Định hướng quan trắc Vật lý khí quyển trong thời gian tớ

- Khoảng cách đến mặt nước: 0.5 30m

4. Định hướng quan trắc Vật lý khí quyển trong thời gian tớ

Có những chương trình lớn nghiên cứu khí hậu tồn cầu và khu vực như WCRP, GLOBEC, IOCCP…Có thể thấy, các chương trình nghiên cứu quy luật biến đổi quy mơ tồn cầu là rất quan trọng và đã có những kết quả nổi bật đạt được trong những năm qua về hiểu biết các quy mơ tồn cầu. Tuy nhiên các nghiên cứu quy mô vừa và nhỏ rất cần thiết cho nhà quản lý, hoạch định chính sách sử dụng hàng ngày cịn thiếu và có nhiều khoảng trống chưa được nghiên cứu. Để thực hiện phương pháp quản lý dựa trên hệ thống hệ sinh thái địi hỏi phải có kiến thức hơn nữa về động lực học vật lý và sinh học trên quy mô khu vực.

Ở Việt Nam, trước tình hình thiên tai biến động theo chiều hướng ngày càng xấu đi dẫn đến những hậu quả khó lường, Nhà nước đã ban hành nhiều văn bản quy phạm pháp luật mới và các văn bản khác liên quan đến phòng, chống thiên tai, đặc biệt Luật phịng, chống thiên tai đã luật hóa nhiều nội dung của Chiến lược quốc gia về phòng, chống thiên tai hiện hành. Chiến lược quốc gia về phòng, chống thiên tai được ban hành và đang được rà soát, chỉnh sửa.

mơ phỏng và dự báo. Ngồi ra, do kinh phí hạn chế, chúng ta chưa có các nghiên cứu đặc biệt chuyên sâu như dùng các thiết bị đặc biệt như sử dụng máy bay bay trong bão, tàu khảo sát thường xuyên các thông số khí tượng- hải dương như ở các nước tiên tiến.

Để nghiên cứu các hiện tượng biến đổi khí hậu, thiên tai, các đặc điểm khí tượng khu vực cần được làm rõ. Trải dài theo đường xích đạo, khu vực Đơng Nam Á có khí hậu gió mùa chủ yếu quyết định bởi sự dao động hàng năm của dải hội tụ nhiệt đới (Inter-tropical Convergence Zone - ITCz), với mùa khô trong mùa đông phương bắc và mùa hè ẩm ướt ở lục địa. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, sự biến đổi của đai dương, vai trò của các quá trình hải dương học cần được nghiên cứu và đánh giá lại. Biến đổi khí hậu có thể làm tăng các cơn bão và nước biển dâng cao, làm cho các vùng ven biển dễ bị tổn thương hơn.

Các quy mô khí tượng từ lớn (giữa các năm như hiện tượng El Nino) đến nhỏ (đối lưu địa phương, dịng chảy do địa hình, các cơn dơng, đối lưu đơn lẻ, gió biển –lục địa) và sự tương tác giữa chúng cần được quan tâm nghiên cứu. Các quy mô trên ảnh hưởng liên kết lẫn nhau. Việc phát triển mạng lưới quan trắc về các trường khí quyển là một trong nhiệm vụ quan trọng và được coi là chiến lược chính trong nghiên cứu khí quyển. Trong thời gian qua, mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn, vật lý khí quyển ở các quốc gia ngày một phát triển về số lượng và chất lượng. Các mạng trạm có xu thế liên kết với nhau, chia sẻ số liệu và thông tin. Các thiết bị quan trắc chuyên sâu như định vị sét, rada, lidar… ngày một phát triển.

Ngoài hệ thống quan trắc đặt trên mặt đất ngày một dày đặc, các công cụ quan trắc viễn thám sử dụng vệ tinh địa tĩnh, vệ tinh cực ngày một hoàn thiện với độ phân giải cao (cả về không gian và thời gian). Có thể nói, số liệu vệ tinh đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành với nhiều ứng dụng khác nhau. Khối lượng số liệu ngày một đồ sộ, đa dạng với chất lượng ngày một nâng cao. Chỉ nói riêng Cơ quan Hàng khơng Vũ trụ Mỹ (NASA) cũng đã có tới hơn 2400 loại sản phẩm về Khoa học Trái đất. Các sản phẩm này hàng năm được bổ sung số liệu mới, cập nhật liên tục làm cho việc khai thác hiệu quả nguồn số liệu vệ tinh là vấn đề cần được quan tâm thực hiện. Trong thời gian gần đây, một số vệ tinh khí tượng, khí hậu đời mới cho phép xác định nhiều thơng số khí quyển như độ ẩm, nhiệt độ, áp suất, các thành phần khí trong khí quyển. Các thơng số này liên quan chặt chẽ đến các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như bão, dông sét, lũ lụt. Ví dụ gần đây vệ tinh thay thế Himawari-8 (hoạt động từ tháng 12/2014). Dựa trên các kênh phổ hồng ngoại ở 6.2μm, 10.4μm và 12.4μm có thể xác định được các ổ mây đối lưu gây mưa lớn với độ phân giải 0.05 độ và thời gian gần thực 10 phút /lần. Các vệ tinh quan sát Trái đất mới của NASA, vệ tinh VNREDSAT-1 của Việt Nam... đều có thể tích hợp trong cơ sở dữ liệu phịng tránh giảm nhẹ thiên tai.

