Đánh giá sự biến Đổi của một số chỉ số khí hậu cực Đoan trên khu vực tây nguyên

Đánh giá sự biến Đổi của một số chỉ số khí hậu cực Đoan trên khu vực tây nguyên Đánh giá sự biến Đổi của một số chỉ số khí hậu cực Đoan trên khu vực tây nguyên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ PHƯƠNG THÚY

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỔI CỦA MỘT SỐ CHỈ SỐ KHÍ HẬU

CỰC ĐOAN TRÊN KHU VỰC TÂY NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ PHƯƠNG THÚY

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ SỰ BIẾN ĐỔI CỦA MỘT SỐ CHỈ SỐ KHÍ HẬU

CỰC ĐOAN TRÊN KHU VỰC TÂY NGUYÊN

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn tới các Thầy cô và các cán bộ trong khoa Khí tượng - Thủy văn - Hải dương học đã cung cấp cho em những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian em học tập Em cũng xin cảm ơn Phòng sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện cho em có thời gian hoàn thành luận văn

Luận văn này được thực hiện dưới sự hướng dẫn, góp ý quý báu của các thầy

và cô giáo ở khoa Khí tượng - Thủy văn - Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của GS.TS Phan Văn Tân Em xin trân trọng biết ơn những sự hướng dẫn, góp ý, giúp đỡ quý báu đó

Tôi cũng trân trọng cảm ơn Tổng cục Khí tượng Thủy văn, Lãnh đạo Đài Khí tượng khu vực Tây Nguyên đã cử tôi đi học Cảm ơn các cán bộ thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã hỗ trợ về phương pháp và cung cấp tài liệu

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Gia Lai, ngày 29 tháng 11 năm 2022

Tác giả

Lê Phương Thúy

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHỈ SỐ KHÍ HẬU CỰC ĐOAN 3

1.1 Nghiên cứu về chỉ số khí hậu cực đoan trên thế giới 3

1.2 Nghiên cứu chỉ số khí hậu cực đoan tại Việt Nam 9

CHƯƠNG 2 SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 15

2.1 Khái niệm về yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan 15

2.2 Số liệu sử dụng 16

2.3 Phương pháp phân tích xu thế biến đổi 18

2.4 Phương pháp tính chỉ số cực đoan 18

2.5 Lựa chọn chỉ số cực đoan 25

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM VÀ SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC CHỈ SỐ KHÍ HẬU CỰC ĐOAN 30

3.1 Đặc điểm về các chỉ số cực đoan 30

3.1.1 Đặc điểm về các chỉ số cực đoan liên quan đến nhiệt độ 30

3.1.2 Đặc điểm về các chỉ số cực đoan liên quan đến lượng mưa 38

3.2 Sự biến đổi của các chỉ số cực đoan giai đoạn 1980-2021 42

3.2.1 Sự biến đổi về các chỉ số cực đoan liên quan đến nhiệt độ 42

3.2.2 Sự biến đổi của các chỉ số cực đoan liên quan đến lượng mưa 49

KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Danh sách trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên 17

Bảng 2 2 Danh sách 27 chỉ số khí hậu cực đoan 19

Bảng 2 3 Danh sách các chỉ số cực đoan liên quan đến nhiệt độ 25

Bảng 2 4 Danh sách các chỉ số cực đoan liên quan đến lượng mưa 28

DANH MỤC HÌNH Hình 1 1 Sự biến động nhiệt độ tối cao và tối thấp trong mùa hè và mùa đông của lưu vực sông Hoàng Hà 3

Hình 1 2 Dấu hiệu của xu thế hàng năm (a) ngày nóng, (b) đêm nóng, (c) ngày nóng và (d) đêm nóng Ký hiệu đấu dương (âm) biểu thị các xu thế tăng (giảm) 5

Hình 1 3 Xu thế biến đổi TX10p và TN10p hàng năm trong giai đoạn 1950–2003 và 1970–2003 Hình tam giác hướng lên thể hiện xu hướng tăng, hướng xuống thể hiện xu hướng giảm Hình được tô màu đen thể hiện xu thế đạt độ tin cậy 95% 5

Hình 1 4 Minh họa kết quả tính toán các chỉ số cực đoạn khí hậu liên quan đến nhiệt độ (trái) và lượng mưa (phải) trên quy mô toàn cầu thời kỳ 1951-2003 7

Hình 1 5 Minh họa kết quả dự tính biến đổi của các chỉ số cực đoan khí hậu theo các kịch bản biến đổi khí hậu của IPCC 7

Hình 2 1 Phân bố không gian của các trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên 17

Hình 2 2 Mô tả hàm phân bố xác suất xác định cực đoan nhiệt độ và hàm tích lũy xác suất xác định cực đoan lượng mưa 21

Hình 2 3 Mô tả về diễn biến Tn tương ứng với phân vị 10th, 90th cho tính toán chỉ số TN10p, TN90p cho hai năm 1980 và 2021 23

Hình 2 4 Dao diện của ClimPACT2 23

Hình 2 5 Mô tả kiểm tra số liệu đầu vào của ClimPACT2 24

Hình 3 1 Biến trình năm của TNn, TXn thấp nhất và TNx, TXx cao nhất trong 42 năm của thời kỳ 1980-2021 31

Hình 3 2 Biến trình năm của TN10p, TN90p, TX10p và TX90p trung bình trong thời kỳ 1980-2021 31

Hình 3 3 Biến trình năm của Txge35 và DTR trung bình thời kỳ 1980-2021 32

Hình 3 4 Diễn biến hàng năm của TNn và TNx, thời kỳ 1980-2021 33

Hình 3 5 Diễn biến hàng năm của TXn và TXx, thời kỳ 1980-2021 34

Hình 3 6 Diễn biến hàng năm của TN10p và TN90p thời kỳ 1980-2021 35

Hình 3 7 Diễn biến hàng năm của TX10p và TX90p thời kỳ 1980-2021 36

Hình 3 8 Diễn biến hàng năm của Txge35 và DTR thời kỳ 1980-2021 37

Hình 3 9 Diễn biến hàng năm của CSDI và WSDI, thời kỳ 1980-2021 38

Hình 3 10 Biến trình năm của Rx1day, và Rx5day lớn nhất trong 42 năm và R50, PRCPTOT trung bình thời kỳ 1980-2021 39

Hình 3 11 Diễn biến hàng năm của Rx1day và Rx5day thời kỳ 1980-2021 40

Hình 3 12 Diễn biến hàng năm của R50 thời kỳ 1980-2021 41

Hình 3 13 Diễn biến hàng năm của CDD, CWD, R95p và R99p thời kỳ 1980-2021 42

Hình 3 14 Xu thế biến đổi tuyến tính của TNn, TNx, thời kỳ 1980-2021 (0C/thập kỷ) Điểm tròn màu đen đậm đánh dấu các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 43

Hình 3 15 Xu thế biến đổi tuyến tính của TXn và TXx, thời kỳ 1980-2021 (0C/thập kỷ) Điểm tròn màu đen đậm đánh dấu các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 44 Hình 3 16 Xu thế biến đổi tuyến tính của TN10p và TX10p, thời kỳ 1980-2021

(%/thập kỷ) Điểm tròn màu đen đậm là các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 45 Hình 3 17 Xu thế biến đổi tuyến tính của TX90p, thời kỳ 1980-2021 (%/thập kỷ)

Điểm tròn màu đen đậm đánh dấu các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 46Hình 3 18 Xu thế biến đổi tuyến tính của DTR, Txge35, thời kỳ 1980-2021

