STT Giá trị AI Mức độ hạn hán 1 < 0.03 Hạn nặng 2 0.03 < AI < 0.2 Hạn 3 0.2 <AI < 0.5 Bán khô hạn 4 0.5 < AI < 0.65 Khô
Do số liệu ETp địa phƣơng có thể khơng có sẵn, làm hạn chế việc sử dụng chỉ số AI của UNESCO. De Martonne (1926) đã đƣa ra chỉ số khơ hạn (J) thay vì sử dụng nhiệt độ nhƣ là hàm của ETp nhƣ sau:
Công thức trên áp dụng đối với chỉ số hạn J tính cho thời kỳ 1 năm, với Pi là tổng lƣợng mƣa 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 lƣợng mƣa năm và T(0C) là nhiệt độ trung bình năm. Tuy nhiên để tính tốn chỉ số J cho từng tháng, có thể sử dụng công thức này một cách linh hoạt nhƣ sau:
J = 12*P/(T+10)
Trong đó: P(mm) là tổng lƣợng mƣa hàng tháng và T(C) là nhiệt độ trung bình tháng. Phƣơng 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 1 ≤ 5 Hạn rất nặng 2 5 -> 20 Hạn nặng 3 20 -> 30 Bắt đầu hạn 4 30 -> 60 Ẩm 5 ≥ 60 Rất ẩm
2.1.3. Chỉ số Ped
Chỉ số khô cằn Ped đƣợc giới thiệu bởi Pedey (Ped, 1975) dùng để xác định hạn hán khí quyển, chỉ số này đƣợc sử dụng tại trung tâm khí tƣợng thủy văn Nga. Ƣu điểm của chỉ số này là rất dễ dàng phân loại điều kiện thời tiết (hạn hán hay ẩm ƣớt). Cơng thức đƣợc tính nhƣ sau: T P T P Ped
Trong đó, ΔT và ΔP là độ lệch của nhiệt độ khơng khí và lƣợng mƣa so với giá trị trung bình (hay cịn gọi là dị thƣờng nhiệt độ và lƣợng mƣa). và lần lƣợt là độ lệch chuẩn của nhiệt độ khơng khí và giáng thủy. Hạn sẽ xảy ra khi nhiệt 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 STT Giá trị Ped Mức độ hạn hán 1 < 0 Ẩm 2 0 -> 1 Gần chuẩn 3 1 -> 2 Bắt đầu hạn 4 2 -> 3 Hạn vừa 5 > 3 Hạn khắc nghiệt
Chỉ số Ped phụ thuộc vào biến nhiệt độ và lƣợng mƣa, các giá trị dƣơng của Ped tƣơng ứng với thời gian khơ hay một chế độ nhiệt ấm hơn, cịn giá trị âm của Ped tƣơng ứng với thời gian ẩm ƣớt hay phản ánh chế độ nhiệt lạnh hơn.
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
Không hạn >= 30 >= -0,49 <1
Hạn nhẹ 20 -> 30 -0,5 -> -0,99 1 -> 2 Hạn vừa 5 -> 20 -1,0 -> -1,49 2 -> 3
2.2. Nguồn số liệu
Trong nghiên cứu này, luận văn sử dụng số liệu tổng lƣợng mƣa tháng và nhiệt độ trung bình tháng trong giai đoạn 1981-2014 để tính tốn các chỉ số hạn hán. Số liệu đƣợc lấy từ 55 trạm khí tƣợng tiêu biểu cho 7 vùng khí hậu. Danh sách các trạm tƣơng ứng với các phân vùng khí hậu đƣợc tổng hợp trong bảng 2.12.
