Nghiên cứu dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu dự báo hạn mùa và xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực, cung cấp thông tin hữu ích cho nông nghiệp.

• Tác giả: Vũ Văn Khương
• 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 dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm và định nghĩa về gió mùa
• 1.2. Những nhân tố hình thành gió mùa
• 1.3. Khái niệm về không khí lạnh
• 1.4. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.6. Nhận xét chung
• 1.7. Số liệu và phương pháp
• 1.7.1. Số liệu quan trắc các đợt KKL ở Việt Nam
• 1.7.2. Số liệu tái phân tích ERA - Interim. Khu vực tính toán số liệu
• 1.7.3. Số liệu dự báo từ các mô hình khu vực
• 1.7.4. Giới thiệu sơ bộ chung về hai mô hình RegCM và WRF
• 1.7.5. Mô tả cách thực hiện chạy dự báo
• 1.7.6. Số liệu mô hình được sử dụng trong luận văn
• 1.7.7. Các chỉ tiêu xác định KKL xâm nhập
• 1.7.8. Phương pháp dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực
• 1.7.9. Phương pháp đánh giá
• 1.7.10. Sai số trung bình hay sai số hệ thống ME
• 1.7.11. Sai số trung bình tuyệt đối MAE
• 1.7.12. Hệ số tương quan
• 1.8. Kết quả và thảo luận
• 1.8.1. Thử nghiệm xác định các đợt KKL theo các chỉ tiêu thực nghiệm
• 1.8.2. Các chỉ tiêu khác
• 1.8.3. Thử nghiệm xây dựng chỉ tiêu xác định các đợt KKL cho Việt Nam dựa trên số liệu tái phân tích ERA interim
• 1.8.4. Chỉ tiêu xác định thời gian kết thúc của một đợt không khí lạnh
• 1.8.5. Thử nghiệm áp dụng bộ chỉ tiêu để dự báo số đợt KKL cho Việt Nam dựa trên số liệu sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực cho ba mùa đông (từ tháng 9 năm 2012 đến hết tháng 6 năm 2015)
• 1.8.5.1. Mô hình RegCM
• 1.8.5.2. Mô hình WRF
• 1.9. Nhận xét chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu dự báo hạn mùa xâm nhập lạnh đến Việt Nam

Nghiên cứu dự báo hạn mùa xâm nhập lạnh đến Việt Nam là một lĩnh vực quan trọng trong khí tượng học. Việc hiểu rõ về các đợt không khí lạnh (KKL) và tác động của chúng đến thời tiết Việt Nam giúp cải thiện khả năng dự báo và ứng phó với các hiện tượng thời tiết cực đoan. Mô hình khí hậu khu vực, như RegCM và WRF, đã được áp dụng để dự báo các đợt KKL, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho nông nghiệp và các hoạt động kinh tế khác.

1.1. Khái niệm về không khí lạnh và gió mùa

Không khí lạnh (KKL) là hiện tượng thời tiết nguy hiểm, ảnh hưởng lớn đến Việt Nam. Gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu khí quyển, có sự thay đổi theo mùa. Sự kết hợp giữa KKL và gió mùa tạo ra những biến đổi thời tiết rõ rệt, đặc biệt trong mùa đông.

1.2. Tình hình nghiên cứu về không khí lạnh tại Việt Nam

Nghiên cứu về KKL tại Việt Nam đã được thực hiện từ lâu, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế. Các mô hình khí hậu khu vực như RegCM và WRF đang được áp dụng để cải thiện độ chính xác của dự báo. Tuy nhiên, việc xây dựng bộ chỉ tiêu xác định KKL vẫn cần được hoàn thiện.

II. Vấn đề và thách thức trong dự báo hạn mùa xâm nhập lạnh

Dự báo hạn mùa xâm nhập lạnh đến Việt Nam gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như biến đổi khí hậu, sự thay đổi của các hệ thống khí quyển và địa hình đều ảnh hưởng đến độ chính xác của dự báo. Việc thiếu dữ liệu và công nghệ tiên tiến cũng là một rào cản lớn.

2.1. Biến đổi khí hậu và tác động đến dự báo

Biến đổi khí hậu làm thay đổi các mô hình khí hậu, ảnh hưởng đến tần suất và cường độ của các đợt KKL. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải cập nhật và điều chỉnh các mô hình dự báo thường xuyên.

2.2. Thiếu dữ liệu và công nghệ trong dự báo

Việc thiếu dữ liệu quan trắc chính xác và công nghệ tiên tiến trong dự báo khí tượng là một thách thức lớn. Các mô hình hiện tại cần được cải thiện để có thể dự báo chính xác hơn các đợt KKL.

