Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, khu vực Đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB) của Việt Nam đã chứng kiến nhiều biến đổi khí hậu bất thường, đặc biệt là các đợt không khí lạnh (KKL) với tần suất và cường độ thay đổi rõ rệt trong hai thập kỷ gần đây. Theo thống kê giai đoạn 1997-2017, trung bình mỗi năm có khoảng 27-29 đợt KKL ảnh hưởng đến khu vực này, với năm cao điểm lên tới 37 đợt và năm thấp điểm chỉ còn 23 đợt. Những biến đổi này không chỉ tác động trực tiếp đến nhiệt độ, lượng mưa và tốc độ gió mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến sản xuất nông nghiệp, thủy sản và đời sống người dân trong vùng.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá mức độ, xu thế và tính chất hoạt động của KKL trên khu vực ĐBBB trong giai đoạn 1997-2017, đồng thời phân tích tác động của KKL đến các yếu tố khí tượng như nhiệt độ trung bình, nhiệt độ tối thấp, lượng mưa và tốc độ gió. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 9 trạm quan trắc khí tượng bề mặt trên khu vực ĐBBB, bao gồm Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình và Thái Bình. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao khả năng dự báo thời tiết cực đoan, góp phần giảm thiểu thiệt hại do các đợt KKL gây ra và hỗ trợ phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình khí tượng - khí hậu liên quan đến hoạt động của không khí lạnh và gió mùa Đông Á, bao gồm:

  • Lý thuyết về áp cao Siberia và áp thấp Aleut: Đây là hai trung tâm khí áp chính chi phối sự hình thành và di chuyển của các đợt KKL xuống khu vực Đông Á và Việt Nam. Áp cao Siberia là nguồn gốc chính của không khí lạnh lục địa, trong khi áp thấp Aleut ảnh hưởng đến hướng di chuyển và cường độ của các đợt lạnh.

  • Mô hình hoàn lưu gió mùa Đông Á (EAWM): Mô hình này giải thích sự tương tác giữa các trung tâm khí áp và dòng gió trên cao, đặc biệt là rãnh Đông Á và dòng xiết gió Tây, từ đó ảnh hưởng đến tần suất và cường độ của KKL.

  • Khái niệm front lạnh và front tĩnh Hoa Nam: Front lạnh là ranh giới phân cách giữa khối không khí lạnh và không khí ấm, có vai trò quan trọng trong việc hình thành các hiện tượng thời tiết đi kèm như mưa, gió mạnh và rét đậm. Front tĩnh Hoa Nam là vùng tích tụ không khí lạnh trước khi tràn xuống miền Bắc Việt Nam.

Các khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: không khí lạnh tăng cường (KKLTC), gió mùa đông bắc (GMĐB), nhiệt độ tối thấp ngày (TNn), nhiệt độ tối cao ngày (TXx), và chuẩn sai (độ lệch chuẩn) của các yếu tố khí tượng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu quan trắc khí tượng bề mặt từ 9 trạm trên khu vực ĐBBB trong giai đoạn 1997-2017, bao gồm nhiệt độ không khí tại 2m, nhiệt độ tối cao và tối thấp ngày, tốc độ và hướng gió ở 10m, lượng mưa ngày và các hiện tượng thời tiết. Ngoài ra, số liệu tái phân tích ERA-Interim và các bản đồ trường khí tượng ở các tầng khí quyển cũng được sử dụng để phân tích hình thế thời tiết.

Phương pháp xử lý số liệu gồm:

  • Kiểm tra chất lượng số liệu qua ba bước: kiểm tra mã điện (logic), kiểm tra khí hậu (so sánh với giá trị trung bình nhiều năm và độ lệch chuẩn), và kiểm tra phù hợp vật lý giữa các đại lượng.

  • Phân tích thống kê: Tính toán các đại lượng trung bình, chuẩn sai, tổng lượng mưa, tốc độ gió lớn nhất, nhiệt độ tối thấp và tối cao ngày. Sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đơn biến và kiểm nghiệm Max-Kendall để xác định xu thế biến đổi theo thời gian.

  • Phân loại cường độ KKL dựa trên tốc độ gió quan trắc tại trạm Bạch Long Vĩ, chia thành ba cấp độ: mạnh, trung bình và yếu.

  • Phân tích synop và chuyên gia để đánh giá cơ chế nhiệt động lực học chi phối các đợt KKL và tác động của chúng đến các yếu tố khí tượng.

