng, giám sát và cảnh bảo hạn hán, các tác giả.

thường sử dụng công cụ chính là cúc chỉ số hạn hin Việ theo dõi sự biển động của giá

trị các chi số hạn hán sẽ giúp ta xác định được sự khởi đầu, thời gian kéo dai cũng như cường độ hạn Chi số hạn han là him của các biển đơn như lượng mưa, nhiệt độ, bốc thoát hơi, déng chày hoặc là tổng hợp của các, én, Mỗi chỉ số đều có ưu điểm, nhược

điểm khác nhau, và mỗi nước đều sử dụng các chỉ số phù hợp với điều kiện của nướcmình Việc xác định hạn hán bằng các chỉ số hạn không chỉ áp dụng với bộ số liệu quan.trắc mà côn áp dụng với bộ số iệu là sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực và mô hình

khí hậu toàn cầu Trong qué trình nghiên cứu hạn, việc xác định các đặc trưng của han

là hết sức cần t như xắc định: sự khỏi đầu và kết thúc hạn, thời gian kéo dai han,

phạm vi mở rộng của hạn, mức độ han,

"hạn với khí hậu [27].

in suất và mỗi liên hệ giữa những biển đổi của

Các phân ích về hạn án trên quy mô toàn cầu của Aiguo Dai, và cộng sự [2], theo

khu vực và địa phương của Benjamin Lloyd-Hughes & Mark A Saunders [29] đã thong

«qua các chỉ s hạn dựa trên số iệu mưa, nhiệt độ và độ âm quan trắc trong quả khứ cho

thấy số đợc hạn, thời gian kéo dài hạn, cũng như tằn suất và mức độ của nó ở một

đã ing lên đăng kể Nỗi bật ên trong nghiền cứu hạn rên quy mồ toàn edu là nghiên cứu của Nico Wanders, và ‘ong sự [30], trong nghiên cứu của mình tác giả đã phan tích

uu điểm, nhược điểm của 18 chi số hạn hán bao gồm cả chỉ số hạn khí tượng, chỉ số hạn

thủy văn, chi số độ ẩm, ri lựa chọn ra các chỉ số thích hợp để áp dụng phân tích các đặc

‘rung của hạn hắn trong năm vùng khí hậu khác nhau trên toàn cầu: vùng xích đạo, vùngkhô hạn cục, vùng nhiệt độ ẩm, vùng tuyết vùng dia cực Nhiều nghiên cứu cho thấy sự

giảm lượng mưa đáng kể di kèm với sự tăng nhiệt độ sẽ làm tăng quá trình bốc hơi, gây

a hạn hắn nghiệ trọng hơn (A V, Meshcherskaya & V, G, Blazhevich [31], cùng với

xu thé nóng lên trên toàn cầu giai đoạn (1980-2000), tn suất và xu thé hạn tăng lên và

xảy ra nghiêm trọng hơn vào bất cứ mùa nào trong năm, như ở Cộng hòa Séc cứ khoảng.

5 năm lại xây ra đợt han hin năng trong suốt mia đông hoặc mia hè, với mức độ nặng

và tin suất lớn nhất vào tháng IV và tháng VI (xây ra trên toàn bộ lãnh thỏ với tổng diện

tích là 95%): hạn xây ra vào các thắng mùa hè ở Hy Lạp ảnh hướng nghiêm trọng đến

hoa máu và sự cung cắp nước trong thành phố; ở Cộng hòa Moldova, cứ 2 năm thi li

có một đợt hạn nặng vio mùa thu [32] Bên cạnh sự gia tăng về tin suắt và mức độ hạn,

thời gian kéo dài các đợt hạn cũng tăng lên đáng kí thời gian xảy ra hạn có thể kéo vải

tháng đến vài năm ở nhiễu quốc gia Nghiên cứu hạn dựa trên bộ số liệu mưa và nhiệt

độ tháng quan trắc với bước lưới 0.5° trên toàn lãnh thổ Châu Âu 35°-70°N và 10°W (Benjamin LIoyd-Hughes & Mark A Saunders [29}) đã chỉ ra rằng thôi gian hạn