(ngày/thập kỷ) Điểm tròn màu đen đậm là các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 48 Hình 3 19 Xu thế biến đổi tuyến tính của WSDI và CSDI, thời kỳ 1980-2021

(ngày/thập kỷ) Điểm tròn màu đen đậm đánh dấu các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 48 Hình 3 20 Xu thế biến đổi tuyến tính của Rx5day, thời kỳ 1980-2021 (mm/thập

kỷ) Điểm tròn màu đen đậm là các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 51 Hình 3 21 Xu thế biến đổi tuyến tính của R50, thời kỳ 1980-2021 (ngày/thập kỷ)

Điểm tròn màu đen đậm đánh dấu các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 51 Hình 3 22 Xu thế biến đổi tuyến tính của R95p và R99p, thời kỳ 1980-2021

(mm/thập kỷ) Điểm tròn màu đen đậm đánh dấu các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 52 Hình 3 23 Xu thế biến đổi tuyến tính của CDD, CWD ((mm/thập kỷ) và

PRCPTOT (mm/thập kỷ) Điểm tròn màu đen đậm là các trạm đạt độ tin cậy thống kê 90% 53

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AR4, AR5 Các báo cáo của Ban liên Chính phủ về biến đổi khí hậu

ET-CRSCI Nhóm chuyên gia về rủi ro khí hậu và chỉ số khí hậu cho các

ngành ETCCDI Xác định, theo dõi và chỉ số hóa

ECI Chỉ số khí hậu cực đoan

IPCC Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu

IMHEN Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu

SCI Chỉ số khí hậu cho các ngành

TNMT Tài nguyên và Môi trường

WMO Tổ chức Khí tượng thế giới

WCRP Chương trình nghiên cứu khí hậu trên thế giới

JCOMM Ban kỷ thuật chung cho khí tượng biển và hải dương học

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan, trong đó bão, lũ lụt và hạn hán là thường xuyên và nguy hiểm nhất Các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan gia tăng là nguy cơ gây

ra hạn hán, lũ lụt, nắng nóng ảnh hưởng nghiêm trọng tới tính mạng con người, tài nguyên và môi trường, cũng như sự phát triển kinh tế-xã hội bền vững của đất nước Kịch bản biến đổi khí hậu của Việt Nam (2016, 2020) cho thấy các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan đang gia tăng ở nhiều khu vực trên thế giới Ở Việt Nam, nhiệt độ cực đoan và số ngày nắng nóng có xu thế tăng rõ rệt trên đa phần diện tích

cả nước Số tháng hạn có xu thế tăng ở một số khu vực Số ngày rét đậm, rét hại có

xu thế giảm, tuy nhiên cũng xuất hiện những đợt rét đậm kéo dài kỷ lục, những đợt rét hại có nhiệt độ khá thấp Mưa cực đoan có xu thế giảm nhiều ở vùng Đồng Bằng Bắc Bộ và có xu thế tăng ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên [1], [2]

Nghiên cứu về biến đổi khí hậu là một trong những chủ đề chính rất được quan tâm hiện nay, nhất là hiện tượng khí hậu cực đoan Một số hướng nghiên cứu biến đổi khí hậu tập trung đánh giá tần suất xuất hiện của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan trên cơ sở số liệu quan trắc với các quy mô không gian và thời gian khác nhau Ngoài ra, một công cụ được phát triển để định lượng những thay đổi về khí hậu cực đoan là chỉ số khí hậu cực đoan (ECI) Một tập hợp các chỉ số được sử dụng để đánh giá khí hậu cực đoan, điều này cho phép kết quả nghiên cứu được đồng nhất giữa các khu vực khác nhau Vì vậy, ECI đã và đang được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu trên thế giới và Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) để đánh giá hiện tượng khí hậu cực đoan

Kết quả nghiên cứu và dự tính biến đổi khí hậu của IPCC và Kịch bản biến đổi khí hậu của Việt Nam năm 2020 cho thấy có sự gia tăng về cường độ và tần suất của các hiện tượng khí hậu cực đoan trong thế kỷ 21 Do đó, nghiên cứu sự biến đổi của các hiện tượng khí hậu cực đoan, góp phần nâng cao năng lực quản lý rủi ro do chúng gây ra, phục vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững là rất cần thiết

2 Mục tiêu

Đánh giá được sự biến đổi của một số chỉ số khí hậu cực đoan trên cơ sở số liệu quan trắc tại trạm khí tượng ở khu vực Tây Nguyên

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây về hiện tượng khí hậu cực đoan, …

- Phương pháp phân tích thống kê trong tính toán các chỉ số khí hậu cực đoan, phân tích đánh giá sự biến đổi của các hiện tượng khí hậu cực đoan, …

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các chỉ số cực đoan liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa trên các trạm khí tượng ở khu vực Tây Nguyên

5 Nội dung

Về nội dung nghiên cứu, luận văn chưa có về điều kiện đánh giá sự biến đổi của các chỉ số cực đoan trên lưới và dự tính trong tương lai Trên cơ sở đặc điểm của ECI đã được IPCC sử dụng, luận văn chỉ lựa chọn 18 chỉ số ECI liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa để đánh giá sự biến đổi của ECI cho khu vực Tây Nguyên

Nội dung của luận văn, ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, được bố cục thành 3 chương chính như sau:

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Trong chương này, luận văn tổng quan khái quát về tình hình nghiên cứu dựa trên các chỉ số cực đoan trên thế giới và Việt Nam

Chương 2 Số liệu và phương pháp nghiên cứu

Trong chương này luận văn trình bày về số liệu được sử dụng nghiên cứu, khái niệm và phương pháp về các chỉ số cực đoan được luận văn sử dụng

Chương 3 Đánh giá đặc điểm và xu thế biến đổi của hạn hán

Trong chương này, luận văn sẽ đánh giá đặc điểm và xu thế biến đổi của khí hậu cực đoan dựa trên 18 chỉ số cực đoan theo IPCC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHỈ SỐ KHÍ HẬU CỰC ĐOAN 1.1 Nghiên cứu về chỉ số khí hậu cực đoan trên thế giới

Sự thay đổi của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan có tác động nghiêm trọng và là một trong những thách thức lớn mà xã hội phải đối mặt trong ứng phó với biến đổi khí hậu Do đó, Karl và cs (1996) lập luận rằng có thể định lượng các cực đoan khí hậu này thông qua các chỉ số, vì vậy ý tưởng biên soạn ECI được đưa ra vào năm 1995 và công bố lần đầu vào năm 1996 [24] Từ đó, nhiều nhóm nghiên cứu đã sử dụng ECI cho các khu vực khác nhau trên thế giới

Nhằm nghiên cứu sự biến thiên về các hiện tượng khí hậu cực đoan vào mùa

hè, Zhang và cs (2008) đã sử dụng chuỗi nhiệt độ không khí hàng ngày (1960–2004) tại 66 địa điểm ở lưu vực sông Hoàng Hà, Trung Quốc Nghiên cứu này, xác định các hiện tượng nhiệt độ cực đoan qua các chỉ số cao hơn hoặc thấp hơn ngưỡng phân vị Kết quả cho thấy các chỉ số cao hơn phân vị thứ 90th (95th) là có xu hướng tăng đáng kể ở các trạm ở phía Tây và Bắc của lưu vực sông Hoàng Hà, nhưng ở hầu hết các trạm ở hạ lưu sông Hoàng Hà không đạt độ tin cậy 95% [33]

Hình 1 1 Sự biến động nhiệt độ tối cao và tối thấp trong mùa hè và mùa đông của

lưu vực sông Hoàng Hà [33]

