Nghiên Cứu Mối Quan Hệ Giữa Số Lượng Xoáy Thuận Nhiệt Đới Trên Biển Đông Với Các Quá Trình Quy Mô Lớn Và Xây Dựng Công Cụ Dự Báo Hạn Nội Mùa Đến Mùa.pdf

Giá trị các sai số, hệ số tương quan mô hình dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam trong 3 tháng tới .... Giá trị các sai số, hệ số tương quan, kiểm nghiệm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lưu Khánh Huyền

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA SỐ LƯỢNG XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI TRÊN BIỂN ĐÔNG VỚI CÁC QUÁ TRÌNH QUY MÔ LỚN VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ DỰ BÁO HẠN NỘI MÙA ĐẾN MÙA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lưu Khánh Huyền

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA SỐ LƯỢNG XOÁY THUẬN NHIỆT ĐỚI TRÊN BIỂN ĐÔNG VỚI CÁC QUÁ TRÌNH QUY MÔ LỚN VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ DỰ BÁO HẠN NỘI MÙA ĐẾN MÙA

Chuyên ngành: Khí tượng học

Mã số: 8440222.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Hoàng Phúc Lâm

GS.TS Phan Văn Tân

Hà Nội – Năm 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả được trình bày trong luận văn

“Nghiên cứu mối quan hệ giữa số lượng xoáy thuận nhiệt đới trên Biển Đông với các quá trình quy mô lớn và xây dựng công cụ dự báo hạn nội mùa đến mùa” là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Hoàng Phúc Lâm và GS TS Phan Văn Tân Nội dung trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả

Lưu Khánh Huyền

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Khí tượng Thủy văn

và Hải dương học đã giảng dạy và tuyền đạt cho tôi những kiến thức quý giá, các cán bộ trong Khoa đã sắp xếp và tổ chức những hoạt động học tập, nghiên cứu tốt nhất trong suốt thời gian tôi học tập tại Khoa

Tôi cũng xin cảm ơn Phòng Sau Đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi về mặt thời gian để hoàn thành luận văn

Luận văn này hoàn thành với sự hỗ trợ nguồn số liệu từ Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia, kinh phí từ Đề tài TNMT.2021.02.05, tôi xin cảm ơn những hỗ trợ này

Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn toàn thể gia đình với bạn bè, đồng nghiệp của tôi ở Phòng Dự báo số viễn thám Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia đã luôn động viên, tạo điều kiện cho tôi cả về mặt tinh thần và vật chất trong suốt quá trình hoc tập và hoàn thành luận văn

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 9

Chương 1 - TỔNG QUAN 11

1.1 Xoáy thuận nhiệt đới và hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới trên Biển Đông 11

1.2 Mối quan hệ giữa số lượng xoáy thuận nhiệt đới trên Biển Đông với các quá trình quy mô lớn 14

1.3 Dự báo số lượng XTNĐ 27

Chương 2 – PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU 34

2.1 Số liệu 35

2.2 Phương pháp 40

Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ VÀ ĐÁNH GIÁ 44

3.1 Đặc điểm hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới trên Biển Đông 44

3.2 Xây dựng công cụ dự báo số lượng xoáy thuận nhiệt đới 55

KẾT LUẬN 70

KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 Quỹ đạo và cường độ của XTNĐ trên toàn cầu từ năm 1851-2015 12

Hình 2 El Niño và La Niña 14

Hình 3 Các vùng Niño và chỉ số Dao động Nam 15

Hình 4 Trung bình số lượng XTNĐ ở TBTBD và Biển Đông trong các năm ENSO giai đoạn 1951-2015 19

Hình 5 Các pha của IOD, pha dương (hình trên) và pha âm (hình dưới) 21

Hình 6 Sơ đồ động lực học của QBO trong mùa đông 23

Hình 7 Khí áp bề mặt vào mùa đông ở Bắc Bán Cầu so với trung bình khi AO ở pha âm mạnh và pha dương mạnh 25

Hình 8: Sơ đồ cấu trúc khí quyển của MJO 26

Hình 9: Các dao động nội mùa 32

Hình 10 Sơ đồ phân vùng chịu ảnh hưởng của bão 35

Hình 11 Quỹ đạo bão Hagupit tháng 9 năm 2008 36

Hình 12 Quỹ đạo bão Damrey tháng 11 năm 2017 37

Hình 13 Ước lượng hồi quy bằng phương pháp bình phương tối thiểu 41

Hình 14 Sự khác nhau giữa số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông của số liệu của Việt Nam và của Nhật 44

Hình 15 Sự thay đổi số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông từ năm 1961-2020 45

Hình 16 Tỷ lệ áp thấp nhiệt đới, bão, bão mạnh, bão rất mạnh hoạt động trên Biển Đông và độ bộ vào Việt Nam 46

Hình 17 Số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam từ tháng 1 đến tháng 12 47

Hình 18: Tỷ lệ XTNĐ đổ bộ vào từng khu vực 48

Hình 19 Số lượng XTNĐ đổ bộ từng tháng vào từng khu vực 49

Hình 21 Tỷ lệ áp thấp, bão, bão mạnh, bão rất mạnh hoạt động trên Biển Đông ở các giai đoạn 50

Hình 20 Số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông các tháng ở các giai đoạn 50

3

Hình 22 Số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam các tháng ở các giai đoạn 51Hình 23 Tỷ lệ áp thấp, bão, bão mạnh và bão rất mạnh đổ bộ vào Việt Nam ở các giai đoạn 52Hình 24 Mối quan hệ giữa ENSO và số lượng XTNĐ trên Biển Đông và số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam 54Hình 25 So sánh kết quả dự báo hạn 3 tháng số lượng XTNĐ trên Biển Đông trên

bộ số liệu độc lập (2011-2020) 60Hình 26 So sánh kết quả dự báo hạn 3 tháng số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam trên bộ số liệu độc lập (2011-2020) 61Hình 27 So sánh kết quả dự báo số lượng bão đổ bộ vào từng khu vực (phân tích trên bộ số liệu độc lập từ năm 2011-2020) 64Hình 28 So sánh kết quả dự báo số lượng bão hoạt động trên Biển Đông trong các tháng (phân tích trên bộ số liệu độc lập từ năm 2011-2020) 68Hình 29 So sánh kết quả dự báo số lượng bão đổ bộ vào Việt Nam trong các tháng (phân tích trên bộ số liệu độc lập từ năm 2011-2020) 69Hình 30 Mối quan hệ giữa IOD và số lượng XTNĐ trên Biển Đông và số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam 86Hình 31 Mối quan hệ giữa AO và số lượng XTNĐ trên Biển Đông và số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam 87Hình 32 Mối quan hệ giữa QBO và số lượng XTNĐ trên Biển Đông và số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam 88

4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Phân loại phân loại XTNĐ dựa theo sức gió mạnh nhất vùng gần trung tâm (tốc độ gió trung bình lớn nhất trong 2 phút quan trắc) 11Bảng 2 Danh sách các trung tâm bão quốc tế dự báo hạn mùa hoạt động của XTNĐ

ở TBTBD và phương pháp dự báo được sử dụng 28Bảng 3 Danh sách các chỉ số khí hậu được tham gia tuyển chọn xây dựng mô hình

dự báo 38Bảng 4 Các đợt El Niño và La Niña, IOD dương và IOD âm trong giai đoạn 1961-

2020 52Bảng 5 Các phương trình dự báo số lượng XTNĐ trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam 3 tháng tới (p–enter = 0.4 và p–remove = 0.5) 56Bảng 6 Các phương trình dự báo số lượng XTNĐ trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam 3 tháng tới (p-enter = 0.1 và p-remove =0.2) 58Bảng 7 Trung bình nhiều năm số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam 59Bảng 8 Giá trị các sai số, hệ số tương quan mô hình dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam trong 3 tháng tới 62Bảng 9 Các phương trình dự báo số lượng XTNĐ vào từng khu vực 63Bảng 10 Giá trị các sai số, hệ số tương quan mô hình dự báo số lượng XTNĐ đổ bộ vào các khu vực trong 3 tháng tới 63Bảng 11 Các phương trình dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông từ tháng 6 đến tháng 12 65Bảng 12 Các phương trình dự báo số lượng XTNĐ từng tháng đổ bộ vào Việt Nam

từ tháng 8 đến tháng 11 66Bảng 13 Giá trị các sai số, hệ số tương quan mô hình dự báo số lượng XTNĐ từng tháng hoạt động trên Biển Đông 67Bảng 14 Giá trị sai số, tương quan mô hình dự báo hạn nội mùa số lượng XTNĐ đổ

bộ vào Việt Nam từ tháng 7 đến tháng 11 67

5

Bảng 16 Giá trị các sai số, hệ số tương quan, kiểm nghiệm T trong các trường hợp

có giá trị p khác nhau của mô hình dự số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và