III. Phương pháp dự báo hạn mùa xâm nhập lạnh bằng mô hình khí hậu

Phương pháp dự báo hạn mùa xâm nhập lạnh sử dụng các mô hình khí hậu khu vực như RegCM và WRF. Các mô hình này giúp phân tích và dự báo các yếu tố khí tượng, từ đó đưa ra các bản tin dự báo chính xác hơn về KKL.

3.1. Mô hình RegCM trong dự báo khí hậu

Mô hình RegCM là một trong những công cụ chính trong dự báo khí hậu khu vực. Nó cho phép mô phỏng các điều kiện khí tượng và dự báo các đợt KKL một cách chi tiết.

3.2. Mô hình WRF và ứng dụng trong dự báo

Mô hình WRF (Weather Research and Forecasting) được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khí tượng. Nó cung cấp các dự báo ngắn hạn và dài hạn về KKL, giúp cải thiện độ chính xác của các bản tin dự báo.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình khí hậu khu vực có khả năng dự báo các đợt KKL với độ chính xác cao. Các ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu này đã giúp cải thiện công tác dự báo khí tượng tại Việt Nam, đặc biệt trong nông nghiệp và quản lý thiên tai.

4.1. Ứng dụng trong nông nghiệp

Dự báo chính xác về KKL giúp nông dân lên kế hoạch sản xuất và ứng phó với thời tiết khắc nghiệt. Điều này góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

4.2. Quản lý thiên tai và ứng phó

Thông tin dự báo về KKL giúp các cơ quan chức năng chuẩn bị và ứng phó kịp thời với các hiện tượng thời tiết cực đoan, giảm thiểu thiệt hại cho cộng đồng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu dự báo hạn mùa

Nghiên cứu dự báo hạn mùa xâm nhập lạnh đến Việt Nam đang trên đà phát triển. Việc áp dụng các mô hình khí hậu khu vực sẽ tiếp tục được mở rộng, giúp nâng cao độ chính xác của dự báo. Tương lai, cần đầu tư vào công nghệ và dữ liệu để cải thiện khả năng dự báo.

5.1. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình khí hậu, đồng thời tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực khí tượng. Việc chia sẻ dữ liệu và công nghệ sẽ giúp nâng cao chất lượng dự báo.

5.2. Tầm quan trọng của dự báo khí hậu

Dự báo khí hậu không chỉ giúp bảo vệ an toàn cho cộng đồng mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế. Việc đầu tư vào nghiên cứu và công nghệ sẽ mang lại lợi ích lâu dài cho xã hội.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khí hậu Việt Nam chịu sự chi phối mạnh mẽ của hoàn lưu gió mùa Đông Á, với tần suất xuất hiện trung bình khoảng 28,75 đợt không khí lạnh mỗi năm. Hoạt động của các đợt xâm nhập lạnh diễn ra mạnh nhất trong giai đoạn từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với tần suất trên 3 đợt mỗi tháng, đạt đỉnh điểm vào tháng 1 với khoảng 4,5 đợt và tháng 12 với khoảng 3,9 đợt. Mặc dù đóng vai trò quyết định đến hình thế thời tiết mùa đông tại các tỉnh Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, công tác dự báo không khí lạnh tại Việt Nam trong nhiều thập kỷ qua chủ yếu dựa vào phương pháp synop truyền thống với thời hạn dự báo ngắn từ 1 đến 3 ngày hoặc thời hạn vừa dưới 10 ngày. Việc đưa ra các bản tin dự báo khí hậu hạn mùa dài từ 1 đến 6 tháng vẫn mang nặng tính định tính và phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm chủ quan của dự báo viên.

Nhu cầu thực tiễn từ các cơ quan quản lý thiên tai, ngành nông nghiệp và đặc biệt là nhiệm vụ tác chiến, tuần tra dài ngày trên biển của lực lượng Hải quân đòi hỏi phải có những bản tin dự báo hạn mùa chính xác về số lượng, thời gian và cường độ các đợt gió mùa đông bắc. Để giải quyết bài toán cấp thiết này, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khí tượng và khí hậu học (Mã số: 60440222) của tác giả Vũ Văn Khương, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Giáo sư Phan Văn Tân tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đã tập trung nghiên cứu phương pháp dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh đến Việt Nam bằng mô hình khí hậu khu vực.

