Trong nghiên cứu này, phân bố không gian của tổng thời gian hạn khí tượng (số tháng hạn khí tượng khi SPI<-1), thời gian hạn tương ứng với cường độ hạn khí tượng khác nhau (hạn vừa, hạn nặng và rất nặng) ở các quy mô thời gian khác nhau được áp dụng để nghiên cứu sự xuất hiện hạn khí tượng trên khu vực tỉnh Thanh Hóa. Mục đích của phần này là xác định các vùng dễ bị hạn hán ở các quy mô thời gian khác nhau dựa trên số tháng hạn khí tượng (TGH). Khi SPI được tính toán theo quy mô thời gian ngắn ở các khu vực có lượng mưa theo mùa thấp, nó có thể dẫn đến các giá trị dương hoặc âm lớn [21] và Thanh Hóa có lượng mưa khá thấp trong mùa khô. Vì vậy, SPI-1 tháng được b qua để tránh các giải thích sai lầm có thể và luận văn chỉ phân tích phân bố không gian của SPI-3, SPI-6, và SPI-12 tháng.
Kết quả phân bố không gian số tháng hạn khí tượng (TGH) theo phân cấp các mức độ hạn hán khác nhau (tổng TGH của hạn khí tượng, SPI≤ -1); TGH của hạn vừa: -1.5< SPI <-1; TGH của hạn nặng: -2<SPI<-1.5 và TGH của hạn rất nặng: SPI<-2) ở ba quy mô thời gian mùa (3, 6 và 12 tháng) được thể hiện ở hình 3.13 cho thấy:
-Xét theo tổng TGH: Ở quy mô thời gian hạn khí tượng 3 tháng (SPI-3), hạn khí tượng ở vùng phí tây nam và phía đông nam của tỉnh Thanh Hóa có xu hướng xảy ra nổi trội hơn so với các vùng khác với tổng số TGH trên 70 tháng, trong khi hầu hết phần phía bắc và tây bắc được đặc trưng bởi tổng TGH thấp hơn 60 tháng (hình 3.13a, e, i). Khi quy mô thời gian dài hơn (SPI-6 và SPI-12 tháng), tổng TGH của SPI-6 tháng tăng lên so với SPI-3 tháng, nhưng phân bố không gian ít có sự khác biệt.
Tuy nhiên, phân bố không gian của SPI-12 tháng tương đối khác biệt với SPI-3 và SPI-6 tháng; khu vực phí tây nam và đông nam của tỉnh Thanh Hóa không phải là vùng xảy ra hạn khí tượng nổi trội, ngược lại vùng phía tây bắc và bắc của tỉnh Thanh Hóa có xu hướng nổi trội hơn. Điều này cho thấy, ở quy mô thời gian ngắn hơn vùng tây nam và đông nam tỉnh Thanh Hóa, xu thế hạn khí tượng có thể tác động đến cây trồng điển hình hơn vùng bắc và tây bắc. Ngược lại, ở quy mô thời gian dài hơn (12 tháng) điều kiện hạn khí tượng ở bắc, tây bắc Thanh Hóa có thể tác động đến hồ chứa, mực nước ngầm,… xảy ra nổi trội hơn so với vùng tây nam và đông nam.
- TGH theo mức độ hạn vừa chiếm phần lớn trong tổng số TGH dao động trong khoảng từ 40-55 tháng. Ở phía tây nam và đông nam của tỉnh Thanh Hóa xảy ra thường xuyên hơn với TGH khoảng 50-55 tháng. Đối với quy mô thời gian 3, 6 và 12 tháng phân bố không gian của TGH khá tương tự nhau, ngoại trừ ở các quy mô thời gian dài hơn 6 và 12 tháng, TGH trên 45 tháng được mở rộng theo không
gian trong vùng phía tây nam và nam của tỉnh Thanh Hóa.