đổ bộ vào Việt Nam 3 tháng tới 78Bảng 17 Giá trị các sai số, hệ số tương quan, kiểm nghiệm T trong các trường hợp

có giá trị p khác nhau của mô hình dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam 3 tháng tới 79Bảng 18 Giá trị các sai số, hệ số tương quan, kiểm nghiệm T trong các trường hợp

có giá trị p khác nhau của mô hình dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam 3 tháng tới 80Bảng 19 Giá trị các sai số, hệ số tương quan, kiểm nghiệm T trong các trường hợp

có giá trị p khác nhau của mô hình dự báo số lượng XTNĐ đổ bộ vào các khu vực 3 tháng tới 82Bảng 20 Giá trị các sai số, hệ số tương quan, kiểm nghiệm T trong các trường hợp

có giá trị p khác nhau của mô hình dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông trong 1 tháng tới 83Bảng 21 Giá trị sai số, tương quan, kiểm nghiệm T trong các trường hợp có giá trị

p khác nhau của mô hình dự báo số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam trong 1 tháng tới 84

ATNĐ Áp thấp nhiệt đới

BEST Chỉ số ENSO theo chuỗi thời gian

BOM Cơ quan khí tượng Úc

CityU Đại Học Thành phố Hồng Kông

CFS Hệ thống dự báo khí hậu

CMA Cơ quan khí tượng Trung Quốc

DMI Chỉ số chế độ lưỡng cực

ECMWF Trung tâm Dự báo Thời tiết hạn vừa Châu Âu

ENSO El Niño - Dao động Nam

ESOI Chỉ số Dao động Nam vùng xích đạo

GFDL Phòng thí nghiệm Động lực học Chất lỏng Địa vật lý HKO Đài thiên văn Hồng Kông

IOD Dao động Lưỡng cực Ấn Độ Dương

IRI Viện Nghiên cứu Quốc tế về Khí hậu và Xã hội, Mỹ JAS Tháng 7, 8, 9

JJA Tháng 6, 7, 8

7

JMA Cơ quan Khí tượng Nhật Bản

JWTC Trung tâm Cảnh báo Bão Liên hợp

KMA Cơ quan khí tượng Hàn Quốc

MAE Sai số trung bình tuyệt đối

MDR Khu vực phát triển chính

ME Sai số trung bình

MJO Dao động Madden - Julian

MQBO Dao động tựa hai năm tầng trung lưu

NAO Dao động bắc Đại Tây Dương

NCC Trung tâm Khí hậu Quốc gia, Trung Quốc

NCHMF Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia, Việt Nam NCAR Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia Mỹ

NOAA Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ NTC Trung tâm Bão Quốc gia Hàn Quốc

OLS Bình phương tối thiểu

OND Tháng 10, 11, 12

ONI Chỉ số Niño đại dương

QBO Dao động tựa hai năm

QBWO Dao động tựa hai tuần

RINDO Chỉ số dị thường khí áp mực biển gần khu vực Indonesia RMSE Sai số bình phương trung bình

SST Nhiệt độ bề mặt nước biển

SSTA Dị thường nhiệt độ bề mặt nước biển

WMO Tổ chức khí tượng thế giới

WP Chỉ số Tây Thái Bình Dương

XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới

Đất nước Việt Nam có đường bờ biển trải dài, phân bố ảnh hưởng của bão

và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) khác nhau theo không gian và thời gian Theo phân bố không gian, ven biển các tỉnh từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa là nơi chịu ảnh hưởng của bão nhiều nhất, sau đó đến các tỉnh từ Nghệ An đến Quảng Bình, Quảng Trị đến Ninh Thuận và khu vực hiếm khi chịu ảnh hưởng của bão nhất là Bình Thuận đến

Cà Mau Theo phân bố thời gian thì bão ảnh hưởng muộn dần từ Bắc vào Nam, ven biển từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa thường chịu ảnh hưởng của bão từ tháng 6 đến tháng 9, ven biển từ Nghệ An – Quảng Bình là từ tháng 7 đến tháng 10, ven biển từ Quảng Trị đến Ninh Thuận là từ tháng 9 đến tháng 11, mùa bão muộn nhất là ở vùng biển từ Bình Thuận đến Cà Mau (tháng 10 đến tháng 12) [8]

Bão và ATNĐ kèm theo gió mạnh, mưa lớn, sóng cao và nước biển dâng, gây ra những thiệt hại to lớn về người và tài sản, ảnh hưởng đến các hoạt động kinh

tế - xã hội và cuộc sống của người dân ở vùng chịu ảnh hưởng của bão và ATNĐ Thống kê của Ban chỉ đạo phòng chống thiên tai cho thấy những thiệt hại này rất nghiêm trọng, như: năm 2019 có 25 người chết, 13 người mất tích, thêm những thiệt hại về kinh tế khác, ước tính thiệt hại lên đến 2.5 tỷ đồng; năm 2018 có 22 người chết, thêm thiệt hại về kinh tế, ước tính thiệt hại lên đến 2 tỷ đồng; năm 2017 có

124 người chết, 19 ngươi bị thương, thêm thiệt hại về kinh tế ước tính gần 44 tỷ đồng

Dự báo sớm được số lượng XTNĐ ảnh hưởng sẽ giúp giảm thiểu được thiệt hại do XTNĐ gây ra Hai phương pháp thường được sử dụng để dự báo hạn mùa số lượng XTNĐ là phương pháp thống kê và phương pháp động lực, trong đó phương

Luận văn này gồm 3 chương chính:

Chương 1 Tổng quan: Trình bày khái quát về hoạt động của XTNĐ trên Biển Đông, XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam, ảnh hưởng của các quá trình quy mô lớn đến sự tăng giảm số lượng XTNĐ trong khu vực TBTBD và Biển Đông, các nghiên cứu trong và ngoài nước về dự báo hạn mùa và hạn nội mùa số lượng XTNĐ

Chương 2 Số liệu và phương pháp: Trình bày về nguồn số liệu XTNĐ, số liệu khí hậu được sử dụng trong nghiên cứu này, các phương pháp hồi quy đa biến, hồi quy từng bước được sử dụng để xây dựng mô hình dự báo số lượng XTNĐ

Chương 3 Kết quả và đánh giá: Phân tích đặc điểm của XTNĐ trên Biển Đông, XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam dựa trên bộ số liệu XTNĐ của Việt Nam, kết quả

dự báo số lượng XTNĐ trên Biển Đông, đổ bộ vào Việt Nam, đổ bộ vào từng khu vực trong 3 tháng tới và trong 1 tháng tới

Các kết quả về đặc điểm của XTNĐ, mô hình thống kê dự báo số lượng

XTNĐ trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam 3 tháng tới đã được biên tập thành

bài báo “Dự báo hạn mùa số lượng xoáy thuận nhiệt đới trên khu vực Biển Đông và

đổ bộ vào Việt Nam” đã đăng lên tạp chí Khí tượng thủy văn số 743 Ngoài ra, một phần kết quả của nghiên cứu này đã được sử dụng để so sánh, đánh giá với phương pháp dự báo mới trong nghiên cứu “A New Approach to skillful Seasonal Prediction of Southeast Asia Tropical Cyclone Occurrence” đã đăng lên tạp chí JGR Atmospheres số 127

11

Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1 Xoáy thuận nhiệt đới và hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới trên Biển Đông

Tổ chức khí tượng thế giới (WMO) định nghĩa xoáy thuận nhiệt đới là thuật ngữ chung chỉ những cơn bão có quy mô synop, không kèm theo front, bắt nguồn từ các vùng biển nhiệt đới

Theo điều 4, quyết định 03/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về Quy định về dự báo, cảnh báo và truyền tin thiên tai, xoáy thuận nhiệt đới là vùng gió xoáy (đường kính có thể tới vài trăm km) hình thành trên biển nhiệt đới, gió thổi xoáy vào trung tâm theo hướng nược chiều kim đồng hồ, áp suất khí quyển (khí áp) trong xoáy thuận nhiệt đới thấp hơn xung quanh, có mưa, đôi khi kèm theo dông, tố,

- Khu vực đại dương có diện tích đủ lớn với nhiệt độ bề mặt nước biển cao (từ 26-270C) để cung cấp năng lượng ngưng kết lớn cho hệ thống bão

- Thông số Coriolis có giá trị đủ lớn để tạo xoáy (vĩ độ 5-200)

- Dòng cơ bản có độ đứt thẳng đứng của gió yếu để đảm bảo sự tập trung của dòng ẩm giai đoạn hình thành bão

