Đánh giá biến đổi khí hậu ở việt nam dựa trên chỉ số khí hậu cực đoan của IPCC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Đình Dũng ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM DỰA TRÊN CHỈ SỐ KHÍ HẬU CỰC ĐOAN CỦA IPCC Chuyên ngành: Khí tƣợng và khí hậu học Mã số: 60 44 87 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. PHAN VĂN TÂN Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Đình Dũng ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM DỰA TRÊN CHỈ SỐ KHÍ HẬU CỰC ĐOAN CỦA IPCC Chuyên ngành: Khí tƣợng và khí hậu học Mã số: 60 44 87 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. PHAN VĂN TÂN Hà Nội - 2014 3 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến GS.TS. Phan Văn Tân, người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã cung cấp cho tôi những kiến thức quý báu, trong quá trình học tập. Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Cục Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho bạn bè đồng nghiệp hỗ trợ tôi trong quá trình tính toán, đóng góp ý kiến thực hiện một số nội dung trong luận văn này. Cuối cùng, luận văn này không thể thực hiện được nếu thiếu nguồn giúp đỡ và động viên vô cùng to lớn từ gia đình, bạn bè, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến tất cả các quý vị. Trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Đình Dũng 4 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 9 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 11 1.1. Tình hình biến đổi khí hậu 11 1.2. Nghiên cứu khí hậu cực đoan trên thế giới 15 1.2.1. Nghiên cứu về nhiệt độ 15 1.2.2. Nghiên cứu về lượng mưa 17 1.3. Nghiên cứu biến đổi khí hậu, khí hậu cực đoan ở Việt Nam 19 1.4. Chỉ số khí hậu cực đoan của IPCC 23 1.5. Một số nhận xét 27 CHƢƠNG 2 SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP 29 2.1. Số liệu 29 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu và tính toán 30 2.2.1. Phương pháp xử lý số liệu 30 2.2.2. Phương pháp phân tích xu thế 33 2.2.3. Tính toán các chỉ số cực đoan 33 2.3. Lựa chọn Bộ chỉ số cực đoan khí hậu cho Việt Nam 40 2.3.1. Các chỉ số cực đoan khí hậu đã sử dụng ở Việt Nam 40 2.3.2. Lựa chọn chỉ số khí hậu cực đoan 42 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 45 3.1. Sự biến đổi các chỉ số cực đoan khí hậu trong giai đoạn 1961 - 2010 45 3.1.1. Các chỉ số liên quan đến nhiệt độ 45 3.1.2. Các chỉ số liên quan đến lượng mưa 54 3.2. Dự tính biến đổi các chỉ số khí hậu cực đoan thời kỳ 2040-2059và 2080- 2099 thế kỷ 21 63 3.2.1. Dự tính các chỉ số liên quan đến nhiệt độ 63 3.2.2. Dự tính các chỉ số liên quan đến lượng mưa 66 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 5 DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ trung bình toàn cầu 11 Hình 1-2 Diễn biến chuẩn sai nhiệt độ và diện tích băng 12 Hình 1-3 Diễn biến lượng mưa năm ở các vùng khác nhau trên thế giới 12 Hình 1-4 Dự tính biến đổi nhiệt độ vào cuối thế kỷ 21 so với trung bình thời kỳ 1986- 2005 theo các kịch bản 14 Hình 1-5 Dự tính biến đổi lượng mưa vào cuối thế kỷ 21 so với trung bình thời kỳ 1986-2005 theo các kịch bản 14 Hình 1-6 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 25 Hình 1-7 Minh họa dự tính biến đổi các chỉ số khí hậu cực