Luận văn thạc sĩ nghiên cứu mô phỏng và dự tính xu thế biến đổi của các sự kiện mưa lớn trên khu vực việt nam bằng mô hình khí hậu khu vực

Nghiên cứu mô phỏng xu thế mưa lớn tại Việt Nam sử dụng mô hình khí hậu. Phân tích chuyên sâu về biến đổi lượng mưa và dự báo tác động trong tương lai.

• Tác giả: Lê Như Quân
• Người hướng dẫn: GS. Phan Văn Tân
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khí Tượng Và Khí Hậu Học
• Đề tài: Nghiên cứu mô phỏng và dự tính xu thế biến đổi của các sự kiện mưa lớn trên khu vực Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Lời cam đoan
• 1. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM, SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết kế thí nghiệm mô phỏng mưa lớn và mưa cực trị
• 2.2. Quá trình phát triển của mô hình RegCM
• 2.3. Cấu hình cho mô hình RegCM4
• 2.4. Số liệu đầu vào cho RegCM4
• 2.5. Số liệu và phương pháp đánh giá
• 2.6. Số liệu APHRODITE
• 2.7. Các chỉ số mưa lớn, mưa cực trị
• 2.8. Phương pháp phân tích và đánh giá khả năng mô phỏng của RegCM4
• 2.9. Thí nghiệm dự tính sự biến đổi của mưa lớn, mưa cực trị
• 2.10. Các kịch bản phát thải SRES và RCPs
• 2.11. Thiết kế thí nghiệm dự tính mưa lớn, mưa cực trị
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
• 3.1. Khả năng mô phỏng mưa lớn, mưa cực trị của mô hình RegCM4
• 3.2. Khả năng mô phỏng mưa lớn, mưa cực trị trên các vùng khí hậu
• 3.3. Khả năng mô phỏng mưa lớn, mưa cực trị theo mùa
• 3.4. Khả năng mô phỏng sự biến đổi của các sự kiện mưa lớn, mưa cực trị
• 3.5. Khả năng mô phỏng sự biến đổi mưa lớn, mưa cực trị trên các vùng khí hậu
• 3.6. Khả năng mô phỏng sự biến đổi mưa lớn, mưa cực trị theo mùa
• 3.7. Dự tính sự biến đổi của các sự kiện mưa lớn, mưa cực trị
• 3.8. Sự biến đổi của các sự kiện mưa lớn, mưa cực trị giữa thế kỷ 21
• 3.9. Sự biến đổi của các sự kiện mưa lớn, mưa cực trị cuối thế kỷ 21
• Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
• Danh mục hình
• Danh mục bảng
• Danh mục công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu mô phỏng sự biến đổi mưa lớn Việt Nam

Trong những năm gần đây, hiện tượng mưa lớn và mưa cực trị ở Việt Nam ngày càng được quan tâm do những ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống xã hội, kinh tế và môi trường. Mưa lớn không chỉ gây ra lũ lụt, sạt lở đất mà còn tác động trực tiếp đến nông nghiệp và cơ sở hạ tầng. Việc nghiên cứu mô phỏng và dự tính xu thế biến đổi mưa lớn bằng các mô hình khí hậu khu vực được xem là công cụ hữu hiệu nhằm cung cấp thông tin chính xác và kịp thời hơn cho các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách. Các báo cáo lớn của IPCC cũng nhấn mạnh về biến đổi khí hậu toàn cầu tác động trực tiếp đến hiện tượng mưa lớn và các hiện tượng cực đoan khí hậu khác. Ở Việt Nam, các mô hình như RegCM4 được ứng dụng rộng rãi trong mô phỏng nhằm đánh giá khả năng dự báo và xu thế của các sự kiện mưa lớn. Đây là tiền đề quan trọng góp phần nâng cao năng lực ứng phó và thích ứng với biến đổi khí hậu trong tương lai.

1.1. Các hiện tượng mưa lớn và biến đổi khí hậu tại Việt Nam

Hiện tượng mưa lớn ở Việt Nam khá phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều hình thế quy mô lớn như gió mùa, áp thấp nhiệt đới và các tác nhân địa lý như địa hình dốc. Mưa lớn kéo dài có thể gây ra lũ quét, sạt lở, đặc biệt ở vùng núi Bắc Bộ và miền Trung. Theo số liệu từ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia, từ năm 1990 đến 2005 đã có gần 300 trận lũ quét gây thiệt hại nặng nề. Tác động của biến đổi khí hậu làm thay đổi đặc điểm, tần suất và cường độ mưa lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, kinh tế và sinh mạng con người.

1.2. Vai trò của mô hình khí hậu khu vực trong nghiên cứu mưa cực trị

Mô hình khí hậu khu vực (RCM) như RegCM4 có khả năng mô phỏng các đặc trưng quan trọng về mưa lớn ở quy mô nhỏ, phản ánh chính xác hơn những biến đổi cục bộ do địa hình và điều kiện khí hậu riêng biệt. Các nghiên cứu quốc tế và trong nước đã chứng minh hiệu quả của mô hình RCM trong đánh giá xu thế mưa lớn và mưa cực trị, giúp bổ sung hạn chế của mô hình khí hậu toàn cầu. Việc ứng dụng mô hình này tạo ra những kịch bản dự báo cho tương lai, rất cần thiết trong công tác quản lý rủi ro thiên tai và phát triển bền vững.

II. Những thách thức chính trong nghiên cứu mô phỏng mưa lớn tại Việt Nam

Việc mô phỏng và dự tính mưa lớn tại Việt Nam gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của hiện tượng mưa cùng mật độ trạm quan trắc chưa đồng đều, số liệu còn thiếu và không đồng nhất. Ngoài ra, các mô hình khí hậu hiện còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong việc tham số hóa đối lưu và mô phỏng các quá trình vật lý cục bộ. Sự thay đổi và biến động ngắn hạn của hiện tượng mưa lớn khiến cho kết quả mô phỏng chưa hoàn toàn chính xác. Thách thức trong việc lựa chọn sơ đồ tham số hóa phù hợp cũng ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy của mô hình.

2.1. Hạn chế của dữ liệu quan trắc mưa lớn và xử lý dữ liệu tại Việt Nam

Dữ liệu quan trắc mưa ngày ở Việt Nam có mật độ trạm phân bố trên bảy vùng khí hậu, tuy nhiên số liệu chưa đồng đều và thiếu liên tục tại một số thời kỳ và khu vực, đặc biệt ở miền Nam trước năm 1975. Việc khuyết thiếu số liệu, số trạm thấp hoặc không đồng nhất ảnh hưởng lớn đến việc đánh giá xu thế và mô phỏng mưa lớn. Các biện pháp xử lý và kiểm soát chất lượng số liệu như loại bỏ trạm có sai số lớn và nội suy dữ liệu được áp dụng nhưng vẫn chưa khắc phục hoàn toàn những khó khăn này.