Kiktev và cs (2003) sử dụng mô hình HadAM3 (Hadley Centre Atmospheric Model version 3) và kết hợp với các chỉ số khí hậu cực đoan được đề xuất bởi Frich

và cs (2002) để đánh giá kết quả mô phỏng hiện thực khí hậu cực đoan (ECEs), 6 chỉ số đó là: ngày sương giá (FD), đêm nóng (TN90p), ngày khô liên tục (CDD), chỉ số cường độ mưa (SDII), lượng mưa 5 ngày lớn nhất (Rx5day), số ngày mưa lớn Kết quả cho thấy số ngày băng giá đã giảm đáng kể trên phần lớn Bắc bán cầu, ngược lại so với số đêm nóng Các khu vực có lượng mưa cực đoan tăng và số ngày khô liên tiếp giảm rõ rệt, nhưng phạm vi tăng/giảm trên quy mô không gian nhỏ Xu thế biến đổi của Rx5day có ý nghĩa thống kê không cao [25]

Collins và cs (2000) đã điều tra những thay đổi tần suất của các hiện tượng nhiệt độ cực đoan ở Úc Nghiên cứu sử dụng bộ số liệu nhiệt độ hàng ngày tại 88 trạm quan trắc để xác định xu thế của các chỉ số này, phần lớn số liệu tại các trạm được quan trắc trong giai đoạn 1957-1996 Các chỉ số được điều tra bao gồm nhiệt

độ tối cao và tối thấp hàng ngày trên và dưới ngưỡng nhiệt độ cố định, các số lần trên và dưới các mức phân vị được chỉ định Kết qủa chỉ ra rằng sự xuất hiện của các hiện tượng cực đoan về nhiệt độ cao thường tăng lên trong thời gian nghiên cứu, trong khi số lượng các sự kiện về nhiệt độ thấp có xu thế giảm Mức biến đổi mạnh đối với các chỉ số dựa trên nhiệt độ cực tiểu (Tn), với nhiều chỉ số có ý nghĩa thống

kê ở mức tin cậy 95% Một số xu thế cho thấy sự khác biệt rõ ràng giữa các khu vực, ví dụ như xu hướng giảm sự kiện các cực đoan nóng ở các khu vực phía Đông Nam nước Úc, ngược với xu thế xu thế tăng trên toàn ở khu vực Úc (Hình 1.2) [18]

Hội thảo về biến đổi khí hậu ở Trung Đông đã quy tụ các nhà khoa học cùng với dữ liệu khí tượng từ các quốc gia bao gồm Oman, Qatar, Cyprus, Georgia, Iran, Iraq, Israel, Armenia, Azerbaijan, Bahrain, Jordan, Kuwait, Syria Ả Rập và Thổ Nhĩ

Kỳ để đưa ra phân tích về các hiện tượng khí hậu cực đoan cho toàn khu vực Các nhà khoa học đã tính toán xu thế cho các yếu tố nhiệt độ và lượng mưa cực đoan trong giai đoạn 1950 – 2003 tại 52 trạm ở 15 quốc gia Trung Đông Kết quả cho thấy xu thế tăng/giảm của các chỉ số nhiệt độ cực đoan khá đồng nhất về mặt không gian trong khu vực Trung Đông Các chỉ số khí hậu cực đoan về nhiệt độ có xu thế

tăng/giảm khá rõ rệt như xu thế giảm đáng kể về các chỉ số ngày lạnh (TX10p) và đêm lạnh (TN10p) Trong khi, xu thế biến đổi về chỉ số cực đoan lượng mưa nói chung là không rõ ràng và nhất quán theo không gian (Hình 1.3)[34]

Hình 1 2 Dấu hiệu của xu thế hàng năm (a) ngày nóng, (b) đêm nóng, (c) ngày nóng và (d) đêm nóng Ký hiệu đấu dương (âm) biểu thị các xu thế tăng (giảm) [18]

Hình 1 3 Xu thế biến đổi TX10p và TN10p hàng năm trong giai đoạn 1950–2003

và 1970–2003 Hình tam giác hướng lên thể hiện xu hướng tăng, hướng xuống thể hiện xu hướng giảm Hình được tô màu đen thể hiện xu thế đạt độ tin cậy 95% [34]

Để thống nhất các bộ chỉ số cực đoan, WMO đã thành lập nhóm chuyên gia của Ban khí hậu (CCI), Chương trình nghiên cứu khí hậu thế giới (WCRP) và Ban

kỷ thuật chung cho khí tượng biển và hải dương học (JCOMM) thảo luận xác định, theo dõi và chỉ số hóa (ETCCDI) khí hậu phục vụ nghiên cứu Nhóm chuyên gia này gồm nhiều nhà khoa học đến từ các quốc gia khác nhau trên thế giới Năm

2001, nhóm chuyên gia của CCI/WCRP/JCOMM đã đề xuất một bộ chỉ số cực đoan khí hậu trên quy mô toàn cầu [29] Mặc dù vậy, hạn chế chính của bộ chỉ số này là còn thiếu chi tiết về ECI trên khu vực nhiệt đới Năm 2003, sự kiện khí hậu cực đoan của vùng nhiệt đới đã được nghiên cứu sâu hơn, đây là các chỉ số được tổng hợp bởi các chuyên gia của các nhóm CCI/WCRP/JCOMM được phát triển dựa trên kinh nghiệm thực tiễn, kết hợp với các nghiên cứu Năm 2009, WMO xuất bản tài liệu "Hướng dẫn phân tích cực đoan trong biến đối khí hậu phục vụ thích ứng" Tài liệu hướng dẫn trong việc xác định, tính toán và phân tích các chỉ số ECI, có thể áp dụng cho cả vùng nhiệt đới và ngoại nhiệt đới Trong tài liệu này, WMO đã đưa ra

27 chỉ số ECI liên quan đến lượng mưa và nhiệt độ được tính từ số liệu quan trắc ngày WMO cho rằng các nước thành viên cần xác định các ngưỡng cực đoan và lựa chọn tính toán ECI theo điều kiện khí hậu của từng quốc gia [30]

Năm 2009, IPCC đã đưa ra 27 chỉ số ECI (http://etccdi.pacificclimate.org /list_27 _indices.shtml) và cách tính toán bao gồm cả các yếu tố và hiện tượng Trong báo cáo thứ tư, IPCC (2007) đã tính toán một loạt các chỉ số ECI về nhiệt độ

và lượng mưa nhằm đánh giá mức độ thay đổi và dự tính về yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan trên quy mô toàn cầu (Hình 1.4) [20]

Báo cáo đặc biệt về biến đổi khí hậu lần thứ năm của IPCC (AR5) thể hiện yếu tố khí hậu cực đoan với kết quả khá giống với báo cáo AR4 Báo cáo thứ năm

đã trình bày các dự tính về sự kiện khí hậu cực đoan trong tương lai theo các kịch bản RCP Kết quả cho thấy các chỉ số cực đoan liên quan đến ngưỡng nhiệt độ cao

có xu thế tăng, trong khi ECI liên quan đến ngưỡng nhiệt độ thấp (số ngày lạnh, số đêm lạnh) có xu hướng giảm Theo kịch bản trung bình, trên quy mô toàn cầu, số ngày ấm và rất ấm có xu thế tăng; Số đêm lạnh có xu thế giảm (Hình 1.5) [21]

Hình 1 4 Minh họa kết quả tính toán các chỉ số cực đoạn khí hậu liên quan đến nhiệt độ (trái) và lượng mưa (phải) trên quy mô toàn cầu thời kỳ 1951-2003 [21]

Hình 1 5 Minh họa kết quả dự tính biến đổi của các chỉ số cực đoan khí hậu theo

các kịch bản biến đổi khí hậu của IPCC [21]