Nghiên cứu được triển khai trên phạm vi không gian bao phủ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và khu vực Biển Đông, kết hợp phân tích chuỗi dữ liệu quan trắc 619 đợt không khí lạnh trong 22 mùa đông (từ tháng 8 năm 1993 đến hết tháng 5 năm 2015). Luận văn hướng đến hai mục tiêu cốt lõi: xây dựng bộ chỉ tiêu định lượng nhận diện các đợt xâm nhập lạnh cho Việt Nam dựa trên số liệu tái phân tích độ phân giải cao và thử nghiệm ứng dụng bộ chỉ tiêu này vào sản phẩm dự báo hạn từ 1 đến 6 tháng của hai mô hình khí hậu khu vực RegCM4.2 và WRF V3.1 trong 3 mùa đông liên tiếp từ năm 2012 đến năm 2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết hoàn lưu chung khí quyển quy mô lớn và cơ chế nhiệt động lực học của gió mùa mùa đông Đông Á (East Asian Winter Monsoon - EAWM). Ba nhân tố cơ bản chi phối và duy trì hoàn lưu gió mùa bao gồm: sự chênh lệch nhiệt - áp theo mùa giữa lục địa Á - Âu và đại dương Thái Bình Dương, các quá trình ẩm giải phóng ẩn nhiệt trong khí quyển, và sự quay của Trái Đất sinh ra lực Coriolis. Khối không khí lạnh cực đới hình thành từ trung tâm áp cao Siberia di chuyển dần xuống phía nam theo các đường di chuyển chính qua lục địa Trung Quốc hoặc lệch qua vịnh Bắc Bộ vào biển Đông, tạo nên hiện tượng xâm nhập lạnh (cold surge).

Bên cạnh lý thuyết synop nhiệt đới, đề tài vận dụng hệ thống các chỉ số gió mùa mùa đông (EAWMI) và khung lý thuyết động lực học khí quyển phi thủy tĩnh của mô hình WRF cũng như hệ phương trình thủy tĩnh của mô hình RegCM. Trong nghiên cứu này, các khái niệm chuyên ngành được chuẩn hóa chặt chẽ:

• Hiện tượng xâm nhập lạnh (Cold Surge): Khối không khí lạnh quy mô lớn tràn từ vĩ độ cao xuống vĩ độ thấp, làm biến đổi căn bản trường áp suất, nhiệt độ và hướng gió.
• Gió mùa đông bắc (GMĐB): Đợt xâm nhập lạnh có kèm theo front lạnh hoặc đường đứt, gây gió mạnh ngoài khơi từ cấp 6 trở lên và giảm nhiệt độ trên diện rộng.
• Không khí lạnh tăng cường (KKLTC): Đợt không khí lạnh tràn về khi khu vực phía bắc vẫn đang nằm trong khối không khí lạnh cũ, làm duy trì thời tiết rét và tăng vận tốc gió trên biển.
• Bộ chỉ tiêu định lượng (CTK): Hệ thống các ngưỡng giá trị toán học về biến thiên khí áp 24 giờ, biến thiên nhiệt độ 24 giờ và trường gió bề mặt để nhận diện tự động đợt lạnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thống kê khí hậu, phân tích synop định lượng và mô phỏng số trị quy mô khu vực:

• Nguồn dữ liệu quan trắc: Toàn bộ 619 đợt không khí lạnh được thống kê đầy đủ về thời gian bắt đầu, kết thúc, cường độ và đặc điểm thời tiết trong 22 mùa đông (giai đoạn 1993–2015) trích xuất từ Tạp chí Khí tượng Thủy văn.
• Dữ liệu tái phân tích: Bộ số liệu ERA-Interim của Trung tâm Dự báo Hạn vừa Châu Âu (ECMWF) với độ phân giải không gian 0,125 độ x 0,125 độ, bao gồm các biến nhiệt độ 2m, khí áp mực biển và gió 10m tại 4 kỳ quan trắc chính mỗi ngày (00, 06, 12, 18 UTC).
• Thiết lập miền tính toán: Tác giả xác định hai khu vực trọng điểm gồm Khu vực 1 (21–23 độ Vĩ Bắc; 105–107 độ Kinh Đông) đại diện cho vùng Đông Bắc Bộ đối với nhiệt độ và khí áp; Khu vực 2 (19,5–20,5 độ Vĩ Bắc; 107–108 độ Kinh Đông) lấy đảo Bạch Long Vĩ làm trung tâm để khảo sát hướng và tốc độ gió.
• Cấu hình mô hình khí hậu khu vực: Mô hình RegCM4.2 được thiết lập với độ phân giải ngang 36 km, 18 mực thẳng đứng, miền tính 144x130 điểm lưới, sử dụng điều kiện biên CFS cập nhật 6 giờ một lần. Mô hình WRF V3.1 chạy với độ phân giải 36 km, 30 mực thẳng đứng, miền tính 144x130 điểm lưới. Cả hai mô hình đều thực hiện dự báo với hạn chạy từ 1 đến 6 tháng cho giai đoạn 2012–2015.
• Chỉ số đánh giá thống kê: Sử dụng sai số hệ thống trung bình (ME), sai số tuyệt đối trung bình (MAE) và hệ số tương quan tuyến tính Pearson (HSTQ) để đo lường mức độ tin cậy của thuật toán phát hiện và kết quả dự báo mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, việc áp dụng các bộ chỉ tiêu nhận diện không khí lạnh của các quốc gia lân cận vào điều kiện Việt Nam cho thấy sự không tương thích rõ rệt. Bộ chỉ tiêu của Đài Loan (trạm Pengehiayu) chỉ phát hiện chính xác 216/619 đợt (đạt tỷ lệ 32,7%), trong khi bộ chỉ tiêu của Thái Lan (trạm Udon Thani) chỉ bắt được 249/619 đợt (đạt tỷ lệ 40,0%). Bộ chỉ tiêu của Hàn Quốc với điều kiện nhiệt độ giảm trên 10 độ C chỉ ghi nhận được vỏn vẹn 2 đợt trong suốt 22 mùa đông. Nguyên nhân do không khí lạnh khi di chuyển xuống vĩ độ thấp của Việt Nam đã bị biến tính nhiệt ẩm mạnh mẽ.