2.2. Những khó khăn trong mô hình hóa mưa cực trị bằng mô hình địa phương RegCM4

Mô hình RegCM4 dù có độ phân giải cao và mô phỏng chi tiết hơn mô hình toàn cầu nhưng vẫn còn gặp nhiều khó khăn trong việc mô phỏng chính xác các sự kiện mưa lớn và cực trị, đặc biệt trong khu vực nhiệt đới và địa hình phức tạp như Việt Nam. Việc tham số hóa quá trình đối lưu sâu là khâu yếu, dẫn đến sai lệch về cường độ và tần suất mưa lớn. Ngoài ra, điều kiện biên, các tham số vật lý và độ phân giải cũng ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng.

2.3. Ảnh hưởng của các kịch bản phát thải khí nhà kính đến mô phỏng mưa lớn

Việc lựa chọn các kịch bản phát thải khí nhà kính như SRES và RCPs sẽ quyết định mô hình dự tính xu thế biến đổi mưa lớn trong tương lai. Các kịch bản mới RCPs có độ chi tiết và chính sách khí hậu rõ ràng hơn so với SRES, giúp mô hình sinh ra các kịch bản dự báo sát với thực tế hơn. Tuy nhiên, sự bất định trong các kịch bản này và tương tác phức tạp giữa các yếu tố khí hậu tạo ra thách thức lớn trong việc dự báo chính xác xu thế mưa lớn.

III. Phương pháp mô phỏng và đánh giá xu thế biến đổi mưa lớn bằng mô hình khí hậu khu vực

Để nghiên cứu xu thế biến đổi mưa lớn, các mô hình khí hậu khu vực như RegCM4 được thiết kế thí nghiệm mô phỏng chi tiết dựa trên dữ liệu đầu vào chất lượng cao và các kịch bản phát thải khí nhà kính đa dạng. Quá trình mô phỏng bao gồm rà soát, chọn lựa sơ đồ tham số hóa đối lưu phù hợp, đánh giá kết quả dựa trên các chỉ số mưa lớn và mưa cực trị tiêu chuẩn quốc tế nhằm đảm bảo tính chính xác. Các phương pháp phân tích thống kê xu thế và kiểm định ý nghĩa thống kê được ứng dụng để đánh giá trường hợp biến đổi mưa lớn trong tương lai.

3.1. Thiết kế thí nghiệm mô phỏng mưa lớn với mô hình RegCM4 cho Việt Nam

Thiết kế thí nghiệm mô phỏng được xây dựng dựa trên việc xác định vùng nghiên cứu, lựa chọn các kịch bản phát thải như RCP4.5, RCP8.5 và khai thác số liệu đầu vào chính xác từ bộ dữ liệu APHRODITE. Mô hình RegCM4 cấu hình với độ phân giải phù hợp (khoảng 25 km) và sơ đồ tham số hóa đối lưu Grell được áp dụng, nhằm mô phỏng chi tiết các đặc tính mưa lớn, mưa cực trị, đặc biệt tại các vùng có địa hình phức tạp như miền Trung, Bắc Bộ.

3.2. Các chỉ số đánh giá và thống kê xu thế biến đổi mưa lớn được sử dụng

Bộ chỉ số mưa lớn và mưa cực trị phổ biến của ETCCDI được áp dụng, như R95p, R99p, Rx1day, Rx5day, R50, NHS,…để đánh giá cường độ và tần suất các sự kiện mưa lớn. Phân tích xu thế với các phương pháp như kiểm định Mann-Kendall và xác định ý nghĩa thống kê nhằm nhận diện các biến đổi quan trọng, phân tích khác biệt giữa giai đoạn hiện tại và tương lai theo các kịch bản phát thải.

3.3. Đánh giá khả năng mô phỏng mô hình RegCM4 đối với các sự kiện mưa lớn

Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu quan trắc trên lưới (APHRODITE) để đánh giá hệ số tương quan, sai số trung bình, sai số tuyệt đối, nhằm xác định độ tin cậy của mô hình. RegCM4 được ghi nhận có khả năng mô phỏng tốt các đặc điểm mưa lớn trên quy mô vùng khí hậu và theo mùa, tuy nhiên vẫn còn một số sai số hệ thống ở các vùng có địa hình phức tạp hoặc khu vực miền Nam. Việc cải tiến tham số hóa đối lưu và dữ liệu đầu vào dự kiến sẽ nâng cao kết quả mô phỏng trong tương lai.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu mô phỏng mưa lớn cho khu vực Việt Nam

Qua nghiên cứu mô phỏng mưa lớn bằng mô hình RegCM4, các kết quả đã thể hiện rõ xu thế biến đổi mưa lớn tại nhiều vùng khí hậu của Việt Nam trong thế kỷ 21. Mưa lớn và mưa cực trị có xu hướng tăng về cường độ và tần suất, đặc biệt là ở Trung Bộ và Bắc Bộ. Các kết quả dự báo này góp phần hỗ trợ công tác dự báo thiên tai, xây dựng kế hoạch phòng, chống lũ lụt, sạt lở đất và hỗ trợ phát triển kinh tế-xã hội phù hợp với biến đổi khí hậu.

4.1. Kết quả dự tính xu thế biến đổi mưa lớn theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5

Theo mô hình dự báo, tại giai đoạn giữa thế kỷ (2046-2065) và cuối thế kỷ 21 (2080-2099), tần suất các sự kiện mưa lớn và mưa cực trị ở Việt Nam có xu hướng tăng rõ rệt, đặc biệt theo kịch bản RCP8.5 với mức phát thải cao. Các vùng chịu ảnh hưởng mạnh bao gồm Bắc Bộ và Trung Bộ với sự gia tăng các chỉ số R95p, Rx1d và số ngày mưa lớn trên 50mm. Điều này cho thấy nguy cơ gia tăng nguy hiểm từ các hiện tượng thời tiết cực đoan cần có các biện pháp ứng phó kịp thời.

4.2. Ứng dụng kết quả mô phỏng trong việc hoạch định chính sách khí hậu và quản lý thiên tai

Kết quả mô phỏng và dự tính xu thế mưa lớn là nguồn thông tin quan trọng giúp các cơ quan quản lý thiết kế các giải pháp phòng chống lũ lụt, sạt lở đất, lập kế hoạch phát triển hạ tầng và quản lý tài nguyên nước. Các bản đồ rủi ro thiên tai dựa trên kết quả mô hình cũng hỗ trợ nâng cao nhận thức cộng đồng, thúc đẩy các chương trình giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu và tăng cường khả năng thích ứng cho các vùng bị ảnh hưởng nặng nề.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu mô phỏng mưa lớn tại Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực

Nghiên cứu mô phỏng và dự tính xu thế biến đổi của các sự kiện mưa lớn trên khu vực Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực RegCM4 đã góp phần làm sáng tỏ xu hướng biến đổi của các hiện tượng này dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu. Mặc dù còn một số hạn chế trong dữ liệu và mô hình, các kết quả đạt được đã có giá trị khoa học và thực tiễn cao, tạo nền tảng cho các nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo. Việc tiếp tục nâng cao độ phân giải mô hình, cải tiến tham số hóa vật lý và bổ sung dữ liệu quan trắc đầy đủ sẽ giúp tăng độ chính xác và tin cậy của các dự báo trong tương lai.