Timeline nghiên cứu kéo dài 20 năm (1997-2017), tập trung phân tích chi tiết các mùa đông và các đợt KKL điển hình trong giai đoạn này.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tần suất và cường độ KKL giảm dần: Trung bình mỗi năm có khoảng 27-29 đợt KKL ảnh hưởng đến ĐBBB, với năm 2010-2011 có 37 đợt, cao hơn trung bình nhiều năm (TBNN) khoảng 9 đợt, trong khi năm 2015-2016 chỉ có 23 đợt, thấp hơn TBNN 5 đợt. Xu thế chung cho thấy số đợt KKL giảm khoảng 2.8 đợt/thập kỷ đối với GMĐB và tăng 2.2 đợt/thập kỷ đối với KKLTC, nhưng tổng thể vẫn giảm.

  2. Phân bố theo tháng: Tháng I và tháng XII là hai tháng có số đợt KKL nhiều nhất, chiếm lần lượt 17% và 16% tổng số đợt trong mùa đông. Tháng IX có số đợt ít nhất, chỉ chiếm 3%. Các tháng cuối mùa đông (III-V) có số đợt giảm dần và cường độ KKL yếu hơn.

  3. Tác động đến nhiệt độ: Các đợt GMĐB cường độ mạnh làm giảm nhiệt độ trung bình ngày từ 5-7°C, có trường hợp giảm sâu đến 8-11°C. KKL tăng cường thường làm giảm nhiệt độ ít hơn, phổ biến 1-3°C. Nhiệt độ tối thấp ngày (TNn) có xu hướng tăng khoảng 1°C trong thập kỷ 2007-2017 so với thập kỷ trước, trong khi nhiệt độ tối cao ngày (TXx) tăng gần 2°C.

  4. Ảnh hưởng đến lượng mưa và gió: KKL thường đi kèm với mưa phùn, mưa rào và dông, đặc biệt trong các tháng chính đông. Tốc độ gió lớn nhất trong tháng có xu hướng giảm nhẹ trong giai đoạn nghiên cứu, phản ánh sự biến đổi của áp cao Siberia và các hình thế khí áp liên quan.

Thảo luận kết quả

Sự giảm tần suất KKL trong 20 năm qua có thể liên quan đến xu thế suy yếu và thu hẹp phạm vi hoạt động của áp cao Siberia, một trung tâm khí áp quan trọng tạo nguồn không khí lạnh cho khu vực. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế và trong nước cho thấy áp cao Siberia có xu hướng giảm cường độ do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu.

Mức giảm nhiệt độ trung bình ngày khi có KKL phản ánh rõ rệt sự ảnh hưởng của các đợt không khí lạnh đến điều kiện khí hậu địa phương, đặc biệt là trong các tháng chính đông. Sự tăng lên của nhiệt độ tối thấp và tối cao ngày trong thập kỷ gần đây cho thấy xu hướng ấm lên của khí hậu, đồng thời làm giảm số ngày rét đậm, rét hại, phù hợp với các báo cáo về biến đổi khí hậu ở miền Bắc Việt Nam.

Biến đổi trong lượng mưa và tốc độ gió cũng phản ánh sự thay đổi trong hình thế hoàn lưu khí quyển, đặc biệt là sự dịch chuyển và biến tính của các khối không khí lạnh khi di chuyển qua biển và lục địa. Các biểu đồ xu thế chuẩn sai và bảng thống kê chi tiết có thể minh họa rõ sự biến đổi này theo từng tháng và từng năm, giúp nhận diện các giai đoạn có biến động mạnh.

Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ cơ chế chi phối hoạt động của KKL trên khu vực ĐBBB, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc cải tiến dự báo thời tiết và ứng phó với các hiện tượng khí tượng cực đoan.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao năng lực dự báo KKL: Cần đầu tư phát triển công nghệ dự báo dựa trên mô hình khí tượng hiện đại, kết hợp dữ liệu tái phân tích và quan trắc thực tế để nâng cao độ chính xác và thời gian dự báo trước các đợt KKL, đặc biệt trong các tháng chính đông. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia, thời gian 3-5 năm.

  2. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm và truyền thông hiệu quả: Thiết lập hệ thống cảnh báo sớm đa kênh, đảm bảo thông tin về các đợt KKL được truyền tải nhanh chóng đến người dân và các ngành sản xuất nông nghiệp, thủy sản nhằm giảm thiểu thiệt hại. Chủ thể thực hiện: Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các địa phương, thời gian 1-2 năm.