Báo cáo đặc biệt về biến đổi khí hậu lần thứ năm của IPCC (AR6) cho thấy gần như chắc chắn rằng đã có sự gia tăng số ngày đêm ấm, giảm số ngày và đêm lạnh trên phạm vi toàn cầu kể từ năm 1950 Gần như chắc chắn rằng đã có sự gia tăng về cường độ và thời gian nắng nóng và số ngày nắng nóng trên toàn cầu Tần suất và cường độ mưa lớn có khả năng tăng trên phần lớn phạm vi trên đất liền có nhiều trạm quan trắc Kể từ năm 1950, Rx1day, hoặc Rx5day có khả năng tăng lên, với sự gia tăng ở nhiều khu vực hơn so với giảm Lượng mưa lớn có khả năng tăng

lên trên quy mô lục địa trên ba châu lục (Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á), nơi có nhiều dữ liệu quan trắc hơn (Hình 1.6) [22]

Liên quan đến nhiệt độ Liên quan đến lượng mưa

Hình 1 6 Bên trái: Minh họa xu thế tuyến tính trong giai đoạn 1960–2018 của (a) (TXx), (b) (TNn) và (c) (TX90p) Bên phải: Xu thế quan trắc về Rx1day trong giai đoạn 1950–2018 tại 8345 trạm; (a) Tỷ lệ trạm với xu thế Rx1day có ý nghĩa thống kê; chấm xanh thể hiện xu thế tăng và nâu là xu thế giảm Bản đồ các trạm có xu thế tăng (b) và giảm (c) Màu sáng biểu thị các trạm có sự biến đổi thấp hơn và

màu tối là cao hơn [22]

Kết quả dự tính trong thế kỷ 21 cho thấy, hầu như chắc chắn rằng cường độ

và tần suất của các cực đoan nóng sẽ tiếp tục tăng, đồng thời giảm cường độ và tần suất cực đoan lạnh trên toàn cầu Số ngày, đêm nóng và độ dài, tần suất và/hoặc cường độ của các đợt nắng nóng so với năm 1995–2014 dự tính tăng lên trên hầu hết diện tích của đất liền Dự tính nhiệt độ của ngày nắng nóng tăng cao nhất ở một

số vùng ở vĩ độ trung bình và bán khô hạn, vào khoảng 1,5-2 lần tốc độ nóng lên toàn cầu Hiện tượng mưa lớn nói chung được dự đoán sẽ trở nên thường xuyên hơn Tại mức nóng lên toàn cầu 4°C so với thời kỳ tiền công nghiệp, các đợt mưa lớn sẽ trở nên nhiều hơn và dữ dội hơn so với trong quá khứ gần đây trên quy mô toàn cầu Trên phạm vi toàn cầu, việc tăng lượng mưa lớn sẽ kéo theo tốc độ tăng lượng ẩm tối đa mà khí quyển có thể giữ được khi nó ấm lên; lượng ẩm tối đa tăng khoảng 7% trên 1°C của sự nóng lên toàn cầu Sự tăng cường độ của hiện tượng mưa cực đoan ở quy mô khu vực sẽ phụ thuộc vào mức độ nóng lên của khu vực cũng như những thay đổi trong khí quyển hoàn lưu và động lực của bão, dẫn đến sự

khác biệt giữa các vùng trong tốc độ thay đổi lượng mưa lớn [22]

Liên quan đến nhiệt độ Liên quan đến lượng mưa

Hình 1 7 Bên trái: Dự tính những thay đổi dự kiến về (a–c) nhiệt độ tối đa hàng năm (TXx) và (d–f) nhiệt độ tối thiểu hàng năm (TNn) ở 1,5°C, 2°C và 4°C của sự nóng lên toàn cầu Bên phải: Những thay đổi dự kiến về lượng mưa hàng ngày tối

đa hàng năm ở (a) 1,5°C, (b) 2°C và (c) 4°C của sự nóng lên toàn cầu so với giai

đoạn 1850–1900 [22]

Nhiều quốc gia trên thế giới đã sử dụng ECI được IPCC đề xuất để đánh giá

sự biến đổi sự kiện khí hậu cực đoan Trong những năm gần đây, nhiều công trình vẫn tiếp tục khảo sát và đánh giá khí hậu cực đoan dựa trên chỉ số Điển hình như Shiromani (2018) đã sử dụng 20 chỉ số ECI liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa để đánh giá khí hậu cực đoan cho Sri Lanka từ 19 trạm khí tượng thời kỳ 1980-2015 [28] Rafaela và cs (2020) đã phân tích về các chỉ số cực đoan khí hậu dựa trên nhiệt độ cực đại (Tx), nhiệt độ cực tiểu (Tn) và dữ liệu lượng mưa hàng ngày (PRCP) ở khu vực Đông Bắc Brazil trong giai đoạn 1961–2014 Các các chỉ số được tính toán cho 96 trạm bằng phần mềm RclimDex [27] Tương tự, Micah và ctv (2021) đã điều tra những tác động gần đây của biến đổi khí hậu ở thượng lưu sông Geum Hàn Quốc, phân tích xu thế chi tiết của 17 chỉ số ECI thời kỳ 1988–2020 Kết quả nhìn chung cho thấy nhiệt độ tăng, sự kiện lạnh có xu thế giảm, sự kiện nóng có xu thế tăng, cường độ mưa tăng và tăng thời gian ướt và khô liên tiếp [26]

1.2 Nghiên cứu chỉ số khí hậu cực đoan tại Việt Nam

Ở Việt Nam, các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan được chú trọng đánh giá trong các công trình nghiên cứu đánh giá, giám sát, cảnh báo, dự tính liên quan đến khí tượng, khí hậu, biến đổi khí hậu, hay lồng ghép vào quy hoạch phát triển

ECI cũng đã được ứng dụng cho đánh giá đặc điểm của khí hậu ở Việt Nam Điển hình như Hồ Thị Minh Hà và cs (2009) đã nhận định nhiệt độ cực tiểu tháng của Việt Nam tăng lên trung bình gần 0,90C/thập kỷ, nhanh hơn nhiều so với tốc độ ấm lên của nhiệt độ trung bình toàn cầu, trong khi nhiệt độ cực đại tháng giảm nhẹ khoảng 0,10C/thập kỷ Mức độ và xu thế biến đổi của Tx, Tn không đồng nhất trên toàn Việt Nam, khu vực biến đổi nhiều nhất là Tây Bắc Bộ [6] Vũ Thanh Hằng và

cs (2009) cho thấy lượng mưa ngày cực đại có xu thế tăng trên hầu hết lãnh thổ Việt Nam, ngoại trừ khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ Lượng mưa ngày cực đại có xu thế giảm trong thời kỳ 1991-2000 ở các vùng khí hậu Tây Bắc, Đông Bắc, trong khi ở các vùng khác thì ngược lại Nắng nóng có xu thế tăng ở hầu hết các trạm trong thời

kỳ 1961-2007 và tăng nhanh hơn trong thời kỳ 1991-2007 ở các trạm thuộc vùng Đông Bắc Bộ, Đồng Bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, nhưng lại giảm xuống ở một

số trạm thuộc vùng Tây Bắc, Tây Nguyên và Nam Bộ Ngược lại hiện tượng rét đậm rét hại ở hầu hết các trạm đều có xu thế giảm rõ rệt Lượng mưa ngày cực đại tăng mạnh ở các vùng khí hậu trên cả nước trong giai đoạn 2001-2007 [7], [8]

Phan Văn Tân và cs (2010) đã thực hiện đề tài cấp Quốc gia “Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đến các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam, khả năng dự báo và giải pháp ứng phó” Kết quả quả đã làm rõ về mức