- TGH theo mức độ hạn nặng có sự phân bố không gian tương đối khác biệt theo các quy mô thời gian và gần tương tự với tổng TGH, trong 3 thành phần của mức độ han (hạn vừa, hạn nặng và hạn rất nặng), TGH theo mức độ hạn nặng đóng góp trọng số lớn nhất cho sự khác biệt giữa tổng TGH của quy mô thời gian 6 và 12 tháng. Ở quy mô thời gian 3 tháng, hạn nặng thường xảy ra ở vùng phía nam, đến quy mô thời gian 6 tháng hạn nặng mở rộng trên phần đa diện tích tỉnh Thanh Hóa với TGH khoảng 14-22 tháng, nhưng tại quy mô thời gian 12 tháng, TGH xảy ra phổ biến trên 22 tháng và xuất hiện chiếm phần lớn ở vùng phía bắc, tây bắc tỉnh Thanh Hóa.
-TGH theo mức độ hạn rất nặng: Luận văn phân tích chi tiết hình d, h và i về phân bố không gian của số tháng hạn rất nặng thời thời kỳ 1981-2016 trên khu vực tỉnh Thanh Hóa, kết quả được thể hiện ở bảng 3.5 cho thấy:
+ T i quy mô th i gian 3 tháng:
- Mức độ hạn cực nặng có xu hướng xảy ra ở các huyện Mường Lát, Như Xuân, Như Thanh, Tĩnh Gia, Quảng Xương, Nông Cống, Triệu Sơn với TGH ≤ 2 với tổng diện tích trên 3.700 km2 tương đương 33% tổng diện tích toàn tỉnh;
- TGH trong khoảng từ 2 - 4 tháng chiếm trên 4.200 km2 tương đương 37% diện tích toàn tỉnh, phân bố chủ yếu ở các huyện Mường Lát, Quan Sơn, Như Xuân, Thường Xuân, Ngọc Lặc, Thiệu Hóa, Yên Định, Cẩm Thủy, Hà Trung, Hậu Lộc;
- TGH nằm trong khoảng từ 4 đến 6 tháng chiếm khoảng 2.000 km2 tương đương 18% tổng diện tích toàn tỉnh, phân bố rải rác tại các huyện Quan Sơn, Quan Hóa, Bá Thước, Lang Chánh và Cẩm Thủy;
- TGH > 6 tháng chiếm khoảng 1.400 km2, tương đương 12% tổng diện tích, phân bố chủ yếu ở các huyện Quan Sơn, Quan Hóa, Lang Chánh, Thạch Thành, Cẩm Thủy và Thường Xuân.
+ T i quy mô th i gian 6 tháng:
- Mức độ hạn cực nặng có xu hướng xảy ra ở các huyện Mường Lát, Như Thanh, Nông Cống, Quảng Xương và Tĩnh Gia với TGH ≤ 4 tháng, tổng diện tích trên 2.600 km2 chiếm trên 23% tổng diện tích của tỉnh;
- TGH nằm khoảng từ 4 đến 6 tháng (4< TGH ≤ 6) chiếm trên 2.300 km2 tương đương khoảng 21% diện tích toàn tỉnh, phân bố rải rác tại các huyện Quan Sơn, Quan Hóa, Bá Thước, Cẩm Thủy, Thạch Thành, Như Xuân, Như Thanh, và Đông Sơn;
- TGH trong khoảng từ 6 đến 7 tháng chiếm trên 3.900 km2 tương đương khoảng 35% diệnc tích của tỉnh, phân bố nhiều tại các huyện Quan Sơn, Quan Hóa, Lang Chánh, Thường Xuân, Ngọc Lặc, Triệu Sơn, Như Xuân, Thiệu Hóa, Yên Định, TP Thanh Hóa Nga Sơn, Đông Sơn, Hoằng Hóa;
-TGH lớn hơn 8 tháng chiếm trên 2.400 km2, tương đương khoảng 21% diện tích của tỉnh, chủ yếu tập trung tại các huyện Thạch Thành, Vĩnh Lộc, Yên Định, Hà Trung, Thường Xuân, Lang Chánh và Quan Hóa.