Hình 2.1: Phân vùng khí hậu Việt Nam (Theo Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Trọng Hiệu – năm 2005) Hiệu – năm 2005)
Bảng 2.6: Danh sách trạm trong 7 vùng khí hậu
Vùng STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Độ cao
(m) Tây Bắc (B1) 1 Điện Biên 103 21.37 475 2 Lai Châu 103.15 22.07 243 3 Mộc Châu 104.68 20.83 972 4 Sơn La 103.9 21.33 675 Đông Bắc (B2) 5 Bắc Cạn 105.83 22.15 174 6 Tuyên Quang 105.22 21.82 41 7 Tiên Yên 107.4 21.33 14 8 Hà Giang 104.97 22.82 117 9 Văn Chấn 104.52 21.58 275 10 Cao Bằng 106.25 22.67 244 11 Phú Hộ 105.23 21.45 54 12 Yên Bái 104.87 21.7 56 13 Lạng Sơn 106.77 21.83 258 14 Thái Nguyên 105.83 21.6 35 16 Sapa 103.8 22.4 17 Thất Khê 106.5 22.3 Đồng bằng Bắc Bộ (B3) 18 Bạch Long Vỹ 107.72 20.13 56 19 Hà Nam (Phủ Lý) 105.92 20.55 3 20 Phủ Liễn 106.63 20.8 112 21 Hƣng Yên 106.05 20.65 3 22 Sơn Tây 105.5 21.13 16 23 Láng 105.8 21.03 6 24 Thái Bình 106.35 20.45 2 25 Ninh Bình 105.97 20.23 3 26 Bắc Giang 106.22 21.3 8 27 Nam Định 106.15 20.39 2 Bắc Trung Bộ (B4) 28 Thanh Hóa 105.78 19.75 4 29 Vinh 105.7 18.67 5 30 Hà Tĩnh 105.9 18.35 3 31 Đông Hà 107.08 16.85 8
32 Kỳ Anh 106.28 18.07 3 33 Đồng Hới 106.6 17.48 6 34 Quỳnh Lƣu 105.63 19.17 2 35 Huế 107.58 16.43 10 Nam Trung Bộ (N1) 36 Đà Nẵng 108.2 16.03 5 37 Quy Nhơn 109.22 13.77 4 38 Quảng Ngãi 108.8 15.12 8 39 Nha Trang 109.2 12.22 3 40 Cồn Cỏ 107.33 17.17 3 41 Phan Thiết 108.1 10.93 9 42 Tuy Hòa 109.28 13.08 11 Tây Nguyên (N2) 43 Buôn Ma Thuột 108.05 12.67 470 44 Đà Lạt 108.45 11.95 1509 45 Kom Tum 108 14.33 538 46 Playku 108.02 13.97 779 Nam Bộ (N3) 47 Châu Đốc 105.13 10.7 4 48 Rạch Giá 105.07 10 1 49 Côn Đảo 106.6 8.68 6 50 Sóc Trăng 105.97 9.6 2 51 Mộc Hóa 105.93 10.78 2 52 Tây Ninh 106.12 11.33 9 53 Mỹ Tho 106.4 10.35 1 54 Vũng Tàu 107.08 10.37 4 55 Phú Quốc 103.97 10.22 3
2.3. Phƣơng pháp và số liệu dự tính khí hậu
Sau khi đã nghiên cứu về hạn hán của 7 vùng khí hậu trên cả nƣớc giai đoạn 1981-2014, cũng với phƣơng pháp sử dụng các chỉ số J, SPI và Ped, để kế tiếp các kết quả trên, nghiên cứu này đƣợc thực hiện tính tốn thêm cho mức độ hạn hán, dự tính khí hậu trong tƣơng 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 lƣợng mƣa và nhiệt độ trung bình tháng là kết quả dự tính khí hậu của mơ hình khí hậu CCSM của Trung tâm nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ (NCAR-CCSM) với 3 kịch bản phát thải.
CHƢƠNG 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 tốn 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 đƣợc tính là tỉ lệ phần trăm (%) số tháng xuất hiện các ngƣỡng hạn trong giai đoạn từ 1981 đến năm 2014. Xem xét cho 4 vùng phía bắc, với ngƣỡng hạn và không hạn, tỉ lệ không hạn tăng dần lần lƣợt 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 dƣới 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 khơng 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 khơng có sự chênh lệch lớn.
Bảng 3.1: Tần suất (%) hạn các vùng phía bắc
Vùng B1 B2 B3 B4
Chỉ số J SPI Ped J SPI Ped J SPI Ped J SPI Ped
Không hạn 55.1 65.7 77.2 58.6 63.5 75.7 57.4 61.8 73.5 61.5 65.9 73.8
Hạn nhẹ 23.1 20.8 15.7 26.7 23.3 16.5 27.2 23.8 18.9 32.1 18.4 16.9
Hạn vừa 8.6 9.8 5.4 8.1 11.3 6.1 7.1 12.9 6.4 5.9 14.5 8.6
Hạn nặng 13.2 3.7 1.7 6.6 1.9 1.7 8.3 1.5 1.2 0.5 1.2 0.7
Trong ba ngƣỡng hạn là hạn nhẹ, hạn vừa và hạn nặng, chỉ số J cho tỉ lệ khơng hạn ít hơn 2 chỉ số SPI và PED, trong khi đó tỉ lệ hạn vừa và hạn nặng lại cao hơn. Kết quả này cho thấy khi xác định theo chỉ số J thì hạn hán đƣợc phân định rõ rệt hơn theo các cấp độ hạn.
