Luận văn thạc sĩ về dự báo mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu tại khu vực biển Việt Nam

• Tác giả: Đoàn Thị Thu Hà
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Hiển
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Biến đổi khí hậu
• Đề tài: Dự báo mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Các kịch bản nồng độ khí nhà kính RCPs
• 1.2. Các đánh giá về mực nước biển dâng trung bình toàn cầu và khu vực
• 1.3. Các phương pháp dự tính mực nước biển dâng
• 1.4. Các phương pháp dự tính mực nước biển dâng trước Báo cáo đánh giá AR4
• 1.5. Phương pháp dự tính mực nước biển dâng toàn cầu trong Báo cáo AR5
• 1.6. Các phương pháp dự tính mực nước biển dâng khu vực
• 1.7. Phương pháp dự tính mực nước biển dâng đã được áp dụng ở Việt Nam
• 1.8. ĐỐI TƯỢNG, SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.9. Đặc điểm khu vực nghiên cứu
• 1.10. Các yếu tố ảnh hưởng tới dao động mực nước biển
• 1.11. Số liệu nghiên cứu
• 1.12. Số liệu thực đo tại các trạm hải văn trong khu vực biển Việt Nam
• 1.13. Số liệu quan trắc từ vệ tinh cho khu vực biển Việt Nam
• 1.14. Số liệu mô phỏng từ các mô hình AOGCMs
• 1.15. Số liệu phân bố không gian của các thành phần đóng góp vào mực nước biển
• 1.16. Số liệu điều chỉnh dạng tĩnh băng từ mô hình ICE5G (VM2 L90)
• 1.17. Số liệu toàn cầu bổ sung từ IPCC
• 1.18. Phương pháp nghiên cứu
• 1.19. Phương pháp xử lý số liệu
• 1.20. Phương pháp dự tính mực nước biển dâng cho khu vực Việt Nam
• 1.21. Phương pháp ước tính tính chưa chắc chắn của mực nước biển dâng dự tính cho khu vực Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÀ ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KHU VỰC
• 2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới dao động mực nước biển
• 2.2. Số liệu nghiên cứu
• 2.3. Số liệu thực đo tại các trạm hải văn trong khu vực biển Việt Nam
• 2.4. Số liệu quan trắc từ vệ tinh cho khu vực biển Việt Nam
• 2.5. Số liệu mô phỏng từ các mô hình AOGCMs
• 2.6. Số liệu phân bố không gian của các thành phần đóng góp vào mực nước biển
• 2.7. Số liệu điều chỉnh dạng tĩnh băng từ mô hình ICE5G (VM2 L90)
• 2.8. Số liệu toàn cầu bổ sung từ IPCC
• 2.9. Phương pháp nghiên cứu
• 2.10. Phương pháp xử lý số liệu
• 2.11. Phương pháp dự tính mực nước biển dâng cho khu vực Việt Nam
• 2.12. Phương pháp ước tính tính chưa chắc chắn của mực nước biển dâng dự tính cho khu vực Việt Nam
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xu thế biến đổi của mực nước biển khu vực Việt Nam
• 3.2. Xu thế biến đổi của mực nước biển tính toán từ số liệu thực đo
• 3.3. Xu thế biến đổi của mực nước biển tính toán từ số liệu vệ tinh
• 3.4. So sánh xu thế biến đổi của mực nước biển từ hai nguồn số liệu
• 3.5. Kiểm nghiệm các mô hình AOGCMs với số liệu quan trắc
• 3.6. Phân bố không gian của mực nước biển dâng tại khu vực biển Việt Nam
• 3.7. Phân bố không gian của mực nước biển dâng do giãn nở nhiệt và động lực
• 3.8. Phân bố không gian của mực nước biển dâng tổng cộng
• 3.9. Mực nước biển dâng trung bình toàn khu vực biển Việt Nam
• 3.10. Mức độ đóng góp của các thành phần vào mực nước biển dâng
• 3.11. Biến trình mực nước biển dâng theo thời gian trong thế kỉ 21
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng

Biến đổi khí hậu (biến đổi khí hậu) đã trở thành một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Mực nước biển dâng (mực nước biển) là một trong những hệ quả nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu, có thể dẫn đến những thiệt hại lớn về kinh tế và môi trường. Theo báo cáo của IPCC, mực nước biển dâng trung bình toàn cầu chủ yếu do sự giãn nở nhiệt của đại dương và sự tan chảy của băng trên đất liền. Việt Nam, với bờ biển dài và các vùng đồng bằng ven biển, đặc biệt dễ bị tổn thương trước hiện tượng này. Sự gia tăng mực nước biển không chỉ ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên mà còn gây ra nguy cơ thiên tai như lũ lụt và xói mòn bờ biển. Do đó, việc dự báo mực nước biển dâng trong tương lai là rất cần thiết để xây dựng các chính sách ứng phó hiệu quả.

