MỞ ĐẦU Trong nghiên cứu và dự báo khí hậu, ngƣời ta thƣờng quan tâm đến các đặc trƣng của hai yếu tố đó là nhiệt độ và lƣợng mƣa. Các giá trị nhiệt độ và lƣợng mƣa tháng bao gồm giá trị tối thấp, giá trị trung bình, giá trị tối cao. Hiện nay, theo số liệu quan trắc toàn cầu cho thấy nhiệt độ trái đất đang tăng lên và tăng lên với tốc độ lớn. Sự phân bố nhiệt độ, phân bố dòng năng lƣợng và phân bố mƣa trên thế giới đều biến đổi.
Sự phân bố đó ở Việt Nam diễn ra nhƣ thế nào?. Hoàn lƣu khí quyển, hoàn lƣu ở biển và đại dƣơng cũng biến đổi dẫn đến có sự phân bố lại trƣờng nhiệt độ và lƣợng mƣa đối với các khu vực trên thế giới. Sự phân bố lại này có ảnh hƣởng đến sự phân bố, sự biến đổi của nhiệt độ và lƣợng mƣa theo không gian và thời gian ở Việt Nam ra sao?. Trong một hội nghị của Ban liên Chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) nhiều tác giả đã khẳng định xu thế chung của biến đổi khí hậu hiện nay là xuất hiện ngày càng nhiều các hiện tƣợng khí tƣợng cực đoan cả về cƣờng độ và tần suất theo không gian và thời gian.
Để hiểu biết và nắm chắc đặc điểm, quy luật thay đổi, xu thế biến đổi, sự phân hóa theo kinh độ, vĩ độ và độ cao, sự biến đổi theo thời gian về nhiệt độ và lƣợng mƣa cũng nhƣ nghiên cứu và dự báo tốt đƣợc các yếu tố này là việc không dễ trong điều kiện biến đổi khí hậu nhƣ hiện nay. Ở Việt Nam, trong những năm qua đã có một số đề tài tập trung nghiên cứu và dự báo đối với nhiệt độ và lƣợng mƣa tháng, mùa và đã thu đƣợc một số kết quả khả quan. Mỗi nghiên cứu khác nhau là một cách tiếp cận khác nhau. Do đó, để giải quyết phần nào các câu hỏi ở trên, tôi đã chọn tên đề tài là: “Cấu trúc không - thời gian của nhiệt độ và lượng mưa tháng ở Việt Nam trong các thập kỷ gần đây và thử nghiệm dự báo”.
9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 TỔNG QUAN I. Một số khái niệm chung Diễn biến của khí hậu là những dao động mang tính quy luật, tuy nhiên trên thực tế lại không diễn ra một cách ổn định. Tính "thất thường" của khí hậu, đặc biệt là diễn biến của thiên tai đã có những tác động mạnh mẽ đến việc lập kế hoạch sản xuất hàng năm và gây ra những thiệt hại nặng nề cho đời sống xã hội. Những khái niệm về mùa, vụ sản xuất thƣờng đƣợc hình thành một cách tƣơng đối, từ trạng thái trung bình nhiều năm của khí hậu.
Vì thế, nếu biết trƣớc mức độ biến động của khí hậu (chênh lệch so với chuẩn hay chuẩn sai), sẽ cho phép tìm đƣợc các biện pháp thích ứng cho công tác quản lý, chỉ đạo thực hiện kế hoạch các mùa, vụ sản xuất hàng năm, cũng nhƣ các kế hoạch dài hạn khác. Đó chính là yêu cầu đối với công tác dự báo khí hậu. Trƣớc đây, do chƣa có đƣợc những hiểu biết đầy đủ, đặc biệt về mối tƣơng tác giữa đại dƣơng và khí quyển nên ngƣời ta cho rằng dự báo khí tƣợng không thể vƣợt quá thời hạn 10 ngày. Sự phát triển của khoa học, đặc biệt các kỹ thuật viễn thám, kỹ thuật tính toán trong những thập kỷ gần đây đã tạo cơ sở khoa học tin cậy cho sự ra đời các mô hình mô phỏng ngày càng chính xác hơn về các quá trình vận động của khí quyển, của đại dƣơng và mối quan hệ tƣơng tác giữa chúng.