độ, xu thế biến đổi hậu đối với các yếu tố và hiện tượng khí hậu hậu cực đoan Nhìn chung, xu thế tăng lên của nhiệt độ cực đại và cực tiểu, số ngày nắng nóng có xu thế tăng lên và số ngày rét đậm có xu thế giảm đi ở các vùng khí hậu Sự biến đổi của hai hiện tượng này có quan hệ khá chặt với sự biến đổi trong hoạt động của các hệ thống áp thấp nóng phía Tây, rìa phía Tây và Tây Nam của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương, dải áp thấp xích đạo, áp cao lạnh lục địa và áp cao Hoa Đông Lượng mưa ngày cực đại tăng lên ở hầu hết các vùng khí hậu, nhất là trong những năm gần đây Số ngày mưa lớn cũng có xu thế tăng lên tương ứng, nhiều biến động mạnh xảy ra ở khu vực Miền Trung Tồn tại mối tương quan khá rõ giữa sự nóng lên toàn cầu và nhiệt độ bề mặt biển khu vực Đông Thái Bình Dương xích đạo với

xu thế biến đổi của số ngày mưa lớn trên các vùng khí hậu phía Nam [13]

Năm 2011, Lê Như Quân, Phan Văn Tân đã sử dụng mô hình RegCM3 để

mô phỏng và ước tính sự thay đổi của hai chỉ số cực đoan liên quan đến sự kiện mưa lớn là lượng mưa ngày lớn nhất năm (Rx1day) và tổng lượng mưa của những ngày trong năm khi lượng mưa vượt quá phân vị 95th của thời kỳ chuẩn (R95p) Mô hình chạy với độ phân giải 36 km, dùng điều kiện biên từ sản phẩm của mô hình toàn cầu cho thời kỳ chuẩn (1980-1999) và nửa đầu thế kỷ 21 Sự biến đổi của chỉ

số Rx1day và R95p được dự tính cho hai giai đoạn tương lai 2011 - 2030 và 2031 -

2050 Kết quả cho thấy xu thế giảm của Rx1day và R95p ở hầu hết các vùng của Việt Nam trong giai đoạn 2011 - 2030 và tăng ở nhiều nơi trong giai đoạn 2031 -

2050 Sự thay đổi trong phân bố không gian của Rx1day và R95p trong giai đoạn

2031 - 2050 xen kẽ các vùng tăng giảm, nhưng xu hướng tăng chiếm ưu thế [16]

Để đánh giá sự biến đổi của các cực đoan khí hậu trên trên cả nước trong quá khứ và xác định mức độ biến đổi của các hiện tượng cực đoan khí hậu trong tương lai, Nguyễn Đình Dũng đã đánh giá biến đổi khí hậu ở Việt Nam dựa trên chỉ số ECI theo IPCC Bộ chỉ số ECI cho Việt Nam được sử dụng gồm các chỉ số liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa Các chỉ số sau đó được tính toán bằng phần mềm RClimDex Kết quả cho thấy xu thế tăng của các chỉ số cực đoan nhiệt độ trên phần lớn các trạm quan trắc và sự thay đổi của các yếu tố mưa trong 50 năm qua Nghiên cứu dự tính các hiện tượng cực đoan liên quan đến nhiệt độ đều có xu thế tăng vào giữa và cuối thế kỷ 21; các hiện tượng cực đoan liên quan đến mưa lớn có xu thế tăng ở phía Bắc, số ngày khô tăng ở khu vực phía Nam [4]

Phan Văn Tân và cs (2013) cho thấy, khí hậu Việt Nam đã và đang biến đổi theo xu thế chung phù hợp với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu Trong nửa thế kỷ qua nhiệt độ trung bình năm trên toàn lãnh thổ Việt Nam đã tăng khoảng 0.5ºC và lượng mưa có xu hướng giảm ở phía Bắc và tăng ở phía Nam Các yếu tố khí hậu cực trị (nhiệt độ cực đại, nhiệt độ cực tiểu, độ ẩm tương đối cực tiểu) cũng có xu hướng tăng lên rõ rệt trên phạm vi cả nước Đối với một số hiện tượng khí hậu cực đoan, lượng mưa ngày cực đại và số ngày mưa lớn, hạn hán cũng có xu thế tăng lên nhưng biến động mạnh theo không gian và có sự khác biệt đáng kể giữa các vùng

khí hậu Tần suất bão hoạt động có xu hướng tăng lên ở các vĩ độ phía nam [14]

Chu Thị Thu Hường (2010, 2014) đã cho thấy về xu thế biến đổi của một số trung tâm khí áp chính ảnh hưởng đến Việt Nam trong thời kỳ 1961-2010, xu thế biến đổi của một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan trên lãnh thổ Việt Nam Trong các mùa, TNn và chỉ số đêm lạnh (TN10p) đều có xu thế tăng với

xu thế tăng mạnh hơn trong mùa đông, điển hình là ở các vùng Tây Nguyên, Đồng Bằng Nam Bộ và ở một số trạm miền núi Trừ vùng Đồng Bằng Nam Bộ, TXx và chỉ số ngày nóng (TX90p) đều có xu thế tăng lên với tốc độ tăng nhanh nhất xảy ra

ở vùng Tây Nguyên Trừ vùng Đồng Bằng Nam Bộ, số ngày nắng nóng và nắng nóng gay gắt có xu thế tăng lên trong hầu hết các tháng mùa hè với tổng số ngày nắng nóng trong năm tại nhiều trạm tăng khoảng 2-4 ngày/thập kỷ Số ngày rét đậm

và rét hại có xu thế giảm nhanh hơn trên các vùng Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng Bằng Bắc Bộ Số ngày mưa lớn trong năm có xu thế giảm ở hầu hết các trạm thuộc vùng Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng Bằng Bắc Bộ và Đồng Bằng Nam Bộ [10], [11]

Đỗ Huy Dương (2014) đã nghiên cứu, đánh giá sự thay đổi của các chỉ số khí hậu cực đoan liên quan đến các yếu tố nhiệt độ và lượng mưa trong quá khứ và dự tính sự thay đổi của chúng trong tương lai dựa trên các kịch bản Phát thải khí nhà kính Nghiên cứu này đánh giá mức độ, tính chất và xu thế thay đổi của một số chỉ

số khí hậu cực đoan ở Việt Nam dựa trên cực trị nhiệt độ ngày và tổng lượng mưa ngày trong giai đoạn 1961-2007 như nhiệt độ tối cao tuyệt đối tháng (TXx), Nhiệt

độ tối thấp tuyệt đối tháng (TNn), lượng mưa ngày cực đại tháng (Rx1day), và xác định các hiện tượng cực đoan là những ngày/đợt rét đậm, rét hại, nắng nóng hay mưa lớn trên phạm vi diện rộng hay cục bộ Kết quả cho thấy nhiệt độ cực đoan có

xu thế chung là tăng ở tất cả các vùng khí hậu và tăng mạnh nhất vào các tháng mùa đông và xuân Các chỉ số liên quan đến nhiệt độ tối thấp có tốc độ tăng nhanh hơn

so với tối cao dẫn đến biên độ dao động nhiệt giảm, chu kỳ thay đổi không rõ ràng, khó nắm bắt Đối với chỉ số lượng mưa, xu hướng chung là tăng cả tần suất và cường độ mưa, trong đó dao động lớn nhất xảy ra vào mùa mưa [5]