1.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến mực nước biển

Tác động của biến đổi khí hậu đến mực nước biển là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, mực nước biển dâng không chỉ do sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu mà còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố địa phương như sự thay đổi dòng chảy và sự tác động của các hiện tượng thời tiết cực đoan. Theo số liệu từ các trạm hải văn, mực nước biển tại Biển Đông đã tăng khoảng 4,5 mm/năm trong giai đoạn 1993-2013, cao hơn mức trung bình toàn cầu. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có những nghiên cứu chuyên sâu hơn về xu thế biến đổi mực nước biển tại khu vực này.

II. Phương pháp nghiên cứu và dữ liệu

Nghiên cứu này sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để dự tính mực nước biển dâng, bao gồm cả các mô hình hoàn lưu chung khí quyển (AOGCMs) và dữ liệu quan trắc từ các trạm hải văn và vệ tinh. Các phương pháp này không chỉ giúp đánh giá xu thế biến đổi của mực nước biển mà còn cho phép phân tích sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước biển dâng. Các mô hình AOGCMs cung cấp các kịch bản nồng độ khí nhà kính (kịch bản RCP) khác nhau, từ đó dự báo mực nước biển dâng cho các giai đoạn trong tương lai. Việc sử dụng dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau giúp tăng cường tính chính xác và độ tin cậy của các dự báo.

2.1. Các nguồn dữ liệu

Dữ liệu trong nghiên cứu này được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm số liệu thực đo từ các trạm hải văn và số liệu vệ tinh. Các số liệu này cung cấp thông tin quý giá về mực nước biển và các yếu tố ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu. Việc kết hợp dữ liệu từ các nguồn khác nhau giúp tạo ra một bức tranh toàn diện hơn về tình hình mực nước biển tại khu vực Việt Nam. Đặc biệt, các mô hình AOGCMs cung cấp thông tin chi tiết về tác động của biến đổi khí hậu đến mực nước biển trong tương lai, cho phép xây dựng các kịch bản ứng phó hiệu quả hơn.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, mực nước biển tại khu vực Biển Đông có xu thế tăng lên rõ rệt. Các mô hình dự báo cho thấy, nếu không có các biện pháp can thiệp kịp thời, mực nước biển có thể tăng lên từ 0,5 đến 1 mét vào cuối thế kỷ 21. Điều này sẽ có tác động nghiêm trọng đến các khu vực ven biển, đặc biệt là các đồng bằng châu thổ như Đồng bằng sông Cửu Long. Sự gia tăng mực nước biển không chỉ gây ra lũ lụt mà còn làm gia tăng nguy cơ xói mòn bờ biển và ảnh hưởng đến hệ sinh thái ven biển. Các kịch bản nồng độ khí nhà kính dự báo rằng, nếu không có các biện pháp giảm phát thải khí nhà kính, tình hình sẽ trở nên nghiêm trọng hơn.