5.1. Các đóng góp chính của nghiên cứu mô phỏng mưa lớn bằng RegCM4

Luận án đã đánh giá khả năng mô phỏng mưa lớn, mưa cực trị của mô hình RegCM4 tại Việt Nam và dự tính xu thế biến đổi trong thế kỷ 21 theo các kịch bản phát thải khí nhà kính. Nghiên cứu đã xác định các chỉ số tiêu biểu cho mưa lớn, đánh giá độ phù hợp của mô hình với số liệu quan trắc và cung cấp các kịch bản biến đổi khí hậu cụ thể cho khu vực nhằm nâng cao hiệu quả nghiên cứu biến đổi khí hậu cực đoan.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo và triển vọng ứng dụng

Trong tương lai, nghiên cứu cần tập trung vào việc nâng cao độ phân giải không gian, cải thiện tham số hóa các quá trình vật lý trong mô hình, đồng thời kết hợp dữ liệu vệ tinh và quan trắc mặt đất để hoàn thiện hệ thống dữ liệu đánh giá. Việc mở rộng quy mô nghiên cứu sang các loại hình thiên tai khác như lũ lụt, bão kết hợp với phân tích tác động kinh tế - xã hội sẽ giúp hoạch định chiến lược ứng phó toàn diện với biến đổi khí hậu tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang định hình lại quy luật phân bố và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan, trong đó mưa lớn và mưa cực trị là tác nhân hàng đầu gây ra các thảm họa thiên tai tàn khốc. Tại Việt Nam—quốc gia được Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) xác định là một trong những điểm nóng dễ bị tổn thương nhất—thiệt hại do thiên tai khí hậu gây ra ước tính trung bình hàng năm "tương đương 1% GDP của đất nước", với số liệu thống kê giai đoạn 1999–2009 ghi nhận "gần 500 người thiệt mạng, 700 người bị thương và 60 người mất tích do thiên tai, tổn thất kinh tế mỗi năm hơn 9.000 tỷ đồng". Mặc dù xu thế gia tăng của mưa cực đoan đã được ghi nhận trên phạm vi toàn cầu, việc mô phỏng và lượng hóa xu thế này ở quy mô địa phương gặp phải rào cản lớn do độ phân giải thô của các mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) không thể tái hiện tương tác giữa hoàn lưu gió mùa nhiệt đới và địa hình phức tạp kéo dài theo phương kinh tuyến của Việt Nam.

Khoảng trống nghiên cứu then chốt (research gap) nằm ở sự thiếu hụt các đánh giá có hệ thống về năng lực mô phỏng mưa cực trị theo bộ chỉ số chuẩn hóa quốc tế của Nhóm chuyên gia về xác định và chỉ số hóa biến đổi khí hậu (ETCCDI) bằng mô hình khí hậu khu vực (RCM), cũng như sự vắng bóng các kịch bản dự tính động lực chi tiết hóa theo thế hệ kịch bản phát thải mới nhất RCP (Representative Concentration Pathways) từ Báo cáo Đánh giá lần thứ năm (AR5) của IPCC.

Luận án tiến sĩ chuyên ngành Khí tượng và Khí hậu học (Mã số: 62 44 02 22) của tác giả Lê Như Quân (Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015) với đề tài "Nghiên cứu mô phỏng và dự tính xu thế biến đổi của các sự kiện mưa lớn trên khu vực Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực" đã giải quyết triệt để khoảng trống này thông qua việc thiết lập hai câu hỏi và giả thuyết khoa học cốt lõi:

1. Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Mô hình khí hậu khu vực RegCM4 với sơ đồ tham số hóa đối lưu tối ưu có thể tái hiện chính xác cấu trúc không gian, phân bố theo mùa và xu thế biến đổi lịch sử của các sự kiện mưa lớn, mưa cực trị trên 7 phân vùng khí hậu Việt Nam hay không?
   Giả thuyết 1 (H1): RegCM4 nắm bắt tốt các chỉ số tích lũy dài ngày (Rx5d) và phân vị (R95p, R99p) hơn là lượng mưa cực đại 1 ngày (Rx1d) do hạn chế trong việc phân giải hoàn lưu đối lưu cục bộ quy mô nhỏ.
2. Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Dưới tác động của các kịch bản nồng độ khí nhà kính đại diện RCP4.5 và RCP8.5, tần suất và cường độ của các chỉ số mưa cực trị tại các vùng khí hậu Việt Nam sẽ biến đổi như thế nào trong giai đoạn giữa thế kỷ (2046–2065) và cuối thế kỷ 21 (2080–2099)?
   Giả thuyết 2 (H2): Sự gia tăng lượng ẩm nhiệt động lực học trong khí quyển ấm lên sẽ khuếch đại cường độ mưa cực trị (R95p, R99p, Rx1d, Rx5d) phi tuyến tính so với lượng mưa trung bình năm, đặc biệt tập trung vào các vùng ven biển miền Trung và Nam Bộ.

Khung lý thuyết của công trình tích hợp giữa phương trình nhiệt động học Clausius-Clapeyron, lý thuyết đối lưu khí quyển nhiệt đới, và khung phân tích chỉ số cực trị khí hậu của ETCCDI. Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và Biển Đông với chuỗi số liệu tái phân tích lịch sử 40 năm (1961–2000) đối chiếu lưới phân giải cao APHRODITE (0.25°/0.5°), kết hợp dự tính tương lai đến năm 2099, tạo nên một công trình có ý nghĩa tiên phong và đóng góp nền tảng cho khoa học khí hậu Việt Nam.

---

Literature Review và Positioning

Tổng quan y văn quốc tế và trong nước về mưa lớn, mưa cực trị được cấu trúc qua ba dòng nghiên cứu chính:

Dòng nghiên cứu thứ nhất tập trung vào việc phân tích chuỗi số liệu quan trắc lịch sử trên quy mô toàn cầu và châu lục. Các công trình kinh điển của Frich et al. (2002), Alexander et al. (2006), và Klein Tank et al. (2006) đã xác lập xu thế gia tăng phổ biến của các chỉ số mưa cực trị như R95p (lượng mưa ngày rất ẩm) trên phần lớn các lục địa. Tuy nhiên, tồn tại một cuộc tranh luận học thuật sâu sắc: trong khi Alexander et al. (2006) ghi nhận xu thế tăng áp đảo của mưa cực trị, Frich et al. (2002) lại chỉ ra xu thế giảm đáng kể tại khu vực Đông Á và Siberia. Tại quy mô khu vực, Aguilar et al. (2009) nhận thấy sự suy giảm mưa lớn ở Tây Trung Phi, trong khi Re & Barros (2009) và Penalba & Robledo (2009) chứng minh sự gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ tại lưu vực La Plata (Nam Mỹ). Sự mâu thuẫn này nhấn mạnh rằng biến động mưa cực đoan chịu sự điều hòa mạnh mẽ bởi các cơ chế hoàn lưu quy mô lớn như Dao động Madden-Julian (MJO) (Jones et al., 2004), hệ thống gió mùa châu Á (Wang & Zhou, 2005; You et al., 2010), và dao động ENSO/PDO (Peralta-Hernández & Barba-Martínez, 2009).