Thứ hai, tác giả đã xây dựng thành công bộ chỉ tiêu định lượng tối ưu (CTK) cho Việt Nam dựa trên số liệu tái phân tích ERA-Interim thông qua việc phân tách ngưỡng biến thiên khí áp 24 giờ tại 2,5 mb:

• Nhóm 1 (Biến áp 24 giờ từ 2,5 mb trở lên): Yêu cầu có 4 kỳ quan trắc liên tiếp gió lệch bắc (hướng từ 335 đến 65 độ) tại Khu vực 2, biến thiên khí áp trung bình tại Khu vực 1 tăng từ 2,5 mb trở lên và nhiệt độ trung bình tại Khu vực 1 giảm từ 1,5 độ C trở lên.
• Nhóm 2 (Biến áp 24 giờ từ 1,0 mb đến dưới 2,5 mb): Yêu cầu có 4 kỳ quan trắc liên tiếp gió lệch bắc, trong đó tối thiểu 2 kỳ liên tiếp vận tốc gió đạt từ 9 m/s trở lên tại Khu vực 2, kèm theo mức giảm nhiệt độ từ 0,4 độ C trở lên.

Khi kiểm định trên toàn bộ chuỗi 22 mùa đông (619 đợt lạnh), bộ chỉ tiêu CTK đã phát hiện chính xác 582 đợt, đạt tỷ lệ thành công 94,0%, số đợt báo khống là 68 đợt (tỷ lệ 11,0%), hệ số tương quan giữa phát hiện và thực tế đạt 0,894, sai số ME đạt -37 và MAE là 37.

Thứ ba, thử nghiệm dự báo hạn mùa từ 1 đến 6 tháng trên sản phẩm của mô hình RegCM4.2 và WRF V3.1 trong 3 mùa đông (2012–2015) cho thấy cả hai mô hình đều có khả năng mô phỏng tương đối tốt quy luật biến động theo mùa của không khí lạnh. Mô hình RegCM dự báo tổng số đợt dao động từ 46 đến 65 đợt tùy hạn dự báo (so với 80 đợt quan trắc thực tế trong 3 mùa và 91,2 đợt trung bình nhiều năm). Mô hình WRF tái hiện tốt các đợt lạnh chính đông (tháng 12, 1, 2) nhưng có xu hướng dự báo thiếu số lượng đợt vào các tháng đầu mùa và cuối mùa.

Thảo luận kết quả

Khảo sát dữ liệu qua biểu đồ tần suất biến thiên khí áp 24 giờ cho thấy có đến 82% số đợt không khí lạnh (508/619 đợt) có mức tăng áp vượt ngưỡng 2,5 mb. Đồ thị khảo sát hướng gió tại vùng biển Bạch Long Vĩ khẳng định tiêu chí 4 kỳ quan trắc liên tiếp duy trì gió hướng lệch bắc đạt độ tin cậy tới 99,7% (bắt được 617/619 đợt). Việc bổ sung điều kiện vận tốc gió vượt ngưỡng 9 m/s cho Nhóm 2 đã giúp loại bỏ hiệu quả hiện tượng nhiễu động cục bộ, giảm thiểu số lượng đợt bắt khống từ 89 đợt (ở ngưỡng 8 m/s) xuống còn 68 đợt mà vẫn duy trì tỷ lệ phát hiện chính xác ở mức 94,0%.

So sánh giữa hai mô hình khu vực cho thấy RegCM4.2 có xu hướng nắm bắt tốt hơn tần suất các đợt không khí lạnh yếu và biến tính, trong khi WRF V3.1 lại thể hiện độ chính xác cao hơn đối với các đợt gió mùa đông bắc có cường độ mạnh kèm theo gió giật trên biển. Việc số lượng đợt dự báo của mô hình thấp hơn quan trắc thực tế chủ yếu xuất phát từ độ phân giải 36 km chưa mô phỏng hết các quá trình quy mô nhỏ và địa hình đồi núi phức tạp của vùng Đông Bắc Bộ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao chất lượng dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh và đưa kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tiễn, các giải pháp cụ thể được đề xuất:

• Tích hợp bộ chỉ tiêu CTK vào hệ thống dự báo số trị tự động: Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia cần lập trình nhúng thuật toán CTK vào quy trình hậu xử lý sản phẩm của các mô hình khí hậu khu vực, đặt mục tiêu tự động hóa 100% quá trình nhận diện và nâng độ chính xác phân loại lên trên 95% trong giai đoạn 2024–2026.
• Mở rộng chuỗi dữ liệu thử nghiệm và hiệu chỉnh sai số hệ thống: Các viện nghiên cứu chuyên ngành cần kéo dài chuỗi số liệu kiểm định mô hình RegCM và WRF lên tối thiểu 10 đến 15 mùa đông, đồng thời áp dụng các phương pháp hiệu chỉnh sai số thống kê (Model Output Statistics) nhằm nâng hệ số tương quan dự báo hạn 1 đến 3 tháng lên trên 0,75 trước năm 2025.
• Xây dựng bản tin dự báo khí hậu hạn mùa phục vụ an ninh quốc phòng: Cục Khí tượng Hải văn phối hợp với Bộ Tham mưu Quân chủng Hải quân chuẩn hóa mẫu bản tin dự báo gió mùa hạn 30 đến 90 ngày, đảm bảo cung cấp kịp thời thông tin phục vụ kế hoạch hành quân và bảo vệ chủ quyền biển đảo với độ tin cậy đạt từ 80% trở lên từ năm 2024.
• Nâng cấp mạng lưới quan trắc khí tượng hải văn tự động: Tổng cục Khí tượng Thủy văn cần đầu tư lắp đặt thêm các trạm đo gió và áp suất tự động với tần suất 8 kỳ quan trắc mỗi ngày tại các đảo tiền tiêu như Bạch Long Vĩ, Cô Tô, Cồn Cỏ và khu vực nhà giàn DK1 trước năm 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị lý luận và ứng dụng cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Dự báo viên và chuyên viên phân tích khí tượng: Tài liệu cung cấp bộ tiêu chí định lượng chuẩn xác để thay thế các phương pháp nhận định cảm tính, hỗ trợ đắc lực trong quá trình phân tích sản phẩm mô hình hạn vừa và hạn mùa (1–6 tháng).
• Lực lượng Hải quân, Cảnh sát biển và ngành vận tải biển: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng kế hoạch điều động phương tiện, tổ chức tuần tra xa bờ và chủ động phòng tránh rủi ro do gió mạnh trên cấp 6 và sóng lớn trong mùa đông.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên ngành Khoa học Khí quyển: Nguồn tham khảo giá trị về phương pháp đánh giá mô hình khí hậu khu vực, kỹ thuật xử lý dữ liệu tái phân tích ERA-Interim và quy trình xây dựng các chỉ số khí hậu nhiệt đới.
• Cơ quan phòng chống thiên tai và quản lý sản xuất nông nghiệp: Giúp các địa phương vùng núi phía Bắc chủ động xây dựng phương án ứng phó với các đợt rét đậm, rét hại kéo dài, bảo vệ gia súc và cây trồng trước thời hạn 1 đến 3 tháng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao không thể áp dụng trực tiếp chỉ tiêu xác định không khí lạnh của Hàn Quốc hay Đài Loan cho Việt Nam? Khối không khí lạnh Siberia khi di chuyển xuống vùng vĩ độ thấp của Việt Nam đã trải qua quãng đường dài hàng nghìn kilomet, bị biến tính nhiệt ẩm mạnh mẽ. Mức giảm nhiệt độ và tăng áp suất tại Việt Nam không còn đột ngột như tại Hàn Quốc (nơi nhiệt độ giảm trên 10 độ C) hay Đài Loan (áp suất tăng trên 5 mb), do đó cần bộ tiêu chí riêng kết hợp chặt chẽ với trường gió biển.

Bộ chỉ tiêu CTK phân loại các đợt không khí lạnh dựa trên nguyên tắc nào? Bộ chỉ tiêu CTK sử dụng ngưỡng biến thiên khí áp 24 giờ tại mức 2,5 mb làm ranh giới phân chia. Nhóm 1 áp dụng cho các đợt mạnh có biến áp từ 2,5 mb trở lên và nhiệt độ giảm từ 1,5 độ C trở lên. Nhóm 2 áp dụng cho các đợt yếu hoặc biến tính có biến áp từ 1,0 đến dưới 2,5 mb, bổ sung điều kiện vận tốc gió biển tại Bạch Long Vỹ phải đạt từ 9 m/s trở lên.

Độ chính xác của bộ chỉ tiêu CTK khi kiểm nghiệm trên chuỗi số liệu thực tế đạt bao nhiêu? Kiểm nghiệm trên chuỗi số liệu tái phân tích ERA-Interim suốt 22 mùa đông (tổng số 619 đợt lạnh thực tế), bộ chỉ tiêu CTK phát hiện chính xác 582 đợt, đạt tỷ lệ thành công 94,0%. Số đợt nhận diện khống chỉ là 68 đợt (tỷ lệ 11,0%) và hệ số tương quan tuyến tính giữa số đợt phát hiện với thực tế đạt mức rất cao là 0,894.