+ T i quy mô th i gian 12 tháng:
- Mức độ hạn cực nặng có xu hướng xảy ra ở các huyện Mường Lát, Quan Sơn, Như Thanh, Tĩnh Gia, Nông Cống với giá trị TGH ≤ 4 với tổng diện tích khoảng 2.900km2 tương đương 25% tổng diện tích toàn tỉnh;
- TGH nằm trong khoảng từ 4 đến 6 tháng chiếm trên 2.000 km2 tương đương 17% diện tích toàn tỉnh, phân bố tập trung tại các huyện Quan Sơn, Quan Hóa, Bá Thước, và Lang Chánh;
- TGH trong khoảng từ 6 đến 8 tháng, chiếm trên 3.200 km2, tương đương 28% tổng diện tích toàn tỉnh, phân bố chủ yếu tại các huyện Triệu Sơn, Đông Sơn, Yên Định, TP. Thanh Hóa, Quảng Xương, Hoằng Hóa và Hậu Lộc;
- TGH > 8 tháng, chiếm trên 3.300 km2, tương đương 29% diện tích toàn tỉnh, phân bố chủ yếu ở các huyện Như Xuân, Thường Xuân, Ngọc Lặc, Vĩnh Lộc, Nga Sơn, Hà Trung, Thạch Thành và Cẩm Thủy.
Bảng 3.5. Phần trăm diện tích h n rất nặng dựa theo phân bố kh ng gian TG của mức đ h n rất nặng (phân tích chi tiết hình 3.13 d, h, i)
TGH-6 DT % TGH-3 DT % TGH-12 DT % th ng tháng tháng 0-2 756.3 6.6 0-2 3751.0 32.6 0-2 1391.5 12.1 2 - 4 1905.8 16.6 2 - 4 4235.0 36.8 2 - 4 1512.5 13.2 4-6 2389.8 20.8 4-6 2087.3 18.2 4-6 2026.8 17.6 6-8 3962.8 34.5 6-8 1089.0 9.5 6-8 3236.8 28.2 >8 2480.5 21.6 >8 332.8 2.9 >8 3327.5 28.9 Tổng 11495.0 Tổng 11495.0 Tổng 11495.0
Tổng số của TGH TGH của mức hạn vừa TGH của mức hạn nặng TGH của mức rất nặng a) b) c) d) S P I- 3 e) f) g) h) S PI -6 j) k) i) i) S PI -1 2
Hình 3. 13. Phân bố kh ng gian của th i gian h n hán (TG h); và 12 tháng (i – l) theo các mức đ
) ở các quy m th i th i gian khác nhau: 3 tháng (a – d); ) 6 tháng (e – h n hán khác nhau (h n vừa nặng v rất nặng)
Tần suất xuất hiện hạn vừa, hạn nặng và hạn rất nặng (hình 3.14) dựa trên quy mô 12 tháng cho thấy: Tần suất xuất hiện hạn vừa khoảng từ 14-20%, nổi trội hơn ở khu vực phía tây bắc của tỉnh Thanh Hóa (huyện Quan Sơn, Quan Hóa) với tần suất khoảng 16-18%. Tần suất xuất hiện hạn nặng khoảng từ 3-10%, xuất hiện nổi trội ở phần phía Bắc của tỉnh Thanh Hóa trên 5%, khoảng trên 9% ở khu vực huyện Quan Sơn. Tần suất xuất hiện hạn rất nặng nặng khoảng từ 1-4%, xuất hiện nổi trội ở khu vực huyện Thường Xuân, Như Xuân, Hà Trung với tần suất khoảng 3-4%.
a)
b)
c)
Hình 3. 14. Tần suất xuất hiện h n khí tượng (%) theo mức đh n dựa tr n quy m th gian 12 tháng: h n vừa (a) h n nặng (b) h n rất nặng (c).
3.3.4 Các sự kiện hạn khí tượng điển hình
Phân bố không gian là một khía cạnh rất quan trọng để hiểu các về sự kiện hạn hán. Phân bố không gian của các chỉ số hạn khí tượng (MĐH, I và DA cao nhất trong đợt hạn) cho 6 sự kiện hạn hán điển hình đã liệt kê trong bảng 3.4 và được thể hiện trong hình 3.15.
Bốn sự kiện hạn khí tượng có đặc điểm không gian khác nhau. Theo giá trị MDHe (e = 1, 4, 5) (hình 3.15a, i và m), sự kiện (đợt hạn) D1, D4 và D5 là ít nghiêm trọng nhất trong 6 sự kiện. Đối với sự kiện D4, hạn khí tượng chủ yếu được giới hạn ở phần phía tây bắc và bắc của Thanh Hóa, và phía đông, đông nam đối với sự kiện D4 và D5. Trong 3 sự kiện này, cường độ hạn khí tượng của sự kiện D1 và D5 nổi trội hơn có giá trị khoảng khoảng 1.5-2 (hình 3.15 b, n), tháng có diện tích hạn cao nhất chiếm phần đa diện tích toàn tỉnh (hình 3.15 c, o) .
