Đặc điểm của một số nhân tố quy mô lớn trong điều kiện hạn hán ở việt nam

Chính vì thế, với đề tài “Đặc điểm của một số nhân tố quy mô lớn trong điều kiện hạn hán ở Việt Nam” tập trung nghiên cứu về một số đặc trưng liên quan đến hạn hán như là lượng mưa, nhiệ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

_

Nguyễn Thanh Hoa

ĐẶC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ NHÂN TỐ QUY MÔ LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN HÁN Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thanh Hoa

ĐẶC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ NHÂN TỐ QUY MÔ LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN HÁN Ở VIỆT NAM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Ảnh hưởng của một số đặc trưng quy mô lớn đến hạn hán ở Việt Nam” là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa hoạc của PGS TS Vũ Thanh Hằng và đồng hướng dẫn - Tiến sĩ Nguyễn Đăng Quang, không sao chép từ các công trình nghiên cứu của người khác

Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kỳ một công trình khoa học nào khác

Các thông tin thứ cấp được sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng quy cách

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn./

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn PGS TS Vũ Thanh Hằng và đồng hướng dẫn – Tiến sĩ Nguyễn Đăng Quang đã định hướng nghiên cứu và các phương pháp luận cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu Luận văn thạc sỹ

Trong quá trình được nghiên cứu, học tập tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, tôi đã có cơ hội được tiếp thu những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về khí tượng khí hậu học, mà qua đó giúp tôi có đủ kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập, tạo cho tôi niềm say mê nghiên cứu khoa học, phục vụ hiệu quả cho quá trình nghiên cứu, thực hiện

và hoàn thành Luận văn thạc sỹ của bản thân

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo cùng với cán bộ Bộ môn Khí tượng thủy văn hải dương học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn

Xin trân trọng cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo và cán bộ của Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trung ương đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã luôn sát cánh, động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Hà Nội, tháng năm 2016

Tác giả

Nguyễn Thanh Hoa

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HẠN HÁN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG HOÀN LƯU QUY MÔ LỚN ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆT NAM 2

1.1 Khái niệm hạn hán và phân loại hạn hán 2

1.1.1 Khái niệm hạn hán 2

1.1.2 Phân loại hạn hán 3

1.2 Ảnh hưởng của một số hoàn lưu quy mô lớn đến hạn hán ở Việt Nam 6

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu về hạn hán 10

1.3.1 Một số nghiên cứu trong nước 10

1.3.2 Một số nghiên cứu trên thế giới 15

CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Phương pháp nghiên cứu 18

2.1.1 Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (Standardized Precipitation Index - SPI) 18

2.1.2 Chỉ số khô (Aridity Index - AI) 19

2.1.3 Chỉ số Ped 21

2.2 Nguồn số liệu 22

2.3 Phương pháp và số liệu dự tính khí hậu 23

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 25

3.1 Tần suất hạn của các vùng khí hậu theo các chỉ số 25

3.1.1 Tần suất hạn cho giai đoạn 1981 – 2014 25

3.1.2 Tần suất hạn theo tháng 28

3.1.3 Tần suất hạn và xu thế hạn theo tháng của các trạm đảo 34

3.2 Đặc điểm trường SST giai đoạn 1981-2010 trên khu vực Biển Đông 37

3.3 Tình hình hạn hán trong năm El Nino và LaNina điển hình 38

3.3.1 ENSO và chỉ số ENSO 38

3.3.2 Hạn hán trong kỳ El Nino 5/1997 - 5/1998 40

3.3.3 Hạn hán trong kỳ La Nina 5/1988 - 5/1989 44

3.3.4 Xu thế hoạt động của áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dương trên mực 850mb 48

3.4 Dự tính về hạn hán ở các vùng khí hậu trên cả nước 49

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

Danh mục bảng

Trang

Bảng 2.1: Phân cấp hạn khí tƣợng theo chỉ số SPI 19

Bảng 2.2: Phân cấp hạn theo chỉ số AI 20

Bảng 2.3: Phân cấp hạn theo chỉ số J 20

Bảng 2.4: Phân cấp hạn theo chỉ số Ped 21

Bảng 2.5: Cấp độ hạn theo chỉ số J, SPI và Ped 21

Bảng 2.6: Danh sách trạm trong 7 vùng khí hậu 23

Bảng 3.1: Tần suất (%) hạn các vùng phía bắc 25

Bảng 3.3: Giá trị 3 chỉ số vùng B1 và B2 năm El Nino điển hình 40

Bảng 3.4: Giá trị 3 chỉ số vùng B3 và B4 năm El Nino điển hình 40

Bảng 3.5: Giá trị 3 chỉ số các vùng phía nam năm El Nino điển hình 41

Bảng 3.6: Giá trị 3 chỉ số vùng B1 và B2 năm La Nina điển hình 44

Danh mục hình

Trang

Hình 1.1: Trình tự xảy ra hạn hán và phân loại hạn hán 5

Hình 2.1: Phân vùng khí hậu Việt Nam 22

Hình 3.1: Tần suất hạn các vùng phía bắc 26

Hình 3.2: Tần suất hạn các vùng phía nam 28

Hình 3.3: Tần suất hạn theo tháng các vùng phía bắc 29

Hình 3.4: Tần suất hạn theo tháng các vùng phía nam 32

Hình 3.5: Tần suất hạn các tại các trạm đảo 34

Hình 3.6: Tần suất hạn theo tháng tại các trạm đảo 36

Hình 3.7: Xu thế gia tăng nhiệt của SST giai đoạn 1901-2004 [25] 37

Hình 3.8: Chuẩn sai nhiệt độ bề mặt nước biển giai đoạn 1981-1990, 1991-2000, 2001-2010 38

Hình 3.9: Chỉ số ONI giai đoạn 1950 - 2014 39

Hình 3.10: Hoạt động của áp cao cận nhiệt đới trong năm El Nino so với TBNN 1982-2010 43

Hình 3.11: Hoạt động của áp cao cận nhiệt đới trong năm La Nina so với TBNN 1982-2010 46

Hình 3.12 : Hoạt động ACCN Tây TBD trong giai đoạn 1981-1990, 1991-2000, 2001-2010 48

Hình 3.13: Chuẩn sai hoạt động áp cao cận nhiệt giai đoạn 1981-1990, 1991-2000, 2001-2014 49

Hình 3.14: Tần suất hạn các vùng khí hậu theo kịch bản 2.6 50

Hình 3.15: Xu thế hạn theo tháng kịch bản 2.6 51

Hình 3.16: Tần suất hạn các vùng khí hậu theo kịch bản 3.16 52

Hình 3.17: Xu thế hạn theo tháng kịch bản 4.5 53

Hình 3.18: Tần suất hạn các vùng khí hậu theo kịch bản phát thải 8.5 55

Hình 3.19: Xu thế hạn theo tháng kịch bản RCP 8.5 56

MỞ ĐẦU

Việt Nam có vị trí địa lý khá đặc biệt, có đường bờ biển kéo dài từ Bắc vào Nam, có vai trò quan trọng không chỉ đối với khu vực mà còn trên thế giới nói chung Ngoài những nguồn tài nguyên phong phú trên đất liền hay những đặc thù kinh tế, lợi ích hàng hải từ vùng biển rộng lớn đem lại thì hàng năm chúng ta luôn phải đối mặt và gánh chịu nhiều hiện tượng thiên tai bất thường như bão, áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, hạn hán…Một trong số đó, hạn hán được coi là thiên tai lớn thứ ba sau lũ lụt và bão Hán hán gây ra những thiệt hại to lớn về kinh tế, đời sống và môi trường không chỉ tại Việt Nam mà còn trên toàn thế giới Thiên tai này thường rất khó để dự báo, không có cách phòng chống như thiên tai khác mà chỉ có thể tránh

và giảm thiểu thiệt hại do hạn hán gây ra Theo thời gian, hạn hán có mức độ càng ngày càng nghiêm trọng với những đợt hạn kéo dài về thời gian và phạm vi ảnh hưởng rộng lớn Do vậy, việc xác định nguyên nhân gây ra hạn hán, các dấu hiệu nhận biết, cảnh báo sớm hạn hán được coi là vấn đề nghiên cứu quan trọng và có tính cấp thiết đối với mỗi quốc gia trên thế giới

