Luận Án Tiến Sĩ Về Biến Đổi Đặc Trưng Gió Mùa Hè Tại Tây Nguyên Và Nam Bộ

Luận án tiến sĩ nghiên cứu biến đổi đặc trưng gió mùa mùa hè tại Tây Nguyên và Nam Bộ, cung cấp cái nhìn sâu sắc về khí hậu khu vực.

• Tác giả: Ngô Thị Thanh Hương
• Người hướng dẫn: PGS. Vũ Thanh Hằng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
• Đề tài: Biến đổi một số đặc trưng gió mùa mùa hè ở Tây Nguyên và Nam Bộ
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm và các khu vực gió mùa
• 1.2. Tình hình nghiên cứu về gió mùa mùa hè trên thế giới
• 1.2.1. Nghiên cứu về gió mùa mùa hè trong quá khứ
• 1.2.2. Nghiên cứu khả năng mô phỏng và dự tính GMMH từ sản phẩm mô hình số
• 1.3. Tình hình nghiên cứu về gió mùa mùa hè ở Việt Nam
• 1.3.1. Các nghiên cứu về gió mùa mùa hè trong quá khứ
• 1.3.2. Nghiên cứu về mưa cực đoan
• 2. SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Số liệu quan trắc
• 2.2. Số liệu tái phân tích
• 2.3. Số liệu mô hình
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp xác định ngày bắt đầu/ kết thúc mùa mưa và mùa gió mùa mùa hè
• 2.4.2. Phương pháp tính toán các chỉ số mưa
• 2.4.3. Phương pháp kiểm nghiệm thống kê
• 2.4.4. Phương pháp hiệu chỉnh lượng mưa
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG GIÓ MÙA MÙA HÈ VÀ MƯA THỜI KỲ 1981-2014
• 3.1. Phân bố lượng mưa trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ
• 3.1.1. Phân bố lượng mưa trên khu vực Tây Nguyên
• 3.1.2. Phân bố lượng mưa trên khu vực Nam Bộ
• 3.2. Xác định mùa mưa/ mùa gió mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên, Nam Bộ và đặc điểm một số trường quy mô lớn
• 3.2.1. Xác định mùa mưa/ mùa gió mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ
• 3.2.2. Đặc điểm một số trường quy mô lớn liên quan đến hoạt động gió mùa mùa hè khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ
• 3.3. Mối quan hệ giữa lượng mưa gió mùa mùa hè với thời gian kéo dài gió mùa mùa hè
• 3.4. Sự biến đổi của các chỉ số mưa ở khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ
• 4. DỰ TÍNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG GMMH THEO KỊCH BẢN RCP
• 4.1. Khả năng mô phỏng GMMH từ mô hình khí hậu khu vực RegCM
• 4.2. Dự tính sự biến đổi của hoạt động GMMH ở Tây Nguyên và Nam Bộ trong tương lai
• 4.2.1. Hoạt động gió mùa mùa hè thời kỳ cơ sở 1986-2005
• 4.2.2. Dự tính biến đổi của hoạt động gió mùa mùa hè
• 4.2.3. Sự thay đổi của hoàn lưu trong thời kỳ GMMH
• 4.3. Dự tính sự biến đổi của các chỉ số mưa trong thời kỳ GMMH
• 4.3.1. Khu vực Tây Nguyên
• 4.3.2. Khu vực Nam Bộ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Biến Đổi Đặc Trưng Gió Mùa Hè Ở Tây Nguyên Và Nam Bộ

Biến đổi khí hậu đang trở thành một trong những vấn đề cấp bách nhất hiện nay, đặc biệt là trong lĩnh vực khí tượng. Gió mùa hè là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thời tiết và khí hậu ở khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ. Nghiên cứu về biến đổi đặc trưng gió mùa hè không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng khí hậu mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc dự báo thời tiết và ứng phó với các hiện tượng cực đoan.

1.1. Khái Niệm Về Gió Mùa Hè Và Đặc Trưng Khí Hậu

Gió mùa hè là hiện tượng khí hậu đặc trưng cho các vùng nhiệt đới, trong đó gió thịnh hành từ biển vào đất liền, mang theo độ ẩm cao và gây ra mưa lớn. Ở Tây Nguyên và Nam Bộ, gió mùa hè thường bắt đầu từ tháng 5 và kéo dài đến tháng 10, với lượng mưa lớn nhất thường xảy ra vào tháng 7 và tháng 8.

1.2. Tình Hình Nghiên Cứu Về Gió Mùa Hè Ở Việt Nam

Nghiên cứu về gió mùa hè ở Việt Nam đã được thực hiện từ nhiều năm qua, với nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào đặc điểm lượng mưa, thời gian bắt đầu và kết thúc mùa gió mùa. Các nghiên cứu này đã chỉ ra rằng, biến đổi khí hậu đang làm thay đổi đáng kể các đặc trưng này, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân.

II. Vấn Đề Biến Đổi Khí Hậu Ảnh Hưởng Đến Gió Mùa Hè

Biến đổi khí hậu đang gây ra những tác động nghiêm trọng đến gió mùa hè ở Tây Nguyên và Nam Bộ. Sự thay đổi này không chỉ ảnh hưởng đến lượng mưa mà còn làm thay đổi thời gian và cường độ của gió mùa. Những biến đổi này có thể dẫn đến các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt và hạn hán.

2.1. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Lượng Mưa

Lượng mưa trong mùa gió mùa hè đang có xu hướng tăng lên ở một số khu vực, trong khi ở những khu vực khác lại giảm. Điều này gây ra sự không đồng đều trong phân bố lượng nước, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh kế của người dân.