Theo các giá trị MDHe cao (e=2, 3, 6), trong 3 sự kiện còn lại, sự kiện D2 là hạn khí tượng nghiêm trọng nhất, sau đó đến sự kiện hạn D6 và D3, bao trùm phần đa diện tích tỉnh Thanh Hóa, ngoại trừ vùng phía nam tỉnh Thanh Hóa có MĐH nh hơn (hình 3.15 d, g và p):
- Sự kiện hạn khí tượng nghiệm trọng nhất D2 cho thấy, MDH cao nhất ở vùng phía bắc của tỉnh Thanh Hóa, nhưng không cho thấy cường độ cao nhất. Điều này cho thấy giá trị lớn của MĐH chủ yếu là do thời gian hạn khí tượng dài hơn. Sự kiện D3 cũng gần tương tự với sự kiện D2 có MDH cao ở vùng phía tây bắc và bắc của tỉnh Thanh Hóa, và phân bố cường độ tương đối phù hợp với MDH.
- Sự kiện D6 trái ngược với sự kiện D2 và D3, vùng xảy ra hạn khí tượng nghiêm trọng hơn (có MDH cao hơn) xuất hiện ở phần tây nam của tỉnh Thanh Hóa, cường độ hạn cũng như giá trị SPI của tháng có DA lớn nhất khá tương đồng.
Tham chiếu tới bảng 3.4 nhận thấy, sự kiện hạn D3 kéo dài 10 tháng, và D6 gần đây (năm 2015, đầu 2016) kéo dài 15 tháng dường như có mức độ hạn rất cao, trong khi thời gian hạn hán tương đối ngắn so với sự kiện D2. Tuy nhiên, D3 là sự kiện hạn hán nghiêm trọng nhất với giá trị cao của I, tháng hạn hán cao điểm có tới 100% diện tích Thanh Hóa bị hạn nặng, khoảng 50.5% diện tích tỉnh Thanh Hóa bị hạn rất nặng (giá trị SPI nh hơn <-2 chiếm một nửa diện tích tỉnh Thanh Hóa).
MDHe a) D 1 d) D 2 g) D 3 j) D 4 m) D 5 p) D 6 Ie DA b) e) h) k) n) q) c) f) i) l) o) r)
Hình 3. 15. Phân bố kh ng gian của mức đ h n khí tượng ( D e) cư ng đ h n (Ie) v giá trị SPI trong tháng có diện tích h n nặng cao nhất (DA) trong 6 đợt h n hán
3.4 Tác động hạn hán đến thực vật và cây trồng
Thảm thực vật dễ bị tổn thương đối với hạn hán, ngược lại, phản ứng thực vật cũng có thể hữu ích để đánh giá tính chính xác của việc giám sát hạn hán bằng cách sử dụng CHIRPS. Cần lưu ý rằng thảm thực vật chỉ có thể được sử dụng như một đại diện cho giám sát hạn hán trong điều kiện cây trồng không tưới, vì thực vật có thể phát triển ngay cả trong thời gian hạn hán với điều kiện tưới đầy đủ.
Ởđây, STD_VHI và SPI-3 tháng trung bình không gian là được so sánh trong 2 đợt hạn điển hình có cường độ mạnh D2 (năm 1991-1992, 1993-1994) và D6 (năm 2015-2016) và được thể hiện trong hình 3.16 cho thấy:
Diễn biến của DA và STD_VHI với giá trị âm (dương) là khá tương đồng với hạn khí tượng trong thời gian khô (ẩm ướt) của SPI-3 tháng. Nó chỉ ra rằng hạn khí tượng có tác động đến sức kh e thực vật. Nhìn chung, diễn biến theo thời gian của 2 sự kiện hạn khí tượng này đã cho thấy VHI có sự chậm pha so với SPI. Ngược lại, sự thay đổi tương ứng giữa điều kiện sức kh e thực vật và hạn hán cũng gián tiếp phản ánh khả năng phù hợp của CHIRPS đối với việc giám sát hạn hán ở Thanh Hóa.