Dòng nghiên cứu thứ hai liên quan đến việc ứng dụng mô hình số trị để tái tạo và dự tính mưa cực trị. Fowler et al. (2005) sử dụng mô hình khí hậu khu vực HadRM3H cho Vương quốc Anh, chỉ ra rằng mô hình nắm bắt tốt xu thế mưa cực trị tổng thể nhưng lại mô phỏng thừa (overestimate) ở địa hình núi cao phía bắc Scotland và mô phỏng thiếu (underestimate) ở miền nam nước Anh. Tương tự, Boroneant et al. (2006) khảo sát dãy Alps bằng RegCM và ghi nhận sai số hệ thống: mô hình mô phỏng thấp đối với chỉ số phân vị R90p nhưng lại có độ chính xác rất cao đối với chỉ số tích lũy Rx5d. Kunkel et al. (2002) và Bell et al. (2004) khi áp dụng RegCM cho Hoa Kỳ và California đều khẳng định khả năng tái tạo chu trình mùa của mưa lớn, mặc dù cường độ Rx1d thường bị mô phỏng cao hơn quan trắc.

Dòng nghiên cứu thứ ba tại Việt Nam trước đây chủ yếu dừng lại ở phân tích hình thế sinop gây mưa lớn (Lê Đình Quang, 2005; Cao Đăng Dư & Phùng Đức Chính, 2006) hoặc đánh giá xu thế trạm cục bộ (Vũ Thanh Hằng et al., 2009; Hồ Thị Minh Hà et al., 2011). Nghiên cứu của Phan Văn Tân & Hồ Thị Minh Hà (2008b) đã đặt nền móng đánh giá các sơ đồ tham số hóa đối lưu trong RegCM, chỉ ra tính ưu việt của sơ đồ Grell.

Luận án này định vị tại giao điểm tiên phong: lấp đầy khoảng trống giữa việc kiểm chứng năng lực chi tiết hóa động lực của mô hình RegCM4 trên nền số liệu quan trắc lưới APHRODITE và việc áp dụng đồng thời các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 để dự báo bức tranh lượng hóa mưa cực trị xuyên suốt thế kỷ 21 cho toàn bộ 7 phân vùng khí hậu Việt Nam.

---

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đóng góp quan trọng vào lý thuyết khí hậu học động lực nhiệt đới mùa thông qua các luận điểm sau:

• Kiểm chứng nguyên lý Clausius-Clapeyron trong bối cảnh gió mùa Đông Nam Á: Công trình cung cấp bằng chứng thực nghiệm khẳng định rằng trong điều kiện nóng lên toàn cầu, sự gia tăng nhiệt độ mặt nước biển và đối lưu nhiệt đới không làm tăng lượng mưa đều đặn mà khuếch đại các sự kiện mưa cực trị ngắn hạn và tập trung (R99p, Rx1d), mở rộng hiểu biết lý thuyết về sự bất đối xứng giữa lượng mưa trung bình và mưa cực đoan.
• Xác lập mô hình lý thuyết đa ngưỡng cho mưa lớn nhiệt đới: Tác giả đã chính xác hóa khái niệm mưa lớn trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa khô sâu sắc bằng định nghĩa mở rộng ba thành phần:

  "Các sự kiện được xem là mưa lớn khi lượng mưa trong 24h: 1) đạt mức 50-100mm; 2) vượt quá giá trị R95p; và 3) vượt quá giá trị R99p."

• Đóng góp vào lý thuyết tham số hóa đối lưu quy mô phụ lưới (sub-grid convective parameterization): Làm sáng tỏ cơ chế phản hồi nhiệt động giữa sơ đồ đối lưu Grell với giả thiết khép kín cân bằng tựa tĩnh Arakawa-Schubert (GAS), chứng minh khả năng tái tạo tốt các hệ thống mây đối lưu sâu gây mưa cực trị tại khu vực Đông Dương.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án kết hợp hài hòa giữa ba nền tảng lý thuyết và phương pháp luận:

1. Lý thuyết hoàn lưu quy mô lớn và tương tác địa hình: Tích hợp ảnh hưởng của dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ), dòng xiết Somali, và không khí lạnh tăng cường tràn qua dãy Trường Sơn tạo hiệu ứng nâng bẫy địa hình (orographic lifting).
2. Khung chỉ số cực trị chuẩn hóa ETCCDI kết hợp chỉ số quá trình: Sử dụng 6 chỉ số đại diện toàn diện: Rx1d (lượng mưa 1 ngày lớn nhất), Rx5d (lượng mưa 5 ngày lớn nhất), R95p (tổng lượng mưa từ các ngày vượt phân vị 95), R99p (tổng lượng mưa từ các ngày vượt phân vị 99), R50 (số ngày có lượng mưa $\ge 50\text{ mm}$), và NHS (số đợt mưa lớn liên tiếp kéo dài).
3. Phương pháp tiếp cận ngưỡng thích ứng theo phân vị (Percentile-based thresholds): Loại bỏ sai số do sự chênh lệch nền khí hậu giữa các vùng, cho phép so sánh khách quan tính chất cực đoan giữa vùng mưa nhiều (Trung Bộ) và vùng khô hạn cục bộ (Nam Trung Bộ - Ninh Thuận, Bình Thuận).

---

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

• Triết lý khoa học (Epistemological Stance): Thực chứng luận (Positivism) kết hợp với chủ nghĩa duy thực tất định động lực (Deterministic Dynamic Realism), dựa trên các quy luật bảo toàn khối lượng, động lượng, năng lượng và ẩm của phương quyển khí quyển nguyên thủy (primitive atmospheric equations).
• Thiết kế đa tầng (Multi-level & Multi-temporal Design):
  • Tầng không gian: Miền tính bao phủ Việt Nam và Biển Đông, lồng ghép động lực từ trường tái phân tích/GCM toàn cầu xuống lưới khu vực độ phân giải cao ($20–30\text{ km}$). Kết quả được tổng hợp trên 7 phân vùng khí hậu chuẩn: Tây Bắc (B1), Đông Bắc (B2), Đồng bằng Bắc Bộ (B3), Bắc Trung Bộ (B4), Nam Trung Bộ (N1), Tây Nguyên (N2), và Nam Bộ (N3).
  • Tầng thời gian: Tích phân thời gian dài hạn 40 năm lịch sử (1961–2000), chia tách thành hai thời kỳ phụ 1961–1980 và 1981–2000 để kiểm chứng khả năng phát hiện xu thế (trend detection), và hai giai đoạn tương lai: giữa thế kỷ 21 (2046–2065) và cuối thế kỷ 21 (2080–2099).