Chính vì thế, với đề tài “Đặc điểm của một số nhân tố quy mô lớn trong điều kiện hạn hán ở Việt Nam” tập trung nghiên cứu về một số đặc trưng liên quan đến hạn hán như là lượng mưa, nhiệt độ bề mặt, phương thức tính toán các chỉ số hạn hán thông qua bộ số liệu quan trắc thực tế và dự tính biến đổi xu thế hạn hán trong tương lai tại Việt Nam Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn được bố cục trong 3 chương

Chương 1: Tổng quan về hạn hán và các đặc trưng hoàn lưu quy mô lớn ảnh hưởng đến Việt Nam Chương này giới thiệu tổng quát các định nghĩa về hạn hán, nguyên nhân, các đặc trưng và nghiên cứu của một số tác giả trên thế giới và Việt Nam

Chương 2: Số liệu và phương pháp nghiên cứu Chương này trình bày về các chỉ số hạn hán sẽ được chọn để nghiên cứu về hạn hán trong luận văn và phương pháp tính, nguồn số liệu sử dụng

Chương 3 Một số kết quả và nhận xét Chương này đưa ra các kết quả tính toán chỉ số hạn hán tại các vùng khí hậu và trạm đảo Việt Nam giai đoạn 1981-2014

và ảnh hưởng của một số hoàn lưu quy mô lớn đến hạn hán, dự tính xu thế hạn hán tương lai qua các kịch bản phát thải RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 8.5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HẠN HÁN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG HOÀN

LƯU QUY MÔ LỚN ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆT NAM

1.1 Khái niệm hạn hán và phân loại hạn hán

1.1.1 Khái niệm hạn hán

Trên thế giới có rất nhiều khái niệm và định nghĩa về hạn hán, hạn hán có thể hiểu chung là một hiện tượng khí hậu thường xuyên xảy ra, là thảm họa lớn gây ảnh hưởng đến đời sống của nhân loại thông qua sự mất mùa, dẫn đến thiếu lương thực

và kết quả là nạn đói đã diễn ra ở nhiều nơi, nhiều khu vực khác nhau Bởi vậy, hạn hán cũng là nguyên nhân gián tiếp dẫn đến các căn bệnh về suy dinh dưỡng, các vấn

đề về sức khỏe… Hạn hán còn có thể hủy hoại môi trường sống của các loại thực vật, động vật, quần cư hoang dã, làm giảm chất lượng không khí… và các tác động này có thể kéo dài, không khôi phục được Theo các phân tích trong giai đoạn 1900-

2013, trên thế giới có tổng cộng 642 đợt hạn hán, và ngày một tăng cường về tần suất cũng như là mức độ nghiêm trọng; điển hình là các đợt hạn hán trong các năm 1972-1973, 1983-1984, 1991-1992 là những đợt nghiêm trọng và gây ảnh hưởng rộng nhất; ước tính con số người chết lên đến 12 triệu người, gây ảnh hưởng đến 2

tỷ người, tổng thiệt hại kinh tế ước tính lên đến 135 tỷ USD

Hạn hán là một loại hình thiên tai có những đặc thù riêng và tác động của hạn hán thường xảy ra trên một phạm vi rộng lớn, thời điểm bắt đầu cũng như kết thúc thường rất khó nhận biết Các tác động của hạn hán thường được tích tụ dần qua một khoảng thời gian tương đối dài, dao động từ vài tháng cho đến vài năm Do vậy, vẫn chưa có một khái niệm chính xác nào về hạn hán được đưa ra và chính thức được thừa nhận Năm 1985, Wilhite và Glant [26] đã tổng kết được hơn 150 định nghĩa được công bố về hạn hán và một trong số những định nhĩa hạn hán phổ biến nhất được tóm tắt trong cuốn “Tate & Gustard ” (2000) cho rằng lượng mưa là nhân tố ảnh hưởng chính gây ra hạn hán và hạn hán là kết quả của sự thiếu hụt lượng mưa tự nhiên trong một thời kỳ dài, thường là mùa hoặc lâu hơn

Theo Beran & Rodier (1985) cho rằng các đặc điểm chính của một đợt hạn hán là giảm lượng nước có sẵn trong một giai đoạn trên một khu vực cụ thể Yevjevich (1967) thì cho rằng: sự thiếu thống nhất về một định nghĩa chính xác về hạn hán là một trong những trở ngại trong việc xác định hạn hán Do đó, tác giả

H.Hisdal và L.M Tallaksen đã đưa ra nhận xét: Hạn hán là sự thâm hụt lượng mưa trong một thời kỳ xác định và sự thiếu hụt dòng chảy trong cả một thời kỳ sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến vấn đề quản lý tài nguyên nước Điều này cũng bao gồm cả sự ô nhiễm sông ngòi, hồ chứa hay các nguồn nước sinh thái khác [19]

Theo tác giả Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Trọng Hiệu (2004) hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng, kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất,… [8]

Có thể thấy là hầu hết tất cả các vùng khí hậu đều có thể gặp hạn hán kể cả vùng mưa nhiều, mặc dù đặc điểm giữa các vùng là khác nhau Nguyên nhân là do khí hậu thời tiết bất thường gây nên lượng mưa thường xuyên ít hơn trong một thời gian dài hoặc nhất thời thiếu hụt Hoặc lượng mưa tuy không ít lắm nhưng chỉ đủ đáp ứng nhu cầu tối thiểu của sản xuất và môi trường xung quanh cũng gây ra hạn hán, đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khí hậu gió mùa, nơi có sự khác biệt giữa mùa mưa và mùa khô Do lượng mưa vẫn là nhân tố chính gây ra hạn hán nên trong khuôn khổ luận văn này, tác giả sử dụng định nghĩa chung về hạn hán: “hạn hán là kết quả của sự thiếu hụt lượng mưa tự nhiên trong một thời gian dài, thường

là mùa hoặc lâu hơn” Như vậy, hạn hán là một hiện tượng khí hậu cực đoan được đặc trưng bởi lượng mưa dưới chuẩn trong một thời gian dài, xảy ra ở hầu hết mọi nơi trên thế giới và ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, đặc biệt là nguồn nước và sản xuất nông nghiệp

có lượng mưa ít hơn một ngưỡng xác định,ví dụ nhỏ hơn 0.1mm trong 48 giờ; hoặc thời kỳ có nhiệt độ cao, lượng giáng thủy thấp, gió mạnh, độ ẩm tương đối thấp (hay còn gọi là hạn hán khí quyển); hoặc là thời kỳ có lượng mưa thấp hơn so với trung bình nhiều năm, dẫn đến sự thiếu hụt lượng mưa

Hạn nông nghiệp: là phần có ý nghĩa thiết thực và quan trọng nhất của hạn hán Nghiên cứu hạn nông nghiệp sẽ dẫn đến lĩnh vực vật lý đất, sinh vật, kinh tế nông nghiệp Nó phụ thuộc vào đặc điểm đất, địa hình và tập quán canh tác Hạn nông nghiệp được xác định thông qua nhiều đặc trưng của khí tượng (và thủy văn) như sự thiếu hụt giáng thủy, sự mất cân bằng của bốc thoát hơi, sự thiếu hụt nước trong đất, nước bề mặt, nước ngầm Nhu cầu nước của thực vật phụ thuộc vào điều kiện khí tượng, đặc tính sinh vật, giai đoạn tăng trưởng và tính chất vật lý, sinh lý của đất Hạn nông nghiệp là sự thiếu hụt nước, không đáp ứng được nhu cầu nước của thực vật để phát triển, tăng trưởng