Yếu tố gió tại khu vực đảo Bạch Long Vỹ có vai trò gì trong việc nhận diện xâm nhập lạnh? Đảo Bạch Long Vỹ nằm ở trung tâm vịnh Bắc Bộ, là trạm tiền tiêu ghi nhận sớm nhất và rõ nét nhất sự chuyển hướng của đới gió đông bắc khi không khí lạnh tràn về. Nghiên cứu chỉ ra rằng tiêu chí duy trì 4 kỳ quan trắc liên tiếp có hướng gió lệch bắc (335 đến 65 độ) xuất hiện trong 99,7% tổng số đợt không khí lạnh ảnh hưởng đến Việt Nam.

Thời điểm kết thúc của một đợt không khí lạnh được xác định như thế nào trong nghiên cứu? Trong điều kiện thực tế của Việt Nam khi các đợt gió mùa đông bắc và không khí lạnh tăng cường thường gối đầu nhau, nghiên cứu đã chuẩn hóa tiêu chí xác định thời điểm kết thúc của một đợt xâm nhập lạnh là khi giá trị biến thiên khí áp 24 giờ quay trở về mức nhỏ hơn hoặc bằng 0 mb.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện đặc điểm hoạt động của 619 đợt không khí lạnh tại Việt Nam trong chuỗi dữ liệu 22 mùa đông giai đoạn 1993–2015.
• Xây dựng thành công bộ chỉ tiêu định lượng CTK dựa trên số liệu tái phân tích ERA-Interim, đạt tỷ lệ nhận diện chính xác 94,0% với hệ số tương quan 0,894.
• Khẳng định tính khả thi của việc sử dụng sản phẩm từ hai mô hình khí hậu khu vực RegCM4.2 và WRF V3.1 trong dự báo hạn mùa các đợt xâm nhập lạnh từ 1 đến 6 tháng.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ công tác dự báo nghiệp vụ khí tượng thủy văn và công tác đảm bảo an toàn hàng hải, quốc phòng biển đảo.
• Mở ra hướng nghiên cứu mở rộng kiểm định trên các chuỗi số liệu mô hình dài hơn trong giai đoạn 2024–2026.

Bạn đọc và các nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn văn tài liệu tại Trung tâm Thông tin - Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội để tìm hiểu chi tiết về các bảng số liệu và thuật toán cài đặt mô hình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 – Tổng quan 1. Khái niệm và định nghĩa về gió mùa Thuật ngữ gió mùa (Monsoon) có nguồn gốc từ vùng Ả Rập với từ địa phương là Mausim, có nghĩa là mùa. Tác giả Trần Công Minh [6] đã đưa ra một định nghĩa về gió mùa như sau: “gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu chung khí quyển trên một phạm vi rộng lớn của bề mặt trái đất, trong đó ở mọi nơi trong khu vực gió mùa, gió thịnh hành chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông”. Cùng với định nghĩa về gió mùa thì tác giả cũng đưa ra các tiêu chuẩn xác định khu vực gió mùa tương đối cụ thể, đó là khu vực thỏa mãn bốn điều kiện sau: - Hướng gió thịnh hành trong tháng 1 và 7 phải lệch nhau một góc lớn hơn hoặc bằng 1200.

- Tần suất trung bình của hướng gió thịnh hành trong tháng 01 và 7 phải lớn hơn hoặc bằng 40%. - Tốc độ gió tổng hợp trung bình của ít nhất một trong tháng 01 và 7 phải lớn hơn 3 m/s; - Sự luân phiên của hoàn lưu xoáy thuận với xoáy nghịch xảy ra trong hai tháng bất kỳ của hai năm liên tiếp, trên một vùng có kích thước 5 kinh/vĩ độ phải nhỏ hơn một lần. Theo định nghĩa này, vùng gió mùa tại khu vực Châu Á được xác định như ở hình 1.1 thì khu vực Đông Nam Á (nằm trong hình chữ nhật EF) là khu vực thoả mãn tất cả các tiêu chí của định nghĩa trên. Như ta đã thấy thì khu vực này cũng là khu vực hội tụ đủ các nhân tố hình thành nên gió mùa: - Là khu vực mà có sự tương phản rất lớn giữa một bên là lục địa rộng lớn còn một bên là đại dương thế giới.