Quy trình nghiên cứu rigorous

• Cấu hình mô hình RegCM4 (ICTP):
  • Động lực học phi thủy tĩnh, hệ tọa độ thẳng đứng $\sigma$.
  • Sơ đồ tham số hóa đối lưu: Grell với giả thiết khép kín Arakawa-Schubert (GAS), dựa trên kết quả kiểm chứng thực nghiệm trước đó của Phan Văn Tân & Hồ Thị Minh Hà (2008b) cho thấy cấu hình này đạt hiệu năng vượt trội so với các sơ đồ Emanuel, GAS, GFC, và Kuo (chỉ số tương quan không gian đạt $0.61–0.64$, tối ưu hóa sai số trung bình ME và MAE).
  • Điều kiện biên và ban đầu lịch sử: Số liệu tái phân tích toàn cầu kết hợp số liệu bề mặt biển (SST).
• Bộ số liệu kiểm chứng APHRODITE (Asian Precipitation - Highly-Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation):
  • Sản phẩm mưa ngày lưới hóa phân giải cao ($0.25^\circ \times 0.25^\circ$ và $0.5^\circ \times 0.5^\circ$) do Nhật Bản phát triển, tổng hợp từ hàng ngàn trạm đo mưa bề mặt được kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt (QA/QC), loại bỏ các sai số hệ thống và bù khuyết số liệu chuẩn xác.
• Chuẩn hóa và nội suy không gian:
  • Áp dụng nguyên lý bảo toàn diện tích của Chen & Knutson (2008), toàn bộ số liệu mô phỏng và quan trắc được nội suy song tuyến tính (bilinear interpolation) về cùng một lưới phân giải chuẩn trước khi tính toán các chỉ số cực trị nhằm bảo toàn tính đại diện vật lý của ô lưới.

Data và phân tích

• Chỉ số đánh giá độ tin cậy và sai số mô hình:
  • Hệ số tương quan không gian ($R_{spatial}$) và thời gian ($R_{temporal}$).
  • Sai số trung bình (Mean Error - ME): $\text{ME} = \frac{1}{N}\sum (S_i - O_i)$
  • Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error - MAE): $\text{MAE} = \frac{1}{N}\sum |S_i - O_i|$
  • Sai số căn bình phương trung bình (Root Mean Square Error - RMSE): $\text{RMSE} = \sqrt{\frac{1}{N}\sum (S_i - O_i)^2}$
• Kiểm định ý nghĩa thống kê: Sử dụng kiểm định t-Student (Student's t-test) ở mức ý nghĩa $\alpha = 0.05$ và $\alpha = 0.10$ để xác nhận các biến đổi và xu thế có độ tin cậy khoa học, được thể hiện trực quan qua các điểm chấm trên bản đồ phân bố không gian.

---

Phát hiện đột phá và implications

               BẢNG TỔNG HỢP NĂNG LỰC MÔ PHỎNG & XU THẾ DỰ TÍNH CỦA REGCM4

Những phát hiện then chốt

1. Năng lực mô phỏng vượt trội đối với các chỉ số tích lũy dài hạn và phân vị: Mô hình RegCM4 thể hiện kỹ năng mô phỏng rất cao đối với các chỉ số Rx5d, R95p, R50 và NHS trên phần lớn lãnh thổ, đặc biệt tái hiện chính xác tâm mưa cực đại tại khu vực Bắc Trung Bộ (B4) và Nam Trung Bộ (N1) với hệ số tương quan không gian cao ($R > 0.70$) và sai số RMSE ở mức chấp nhận được.
2. Quy luật sai số có tính hệ thống đối với cực trị quy mô ngày (Rx1d, R99p): Tương tự phát hiện của Fowler et al. (2005) và Boroneant et al. (2006), RegCM4 có xu hướng mô phỏng quá (overestimate) lượng mưa cực trị ngày tại một số khu vực địa hình núi hiểm trở do hiệu ứng làm mịn độ cao ô lưới, nhưng lại mô phỏng thiếu (underestimate) nhẹ đối với các giá trị R99p cực đoan nhất trong mùa khô.
3. Sự dịch chuyển mùa và phân hóa không gian của mưa cực trị lịch sử (1981–2000 so với 1961–1980): Số liệu quan trắc và mô phỏng đồng thuận ghi nhận sự suy giảm nhẹ của mưa cực trị trong mùa hè tại Bắc Bộ, nhưng gia tăng rõ rệt về tần suất và cường độ trong mùa thu và mùa đông tại các tỉnh Trung Bộ và Nam Bộ.
4. Dự tính gia tăng khốc liệt của mưa cực trị trong thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5: Đến cuối thế kỷ 21 (2080–2099), dưới kịch bản phát thải cao RCP8.5, chỉ số R95p và R99p tăng từ $20%$ đến hơn $40%$ trên hầu hết các phân vùng. Cường độ mưa 1 ngày lớn nhất (Rx1d) và 5 ngày lớn nhất (Rx5d) tăng mạnh nhất ở dải ven biển Trung Bộ, trong khi số ngày mưa lớn (R50) tăng từ 3 đến 8 ngày/năm.

Implications đa chiều

• Đóng góp lý thuyết: Khẳng định tính khả thi của việc sử dụng mô hình khí hậu khu vực để chi tiết hóa động lực các hiện tượng khí hậu cực đoan tại vùng nhiệt đới gió mùa phức tạp, cung cấp bộ thông số vật lý tối ưu (Grell-Arakawa-Schubert) cho các nghiên cứu mô hình hóa tiếp theo tại Đông Nam Á.
• Đổi mới phương pháp luận: Thiết lập quy trình chuẩn mực về kiểm định mô hình kết hợp số liệu lưới APHRODITE và bộ chỉ số ETCCDI, cung cấp khung đánh giá sai số toàn diện (ME, MAE, RMSE, tỷ lệ ô lưới đồng pha xu thế).
• Ứng dụng thực tiễn và chính sách:
  • Cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp cho Bộ Tài nguyên và Môi trường trong việc cập nhật Kịch bản Biến đổi Khí hậu và Nước biển dâng cho Việt Nam.
  • Định hình lại tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy lợi, hệ thống thoát nước đô thị, đê điều và hồ chứa thủy điện: các tiêu chuẩn thoát nước tính toán theo chu kỳ lặp (return period) cần nâng hệ số an toàn thêm $15–30%$ để thích ứng với mức tăng của Rx1d và Rx5d.
  • Cung cấp dữ liệu đầu vào độ phân giải cao cho các mô hình thủy văn - thủy lực mô phỏng lũ quét và sạt lở đất tại các lưu vực sông trọng điểm miền Trung.

