Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong môi trường nước của than sinh học từ lõi ngô biến tính bằng h3po4 và naoh

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 43-55 Mối quan hệ ENSO số lượng, cấp độ Xoáy thuận Nhiệt đới khu vực Tây Bắc - Thái Bình Dương, Biển Đơng giai đoạn 1951-2015 Đinh Bá Duy1,*, Ngô Đức Thành2,3, Phan Văn Tân3 Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga, Bộ Quốc Phòng, 63 Nguyễn Văn Huyên, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Khoa học Cơng nghệ Hà Nội, 18 Hồng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Nhận ngày 08 tháng năm 2016 Ch nh s a ngày 26 tháng năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 12 năm 2016 Tóm tắt:Việc phân định trạng thái năm ENSO (El Niño, La Niña hay Neutral) theo dị thường nhiệt độ nước biển vùng Nino3.4 trung bình tháng mùa bão (từ tháng đến tháng 11) vừa đảm bảo thống với thời kỳ ENSO theo phân loại NOAA vừa mang lại thuận lợi xem xét mối quan hệ ENSO hoạt động XTNĐ khu vực TBTBD BĐ Theo cách phân loại này, giai đoạn 1951-2015 có 17 năm (26%) trạng thái El Niño, 16 năm (25%) trạng thái La Niña 32 năm (49%) trạng thái trung tính Kết nghiên cứu mối quan hệ ENSO số lượng, cấp độ XTNĐ hoạt động hai khu vực TBTBD BĐ qua số liệu JWTC giai đoạn 1951-2015 cho thấy khu vực TBTBD, số lượng XTNĐ năm El Niño La Niña tương đương khoảng 27-28 cơn/năm năm trung tính khoảng 28-29 cơn/năm Trong khu vực BĐ số lượng XTNĐ có xu hướng đạt 12-13 cơn/năm năm La Niña (chiếm khoảng 45-48% số lượng XTNĐ TBTBD) cao so với khoảng 11-12 cơn/năm năm trung tính (39-40%) thấp mức 8-9 cơn/năm năm El Niño (31-33%) Trong khu vực nghiên cứu, tỷ lệ XTNĐ bão mạnh ATNĐ khu vực TBTBD nhiều khu vực BĐ tỷ lệ XTNĐ bão bão mạnh BĐ lại cao TBTBD Bên cạnh đó, tỷ lệ XTNĐ bão mạnh chiếm phần lớn tổng số XTNĐ hoạt động khu vực nghiên cứu, trung bình đạt 59,9% khu vực TBTBD 47,3% khu vực BĐ Trong trạng thái ENSO, năm El Niño bão mạnh có tỷ lệ xảy cao hai khu vực (68,5% TBTBD 53,1% BĐ), (52,1%) khu vực TBTBD năm La Niña (45%) khu vực BĐ năm trung tính Trong bão mạnh hai khu vực TBTBD BĐ giảm dần từ năm trung tính (tương ứng với khu vực 16,3% 22,4%), đến năm La Niña (14,3% 14,7%) thấp năm El Niño (12,4% 14,5%) Trong cấp độ bão, tỷ lệ XTNĐ hoạt động BĐ bão mạnh từ khu vực TBTBD vào cao nhất, tiếp đến bão, bão mạnh ATNĐ Trong số bão mạnh bão mạnh hoạt động khu vực BĐ tập trung cao năm El Niđo tương ứng với 77% (bão mạnh), 65% (bão mạnh) thấp năm La Niña 62% (bão mạnh), 58% (bão mạnh) cấp độ lại (bão ATNĐ) tỷ lệ năm La Niña thấp năm El Niño Từ khóa: Xốy thuận nhiệt đới, ENSO, Cường độ, Tây Bắc Thái Bình Dương, Biển Đơng _  Tác giả liên hệ ĐT.: 84-989331023 Email:duydb.vrtc@gmail.com 43 44 Đ.B Duy nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 43-55 Mở đầu thành phần đông khu vực TBTBD không theo quy luật [4] Hoạt động bão, áp thấp nhiệt đới nói chung phụ thuộc vào thay đổi điều kiện môi trường quy mô lớn gây tượng dao động khí đại dương, có tượng El Niđo dao động nam ENSO (El Niño–Southern Oscillation) [1, 2] Mối quan hệ ENSO hoạt động bão, áp thấp nhiệt đới (gọi chung xoáy thuận nhiệt đới - XTNĐ) nhiều tác giả nước giới nghiên cứu Trên khu vực Nam Ấn Độ Dương (SIO), Chang-Hoi Ho (2006) s dụng phân tích tổng hợp để tìm tác động ENSO tới biến đổi XTNĐ tháng mùa bão khu vực giai đoạn 19792004 [3] Kết Chang cho thấy thời gian El Niđo vị trí khởi đầu XTNĐ tập trung phía tây giảm phía đơng kinh tuyến 750E, điều gia tăng nhiệt độ bề mặt nước biển khu vực trung tâm phần phía Đơng Thái Bình Dương làm thay đổi hoàn lưu Walker tạo thành hồn lưu xốy nghịch bất thường khu vực đơng SIO thời gian El Niđo Sự khác biệt không gian quỹ đạo chuyển động XTNĐ thời gian El Niño La Niña cho thấy sụt giảm đáng kể phía đơng nam đảo Madagascar tăng nhẹ khu vực trung tâm SIO, cho thấy XTNĐ di chuyển xa phía đơng thời gian El Niđo Sự thay đổi bất thường gió tây nam phía đơng đảo Madagascar Cũng khu vực TBTBD Suzana J Camargo (2004) nghiên cứu ảnh hưởng ENSO tới cường độ XTNĐ việc phân tích mối quan hệ lượng xốy bão tích lũy ACE (Accumulated cyclone energy) với yếu tố liên quan khác giai đoạn 19502002 Kết ch ACE có tương quan thuận với ch số ENSO năm El Niđo XTNĐ có xu hướng mạnh tồn lâu năm La Niña Trong thời gian mùa bão (tháng tới 10) chí tháng tới tháng 11, ACE có tương quan tốt với ENSO Tuy chưa thực dễ dàng để giải thích mối tương quan song kể biến động lớn năm liên quan tới thời gian tồn tại, cường độ số lượng XTNĐ góp phần tạo nên mối quan hệ ENSO ACE, thời gian tồn xoáy dường quan trọng [1] Trên khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương (TBTBD), nghiên cứu mối quan hệ ENSO hoạt động XTNĐ giai đoạn 19481982, Johnny C.L Chan (1985) s dụng phương pháp phân tích phổ tìm hai đ nh phổ chuỗi thời gian này, tương ứng với dao động phía Nam với khoảng thời gian 3-3,5 năm dao động tựa hai năm QBO (Quasibiennial Oscillation) Hai đ nh phổ có mối liên hệ chặt chẽ với ch số dao động nam SOI (Southern Oscillation index), cụ thể SOI đạt đ nh trước gần năm (11 tháng) QBO pha Tuy nhiên với XTNĐ hình Ở khía cạnh khác, Wu (2004) s dụng kỹ thuật bootstrap để nghiên cứu tác động ENSO tới biến đổi mẫu hình đổ XTNĐ TBTBD Kết cho thấy, so với năm trung tính, số lượng bão nhiệt đới đổ vào phía TBTBD giảm đáng kể năm El Niđo, ngoại trừ khu vực Nhật Bản bán đảo Triều Tiên Mặt khác, số lượng XTNĐ TBTBD tăng lên tăng cao khu vực Trung Quốc năm La Niña Wu đặt giả thiết việc số lượng XTNĐ đổ vào khu vực TBTBD giảm thời gian năm