Để tăng cường khả năng dự báo hiện tượng thiên tai, thích ứng với biến đổi khí hậu, tơi xin đề xuất một số phương pháp quan trắc vật lý khí quyển cần quan tâm thực hiện ở Việt Nam như sau:

- Các quan trắc sử dụng mạng trạm mặt đất và viễn thám phục vụ nghiên cứu quá trình hình thành và phát triển của các hiện tượng thiên tai nguy hiểm. Cụ thể, tập trung đánh giá ảnh hưởng của các q trình vật lý khí quyển-hải dương ảnh hưởng đến quỹ đạo và cường độ bão, sự hình thành và phát triển của mây dông, các hiện tượng mưa lớn, nước biển dâng, lũ lụt, sạt lở đất trên đất liền. Một trong những vấn đề cần tập trung là miêu tả định lượng các quá trình và tương tác nhằm xác định lượng nước quan sát được trong khí quyển. Vai trị của nước (ở các thể rắn, lỏng, khí) trong khí quyển là rất rõ ràng, tuy nhiên cho đến nay việc hiểu biết về chu trình nước cịn nghèo nàn, ví dụ, như sự vận chuyển nước ở phía trên

tầng đối lưu, sự khơng xác định trong thơng lượng bề mặt... Các chương trình dùng phương pháp quan trắc trực tiếp và viễn thám có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu này. Với mục tiêu nghiên cứu này, mạng trạm quan trắc cần được thiết kề phù hợp bao gồm các thiết bị thông thường và đặc biệt với các đợt đo tăng cường phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.

- Quan trắc phục vụ nghiên cứu phản ứng của hệ thống biển và ven biển đối với thiên tai và áp dụng sự hiểu biết đó để đánh giá về tính dễ bị tổn thương trong tương lai đối với thiên tai. Quá trình tương tác với hệ thống biển và ven bờ cần được quan trắc ở quy mô vừa và nhỏ, làm rõ được các đặc trưng cho từng khu vực dọc biển Đơng. Trên cơ sở này có thể xây dựng các bản đồ nguy cơ, xây dựng các phương án quản lý rủi ro thiên tai cho từng địa phương.

- Sử dụng các quan trắc từ thiết bị mới (vệ tinh đời mới, rađa dople hồng ngoại, lidar phân cực, rađa milimet, đo vi sóng, profile gió đople, rađa đople phân cực, định vị sét, các phương pháp cắt lớp vô tuyến thụ động…) nhằm tạo ra các hiểu biết có tính độ phá cho công tác dự báo các hiện tượng thiên tai nguy hiểm. Các nghiên cứu cần được thực hiện bao gồm: Nghiên cứu các quá trình quan trọng trong lớp biên khí quyển trên đại dương và lục địa; Nghiên cứu phát triển mơ hình dự báo bão, dơng sét, nước biển dâng do bão với độ phân giải cao và đánh giá chất lượng.

- Các quan trắc phục vụ nghiên cứu về vai trị của đại dương trong biến đổi khí hậu, đặc biệt quan tâm công tác dự báo các hiện tượng khí hậu cực đoan trên biển Đơng. Các định hướng ưu tiên là nghiên cứu tương tác biển-khí hậu giữa các quy mơ tồn cầu, quy mô vừa và nhỏ, sự tác động của biến đổi khí hậu tồn cầu đến vùng biển Việt Nam; Nghiên cứu đặc điểm sol khí khu vực biển Đơng và lân cận, xác định ảnh hưởng của chúng đến cán cân bức xạ; Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu và các thay đổi trên đại dương, bao gồm cả hóa sinh biển và hệ sinh thái của nó; Nghiên cứu cơ sở khoa học về vai trò của đại dương phục vụ mục đích xây dựng các kịch bản khí hậu và tác động của chúng.