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 tƣơng đối ổn định, khoảng 35-40%. Và cuối cùng là chỉ số Ped, chỉ khoảng xấp xỉ quanh ngƣỡng 25%. Nhƣ 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, ƣớc 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%. - Hạn vừa, hạn nặng:
+ Theo xu thế chung, chỉ số J luôn cho mức độ xuất hiện hạn vừa, hạn nặng cao hơn hai chỉ số Ped và SPI. Điều này cũng có nghĩa là trong thực tế, với ba vùng khí hậu B1, B2, B3, đối với chỉ số J sẽ có khoảng 15-20% thời gian là xảy ra hạn nặng, hạn nhẹ trong chuỗi thời gian 1981-2014.
Riêng cá biệt với vùng B4 (khu vực Bắc Trung Bộ) mức độ hạn vừa, hạn nặng của chỉ số J lại đặc biệt thấp hơn SPI và Ped.
+ Tần suất xuất hiện hạn vừa, hạn nặng của chỉ số SPI chỉ xấp xỉ 13-15% và chỉ số Ped chỉ dao động trong khoảng 6-8%. Tuy nhiên, đối với tần suất xuất hiện hạn vừa, chỉ số SPI (khoảng 11,25%) lại luôn lớn hơn chỉ số J (xấp xỉ 7,4%). Đặc biệt, đối với vùng khí hậu B4, cả hai chỉ số SPI và Ped đều cho thấy mức độ xuất hiện hạn vừa cao hơn so với chỉ số J. Không những thế, mức độ xuất hiện đối với hạn nặng của 2 chỉ số trên cũng cao hơn chỉ số J. Nhƣ vậy là chỉ riêng đối với vùng khí hậu B4, mặc dù về mức độ xuất hiện hạn hán chỉ số J vẫn chiếm ƣu thế so với 2 chỉ số còn lại nhƣng đối với 2 chỉ tiêu hạn vừa, hạn nặng thì chỉ số SPI và Ped lại cho tần suất cao hơn.
Trong thực tế, chỉ số J thƣờng đƣợc dùng để tính tốn thời điểm bắt đầu hạn hán; giúp chúng ta nhận biết sớm về thời gian xảy ra hay sự bắt đầu của một đợt hạn hán.
Phân tích ba vùng khí hậu phía nam cũng cho kết quả tƣơng tự nhƣ bốn vùng khí hậu phía bắc, trong đó chỉ số J cũng cho tỉ lệ khơng hạn và hạn nhẹ ít hơn hai chỉ số còn lại nhƣng lại cho tỉ lệ hạn vừa và hạn nặng cao hơn. So sánh giữa chỉ số SPI và PED thì chỉ số SPI cho tỉ lệ hạn vừa và hạn nặng lớn hơn (Bảng 3.2).
Bảng 3.2: Tần suất (%) hạn các vùng phía nam
Vùng N1 N2 N3
Chỉ số J SPI Ped J SPI Ped J SPI Ped
Không hạn 48.5 62.7 72.8 60.0 64.7 74.0 59.1 64.0 74.3
Hạn nhẹ 34.8 23.8 18.9 12.8 24.0 18.2 12.9 23.3 15.0
Hạn vừa 8.8 12.5 6.4 5.9 8.3 5.6 9.1 9.5 7.3
Hình 3.2: Tần suất hạn các vùng phía nam
Nhƣ vậy, về tổng thể, mức độ xuất hiện hạn của cả ba vùng phía nam cũng tƣơng đồng nhƣ các vùng khí hậu phía bắc. Tuy nhiên tần suất tại phía nam lại có xu hƣớng cao hơn, với chỉ số J (>50%), SPI (35-40%), Ped (xấp xỉ 25%). Tuy nhiên đối với cả ba vùng phía nam, vùng N1 cho tỉ lệ hạn nhiều hơn hai vùng còn lại, nhƣng chỉ tập trung ở mức độ hạn nhẹ và hạn vừa. Trong khi đó, vùng N2 và N3 cho tỉ lệ hạn nhỏ hơn, nhƣng lại xảy ra chủ yếu ở ngƣỡng hạn nặng.
Nhƣ vậy, với ba chỉ số hạn đƣợc lựa chọn, trong cùng một vùng khảo sát, chỉ số J thƣờng có xu hƣớng cho mức độ hạn hán nặng hơn hai chỉ số còn lại. So sánh giữa hai miền bắc và nam, các vùng khí hậu phía nam cho tỉ lệ hạn nặng lớn hơn; trong đó hai vùng N2 và N3 cho tỉ lệ hạn nặng lớn nhất.