2.2. Sự Thay Đổi Thời Gian Bắt Đầu Và Kết Thúc Gió Mùa

Thời gian bắt đầu và kết thúc của gió mùa hè đang có xu hướng thay đổi, với ngày bắt đầu gió mùa thường đến sớm hơn và ngày kết thúc muộn hơn. Sự thay đổi này có thể dẫn đến những tác động tiêu cực đến mùa màng và các hoạt động kinh tế khác.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Biến Đổi Đặc Trưng Gió Mùa Hè

Để nghiên cứu biến đổi đặc trưng gió mùa hè, các nhà khoa học đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phân tích số liệu quan trắc, mô hình hóa khí hậu và các phương pháp thống kê. Những phương pháp này giúp xác định rõ hơn các xu hướng biến đổi và dự đoán các hiện tượng khí hậu trong tương lai.

3.1. Phân Tích Số Liệu Quan Trắc

Số liệu quan trắc từ các trạm khí tượng là nguồn thông tin quan trọng để phân tích biến đổi khí hậu. Các số liệu này giúp xác định các chỉ số mưa, nhiệt độ và độ ẩm, từ đó đưa ra những nhận định chính xác về biến đổi gió mùa.

3.2. Mô Hình Hóa Khí Hậu

Mô hình hóa khí hậu là một công cụ mạnh mẽ để dự đoán các xu hướng biến đổi trong tương lai. Các mô hình này giúp mô phỏng các điều kiện khí hậu và đưa ra các kịch bản khác nhau về biến đổi khí hậu.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu Gió Mùa Hè

Nghiên cứu về biến đổi đặc trưng gió mùa hè không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Những thông tin từ nghiên cứu này có thể được sử dụng để cải thiện dự báo thời tiết, quản lý tài nguyên nước và phát triển nông nghiệp bền vững.

4.1. Cải Thiện Dự Báo Thời Tiết

Thông qua việc hiểu rõ hơn về biến đổi gió mùa hè, các cơ quan khí tượng có thể cải thiện độ chính xác của dự báo thời tiết, giúp người dân chủ động hơn trong việc ứng phó với các hiện tượng thời tiết cực đoan.

4.2. Quản Lý Tài Nguyên Nước

Nghiên cứu về gió mùa hè cũng giúp các nhà quản lý tài nguyên nước có những quyết định đúng đắn hơn trong việc phân bổ nước, đặc biệt trong các mùa khô hạn.

V. Kết Luận Về Biến Đổi Đặc Trưng Gió Mùa Hè

Biến đổi đặc trưng gió mùa hè ở Tây Nguyên và Nam Bộ đang diễn ra với nhiều xu hướng đáng lo ngại. Việc nghiên cứu và hiểu rõ về những biến đổi này là rất cần thiết để có những biện pháp ứng phó kịp thời và hiệu quả. Tương lai của gió mùa hè sẽ phụ thuộc vào các chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu và sự phát triển bền vững.

5.1. Tương Lai Của Gió Mùa Hè

Dự báo rằng, trong tương lai, gió mùa hè sẽ tiếp tục biến đổi do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Các nghiên cứu cần tiếp tục được thực hiện để theo dõi và đánh giá những thay đổi này.

5.2. Đề Xuất Chính Sách Ứng Phó

Cần có các chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến gió mùa hè, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ "Biến đổi một số đặc trưng gió mùa mùa hè ở Tây Nguyên và Nam Bộ" do nghiên cứu sinh Ngô Thị Thanh Hương thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Hướng Điền, bảo vệ năm 2018 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, thuộc chuyên ngành Khí tượng và khí hậu học (mã số: 62 44 02 22).

Trong hệ thống khí hậu Việt Nam, Tây Nguyên và Nam Bộ là hai khu vực chịu tác động rõ rệt nhất của gió mùa mùa hè (GMMH). Phần lớn tổng lượng mưa năm phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, thủy điện và sinh hoạt tại hai khu vực này được cung cấp trong mùa GMMH. Sự biến động về thời điểm bắt đầu, kết thúc cũng như cường độ của GMMH ảnh hưởng trực tiếp đến chu trình thủy văn và gây ra các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán hoặc mưa lớn, ngập lụt. Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã phân tích thời điểm bắt đầu mùa mưa, nhưng việc xác định ngày kết thúc GMMH, phân biệt bản chất giữa mùa mưa và mùa gió mùa, cũng như dự tính định lượng các đặc trưng GMMH trong tương lai theo các kịch bản phát thải khí nhà kính tại khu vực nghiên cứu vẫn còn hạn chế.

Mục tiêu nghiên cứu:

• Mục tiêu chung: Nghiên cứu sự biến đổi của một số đặc trưng gió mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ.
• Mục tiêu cụ thể:
  1. Xác định ngày bắt đầu, ngày kết thúc và làm rõ sự khác biệt giữa mùa mưa và mùa GMMH.
  2. Áp dụng và điều chỉnh chỉ tiêu để xác định ngày bắt đầu/kết thúc GMMH và tính toán các chỉ số mưa trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trong quá khứ.
  3. Dự tính sự biến đổi của ngày bắt đầu/kết thúc GMMH và sự biến đổi của các chỉ số mưa trong thời kỳ GMMH ở khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trong tương lai.
  4. Phân tích đặc điểm hoàn lưu quy mô lớn trong thời kỳ GMMH ở hai khu vực trên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Các đặc trưng gió mùa mùa hè (ngày bắt đầu, ngày kết thúc, thời gian kéo dài), hoàn lưu khí quyển quy mô lớn và 8 chỉ số mưa cực đoan.
• Phạm vi không gian: Khu vực Tây Nguyên (phân tích số liệu trạm quan trắc và ô lưới [12°N-14,5°N; 107,5°E-109°E]) và Nam Bộ (phân tích số liệu trạm quan trắc và ô lưới [9°N-11,5°N; 104,5°E-107°E]).
• Phạm vi thời gian: Thời kỳ quá khứ quan trắc 1981–2014; thời kỳ cơ sở mô phỏng 1986–2005; các thời kỳ tương lai được dự tính gồm đầu thế kỷ 21 (2016–2035), giữa thế kỷ 21 (2046–2065) và cuối thế kỷ 21 (2080–2099).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án được hệ thống hóa qua ba nhánh nghiên cứu chính:

1. Nghiên cứu gió mùa mùa hè trên thế giới và khu vực châu Á:

• Về cơ sở hoàn lưu và cấu trúc gió mùa: Khromov (1967) và Ramage (1971) thiết lập các tiêu chí góc lệch gió giữa mùa đông và mùa hè ($\ge 120^\circ$) và tần suất gió thịnh hành. Murakami và Matsumoto (1994), Wang và Ho (2002), Wang và ccs (2003) phân chia GMMH châu Á thành ba tiểu hệ thống: GMMH Ấn Độ (ISM), GMMH Tây Bắc Thái Bình Dương (WNPSM) và GMMH Đông Á (EASM). Cấu trúc trung bình của gió mùa Nam Á và Đông Á được làm rõ bởi Krishnamurti và ccs (1976), Domroes và Peng (1988) với các thành phần áp cao Mascarene, dòng xiết vượt xích đạo Đông Phi, áp cao Tây Tạng, rãnh gió mùa và front Mai-yu/Baiu.
• Về chỉ tiêu xác định ngày bắt đầu/kết thúc GMMH: Joseph và ccs (1994), Fasullo và cs (2003) xác định ngày bắt đầu GMMH Ấn Độ qua vận chuyển ẩm tích phân theo chiều thẳng đứng; Prasad và ccs (2005) dùng độ đứt gió thẳng đứng giữa mực 850 hPa và 200 hPa. Ding và Chan (2005) xác định nguồn ẩm vận chuyển từ bán đảo Đông Dương và Biển Đông. Wang và ccs (2004) đưa ra chỉ số gió vĩ hướng mực 850 hPa trung bình miền (USCS) để xác định thời điểm bắt đầu GMMH Biển Đông. Kajikawa và Wang (2012), Kajikawa và ccs (2012) chỉ ra sự dịch chuyển sớm hơn của ngày bắt đầu GMMH Biển Đông trong giai đoạn 1994–2008 so với giai đoạn 1979–1993. Zhang và ccs (2002) thiết lập chỉ tiêu lượng mưa trung bình trượt 5 ngày cho bán đảo Đông Dương. An và ccs (1997), Yu và ccs (2012) kết hợp bức xạ sóng dài OLR và gió vĩ hướng 850 hPa.

2. Nghiên cứu mô phỏng và dự tính khí hậu bằng mô hình số:

• Dash và ccs (2006) đánh giá khả năng mô phỏng GMMH Ấn Độ của mô hình RegCM3. Kitoh và Uchiyama (2006), Inoue và Ueda (2011) sử dụng các mô hình thuộc dự án CMIP3 theo kịch bản SRES A1B, chỉ ra sự trễ của ngày bắt đầu GMMH trên vịnh Bengal và Biển Đông vào cuối thế kỷ 21 do chậm đảo chiều gradient nhiệt độ kinh hướng ở tầng đối lưu trên. Bao (2011), Sperber và ccs (2012), Zuo và Zhou (2015), Ruiqing và ccs (2016) sử dụng tổ hợp mô hình CMIP5 chỉ ra xu thế tăng lượng mưa GMMH và mối quan hệ nghịch với ENSO.
• Về mưa cực đoan: Xuebin và ccs (2005), Boroneant và ccs (2006), Zhihong và ccs (2012), Jin và ccs (2012), Seok và ccs (2014) khảo sát biến đổi các chỉ số mưa cực đoan bằng mô hình hoàn lưu chung và chi tiết hóa thống kê/động lực. Endo và ccs (2009), Villafuerte và cs (2015) ghi nhận xu thế gia tăng lượng mưa ngày cực đại và chỉ số R50 tại khu vực Đông Nam Á và bán đảo Đông Dương.