Hạn thủy văn: là sự thiếu hụt của thủy văn bề mặt và thủy văn dưới bề mặt (dòng chảy bề mặt, hồ chứa, nước ngầm) Mặc dù, hạn hán đều bắt nguồn từ sự thiếu hụt lượng mưa, tuy nhiên hạn thủy văn xảy ra ở các hệ thống thủy văn khác nhau Tần suất và mức độ nghiêm trọng của hạn thủy văn thường được xác định trên một lưu vực sông cụ thể Nó thường lệch pha so với hạn khí tượng và hạn nông nghiệp, bởi vì hạn thủy văn có độ trễ do cần thời gian để sự thiếu hụt lượng mưa tác động đến những đặc tính thủy văn như độ ẩm đất, dòng chảy, mực nước ngầm và hồ chứa Do hệ thống thủy văn (sông ngòi, hồ chứa) thường được sử dụng cho nhiều mục đích (kiểm soát lũ, tưới tiêu, thủy điện, đường thủy, môi trường sống…) đã làm phức tạp tác động của hạn thủy văn

Hạn kinh tế xã hội: là sự liên kết khả năng cung cấp nước cho hoạt động kinh

tế xã hội với hạn khí tượng, hạn nông nghiệp và hạn thủy văn Nó khác với ba loại hạn hán kể trên do nó phụ thuộc vào thời gian và không gian của cung cầu để xác định phân loại hạn hán Hạn kinh tế xã hội tăng mạnh khi nhu cầu về nước cho các hoạt động kinh tế vượt xa cung Bộ dữ liệu cần thiết để đánh giá hạn kinh tế xã hội gồm bốn loại: tổng số lượng và tốc độ tăng trưởng của con người, động vật; nhu cầu

về nước và thức ăn; mức độ nghiêm trọng của mất mùa; nhu cầu về nước cho ngành công nghiệp

Hình 1.1 là sơ đồ biểu diễn sự biến đổi của khí hậu mà cụ thể là sự thiếu hụt

nước hay những biến đổi về khí tượng dẫn đến các loại hạn hán

Hình 1.1: Trình tự xảy ra hạn hán và phân loại hạn hán Tất cả các loại hạn hán

đều bắt nguồn từ sự thiếu hụt nước hay hạn khí tượng (Nguồn: Trung tâm phòng

tránh và giảm nhẹ hạn hán quốc gia, Đại học Nebraska-Lincoln, Mỹ)

Tăng cường bốc thoát hơi

Thiếu nước cho cây trồng, giảm sản lượng nông nghiệp

Nguyên nhân chính xảy ra hạn hán phần lớn đều bắt nguồn từ sự thiếu hụt nghiêm trọng lượng giáng thủy trong một thời gian đủ dài hoặc những thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ, gió….khiến cho sự bốc thoát hơi nước diễn ra mạnh mẽ và dẫn đến sự thiếu hụt nước của bề mặt, dòng chảy, hồ chứa (hạn thủy văn)… Và lượng nước trong đất sẽ không đủ để cung cấp cho các hoạt động sinh trưởng, phát triển của thực vật (hạn nông nghiệp) Tất cả những yếu tố trên gây nên những tác động và ảnh hưởng đến nhiều mặt của xã hội cả về kinh tế lẫn môi trường

1.2 Ảnh hưởng của một số hoàn lưu quy mô lớn đến hạn hán ở Việt Nam

Như đã trình bày ở trên, hạn hán xảy ra do thiếu hụt lượng mưa trên một khu vực cụ thể chịu ảnh hưởng bởi hoàn lưu quy mô lớn Đối với vùng vĩ độ nhiệt đới, hoàn lưu Walker (hoàn lưu vĩ hướng miền xích đạo) đóng vai trò chủ đạo, tác động lên khí hậu và ảnh hưởng trực tiếp đến lượng mưa – là yếu tố chính quyết định đến hạn hán Đặc trưng của hoàn lưu Walker được thể hiện rõ trong chu trình ENSO

ENSO là chữ viết tắt của các từ ghép El Nino Southern Oscillation (El Nino - Dao động Nam) để nói về 2 hiện tượng El Nino và La Nina và có liên quan đến dao động của khí áp giữa 2 bờ đông và tây Thái Bình Dương (được gọi là Dao động Nam) để phân biệt với dao động khí áp ở Bắc Đại Tây Dương

El Nino hiện tượng nóng lên dị thường của nhiệt độ bề mặt nước biển vùng trung và đông Thái Bình Dương Nó tác động mạnh nhất đến khí hậu toàn cầu trong mùa đông và đầu mùa xuân Bắc bán cầu Giai đoạn này khu vực xích đạo tây Thái Bình Dương và khu vực phía bắc của Nam Mỹ khô hạn, khu vực chịu ảnh hưởng của gió mùa Ấn Độ (trong đó có Việt Nam – với tên gọi là gió mùa Tây Nam) lượng mưa thấp hơn trung bình nhiều năm, đây là một trong những nguyên nhân chính gây ra hạn hán Trong khi đó khu vực đông nam Nam Mỹ, Đông Phi và phía nam nước Mỹ lượng mưa cao hơn trung bình Hoạt động của bão phát triển mạnh ở vùng đông bắc Thái Bình Dương và có xu hướng giảm đi ở Đại Tây Dương

Ở nước ta, hiệu ứng El Nino có xu hướng tăng cường khả năng hạn trên một

số khu vực Trong những năm El Nino, hoàn lưu Walker hoạt động yếu hơn bình

thường, áp lực gió đông lên bề mặt biển cũng yếu hơn khiến cho trung tâm đối lưu sâu dịch chuyển xa về khu vực trung tâm Thái Bình Dương (vùng mưa dịch chuyển

về phía trung tâm Thái Bình Dương) Điều này khiến cho số lượng cơn bão trên Biển Đông ảnh hưởng đến nước ta ít hơn trung bình nhiều năm, mùa bão kết thúc sớm hơn, do vậy lượng mưa cũng có xu hướng giảm, và thông thường nhiệt độ trung bình trong các tháng đều cao hơn bình thường, và điều này cũng là một phần nguyên nhân dẫn đến hạn hán ở Việt Nam

La Nina là hiện tượng lạnh đi dị thường của nhiệt độ bề mặt nước biển ở khu vực nói trên và có hệ quả ngược lại với hiện tượng El Nino

Đối với khí hậu Việt Nam, hiện tượng hạn hán ngoài việc bị chi phối trực tiếp của hoàn lưu Walker (chu trình ENSO), còn chịu ảnh hưởng của nhiều trung tâm tác động khác như áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương, Áp thấp Ấn Miến,

Áp cao Siberi,…

Trước hết, áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dương là nhân tố hoàn lưu

quan trọng đối với sự hình thành và biến đổi thời tiết ở Đông Nam Á, nhất là khu vực Việt Nam Đây là Áp cao nóng vĩnh cửu, phát triển từ mặt đất lên đến các mực trên cao, có tâm thường là đường đẳng áp 1010mb xuất hiện trên biển, càng lên cao trung tâp áp cao càng lệch về phía đất liền Do đó dòng gió đông trên cao nằm dịch sâu về phía lục địa so với dòng gió đông ở mặt đất Áp cao tây Thái Bình Dương không nằm ở vị trí ổn định mà biến động theo mùa, tùy theo vị trí mà chi phối thời tiết khu vực Đông Nam Á cũng như nước ta Trong giai đoạn mới di chuyển về phía đất liền, áp cao có thể mang theo gió tín phong nhiều hơi ẩm, kết hợp với địa hình hoặc hội tụ với gió mùa Tây Nam gây mưa lớn Nhưng khi nằm sâu trong lục địa, dòng giáng trong áp cao cản trở sự hình thành mây dẫn đến không có mưa Nếu tình trạng này kéo dài cũng có khả năng gây hạn hán cho nước ta