12

- Ở trên cao, có trường phân kỳ để đảm bảo sự giải tỏa khối lượng không khí hội tụ ở mặt đất và duy trì bão

- Ở mặt đất phải có nhiễu động áp thấp ban đầu [6]

Khu vực rãnh áp thấp xích đạo và dải hội tụ nhiệt đới thỏa mãn những điều kiện này, do vậy mà vị trí hình thành của bão cũng biến động theo mùa theo quy luật biển động của rãnh áp thấp Vào đầu mùa hè, khi rãnh thấp ở xa xích đạo nhất, khu vực hình thành bão thường nằm ở phía đông bắc phía ngoài Biển Đông, quỹ đạo của bão chuyển động theo đường parabol hướng về biển Hoa Đông, Nhật Bản

và bắc Thái Bình Dương Vào mùa hè, vị trí hình thành của bão dịch chuyển dần về phía tây tây nam, quỹ đạo bão hướng dần về phía Trung Quốc và đi qua khu vực đông bắc Biển Đông Trong các tháng giữa mùa bão, khu vực hình thành và hoạt động của bão tiến dần về phía Biển Đông, quỹ đạo bão ít cong hơn, thường bão di chuyển theo hướng Tây đến bờ biển Việt Nam, vị trí dải hội tụ nhiệt đới lúc này thường vắt ngang qua Biển Đông Càng về cuối mùa bão, vị trí trung bình của rãnh xích đạo dịch chuyển dần về phía nam, bão hình thành và hoạt động ở khoảng vĩ tuyến 10 và có xu hướng di chuyển theo hướng tây và tây tây nam [11]

Hình 1 Quỹ đạo và cường độ của XTNĐ trên toàn cầu từ năm 1851-2015

13

Hình 1 cho thấy quỹ đạo và cường độ của XTNĐ trên toàn cầu trong 165 năm ở các vùng biển Trong đó, TBTBD là vùng biển có nhiều XTNĐ hoạt động nhất Quỹ đạo của XTNĐ chủ yếu di chuyển về phía tây và tây bắc, đi ra xa đường xích đạo, sau đó lại di chuyển về phía đông bắc ở vĩ độ trung bình Trung bình năm,

có 21-31 XTNĐ hoạt động trên vùng biển TBTBD Gần 60% các cơn bão thường

và bão mạnh, 25% các cơn bão rất mạnh vẫn còn duy trì được cấp độ khi di chuyển

từ TBTBD đi vào Biển Đông [1]

Trung bình năm có 8-13 XTNĐ hoạt động trên Biển Đông Hoạt động của bão trên Biển Đông có thể diễn ra trong tất cả các tháng, tập trung chủ yếu từ tháng 7-10 (khoảng 18.5% XTNĐ hoạt động ở tháng 8 và tháng 9, khoảng 16.5% XTNĐ hoạt động ở tháng 7 và tháng 10) [1]

XTNĐ đổ bộ nhiều vào khu vực Đông Nam Á giai đoạn từ tháng 7 đến tháng

10, trùng với giai đoạn XTNĐ hoạt động nhiều ở khu vực TBTBD và Biển Đông XTNĐ đổ bộ nhiều nhất vào khu vực miền Bắc và miền trung Philippines, miền Nam Trung Quốc và miền Bắc Việt Nam [39]

Thời gian XTNĐ đổ bộ và Việt Nam kéo dài từ tháng 3 đến tháng 12, tập trung vào giai đoạn từ tháng 7 đến tháng 11, trọng tâm là tháng 9 và tháng 10 với trung bình có khoảng 1 cơn bão hoặc ATNĐ đổ bộ [6] Số lượng XTNĐ ảnh hưởng trực tiếp nhiều nhất đến các tỉnh từ Quảng Ninh – Hà Tĩnh (từ 6 tới 8 cơn bão/năm),

ít hơn (từ 3 tới 5 cơn bão/năm) ở các tỉnh từ Quảng Bình - Bình Thuận và ít nhất nhất (dưới 3 cơn bão/năm) đổ bộ vào khu vực Nam Bộ [1]

Số lượng bão và áp thấp nhiệt đới trên khu vực TBTBD, trên Biển Đông có

xu hướng giảm, tuy nhiên số lượng bão rất mạnh lại có xu hướng gia tăng [4, 7, 12]

Số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam có xu hướng giảm, khu vực đổ bộ của XTNĐ

có xu hướng lùi dần về phía Nam Việt Nam [7], số lượng bão đổ bộ vào ven biển Bắc Bộ có xu hướng giảm, trong khi số lượng bão đổ bộ vào Nam Trung Bộ và Nam Bộ lại gia tăng trong những thập niên gần đây [12]

14

1.2 Mối quan hệ giữa số lượng xoáy thuận nhiệt đới trên Biển Đông với các quá trình quy mô lớn

1.2.1 El Niño – Dao động nam

El Niño – Dao động nam (ENSO) là dị thường quy mô lớn của hệ thống đại dương – khí quyển với nhiễu động lớn trong dòng biển và nhiệt độ mặt nước biển gây nên điều kiện dị thường khí quyển và môi trường ở khu vực xích đạo, trước hết

là ở Thái Bình Dương (TBD)

Hình 2 El Niño (hình trên) và La Niña (hình dưới) (nguồn:http://www.bom.gov.au/climate/about/australian-climate-

influences.shtml?bookmark=enso)

15

Khu vực xích đạo đông TBD thường lạnh hơn trung bình do tín phong đông bắc Bán Cầu và đông nam Bán Cầu đưa nước biển lạnh từ hai cực tới đông TBD và sát duyên hải Nam Mỹ Khi tín phong yếu, mặt biển trung và đông TBD nóng lên dị thường, đó là hiện tượng El Niño Trong thời kỳ này, ở đông TBD hình thành áp thấp dị thường, dòng thăng phát triển tạo điều kiện hình thành mây đối lưu gây mưa Trong khi đó, ở trung và tây TBD nhiệt độ bề mặt nước biển lạnh hơn trung bình, hình thành áp cao dị thường, dòng giáng làm hạn chế sự phát triển của mây đối lưu Khi tín phong mạnh, dòng nước lạnh mạnh từ cực chảy về phía xích đạo làm cho đông TBD lạnh đi dị thường Ngược lại, trong thời kỳ La Niña mặt biển đông TBD lạnh đi dị thường, áp cao dị thường hình thành, cản trở dòng thăng đối lưu Trong khi đó, ở tây TBD nhiệt độ bề mặt nước biển cao, hình thành áp thấp dị thường, đối lưu được tăng cường [8]

Chỉ số là một thước đo (thường là một giá trị số) có thể đại diện cho một mẫu hoặc trạng thái cụ thể của một hệ thống Các nhà khí hậu học dùng các chỉ số đại dương và chỉ số khí quyển làm dấu hiệu nhận biết nhanh trạng thái của một số biến

Hình 3 Các vùng Niño: NINO1 (5 - 10°S, 80 - 90°W), NINO2 (0 - 5°S, 80 - 90°W), NINO3 (5°N - 5°S, 150 - 90°W), NINO3.4 (5°N - 5°S, 120 - 170°W), NINO4 (5°N - 5°S, 160°E - 150°W) và chỉ số Dao động Nam: chênh lệch khí áp giữa trạm Tahiti

(18S – 150W) và Darwin (10S – 130E)

16

khí hậu và tác nhân khí hậu nhất định Để theo dõi các dấu hiệu của El Niño hoặc

La Niña ở TBD, các nhà khí hậu học sử dụng chỉ số nhiệt độ bề mặt nước biển (SST) Các chỉ số này đề cập đến sự khác biệt so với trung bình nhiều năm của nhiệt

độ bề mặt nước biển ở một số khu vực nằm dọc theo xích đạo TBD Các khu vực này được gọi là NINO1 và NINO2 (bờ biển Nam Mỹ), NINO3 (ở phía đông TBD)

và NINO4 (ở phía tây TBD), NINO3.4 là một phần vùng NINO3 và NINO4 (trung tâm TBD) như hình 3

Chỉ số Niño đại dương (ONI) cũng là một trong những chỉ số thường được sử dụng để xác định các sự kiện El Niño và La Niña ở TBD NOAA tính toán chỉ số ONI bằng cách tính trung bình trượt dị thường nhiệt độ bề mặt nước biển (SSTA) 3 tháng ở khu vực NINO34 và so sánh với trung bình chuẩn khí hậu (dữ liệu 30 năm, được cập nhật 5 năm 1 lần), dị thường từ +0.5 trở lên trong ít nhất 5 tháng liên tiếp

là El Niño, dị thường -0.5 hoặc thấp hơn trong ít nhất 5 tháng liên tiếp là La Niña