3. Nghiên cứu gió mùa mùa hè và mưa cực đoan tại Việt Nam:

• Trần Trung Trực và cs (1999), Nguyễn Hướng Điền và cs (2000) bước đầu phân biệt ngày bắt đầu mùa mưa và mùa gió mùa dựa trên lượng mưa 5 ngày và hoàn lưu gió mùa tây nam. Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Thị Hiền Thuận (2006) nghiên cứu chỉ số hoàn lưu liên quan đến GMMH Nam Bộ. Nguyễn Thị Hiền Thuận (2007) phân tích ảnh hưởng của ENSO đến GMMH và mưa ở Nam Bộ. Nguyễn Viết Lành (2008) ứng dụng mô hình WRF. Pham Xuan Thanh và ccs (2010) kết hợp mưa ngày trạm và gió tái phân tích mực 1000 hPa. Trần Quang Đức (2010) đánh giá chuỗi số liệu 1950–2010. Nguyen Le Dung và ccs (2014), Nguyen Dang Quang và ccs (2014), Nguyễn Đăng Mậu và ccs (2016) phân tích trường gió 850 hPa và chỉ số VSMI.
• Bùi Minh Tuân và Nguyễn Minh Trường (2010), Nguyễn Minh Trường và ccs (2011) sử dụng mô hình RAMS khảo sát sự hình thành xoáy kép Sri Lanka và tương tác nhiệt lực khi bắt đầu GMMH. Về mô phỏng khí hậu khu vực, Kiều Thị Xin và cs (2009), Đỗ Huy Dương và ccs (2010), Vũ Thanh Hằng và cs (2011) và công trình trong khuôn khổ CORDEX-SEA của Ngo Duc Thanh và ccs (2016) đã thử nghiệm 18 cấu hình của mô hình RegCM4.3 cho khu vực Đông Nam Á.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Tổng quan cho thấy các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam chưa thống nhất được bộ chỉ tiêu kết hợp giữa trường nhiệt động lực học quy mô lớn (gió vĩ hướng mực 850 hPa) và trường mưa bề mặt để xác định đồng thời cả ngày bắt đầu và ngày kết thúc GMMH. Ngoài ra, việc ứng dụng mô hình khí hậu khu vực RegCM4.3 để dự tính chi tiết sự biến đổi của các đặc trưng GMMH và 8 chỉ số mưa cực đoan theo kịch bản nồng độ khí nhà kính RCP4.5 cho các giai đoạn tương lai tại Tây Nguyên và Nam Bộ là hướng tiếp cận chưa được thực hiện đầy đủ trước đó.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án áp dụng phương pháp nghiên cứu định lượng kết hợp giữa phân tích thống kê khí hậu thực nghiệm trên chuỗi số liệu quan trắc/tái phân tích và phương pháp mô phỏng số trị động lực học khí quyển.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                          NGUỒN DỮ LIỆU ĐẦU VÀO                          |
|  - Quan trắc bề mặt: 13 trạm Tây Nguyên, 4 trạm Nam Bộ (1981-2014)      |
|  - Tái phân tích: NCEP/NCAR 2,5° (1981-2014); ERA-Interim 1,5°         |
|  - Mô hình toàn cầu: CNRM-CM5 (Kịch bản RCP4.5)                         |
+-------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v
+-------------------------------------------------------------------------+
|                 CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ XỬ LÝ KHÍ HẬU                       |
|  - Mô hình khí hậu khu vực: RegCM4.3 (Độ phân giải 25 km, 18 mực delta) |
|  - Hiệu chỉnh sai số lượng mưa: Hàm phân bố tích lũy Gamma (Piani, 2010)|
+-------------------------------------------------------------------------+
                                    |
                                    v
+-------------------------------------------------------------------------+
|                  PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH                      |
|  - Mùa mưa: Zhang và ccs (2002)                                         |
|  - GMMH: Cheang (1988), Wang (2004) và Chỉ tiêu kết hợp đề xuất         |
|  - 8 chỉ số mưa WMO/IPCC: WD, PRCPTOT, SDII, RX1day, RX5day, R50, CDD...|
|  - Kiểm nghiệm thống kê: Phi tham số Mann-Kendall, Độ dốc Sen, Student  |
+-------------------------------------------------------------------------+

1. Nguồn dữ liệu

• Số liệu quan trắc bề mặt: Chuỗi số liệu mưa ngày giai đoạn 1981–2014 tại 13 trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên (Đăk Tô, Pleiku, An Khê, Ayunpa, Buôn Hồ, Buôn Ma Thuột, M’Drăk, Lắk, Đăk Nông, Đăk Mil, Đà Lạt, Bảo Lộc, Liên Khương) và 4 trạm khu vực Nam Bộ (Tây Ninh, Trị An, Cần Thơ, Vũng Tàu).
• Số liệu tái phân tích:
  • Số liệu tái phân tích NCEP/NCAR (độ phân giải $2,5^\circ \times 2,5^\circ$, thời kỳ 1981–2014) gồm trường gió vĩ hướng mực 850 hPa, nhiệt độ mực 300 hPa, nhiệt độ mặt nước biển (SST) và các biến tính toán thông lượng ẩm tích phân theo chiều thẳng đứng (VMF).
  • Số liệu tái phân tích ERA-Interim của ECMWF (độ phân giải $1,5^\circ \times 1,5^\circ$, thời kỳ 1986–2005) dùng làm điều kiện biên và ban đầu cho mô phỏng kiểm chứng.
• Số liệu mô hình khí hậu: Mô hình khí hậu khu vực RegCM4.3 kế thừa từ cấu hình CORDEX-SEA (Ngo Duc Thanh và ccs, 2016) với lưới tính 25 km bao phủ miền $15^\circ\text{S}–27^\circ\text{N}$, $90^\circ\text{E}–145^\circ\text{E}$, 18 mực thẳng đứng ($\sigma$), mực trên cùng 5 mb. Cấu hình vật lý gồm sơ đồ bức xạ CCM3, sơ đồ đất BATS1e, sơ đồ ẩm SUBEX, sơ đồ đối lưu và trao đổi đại dương MIT-Emanuel. Mô hình được tích phân với điều kiện biên ERA-Interim cho giai đoạn cơ sở 1986–2005, và điều kiện biên từ mô hình toàn cầu CNRM-CM5 (Pháp) cho giai đoạn cơ sở 1986–2005 cùng giai đoạn tương lai 2006–2100 theo kịch bản nồng độ khí nhà kính RCP4.5.