Trong các tháng từ tháng 1 đến tháng 4, vị trí trục của cao áp tây Thái Bình Dương ở tương đối thấp (dưới vĩ độ 14N) và lấn sâu về phía tây (đến khoảng kinh

độ 100E) - biểu hiện bằng giá trị gió vĩ hướng âm và gió kinh hướng dương Đây là thời kỳ nắng nóng và khô hạn nhất đối với khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ Sang

tháng 5, áp cao cận nhiệt bắt đầu nâng trục lên phía bắc và rút dần ra biển, tạo điều kiện phát triển gió mùa tây nam Tháng 7 và tháng 8 áp cao cận nhiệt có cường độ mạnh nhất, vị trí trục cao nhất (trên 30N) và có thể dịch chuyển xa về phía đông Tháng 9, tháng 10 áp cao cận nhiệt bắt đầu quá trình rút về phía nam, nhường ưu thế cho hoàn lưu phía bắc Trong quá trình di chuyển, tín phong ở rìa áp cao cận nhiệt kết hợp với gió mùa tây nam tạo thành dải hội tụ nhiệt đới gây mưa cho các tỉnh thành phía bắc và trung bộ nước ta Những vùng nhiễu động trong đới gió đông

từ rìa của áp cao cận nhiệt, hay những ảnh hưởng từ hoàn lưu xa của những vùng xoáy thấp hình thành và tách ra từ dải hội tụ nhiệt đới, kết hợp với đới gió tây nam hoạt động mạnh mẽ là tác nhân mang đến những trận mưa lớn cho các tỉnh thành phía nam Ngoài ra, rìa phía tây nam của cao áp là dòng dẫn đường cho các cơn bão

di chuyển theo Bởi vậy trong thời kỳ này, hầu hết hạn hán đều giảm ở mọi vùng trên cả nước Sang tháng 11, tháng 12, áp cao cận nhiệt ở vị trí thấp nhất và dịch chuyển sâu nhất về phía tây Khu vực Tây Nguyên, Nam Bộ bắt đầu vào mùa khô, trong khi đó các khu vực phía Bắc chịu sự chi phối của hoàn lưu ôn đới và cực đới

Về mùa hè, cùng với sự tác động của áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương,

nước ta còn chịu tác động của áp thấp nóng phía tây (hay còn gọi là áp thấp Nam

Á, áp thấp Ấn Miến) Sự hình thành áp thấp này do quá trình chuyển động biểu kiến

của mặt trời về phía bắc vào khoảng tháng 3, tháng 4 đốt nóng bề mặt khu vực phía bắc Ấn Độ và Myanmar Đây là áp thấp bán vĩnh cửu, hoạt động mạnh mẽ vào mùa

hè Thời kỳ đầu tháng 4, áp thấp phía tây có thể phát triển lan sang khu vực phía bắc Việt Nam tương tác với hoàn lưu còn sót lại của cao lạnh lục địa mùa đông, gây ra mưa dông cho khu vực Tây Bắc Trong khi đó, áp thấp phía tây chưa phát triển đủ mạnh để đưa dòng khí ẩm từ Ấn Độ Dương tác động đến khu vực Tây Nguyên, Nam Bộ (lúc này đang chịu khống chế của áp cao cận nhiệt tây Thái Bình Dương) nên vẫn trong mùa khô, khả năng hạn hán có thể xảy ra Trong những điều kiện thuận lợi, sự phát triển của áp thấp phía tây có thể dẫn tới sự hình thành áp thấp nóng phụ xuất hiện trên khu vực bắc bộ nước ta, gây ra tình trạng nắng nóng diện rộng ở Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Nếu kéo dài có thể gây thiếu hụt lượng mưa dẫn đến hạn hán sớm ở Bắc Trung Bộ Từ tháng 5, áp thấp phía tây phát triển mạnh về

phía đông, hình thành một vùng áp thấp phụ phát triển trên khu vực Hoa Nam hoặc trên khu vực Bắc Bộ Việt Nam gây kiểu thời tiết nắng nóng gay gắt trên khu vực này Vào những năm El Nino, áp thấp phía tây phát triển dị thường, hoàn lưu của áp thấp chiếm trọn khu vực Đông Dương, tình trạng ít mưa kéo dài gây hạn hán diện rộng trên lãnh thổ Việt Nam Một hình thế gây nắng nóng điển hình cho khu vực Trung bộ xảy ra khi hoàn lưu áp thấp phía tây phát triển mãnh mẽ, bao trùm bán đảo Đông Dương, trong khi đó ở phía Bắc xuất hiện một front lạnh trên khu vực Hoa Nam do sự xuất hiện của cao lạnh lục địa ngăn cản sự phát triển lên phía bắc của áp thấp phía tây Ngoài ra sự khống chế của cao áp cận nhiệt ở các lớp khí quyển tầng cao 3000-5000m tạo dòng giáng làm gia tăng nhiệt độ trên khu vực Trung Bộ Như vậy tình trạng nắng nóng kéo dài sẽ xảy ra và nguy cơ hạn hán sẽ xuất hiện đến khi một trong các trung tâm tác động bị phá vỡ Thời kỳ này, khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ bắt đầu vào mùa mưa do khối khí nóng ẩm vẫn còn giữ nguyên bản chất khi thổi từ Ấn Độ Dương sang, gây mưa rào cho khu vực này Sang tháng 8 là thời

kỳ ổn định của gió mùa mùa hạ, áp thấp phía tây không còn phát triển cực thịnh như trước nữa nên cường độ nắng nóng cũng đã giảm bớt Thêm vào đó, dải hội tụ nhiệt đới thể hiện vai trò gây mưa mạnh mẽ trên khu vực Bắc Bộ kết hợp với hoàn lưu gây mưa do bão và áp thấp nhiệt đới Bởi vậy, tần suất hạn hán trên khu vực Bắc Bộ rất thấp

Hoàn lưu cao áp lục địa Siberi ảnh hưởng tới nước ta thịnh hành trong các

tháng mùa đông cũng có thể gây ra hạn hán Thời kỳ tháng 9-10, miền bắc nước ta xuất hiện những đợt xâm nhập lạnh có kèm theo front lạnh gây mưa cho khu vực này Bản chất của đợt xâm nhập lạnh này do không khí lạnh từ áp cao lạnh tồn tại trên cao nguyên Tây Tạng mở rộng về phía đông nam Sự hoạt động của áp cao này thường kết hợp với áp cao Siberi vào các tháng chính đông Vào các tháng chính đông (tháng 11 đến tháng 1 năm sau) áp cao Siberi phát triển cực thịnh bao trùm cả

áp cao lạnh Tây Tạng và áp cao lạnh Hoa Đông tạo thành một áp cao lạnh lục địa duy nhất của Châu Á Khi đó không khí lạnh và khô di chuyển và ảnh hưởng xuống phía nam, tuy có biến tính hơn so với bản chất ban đầu nhưng vẫn giữ được những đặc trưng cơ bản của khối khí lạnh lục địa Khi tràn tới miền bắc Việt Nam thường

kèm theo front lạnh gây mưa Sau khi front lạnh di chuyển xuống Bắc Trung Bộ, miền Bắc chìm sâu trong khối khí lạnh, trời hanh khô, hầu như ít mưa Thời kỳ này trùng với thời kỳ hạn hán tại Bắc Bộ Vào những năm La Nina, áp cao Siberi phát triển dị thường, thống trị và chi phối thời tiết miền Bắc và Bắc Trung Bộ Việt Nam

có thể gây ra tình trạng hanh khô kéo dài, thiếu hụt lượng mưa đến tận những tháng cuối đông dẫn đến hạn hán nặng cho khu vực này Bởi vậy sự phát triển hay sự yếu