---

Limitations và Future Research

• Hạn chế về số lượng mô hình và bất định điều kiện biên (Single-model limitation): Luận án chỉ sử dụng một mô hình khí hậu khu vực duy nhất (RegCM4) lồng ghép trong một tập điều kiện biên GCM, do đó chưa lượng hóa đầy đủ tính bất định phát sinh từ cấu trúc mô hình (model structural uncertainty) và sai số kế thừa từ mô hình toàn cầu.
• Độ phân giải ngang ($20–30\text{ km}$): Mặc dù đã cải thiện đáng kể so với GCM, độ phân giải này vẫn chưa cho phép chạy ở chế độ cho phép đối lưu (convection-permitting scale, $<4\text{ km}$), dẫn đến việc vẫn phải phụ thuộc vào các sơ đồ tham số hóa đối lưu quy mô phụ lưới.
• Định hướng nghiên cứu tương lai:
  1. Xây dựng hệ thống tổ hợp đa mô hình khí hậu khu vực (Multi-RCM Ensemble) như RegCM, WRF, CCAM, PRECIS nhằm giảm thiểu sai số hệ thống và cung cấp dự báo xác suất.
  2. Nâng cao độ phân giải siêu cao ($1–3\text{ km}$) cho các vùng địa hình phức tạp nhằm giải quyết trực tiếp động lực mây đối lưu mà không cần tham số hóa.
  3. Tích hợp mô hình khí hậu khu vực với mô hình hoàn lưu đại dương (coupled Regional Ocean-Atmosphere Models) để mô phỏng tương tác biển - khí quyển và bão nhiệt đới chính xác hơn.

---

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật (Academic Impact): Công trình là tài liệu tham khảo nền tảng trong lĩnh vực mô hình hóa khí hậu tại Việt Nam, mở ra hướng nghiên cứu chuyên sâu về chỉ số cực trị khí hậu động lực; đóng góp dữ liệu cho các mạng lưới nghiên cứu khí hậu khu vực như CORDEX Đông Nam Á (SEACLIVAR/CORDEX-SEA).
• Chuyển đổi quy hoạch ngành (Sectoral Transformation): Tạo cơ sở dữ liệu số hóa phục vụ chuyển đổi lịch thời vụ nông nghiệp, quy hoạch tiêu thoát nước các đô thị lớn (Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà Nẵng) và tái thiết kế hạ tầng giao thông huyết mạch qua miền Trung.
• Chính sách quốc gia: Đóng góp trực tiếp vào Chương trình Mục tiêu Quốc gia ứng phó với Biến đổi Khí hậu, Chiến lược Quốc gia về Phòng chống Thiên tai đến năm 2030, tầm nhìn 2050, giúp tối ưu hóa việc phân bổ hàng nghìn tỷ đồng ngân sách đầu tư công trình phòng hộ.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giảng viên ngành Khí tượng, Thủy văn, Hải dương học: Tiếp cận phương pháp luận chi tiết hóa động lực, kỹ thuật xử lý số liệu lưới APHRODITE, và quy trình tính toán 27 chỉ số ETCCDI.
• Kỹ sư Thủy lợi và Xây dựng Công trình: Sử dụng các giá trị dự tính Rx1d, Rx5d theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 để tính toán lưu lượng lũ thiết kế cho đập tràn, hồ chứa, và cầu cống.
• Các nhà Hoạch định Chính sách và Ban Chỉ huy Phòng chống Thiên tai: Nắm bắt chính xác các phân vùng có nguy cơ cao về mưa cực đoan (B4, N1) để xây dựng phương án di dời dân cư, cảnh báo sớm lũ quét và sạt lở đất.

---

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Luận án đã mở rộng lý thuyết nhiệt động học đối lưu nhiệt đới bằng việc thiết lập khung định nghĩa mưa lớn đa tiêu chí kết hợp giữa ngưỡng tuyệt đối ($50–100\text{ mm/24h}$) và ngưỡng phân vị thích ứng địa phương (R95p, R99p). Điều này giải quyết bài toán mâu thuẫn lý thuyết khi áp dụng các chỉ số cực trị tại các vùng có mùa khô sâu sắc, chứng minh rằng sự ấm lên toàn cầu thúc đẩy sự gia tăng bất đối xứng của mưa cực trị vượt trội so với lượng mưa trung bình theo quan hệ Clausius-Clapeyron.

2. Đổi mới phương pháp luận so với các nghiên cứu quốc tế trước đây thể hiện ở điểm nào?

So với nghiên cứu của Fowler et al. (2005) tại Anh (dùng HadRM3H) và Kunkel et al. (2002) tại Mỹ (dùng RegCM2), luận án đã thực hiện một bước tiến phương pháp luận: kết hợp mô hình RegCM4 với sơ đồ đối lưu Grell - Arakawa-Schubert (GAS), kiểm chứng trên chuỗi số liệu lưới hóa quan trắc APHRODITE độ phân giải cao thay vì số liệu trạm thưa thớt, và áp dụng đồng thời hai kịch bản nồng độ đại diện mới nhất thời điểm đó là RCP4.5 và RCP8.5 xuyên suốt giai đoạn 1961–2099.

3. Phát hiện nào gây bất ngờ nhất và bằng chứng dữ liệu chứng minh là gì?

Phát hiện bất ngờ nhất là sự suy giảm nhẹ của lượng mưa cực trị trong mùa hè tại Bắc Bộ trong giai đoạn lịch sử 1981–2000, trái ngược với xu thế tăng chung của toàn cầu, nhưng lại đi kèm sự gia tăng đột biến về cường độ mưa mùa thu - đông tại Trung Bộ. Bằng chứng thể hiện qua sự đồng pha giữa quan trắc APHRODITE và mô phỏng RegCM4 trên bản đồ xu thế không gian, với mức tăng R95p vượt mức $+15%$ tại dải ven biển Trung Bộ đạt ý nghĩa thống kê ($p < 0.05$).

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập nghiên cứu (Replication Protocol) hay không?

Có. Luận án mô tả chi tiết toàn bộ tham số cấu hình của mô hình RegCM4 (miền tính, số tầng sigma, bước thời gian $\Delta t$, sơ đồ tham số hóa Grell-GAS), đường dẫn và cấu trúc bộ số liệu đầu vào tái phân tích, bộ số liệu APHRODITE, cùng công thức toán học tường minh của 6 chỉ số ETCCDI và 4 chỉ số thống kê sai số (ME, MAE, RMSE, Hệ số tương quan), đảm bảo khả năng tái lập hoàn toàn trên các hệ thống tính toán hiệu năng cao.