- Đây là khu vực có lực Coriolis mạnh. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Ngoài ra, trong bộ tiêu chí mà Trần Công Minh đưa ra thì tiêu chí 4 là một tiêu chí rất quan trọng, bởi vì xét sự thay đổi gió theo mùa phải loại bỏ chuyển động qui mô nhỏ. Như vậy, vùng có gió mùa chủ yếu trên trái đất theo định nghĩa của Ramage được giới hạn trong phạm vi từ 250S - 350N và từ 300W-1700E, chiếm hầu hết vùng nhiệt đới của bán cầu Đông. Các khu vực này cũng thỏa mãn các nhân tố hình thành nên gió mùa: sự tương phản nhiệt theo mùa, địa hình và lực Coriolis đủ mạnh,.1 Phân vùng gió mùa của Trần Công Minh.

Đường đậm nét (EF) là ranh giới phía bắc của khu vực có tần suất chuyển đổi nhỏ giữa xoáy thuận và xoáy nghịch vào mùa hè và mùa đông ở Bắc bán cầu. Phần giới hạn trong hình chữ nhật là khu vực gió mùa Đông Nam Á (bao gồm: Việt Nam, Lào Campuchia, Thái Lan, Brunei, Tây Malayxia và Singapo). Khu vực có xu thế gió mùa (tần suất gió thịnh hành < 40%). Khu vực gió mùa (tần suất gió thịnh hành từ 40-60%).

Khu vực gió mùa điển hình (tần suất gió thịnh hành > 60%). Nguồn: Giáo trình Khí tượng Synop nhiệt đới, Trần Công Minh, NXB Đại học quốc giá Hà Nội 2003. [6] Trước đây, các nhà khoa học trên thế giới cho rằng chỉ tồn tại ba hệ thống gió mùa: gió mùa châu Phi, gió mùa châu Á và gió mùa châu Úc. Tuy nhiên, trong 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] những thập niên vừa qua, nhờ các chương trình quan trắc khí tượng toàn cầu và các chương trình nghiên cứu thực nghiệm gió mùa trên các khu vực, những kết quả phân tích viên thám và các mô hình số trị, người ta đã đưa vào nghiên cứu cả hệ thống gió mùa châu Mỹ.

Bên cạnh đó, gió mùa châu Á cũng có đủ cơ sở khoa học để phân thành hai hệ thống riêng biệt là gió mùa Nam Á và gió mùa Đông Á. Riêng gió mùa Đông Á tiếp tục được phân thành gió mùa Đông Bắc Á và gió mùa Tây Bắc Thái Bình Dương (hay gió mùa cận nhiệt đới Đông Á và gió mùa nhiệt đới Tây Bắc Á). Những nhân tố hình thành gió mùa Theo tác giả Bùi Minh Tuân và Nguyễn Minh Trường [10] thì có ba nhân tố cơ bản hình thành và duy trì gió mùa, đó là: sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương, các quá trình ẩm trong khí quyển và sự quay của trái đất. Sự nóng lên khác nhau theo mùa giữa lục địa và đại dương Nước biển có thể tích trữ một lượng nhiệt rất lớn do nhiệt dung của nước biển có giá trị lớn.

Ngoài ra, nó là chất lỏng và có thể truyền nhiệt xuống phía dưới nhờ quá trình xáo trộn rối, sau đó lượng nhiệt sẽ được vận chuyển lên trên trong tương lai. Còn nhiệt dung của đất lại tương đối nhỏ và khả năng truyền nhiệt xuống các lớp đất phía dưới cũng kém. Cùng với sự thay đổi của độ cao biểu kiến mặt trời, cùng với sự khác biệt rất lớn giữa chế độ nhiệt của lục địa có sự chênh lệch của khí áp theo mùa khá lớn: vào mùa đông thì lục địa lạnh đi dẫn tới sự hình thành của áp cao lạnh; còn về mùa hè thì lục địa bị hun nóng lại dẫn đến sự hình thành áp thấp nóng. Trong khi đó trên biển, sự biến đổi của nhiệt độ bề theo mùa lại rất nhỏ.

Kết quả là làm cho gradient khí áp có sự đổi hướng theo mùa (mùa đông gradient hướng ra biển, mùa hè hướng vào đất liền) và dẫn đến có sự đổi hướng gió thịnh hành theo mùa. Các quá trình ẩm trong khí quyển Hơi nước từ mặt biển bốc hơi vào trong khí quyển, khi thăng lên sẽ ngưng kết và gây mưa ở các lục địa sẽ giải phóng tiềm nhiệt làm cho không khí nóng thêm, tiếp tục thăng lên cao hơn. Điều này sẽ làm cho sự chênh lệch giữa khí áp trên biển và lục địa càng rõ ràng hơn, khiến cho phạm vi hoạt động của hoàn lưu gió mùa 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] được mở rộng hơn cả về qui mô ngang và qui mô thẳng đứng. Đồng thời gió mùa cũng được tăng lên cả về cường độ.