đi dị thường của cao áp Siberi cũng là một trong những tác nhân gây ra hạn hán cho Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ trong những tháng mùa đông Những tháng cuối mùa đông, áp cao Siberi không còn mạnh mẽ, các đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến nước ta ít dần, thay vào đó là sự ảnh hưởng của khối khí ẩm đã biến tính do di chuyển trên biển Hoa Đông gây kiểu thời tiết nồm, mưa phùn cho Bắc Bộ

Như vậy trên khu vực Việt Nam, cùng lúc có sự giao tranh của nhiều trung tâm tác động theo mùa, tùy thuộc vào sự mạnh lên hay yếu đi của mỗi trung tâm tác động mà có thể gây ra hạn hán cho các vùng nhất định Trong chương 3 luận văn sẽ trình bày cụ thể sự ảnh hưởng của các hệ thống này chi phối kết quả hạn hán cho từng phân vùng khí hậu

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu về hạn hán

1.3.1 Một số nghiên cứu trong nước

Việt Nam là một trong những nước chịu tác động nặng nề của biến đổi khí hậu, làm gia tăng mức độ nghiêm trọng của hạn hán trên khắp cả nước, gây nên những tác động to lớn đến môi trường, kinh tế, chính trị xã hội và sức khỏe của con người; là nguyên nhân dẫn đến đói nghèo, bệnh tật… Ở Việt Nam trong vòng 40 năm qua, có không ít những đợt hạn nặng và nghiêm trọng xảy ra cả ở Bắc Bộ, Trung Bộ và Nam Bộ

Điển hình là thiên tai hạn hán thiếu nước năm 1992-1993, năm 1997-1998 ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp Riêng đợt hạn năm 1997-1998, mùa mưa kết thúc sớm 1 tháng và tổng lượng mưa chỉ đạt 30-70% so với trung bình nhiều năm, nhiệt độ trung bình các tháng cao hơn trung bình nhiều năm từ 1-3oC

Các đợt nắng nóng gay gắt liên tục xảy ra và kéo dài khiến cho mực nước trên các sông thấp hơn trung bình nhiều năm từ 0,5-1,5m Dòng chảy ở các sông suối rất nhỏ hoặc khô hạn, mực nước các hồ chứa lớn và một số hồ chứa vừa xấp xỉ mực nước chết Mặn xâm nhập sâu 15-20km vào nội đồng ở Miền Trung và Nam Bộ, nhiều nguồn nước ngọt bị nhiễm mặn, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cung cấp nước tưới và sinh hoạt

Trước tình trạng đó, nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu tình hình hạn hán trên các phân vùng khí hậu dưới sự biến đổi của hoàn lưu qui mô lớn, giúp các nhà hoạch định chính sách đưa ra giải pháp ứng phó Trước hết có thể kể đến nghiên cứu của Vũ Thanh Hằng và cộng sự (2010, 2011) về phân tích các điều kiện hạn hán và dự tính sự biến đổi hạn hán trong tương lai cho khu vực miền Trung [6][2] Ngô Thị Thanh Hương (2011) sử dụng kết quả mô phỏng từ mô hình khu vực và dùng chỉ số J là chỉ số khô hạn được đưa ra bởi De Martone (1926) Kết quả cho thấy, theo chỉ số J thời gian hạn mô phỏng thường nhẹ hơn và ngắn hơn so với thực tế Kết quả tính toán chỉ số Ped (chỉ số khô cằn) cũng cho thấy sự phù hợp giữa kết quả mô phỏng hạn với thực tế ở Tây Nguyên và Nam Bộ với tỷ lệ lên đến 60-70%, đặc biệt những năm xảy ra hiện tượng El Nino và năm ẩm ướt nhất trùng với những năm xảy ra hiện tượng La Nina Ngoài ra, tác giả cũng sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu cho thấy sự phù hợp của sự biến đổi của lượng mưa theo thời gian

ở các vùng khí hậu, và hạn nặng thường xảy ra khi có sự giảm sút lượng mưa đáng

kể và hạn nhẹ hơn khi lượng mưa tăng lên so với thời kỳ chuẩn [6]

Theo Vũ Thị Hương và các cộng sự [7] việc phân tích đặc trưng theo thời gian của hạn khí tượng cũng như phân tích các nhân tố gây ra hạn hán có một ý nghĩa hết sức quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và quản lý tài nguyên nước cũng như trong dự báo hạn hán, giảm nhẹ thiệt hại do hạn hán gây ra Tác giả đã dựa vào bộ số liệu được cung cấp bởi NCEP để xác định thời kỳ ENSO (El Nino và

La Nina), tính toán chỉ số SPI cho các trạm khu vực Đồng Tháp Mười và phân tích mối tương quan của ENSO với chỉ số SPI Kết quả cho thấy hiện tượng ENSO có

ảnh hưởng lớn đến giá trị của các chỉ số hạn, mặc dù vào các thời gian khác nhau thì mức độ khác nhau Khi xảy ra hiện tượng El Nino thì khả năng xảy ra hạn hán cao

Nguyễn Đức Hậu và Phạm Đức Thi (2002) sử dụng chỉ số Sa.I (chỉ tiêu Sazonov về dự báo hạn dài của tình trạng hạn hán trong một thời gian nào đó) làm đối tượng cần được xác định để dự báo hạn; chuẩn sai nhiệt độ mặt nước biển (SST) làm nhân tố dự báo cho giá trị Sa.I Bộ số liệu tổng lượng mưa tháng và nhiệt độ trung bình tháng được lấy từ 25 trạm đặc trưng cho 7 vùng khí hậu Việt Nam từ năm 1960 đến năm 2000, bộ số liệu đầy đủ và đã được chỉnh lý Bộ số liệu SST cũng được lấy cùng với chuỗi thời gian trên có độ tin cậy cao nhờ sự hỗ trợ của vệ tinh nhân tạo, tại 4 khu vực đặc trưng cho hoạt động của ENSO Từ mối quan hệ tương quan giữa hai trị số Sa.I với SST thông qua ngưỡng thời gian 1, 2 và 3 tháng; cho thấy, hệ số tương quan các khu vực có trị số tương đối cao Hệ số tương quan giữa SST các khu vực với trị số Sa.I có xu hướng cao dần từ bắc xuống nam, điều

đó chứng tỏ quá trình tương tác biển – khí quyển ảnh hưởng tới trị số Sa.I ở các vùng phía nam rõ rệt hơn các vùng phía bắc [3]

Nguyễn Trọng Hiệu và cộng sự [5] dựa trên số liệu mưa của 70 trạm khí tượng thời kỳ 1960-2009 và số liệu ENSO, phân tích hiệu ứng ENSO với hạn hán cho thấy tiềm năng hạn hán tính bằng tần suất vào khoảng 20-60% Nói chung trên lãnh thổ Việt Nam, tồn tại hiệu ứng dương về hạn của hiện tượng El Nino và hiệu ứng âm đối với La Nina Tuy nhiên hiệu ứng này thể hiện rất khác nhau ở các vùng khí hậu có mùa mưa khác nhau, cụ thể là cả hiệu ứng dương về hạn trong các đợt El Nino và hiệu ứng âm về hạn trong các đợt La Nina thể hiện rõ rệt trên 3 vùng khí hậu phía Nam: Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ; trong khi ở 3 vùng khí hậu phía Bắc: Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ chỉ xuất hiện hiệu ứng dương

về hạn của El Nino và trên vùng khí hậu Bắc Trung Bộ chỉ xuất hiện hiệu ứng âm

tương đồng với hạn khí tượng, do ảnh hưởng của El Nino, năm 1998 và 2005 là năm xảy ra hạn trên diện rộng, đặc biệt năm 2005 là năm có tỷ số thiếu hụt lớn nhất trong kỳ quan trắc tại các trạm thủy văn Thời gian thiếu hụt dòng chảy lớn nhất có thể đạt tới 100-125 ngày, liên tiếp xảy ra trong vài tháng từ cuối mùa cạn năm trước đến hết mùa cạn năm sau trong những năm có El Nino mạnh Thời đoạn thiếu hụt dòng chảy lớn nhất trên các sông thường xảy ra vào năm El Nino mạnh [11]