Để thực hiện được các mục tiêu quan trắc như trên, cần thiết thực hiện các dự án quan trắc, nghiên cứu đa ngành, đa mục tiêu phục vụ phòng chống giảm nhẹ thiên tai và thích ứng biến đổi khí hậu trong đó có tiến hành các đo đạc thường xuyên và các đợt khảo sát tăng cường sử dụng tàu biển và máy bay (kể cả máy bay không người lái) và các thiết bị quan trắc đặc biệt khác. Việc hợp tác quốc tế trong các dự án này là rất cần thiết để nâng cao tiềm lực quan trắc vật lý khí quyển của Việt Nam.

Cơng nghệ quan trắc KTTV phục vụ dự báo, cảnh báo thiên tai thời kỳ công nghệ số

1 Viện Khoa học tài nguyên nước

Tóm tắt: Trong những năm gần đây, công nghệ viễn thám đã có những phát triển vượt

bậc, cung cấp nhiều thơng tin q giá phục vụ giám sát và dự báo tài nguyên nước (TNN). Trong bài báo này chúng tơi trình bày một số kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực TNN của Viện Khoa học tài ngun nước. Đầu tiên, chúng tơi tính toán chỉ số thực vật NDVI từ ảnh viễn thám MODIS cho khu vực Tây Nguyên trong giai đoạn mùa khô thời kỳ 2001 - 2020. Kết quả cho thấy, chỉ số NDVI trong giai đoạn nghiên cứu phản ánh khá chính xác tình trạng hạn hán trong khu vực đặc biệt là ở các tỉnh Đắk Lăk, Đăk Nông, và Gia Lai. Tiếp theo, chúng tôi sử dụng chuỗi ảnh Landsat theo thời gian để xác định diễn biến diện tích mặt nước của các hồ chứa, phục vụ nghiên cứu hoạt động của các hồ chứa ngoài lãnh thổ trên lưu vực sơng Mê Cơng. Kết quả tính tốn cho thấy, quá trình hoạt động hồ chứa theo các tháng trong năm có thể được xác định thơng qua phân tích diễn biến diện tích mặt nước, thể tích và dung tích hồ chứa. Nghiên cứu cũng cho phép xác định được giai đoạn tích nước và xả nước của các hồ chứa cũng như xác định được các năm nhiều nước và ít nước trong chuỗi số liệu quan trắc, cung cấp thông tin quan trọng cho công tác cảnh báo, dự báo tài nguyên nước trên các lưu vực sông xuyên biên giới. Cuối cùng chúng tôi nghiên cứu sử dụng kết hợp số liệu mưa vệ tinh và dự báo khí tượng để dự báo dòng chảy đến hồ chứa Bản Vẽ trên lưu vực sông Cả theo thời gian thực. Kết quả tính tốn cho thấy số liệu mưa viễn thám có thể làm đầu vào cho mơ hình mưa – dòng chảy phục vụ dự báo dòng chảy đến hồ chứa với kết quả tương đối tốt. Các kết quả nghiên cứu này mở ra một hướng nghiên cứu mới của viễn thám trong lĩnh vực TNN ở Việt Nam, đặc biệt ở các lưu vực sông liên quốc gia hoặc ở những lưu vực thiếu số liệu quan trắc.

Từ khóa: viễn thám, hạn hán, hồ chứa, liên quốc gia, tài nguyên nước.

1. Mở đầu

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho cuộc sống của con người, là một trong số các yếu tố then chốt để đảm bảo sự phát triển bền vững của mọi quốc gia. Với sự gia tăng của dân số và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nhu cầu sử dụng nước phục vụ sinh hoạt và phát triển kinh tế, xã hội sẽ gia tăng trong tương lai trong khi nguồn nước có xu hướng dần cạn kiệt, dẫn đến các chấp và xung đột về tài nguyên nước ngày càng căng thẳng. Để đảm bảo an ninh nguồn nước, vấn đề đánh giá, dự báo tài nguyên nước, phục vụ quản lý tổng hợp tài nguyên nước, đặc biệt là ở các lưu vực sông liên quốc gia nơi việc tranh chấp về nguồn nước giữa các quốc gia đang ngày càng gay gắt là một trong những vấn đề nhận được sự quan tâm của các nhà quản lý, nhà khoa học và người dân.