3.1. Đánh giá tác động

Tác động của mực nước biển dâng đến môi trường và kinh tế xã hội là rất lớn. Các khu vực ven biển sẽ phải đối mặt với nguy cơ ngập lụt thường xuyên, ảnh hưởng đến đời sống của hàng triệu người dân. Đặc biệt, các ngành kinh tế như nông nghiệp, thủy sản và du lịch sẽ chịu tác động nặng nề. Việc nghiên cứu và dự báo mực nước biển dâng không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc xây dựng các chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường và đảm bảo an sinh xã hội cho các cộng đồng ven biển.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, mực nước biển dâng đã trở thành một trong những vấn đề cấp thiết, ảnh hưởng sâu rộng đến kinh tế - xã hội và môi trường ven biển. Theo số liệu quan trắc từ vệ tinh, tỷ lệ dâng mực nước biển trung bình toàn cầu giai đoạn 1993-2013 là khoảng 3,2 ± 0,4 mm/năm, trong khi tại khu vực Biển Đông, tỷ lệ này cao hơn, đạt khoảng 4,5 - 4,7 mm/năm. Sự khác biệt này phản ánh ảnh hưởng của các biến động khí hậu khu vực như ENSO và PDO, đồng thời cho thấy mức độ rủi ro không đồng đều giữa các vùng biển. Mục tiêu chính của luận văn là dự tính mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu dựa trên các mô hình hoàn lưu chung khí quyển - đại dương (AOGCMs) cho khu vực biển Việt Nam trong thế kỷ 21, tập trung vào hai kịch bản phát thải khí nhà kính RCP 4.5 và RCP 8.5. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ khu vực Biển Đông với dữ liệu quan trắc thực đo từ 17 trạm hải văn và số liệu vệ tinh từ năm 1993 đến 2013. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho các chính sách ứng phó với nước biển dâng, đánh giá tác động và đề xuất giải pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: (1) Lý thuyết biến đổi khí hậu và tác động lên mực nước biển, trong đó mực nước biển dâng được phân tích qua các thành phần đóng góp như giãn nở nhiệt đại dương, tan chảy băng trên đỉnh núi, băng động lực ở Greenland và Nam Cực, cùng trữ lượng nước trên lục địa; (2) Mô hình hoàn lưu chung khí quyển - đại dương (AOGCMs) trong khuôn khổ Dự án Đối chứng mô hình kết hợp giai đoạn 5 (CMIP5), sử dụng 21 mô hình với độ phân giải không gian khoảng 1° x 1° để mô phỏng các biến động mực nước biển khu vực. Các khái niệm chính bao gồm: kịch bản nồng độ khí nhà kính RCPs, mực nước biển dâng do giãn nở nhiệt và động lực, điều chỉnh đẳng tĩnh băng, và phân bố không gian mực nước biển dâng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm: số liệu thực đo mực nước biển từ 17 trạm hải văn với chuỗi dữ liệu dài trên 20 năm, số liệu vệ tinh đo cao mực nước biển giai đoạn 1993-2013 từ dự án AVISO, và kết quả mô phỏng từ 21 mô hình AOGCMs thuộc CMIP5. Phương pháp phân tích bao gồm: kiểm định thống kê T-test để đánh giá độ tin cậy chuỗi số liệu thực đo, xử lý và trích xuất số liệu vệ tinh bằng phần mềm Ocean Data View, nội suy dữ liệu mô hình bằng thuật toán Inverse Distance Weighting (IDW) trong môi trường MatLab để đồng bộ độ phân giải không gian. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2014 đến 2016, bao gồm các bước tổng hợp số liệu, kiểm nghiệm mô hình, phân tích xu thế biến đổi mực nước biển trong quá khứ và dự tính mực nước biển dâng trong tương lai theo hai kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xu thế biến đổi mực nước biển khu vực Biển Đông trong quá khứ: Tỷ lệ dâng mực nước biển trung bình tại các trạm hải văn đạt khoảng 1,7 mm/năm giai đoạn 1950-2009, tương đồng với mức trung bình toàn cầu. Tuy nhiên, số liệu vệ tinh giai đoạn 1993-2013 cho thấy tỷ lệ dâng tăng lên khoảng 4,5 mm/năm, cao hơn 40% so với mức toàn cầu cùng kỳ.

2. Kiểm nghiệm mô hình AOGCMs: Hệ số tương quan giữa số liệu mô hình và số liệu thực đo dao động từ 0,5 đến 0,8 tại hầu hết các trạm, cho thấy mô hình có độ tin cậy cao trong dự báo mực nước biển dâng khu vực.

3. Phân bố không gian mực nước biển dâng: Mực nước biển dâng do giãn nở nhiệt và động lực phân bố không đồng đều, với mức dâng cao nhất tập trung ở vùng ven bờ miền Trung và Nam Trung Bộ, dao động từ 30 đến 50 cm vào cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP 8.5, cao hơn khoảng 20-30% so với trung bình toàn khu vực.

4. Dự tính mực nước biển dâng trung bình toàn khu vực Biển Đông: Theo kịch bản RCP 4.5, mực nước biển dâng trung bình khoảng 40-50 cm vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ nền 1986-2005; trong khi đó, kịch bản RCP 8.5 dự báo mức dâng lên tới 60-80 cm, với khoảng tin cậy ±10 cm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng mực nước biển dâng tại Biển Đông là do sự giãn nở nhiệt đại dương và tan chảy băng trên đỉnh núi, phù hợp với các kết quả nghiên cứu toàn cầu. Sự khác biệt về tỷ lệ dâng giữa các vùng phản ánh ảnh hưởng của các quá trình thủy động lực khu vực như hoàn lưu gió, dòng chảy biển và biến động mật độ nước biển. So sánh với các nghiên cứu quốc tế cho thấy kết quả dự báo của luận văn có độ tương đồng cao, đồng thời cung cấp thông tin chi tiết hơn về phân bố không gian tại khu vực Việt Nam. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ xu thế mực nước biển dâng theo thời gian và bản đồ phân bố không gian mực nước dâng, giúp minh họa rõ ràng các vùng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm ngập lụt ven biển: Tăng cường giám sát mực nước biển và áp dụng mô hình dự báo để cảnh báo kịp thời, giảm thiểu thiệt hại cho các khu vực ven biển có nguy cơ cao. Chủ thể thực hiện: Bộ Tài nguyên và Môi trường, thời gian: trong 3 năm tới.