Ngoài ra, Gradient khí áp tăng lên cũng làm tăng cường độ của đới gió mực thấp, do đó lại tiếp tục làm tăng lượng ẩm cung cấp cho quá trình đối lưu – và một lần nữa làm tăng lượng ẩn nhiệt giải phóng. Đây là quá trình hồi tiếp cực kì quan trọng của cơ chế nhiệt động lực học gió mùa [10]. Sự quay của Trái Đất Sự quay của trái đất gây ra lực Coriolis, lực Coriolis có tác dụng tạo xoáy và tăng cường gió và làm cho các dòng khí trong gió mùa có quỹ đạo cong. Sự khác biệt về hướng của lực Coriolis giữa hai bán cầu đã làm cho gió đổi hướng khi vượt qua xích đạo.

Ngoài ra, còn có vai trò của một số yếu tố khác: lục địa - địa hình, ENSO. - Địa hình của lục địa có vai trò như một nguồn nhiệt to lớn, có tác dụng tăng cường và định hướng trường gió. Địa hình cao của hai dãy núi Đông Phi và Himalaya giống như hai bức tường khổng lồ chặn các dòng vĩ hướng, tập trung chúng thành dòng xiết mực thấp với tốc độ gió lên tới 25 m/s. - ENSO cũng được coi là một trong những nguyên nhân chính trong sự thay đổi hàng năm của đới gió mùa.

Trong sự liên hệ với sự hoạt động của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương, ENSO gây ra sự biến đổi về cường độ gió cũng như lượng mưa trên toàn bộ khu vực gió mùa. Khái niệm về không khí lạnh Theo tác giả Nguyễn Viết Lành [5] thì “không khí lạnh (KKL) là một hiện tượng thời tiết nguy hiểm ảnh hưởng đến Việt Nam. Khi xâm nhập xuống nước ta, nó làm thay đổi một cách cơ bản hệ thống gió đang tồn tại ở miền Bắc, trở thành hệ thống gió có hướng lệch bắc và thời tiết biến đổi rõ rệt, đặc biệt có quá trình giảm nhiệt độ trên diện rộng”. Cũng theo tác giả thì mỗi đợt KKL được coi là xâm nhập hoặc ảnh hưởng đến nước ta nếu thỏa mãn một trong hai điều kiện sau đây: - Hướng gió lệch bắc ngoài khơi đo được tại trạm Bạch Long Vỹ từ cấp 6 trở lên và kéo dài trên 3 tiếng (2 kỳ quan trắc liên tiếp).

- Nhiệt độ không khí trung bình ngày trên một nửa số trạm trên đất liền thuộc 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] khu vực Đông Bắc giảm từ 30C trở lên. Hiện tượng KKL xâm nhập xuống nước ta khi phát bản tin được Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương chia thành hai loại bản tin: - Bản tin gió mùa đông bắc (GMĐB) được phát khi có KKL tràn về có kèm theo front lạnh hoặc đường đứt, khi xâm nhập đến nước ta thường gây ra biến đổi thời tiết mạnh mẽ: gió chuyển hướng lệch bắc, tốc độ gió trong đất liền đạt cấp 3 – 4, vùng ven biển cấp 5, ngoài khơi từ cấp 6 trở lên, có thể có dông mạnh kèm theo gió giật mạnh trên cấp 6, tố, lốc, mưa đá … nhiệt độ trung bình ngày hoặc nhiệt độ tối cao giảm mạnh. - Bản tin không khí lạnh tăng cường (KKLTC) được phát khi KKL xâm nhập đến nước ta không kèm theo front lạnh hoặc đường đứt trong khi ở các tỉnh phía bắc vẫn nằm trong khối không khí lạnh. KKLTC làm tốc độ gió tăng trở lại gây ra gió mạnh ngoài khơi và có thể làm giảm nhiệt độ hoặc ít thay đổi.

Trong một số trường hợp KKLTC làm giảm lượng mây, do đó có thể làm tăng nhiệt độ vào ban ngày. Ngoài ra, vào giữa mùa đông, KKLTC tuy không làm giảm nhiệt độ (hoặc rất ít 1- 20C) nhưng lại làm cho trời rét tiếp tục được kéo dài. Cũng theo tác giả, KKLTC xảy ra khi trên vịnh Bắc Bộ vẫn đang chịu ảnh hưởng của đợt KKL xâm nhập từ trước đó, gió vẫn có hướng lệch bắc nhưng tốc độ đã suy yếu, nay lại có một đợt KKL xâm nhập tiếp làm cho tốc độ gió tăng lên, nhiệt độ giảm nhưng không nhiều. Ngoài ra, để xác định cường độ của một đợt KKL thì Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương xác định như sau [9]: - Về định tính: KKL luôn được xác định đồng thời bởi sự thay đổi của hệ thống gió và sự giảm nhiệt độ (mức độ giảm nhiệt T24 ít nhất ở trên một nửa số trạm có trong một khu vực).

- Về định lượng: Cường độ KKL được xác định bởi tốc độ gió.