Sự dao động của nhiệt độ nước biển trong El Niño và La Niña đi kèm với những dao động áp suất không khí ở quy mô lớn hơn được gọi là Dao động Nam Pha âm của Dao động Nam xảy ra trong thời kỳ El Niño, khi đó áp suất không khí cao dị thường quanh Indonesia và vùng nhiệt đới phía tây TBD và áp suất không khí thấp dị thường ở vùng nhiệt đới phía đông TBD Ngược lại, pha dương của Dao động Nam xảy ra trong thời kỳ La Niña, khi đó áp suất không khí thấp dị thường ở Indonesia và vùng nhiệt đới phía tây TBD và áp suất không khí cao dị thường ở vùng nhiệt đới phía đông TBD

Chỉ số dao động nam (SOI) được tính toán bằng cách sử dụng chênh lệch khí

áp giữa trạm Tahiti (18S – 150W) và Darwin (10S – 130E) Có các phương pháp khác nhau để tính SOI, phương pháp được Cơ quan Khí tượng Úc (BOM) sử dụng

là công thức Troup (1965), đây là phương pháp chuẩn hóa dị thường của chênh lệch khí áp mực biển trung bình giữa trạm Tahiti và Darwin Khoảng thời gian cơ sở được sử dụng trong tính toán SOI là 60 năm (1933–1992)

SOI = 10 [Pdiff − Pdiffav]

SD (Pdiff)

17

Trong đó:

- Pdiff = (Trung bình tháng khí áp mực biển trạm Tahiti) - (Trung bình tháng khí áp mực biển trạm Darwin)

- Pdiffav = Trung bình nhiều năm của Pdiff cho tháng đang tính

- SD (Pdiff) = Độ lệch chuẩn nhiều năm của Pdiff cho tháng đang tính Ảnh hưởng của ENSO đến hoạt động của XTNĐ ở TBTBD được nghiên cứu lần đầu tiên bởi Johnny C.L Chan vào năm 1985 Bằng phương pháp phân tích phổ, Chan đã tìm ra hai đỉnh phổ trong giai đoạn từ 1948-1982 Hai đỉnh phổ này có mối quan hệ chặt chẽ với dao động Nam và dao động tựa hai năm Sau đó, Chan (2000) tiếp tục nghiên cứu mối quan hệ giữa động của XTNĐ trên khu vực TBTBD và El Niño và La Niña giai đoạn 1959-1997 Hoạt động của XTNĐ ở TBTBD không chỉ

có mối quan hệ với El Niño và La Niña trong năm đó, mà còn cả những năm trước

và sau đó Năm trước khi xảy ra El Niño, XTNĐ hoạt động trên Biển Đông nhiều hơn vào tháng 9 và tháng 10, trong khi vào năm El Niño số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông ít hơn vào hai tháng này, tuy nhiên số lượng XTNĐ ở TBTBD lại nhiều hơn trung bình, nhất là vào cuối mùa ở khu vực biển phía đông của TBTBD Sau thời kỳ El Niño, số lượng XTNĐ có xu hướng giảm xuống ít hơn trung bình Tác giả không tìm được sự thay đổi đáng kể vào năm trước thời kỳ La Niña, còn vào năm La Niña thì số lượng XTNĐ trên Biển Đông nhiều hơn vào tháng 9 và tháng 10, nhưng ở các khu vực khác của TBTBD thì XTNĐ hoạt động ít hơn trung bình từ tháng 8-11 Năm sau của năm xảy ra La Niña, XTNĐ lại hoạt động nhiều hơn, đặc biệt là khu vực Biển Đông từ tháng 5-7 Hoạt động của XTNĐ thay đổi có liên quan đến sự thay đổi của dòng chảy quy mô lớn ở mực 850hPa và 500hPa Tuy nhiên tác giả cũng lưu ý rằng, mặc dù El Niño và La Niña tác động đáng kể đến hoạt động của XTNĐ nhưng nó không phải là yếu tố duy nhất tác động đến hoạt động của XTNĐ ở TBTBD [18]

Về mối quan hệ giữa ENSO và hoạt động của XTNĐ trên Biển Đông, Phan Văn Tân (2002) nghiên cứu trên bộ số liệu từ năm 1945-2000 và nhận thấy ENSO

có ảnh hưởng đến tần suất xuất hiện và vị trí hình thành của XTNĐ trên Biển Đông

18

Số lượng XTNĐ hình thành và hoạt động trên biển Đông tăng lên trong các năm La Niña, giảm đi trong các năm El Niño, tuy nhiên cường độ bão trong các năm El Niño mạnh hơn La Niña Trong pha El Niño (La Niña) vị trí hình thành của XTNĐ dịch chuyển về phía đông (tây) Về xu hướng dịch chuyển bắc – nam thì trong thời

kỳ El Niño, vị trí hình thành của XTNĐ có xu hướng lệch về phía bắc, trong khi ở TBTBD vị trí hình thành có xu hướng lệch về phía nam [37]

Nguyễn Đức Ngữ và cộng sự (2006) sau khi nghiên cứu bộ số liệu XTNĐ 45 năm (1956-2000) nhận thấy khi mùa bão ở thời kỳ El Niño trung bình tháng có 0.69 cơn bão ảnh hưởng đến nước ta (ít hơn trung bình khoảng 27%) Khi mùa bão ở thời kỳ La Niña trung bình tháng có 1.31 cơn bão ảnh hưởng đến nước ta (nhiều hơn trung bình 28%) và nhiều hơn gần gấp đôi số lượng bão trong mùa bão El Niño Tác giả đã chỉ ra nguyên nhân của sự biến đổi tần suất hoạt động của bão là do sự

xê dịch về vị trí và biến đổi về cường độ của trung tâm đối lưu trên khu vực xích đạo TBD trong điều kiện El Niño và La Niña Thông thường trung tâm đối lưu này nằm ở vùng biển nhiệt đới ở tây TBD, phía đông Philippines nơi phát sinh chủ yếu của bão TBTBD Trong điều kiện El Niño, trung tâm đối lưu này dịch về phía đông, vùng đối lưu tây TBD yếu đi, đôi khi còn trở thành vùng giáng, do vậy mà số lượng bão hình thành và hoạt động trên vùng biển TBTBD giảm đi Ngược lại, trong điều kiện La Niña, trung tâm đối lưu tây TBD được tăng cường và dịch chuyển về phía tây, tần suất phát sinh và hoạt động của bão tăng lên trên vùng biển này [8]

Đinh Bá Duy và cộng sự (2016) nghiên cứu bộ số liệu của JWTC được cập nhật đến năm 2015, kết quả hình 4 cho thấy số lượng XTNĐ trên khu vực TBTBD

ở năm El Niño và La Niña tương đương nhau ở khoảng 27-28 cơn/năm và ít hơn trong các năm trung tính ở khoảng 28-29 cơn/năm Trong khi đó, số lượng XTNĐ trên Biển Đông ở khoảng 12-13 cơn/năm trong các năm La Niña (chiếm khoảng 45-48% tổng số lượng XTNĐ ở TBTBD) cao hơn so với khoảng 11-12 cơn/năm ở các năm trung tính (39-40%) và thấp nhất ở mức 8-9 cơn/năm trong những năm El Niño (31-33%) [2]

19

Khác với các nghiên cứu trước, Nguyễn Bình Phong và cộng sự (2017) nhận thấy mối tương quan giữa số lượng XTNĐ và ENSO là tương quan ngược và không được rõ ràng như mối tương quan giữa cường độ bão và ENSO Trong những năm

El Niño số lượng bão thường ít hơn La Niña, tuy nhiên cường độ bão trong những năm El Niño lại mạnh hơn nhiều những năm La Niña [8] Kết quả này cũng đã được chỉ ra trong nghiên cứu của Camagro (2004), tuy nhiên trong các năm El Niño XTNĐ có cường độ mạnh hơn và tồn tại lâu hơn trong năm La Niña [14]

Mới đây có nghiên cứu của Trần Thảo Linh và cộng sự (2022) về đặc điểm của XTNĐ đổ bộ vào khu vực Đông Nam Á trong giai đoạn 1970-2019, bằng cách phân tích các bộ số liệu khác nhau: RSMC, CMA, HKO, JTWC Các bộ số liệu khác nhau cho kết quả khác nhau, tuy nhiên, điểm chung của các bộ số liệu này là XTNĐ có xu hướng đổ bộ nhiều hơn ở nam Trung Quốc, ít hơn ở Philippines và Việt Nam Về tác động của ENSO với hoạt động của XTNĐ thì số lượng XTNĐ đổ

bộ vào khu vực Đông Nam Á ít hơn vào năm El Niño, vị trí đổ bộ tập trung ở phía tây bắc lục địa châu Á, XTNĐ đổ bộ nhiều hơn vào năm La Niña và năm trung tính [39]