Để đánh giá ảnh hưởng của ENSO đến sự thâm hụt lượng mưa ở các tỉnh ven biển miền Trung và Tây Nguyên, GS Nguyễn Đức Ngữ (2005) đã lựa chọn 7 địa điểm tiêu biểu trong vùng để phân tích Kết quả cho thấy hầu hết các đợt El Nino gây ra thâm hụt lượng mưa toàn đợt trên khu vực với mức hụt trung bình 20-25% lượng mưa trung bình nhiều năm cùng thời kỳ, trong khi chỉ khoảng một nửa số đợt

La Nina gây ra thâm hụt lượng mưa toàn đợt với độ hụt trung bình 18-20% Hiện tượng ENSO không những gây ra tình trạng thâm hụt lượng mưa toàn đợt, nhất là

El Nino, dẫn đến hạn hán kéo dài mà phổ biến hơn tình trạng thâm hụt lượng mưa liên tục kéo dài một thời đoạn, trung bình khoảng 4-5 tháng, đôi khi 8-10 tháng, thậm chí hơn nữa Ảnh hưởng của ENSO đến hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ lớn hơn khu vực Bắc Trung Bộ, ở Bắc Tây Nguyên lớn hơn ở Nam Tây Nguyên [9]

Như đã biết, một loại hạn hán cũng được quan tâm là hạn hán thủy văn, được đặc trưng bởi chế độ dòng chảy, mực nước Theo Nguyễn Viết Thi (1998) ảnh hưởng của ENSO đến đỉnh lũ năm các sông chính trên hệ thống sông Hồng là rất

rõ ràng Khả năng xuất hiện lũ lớn (trên trung bình nhiều năm) của những năm

có hiện tượng ENSO là rất đáng lưu ý đối với công tác phòng trành lũ lụt, giảm nhẹ thiên tai [10]

Theo Lê Văn Ánh (2000) ở Việt Nam, việc nghiên cứu và đánh giá hiện tượng ENSO ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy sông ngòi như hạn hán, lũ lụt còn rất

ít và chưa mang tính chất nghiên cứu hệ thống, kết quả còn nhiều hạn chế Sự ảnh hưởng ENSO đến những đặc trưng dòng chảy năm cực đoan trên các hệ thống sông chính Việt Nam thì thấy rằng hiện tượng ENSO ảnh hưởng khá rõ nét đến đỉnh lũ lịch sử trên các sông Bắc Bộ, khu vực Tây Nguyên và Đông Nam Bộ Ngược lại,

đỉnh lũ lịch sử các sông khu vực Bắc Trung Bộ và đồng bằng Nam Bộ không chịu ảnh hưởng của hiện tượng ENSO Đỉnh lũ lịch sử các sông thuộc các khu vực khác không chịu ảnh hưởng rõ nét của ENSO Những năm La Nina có nhiều khả năng xuất hiện năm nước lớn và nước lớn đặc biệt Ngược lại, những năm El Nino lại có nhiều khả năng xuất hiện năm nước bé (kiệt) [1]

Hiện tượng El Nino khống chế các hình thế thời tiết quy mô lớn (kể cả mưa) trên quy mô thời gian 2-5 năm Do đó cần xem xét hiệu ứng của El Nino đối với dòng chảy sông ngòi để nhận thức tốt hơn sự biến động của tài nguyên nước Sự tương quan giữa tổng lượng dòng chảy năm và chỉ số SOI trung bình năm được tính toán cho các thời gian trễ khác nhau Trong nghiên cứu: “Ảnh hưởng của El Nino đến tài nguyên nước” của Đoàn Văn Tước (1999) đã cho thấy sự tương quan dương

có nghĩa là dòng chảy sông thấp, có xu hướng khô hạn trong thời kỳ El Nino Sự tương quan lớn nhất quan sát được chủ yếu ở Nam Mỹ, Australia và Nam Phi Tây Nam Mỹ có tương quan âm, phần còn lại của Bắc Mỹ có tương quan dương Ở châu

Á, tương quan âm xảy ra ở phía tây, tiếp giáp với châu Âu, còn ở Ấn Độ và Trung Quốc có tương quan dương [12]

Nghiên cứu của Vũ Thanh Hằng và các cộng sự (2013) về xu thế hạn của các đặc trưng khí tượng cho 7 vùng khí hậu ở Việt Nam trong giai đoạn 1961-2007

sử dụng 3 chỉ số J, SPI và Ped đã cho thấy xác suất hạn tập trung cao độ từ tháng 11 đến tháng 3 Điều này phù hợp với mùa khô ở hầu hết các khu vực và tần suất xảy

ra hạn cao nhất, lên đến 90% tập trung tại khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ của Việt nam Và đối với khu vực Trung Bộ, các chỉ số cũng cho thấy những ngày nắng nóng và hạn hán xảy ra thường xuyên hơn trong giai đoạn từ tháng 5 đến tháng 9, kinh nghiệm cũng cho thấy những tháng này khu vực chịu ảnh hưởng bởi hiệu ứng gió foehn Trong nghiên cứu này, xác suất xảy ra hạn hán của chỉ số Ped là nhỏ hơn

so với hai chỉ số J và SPI Đối với chỉ số J, ngoại trừ khu vực Trung Bộ, khả năng xuất hiện hạn trong các tháng mùa mưa là rất thấp, có những tháng thậm chí còn không xảy ra hạn hán Tuy nhiên, đối với chỉ số Ped và SPI, hạn hán vẫn có thể xuất hiện ngay cả trong chính những tháng mùa mưa [17]

Ngoài ra, nghiên cứu của Nguyễn Đăng Quang và các cộng sự (2013) về dao động nhiệt độ toàn quốc thời kỳ 1971-2010 đã cho thấy trong thời đoạn 40 năm vừa qua, nhiệt độ trung bình toàn quốc gia tăng mạnh trong những kỳ El Nino mạnh, cụ thể là vào các năm 1987-1988, 1997-1998 và 2009-2010 Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu tương tự và thực hiện cho các khu vực trên thế giới Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, hệ số tương quan giữa chỉ số SST vùng Nino 3.4 và nhiệt độ bề mặt từng khu vực khí hậu tại Việt Nam đạt cao nhất khi độ trễ về thời gian giữa hai chuỗi số liệu được xác định là 4 tháng Nói một cách khác, sau khi hiện tượng El Nino bắt đầu xuất hiện và hoạt động ở trung tâm Thái Bình Dương, khoảng 4 tháng sau đó nhiệt độ tại Việt nam mới đạt giá trị tăng mạnh nhất Các khu vực khí hậu phía nam có tương quan với Nino 3.4 cao hơn các khu vực phía bắc Cũng trong nghiên cứu nói trên, Nguyễn Đăng Quang và các cộng sự cũng đã tìm hiểu mối liên

hệ giữa sự mạnh lên của hoàn lưu Hadley và gia tăng nhiệt độ mùa đông ở các vĩ độ cận nhiệt đới Thành phần kinh hướng của gió phân kỳ trong mùa đông tại mực 200hPa đã gia tăng một cách rõ ràng trong cả ba bộ số liệu kiểm nghiệm (NCEP/NCAR, ECMWF và JCDAS) Như vậy, sự gia tăng dòng giáng của hoàn lưu Hadley trong mùa đông thời kỳ 30 năm gần đây có thể được xem là một lý giải hợp lý đối với sự gia tăng nhiệt độ mùa đông ở các tỉnh miền bắc nói riêng và toàn nước ta nói chung trong những thập niên gần đây [15]