2. Tiêu chí xác định mùa mưa và mùa gió mùa mùa hè

• Phương pháp Zhang và ccs (2002) (Mùa mưa): Ngày bắt đầu mùa mưa (BĐMM) là ngày đầu tiên trong 5 ngày liên tiếp có lượng mưa trung bình trượt 5 ngày lớn hơn 5 mm, đồng thời trong 20 ngày tiếp theo có ít nhất 10 ngày thỏa mãn điều kiện này. Ngày kết thúc mùa mưa (KTMM) được xác định tương tự nhưng tính ngược từ cuối năm trở về trước.
• Phương pháp Cheang và cs (1988) (GMMH): Ngày bắt đầu gió mùa tây nam là ngày có cả hai thành phần gió vĩ hướng mực 850 hPa và 700 hPa trung bình vùng dương và duy trì ít nhất 20 ngày.
• Phương pháp Wang và ccs (2004) (GMMH): Ngày bắt đầu GMMH là ngày đầu tiên trong 5 ngày liên tiếp có gió vĩ hướng trung bình miền dương, ít nhất 15 trong 20 ngày liên tiếp dương, tốc độ gió trung bình 20 ngày lớn hơn 1 m/s và xảy ra sau ngày 25/4.
• Chỉ tiêu kết hợp đề xuất bởi tác giả: Để đồng thời phản ánh cả điều kiện hoàn lưu và lượng ẩm thực tế tại Tây Nguyên và Nam Bộ:
  • Ngày bắt đầu GMMH (BĐGM): Là ngày đầu tiên trong 5 ngày liên tiếp đồng thời có lượng mưa trung bình trượt 5 ngày lớn hơn 5 mm và tốc độ gió vĩ hướng mực 850 hPa trung bình miền lớn hơn 0,5 m/s.
  • Ngày kết thúc GMMH (KTGM): Xác định từ cuối năm tính ngược trở lại thỏa mãn các tiêu chí trên.

3. Phương pháp tính toán chỉ số mưa và kiểm nghiệm thống kê

Hệ thống 8 chỉ số mưa được tính toán theo hướng dẫn của WMO/IPCC:

Ký hiệu	Tên chỉ số	Định nghĩa	Đơn vị
WD	Số ngày mưa	Số ngày có lượng mưa $\ge 1\text{ mm}$	ngày
PRCPTOT	Tổng lượng mưa	Tổng lượng mưa các ngày có mưa ($\ge 1\text{ mm}$)	mm
SDII	Cường độ mưa	Tỷ số giữa PRCPTOT và WD	mm/ngày
RX1day	Mưa 1 ngày cực đại	Lượng mưa 1 ngày lớn nhất trong năm/mùa	mm
RX5day	Mưa 5 ngày cực đại	Tổng lượng mưa 5 ngày liên tiếp lớn nhất	mm
R50	Số ngày mưa rất lớn	Số ngày có lượng mưa $\ge 50\text{ mm}$	ngày
CDD	Đợt khô liên tiếp	Số ngày liên tiếp tối đa không mưa hoặc mưa $< 1\text{ mm}$	ngày
CWD	Đợt ướt liên tiếp	Số ngày liên tiếp tối đa có mưa $\ge 1\text{ mm}$	ngày

• Kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall và độ dốc Sen: Dùng để xác định xu thế tăng/giảm và tốc độ biến đổi ($Q$) của các chuỗi thời gian khí hậu mà không phụ thuộc vào phân bố chuẩn của dữ liệu.
• Kiểm nghiệm Student ($t$-test): Đánh giá mức ý nghĩa thống kê của sự khác biệt giá trị trung bình giữa hai giai đoạn (1998–2014 so với 1981–1997; các giai đoạn tương lai so với thời kỳ cơ sở 1986–2005) ở mức tin cậy 95% ($\alpha = 0,05$).
• Phương pháp hiệu chỉnh sai số lượng mưa mô hình: Ứng dụng phương pháp so khớp hàm phân bố xác suất tích lũy lý thuyết Gamma (Piani và ccs, 2010; Argueso và ccs, 2013) để hiệu chỉnh lượng mưa ngày mô phỏng của mô hình RegCM4.3 về phía phân bố quan trắc thực tế.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này tổng kết có hệ thống cơ sở lý luận về gió mùa và hoàn lưu khí quyển quy mô hành tinh. Tác giả phân tích các cơ chế hình thành GMMH bao gồm tương phản nhiệt lực lục địa – đại dương, quá trình ẩm và tác động của lực Coriolis. Chương 1 làm rõ vị trí tiếp giáp đặc biệt của bán đảo Đông Dương giữa ba hệ thống gió mùa lớn (ISM, WNPSM, EASM) và tổng thuật chi tiết các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế về các phương pháp xác định thời điểm bắt đầu/kết thúc GMMH, các chỉ số mưa cực đoan và ứng dụng mô hình số trị (RegCM, WRF, RAMS, các mô hình thuộc CMIP3/CMIP5).

Chương 2: Số liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn dữ liệu quan trắc 17 trạm khí tượng bề mặt tại Tây Nguyên và Nam Bộ, dữ liệu tái phân tích NCEP/NCAR và ERA-Interim, cùng thiết lập miền tính của mô hình RegCM4.3. Tác giả trình bày các công thức toán học và tiêu chí thực nghiệm cho các phương pháp xác định mùa mưa (Zhang và ccs, 2002), gió mùa (Cheang và cs, 1988; Wang và ccs, 2004), đề xuất bộ chỉ tiêu kết hợp giữa mưa trượt 5 ngày và gió vĩ hướng 850 hPa; thiết lập công thức tính kiểm nghiệm thống kê Mann-Kendall, độ dốc Sen, kiểm nghiệm giả thuyết Student và phương pháp hiệu chỉnh sai số mưa bằng hàm phân bố Gamma.