Hình 4 Trung bình số lượng XTNĐ ở TBTBD và Biển Đông trong các năm ENSO

giai đoạn 1951-2015

20

Như vậy, các nghiên cứu về hoạt động của bão trên Biển Đông và ENSO đều

có chung một kết luận là vào những năm El Niño thì số lượng XTNĐ ít hơn trung bình, ngược lại vào những năm La Niña thì số lượng XTNĐ nhiều hơn trung bình Tuy nhiên cường độ XTNĐ ở những năm El Niño lại mạnh hơn và XTNĐ tồn tại lâu hơn những năm La Niña Ngoài ra, điều kiện khí quyển vào những năm trước còn có tác động đến hoạt động của XTNĐ năm sau Sau thời kỳ El Niño, số lượng XTNĐ vẫn ít hơn trung bình, còn sau La Niña số lượng XTNĐ tiếp tục có xu hướng nhiều hơn trung bình Với XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam thì số lượng XTNĐ đổ bộ nhiều hơn vào năm La Niña và năm trung tính, đổ bộ ít hơn vào năm El Niño Ngoài ra, ENSO không phải là yếu tố duy nhất tác động đến hoạt động của XTNĐ, lưỡng cực Ấn Độ Dương, dao động tựa hai năm, dao động bắc cực … là những dao động đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến số lượng XTNĐ hoạt động ở TBTBD nói chung và Biển Đông nói riêng

1.2.2 Lưỡng cực Ấn Độ Dương

Sự khác biệt giữa SST của vùng nhiệt đới phía tây Ấn Độ Dương và phía đông Ấn Độ Dương được gọi là Lưỡng cực Ấn Độ Dương (IOD) Cường độ của IOD được biểu thị bằng chênh lệch SSTA giữa tây Ấn Độ Dương (50E-70E và 10S-10N) và đông nam Ấn Độ Dương (90E-110E và 10S-0N) và được đặt tên là Chỉ số chế độ lưỡng cực (DMI)

Tương tự như ENSO, sự chênh lệch nhiệt độ nước biển ở Ấn Độ Dương gây

ra những thay đổi của dòng thăng và dòng giáng Khi IOD ở trong pha dương, SST xung quanh Indonesia lạnh hơn trung bình trong khi ở phía tây Ấn Độ Dương ấm hơn trung bình Gió mùa mùa đông mạnh lên ở Ấn Độ Dương và đối lưu ở tây TBD giảm Ngược lại, khi ở trong pha âm, SST ấm hơn trung bình ở gần Indonesia và lạnh hơn trung bình ở phía tây Ấn Độ Dương, dẫn đến gió tây mạnh hơn trên khắp vùng biển Ấn Độ Dương, đối lưu ở tây TBD lại được tăng cường

21

IOD là một trong những dao động quy mô lớn ảnh hưởng đến hoạt động của XTNĐ Số lượng XTNĐ ở Bắc vịnh Bengal nhiều hơn vào năm không có IOD và năm IOD ở pha âm, ít hơn ở năm IOD dương; số lượng XTNĐ ở Nam vịnh Bengal nhiều hơn vào năm không có IOD và IOD dương, ít hơn vào năm IDO âm [36] Ở

Úc, IOD có mối tương quan lớn với số lượng XTNĐ, cụ thể là tương quan giữa SST tháng trước và số lượng XTNĐ ở tháng tiếp theo Do vậy IOD sẽ được chọn làm

Hình 5 Các pha của IOD, pha dương (hình trên) và pha âm (hình dưới) (nguồn http://www.bom.gov.au/climate/about/australian-climate-

influences.shtml?bookmark=iod)

22

nhân tố dự báo hạn mùa số lượng XTNĐ, cùng với các chỉ số liên quan đến ENSO

và dị thường nhiệt độ nước biển trạm Dawin [38]

Sự thay đổi nhiệt độ nước biển (SST) ở Ấn Độ Dương được phát hiện là có ảnh hưởng đến tần suất xuất hiện XTNĐ ở TBTBD Hai nghiên cứu của Zhan (2011) trên bộ số liệu từ năm 1980-2007 đã chứng minh SST ở phía đông Ấn Độ Dương lạnh đi dị thường (pha IOD dương) thì số lượng XTNĐ hình thành ở TBTBD nhiều hơn trung bình nhiều năm, ngược lại SST ấm lên dị thường (pha IOD âm) thì số lượng XTNĐ lại giảm đi Nguyên nhân là do sự thay đổi SST ở đông Ấn

Độ Dương ảnh hưởng đến hoạt động của gió mùa mùa hè và sóng Kelvin xích đạo ở TBTBD, hai yếu tố động lực chính tác động đến sự hình thành của XTNĐ [40, 41]

1.2.3 Dao động tựa hai năm

Sự thay đổi về hướng gió ở tầng bình lưu khu vực xích đạo được phát hiện lần đầu bởi các nhà khí tượng học của cơ quan khí tượng Anh khi phân tích dự liệu thám không vào những năm 50 Cơ chế của dao động tựa hai năm được Richard Lindzen và James Holton lý giải vào năm 1968, sự tương tác của sóng trọng trường truyền theo phương thẳng đứng trong một thời gian dài với gió địa đới ở độ cao khoảng 40km tạo ra dao động có chu kỳ khoảng 2 năm [32]

Dao động tựa hai năm (QBO) là dao động ở khu vực xích đạo, trên tầng bình lưu đới gió tây theo thời gian yếu đi, đổi thành gió đông và ngược lại, dạo động này thường kéo dài 28-29 tháng Quan sát trên các độ cao khác nhau, biên độ cực đại của gió tây di chuyển dần xuống dưới với tốc độ khoảng 1km/tháng, vùng gió đông cũng dần di chuyển xuống dưới, khi đến đỉnh của tầng đối lưu (80 hPa) chúng biến mất Các dải gió địa đới mới sẽ xuất hiện ở giữa tầng bình lưu (10 hPa) thay thế cho dải gió đã di chuyển xuống dưới Chuyển động đi xuống của gió đông thường không đều hơn so với chuyển động của gió tây Biên độ của pha đông thường mạnh gấp đôi pha tây

23

Qua phân tích số liệu XTNĐ của JTWC từ năm 1947-1988 ở khu vực TBTBD, Chan (1995) đã nghiên cứu ảnh hưởng của QBO đến hoạt động của XTNĐ Bằng phương pháp phân tích phổ, tác giả đã tìm thấy hai chuỗi thời gian gần như cùng pha có độ dài khoảng 28 tháng, pha Tây của QBO tương ứng với giai đoạn có nhiều XTNĐ hoạt động Mối quan hệ giữa QBO và bão mạnh, bão rất mạnh còn lớn hơn nữa Tuy nhiên, tác giả cũng khẳng định rằng, QBO chỉ là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến hoạt động của XTNĐ và mối quan hệ giữa QBO và XTNĐ cũng không được rõ ràng trong những năm ENSO [16]

Hình 6 Sơ đồ động lực học của QBO trong mùa đông Sự lan truyền của các sóng

ở vùng nhiệt đới được mô tả bằng mũi tên màu cam (trọng trường, quán tính – trọng trường, sóng Kelvin, Sóng trọng trường Rossby) Sự lan truyền của sóng quy

mô hành tinh (mũi tên màu tím) ở vĩ độ trung bình Đường viền màu đen cho biết sự khác biệt giữa gió địa đới trung bình ở pha đông và tây của QBO, trong đó pha được xác định là gió ở mực 40hPa vùng xích đạo Dị thường gió đông có màu xanh nhạt và dị thường gió tây có màu cam nhạt QBO ở tầng trung lưu (MQBO) có thể thấy được ở trên 80km, trong khi ở độ cao từ 50-80km là đường nét đứt vì quan trắc không chắc chắn [13]

24

Ho và cộng sự (2009) sử dụng số liệu XTNĐ của RSMC-Tokyo và chỉ số QBO từ số liệu tái phân tích, phát hiện thấy ảnh hưởng của QBO đến hoàn lưu ngoại nhiệt đới XTNĐ có xu hướng thường xuyên đi vào vùng biển phía đông Trung Quốc vào pha QBO tây và thưởng xuyên đi vào vùng biển phía đông Nhật Bản vào pha QBO đông Tuy nhiên, số lượng XTNĐ ở TBTBD và ảnh hưởng đến hai vùng biển này không có mối quan hệ rõ ràng với QBO [23]