35°E-‘han lớn nhất trung bình trên mỗi ô lưới ở Châu Âu là 48 + 17 tháng, tin suất hạn hánsao hơn xây ra ở lục địa Châu Âu, thắp hơn ở bờ biển phía đông bắc Châu Âu, bở biểnĐịa Trung Hải, thời gian hạn kéo đài nhất thì xảy ra ở Italya, đông bắc Pháp, đông bắc.Nga, với thời gian kéo di là 40 thing Xukai Zou, và cộng sự [33] đã chỉ ra rằng hanhán ở phía bắc Trung Quốc có xu thể tăng lên kể từ su những năm 1990, đặc bigt có

vải vùng hạn hin kếo đài 4-5 năm từ năm 1997 đến năm 2003, Vì vậy, cổ thể nói trên

thể giới đã có rit nhiều các nghiên cứu về hạn han và di đến kết luận: D Hạn hán là hiện

+ sức phức tạp mà sự hình thành là do cả hai nguyên nhân: tự nhiên va con.

» Các yến tổ tự nhiên gây hạ như sự dao động của các đạn hoàn lư khí quyểnphạm vỉ rộng và các vũng xody nghịch, hoặ các hệ thống áp thấp cao, sự biển đồi khí

"âu, sự thay đổi nhiệt độ lớp nước biển bề mặt như El Nino); @ và các nguyên nhân do

con người như nhủ cầu nước ngày cảng gia ting, phi rừng, ô nhiễm môi trường ảnh

hưởng tới nguồn nước, quản lý đắt và nước kém bền vũng, gây hiệu ứng nhà kính.

Hiện nay, rit nhiều chỉ số: số hạn khác nhau đã được phát triển và ứng dụng ở các,

nước trên th giới như: Chỉ số âm Ivanov (1948), chỉ sổ khô Budyko (1950), chỉ số khôPenman, chi số giỏ mùa GMI, chỉ số mưa chuẩn hóa SPI, chỉ số chuẩn hóa lượng mưa

và bốc hơi SPEI, chỉ số Sazonov, chi số Koloskov (1925) hệ số khô, hệ số cạn, chỉ số

Palmer (PDS1), chỉ s6 độ âm cây ting (CMI), chỉ số cắp nước mat (SWS), chỉ số RDI

(Reclamation Drought Index) Kinh nghiệm trên thể giới cho thấy hầu như không có

một chỉ số nào có ưu điểm vượt trội so với các chỉ số khác trong mọi điều kiện Do đó,

việc ap dụng các chỉ sốhệ số hạn phụ thuộc vio cụ thể của từng vùng cũng như hệ thống cơ sở dữ a quan trắc sẵn có ở vàng đồ [34],

Nhằm mục đích giảm nhẹ tá hại của hạn hán, ở một số nước phát tiễn trên thé giới đã

thành lập ác tung tâm giám sắt, dự báo, cảnh bảo han hắn Nhiệm vụ chính của các trung tâm này là

1 Theo dõi, giám sắt, dự bảo và cảnh báo hạn hán;

2 Phối hợp với các ban ngành có iên quan dé để xuất và tiến hành các hoạt động ngăn

ngừa, phòng tránh và giảm nhẹ tác hại của hạn hắn;

3 Phối hợp với các cơ quan nghiên cứu khoa học xây dựng các phương pháp dự báo và

sảnh báo hạn i.