El Niđo có liên quan đến thay đổi phía đơng vị trí bắt đầu XTNĐ phá vỡ mực 500 hPa gần 130E Ngược lại, gia tăng số lượng XTNĐ đổ thời gian năm La Niđa xuất có liên quan đến thay đổi phía tây vị trí hình thành mực 500 hPa [5] Trên khu vực Đơng Bắc Thái Bình Dương, Jerry (2015) phân loại trạng thái năm ENSO El Niđo, La Niđa hay trung tính cách s dụng ch số ENSO đa biến MEI (multivariate ENSO index) Bằng việc xác định ch số hoạt động xoáy (net tropical cyclone activity index) ch số phân tán Đ.B Duy nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 43-55 lượng (power dissipation index) để khái quát hóa vùng hoạt động cường độ XTNĐ giai đoạn 1971 – 2012 Kết cho thấy, năm El Niño XTNĐ thể thường xuyên dội so với năm La Niña Sự tương quan MEI hai ch số (ch số hoạt động xoáy ch số phân tán lượng) thể mối tương quan ENSO với vùng hoạt động cường độ XTNĐ Những mối quan hệ kì vọng cải thiện dự báo ngắn hạn vùng hoạt động cường độ XTNĐ theo mùa [2] Ở nước, nghiên cứu ảnh hưởng ENSO đến hoạt động bão áp thấp nhiệt đới Nguyễn Đức Ngữ ch giai đoạn 1956 – 2000 (45 năm) có 311 bão áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng trực tiếp đến Việt Nam, trung bình năm có 6,9 (0,58 cơn/ tháng) Cùng thời gian có tổng số 150 tháng El Niđo với 63 XTNĐ ảnh hưởng trực tiếp, trung bình tháng El Niđo có 0,42 cơn, trung bình nhiều năm khoảng 28% Trong đó, trung bình tháng La Niđa có 0,80 (86 cơn/107 tháng), nhiều trung bình nhiều năm khoảng 38% Trong mùa bão (từ tháng đến tháng 12), trung bình nhiều năm có 6,64 cơn, tháng mùa bão có 0,95 Trong điều kiện El Niđo, trung bình mùa bão có 4,83 cơn, tháng mùa bão có 0,69 cơn, trung bình nhiều năm khoảng 27% Trái lại, điều kiện La Niđa, trung bình mùa bão có 9,17 cơn, tháng mùa bão có 1,31 cơn, nhiều trung bình nhiều năm khoảng 38% Ngồi ra, điều kiện El Niño, XTNĐ thường tập trung vào mùa bão (tháng 7, 8, 9), điều kiện La Niña, XTNĐ thường nhiều vào n a cuối mùa bão (tháng 9, 10, 11) [6] Nghiên cứu đặc điểm hoạt động bão vùng biển gần bờ Việt Nam giai đoạn 19452007 số liệu Unsys Vũ Thanh Hằng người khác ch khu vực số lượng bão năm La Niña thường nhiều năm El Niño [7] Đinh Văn Ưu cộng (2005) nghiên cứu biến động mùa nhiều năm trường nhiệt độ nước mặt biển với hoạt động bão khu 45 vực Biển Đơng (BĐ) ch có biến động đáng kể trường nhiệt độ nước mặt biển hoạt động bão nhiệt đới khu vực BĐ thập niên gần Thông qua việc tính ch số khí hậu thấy tượng El Niđo hoạt động mạnh hoạt động bão nhiệt đới toàn khu vực giảm Trong thời kỳ biến động trường nhiệt độ nước mặt biển hoàn lưu BĐ đáng kể [8] Cũng theo Đinh Văn Ưu (2009) đánh giá quy luật biến động dài hạn xu biến đổi số lượng bão áp thấp nhiệt đới khu vực TBTBD, BĐ ven biển Việt Nam cho thấy số lượng trung bình năm