đoan liên quan đến nhiệt độ (trái), Lượng mưa (phải) trong thế kỷ 21 26 Hình 1-8 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 26 Hình 2-1 Mô tả quá trình kiểm tra chất lượng số liệu Tx, Tm 32 Hình 2-2 Mô tả quá trình kiểm tra chất lượng số liệu R 32 Hình 2-3 Mô tả hàm phân bố xác suất xác định cực đoan nhiệt độ và lượng mưa 37 Hình 2-4 Minh họa sắp xếp chuối số liệu để xác định các ngưỡng phân vị 38 Hình 2-5 Minh họa phương pháp xác định ngưỡng phân vị trên và dưới 39 Hình 2-6 Minh họa kết quả biểu diễn phân bố theo thời gian 39 Hình 3-1 Xu thế và tốc độ biến đổi chỉ số TNn ( o C/10năm) 51 Hình 3-2 Xu thế và tốc độ biến đổi chỉ số TXx ( o C/10năm) 51 Hình 3-3 Xu thế và tốc độ biến đổi số ngày nắng nóng (SU35) 52 Hình 3-4 Xu thế và tốc độ biến đổi số ngày nắng nóng gay gắt (SU37) 52 Hình 3-5 Xu thế và tốc độ biến đổi số đêm có nhiệt độ >25 o C (đêm/10năm) 53 Hình 3-6 Xu thế và tốc độ biến đổi Số đêm lạnh - Tn10P (Ngày/10 năm) 53 Hình 3-7 Xu thế và tốc độ biến đổi số ngày nóng - Tx90P (Ngày/10 năm) 53 Hình 3-8 Xu thế biến đổi lượng mưa ngày lớn nhất tháng (Rx1day)/50 năm 61 Hình 3-9 Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất tháng (Rx5day)/50 năm 61 6 Hình 3-10 Xu thế biến đổi số ngàymưa lớn R50 (ngày/50 năm) 62 Hình 3-11 Xu thế biến đổi số ngày mưa rất lớn R100 (ngày/50 năm) 62 Hình 3-12 Xu thế biến đổi lượng mưa ngày rất ẩm R95p (mm/50 năm) 62 Hình 3-13 Xu thế biến đổi lượng mưa ngày siêu ẩm R99p (mm/50 năm) 62 Hình 3-14 Dự tính xu thế biến đổi nhiệt độ tối cao tuyệt đối trung bình năm ( o C) thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 - 2099 64 Hình 3-15 Dự tính xu thế biến đổi nhiệt độ tối thấp tuyệt đối trung bình năm ( o C) thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 - 2099 64 Hình 3-16 Dự tính xu thế biến đổi số ngày nắng nóng (ngày) thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 - 2099 65 Hình 3-17 Dự tính xu thế biến đổi số ngày nắng nóng gay gắt thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 – 2099 66 Hình 3-18 Dự tính xu thế biến đổi của chỉ số Rx1day (%)thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 – 2099 67 Hình 3-19 Dự tính xu thế biến đổi của chỉ số Rx5day (%) thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 – 2099 68 Hình 3-20 Dự tính xu thế biến đổi của chỉ số CDD (ngày) thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 – 2099 69 Hình 3-21 Dự tính xu thế biến đổi số ngày mưa lớn - R50mm (%) thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 – 2099 69 Hình 3-22 Dự tính xu thế biến đổi số ngày mưa rất lớn (%) thời kỳ 2040 - 2059 và 2080 - 2099 70 7 DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua ở các vùng khí hậu của Việt Nam 22 Bảng 2-1 Danh sách trạm 29 Bảng 2-2 Bộ chỉ số cực đoan khí hậu được đề xuất bởi nhóm ETCCDI 35 Bảng 2-3 Bộ chỉ số cực đoan khí hậu liên quan đến nhiệt độ ở Việt Nam 43 Bảng 2-4 Bộ chỉ số cực đoan khí hậu liên quan đến lượng mưa ở Việt Nam 44 Bảng 3-1 Xu thế và tốc độ biến đổi của các chỉ số cực đoan nhiệt độ 45 Bảng 3-2 Xu thế và tốc độ biến đổi của các chỉ số cực đoan mưa 54 8 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT KTTV Khí tượng thuỷ văn TNMT Tài nguyên môi trường IPCC Ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu BĐKH Biến đổi khí hậu DMHCC Cục Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu ECE Hiện tượng khí hậu cực trị CEI Chỉ số cực đoan khí hậu AR4, AR5 Các Báo cáo của Ban liên Chính phủ về Biến đổi khia hậu KTTVQG Khí tượng Thủy văn quốc gia IMHEN Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu RCP Kịch bản nồng độ khí nhà kính WMO Tổ chức khí tượng thế giới UNEP Chương trình môi trường liên hiệp quốc JCOMM Ủy ban hỗ trợ kỹ thuật cho hải dương , biển và khí tượng CLIVAR Nhóm nghiên cứu dao động khí hậu và khả năng dự báo WCRP Chương trình nghiên cứu khí hậu toàn cầu GCM Mô hình khí hậu khu vực CCSP ETCCDI Chương trình nghiên cứu biến đổi khí hậu Xác định, theo dõi và chỉ số hóa PRECIS Cung cấp các thông tin khí hậu khu cực cho các nghiên cứu tác động 9 MỞ ĐẦU Sự thay đổi phân bố năng lượng khí quyển trên bề mặt trái đất dẫn đến sự biến đổi của các hệ thống hoàn lưu khí quyển và đại dương, biến đổi các cực trị thời tiết và khí hậu. Nhiều bằng chứng chứng tỏ thiên tai và các hiện tượng cực đoan có nguồn gốc khí tượng ngày càng gia tăng ở nhiều vùng trên trái đất, thu hút quan tâm nghiên cứu của cộng đồng khoa học trên thế giới. Trong lĩnh vực khí tượng và khí hậu học, nghiên cứu về biến đổi khí hậu là một trong chủ đề lớn rất được quan tâm hiện nay. Một số những hướng nghiên cứu về biến đổi khí hậu được tập trung vào là nghiên cứu xu thế biến đổi, tính biến động của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan dựa trên số liệu quan trắc và đánh giá khả năng xuất hiện các hiện tượng khí hậu cực đoan trong tương lai với các qui mô thời gian và không gian khác nhau. Ở Việt Nam, hầu hết các nghiên cứu từ trước đến nay về vấn đề này, chủ yếu tập trung vào phân tích các yếu tố khí hậu cơ bản, hoặc các hiện tượng cực đoan quan trắc được để đánh giá mức độ biến đổi của khí hậu. Một số khác đã đánh giá biến đổi khí hậu bằng các yếu tố trung bình khí hậu và phân tích xu thế biến đổi,… Các nghiên cứu gần đây đã dùng các chỉ số khí hậu cực đoan, tuy nhiên chỉ đánh giá riêng lẻ cho yếu tố nhiệt độ hoặc lượng mưa và tính toán một vài chỉ số. Trong những thập niên gần đây, các nghiên cứu về biến đổi khí hậu gắn liền với các công bố của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC). Trong báo cáo của IPCC thường có 2 phần là thành quả của rất nhiều nhà nghiên cứu khí tượng và khí hậu học trên thế giới: (1) Phân tích xu thế biến đổi khí hậu trên cơ sở số liệu thu thập, quan trắc được; (2) Dự tính kịch bản biến đổi khí hậu cho tương lai trên cơ sở các kịch bản (Cao, Trung bình, thấp); các tính toán này được cập nhật hàng năm, 5 năm và đưa ra một bản báo cáo công bố rộng rãi trên toàn thế giới về biến đổi khí hậu toàn cầu. Ngoài ra, IPCC còn đưa ra các hướng dẫn tính toán, phân tích biến đổi khí hậu trên cơ sở kinh nghiệm quốc tế phục vụ công tác giám sát, thích ứng, phù hợp với điều kiện khu vực, quốc gia để có thể nghiên cứu, so sánh, đối chiếu phục vụ các mục đích phát triển kinh tế - xã hội. 10 Kế thừa, áp dụng những thành quả khoa học trong nước và trên thế giới chúng tôi đề xuất Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu nội dung: “Đánh giá biến đổi khí hậu ở Việt Nam dựa trên chỉ số khí hậu cực đoan của IPCC” với