1.3.2 Một số nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới cũng có nhiều nghiên cứu mô tả mối quan hệ giữa hạn hán và ENSO, Janicot (1996) đã phân tích mối tương quan giữa hạn hán ở Sahel với ENSO

và chứng minh ENSO đã góp phần vào hạn hán ở đây Biến thiên lượng mưa ở Sahel trong thế kỷ 20 không những có mối liên hệ với trường SST vùng biển Đại Tây Dương mà còn có liên hệ với trường SST toàn cầu Sự liên hệ này đặc biệt mạnh ở quy mô thời gian dài hơn 10 ngày: thời kỳ khô trong mùa mưa ở Sahel những năm 50 được liên hệ với thời kỳ ấm lên của SST vùng phía nam và xích đạo

Ấn Độ Dương và thời kỳ lạnh của SST vùng phía bắc các đại dương Như vậy ENSO tác động tới hạn hán ở Sahel trong mùa hè bắc bán cầu [20]

Còn theo Manish và các cộng sự (2014) [23] dự báo hạn hán dựa trên mô hình toàn cầu cho kết quả hạn hán khác nhau và không chắc chắn cho toàn lục địa châu Phi, tuy nhiên kết quả cho thấy hạn hán xảy ra cao ở vùng trung và nam châu Phi Mặc dù mô hình đã được cải thiện đáng kể, nhưng do tính chất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố vật lý của ENSO, SST, albedo của đất và khí quyển làm tăng thêm khó khăn cho việc theo dõi và dự báo hạn hán

E Baltas (2007) [16] khảo sát các chỉ số đặc trưng khí hậu, trong đó có chỉ

số khô cằn J xem xét tình hình hạn hán trên khu vực phía bắc Hy Lạp giai đoạn 1965-1995 từ số liệu quan trắc mưa và nhiệt độ của 15 trạm khí tượng Nghiên cứu chỉ ra rằng các giá trị J tăng dần từ phía đông sang phía tây tương ứng với hạn hán giảm khi đi từ phía đông sang phía tây Điều này phù hợp với khí hậu khi sườn tây đón gió và có nhiều mưa hơn so với sườn phía đông

Hrnjak và nnk (2014) [18] khảo sát tình hình hạn hán tại Vojvodina (Serbia)

sử dụng chỉ số khô cằn De Martonne index (chỉ số J) trong thời đoạn 1949-2006 từ

số liệu quan trắc mưa, nhiệt độ của 10 trạm khí tượng Chỉ số J được xác định theo các thời đoạn tháng, năm, và mùa tương ứng xuất hiện hai, bốn và năm loại khí hậu (trong tổng số bảy loại khí hậu theo định nghĩa của De Martonne) Trong thời đoạn năm, các vùng khí hậu ẩm ướt và bán ẩm cũng xuất hiện trên vùng nghiên cứu Đối với thời đoạn mùa, mùa đông càng ngày càng ẩm trong khi mùa hè xu thế khô hơn

là chủ đạo

Chỉ số hạn hán Ped được tác giả V Potop và nnk (2008) [24] sử dụng khí nghiên cứu tình hình khí hậu tại Moldova trên bộ số liệu gồm 18 trạm quan trắc giai đoạn 1945-2006 Nghiên cứu nhằm 3 mục đích là khảo sát hạn hán theo mùa xuân, mùa hạ và mùa thu; tần suất, khoảng thời gian xuất hiện và xu thế hạn hán và các tác động của khô hạn Kết quả chỉ ra sự gia tăng xu hướng, tần suất và cường độ hạn hán thể hiện rõ nhất sau năm 1980 Thời kỳ hạn xuất phát từ năm 1950-1960 và đạt đỉnh điểm trong thập kỷ 1981-1990 và 1991-2000 Thập kỷ có hạn hán thấp là năm những năm 70 của thế kỷ 20 Trong 20 năm cuối đã chỉ ra 11 trường hợp hạn hán trong đó có đến 9 trường hợp có cường độ cực trị

J Bartholy (2013) [21] đã dự tính hạn hán cho khu vực Hungary thời kỳ 2071-2100 có so sánh với thời kỳ 1961-1990 từ các kịch bản biến đổi khí hậu A2, A1B và B2 từ mô hình Precis độ phân giải 25km Các chỉ số hạn được tác giả sử dụng bao gồm PI, SAI, LRI, MAI (De Martonne Index - Chỉ số J), TAI, PDI (Pedey Index - Chỉ số Ped) và FAI Các chỉ số đều chỉ ra rằng về mùa hè xu hướng ngày càng khô hơn trong khi mùa đông lại ẩm hơn Riêng chỉ số Ped thể hiện sự gia tăng lớn đối với biến đổi hạn trong năm Trái với thời kỳ chuẩn, hạn vừa được dự tính xảy ra nhiều hơn trong thời đoạn 2071-2100 đối với mùa hè, mùa xuân và mùa thu

Shien-Tsung Chen và các cộng sự (2013) [14] sử dụng chỉ số SPI và các chỉ

số ENSO cho 4 vùng Nino để dự báo hạn hán cho khu vực nam Đài Loan Tác giả

đã sử dụng mô hình dự báo xác suất hạn hán bằng cách sử dụng chỉ số ENSO dựa vào nhiệt độ bề mặt nước biển (SST), hạn khí tượng dựa vào chỉ số SPI vì dễ áp dụng và được sử dụng rộng rãi để theo dõi và dự báo hạn hán Mô hình thiết lập ma trận giữa SST và chỉ số SPI được xây dựng để dự báo hạn hán từ trước đó một tháng và bước đầu cho những kết quả tương đối tốt về xác suất hạn hán ở miền Nam Đài Loan

Xem xét ảnh hưởng của dị thường áp suất khí quyển được xem như là một yếu tố dự báo đến hạn hán ở nam châu Phi, D Manasta và các cộng sự (2008) [22] cho thấy chế độ khí hậu chi phối lượng mưa theo mùa trên toàn miền nam và trung châu Phi có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng El Nino Do đó El Nino ở xích đạo Thái Bình Dương được sử dụng rộng rãi để dự báo hạn hán ở khu vực này El Nino ảnh hưởng đến thâm hụt lượng mưa ở phía đông nam châu Phi, mà tín hiệu sớm nhất là dị thường áp suất mực biển tại Darwin được chứng minh là có ảnh hưởng tới hạn hán ở vùng này

CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu

Hạn hán là hiểm họa thiên nhiên với lượng mưa thấp hơn bình thường, khi hiện tượng này kéo dài hơn một mùa hoặc thời gian dài, lượng mưa không đủ đáp ứng nhu cầu của các hoạt động của con người và môi trường Hạn hán phải được coi

là tương đối, chứ không phải tuyệt đối, có nhiều phương pháp khác nhau để theo dõi hạn hán Hạn hán ở mỗi khu vực trong phạm vi và mỗi vùng có đặc điểm khí hậu là khác nhau Nhiệt độ, lượng mưa, gió và độ ẩm là những yếu tố quan trọng để mô tả hạn hán Để xác định hạn hán, luận văn sử dụng các chỉ số hạn hán đã được nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu, với những chỉ tiêu cụ thể của từng chỉ số để xác định hạn hán trên 7 phân vùng khí hậu (các phân vùng sẽ trình bày cụ thể trong phần sau) Từ đó khảo sát được tần suất hạn hán, biến trình hạn hán trong năm có liên quan đến sự biến đổi hoàn lưu qui mô lớn trên mỗi phân vùng khí hậu, ảnh hưởng của ENSO đến hạn hán

Sau khi tìm hiểu, phân tích và để kế tiếp nghiên cứu của Vũ Thanh Hằng và các cộng sự (2013), tác giả quyết định lựa chọn 3 chỉ số J, SPI và Ped để khảo sát trong nghiên cứu này Ưu điểm chung của ba chỉ số này là đều sử dụng những biến khí tượng cơ bản như lượng mưa và nhiệt độ được quan trắc tại hầu hết các trạm trên lãnh thổ Việt Nam Ưu điểm thứ hai là có thể tính giá trị theo từng tháng, qua