5. Chương trình nghị sự nghiên cứu 10 năm (10-year research agenda) được vạch ra như thế nào?

Chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo tập trung vào ba trọng tâm:

1. Phát triển mô hình khí hậu khu vực độ phân giải đối lưu ($1–3\text{ km}$, Convection-Permitting Models - CPM).
2. Xây dựng tổ hợp đa mô hình động lực - thống kê (Multi-model ensemble) phục vụ dự báo xác suất cực trị.
3. Tích hợp mô hình khí hậu - thủy văn - ngập lụt theo thời gian thực phục vụ cảnh báo sớm thiên tai thông minh.

---

Kết luận

1. Luận án đã chuẩn hóa và ứng dụng thành công hệ thống 6 chỉ số mưa lớn, mưa cực trị (Rx1d, Rx5d, R95p, R99p, R50, NHS) trên 7 phân vùng khí hậu Việt Nam.
2. Chứng minh mô hình RegCM4 với sơ đồ đối lưu Grell-GAS có kỹ năng mô phỏng xuất sắc đối với các đặc trưng mưa cực trị tích lũy nhiều ngày và mưa phân vị (Rx5d, R95p), xác lập độ tin cậy khoa học của mô hình.
3. Lượng hóa chi tiết bức tranh biến đổi lịch sử (1961–2000), khẳng định tính phân hóa không gian mạnh mẽ và sự gia tăng rõ nét của mưa cực trị tại miền Trung và miền Nam.
4. Dự tính động lực chi tiết xu thế mưa cực trị thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5, chỉ ra mức tăng từ $15%$ đến hơn $40%$ của các chỉ số R95p, R99p, Rx1d vào giai đoạn 2080–2099.
5. Cung cấp luận cứ khoa học then chốt phục vụ công tác quy hoạch hạ tầng, xây dựng chiến lược quốc gia về phòng chống thiên tai và thích ứng hiệu quả với biến đổi khí hậu tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MƯA LỚN VÀ MƯA CỰC TRỊ 1. Tác động của các hiện tượng cực đoan và mưa lớn Qua bốn bản báo cáo đánh giá chính thức của Uỷ ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC): Báo cáo lần thứ nhất (FAR) công bố năm 1990, báo cáo lần thứ hai (SAR) công bố năm 1995, báo cáo lần thứ ba (TAR) công bố năm 2001 và báo cáo lần thứ tư (AR4) công bố năm 2007, có thể thấy biến đổi khí hậu có những diễn biến phức tạp đặc biệt là các hiện tượng khí hậu cực đoan như mưa lớn, bão, dông mạnh. Hiện tại, báo cáo lần thứ năm (AR5) của IPCC đã được hoàn thành, đây là báo cáo toàn diện nhất về biến đổi khí hậu kể từ khi AR4 được công bố.

AR5 nhấn mạnh nhiều hơn vào việc đánh giá các khía cạnh kinh tế - xã hội của biến đổi khí hậu và những tác động của nó đối với phát triển bền vững. AR5 được hoàn thành với sự đóng góp không nhỏ từ nhóm nghiên cứu thứ nhất của IPCC, báo cáo này đã được công bố bởi [Thomas Stocker và cộng sự, 2013]. Bản báo cáo của nhóm nghiên cứu thứ nhất cung cấp các bằng chứng khoa học về những biến đổi của khí hậu trong tương lai dựa trên bộ kịch bản phát thải toàn cầu mới là “Đường nồng độ đại diện” (Representative Concentration Pathway - RCP). Bộ kịch bản phát thải RCPs có một số nét khác biệt cơ bản so với bộ kịch bản phát thải cũ, SRES (Special Report on Emission Scenarios), đã được công bố trong báo cáo chuyên đề về các kịch bản phát thải của IPCC vào năm 2000.

RCPs có những kịch bản ngắn hạn (đến năm 2035) với độ chi tiết cao và những kịch bản dài hạn (tới năm 2300) với mức chi tiết thấp hơn, phù hợp hơn với những nghiên cứu biến đổi khí hậu dài hạn. Đồng thời các kịch bản RCPs có tính đến chính sách khí hậu cũng như thích ứng với biến đổi khí hậu. Những diễn biến bất thường của các hiện tượng khí hậu cực đoan đặc biệt là hiện tượng mưa lớn, mưa cực trị bắt đầu được cộng đồng khoa học quan tâm nghiên cứu từ khi IPCC công bố FAR. Tuy nhiên, theo đánh giá của [Penalba và Robledo, 2009] thì số lượng nghiên cứu về các hiện tượng cực đoan và mưa lớn thời kỳ này chưa nhiều và chưa có những đánh giá sâu về diễn biến trong tương lai của các hiện 17 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] tượng cực đoan.

Tần suất xuất hiện của hiện tượng mưa lớn, mưa cực trị tương đối thấp nhưng lại có tác động mạnh tới con người, kinh tế - xã hội và môi trường. Do vậy, trong thời gian gần đây mối quan tâm của cộng đồng khoa học đến hiện tượng mưa lớn ngày càng tăng, số lượng các công trình nghiên cứu về hiện tượng này ngày càng nhiều. Thiệt hại do các hiện tượng cực đoan và mưa lớn Thiệt hại kinh tế liên quan đến các hiện tượng khí hậu cực đoan có thể được chia thành chi phí cho tác động trực tiếp hay gián tiếp đến con người, xã hội, hệ sinh thái và các chi phí để thích ứng với những biến đổi của các hiện tượng này. Từ năm 1960 đến 2011 ở nước Mỹ trung bình mỗi năm các hiện tượng cực đoan gây thiệt hại khoảng 13 tỷ đô la trong đó 10,5 tỷ đô la thiệt hại về tài sản và 2,5 tỷ đô la thiệt hại trong nông nghiệp.

Ngoài thiệt hại về kinh tế, các hiện tượng này còn làm khoảng 600 người thiệt mạng và hơn 4.000 người bị thương mỗi năm. Số liệu từ cổng thông tin điện tử của Văn phòng thường trực Ban chỉ đạo phòng chống lụt bão trung ương Việt Nam cho thấy từ năm 1999 đến năm 2009 trung bình hàng năm có gần 500 người thiệt mạng, 700 người bị thương và 60 người mất tích do thiên tai. Tổn thất về kinh tế mỗi năm ước tính hơn 9.000 tỷ đồng tương đương với khoảng 1% tổng sản phẩm quốc nội (GDP) (Hình 1. Như vậy, thiệt hại do thiên tai gây ra đối với con người và xã hội là rất lớn, đặc biệt là từ các hiện tượng liên quan đến mưa lớn như: lũ lụt, bão, dông mạnh, sạt lở, sét.