Chương 3: Một số đặc trưng gió mùa mùa hè và mưa thời kỳ 1981–2014

Chương này tập trung phân tích đặc điểm khí hậu thực nghiệm trong quá khứ:

• Phân bố lượng mưa: Tổng lượng mưa năm và tháng tại các trạm Tây Nguyên và Nam Bộ giai đoạn 1981–2014 cho thấy mùa mưa tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 10.
• Xác định thời điểm mùa mưa và GMMH: Kết quả so sánh giữa phương pháp Zhang và ccs (2002), Cheang và cs (1988), Wang và ccs (2004) và chỉ tiêu kết hợp cho thấy ngày bắt đầu mùa mưa và ngày bắt đầu GMMH có sự khác biệt rõ rệt tại một số năm; sự bắt đầu của mùa mưa có thể sớm hơn GMMH do các nhiễu động đối lưu cục bộ hoặc hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới trước khi hoàn lưu gió mùa tây nam ổn định thiết lập.
• Đặc điểm hoàn lưu quy mô lớn: Luận án phân tích thông lượng ẩm tích phân theo chiều thẳng đứng (VMF) từ pentad 23 (21–25/4) đến pentad 28 (16–20/5) cho thời kỳ bắt đầu và từ pentad 54 (23–27/9) đến pentad 59 (18–22/10) cho thời kỳ kết thúc GMMH; khảo sát chênh lệch nhiệt độ mực 300 hPa giữa miền Bắc và miền Nam bán đảo Đông Dương, sự tiến triển của dòng xiết và tương quan nhiệt độ mặt nước biển (SST) các tháng mùa đông (DJF) và mùa xuân (MAM) tại Thái Bình Dương với chuỗi bắt đầu/kết thúc GMMH. Phân tích cụ thể các năm El Niño điển hình (1987) và La Niña điển hình (2000) chứng minh hoàn lưu gió mùa và nguồn ẩm bị suy giảm mạnh trong các năm El Niño.
• Biến đổi các chỉ số mưa: Tính toán xu thế Sen và kiểm nghiệm Student giữa hai giai đoạn 1981–1997 và 1998–2014 chỉ ra sự phân hóa không đồng nhất giữa các trạm, một số trạm ghi nhận sự gia tăng của cường độ mưa SDII, lượng mưa cực đại RX1day, RX5day và sự sụt giảm của số ngày khô liên tiếp CDD.

Chương 4: Dự tính một số đặc trưng GMMH theo kịch bản RCP4.5

Chương 4 trình bày kết quả mô phỏng và dự tính tương lai:

• Đánh giá mô hình RegCM4.3: Mô hình RegCM_ERA-Interim trong giai đoạn cơ sở 1986–2005 mô phỏng tương đối tốt tiến trình gió vĩ hướng 850 hPa và lượng mưa ngày tích lũy sau khi áp dụng sơ đồ hiệu chỉnh phân bố Gamma tại các trạm đại diện (như Đăk Tô ở Tây Nguyên, Tây Ninh ở Nam Bộ).
• Dự tính thời điểm GMMH: So với thời kỳ cơ sở 1986–2005, ngày bắt đầu GMMH, ngày kết thúc GMMH và thời gian kéo dài mùa GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ có sự dịch chuyển qua các giai đoạn đầu (2016–2035), giữa (2046–2065) và cuối thế kỷ 21 (2080–2099) theo kịch bản RCP4.5.
• Biến đổi hoàn lưu và thông lượng ẩm tương lai: Trường chênh lệch thông lượng ẩm VMF tích phân thẳng đứng trong các pentad bắt đầu (pentad 23–28) và kết thúc (pentad 54–59) cho thấy sự biến đổi của dòng chuyển ẩm tây nam từ Ấn Độ Dương và Biển Đông vào đất liền Việt Nam theo các giai đoạn tương lai.
• Dự tính 8 chỉ số mưa: Dự tính sự gia tăng hoặc suy giảm của các chỉ số PRCPTOT, SDII, RX1day, RX5day, R50, CDD, CWD trong mùa GMMH tại từng trạm thuộc Tây Nguyên và Nam Bộ trong ba thời kỳ tương lai so với thời kỳ cơ sở.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

1. Về mặt khoa học và phương pháp:

   • Xây dựng và áp dụng thành công bộ chỉ tiêu kết hợp giữa trường mưa quan trắc bề mặt và trường gió vĩ hướng mực 850 hPa từ số liệu tái phân tích để xác định chính xác ngày bắt đầu và ngày kết thúc GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trong giai đoạn 1981–2014.
   • Chỉ rõ bản chất và định lượng sự khác biệt giữa ngày bắt đầu/kết thúc mùa mưa cục bộ và mùa gió mùa mùa hè quy mô lớn tại hai khu vực nghiên cứu.
   • Phân tích chi tiết mối quan hệ giữa hoạt động GMMH với các trường hoàn lưu quy mô lớn: thông lượng ẩm tích phân thẳng đứng (VMF), gradient nhiệt độ mực 300 hPa, sự dịch chuyển của áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dương và tác động của dị thường SST trong các pha ENSO (El Niño và La Niña).