Tài nguyên nước Việt Nam chịu ảnh hưởng lớn của nguồn nước ngoài lãnh thổ. Theo thống kê, khoảng 61% tổng lượng nước trên lãnh thổ Việt Nam đến từ các nguồn nước ngoài biên giới. Do phụ thuộc lớn vào nguồn nước ngoài lãnh thổ, biến động tài nguyên nước ở Việt Nam phụ thuộc chặt chẽ vào biến động tài nguyên nước ở nước ngoài. Do vậy, việc nghiên cứu đánh giá biến động TNN trên phần lãnh thổ nước ngồi ở các lưu vực sơng liên quốc gia ở nước ta là một việc làm hết sức cần thiết, đảm bảo an ninh nguồn nước. Một

trong những khó khăn nhất của việc nghiên cứu biến động TNN trên phần lãnh thổ nước nước ngồi là thiếu các thơng tin đo đạc về TNN và các yếu tố liên quan như mưa, bốc hơi, độ ẩm, mực nước cũng như điều kiện địa hình, mặt đệm. Trong bối cảnh đó, cơng nghệ viễn thám với những bước phát triển vượt bậc trong thời gian qua đã mở ra nhiều cơ hội cho việc nghiên cứu biến động TNN trên các lưu vực liên quốc gia. Tuy nhiên, hiện chưa có nhiều nghiên cứu, đánh giá đầy đủ về độ chính xác cũng như khả năng ứng dụng của các sản phẩm viễn thám này trong nghiên cứu biến động TNN nói chung và biến động TNN liên quốc gia nói riêng.

Một vấn đề khác trong lĩnh vực tài nguyên nước là dự báo dòng chảy vào các hồ chứa theo thời gian thực, phục vụ cho công tác vận hành hệ thống hồ chứa/liên hồ chứa. Dự báo chính xác dịng chảy vào các hồ chứa sẽ góp phần quan trọng trong việc đảm bảo hồ chứa phát huy hết tác dụng phục vụ phát điện, phịng, chống lũ và cấp nước. Tuy nhiên, cơng tác giám sát và dự báo dòng chảy theo thời gian thực, phục vụ vận hành các hồ chứa chưa được nghiên cứu nhiều ở nước ta do thiếu các thông tin số liệu quan trắc và dự báo theo thời gian thực và việc xây dựng một hệ thống kết nối các thành phần bao gồm xử lý số liệu khí tượng, mơ phỏng q trình mưa - dịng chảy và phân tích, xử lý, biểu diễn kết quả đẩu ra cịn gặp nhiều khó khăn. Đặc biệt ở những lưu vực vùng sâu, vùng xa do thiếu số liệu quan trắc, việc mơ phỏng dự báo dịng chảy đến các hồ chứa còn gặp nhiều sai số. Trong bối cảnh đó, việc sử dụng số liệu mưa vệ tinh phục vụ dự báo dòng chảy đến hồ như một lựa chọn thay thế cần được nghiên cứu thấu đáo.

Trong những năm gần đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, hạn hán diễn ra ở hầu khắp các khu vực trên cả nước, đặc biệt ở khu vực Trung Bộ, Tây Nguyên và đồng bằng sông Cửu Long. Mức độ thiệt hại do hạn hán gây ra thậm chí cịn lớn hơn do lũ lụt. Hạn hán làm suy kiệt dịng chảy sơng suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất gây ảnh hưởng có hại đến sức khỏe con người, sự phát triển kinh tế xã hội, hệ sinh thái và môi trường sống. Giám sát và cảnh báo hạn hán đóng vai trị chủ chốt trong việc nhằm giảm nhẹ những thiệt hại do hạn hán gây ra, cũng như là chủ động trong công tác phát triển kinh tế - xã hội tại địa phương trong thời gian xảy ra hạn. Hạn chế lớn nhất trong công tác giám sát và cảnh báo hạn hiện nay là thiếu số liệu phục vụ đánh giá tình hình hạn hán ở những khu vực xa xôi, hẻo lánh, hay đánh giá trên phạm vi rộng, do mạng lưới trạm quan trắc khí tượng thủy văn còn tương đối thưa thớt. Vì vậy, với việc ngày càng có nhiều kỹ thuật viễn thám mới và tinh vi hơn được phát triển, chất lượng và số lượng dữ liệu viễn thám cũng tăng lên đáng kể, giám sát hạn hán thông qua dữ liệu viễn thám đang trở nên khá phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới.

Trước những u cầu và địi hỏi trên, bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học tài nguyên nước sử dụng các nguồn số liệu viễn thám khác nhau phục vụ nghiên cứu lĩnh vực tài nguyên nước bao gồm: giám sát hạn hán ở khu vực Tây Nguyên,