Những kết quả nghiên cứu, thực nghiệm về hiện tƣợng El Niño, La Nina và dao động Nam (Southern Osillation - SO) tức là ENSO đã có tác động mạnh mẽ đến việc phát triển các phƣơng pháp dự báo khí hậu, mở ra khả năng nâng cao độ chính xác và kéo dài thời hạn dự báo. Khái niệm về dự báo khí hậu mới chỉ hình thành rõ nét trong vài thập kỷ gần đây nhƣng cũng đã có nhiều quan niệm khác nhau. Nhiều ngƣời cho rằng, dự báo khí hậu phải là dự báo những biến động khí hậu có chu kỳ kéo dài từ nhiều năm tới hàng thập kỷ, thậm chí hàng thế kỷ. Còn những biến động có chu kỳ dƣới một năm đƣợc gọi chung là dự báo khí tƣợng hạn dài, ít nhiều gắn bó hơn với dự báo thời tiết.
Tuy nhiên, bản chất của khí quyển về cơ bản là rất hỗn loạn, vì thế không hi vọng dự báo đƣợc chính xác vị trí và thời gian của các hiện tƣợng thời tiết đơn lẻ trƣớc 15 ngày. Những thay đổi rất nhỏ ở trạng thái ban đầu 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com của khí quyển sẽ lớn lên và trở thành những khác biệt rất lớn của thời tiết sau 10 - 14 ngày. Do đó, Mỹ và một số nƣớc khác đã coi các loại dự báo từ hai tuần trở lên đều là dự báo khí hậu. Mặc dầu vậy, theo quan điểm khí hậu hiện đại, ở Việt Nam, ngƣời ta coi dự báo khí hậu là dự báo từ tháng, mùa, năm trở lên và nghiên cứu dự báo, ra thông báo khí hậu cũng theo thời hạn đó.
Ngƣời ta cũng thống nhất quan điểm coi dự báo mùa chính là đối tƣợng trung tâm của dự báo khí hậu. Nhìn chung, dự báo khí hậu khác với dự báo thời tiết hàng ngày không chỉ ở phạm vi thời gian, mục đích, mà cả sản phẩm, cách tiếp cận và phƣơng pháp. Có nhiều thông tin mà dự báo thời tiết bỏ qua thì dự báo khí hậu phải tính toán rất thận trọng. Sản phẩm của dự báo thời tiết bao gồm nhiều yếu tố khí tƣợng khác nhau với các mức độ định lƣợng khác nhau và thƣờng là xác định thời tiết hàng ngày.
Dự báo khí hậu thƣờng dự báo xu hƣớng và mức độ dao động xung quanh giá trị trung bình nhiều năm (hoặc giá trị trung bình chuẩn) dƣới dạng giá trị chuẩn sai hoặc xác suất xuất hiện của hai yếu tố khí hậu cơ bản, đó là nhiệt độ và lƣợng mƣa. Các hiện tƣợng khí tƣợng đặc biệt có liên quan nhƣ bão - áp thấp nhiệt đới, mƣa lớn - lũ lụt, nắng nóng - khô hạn,. cũng đang đƣợc đặt ra trong nghiên cứu dự báo khí hậu, nhằm đáp ứng ngày càng nhiều các nhu cầu quản lý và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội trong các điều kiện thời tiết - khí hậu dị thƣờng có thể xảy ra trên lãnh thổ. Mục tiêu của các mô hình dự báo thời tiết là dự báo chính xác thời tiết, vì vậy mô hình thời tiết phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện ban đầu và khả năng giải các phƣơng trình tính toán những biến động ngắn hạn.