Theo Huangfu (2021) mối quan hệ giữa QBO và hoạt động của XTNĐ về cơ bản không thay đổi sau khi loại bỏ tín hiệu ENSO Sau khi xem xét các dị thường hoàn lưu liên quan đến QBO, bằng phương pháp phân tích thống kê, tác giả nhận thấy trong pha tây QBO, có nhiều XTNĐ hình thành ở vùng xích đạo TBTBD hơn,

ít XTNĐ hình thành ở vùng ngoài xích đạo TBTBD hơn Hơn nữa, quỹ đạo của XTNĐ cũng thay đổi đáng kể theo các pha của QBO Với pha đông QBO, rãnh gió mùa dịch chuyển về phía bắc và nhiều XTNĐ hoạt đông ở gần Đài Loan hơn [24] Những kết quả này đã bổ sung thêm cho nghiên cứu của Ho và cộng sự (2009)

1.2.4 Dao dộng Bắc Cực

Dao dộng Bắc Cực (AO) là một trong những dao động ảnh hưởng đến hoàn lưu khí quyển ở Bắc Bán Cầu, nhất là ở vùng vĩ độ trung bình và vĩ độ cao Ảnh hưởng rõ ràng nhất của dao động này là sự thay đổi theo phương bắc nam của hướng dịch chuyển bão, dòng xiết vĩ độ trung bình

Pha âm của AO có khí áp ở Bắc Cực thấp trung bình, khí áp ở bắc TBD và bắc ĐTD cao hơn trung bình Dòng xiết lệch về phía bắc hơn bình thường, tạo điều kiện cho XTNĐ có thể dịch chuyển lệch về phía bắc hơn so với trung bình, các đợt không khí lạnh ở vĩ độ trung bình ít hơn trung bình Pha dương của AO có khí áp ở Bắc Cực cao hơn trung bình, khí áp ở bắc TBD và bắc ĐTD thấp hơn trung bình Dòng xiết yếu hơn và di chuyển xa hơn về phía xích đạo, tạo điều kiện cho không khí lạnh tràn xuống vùng vĩ độ trung bình vào mùa đông

25

AO đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến hoạt động của XTNĐ vào mùa

hè ở khu vực TBTBD Những nghiên cứu của Choi và cộng sự (2010) cho thấy, vào những năm có chỉ số AO thấp (cao), có nhiều XTNĐ hình thành ở phía đông (tây) kinh tuyến 150°E hơn, XTNĐ đi vào khu vực Hàn Quốc, Nhật Bản (Biển Đông và Nam Trung Quốc) nhiều hơn [19] Tần suất xuất hiện XTNĐ ở vĩ độ trung bình (khu vực Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan) có tương quan thuận với AO mùa xuân trước đó, ngược lại, tần suất xuất hiện XTNĐ ở vĩ độ thấp (khu vực Philippines) lại

có tương quan nghịch với AO mùa xuân [20]

1.2.5 Dao động nội mùa

Dao động Madden – Julian (MJO) là một trong những dao động nội mùa khu vực nhiệt đới, MJO được đặc trưng bởi dòng đối lưu và hoàn lưu quy mô lớn ở gần xích đạo, lan truyền về phía đông với chu kỳ 30-60 ngày

MJO được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1971 bởi Roland Madden và Paul Julian (thuộc NCAR) khi đang nghiên cứu khí áp và gió vùng nhiệt đới Hai nhà

Hình 7 Khí áp bề mặt vào mùa đông ở Bắc Bán Cầu so với trung bình (1981-2010) khi AO ở pha âm mạnh (2009-2010) và pha dương mạnh (1988-1989) (Nguồn hình ảnh: NOAA - Climate.gov, nguồn số liệu: Phòng thí nghiệm Khoa học Vật lý)

26

khoa học đã quan trắc thấy dao động thường xuyên của gió giữa Singapore và đảo Canton ở khu vực nhiệt đới vùng trung tâm phía tây TBD

Hình 8: Sơ đồ cấu trúc khí quyển của MJO trong giai đoạn đối lưu tăng cường ở Ấn

Độ Dương và đối lưu triệt tiêu ở trung tâm phía tây TBD

(https://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/what-mjo-and-why-do-we-care)

Ảnh hưởng của MJO đến hoạt động của XTNĐ đã được chứng minh trong các nghiên cứu của Liebman và cộng sự (1994), Kim và cộng sự (2008) XTNĐ hình thành ở TBTBD nhiều hơn (ít hơn) trung bình trong giai đoạn đối lưu tăng cường ở TBTBD (Ấn Độ Dương), XTNĐ có xu hướng di chuyển về phía tây (đông) khi đối lưu tăng cường ở TBTBD (Ấn Độ Dương) [25]

Dao động lan truyền từ gần kinh tuyến 180E trên vùng biển TBTBD về phía tây bắc trong hệ thống gió mùa, có chu kỳ 10-20 ngày, gần hai tuần một lần được gọi là dao động tựa hai tuần (QBWO) Cùng với MJO, QBWO có ảnh hưởng đến hoạt động của XTNĐ ở TBTBD như đã được chứng minh trong các nghiên cứu của

Li và Zhou (2013) Hai dao động này có tác động đối với hoạt động của XTNĐ ngược nhau MJO lan truyền về phía đông bắc làm ảnh hưởng đến tần suất XTNĐ ở TBTBD (liên quan đến hoạt động của rãnh gió mùa) và sự dịch chuyển về phía đông bắc vị trí hình thành của XTNĐ Dị thường vùng đối lưu âm và dương xen kẽ

bộ giảm đi đáng kể Trong điều kiện có QBWO, XTNĐ dịch chuyển về phía tây và

đổ bộ nhiều vào Philippines khi MJO ở pha 1, 2, đổ bộ nhiều vào Nhật Bản khi MJO ở pha 3, 4, ít đổ bộ vào Nhật Bản khi MJO ở pha 5, 6 [29]

1.3 Dự báo số lượng XTNĐ

Theo thông tư số 08/2022/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về loại bản tin và thời hạn dự báo, cảnh báo khí tượng thủy văn: Thời hạn mùa là dự báo, cảnh báo từ trên 1 tháng đến tối đa 6 tháng, các thông tin dự báo trong bản tin là trị số và xu thế so với giá trị trung bình nhiều năm Thời hạn dài là

dự báo, cảnh báo từ 10 ngày đến tối đa 1 tháng, các thông tin dự báo trong bản tin là trị số và xu thế so với giá trị trung bình nhiều năm

Dự báo hạn mùa về hoạt động của XTNĐ ở các vùng biển khác nhau đã được nghiên cứu lần đầu tiên bởi Neville Nicholls cuối thập niên 70 Nicholls đã sử dụng phương pháp thống kê để dự báo hạn mùa số lượng XTNĐ ở khu vực Úc dựa vào mối quan hệ giữa ENSO và tần suất hoạt động của XTNĐ Đầu thập niên 80, William M Gray lần đầu tiên đưa ra nghiên cứu dự báo hạn mùa số lượng XTNĐ ở Bắc Đại Tây Dương Kể từ khi đó dự báo hạn mùa hoạt động của XTNĐ là chủ đề được quan tâm và nghiên cứu ở nhiều vùng biển khác nhau Những thập kỷ gần đây, với hiểu biết ngày một rõ ràng hơn về tác động của khí hậu đến hoạt động của XTNĐ, các mô hình thống kê và mô hình động lực đã được xây dựng và phát triển giúp cải thiện dự báo hạn mùa hoạt động của XTNĐ [42]

Klotzbach (2019) đã thống kê hoạt động dự báo mùa của 12 trung tâm bão quốc tế, trong đó khu vực TBTBD được thực hiện bởi các trung tâm liệt kê trong bảng 2 Các phương pháp được sử dụng bao gồm: phương pháp thống kê, mô hình động lực và kết hợp giữa thống kê và động lực Phương pháp thống kê chủ yếu sử dụng mối quan hệ giữa hoạt động của XTNĐ trong khu vực và các hệ thống hoàn

28

lưu quy mô lớn đã được nghiên cứu trước đó Phương pháp động lực sử dụng các

mô hình hoàn lưu chung của khí quyển (AGCM), các mô hình kết hợp giữa đại dương - khí quyển toàn cầu (CGCM) hoặc các mô hình khí hậu khu vực (RCM) đã được sử dụng để dự báo hạn mùa XTNĐ Phương pháp thống kê-động lực học kết hợp là sự kết hợp của hai phương pháp trên và được thực hiện với quy trình hai bước: chọn các yếu tố dự báo là đầu ra của một mô hình khí hậu, sau đó dự báo hoạt động của XTNĐ dựa trên mối quan hệ thống kê giữa các yếu tố dự báo và hoạt động của XTNĐ [27]