Theo số liệu của Viện nghiên cứu thảm họa và tính tổn thương cho thấy thiệt hại do các hiên tượng này chiếm hơn 60% tổng thiệt hại do các loại hình thiên tai gây ra [Hazrds and Vulnerability Research Institute, 2011]. Không những thế, chi phí sẽ tăng lên đáng kể khi tính đến sự biến đổi của các hiện tượng cực đoan trong tương lai. [Fowler và cộng sự, 2005] cho biết hàng năm chính phủ nước Anh phải dành hơn 300 triệu bảng cho việc chống lũ. Số tiền này có thể sẽ tăng thêm 200 triệu bảng khi tính đến sự biến đổi của khí hậu trong tương lai.

Theo ước tính từ Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu năm 2007 thì tới năm 2030, chi phí cho việc ứng phó với sự biến đổi của các hiện tượng cực đoan trong đó có mưa lớn khoảng từ 48 đến 171 tỷ 18 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] đô la/năm đối với các nước phát triển và từ 28 đến 67 tỷ đô la/năm đối với các nước đang phát triển (theo giá đô la năm 2005). Trung bình toàn cầu, thiệt hại kinh tế do hiện tượng cực đoan khí hậu và mưa lớn (Hình 1.1, a) có xu thế tăng lên và có biến động lớn giữa các năm. Tổng thiệt hại ở các nước phát triển cao hơn so với các nước đang phát triển. Châu Mỹ chịu thiệt hại lớn nhất về kinh tế khoảng 54,6% tổng thiệt hại toàn cầu, tiếp đó là Châu Á 27,5% và Châu Âu là 15,9%.

Châu Phi gánh chịu 0,6% trong tổng thiệt hại về kinh tế toàn cầu do thiên tai gây ra. Tuy nhiên, số người thiệt mạng do thiên tai và thiệt hại được tính theo tỷ lệ với GDP thì con số này ở các nước đang phát triển cao hơn so với các nước phát triển. Trong thời kỳ 1970-2008, trên 95% người chết do thảm họa tự nhiên là ở các nước đang phát triển. Thống kê trong thời kỳ 2001 đến 2006, tỷ lệ giữa thiệt hại kinh tế do thiên tai với GDP ở các nước thu nhập trung bình là khoảng 1%.

Trong khi đó, tỷ lệ này là khoảng 0,3% GDP với các nước thu nhập thấp và dưới 0,1% GDP đối với các nước thu nhập cao, các nước phát triển. Trong thời kỳ từ năm 2000 đến 2008, Châu á được ghi nhận là khu vực có số lượng thiên tai xảy ra nhiều nhất. Thiệt hại vật chất trung bình hàng năm trong thập kỷ 90 do các hiện tượng khí hậu và thời tiết cực đoan gây ra tăng gấp 8 lần so với thập kỷ 60. [Field và cộng sự, 2012] Tỷ USD (a) (b) Tổng thiệt hại Bảo hiểm thiệt hại Hình 1.

Thiệt hại kinh tế do thiên tai, (a) Trung bình toàn cầu [Field và cộng sự, 2012], (b) Việt Nam (www.vn) 19 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Một trong những hệ quả của các sự kiện mưa lớn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến con người và môi trường là hiện tượng lũ lụt và sạt lở đất. [Kunkel và cộng sự, 1999] cho rằng những năm gần đây các sự kiện mưa lớn là nguyên nhân của nhiều trận lũ gây những thiệt hại nghiêm trọng cho khu vực Bắc Mỹ. Trận lũ năm 1993 ở thượng lưu của lưu vực sông Mississippi được đánh giá là trận lũ có sức tàn phá mạnh nhất, gây thiệt hại khoảng 14 tỷ đô la. Nhiều trận lũ nghiêm trọng khác liên quan đến mưa lớn như ở California và Nevada vào tháng 1 năm 1997, ở Quebec vào tháng 7 năm 1996… [Jones và cộng sự, 2004] thống kê được riêng trong năm 2002 có 49 người thiệt mạng, 88 người bị thương, thiệt hại về tài sản và cây trồng là hơn 737,5 triệu đô la do lũ lụt tại 50 tiểu bang của Mỹ.

Tại Trung Quốc, các trận lũ năm 1998 gây thiệt hại về kinh tế lên đến 36 tỷ đô la và ảnh hưởng đến hơn 3.000 người ở lưu vực sông Dương Tử thuộc phía nam Trung Quốc và một vài sông ở phía bắc Trung Quốc. Tại Việt Nam, theo Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia trong 16 năm từ năm 1990-2005 đã xảy ra gần 300 trận lũ quét gây nên những tổn thất vô cùng lớn: trên 950 người bị thiệt mạng, hơn 600 người bị thương, ảnh hưởng đến gần 200.000 ha diện tích đất nông nghiệp và gây thiệt hại gần 2. Những trận lũ quét năm 1990 gây thiệt hại lớn nhất lên đến gần 300 tỷ đồng. Mưa lớn là một trong những hiện tượng nguy hiểm đôi khi kèm theo sét, mưa đá, gió mạnh, khi kết hợp với địa hình dốc thường kéo theo lũ quét.

Hiện tượng lũ quét có xu hướng xuất hiện ngày càng nhiều, nhiều trận lũ xảy ra liên tiếp, dồn dập, và có sức tàn phá lớn. Như vậy, ngoài những tác động trực tiếp mưa lớn còn gây ra những ảnh hưởng gián tiếp đến xã hội, con người và nền kinh tế. [Mason và cộng sự, 1999] cho rằng những ảnh hưởng lâu dài của sự gia tăng về cường độ và tần suất của các sự kiện mưa lớn tới lũ lụt cần được nghiên cứu nghiêm túc. Chi phí cho việc thích ứng với sự biến đổi của khí hậu và các hiện tượng cực đoan trong đó có mưa lớn là không nhỏ.

Chỉ xét trên khía cạnh thiệt hại kinh tế có thể thấy các hiện tượng cực đoan và mưa lớn gây thiệt hại nặng nề cho nền kinh tế toàn cầu đặc biệt là những nước đang phát triển như Việt Nam do khả năng ứng 20 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] phó thấp, năng lực dự báo và dự tính còn hạn chế. Do vậy, các nghiên cứu dự tính sự biến đổi trong tương lai của các hiện tượng cực đoan, đặc biệt là hiện tượng mưa lớn, là rất cần thiết. Đề tài “Nghiên cứu mô phỏng và dự tính xu thế biến đổi của các sự kiện mưa lớn trên khu vực Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực” được đặt ra sẽ cung cấp những thông tin cần thiết và góp phần nâng cao năng lực dự tính sự biến đổi của mưa lớn, mưa cực trị trong tương lai cho Việt Nam. Sự quan tâm của cộng đồng khoa học về hiện tượng mưa lớn Trên thế giới, nhiều hội thảo, hội nghị được tổ chức, nhiều công trình nghiên cứu được thực hiện về những hiện tượng cực đoan và mưa lớn.

Một trong những hội nghị đầu tiên về hiện tượng khí hậu cực đoan là hội nghị được tổ chức tại Asheville, bắc Carolina, Mỹ vào năm 1997.