a) b)
Hình 3. 16. ối quan hệ giữa STD_V I v của đợt h n: a) ợt h
SPI quy mô 3 tháng diện tích h n (DA) n D2 và b) đợt h n D6
Diện tích cây trồng bị hạn trong vụ đông xuân năm 2015-2016 và vụ đông xuân năm 2016-2017 được thể hiện ở bảng 3.6 cho thấy:
1) Trong vụ đông xuân năm 2015-2016:
- Đối với cây l a, tổng diện tích gieo trồng là 124032,2 ha lúa, diện tích l a bị ảnh hưởng của hạn khoảng 8140,6 ha (mất trắng khoảng 415 ha), tương đương 3,6% (0.3%) tổng diện tích trồng l a. Diện tích l a bị hạn chủ yếu tập trung vào các huyện Yên Định khoảng 800ha, Tỉnh Gia khoảng 700 ha, Hậu Lộc, Như Xuân, Như Thanh và Thường Xuân khoảng 500ha, còn lại các huyện như Quan Hóa, Cẩm Thủy, Nga Sơn,… khoảng 50-200 ha.
diện tích bị ảnh hưởng của hạn khoảng 4053,6 ha (mất trắng khoảng 143,9 ha), tương đương khoảng 37% (5.4%) tổng diện tích gieo trồng. Diện tích l a bị hạn chủ yếu tập trung vào các huyện Tĩnh Gia khoảng 1200 ha, Hậu Lộc khoảng 800ha, Nga Sơn và Như Xuân khoảng 620ha, các huyện khác như Yên ĐỊnh, Quan Hóa, Quan Sơn, Mường Lát, Thường Xuân dao động trong khoảng từ 30-220ha.
2) Trong vụ đông xuân năm 2016-2017:
- Đối với cây l a, diện tích l a bị ảnh hưởng của hạn khoảng 961,5 ha (mất trắng khoảng 587 ha), tương đương 0,8% (0.5%) tổng diện tích trồng l a năm 2015- 2016. Diện tích l a bị hạn chủ yếu tập trung vào các huyện Nga Sơn khoảng 500 ha, còn lại các huyện như Sầm Sơn, Sầm Sơn, Quảng Sương, Thường Xuân, Mường Lát khoảng 50-100 ha.
- Đối với cây rau, đậu tượng và lạc, diện tích bị ảnh hưởng của hạn khoảng cũng khá tương tự như đối cấy l a, chủ yếu tập trung vào các huyện Nga Sơn, Thường Xuân, Mường Lát, Thọ Xuân và Sầm Sơn.
Mặc dù, hạn khí tượng là khởi đầu cho xuất hiện cho các loại hạn khác như hạn thủy văn, nông nghiệp và kinh tế xã hội, nhưng tham chiếu đến hình 3.15 p, q, r về phân bố không gian của đợt hạn điển hình D6 (2015-2016) và bảng 3.6 cho thấy, nhìn chung có sự tương đồng về sự tác động của hạn hán đến cây trồng trên các huyện; hạn nặng và hạn rất nặng xuất hiện ở các tỉnh như Tỉnh Gia, Hậu Lộc, Như Xuân, Như Thanh và Thường Xuân, Quan Hóa, Cẩm Thủy, Nga Sơn. Điều này cho thấy mực độ phù hợp tương đối về khả năng ứng dụng sản phẩm mưa CHIRP trong đánh giá và giám sát hạn cho khu vực tỉnh Thanh Hóa.
Bảng 3.6. Diện tích (DT-ha) cây trồng bị h n vụ đông xuân ( X) t i Thanh óa
DT rau, Đông xu n 2015-2016 Đông xu n 2016-2017
DT lúa Rau, l c và Rau, l c và
T n huy n, thị đậu tƣơng, Lúa Lúa
ĐX 2015- đậu tƣơng đậu tƣơng
x , thành phố 2016 l c ĐX Mất Mất Mất Mất 2015-2016 H n H n H n H n trắng trắng trắng trắng Tp. Thanh Hóa 4842 427 - - - - Sầm Sơn 192 23 67,7 18,7 22,2 0,0 89,2 23,0 53,0 5,2 Bỉm Sơn 713 56 41,0 - - - - Thọ Xuân 8254 891 - - - - 78,7 23,0 46,0 0,0 Đông Sơn 4796 209 - - - -