Bảng 2 Danh sách các trung tâm bão quốc tế dự báo hạn mùa hoạt động của XTNĐ ở TBTBD và phương pháp dự báo được sử dụng

STT Cơ quan dự báo Phương pháp Trang web

1 Trung tâm Rủi ro Bão

nhiệt đới (TSR) ở Anh

https://www.hko.gov.hk/wxinfo/season/anlf.htm

5 Trung tâm Dự báo Thời

tiết hạn vừa Châu Âu

Nội bộ NOAA

Nội bộ CMA

9 Trung tâm bão quốc gia

(NTC) của KMA

Thống kê Động lực Kết hợp

Nội bộ KMA

Các nhân tố dự báo để dự báo số lượng của XTNĐ được CityU sử dụng gồm: ENSO, ESOI, WP, chỉ số về sự mở rộng về phía tây của áp cao cận nhiệt TBTBD [26] Qua nghiên cứu của Huang và Chan (2014), phương pháp động lực (mô hình khí hậu khu vực RegCM3) đã được áp dụng trong dự báo hoạt động của XTNĐ ở TBTBD và XTNĐ đổ bộ vào khu vực Đông Á [27] TSR dự báo số lượng

và cường độ XTNĐ sử dụng các nhân tố như: Gió tín phong, SST ở khu vực phát triển chính (MDR), ENSO, SLP ở trung tâm bắc TBD [26] HKO dựa vào phân tích thống kê ảnh hưởng của ENSO đến tần suất của XTNĐ để dự báo số lượng XTNĐ ảnh hưởng đến Hồng Kông Sau này, mô hình kết hợp thống kê-động lực học được phát triển, đầu ra của mô hình khí hậu được sử dụng làm nhân tố dự báo, phương pháp dự báo vẫn là phương pháp thống kê Về phương pháp thống kê, STY (CMA)

sử dụng hàm tạo trung bình (MGF), hồi quy từng bước (SWR) và hồi quy tập con tối ưu (OSR), các nhân tố dự báo gồm SLP, SST, độ đứt của gió địa đới, độ cao địa thế 500hPa và hoạt động đối lưu để dự báo hoạt động của XTNĐ ở TBTBD [27]

Kế thừa những kết quả nghiên cứu về mối quan hệ giữa ENSO và hoạt động của XTNĐ, Chan và công sự (1998) nghiên cứu dự báo mùa hoạt động của XTNĐ

ở TBTBD và Biển Đông Sử dụng bộ số liệu 30 năm (1965-1994), với các nhân tố

30

dự báo bao gồm các giá trị hàng tháng của các chỉ số đại diện cho ENSO, điều kiện môi trường ở Đông Á và TBTBD từ tháng 4 năm trước đến tháng 3 năm hiện tại (áp cao cận nhiệt đới TBTBD, sống 500mb ở Cao nguyên Tây Tạng, độ cao địa thế vị mực 500mb ở Nam Á (rãnh Ấn – Miến), tần suất của các đợt không khí lạnh, xoáy cực khu vực TBD) Bằng phương pháp hồi quy theo đuổi phép chiếu (Projection Pursuit Regression), kiểm nghiệm bằng phương pháp jackknife, các tác giả xây dựng các phương trình dự báo số lượng XTNĐ ở TBTBD và Biển Đông năm 1997 Kết quả dự báo thiên cao đối với khu vực TBTBD và thiên thấp với khu vực Biển Đông, dự báo thiên thấp ở Biển Đông tương đối lớn, có thể là do tác động mạnh của

El Niño năm 1997 dẫn đến sai số này [17]

Liu và Chan (2003) đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các yếu tố khí hậu với XTNĐ đổ bộ bờ biển Nam Trung Quốc, từ đó xây dựng sơ đồ thống kê dự báo số lượng XTNĐ hàng năm Sự tăng giảm số lượng XTNĐ chủ yếu là do tác động của ENSO Do vậy, chỉ số dị thường SST ở khu vực NINO34 và chỉ số ESOI, phương pháp hồi quy theo đuổi phép chiếu cũng được sử dụng để dự báo số lượng XTNĐ Kết quả dự báo năm 2001 thiên thấp, dự báo 3-4 XTNĐ đổ bộ nhưng thực tế có 5 XTNĐ đổ bộ [33] Goh và Chan (2010) đã nghiên cứu xây dựng mô hình thống kê

để cải thiện dự báo số lượng XTNĐ đổ bộ vào Nam Trung Quốc, kỹ năng dự báo của mô hình thống kê đạt 51% so với trung bình khí hậu học hoặc cải thiện khoảng 11% so với các nghiên cứu trước đây Ngoài ra, các tác giả cho rằng hoàn lưu của

áp cao cận nhiệt đới trên mực 500 hPa cũng là một trong những yếu tố quyết định xem XTNĐ từ phía TBTBD có thể đi vào Biển Đông và đổ bộ hay không [22] Đinh Bá Duy (2020) sử dụng các chỉ số khí hậu để dự báo hạn mùa số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông Nghiên cứu được thực hiện trên bộ số liệu XTNĐ từ năm 1971-2019 của RSMC - Tokyo Hai mô hình hồi quy tuyến tính đa biến đã được tác giả xây dựng là mô hình mạng thần kinh nhân tạo và mô hình hồi quy tuyến tính Các hệ số hồi quy trong mô hình hồi quy tuyến tính được xác định bằng các phương pháp: bình phương tối thiểu, độ lệch tuyệt đối nhỏ nhất và minmax Trong các mô hình, mô hình hồi quy tuyến tính đa biến xác định hệ số hồi

31

quy bằng phương pháp bình phương tối thiểu (OLS) có tính ổn định và cho kết quả

dự báo tốt nhất [3]

Bùi Thanh Quỳnh (2020) đã nghiên cứu mối quan hệ giữa số lượng XTNĐ

và các quá trình quy mô lớn để dự báo số lượng XTNĐ ảnh hưởng đến Trung Trung

Bộ, áp dụng phương pháp hồi quy đa biến và hồi quy từng bước, các nhân tố dự báo bao gồm giá trị 3 tháng trước mùa bão của các chỉ số: ONI, SOI, NINO34 và QBO Kết quả nghiên cứu cho thấy các phương trình dự báo cho kết quả tương đối tin cậy, sai số lớn vào những năm có số lượng XTNĐ nhiều bất thường Kết quả này cũng chứng minh vai trò của các dao động quy mô lớn như ENSO, QBO đối với hoạt động của XTNĐ ảnh hưởng đến khu vực Trung Trung Bộ [10]

Gần đây có nghiên cứu của Magee (2021) sử dụng hồi quy đa biến Poisson

và 16 chỉ số khí hậu, bao gồm các chỉ số liên quan đến ENSO, IOD, QBO, … để lập phương trình dự báo tổng số lượng bão rất mạnh và siêu bão 6 tháng mùa bão ở Tây Bắc TBD và đổ bộ vào một số nước Châu Á, trong đó có Việt Nam Tác giả khảo sát ở các hạn dự báo khác nhau (từ 1 tháng – 6 tháng), kết quả cho thấy kỹ năng dự báo bão rất mạnh và siêu bão đổ bộ vào Việt Nam tốt nhất ở hạn dự báo 2 tháng trước mùa bão (tháng 6-11), kỹ năng dự báo bằng 53% Do dung lượng mẫu ít nên

dự báo riêng số lượng bão và siêu bão đổ bộ vào Việt Nam có độ tin cậy thấp [35]

Có một phương pháp dự báo mới là quá trình nhận dạng trực giao tuần tự (SOIP) đã được giới thiệu trong nghiên cứu của Feng và cộng sự (2022) Các tác giả nghiên cứu phương pháp dự báo mùa tần suất xuất hiện của XTNĐ ở Biển Đông và phía đông Philippines Sử dụng các yếu tố dự báo từ điều kiện môi trường trước mùa (tháng 4, 5, 6) để dự báo tần suất xuất hiện của XTNĐ trong mùa tiếp theo (tháng 7, 8, 9), sau đó so sánh phương pháp SOIP với các phương pháp dự báo khác [21]

Bằng việc xem xét những dao động khí hậu có ảnh hưởng đến XTNĐ ở TBTBD trong các khoảng thời gian khác nhau (nội mùa, nội thập kỷ, nội thế kỷ), Li

và Zhou (2018) nhận thấy ở quy mô nội mùa có dao động Madden – Julian (MJO), dao động tựa 2 tuần (QBWO), MJO trong điều kiện các pha ENSO khác nhau, kết

32

nối từ xa Thái Bình Dương-Nhật Bản (PJ) có ảnh hưởng đến hoạt động của XTNĐ Tác giả khẳng định rằng những yếu tố này có thể đóng vai trò quan trọng và có ý nghĩa đối với bài toán dự báo số lượng XTNĐ hạn nội mùa [30]