3.1.2. Tần suất hạn theo tháng
Phần tiếp theo, tác giả đƣa ra tần suất hạn diễn biến theo từng tháng của bảy vùng khí hậu với ba chỉ số J, SPI và PED. Trong cả bảy vùng khí hậu, chỉ số J đều cho đƣờng tần suất khác biệt với hai chỉ số còn lại. Cụ thể là, chỉ số J cho tần suất hạn đƣợc phân mùa hạn rõ rệt với những tháng có tần suất lớn hơn 50% và nhỏ hơn 50%. Trong khi đó chỉ số SPI và PED cho tần suất hạn của 12 tháng phổ biến trong khoảng 20% đến 50%.
Hình 3.3: Tần suất hạn theo tháng các vùng phía bắc
Với vùng Tây Bắc (B1) chỉ số J cho kết quả từ tháng 4 đến tháng 9, tần suất hạn nhỏ hơn 30%, đặc biệt trong 3 tháng 6, tháng 7 và tháng 8 tần suất hạn bằng 0 tức là trong giai đoạn 1981 - 2014 hạn không xuất hiện trong 3 tháng này. Trong 3 tháng chính đơng từ tháng 12 đến tháng 2, tần suất hạn lớn hơn 94%. Hai chỉ số SPI và PED cho kết quả khơng có sự chênh lệch giữa các tháng trong năm, so sánh giữa 2 chỉ số thì chỉ số SPI cho tần suất hạn lớn hơn chỉ số PED trong từng tháng. Chỉ số SPI cho giá trị lớn nhất 50% trong tháng 11.
Vùng B2 chỉ số J cho kết quả 2 tháng 6 và tháng 7 hạn không xuất hiện; tháng 11 đến tháng 3 tần suất hạn lớn hơn 70%; các tháng còn lại phổ biến dƣới 40%. Hai chỉ số SPI và PED cho tần suất lớn nhất lần lƣợt 44% và 32% vào tháng 6 và tháng 5. Chỉ số J cho kết quả ở vùng B3 vào tháng 7 hạn không xuất hiện trong giai đoạn số liệu khảo sát. Từ tháng 5 đến tháng 10 hạn xuất hiện với tần suất nhỏ hơn 30%. Các tháng từ tháng 11 đến tháng 4, tần suất hạn lớn hơn 55%, đặc biệt trong tháng 2 hạn xuất hiện trong tất cả các năm. Chỉ số SPI cho 2 cực đại 47% vào tháng 1 và tháng 3. Chỉ số PED cho tần suất cực đại 35% vào tháng 1.
Theo kết quả của chỉ số J, trong vùng B4 hạn xuất hiện cực đại vào tháng 2 và tháng 3 với tần suất 88%, sau đó vào tháng 6 và tháng 7 xuất hiện cực đại thứ 2 với tần suất 50%. Tháng 4 hạn xuất hiện với tần suất 74%. Các tháng còn lại tần suất hạn đều dƣới 50%, đặc biệt trong tháng 9 và tháng 10 hạn không xuất hiện.
Theo quy luật hàng năm, thơng thƣờng các vùng khí hậu B1, B2 và B3 đều xuất hiện hạn nặng vào các tháng mùa đơng là chính, riêng vùng khí hậu Tây Bắc có cả hạn nhẹ trong các tháng mùa xuân. Riêng vùng khí hậu B4, hạn hán thƣờng chỉ xảy ra nặng nề vào những tháng mùa hè.
Tƣơng tự nhƣ vậy, khi xét tần suất hạn theo tháng của 4 vùng khí hậu trên, ta nhận thấy:
+ Đối với chỉ số SPI và Ped, có thể thấy rất rõ đối với 3 vùng khí hậu B1, B2, B3, chỉ số SPI cho thấy quy luật khí tƣợng rõ hơn so với chỉ số Ped; và mặc dù không thể hiện đặc biệt cao trong các tháng mùa đông so với mùa hè nhƣng có thể nhận ra tần suất hạn từ tháng 10 bắt đầu có xu hƣớng gia tăng, cao nhất trong các tháng chính đơng (12-1-2) với tần suất vào khoảng xấp xỉ 40-50% (chỉ số SPI)
+ Đối với chỉ số J, 3 vùng khí hậu phía bắc tần suất xuất hiện hạn hán cũng tuân theo quy luật khí hậu, chủ yếu tập trung vào các tháng mùa đông, bắt đầu từ tháng 10 đến hết tháng 4 năm sau với tần suất hạn trên 80% (từ tháng 11 cho đến tháng 3 năm sau). Những tháng đầu của mùa đông, áp thấp bán vĩnh cửu Aleut (nằm gần quần đảo Aleutia) hoạt động mạnh, khiến cho rãnh Đông Á khơi sâu, tạo điều