bão siêu bão dao động theo chu kỳ dài từ hai năm đến nhiều chục năm Đồng thời kết nghiên cứu tác giả chưa thấy xu gia tăng số lượng bão siêu bão khu vực trên, chí số lượng siêu bão cịn có xu giảm Trong thập niên gần đây, số lượng bão gây ảnh hưởng trực tiếp đến ven bờ vịnh Bắc Bộ giảm, Nam Trung Bộ Nam Bộ lại gia tăng Những dao động cho thấy có khả hoạt động bão khu vực chịu tác động dao động quy mô lớn tựa năm, El Niđo nhiều chục năm Thái Bình Dương [9] Như thấy rằng, nghiên cứu quan hệ ENSO XTNĐ theo cấp độ (từ áp thấp nhiệt đới, bão, bão mạnh, bão mạnh theo phân loại Tổ chức khí tượng giới) cho khu vực TBTBD, đặc biệt BĐ nhiều điểm chưa thực rõ ràng Bài báo tập trung nghiên cứu mối quan hệ ENSO số lượng, cấp độ XTNĐ giai đoạn 19512015 khu vực TBTBD BĐ tương ứng khu vực không gian giới hạn (0oN – 40oN; 100oE - 180oE) (0oN – 25 oN; 100 oE 120 oE) Số liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguồn số liệu - Đối với số liệu XTNĐ, nghiên cứu Song cộng (2010) 46 Đ.B Duy nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 43-55 ch số liệu khác khác biệt quỹ đạo XTNĐ không đáng kể cường độ XTNĐ khác tương đối [10] Mới đây, tổ chức khí tượng giới WMO xem xét IBTrACS nguồn liệu xốy thuận nhiệt đới có mức độ tin cậy cao Đây tập số liệu tổng hợp từ 14 nguồn liệu Trung tâm nhiều quốc gia giới, bao gồm Regional Specialized Meteorological Center (RSMC) Miami, RSMC Honolulu, RSMC Tokyo, RSMC New Delhi, RSMC La Reunion, RSMC Nadi, TCWC Perth, TCWC Darwin, TCWC Brisbane, TCWC Wellington, CMA-Shanghai Typhoon Institute, Joint Typhoon Warning Center (JTWC), Hong Kong Observatory, NCDC DSI-9636, UCAR ds824.1 [11, 12] Về chất, IBTrACS tập số liệu tái phân tích XTNĐ, có nhiều đặc điểm bên XTNĐ bị “trung bình hóa” so với liệu ban đầu có khả ảnh hưởng tới nhận định đặc điểm XTNĐ Với mục đích nghiên cứu mối quan hệ ENSO XTNĐ theo cấp độ cho khu vực TBTBD, đặc biệt BĐ đòi hỏi phải lựa chọn số liệu có độ tin cậy có thời gian lưu trữ đủ dài đồng thời phải có đầy đủ thơng tin yếu tố tốc độ gió cực đại – yếu tố qua phân loại lại cường độ XTNĐ theo tiêu chí WMO [13, 14] Trong nghiên cứu này, lựa chọn, s dụng số liệu XTNĐ Trung tâm cảnh báo bão hải quân Hoa Kỳ (Joint Typhoon Warning Center - JTWC) (khơng phải số liệu tái phân tích) giai đoạn 1951-2015 [15] - Đối với số liệu dị thường mực nước biển SSTA (Sea Surface Temperature Anomaly): nghiên cứu xem xét nguồn số liệu SSTA cung cấp Cục quản lý đại dương khí Hoa kỳ (National Oceanic and Atmospheric Administration - NOAA) [16] 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phân loại trạng thái năm ENSO: Cho tới việc xác định thời kì ENSO hay năm ENSO chưa thực đồng tiêu chí cách tính Trên giới, ENSO Trung tâm Dự báo Khí hậu Hoa kỳ xác định theo