Kinh nghiệm va thành yu trong giám sit, cảnh báo hạn bản ở một vải quốc gia như sau

>ớwg

Đã thành lập Trung tâm Quốc gia về giảm nhẹ hạn hán (The National Drought

Mitigation Center ~ NDMC) Các dang thông tin về hạn hán được phát hành thường

uyên cho cic ngành ở Mỹ, đặc big acho nông nghiệp, bao gồm

sắt hạn bán toàn diện giữa các cơ quan của Bộ Nông nghiệp và Trung tâm Quốc gia

Giám sắt độ âm đất: Hiện trang độ Âm đất trên các bang/các khu vực;

*/ Giám sắt hạn hán của NOAA thông qua các chỉ số hạn, bao gồm: Chỉ số chuẩn hoá

lượng mưa, tỷ chuẫn lượng mưa hàng thing; Chỉ số han khắc nghiệt theo Palmer (cập

nhật hàng tuần): Chỉ số dm cây rồng (cập nhật hàng tuần)

"Đã tập trung vào 3 hoạt động bắt buộc của kế hoạch phòng chống hạn hán là: 1) Giảm

sất và cảnh báo sớm; 2) Đánh giá nguy cơ rủi ro và tác động; 3) Giảm nhẹ va ứng phó với hạn hán.

>ởứe

‘Tir năm 1965 đã thành lập tổ chức theo di

Drought Watch Service) với sự liên kết giữa cơ quan khí tượng Úc (BOM [35)) và cơ

phục vụ phòng chống han hắn (Bureau's

«quan nông nghiệp trê toàn quốc đến tận các bang Tổ chức này cung cắp thời điểm bắtdầu thống nhất dé cảnh báo hạntrên toàn quốc Những thông báo chính thúc về hạn hinđược kết hợp với những yếu tổ khác như mưa và trách nhiệm của các cơ quan khác củachính phú Ké từ khi thực hiện “Chính sich quốc gia vé hạn hắn” năm 199: tổ chức này

đã tiễn khai các công việc phân ích tinh hình mưa Các sản phẩm phân ích mưa được

sông bố thông qua bản tin thời iết hoặc qua website của tổ chức này Công giống như

ở Mỹ, các thông tin viễn thám được ứng dụng rộng rãi trong việc xây dựng các sản phẩm

vé giám sắt và cảnh báo hạn hán.

> Ở Thang Quác

“Chính phủ Trung Quốc rit coi trọng việc giám sit, dự báo và đánh giá ảnh hưởng của

"hạn han, Trung tâm Khí hậu Quốc gia (NCC) thuộc Cục Khí tượng Trung Quốc (CMA

[36)) được thành lập từ năm 1995 đã xây dựng và vận hành một hệ thông giám sát và

cảnh báo sớm hạn hin với nhiều sin phẩm khác nhau như các bản tin han hin hing

hàng nam Ở Trung Quốc đã thực hiện thành công việc đánh giá phạm vỉ ác bại ccủa hạn hắn, đặc biệt là giám sát han hản và dự báo, cảnh báo hạn hán cũng như đánh

giá mức độ ảnh hưởng Việc đánh giá, giám sắt và dự bảo hạn hắn được tiễn hành với

sự trợ giúp của công nghệ viễn thám, trong đó đã sử dụng số liệu về chỉ số thực vật do

tử vệ tinh VCI (Vegetatien Condition Index) và chỉ số cung cắp nước thực vật WSVI

(Water Supplying Vegetation Index) Việc sử dụng mô hình WSVI để giám sit và dự

bảo hạn hin được tiến hành trên cơ sở phân ích cường độ hạn han, phân bổ không gian

- thời gian của hạn hán Đã tiên hành xác định các mức dộ tin cậy vé chỉ số cường độ

‘han han và các dj thường về hạn hán Sau đó vận dung các kỳ thuật phi tuyển tính phổ

động lực học để xây dựng mô hình dự báo hạn hin với các ngường thai gian khác nhau.

Mô hình dự báo với độ chính xác trung bình là 85%, Việc dự báo hạn nông nghiệp và

xác định nhu cầu tưới bằng viễn thám được tiễn hành dựa trên cơ sở mô hình cân bằng

nước và quan hệ giữa cây trồng với các điều kiện môi trường Bằng mô hình này có thể

dy báo sự biến động của lượng nước trong dit và nhu cằu tưới tiêu, với các khoảng thời gian dự báo là 10 ngày, 20 ngày, 30 ngày, với độ chính xác là 95%, 90% và 88% theo