Kịch bản biến đổi khí hậu (2016) cho thấy nhiệt độ có xu thế tăng ở hầu hết

các trạm quan trắc, tăng nhanh trong những thập kỷ gần đây Trung bình cả nước, nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1958-2014 tăng khoảng 0,62oC, riêng giai đoạn (1985-2014) nhiệt độ tăng khoảng 0,42oC Lượng mưa trung bình năm có xu thế giảm ở hầu hết các trạm phía Bắc; tăng ở hầu hết các trạm phía Nam Cực trị nhiệt

độ tăng ở hầu hết các vùng, ngoại trừ nhiệt độ tối cao có xu thế giảm ở một số trạm phía Nam Hạn hán xuất hiện thường xuyên hơn trong mùa khô Mưa cực đoan giảm đáng kể ở vùng Đồng Bằng Bắc Bộ, tăng mạnh ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên Số ngày rét đậm, rét hại có xu thế giảm nhưng xuất hiện những đợt rét dị thường Ảnh hưởng của El Nino và La Nina có xu thế tăng [1]

Kết quả cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu (2020) cho thấy nhìn chung biểu hiện của sự biến đổi nhiệt độ và lượng mưa khá tương tự như năm 2016 Cực đoan TXx và TNn có xu thế tăng rõ rệt với mức tăng cao nhất lên tới 2,1oC Số ngày nóng có xu thế tăng với mức tăng phổ biến 3÷5 ngày/thập kỷ, tăng tương đối nhiều

ở các vùng Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ Số tháng hạn có

xu thế tăng ở khu vực phía Bắc, trong đó, tăng nhiều nhất ở Đồng bằng Bắc Bộ; giảm ở Trung Bộ, phía Nam lãnh thổ và giảm nhiều nhất ở Nam Trung Bộ Mưa cực đoan có xu thế giảm nhiều ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ và có xu thế tăng nhiều ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên Bão và áp thấp nhiệt đới ở khu vực Biển Đông, ảnh hưởng trực tiếp đến Việt Nam hoặc đổ bộ vào Việt Nam là ít biến đổi Tuy nhiên, số cơn bão với sức gió mạnh nhất từ cấp 12 trở lên có xu thế tăng nhẹ [2]

Trong những năm gần đây, nhiều công trình có xu hướng nghiên cứu đánh giá hiện tượng khí hậu cực đoan cho tiểu vùng nhỏ nhằm mục đích chi tiết hơn phục

vụ lồng ghép trong quy hoạch phát triển bền vững ở quy mô địa phương Lê Hòa Bình (2020) đã nghiên cứu mưa cực đoan tại thành phố Hồ Chí Minh Kết quả chỉ

ra rằng, mưa cực đoan tại trạm Tân Sơn Hòa có xu hướng tăng khá mạnh mẽ trong giai đoạn 1982-2018 [3] Vũ Văn Thăng (2020) đã đánh giá khí hậu cực đoan cho khu vực Quảng Trị trong giai đoạn từ năm 1961-2018 Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, nhiệt độ cao nhất và thấp nhất tuyệt đối biến động mạnh trong các năm gần đây (2011-2018) Mức độ dao động lượng mưa cực trị trong các mùa có sự biến

động tương đối rõ rệt Hạn hán có xu thế giảm, tuy nhiên xoáy thuận nhiệt đới lại có

xu thế gia tăng trên khu vực [7] Nguyễn Hoàng Tuấn và cs (2021) cho thấy, ở tỉnh Ninh Thuận, nhiệt độ trung bình có xu hướng tăng khoảng 0,01oC, lượng mưa trung bình năm tăng thêm 11,01 mm, bốc thoát hơi tiềm năng tăng 0,013 mm, và độ ẩm trung bình năm giảm 0,01% Bên cạnh đó, kết quả dự tính xu thế so với giai đoạn nghiên cứu cho thấy đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm tăng 0,8oC, lượng mưa tăng trên 880,8 mm và lượng bốc thoát hơi tiềm năng tăng 9,04 mm [15]

Nhận xét:

Việc nghiên cứu, phân tích, đánh giá diễn biến của các hiện tượng khí hậu cực đoan hiện nay chủ yếu dựa trên chuỗi số liệu quan trắc từ mạng lưới trạm khí tượng Các nghiên cứu về khí hậu cực đoan tập trung chủ yếu vào các yếu tố liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa Kết quả cho thấy sự thay đổi của hai yếu tố chính này là nguy cơ dẫn đến hạn hán và lũ lụt, gây ra những vấn đề nghiêm trọng về kinh tế - xã hội và những thiệt hại về con người Các nghiên cứu chủ yếu tập trung đánh giá trên quy mô cả nước và đã cho thấy xu thế tăng về yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan về nhiệt độ cực đại, số ngày nắng nóng,…phù hợp với xu thế tăng của nhiệt độ toàn cầu, nhưng xu thế của các chỉ số cực đoan liên quan đến lượng mưa là có sự khác nhau ở các khu vực Tuy nhiên, nghiên cứu khí hậu cực đoan ở các tiểu vùng khí hậu hay quy mô cấp tỉnh, huyện là chưa có điều kiện nghiên cứu nhiều Thực tế cho thấy, ảnh hưởng của yếu tố, hiện tượng khí hậu cực đoan và thiên tai là rất nghiêm trọng trong thời gian gần đây, do đó rất cần thiết có nhiều nghiên cứu hơn về các hiện tượng thời tiết và khí hậu cực đoan, không những cập nhật cho cấp quốc gia, mà còn đánh giá cho các tiểu vùng khí hậu phục vụ quản lý rủi ro liên quan đến các hiện tượng cực đoan và phát triển kinh tế xã hội bền vững

CHƯƠNG 2

SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Khái niệm về yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan

Theo IPCC (2007), các hiện tượng cực đoan được định nghĩa là các sự kiện

có tần suất xuất hiện tương đối thấp nhưng có cường độ lớn và mang tính khắc nghiệt, có khả năng gây tác động lớn đến con người, môi trường và xã hội Thông thường, các hiện tượng cực đoan được xác định ở ngưỡng xác suất nhỏ Do đó, theo cách tiếp cận này, các đặc điểm cực đoan ở các vùng khác nhau là khác nhau đáng

kể Hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra tương đối ổn định vào một thời điểm cụ thể trong năm thì được gọi là hiện tượng khí hậu cực đoan [20]

Theo Phan Văn Tân và cs (2010) [13], biến thiên về một phía nào đó của tập giá trị có thể của biến khí quyển được xét Ví dụ, nhiệt độ không khí hàng ngày tại một địa điểm nào đó là một biến khí quyển Miền giá trị của nó có thể biến thiên từ

a0 đến b0 Mỗi ngày có một giá trị nhỏ nhất (Tn) và một giá trị lớn nhất (Tx) Tập hợp tất cả các giá trị Tn và Tx (cực trị) ngày được xem là đại lượng ngẫu nhiên, gọi

là yếu tố khí hậu cực tiểu và cực đại Khi đó, Tn sẽ có miền biến thiên trong khoảng

từ a0 đến a1, Tx sẽ có miền biến thiên trong khoảng b1 đến b0, với a0 ≤ a1, b1 ≤ b0

Gọi X là một biến khí hậu cực trị nào đó có hàm phân bố là F(x), hoặc hàm mật độ xác suất là f(x) Khi đó tập các giá trị x của X thỏa mãn điều kiện sau được gọi là tập các giá trị cực đoan của X, hay yếu tố khí hậu cực đoan:

{x∈X,x≤xm|P(X<xm=p} 2.1 Hoặc:

{x∈X,x≥xM|P(X>xM=p} 2.2 Với

p=P(X>xM)=1-F(xM)= ∫ f(x)dx 2.4b0

Nghĩa là xác suất xuất hiện sự kiện X < xm hoặc X > xM bằng p với xm và xM

là những giá trị xác định nào đó của X Trong khí hậu xác suất p trong các biểu thức (2.1-2.4) thông thường được chọn là một số nhỏ hơn hoặc bằng 10%