Hình 9: Các dao động nội mùa: PJ (xanh lá cây), MJO (đỏ), QWBO (xanh lam)

Dự báo hạn nội mùa XTNĐ đã được nghiên cứu và thực hiện bằng các phương pháp khác nhau Dự báo bằng phương pháp động lực như mô hình CFS trong nghiên cứu của Long và cộng sự (2015), dự báo bằng phương pháp thống kê như nghiên cứu của Zhao (2022) Về phương pháp thống kê, Zhao và cộng sự đã sử dụng mô hình hồi quy logistic để dự báo số lượng XTNĐ ở TBTBD và các vùng biển: Biển Đông, phía tây của TBTBD, phía đông TBTBD Các nhân tố dự báo bao gồm: MJO, QBWO và ENSO được tuyển chọn bằng hồi quy từng bước để xây dựng mô hình dự báo cho từng khu vực, dự báo trước 0 tuần đến 7 tuần Nghiên cứu cho thấy MJO và QBWO là hai yếu tố báo quan trọng nhất đối với dự báo XTNĐ khu vực phía tây và phía đông TBTBD, MJO là yếu tố quan trọng nhất đối với dự báo XTNĐ ở Biển Đông Mô hình hồi quy logistic được chứng minh là có độ tin cậy và điểm kỹ năng dự báo tương đương với dự báo của mô hình động lực ECMWF hạn nội mùa [43]

Kế thừa các kết quả nghiên cứu của Đinh Bá Duy (2020), Bùi Thanh Quỳnh (2020), Magee (2021)… nghiên cứu này sử dụng mô hình hồi quy từng bước, trong

đó hệ số hồi quy được ước lượng bằng phương pháp OLS để xây dựng mô hình dự báo số lượng XTNĐ Các nhân tố dự báo sẽ được đưa vào mô hình bao gồm các chỉ

33

số khí hậu liên quan đến các dao động quy mô lớn như ENSO, QBO, IOD, AO… có tác động đến hoạt động của XTNĐ như đã trình bày trong phần 1.2 Điểm khác biệt của nghiên cứu này là:

1 Ngoài việc dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam trong 3 tháng tiếp theo như các nghiên cứu dự báo mùa trước đây, luận văn này dự báo chi tiết số lượng XTNĐ trong 1 tháng tới

2 Nghiên cứu này sử dụng bộ số liệu XTNĐ của Việt Nam để tiến hành thử nghiệm và tính toán, trong khi các nghiên cứu trước đây dùng bộ số liệu của các trung tâm bão quốc tế Bộ số liệu của Việt Nam có độ tin cậy cao hơn do

đã được hiệu chỉnh bằng số liệu quan trắc tăng cường, nhất là khi sử dụng để

dự báo số lượng XTNĐ đổ bộ vào Việt Nam

3 Các thử nghiệm với các bộ số liệu có độ dài khác nhau (60 năm và 40 năm gần nhất), các bộ nhân tố dự báo khác nhau (13 chỉ số và 9 chỉ số khí hậu) và các giá trị tham số khác nhau được tiến hành để tìm ra bộ số liệu, bộ nhân tố

dự báo và tham số phù hợp nhất để xây dựng mô hình dự báo hạn mùa số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam Sau đó, mô hình dự báo hạn mùa sẽ được sử dụng để dự báo chi tiết hơn số lượng XTNĐ

đổ bộ vào 5 khu vực của Việt Nam trong 3 tháng tới, dự báo số lượng XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam từng tháng

2 Các chỉ số khí hậu cho biết pha và cường độ của các dao động quy mô lớn có ảnh hưởng đến hoạt động của XTNĐ và các chỉ số cho biết điều kiện môi trường khu vực TBTBD Các chỉ số này được sử dụng để nghiên cứu và tìm ra bộ số liệu phù hợp để xây dựng công cụ dự báo số lượng XTNĐ, trong đó giá trị của các chỉ số khí hậu trong 3 tháng trước chính là nhân tố dự báo tổng số lượng XTNĐ trong 3 tháng tới

Phương pháp:

1 Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến, phương pháp hồi quy từng bước

để tuyển chọn nhân tố dự báo phù hợp

2 Đánh giá mô hình bằng sai số ME, MAE, RMSE

Bài toán 2: Dự báo tổng số XTNĐ hoạt động trên Biển Đông và đổ bộ vào

Việt Nam trong 1 tháng tới dựa trên mối quan hệ của số lượng XTNĐ với các quá trình quy mô lớn

Từ kết quả của bài toán 1, bộ số liệu các chỉ số khí hậu đã được lựa chọn sẽ được sử dụng để dự báo số lượng XTNĐ trong 1 tháng tới, giá trị của các chỉ số khí hậu trong 3 tháng trước chính là nhân tố dự báo số lượng XTNĐ trong tháng tiếp theo Bài toán 2 tiếp tục sử dụng các phương pháp dự báo được áp dụng trong bài

toán 1

35

2.1 Số liệu

Theo phân công của WMO, cơ quan khí tượng nhật bản (JMA) có trách nhiệm theo dõi và cảnh báo bão trên khu vực TBTBD trong đó có Biển Đông Do vậy, nguồn số liệu từ JMA là nguồn số liệu đáng tin cậy và thường được sử dụng để

dự báo số lượng XTNĐ trên Biển Đông và đổ bộ vào Việt Nam (https://www.jma.go.jp/jma/jma-eng/jma-center/rsmc-hp-pub-eg/besttrack.html) Trung tâm dự báo Khí tượng thủy văn quốc gia (NCHMF) có nhiệm vụ dự báo, cảnh báo bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên Biển Đông Số liệu XTNĐ từ năm 1961-2020 của NCHMF là số liệu vị trí tâm và cường độ của XTNĐ đã được hiệu chỉnh sử dụng các số liệu quan trắc tăng cường khi XTNĐ có khả năng đổ bộ vào Việt Nam nên có độ chính xác cao hơn so với các bộ số liệu quốc tế

Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và

Biến đổi Khí hậu đã nghiên cứu phân vùng

bão, xác định nguy cơ bão và nước dâng do

bão khi có bão mạnh đổ bộ Việc phân vùng

chịu ảnh hưởng của bão trong nghiên cứu này

đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường công

nhận theo quyết định 2901/QĐ-BTNMT năm

2016 Như vậy, toàn lãnh thổ Việt Nam, vùng

ven biển và đảo ven bờ được phân thành 8

vùng chịu ảnh hưởng của bão:

- Vùng 1: Đông Bắc

- Vùng 2: Tây Bắc

- Vùng 3: Quảng Ninh đến Thanh Hóa

- Vùng 4: Nghệ An đến Thừa Thiên Huế

- Vùng 5: Đà Nẵng đến Bình Định

- Vùng 6: Phú Yên đến Ninh Thuận

- Vùng 7: Tây Nguyên

- Vùng 8: Bình Thuận đến Cà Mau – Kiên Giang

Hình 10 Sơ đồ phân vùng chịu ảnh hưởng của bão

36

Theo như phân vùng ảnh hưởng của bão ở quyết định trên, bão hoặc ATNĐ ảnh hưởng đến vùng 2 chắc chắn đã đổ bộ vào vùng 1 hoặc vùng 3, ảnh hưởng đến vùng 7 chắc chắn đã đổ bộ vào vùng 5 và vùng 6 Vì vậy, nghiên cứu này phân chia Việt Nam thành 5 vùng XTNĐ đổ bộ:

- Vùng 1: bao gồm các tỉnh từ Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn và các tỉnh ven biển từ Quảng Ninh – Thanh Hóa

- Vùng 2: bao gồm các tỉnh ven biển từ Nghệ An đến Thừa Thiên Huế

- Vùng 3: bao gồm các tỉnh từ Đà Nẵng đến Bình Định

- Vùng 4: bao gồm các tỉnh từ Phú Yên đến Ninh Thuận

- Vùng 5: bao gồm các tỉnh từ Bình Thuận - Cà Mau và Cà Mau – Kiên Giang

XTNĐ đổ bộ vào Vùng 1 bao gồm XTNĐ đổ bộ trực tiếp vào ven biển các tỉnh từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa và XTNĐ đổ bộ vào đất liền Trung Quốc sau đó

đi vào lãnh thổ nước ta (các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn) như bão Hagupit năm 2008 (hình 11) Bão Hagupit đổ bộ vào Trung Quốc sáng ngày 24/9/2008, sau

đó tiếp tục di chuyển theo hướng Tây Bắc suy yếu thành ATNĐ và vị trí tâm của

Hình 11 Quỹ đạo bão Hagupit tháng 9 năm 2008