mục tiêu: 1) Đánh giá được sự biến đổi của các cực đoan khí hậu trên quy mô cả nước trong quá khứ thông qua các chỉ số liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa; 2) Xác định được mức độ biến đổi của các hiện tượng cực đoan khí hậu trong tương lai theo các kịch bản biến đổi khí hậu dự tính bằng mô hình PRECIS. Để đạt được các mục tiêu nói trên tác giả đã nghiên cứu từ tổng quan để định hướng rõ hơn chủ đề nghiên cứu, chuẩn bị nguồn số liệu, tính toán và phân tích kết quả. Với cấu trúc Luận văn trình bày gồm mở đầu, kết luận và các Chương sau: Chƣơng 1:Tổng quan. Trong chương này, tác giả trình bày về tình hình biến đổi khí hậu, tổng quan về vấn đề nghiên cứu khí hậu cực đoan ở trong nước, trên thế giới từ các tài liệu tham khảo. Chƣơng 2: Số liệu và phương pháp Trong chương này đề cập đến (1) các bộ số liệu được sử dụng trong luận văn (số liệu quan trắc, số liệu dự tính),; (2) phương pháp tính toán các chỉ số khí hậu cực đoan, phương pháp xử lý số liệu;(3) Đề xuất bộ chỉ số khí hậu cực đoan áp dụng cho Việt Nam và sử dụng các chỉ số đánh giá biến đổi khí hậu cực đoan trên cơ sở bộ chỉ số khí hậu cực đoan của IPCC. Chƣơng 3: Kết quả và Nhận xét Trên cơ sở tính toán các chỉ số khí hậu cực đoan thời kỳ 1961 - 2010, phân tích phân bố theo thời gian, không gian và đưa ra một số nhận xét về xu thế biến đổi các chỉ số khí hậu cực đoan; Từ kết quả dự tính các yếu tố khí hậu (nhiệt độ tối cao, nhiệt độ tối thấp và lượng mưa ngày) cho Việt Nam thời kỳ 2040 - 2059 (giữa thế kỷ 21) và thời kỳ 2080 - 2099 (cuối thế kỷ 21) bằng mô hình PRECIS tổ hợp từ 5 phương án ứng với kịch bản phát thải trung bình A1B, đưa ra một số nhận xét về dự tính biến đổi các chỉ số khí hậu cực đoan trong tương lai. [...]... cận trên hoặc dưới đường phân bố được cho là cực đoan Trên cơ sở đó một số tác giả đã dự tính cho tương lai và đánh giá mức lặp lại cực đoan, xu thế biến đổi, …Còn ở Việt Nam? 18 1.3 Nghiên cứu biến đổi khí hậu, khí hậu cực đoan ở Việt Nam Những năm gần đây các chương trình nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu phục vụ sản xuất, đời sống và an ninh quốc phòng có khá nhiều các đề tài tập trung đánh giá. .. hình biến đổi khí hậu trong quá khứ, nghiên cứu sự biến đổi cực đoan khí hậu và xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu ở Việt Nam Từ năm 1998 đến năm 2003, Tổng Cục Khí tượng Thủy văn (nay trực thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã hoàn thành thông báo đầu tiên của Việt Nam cho Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu, trong đó tổng kết biến đổi khí hậu của Việt Nam trong 100 năm gần đây, đánh. .. tượng khí hậu cực đoan phần lớn không được quan trắc trực tiếp mà thường được xác định căn cứ vào số liệu quan trắc của các yếu tố khí hậu và dựa trên một số chỉ tiêu qui ước cụ thể nào đó [11] Ở Việt Nam hiện nay tồn tại hai khái niệm: “yếu tố khí hậu cực đoan và “hiện tượng khí hậu cực đoan Cái gọi là “yếu tố khí hậu cực đoan xuất phát từ tên gọi các biến khí hậu cực trị (extreme) mà tập giá trị của. .. đã được thực hiện ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào đánh giá các yếu tố khí hậu cơ bản, hoặc các hiện tượng cực đoan quan trắc được Một số các công trình nghiên cứu gần đây