Thay cho các trị số xm hoặc xM ứng với xác suất p trong khí hậu người ta thường sử dụng khái niệm phân vị (hoặc bách phân vị) Phân vị thứ q của biến ngẫu nhiên X là giá trị xq của X thỏa mãn điều kiện:

xq=x[F(x)=q] 2.5 Đối với đại lượng khí hậu cực tiểu, những giá trị nhỏ hơn phân vị thứ q được xem là cực đoan; khi đó q = p Đối với các đại lượng khí hậu cực đại, những giá trị lớn hơn phân vị thứ q được xem là cực đoan

Các chỉ số khí hậu cực đoan được thiết kế dựa trên cách tiếp cận này với khái niệm được hiểu là các hiện tượng có tần suất xuất hiện thấp, có cường độ lớn, có khả năng gây tác động mạnh đến sự sống và lĩnh vực phát triển kinh tế-xã hội

2.2 Số liệu sử dụng

Luận văn đã sử dụng bộ số liệu quan trắc tại các trạm khí tượng (KT) cho tính toán các chỉ số khí hậu cực đoan Bộ số liệu từ các trạm khí tượng được kế thừa của các công trình nghiên cứu và Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Tây Nguyên nên các sai số thô đã được kiểm tra Sơ đồ và danh sách các trạm khí tượng được dẫn ra trong Hình 2.1 và Bảng 2.1

Ở Tây Nguyên có 18 trạm khí tượng, nhưng có 02 trạm (Yaly, Cát Tiên), thời kỳ quan trắc quá ngắn chỉ khoảng một thập kỷ, vì thế luận văn chỉ sử dụng 16 trạm khí tượng có số liệu từ 20 năm trở lên Cụ thể, luận văn đã thu thập số liệu về nhiệt độ cực đại, cực tiểu và lượng mưa ngày của 16 trạm khí tượng Trong đó, có

13 trạm có độ dài chuỗi số liệu trong thời kỳ 1980-2021 (42 năm), 02 trạm thời kỳ 1998-2021 (24 năm) và 01 trạm thời kỳ 2002-2021 (20 năm) (Bảng 2.1)

Hình 2 1 Phân bố không gian của các trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên

Bảng 2 1 Danh sách trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên

2.3 Phương pháp phân tích xu thế biến đổi

Lập phương trình xu thế theo phương pháp bình phương tối thiểu, với xt là chuỗi thời gian từ 1980-2021 [12]

yt = b0 +a1xt (2.6)

a1=∑ (yt-y̅)(xt-x̅)

n t=1

∑n (xt-x̅

t=1 )2 ; b0=y̅-a1x̅

Các đặc trưng thu được từ phương trình xu thế bao gồm:

+ Tốc độ xu thế: a1 + Gốc xu thế: b0 + Mức tăng hay giảm trong thời kỳ nghiên cứu: D = a1n + Hệ số tương quan theo thời gian (r)

r= ∑ (y-y̅)(xt-x̅)

n t=1

[∑n (yt-y̅

1 2

đoan Thêm nữa, các chuyên gia WMO cho thấy rằng điều quan trọng là phải thu hút các ngành tham gia vào việc phát triển các chỉ số ECI phục vụ thích ứng với các

sự kiện khí hậu cực đoan cho đa lĩnh vực Vì vậy, nhóm chuyên gia liên quan đến rủi ro khí hậu và chỉ số khí hậu (ET-CRSCI) được thành lập và đã phát triển bộ chỉ

số khí hậu cực đoan cho các lĩnh vực (SCI) trên cơ sở 27 chỉ số ECI Một tập hợp

63 chỉ số ECI được phát triển, trong đó bao gồm cả 27 chỉ số ECI của WMO (phụ lục A tài liệu [19]) Năm 2009, IPCC đã đưa ra 27 chỉ số khí hậu cực đoan và cách tính chúng Các chỉ số này có thể sử dụng phần mềm RClimDEX (sử dụng miễn phí

từ http://etccdi.pacificclimate.org) Trong nghiên cứu này, luận văn hướng tới sử dụng 27 chỉ số ECI theo IPCC cho đánh giá sự biến đổi của yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan trên khu vực Tây Nguyên (Bảng 2.2) [19], [23]

Bảng 2 2 Danh sách 27 chỉ số khí hậu cực đoan [19], [23]

vị

1 FD0 Ngày sương giá Số ngày trong năm có Tm (nhiệt độ

thấp nhất ngày) <0ºC ngày

2 SU25 Ngày mùa hè Số ngày trong năm có Tx (nhiệt độ

cao nhất ngày) >25ºC ngày

3 ID0 Ngày băng Số ngày trong năm có Tx <0ºC ngày

4 TR20 Đêm nhiệt đới Số ngày trong năm có Tn >20ºC ngày

5 GSL Mùa sinh trưởng

Độ dài mùa sinh trưởng (tính từ ngày 01/01 đến ngày 31/12 ở Bắc Bán Cầu

và từ ngày 01/7 đến ngày 30/6 năm sau ở Nam Bán Cầu)

TT Kí hiệu Tên chỉ số Định nghĩa chỉ số Đơn

vị

tháng

9 TNn Min Tmin Nhiệt độ tối thấp ngày thấp nhất trong

10 TN10p Đêm lạnh Số ngày có Tn <phân vị 10% %

11 TX10p Ngày lạnh Số ngày có Tx <phân vị 10% %

12 TN90p Đêm nóng Số ngày có Tn >phân vị 90% %

13 TX90p Ngày nóng Số ngày có Tx >phân vị 90% %

14 WSDI Chỉ số thời gian

nóng liên tục

Số ngày trong năm có 6 ngày liên tiếp

15 CSDI Chỉ số thời gian

lạnh liên tục

Số ngày trong năm có 6 ngày liên tiếp

16 DTR Biên độ nhiệt độ

tháng

Trung bình tháng của chênh lệch giữa

17 RX1day Lượng mưa

ngày lớn nhất Lượng mưa ngày lớn nhất tháng mm

18 Rx5day Lượng mưa 5

ngày lớn nhất Lượng mưa 5 ngày lớn nhất tháng mm

20 R10 Ngày mưa lớn Số ngày trong năm có lượng mưa

Số ngày trong năm có lượng mưa ≥nn

mm, trong đó nn do người sử dụng ngày

TT Kí hiệu Tên chỉ số Định nghĩa chỉ số Đơn

25 R95p Ngày rất ẩm Tổng lượng mưa của các ngày trong

năm có lượng mưa > phân vị 95% mm

26 R99p Ngày siêu ẩm Tổng lượng mưa của các ngày trong

năm có lượng mưa >phân vị 99% mm

27 PRCPTOT Tổng lượng mưa Tổng lượng mưa của các ngày trong

Có thể mô tả phương pháp xác định phân bố sác xuất của nhiệt độ và hàm tích lũy xác suất đối với lượng mưa ngày như được dẫn ra trong Hình 2.2 [31] Vùng phân bố cực đoan được xác định tô đậm

Hình 2 2 Mô tả hàm phân bố xác suất xác định cực đoan nhiệt độ và hàm tích lũy

xác suất xác định cực đoan lượng mưa [31]