trung bình trượt tháng dị thường nhiệt độ mặt nước biển SSTA khu vực Nino3.4 (hình 1) với ngưỡng ± 0,5°C phải đạt tháng, ngưỡng với ENSO trung bình ±1°C với ENSO mạnh ±1,5°C [17] Trong Cơ quan Khí tượng Úc lại s dụng ch số dao động nam SOI với ngưỡng giá trị 7: SOI < -7 tương ứng với El Niño, SOI > tương ứng với La Niña [18] Ở khu vực Châu Á, Cơ quan Khí tượng Nhật Bản xem xét ENSO thời kỳ có trung bình trượt tháng SSTA khu vực NINO3 (5°N-5°S, 150°W-90°W) (hình 1) vượt ngưỡng -0,5° ÷ +0,5°C kéo dài tháng [19] Hình Các vùng Nino, Nguồn: NOAA Nina [20] Đ.B Duy nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 43-55 Ở nước, Bùi Minh Tăng (1998) xem xét pha El Niño xảy SSTA vùng Nino1+2, Nino3 > 1°C liên tục tháng liền Nguyễn Đức Ngữ (2002) đưa tiêu chí giá trị tuyệt đối trung bình trượt tháng SSTA khu vực Nino3 vượt 0,5°C kéo dài tháng trở lên, theo El Niño mạnh SSTA ≥ 1,5°C, La Niña mạnh SSTA ≤ -1,5°C hay Trần Quang Đức (2011) s dụng Thời kỳ ENSO thời kỳ có giá trị tuyệt đối trung bình trượt tháng SSTA khu vực Nino3 vượt 0,5° kéo dài tháng trở lên El Niño mạnh SSTA ≥1,5°C, La Niña mạnh SSTA ≤ -1,5°C [21] Về phân loại năm ENSO, Wu (2003) kế thừa tiêu chí phân loại năm ENSO Trenberth (1997) khuyến nghị nghiên cứu ảnh hưởng ENSO tới đổ XTNĐ khu vực TBTBD, theo giá trị SSTA trung bình tháng vùng Nĩno-3.4 vượt ngưỡng ±0.4C tháng trở lên Sau xem xét phân loại năm ENSO dựa thời kỳ bắt đầu kết thúc sớm tháng kết thúc sau tháng 11 [5, 22] Cùng theo chủ đề này, Suzana (2004) s dụng SSTA trung bình tháng 7, 8, 10 vùng Nĩno3.4 so sánh với ngưỡng 0.5 [1] Ở khía cạnh khác, năm ENSO phân loại theo ch số ENSO đa biến (Multivariate ENSO Index – MEI), ch số MEI thu qua sáu yếu tố là: áp suất mực nước biển, thành phần gió kinh hướng, vĩ hướng, nhiệt độ mặt biển, nhiệt độ khơng khí bề mặt tổng số phần mây bầu trời Thái Bình Dương [23] Jerry (2015) s dụng giá trị MEI để phân chia trạng thái năm ENSO nghiên cứu ảnh hưởng ENSO hoạt động XTNĐ vùng biển Đơng Bắc Thái Bình Dương giai đoạn 1971-2012 [2, 23] Như thấy việc phân định thời kỳ năm ENSO chưa có thống Có thể thấy rằng, đánh giá mối quan hệ ENSO với XTNĐ năm việc s dụng thời kỳ ENSO tạo nên khó khăn 47 định theo tiêu chí có nhiều năm tồn ba trạng thái El Niño, La Niña trung tính chuỗi 1951-2015 việc phân loại năm ENSO theo đặc trưng (dị thường nhiệt độ mực biển, …) theo mùa bão (các tháng năm tùy theo khu vực) phản ánh trọn vẹn thời gian hoạt động XTNĐ Kế thừa quan điểm phân định ENSO trên, nghiên cứu xem xét, phân loại năm ENSO qua giá trị trung bình SSTA vùng Nino3.4 tháng mùa bão SSTA6-7-8-9-10-11 (gồm tháng 6, 7, 8, 9, 10 11) ngưỡng ±0,5°C để xác định năm El Niño (SSTA6-7-8-9-10-11≥0,5°C); La Niña (SSTA6-7-8-9-10-11≤-0,5°C) trung tính Neutral (-0,5