đã dùng các chỉ số khí hậu cực đoan, tuy nhiên chỉ đánh giá riêng lẻ cho yếu tố nhiệt độ hoặc lượng mưa và tính toán một vài chỉ số 1.4 Chỉ số khí hậu cực đoan của IPCC IPCC được thành lập năm 1988 bởi Tổ chức Khí tượng Thế giới... thành viên cần thiết phải xác định các ngưỡng cực đoan và lựa chọn tính toán các chỉ số cực đoan phù hợp với điều kiện khí hậu [22] Sử dụng bộ chỉ số IPCC trên thế giới Trong báo cáo lần thứ 4, AR4, IPCC (2007) đã tính toán một số chỉ số cực đoan khí hậu liên quan đến nhiệt độ và lượng mưa để đánh giá mức độ biến đổi và dự tính các hiện tượng cực đoan khí hậu trên quy mô toàn cầu (Hình 1-6, Hình 1-7) [14]... dự tính biến đổi các chỉ số khí hậu cực đoan liên quan đến nhiệt độ (trái), Lƣợng mƣa (phải) trong thế kỷ 21 (Nguồn: IPCC, 2007) Hình 1-8 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 (Nguồn: AR5, 2013) Trong báo cáo đặc biệt về biến đổi khí hậu lần thứ năm của IPCC (AR5) cho các hiện tượng cực đoan khí hậu có kết quả khá tương đồng với... dẫn chung của WMO và IPCC đồng thời cũng cần điều chỉnh phù hợp đối với các điều kiện địa lý khí hậu khác nhau Việc xác định một bộ chỉ khí hậu cực đoan cho Việt Nam được đặt ra Thực tế, ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu đánh giá biểu hiện và dự tính biến đổi khí hậu đã được quan tâm từ sớm Tuy nhiên, những chỉ số cực đoan khí hậu mới chỉ được quan tâm trong những năm gần đây trong các nghiên cứu của GS TS... độ, tính chất và xu thế biến đổi của các yếu tố khí hậu cực đoan; đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan; lựa chọn mô hình số trị khu vực phù hợp để mô phỏng và dự báo mùa các yếu tố khí hậu cực đoan; đề xuất các giải pháp chiến lược ứng phó phục vụ phòng tránh và giảm nhẹ tác động của các hiện tượng khí hậu cực đoan Các kết quả của công trình đã góp phần... về số liệu quan trắc ngày ở nhiều nước khác nhau Năm 2009, IPCC đã đưa ra 27 chỉ số khí hậu cực đoan (http://cccma.seos.uvic.ca/ETCCDI/) và cách tính toán bao gồm cả các yếu tố và hiện tượng (ECE) Trong số đó có một số chỉ số đã được sử dụng ở Việt Nam (Bảng 2-2) [22] 34 Bảng 2-2 Bộ chỉ số cực đoan khí hậu đƣợc đề xuất bởi nhóm ETCCDI TT 1 Kí hiệu Tên chỉ số Định nghĩa chỉ số FD0 Ngày sương giá Số. .. của từng khu vực, vùng, lãnh thổ phù hợp với đặc điểm khí hậu; 3) Tính toán, phân tích các chỉ số khí hậu cực đoan để thể hiện rõ hơn đặc điểm biến đổi khí hậu rất có ý nghĩa thực tiễn Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, các hiện tượng khí hậu cực đoan cũng có sự biến đổi Cần có các nghiên cứu liên tục về diễn biến các hiện tượng khí hậu cực đoan phù hợp với các nghiên cứu trong khu vực và quốc . sử dụng các chỉ số đánh giá biến đổi khí hậu cực đoan trên cơ sở bộ chỉ số khí hậu cực đoan của IPCC. Chƣơng 3: Kết quả và Nhận xét Trên cơ sở tính toán các chỉ số khí hậu cực đoan thời kỳ. toán các chỉ số cực đoan 33 2.3. Lựa chọn Bộ chỉ số cực đoan khí hậu cho Việt Nam 40 2.3.1. Các chỉ số cực đoan khí hậu đã sử dụng ở Việt Nam 40 2.3.2. Lựa chọn chỉ số khí hậu cực đoan 42 CHƢƠNG. NHIÊN Nguyễn Đình Dũng ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Ở VIỆT NAM DỰA TRÊN CHỈ SỐ KHÍ HẬU CỰC ĐOAN CỦA IPCC Chuyên ngành: Khí tƣợng và khí hậu học Mã số: 60 44 87 LUẬN VĂN THẠC