Còn mô hình khí hậu thì dựa vào số liệu đặc trƣng cho những điều kiện biến động cỡ tháng, mùa và năm. Ngoài các tham số khí hậu thông thƣờng các mô hình khí hậu còn bao gồm một số tham số khác về bề mặt nƣớc biển, băng biển, mây, bức xạ,. Nhƣ trên đã nói, sản phẩm dự báo khí hậu thƣờng là chuẩn sai hoặc xác suất xuất hiện các “pha” của đối tƣợng dự báo. Có ba pha cơ bản là trên (vƣợt) chuẩn, lân cận (xấp xỉ) chuẩn và dƣới (hụt) chuẩn.
Ở đây chuẩn khí hậu chính là giá trị trung bình đƣợc tính cho thời kỳ nhất định đƣợc coi là thời kì chuẩn. Theo Tổ chức Khí tƣợng thế giới (WMO) thời kì chuẩn đƣợc chọn là 1961 - 1990. Hai yếu tố cơ bản mà dự báo khí hậu thƣờng phải thực hiện là nhiệt độ và lƣợng mƣa. Một số hiện tƣợng khí tƣợng đặc biệt khác có liên quan đến thiên tai nhƣ hoạt động của bão - áp thấp nhiệt đới, các đợt mƣa lớn liên quan đến lũ lụt, các 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đợt nắng nóng không mƣa liên tục có khả năng gây hạn cục bộ,.
cũng đang đƣợc đặt ra trong nghiên cứu dự báo khí hậu, nhằm đáp ứng các nhu cầu quản lý và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội trong các điều kiện thời tiết - khí hậu dị thƣờng có thể xảy ra trên lãnh thổ. Dự báo thời tiết và dự báo khí hậu phân biệt nhau không chỉ ở thời đoạn dự báo mà cả ở phƣơng pháp thực hiện. Dự báo khí hậu đƣợc phân ra thành các loại hình dự báo khí hậu khác nhau dựa vào đặc điểm biến động của khí hậu. Các biến động khí hậu đƣợc chia thành ba loại chính: - Biến động có bƣớc sóng tƣơng đối ngắn (khoảng từ 1 tháng đến dƣới 1 năm) chủ yếu là các biến động có tính chất mùa nhƣ hạn hán, lũ, bão, dao động Madden - Julian, … - Biến động có bƣớc sóng cỡ năm hay dao động hàng năm, chu kỳ từ 1 năm tới một vài thập kỉ, nhƣ hiện tƣợng ENSO.
- Biến động có bƣớc sóng kéo dài hàng thập kỉ đến thế kỉ, ví dụ nhƣ biến động của bức xạ mặt trời, hoàn lƣu nƣớc sâu, khí nhà kính (GHG). Dựa vào các loại biến động khí hậu nêu trên, dự báo khí hậu cũng đƣợc phân thành ba loại: hạn ngắn, hạn vừa và hạn dài. - Dự báo khí hậu hạn ngắn có thời hạn dự báo dƣới một năm, đối tƣợng chính là dự báo mùa. Quan niệm về mùa trong dự báo khí hậu hiện nay trên thế giới là thời kì ba tháng liên tiếp.
- Dự báo khí hậu hạn vừa có thời hạn dự báo cỡ từ một năm trở lên tới vài thập kỉ - Dự báo khí hậu hạn dài với thời hạn dự báo từ thập kỉ tới hàng thế kỉ. Dự báo đƣợc tiến hành phổ biến ở nƣớc ta hiện nay là dự báo khí hậu hạn ngắn. Dự báo hạn vừa chủ yếu chỉ đƣợc thực hiện trong dự báo hiện tƣợng ENSO, còn dự báo khí hậu hạn dài thƣờng đƣợc đề cập đến trong các nghiên cứu về biến đổi khí hậu. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Hiện nay, trên thế giới mô hình số ngày càng đƣợc ứng dụng nhiều cho lĩnh vực dự báo mùa vì những tính năng ƣu việt của nó.
Thay vì sử dụng quan hệ toán học nhƣ trong dự báo thống kê, phƣơng pháp mô hình hóa sử dụng quan hệ 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vật lý đã thể hiện đƣợc tính vƣợt trội trong việc nắm bắt đƣợc sát hơn trạng thái thực của khí quyển. Do vậy, mô hình hóa dần chiếm ƣu thế chủ đạo, đóng góp nhiều cho dự báo.