Hầu hết các chỉ số khí hậu cực đoan tập trung vào số ngày vượt qua ngưỡng; ngưỡng cố định hoặc ngưỡng phân vị Một số chỉ số khí hậu đã có ngưỡng cố định như SU25, ID0 Một số các chỉ số khí hậu cực đoan khác chỉ đơn thuần là thống kê dựa trên hàm (max, min) trong tháng, mùa hoặc năm như TNn, TNx, TXn, Một số chỉ số cần xác định giá trị tương ứng với các phân vị thứ 10th, 90th, 95th, hoặc 99th

(Bảng 2.2) Các chỉ số khí hậu cực đoan có thể được tính theo các bước như sau:

(1) Kiểm tra sơ bộ về số liệu, định dạng số liệu

(2) Xác định ngưỡng các đặc trưng khí hậu tại các phân vị như thứ 10th, 90th,

95th, hoặc 99th Chi tiết xem mục 1.6.2 về “phương pháp xây dựng hàm phân bố thực nghiệm” của giáo trình “Các phương pháp thống kê trong khí hậu” [12]

(3) Xác định chỉ số khí hậu cực đoan cần tính toán

(4) Đếm số lần xuất hiện các hiện tượng cực đoan trên hoặc thấp hơn ngưỡng phân vị đã xác định trong bước 2

Các phân vị thứ 10th, 90th và 95th sử dụng cho tính toán các chỉ số TN10p, TN90p, TX10p, TX90p, R95p, R99p, là được xác định cho tất cả 365 ngày trong năm dựa trên chuỗi số liệu nhiều năm của Tn, Tx và lượng mưa ngày (R) Trong đó, tập mẫu để xác định chúng cho một ngày nào đó được thành lập từ 5 ngày hàng năm

với ngày đang xét nằm ở trung tâm (dung lượng mẫu để tính mỗi giá trị phân vị

bằng số năm nhân với 5; ví dụ tính cho ngày thứ 10 trong năm sẽ bao gồm sử dụng ngày thứ 8, 9, 10, 11 và 12 của tất cả các năm Thời kỳ cơ sở để tính toán các phân

vị được luận văn dựa theo thời kỳ 1995-2014 (20 năm) theo báo cáo lần thứ 6 của IPCC (AR6) Nếu 20 năm từ 1995-2014 thì dung dượng mẫu để tính toán xác suất tích lũy để xác định các phân vị sẽ là 20*5=100 giá trị Ba trạm có chuỗi số liệu ngắn, Đắk Mil và Lắk thời kỳ 1998-2021 (24 năm) và Ea H’Leo thời kỳ 2002-2021 (20 năm), nên luận văn sử dụng cả chuỗi cho tính toán các phân vị tại ba trạm này

Một ví dụ về tính toán TN10p và TN90p cho năm 1980 và 2021 tại Kon Tum được dẫn ra trong Hình 2.3 Sau khi xác định được phân vị thứ 10th, 90th, đếm số ngày theo từng tháng mà có Tn năm 1980, 2021 nhỏ hơn giá trị Tn của phân vị thứ

10th (tmin_q10), hoặc lớn hơn phân vị thứ 90th (tmin_q90) Kết quả số ngày đếm được chia cho số ngày trong tháng (28, 30 hoặc 31 ngày) nhân với 100

Hình 2 3 Mô tả về diễn biến Tn tương ứng với phân vị 10 th , 90 th cho tính toán chỉ số

TN10p, TN90p cho hai năm 1980 và 2021

Nghiên cứu này đã sử dụng gói phần mềm ClimPACT2 để tính toán các chỉ

số ECI cho khu vực Tây Nguyên Phần mềm ClimPACT2 được xây dựng dựa ngôn ngữ thống kê (R), phiên bản 3.0.2 Đây là phần mềm mã nguồn mở chạy trên dao diện của (R), nhưng ClimPACT2 có dao diện dễ sử dụng (Hình 2.4), cho nên việc

sử dụng chúng dễ dàng và linh hoạt

Hình 2 4 Dao diện của ClimPACT2 [19]

Một ưu điểm nổi bật của ClimPACT2 là được tích hợp mã nguồn của phần mềm RHTestsV3 của ETCCDI để kiểm tra số liệu đầu vào trước khi thực hiện tính toán, bước này là bắt buộc để chuyển sang bước 2 cho tính toán các chỉ số Mặc dù

số liệu được Đài Khí tượng Thủy Văn khu vực Tây Nguyên đã kiểm tra, tuy nhiên lỗi sai số thô do thao tác như số liệu nhiệt độ quá lớn, hay lượng mưa âm hoặc quá lớn sẽ được luận văn xem xét lại Trong bước này, ClimPACT2 có thể dừng nếu phát hiện lỗi trong dữ liệu ClimPACT2 sẽ dừng chạy nếu giá trị vĩ độ và kinh độ không hợp lệ, hoặc nếu biến trình năm không hợp lệ, hoặc số liệu không tương thích, Sau khi hoàn tất sơ bộ về số liệu, ClimPACT2 cho kết quả về chất lượng của số liệu đầu vào và người sử dụng có thể xem xét lại số liệu nếu nhận thấy bất thường thông qua một số đồ thị như dẫn ra trong Hình 2.5

Hình 2 5 Mô tả kiểm tra số liệu đầu vào của ClimPACT2

Đầu ra của ClimPACT2 là 63 chỉ số ở dạng phai (CSV) với tên phai là tên trạm và ký hiệu về chỉ số Các chỉ số cực đoan được tính theo cả tháng (MON) và năm (ANN), cũng như xu thế biến đổi tuyến tính của chúng theo thời gian

2.5 Lựa chọn chỉ số cực đoan

Có thế nói rằng, việc nghiên cứu đánh giá khí hậu cực đoan ở Việt Nam đã được quan tâm nghiên cứu trong nhữn năm qua Có nhiều các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan đã được xem xét ở Việt Nam như: Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối trong tháng/năm; Nhiệt độ tối cao tuyệt đối trong tháng/năm; Lượng mưa ngày lớn nhất trong tháng/năm; Tốc độ gió lớn nhất trong tháng/năm; Số ngày nắng, ít nắng/nhiều nắng trong tháng/năm; Số ngày có nhiệt độ cực đại cao nhất trên 350C;

Số ngày rét đậm, rét hại (nhiệt độ trung bình ngày ≤ 150C và 130C); Số ngày/đợt mưa lớn (lượng mưa ngày ≥ 50mm và 100mm); Số ngày không mưa; hay tần số bão; Số ngày sương muối, chỉ số khô hạn,…Đối với các chỉ số khí hậu cực đoan cũng đã được xác định trong nghiên cứu đánh giá, do đó các chỉ số khí hậu cực đoan đã được các công trình nghiên cứu này lựa chọn phù hợp với điều kiện khí hậu

ở Việt Nam nói chung và Tây Nguyên nói riêng Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn 20 chỉ

số ECI liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa đã được sử dụng trên các vùng khí hậu

ở Việt Nam nói chung và Tây Nguyên nói riêng để đánh giá sự biến đổi của ECI cho khu vực Tây Nguyên (Bảng 2.3, và 2.4)

Bảng 2 3 Danh sách các chỉ số cực đoan liên quan đến nhiệt độ

1 TXx Nhiệt độ cực đại cao nhất tháng: là giá trị

cao nhất hàng tháng của nhiệt độ cực đại ngày Chỉ số TXx được xác định từ Tx ngày (mỗi tháng 1 giá trị, cao nhất năm là trị số cao nhất trong 12 giá trị của 12 tháng)

0C

2 TXn Nhiệt độ cực đại thấp nhất tháng: là giá trị

thấp nhất hàng tháng của nhiệt độ cực đại ngày Chỉ số TXn được xác định từ Tx ngày (mỗi tháng 1 giá trị, thấp nhất năm là trị số thấp nhất trong 12 giá trị của 12 tháng)

0C