  3. Tăng cường nghiên cứu cơ chế biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến KKL: Thúc đẩy các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về tác động của biến đổi khí hậu đến áp cao Siberia và các trung tâm khí áp liên quan, nhằm dự báo xu thế dài hạn của KKL. Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu khí tượng, thời gian 3-5 năm.

  4. Phát triển các biện pháp thích ứng cho nông nghiệp và thủy sản: Căn cứ vào đặc điểm biến đổi của KKL và các yếu tố khí tượng, xây dựng các mô hình canh tác, nuôi trồng phù hợp với điều kiện thời tiết biến đổi, giảm thiểu rủi ro do rét đậm, rét hại và mưa dông. Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với địa phương, thời gian 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và chuyên gia khí tượng - khí hậu: Luận văn cung cấp dữ liệu và phân tích chi tiết về hoạt động KKL, giúp nâng cao hiểu biết về cơ chế và xu thế biến đổi khí hậu khu vực.

  2. Cơ quan dự báo thời tiết và khí tượng thủy văn: Thông tin về tần suất, cường độ và tác động của KKL hỗ trợ cải tiến mô hình dự báo và xây dựng kịch bản ứng phó.

  3. Ngành nông nghiệp và thủy sản: Các kết quả nghiên cứu giúp xây dựng chiến lược canh tác thích ứng với biến đổi khí hậu, giảm thiểu thiệt hại do rét đậm, rét hại và mưa dông.

  4. Quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phòng chống thiên tai, phát triển kinh tế - xã hội bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Không khí lạnh ảnh hưởng như thế nào đến nhiệt độ khu vực Đồng bằng Bắc Bộ?
    KKL làm giảm nhiệt độ trung bình ngày từ 2-7°C, với các đợt mạnh có thể giảm sâu đến 8-11°C, gây rét đậm, rét hại. Ví dụ, đợt KKL tháng 1/2010 làm nhiệt độ giảm trung bình 6°C so với bình thường.

  2. Tần suất các đợt không khí lạnh có xu hướng thay đổi ra sao trong 20 năm qua?
    Tần suất KKL có xu hướng giảm, trung bình giảm khoảng 2.8 đợt/thập kỷ đối với gió mùa đông bắc, trong khi không khí lạnh tăng cường có xu hướng tăng nhẹ nhưng tổng thể vẫn giảm.

  3. Các đợt không khí lạnh thường xuất hiện vào thời gian nào trong năm?
    KKL chủ yếu xuất hiện từ tháng 9 đến tháng 5 năm sau, tập trung nhiều nhất vào các tháng chính đông (12, 1, 2), trong đó tháng 1 có số đợt nhiều nhất, chiếm khoảng 17% tổng số đợt.

  4. Làm thế nào để phân biệt các cấp độ cường độ của không khí lạnh?
    Cường độ KKL được phân loại dựa trên tốc độ gió tại trạm Bạch Long Vĩ: mạnh (gió cấp 7 trở lên kéo dài ≥2 phiên), trung bình (gió cấp 6-7 kéo dài ngắn), yếu (gió dưới cấp 6 hoặc kéo dài ngắn).

  5. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến hoạt động của áp cao Siberia và KKL?
    Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung tâm Siberia, dẫn đến suy yếu cường độ và thu hẹp phạm vi hoạt động của áp cao Siberia, từ đó làm giảm tần suất và cường độ các đợt KKL xuống khu vực.

Kết luận

  • Trung bình mỗi năm có khoảng 27-29 đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến Đồng bằng Bắc Bộ, với xu thế giảm dần trong 20 năm qua.
  • Các đợt KKL làm giảm nhiệt độ trung bình ngày từ 2-7°C, đặc biệt các đợt mạnh có thể giảm sâu đến 11°C, gây rét đậm, rét hại.
  • Nhiệt độ tối thấp ngày có xu hướng tăng khoảng 1°C trong thập kỷ gần đây, phản ánh sự ấm lên của khí hậu khu vực.
  • Lượng mưa và tốc độ gió biến đổi theo hình thế khí áp và cường độ KKL, ảnh hưởng đến điều kiện thời tiết và sản xuất nông nghiệp.
  • Cần nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo sớm và xây dựng các biện pháp thích ứng nhằm giảm thiểu thiệt hại do KKL gây ra.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ tập trung vào phát triển mô hình dự báo KKL chính xác hơn và xây dựng các kịch bản ứng phó biến đổi khí hậu cho khu vực Đồng bằng Bắc Bộ. Đề nghị các cơ quan liên quan phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất nhằm bảo vệ cộng đồng và phát triển kinh tế bền vững.