2. Về mặt thực tiễn và dự tính khí hậu:

   • Đánh giá định lượng khả năng mô phỏng của mô hình khí hậu khu vực RegCM4.3 kết hợp phương pháp hiệu chỉnh hàm phân bố Gamma đối với các đặc trưng GMMH tại Tây Nguyên và Nam Bộ thời kỳ cơ sở 1986–2005.
   • Cung cấp bộ số liệu dự tính chi tiết về xu thế biến đổi của ngày bắt đầu, ngày kết thúc, độ dài mùa GMMH và 8 chỉ số mưa cực đoan (WD, PRCPTOT, SDII, RX1day, RX5day, R50, CDD, CWD) trong 3 giai đoạn của thế kỷ 21 (2016–2035, 2046–2065, 2080–2099) theo kịch bản phát thải trung bình thấp RCP4.5.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Ứng dụng bộ chỉ tiêu kết hợp vào công tác nghiệp vụ theo dõi, nhận định và dự báo thời điểm bắt đầu và kết thúc mùa mưa, mùa gió mùa tại các Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ.
• Tích hợp kết quả dự tính biến đổi chỉ số mưa cực đoan (mưa lớn RX1day, RX5day, hạn ngắn hạn CDD) vào quy hoạch lịch thời vụ nông nghiệp, kế hoạch điều tiết hồ chứa thủy lợi – thủy điện và chiến lược thích ứng với biến đổi khí hậu tại địa phương.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Về số liệu: Mạng lưới trạm quan trắc bề mặt sử dụng tại Nam Bộ còn tương đối thưa (4 trạm đại diện) do yêu cầu về độ dài và tính đồng nhất liên tục của chuỗi số liệu từ năm 1981 đến 2014.
• Về mô hình số: Luận án mới chỉ thực hiện mô phỏng và dự tính tương lai bằng một mô hình khí hậu khu vực đơn lẻ (RegCM4.3) với điều kiện biên từ một mô hình toàn cầu (CNRM-CM5) và trên một kịch bản nồng độ khí nhà kính (RCP4.5).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Mở rộng đánh giá trên tập hợp đa mô hình khí hậu khu vực và toàn cầu (multi-model ensemble) thuộc các dự án CMIP5/CMIP6 và CORDEX-SEA.
  • Bổ sung các kịch bản nồng độ khí nhà kính khác như kịch bản phát thải cao RCP8.5 và kịch bản phát thải thấp RCP2.6 nhằm giảm thiểu độ bất định trong dự tính khí hậu tương lai.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Khí tượng, Khí hậu học, Thủy văn, Biến đổi khí hậu và Khoa học môi trường; đặc biệt hữu ích ở phần phương pháp luận thiết lập chỉ tiêu gió mùa, quy trình chạy mô hình RegCM4.3 và kỹ thuật hiệu chỉnh thống kê hàm phân bố Gamma cho lượng mưa.
• Các chuyên viên dự báo khí tượng thủy văn: Cung cấp cơ sở nhận diện hoàn lưu synop và các trường quy mô lớn (VMF, gió 850 hPa, nhiệt độ 300 hPa, tín hiệu ENSO từ SST mùa đông/xuân) liên quan đến sự bùng phát và thoái lui của GMMH.
• Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp số liệu dự tính mưa cực đoan phục vụ xây dựng kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu, quản lý rủi ro thiên tai và an ninh nguồn nước tại các tỉnh Tây Nguyên và Nam Bộ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Chỉ tiêu kết hợp xác định ngày bắt đầu gió mùa mùa hè (BĐGM) do tác giả đề xuất được định nghĩa như thế nào?
Trả lời: Ngày bắt đầu GMMH là ngày đầu tiên trong 5 ngày liên tiếp đồng thời thỏa mãn hai điều kiện: lượng mưa trung bình trượt 5 ngày lớn hơn 5 mm và tốc độ gió vĩ hướng mực 850 hPa trung bình miền lớn hơn 0,5 m/s.

2. Vì sao ngày bắt đầu mùa mưa và ngày bắt đầu mùa GMMH có thể không trùng khớp nhau?
Trả lời: Mùa mưa có thể bắt đầu sớm hơn khi có các nhiễu động đối lưu địa phương, sự nâng cưỡng bức địa hình hoặc dải hội tụ nhiệt đới gây mưa trước. Ngược lại, GMMH chỉ chính thức bắt đầu khi có sự thiết lập ổn định của hệ thống hoàn lưu gió mùa tây nam quy mô lớn ở tầng thấp (mực 850 hPa). Nếu một bộ phận áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dương vẫn ngự trị trên khu vực thì dù có mưa cục bộ, GMMH vẫn chưa được thiết lập.

3. Mô hình số trị và các sơ đồ tham số hóa vật lý nào được sử dụng trong luận án để mô phỏng khí hậu?
Trả lời: Luận án sử dụng mô hình khí hậu khu vực RegCM4.3 với độ phân giải 25 km (18 mực thẳng đứng), tích hợp các sơ đồ tham số hóa: sơ đồ bức xạ CCM3, sơ đồ bề mặt đất BATS1e, sơ đồ ẩm quy mô lớn SUBEX, sơ đồ đối lưu và trao đổi đại dương MIT-Emanuel.

4. Luận án sử dụng phương pháp nào để hiệu chỉnh sai số lượng mưa mô phỏng từ mô hình RegCM?
Trả lời: Luận án sử dụng phương pháp hiệu chỉnh hàm phân bố thống kê theo Piani và ccs (2010), trong đó hàm phân bố xác suất tích lũy của lượng mưa mô phỏng và quan trắc tại từng trạm được xấp xỉ bằng hàm phân bố lý thuyết Gamma, sau đó hiệu chỉnh phân bố tích lũy của mô hình tiệm cận về phía quan trắc.