2. Phát triển quy hoạch đô thị và hạ tầng thích ứng: Thiết kế các công trình ven biển chịu được tác động của mực nước biển dâng, ưu tiên các vùng có mức dâng dự báo cao. Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng, địa phương, thời gian: 5 năm.

3. Tăng cường nghiên cứu và cập nhật dữ liệu: Liên tục cập nhật số liệu quan trắc và mô hình dự báo để nâng cao độ chính xác, phục vụ cho các quyết định quản lý. Chủ thể thực hiện: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, thời gian: liên tục.

4. Nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, tuyên truyền về tác động của mực nước biển dâng và biện pháp ứng phó cho người dân ven biển. Chủ thể thực hiện: các địa phương, thời gian: 2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà hoạch định chính sách: Sử dụng kết quả dự báo mực nước biển dâng để xây dựng các chính sách ứng phó biến đổi khí hậu và quy hoạch phát triển bền vững ven biển.

2. Các nhà nghiên cứu và học giả: Tham khảo phương pháp luận và dữ liệu mô hình để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về biến đổi khí hậu và tác động môi trường.

3. Cơ quan quản lý tài nguyên và môi trường: Áp dụng kết quả nghiên cứu trong quản lý rủi ro thiên tai, bảo vệ hệ sinh thái ven biển và phát triển kinh tế biển.

4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư: Đánh giá rủi ro liên quan đến mực nước biển dâng trong các dự án phát triển hạ tầng, du lịch và công nghiệp ven biển.

Câu hỏi thường gặp

1. Mực nước biển dâng có ảnh hưởng như thế nào đến Việt Nam?
   Mực nước biển dâng làm tăng nguy cơ ngập lụt, xói mòn bờ biển và ảnh hưởng đến sinh kế của người dân ven biển, đặc biệt tại các vùng đồng bằng thấp như Đồng bằng sông Cửu Long.

2. Tại sao mực nước biển dâng ở Biển Đông lại cao hơn mức trung bình toàn cầu?
   Do ảnh hưởng của các biến động khí hậu khu vực như ENSO, PDO và các quá trình thủy động lực đặc thù của Biển Đông, khiến mực nước biển dâng không đồng đều.

3. Các mô hình AOGCMs có độ chính xác như thế nào trong dự báo mực nước biển dâng?
   Các mô hình được kiểm nghiệm với hệ số tương quan từ 0,5 đến 0,8 so với số liệu thực đo, cho thấy độ tin cậy cao trong dự báo xu thế biến đổi mực nước biển khu vực.

4. Kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5 khác nhau như thế nào?
   RCP 4.5 là kịch bản phát thải khí nhà kính trung bình với các chính sách giảm nhẹ, trong khi RCP 8.5 là kịch bản phát thải cao nhất, không có chính sách kiểm soát phát thải.

5. Làm thế nào để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn?
   Kết quả có thể được sử dụng để xây dựng các kế hoạch quản lý rủi ro thiên tai, quy hoạch phát triển bền vững và nâng cao nhận thức cộng đồng về biến đổi khí hậu.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá xu thế biến đổi mực nước biển khu vực Biển Đông dựa trên số liệu thực đo và vệ tinh, xác định tỷ lệ dâng cao hơn mức trung bình toàn cầu.
• Ứng dụng kết quả mô hình AOGCMs trong dự báo mực nước biển dâng theo hai kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5, cung cấp dự báo chi tiết về phân bố không gian và mức độ dâng trong thế kỷ 21.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao độ tin cậy của các dự báo mực nước biển dâng khu vực, làm cơ sở khoa học cho các chính sách ứng phó biến đổi khí hậu tại Việt Nam.
• Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm giảm thiểu rủi ro ngập lụt ven biển, bao gồm cảnh báo sớm, quy hoạch hạ tầng và nâng cao nhận thức cộng đồng.
• Khuyến nghị tiếp tục cập nhật dữ liệu và nghiên cứu mở rộng để nâng cao hiệu quả ứng phó với biến đổi khí hậu trong tương lai.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp đề xuất và tăng cường hợp tác nghiên cứu nhằm bảo vệ bền vững các vùng ven biển Việt Nam trước tác động của mực nước biển dâng.