đó có thể khảo sát diễn biến hạn hán chi tiết trong một giai đoạn cụ thể Các chỉ số này dễ dàng phân loại mức độ hạn hán từ không hạn, bình thường đến hạn vừa, hạn nặng Tuy nhiên, nhược điểm của các chỉ số này là không phản ánh được nhiều yếu

tố khí tượng khác

2.1.1 Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (Standardized Precipitation Index - SPI)

McKee et al (1993) đã phát triển và đưa ra chỉ số chuẩn hóa lượng mưa SPI với mục đích xác định và theo dõi hạn hán Theo báo cáo của Tổ chức Khí tượng Thế giới WMO đưa ra SPI được dựa trên xác suất lượng mưa với quy mô thời gian bất kỳ Nó đang được sử dụng trong nghiên cứu và nghiệp vụ tại hơn 70 quốc gia Những nhà khoa học đánh giá cao tính linh hoạt của SPI Nó được sử dụng tại các viện nghiên cứu, trường đại học, trung tâm khí tượng thủy văn và dịch vụ quốc gia

trên toàn thế giới nhƣ là một phần của công tác cảnh báo và dự báo hạn hán Ƣu điểm của SPI là chỉ có một tham số đầu vào là lƣợng mƣa, SPI có thể đƣợc tính cho những khoảng thời gian khác nhau, cung cấp cảnh báo sớm và đánh giá mức độ nghiêm trong của hạn hán Chỉ số SPI đƣợc tính toán theo công thức sau:

Trong đó: Pi là lƣợng mƣa năm thứ i

P là lƣợng mƣa trung bình trong một giai đoạn nghiên cứu  là độ lệch chuẩn

Theo Tổ chức Khí tƣợng thể giới (WMO) thì tình trạm khô hạn hay ẩm ƣớt đƣợc phân cấp theo chỉ số SPI nhƣ trong bảng 2.1:

Bảng 2.1: Phân cấp hạn khí tƣợng theo chỉ số SPI

2.1.2 Chỉ số khô (Aridity Index - AI)

Tổ chức UNESCO (1979) đƣa ra chỉ số khô (AI) dựa trên tỷ lệ của lƣợng mƣa hằng năm (P) và tỉ lệ lƣợng bốc hơi tiềm năng (ETp) nhƣ sau:

AI = P/ETp

Trong đó, ETp đƣợc tính bằng công thức Penman Khu vực khô cằn ấm có P thấp, ETp cao và giá trị AI rất thấp UNESCO đƣa ra bảng phân loại hạn hán dựa trên giá trị AI, với khu vực khô cằng đƣợc xác định bởi giá trị nhỏ hơn 0.20

Công thức trên áp dụng đối với chỉ số hạn J tính cho thời kỳ 1 năm, với Pi là tổng lượng mưa tháng thứ i, Ti là nhiệt độ trung bình tháng thứ i Hoặc có thể sử dụng công thức:

J = P/(T+10) Trong đó: P(mm) là tổng lượng mưa năm và T(0C) là nhiệt độ trung bình năm Tuy nhiên để tính toán chỉ số J cho từng tháng, có thể sử dụng công thức này một cách linh hoạt như sau:

J = 12*P/(T+10) Trong đó: P(mm) là tổng lượng mưa hàng tháng và T(C) là nhiệt độ trung bình tháng Phương trình trên phù hợp với nhiệt độ T lớn hơn -9.90

C

Bảng 2.3: Phân cấp hạn theo chỉ số J STT Giá trị của J Mức độ hạn hán

độ tăng nhanh và giáng thủy giảm mạnh

Bảng 2.4: Phân cấp hạn theo chỉ số Ped STT Giá trị Ped Mức độ hạn hán

Để dễ phân tích, so sánh đối chiếu kết quả, luận văn đƣa ra các ngƣỡng chỉ tiêu xác định khả năng hạn hán cho ba chỉ số J, SPI và Ped nhƣ bảng 2.11

Bảng 2.5: Cấp độ hạn theo chỉ số J, SPI và Ped Mức độ hạn hán Giá trị J Giá trị SPI Giá trị Ped

Hạn nhẹ 20 -> 30 -0,5 -> -0,99 1 -> 2

Hạn vừa 5 -> 20 -1,0 -> -1,49 2 -> 3

Bảng 2.6: Danh sách trạm trong 7 vùng khí hậu

Vùng STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Độ cao

2.3 Phương pháp và số liệu dự tính khí hậu

Sau khi đã nghiên cứu về hạn hán của 7 vùng khí hậu trên cả nước giai đoạn 1981-2014, cũng với phương pháp sử dụng các chỉ số J, SPI và Ped, để kế tiếp các kết quả trên, nghiên cứu này được thực hiện tính toán thêm cho mức độ hạn hán, dự tính khí hậu trong tương lai giai đoạn 2016-2027 theo các kịch bản phát thải RCP 2.6, RCP 4.5 và RCP 8.5 Số liệu sử dụng là lượng mưa và nhiệt độ trung bình tháng là kết quả dự tính khí hậu của mô hình khí hậu CCSM của Trung tâm nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ (NCAR-CCSM) với 3 kịch bản phát thải

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 3.1 Tần suất hạn của các vùng khí hậu theo các chỉ số

3.1.1 Tần suất hạn cho giai đoạn 1981 – 2014

Sau khi tính toán và phân tích các chỉ số J, SPI và PED theo tháng, tác giả khảo sát tần suất hạn 7 vùng khí hậu theo 3 chỉ số này Tần suất hạn được tính là tỉ

lệ phần trăm (%) số tháng xuất hiện các ngưỡng hạn trong giai đoạn từ 1981 đến năm 2014 Xem xét cho 4 vùng phía bắc, với ngưỡng hạn và không hạn, tỉ lệ không hạn tăng dần lần lượt từ chỉ số J, chỉ số SPI và nhiều nhất là PED Chỉ số J cho tỉ lệ không hạn ở 4 vùng phổ biến dưới 60% trong khi đó chỉ số PED nhiều hơn phổ biến

từ 73 đến 76% So sánh giữa 4 vùng phía bắc, với mức độ không hạn, vùng B1 có

sự chênh lệch lớn nhất dao động từ 56% đến 76% giữa 3 chỉ số Ba vùng còn lại sự khác biệt giữa 3 chỉ số không có sự chênh lệch lớn

Hình 3.1: Tần suất hạn các vùng phía bắc

Có thể nhận thấy ở cả 4 vùng khí hậu phía bắc (Hình 3.1), tần suất xuất hiện hạn của chỉ số J dao động trong khoảng từ 40-45%; có nghĩa là trong chuỗi thời gian 1981-2014, tần suất hạn hán xuất hiện chiếm 40-45% thời gian Xếp thứ hai là chỉ số SPI cho tần suất xuất hiện hạn tương đối ổn định, khoảng 35-40% Và cuối cùng là chỉ số Ped, chỉ khoảng xấp xỉ quanh ngưỡng 25% Như vậy, chỉ số J cho tần suất xuất hiện hạn ở cả 4 vùng khí hậu là lớn nhất và Ped là thấp nhất

Về mức độ hạn (theo các cấp độ hạn nặng, hạn vừa, hạn nhẹ và không hạn):

- Hạn nhẹ: Chỉ số J cho mức độ hạn nhẹ xuất hiện trong hạn nhẹ là cao hơn

so với hai chỉ số SPI và Ped, ước tính vào khoảng 25-30%, chỉ số SPI dao động từ 20-23%, cá biệt có vùng khí hậu B4 chỉ xấp xỉ 18% Còn chỉ số Ped cho mức độ xuất hiện hạn nhẹ là thấp nhất, phổ biến khoảng 16-18%