5. Luận án phân tích những trường hoàn lưu quy mô lớn nào để làm rõ cơ chế hoạt động của GMMH?
Trả lời: Các trường hoàn lưu được phân tích bao gồm: thông lượng ẩm tích phân theo chiều thẳng đứng (VMF), trường gió vĩ hướng mực 850 hPa, chênh lệch nhiệt độ mực 300 hPa giữa miền Bắc và miền Nam bán đảo Đông Dương, vị trí áp cao cận nhiệt đới Tây Thái Bình Dương, và dị thường nhiệt độ mặt nước biển (SST) các mùa DJF, MAM liên quan đến chu kỳ ENSO.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Ngô Thị Thanh Hương đã hoàn thành việc nghiên cứu biến đổi một số đặc trưng gió mùa mùa hè tại Tây Nguyên và Nam Bộ thông qua kết hợp số liệu quan trắc, tái phân tích và mô hình khí hậu khu vực RegCM4.3. Công trình đã chuẩn hóa bộ chỉ tiêu kết hợp giữa trường mưa và trường gió mực 850 hPa để xác định ngày bắt đầu/kết thúc GMMH giai đoạn 1981–2014, đồng thời làm rõ cơ chế tương tác với hoàn lưu quy mô lớn và các pha ENSO. Kết quả dự tính theo kịch bản RCP4.5 cung cấp bức tranh chi tiết về xu thế dịch chuyển thời gian mùa gió mùa và sự biến đổi của 8 chỉ số mưa cực đoan trong ba giai đoạn thế kỷ 21, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho nghiên cứu khí hậu học và công tác quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội tại khu vực nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Khái niệm và các khu vực gió mùa Khái niệm gió mùa Gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu khí quyển trên một phạm vi rộng lớn của bề mặt Trái Đất, trong đó gió thịnh hành chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông (Khromov, 1967 [48]). Theo tác giả, hướng rõ thịnh hành giữa mùa đông và mùa hè phải hợp với nhau một góc lớn hơn hoặc bằng 120o [48]. Theo Ramage (1971) [63], khu vực gió mùa là khu vực thỏa mãn 4 điều kiện như sau: (i) Hướng gió thịnh hành tháng 1 và tháng 7 lệch nhau một góc 120o-180o; (ii) Tần suất trung bình của hướng gió thịnh hành tháng 1 và tháng 7 phải vượt quá 40%; (iii) Có sự thay thế giữa xoáy thuận, xoáy nghịch mặt đất vào mùa đông và mùa hè; (iv) Gió hợp thành phải có tốc độ trung bình phải vượt quá 3 m/s xảy ra ít nhất 1 trong hai tháng đã đề cập ở trên. Theo tác giả, khu vực gió mùa được giới hạn trong khoảng 25oS-35oN, 30oW- 170oE, chiếm phần lớn ở bán cầu Đông [63].

Trong hai loại gió mùa, gió mùa mùa hè (GMMH) cung cấp lượng mưa lớn cho các hoạt động sản xuất, nông lâm ngư nghiệp, thủy điện. Tuy nhiên, mùa mưa đến sớm hay đến muộn, cùng với những biến đổi về cường độ mưa cũng gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến các lĩnh vực trên. Do đó, nghiên cứu về ngày bắt đầu/ kết thúc GMMH và mối quan hệ của nó với lượng mưa là vấn đề hết sức cần thiết. Nhân tố hình thành gió mùa Có ba nhân tố hình thành và duy trì hoạt động gió mùa: sự nóng lên khác nhau theo mùa của lục địa và đại dương, các quá trình ẩm của khí quyển và sự quay của trái đất [63].

Cụ thể như sau: - Sự nóng lên khác nhau theo mùa: Do sự thay đổi độ cao biểu kiến của mặt trời cùng với chế độ nhiệt khác nhau giữa lục địa và đại dương, đã dẫn đến sự biến đổi lớn của khí áp theo mùa. Trên lục địa, mùa đông lạnh đi, hình thành áp cao lạnh lục địa. Mùa hè thì lục địa bị đốt nóng, dẫn tới hình thành áp thấp nóng lục địa. Trên biển, sự chênh lệch nhiệt độ giữa các mùa rất ít, do đó khí áp trên mặt biển ít biển đổi.

Kết quả là, gradient khí áp hướng ra biển vào mùa đông và hướng vào đất liền 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] mùa hè. Sự đổi hướng gradient khí áp theo mùa dẫn đến sự đổi hướng gió thịnh hành theo mùa. - Sự quay của Trái Đất: Do có lực Coriolis nên các dòng khí trong gió mùa có quỹ đạo cong. Dòng không khí hướng từ nơi có khí áp cao đến nơi có khí áp thấp.

Đồng thời, khi dòng khí vượt xích đạo đi lên bán cầu kia sẽ bị đổi hướng do ảnh hưởng của lực Coriolis. Nhìn chung có nhiều nguyên nhân góp phần hình thành GMMH, tuy nhiên có thể chia thành hai loại nguyên nhân [12]: nguyên nhân động lực và nguyên nhân nhiệt lực đã kết hợp chặt chẽ với nhau để hình thành cơ chế độ gió mùa phát triển mạnh mẽ, phức tạp trên khu vực Việt Nam. Nguyên nhân động lực là sự dịch chuyển hành tinh của các đới khí áp và gió theo phân bố của bức xạ mặt trời theo mùa, cụ thể là sự vận chuyển kinh hướng từ nam lên bắc. Nguyên nhân nhiệt lực thể hiện ở sự phân bố không đồng đều của nhiệt độ giữa lục địa và đại dương trong hai mùa.