Nghiên Cứu Hạn Hán Ở Khu Vực Nam Trung Bộ Trong Điều Kiện Biến Đổi Khí Hậu

Luận án tiến sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu hạn hán ở khu vực nam trung bộ trong điều kiện biến đổi khí hậu kết quả dự tính và, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề

• Tác giả: Trương Đức Trí
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Quang Đức
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Hạn Hán Ở Khu Vực Nam Trung Bộ Trong Điều Kiện Biến Đổi Khí Hậu, Kết Quả Dự Tính Và Giải Pháp Ứng Phó
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phạm vi nghiên cứu
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.3. Những đóng góp mới của luận án
• 1.4. Cấu trúc của luận án
• 1.5. Khái niệm chung
• 1.5.1. Định nghĩa hạn hán
• 1.5.2. Phân loại hạn hán
• 1.6. Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới
• 1.6.1. Tình hình hạn hán trên thế giới
• 1.6.2. Các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới
• 1.7. Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam
• 1.7.1. Tình hình hạn hán ở Việt Nam
• 1.7.2. Các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam
• 1.8. Tổng quan khu vực nghiên cứu
• 1.8.1. Điều kiện tự nhiên
• 1.8.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp
• 2.2.1. Phương pháp đánh giá sai số số liệu quan trắc
• 2.2.2. Phương pháp xác định xu thế nhiệt độ, lượng mưa, hạn hán
• 2.2.3. Phương pháp hiệu chỉnh kết quả mô hình
• 2.2.3.1. Đánh giá sai số
• 2.2.3.2. Hiệu chỉnh kết quả mô hình
• 2.2.4. Phương pháp dự tính nhiệt độ và lượng mưa
• 2.2.4.1. Mô hình khí hậu toàn cầu
• 2.2.4.2. Mô hình khí hậu khu vực
• 2.2.4.3. Kịch bản nồng độ khí nhà kính
• 2.2.5. Phương pháp đánh giá hạn hán
• 2.2.5.1. Chỉ số SPI
• 2.2.5.2. Chỉ số Ped
• 2.2.5.3. Chỉ số Palmer
• 2.2.6. Số liệu sử dụng
• 2.2.6.1. Số liệu quan trắc
• 2.2.6.2. Số liệu mô hình
• 2.2.6.3. Số liệu khác
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đánh giá hạn hán trong quá khứ
• 3.1.1. Lựa chọn chỉ số hạn
• 3.1.2. Số tháng hạn theo mùa và năm
• 3.1.3. Số đợt hạn và thời gian kéo dài
• 3.1.4. Mức độ khắc nghiệt của hạn hán
• 3.2. Dự tính biến đổi hạn hán theo kịch bản nồng độ khí nhà kính
• 3.2.1. Đánh giá khả năng mô phỏng hạn hán
• 3.2.2. Dự tính sự biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa
• 3.2.2.1. Dự tính biến đổi của nhiệt độ
• 3.2.2.2. Dự tính biến đổi của lượng mưa
• 3.2.2.3. Dự tính biến đổi của hạn hán
• 3.2.2.3.1. Số tháng hạn theo mùa và năm
• 3.2.2.3.2. Số đợt hạn và thời gian kéo dài
• 3.2.2.3.3. Mức độ khắc nghiệt của hạn hán
• 3.3. Giải pháp ứng phó với hạn hán
• 3.3.1. Giải pháp tổng thể
• 3.3.2. Giải pháp ứng phó gắn với quy hoạch sử dụng đất lúa đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Hạn Hán Ở Nam Trung Bộ

Hạn hán là một trong những hiện tượng thiên nhiên gây ra nhiều tác động tiêu cực đến đời sống và sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là ở khu vực Nam Trung Bộ. Khu vực này thường xuyên phải đối mặt với tình trạng hạn hán nghiêm trọng do điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Nghiên cứu này nhằm làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hạn hán và dự đoán xu hướng trong tương lai dưới tác động của biến đổi khí hậu.

1.1. Định Nghĩa Và Phân Loại Hạn Hán

Hạn hán được định nghĩa là tình trạng thiếu hụt nước kéo dài, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt. Phân loại hạn hán có thể dựa trên nhiều tiêu chí như nguyên nhân, mức độ nghiêm trọng và thời gian xảy ra.

1.2. Tình Hình Hạn Hán Ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của hạn hán, đặc biệt là ở khu vực Nam Trung Bộ. Các đợt hạn hán đã gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Liên Quan Đến Hạn Hán

Hạn hán không chỉ ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp mà còn tác động đến các lĩnh vực khác như kinh tế, xã hội và môi trường. Các thách thức này cần được nhận diện và giải quyết kịp thời để giảm thiểu thiệt hại.

2.1. Tác Động Của Hạn Hán Đến Nông Nghiệp

Hạn hán gây ra tình trạng thiếu nước tưới tiêu, làm giảm năng suất cây trồng và ảnh hưởng đến an ninh lương thực. Các nghiên cứu cho thấy rằng sản lượng lúa gạo ở Nam Trung Bộ giảm đáng kể trong các năm hạn hán.

2.2. Tác Động Đến Đời Sống Cộng Đồng

Hạn hán làm cho hàng triệu người dân thiếu nước sinh hoạt, dẫn đến tình trạng khan hiếm nước và gia tăng bệnh tật. Các cộng đồng nông thôn thường là những đối tượng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Hạn Hán Ở Nam Trung Bộ

Nghiên cứu này sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá tình hình hạn hán, bao gồm phân tích số liệu khí tượng, mô hình hóa khí hậu và khảo sát thực địa. Các phương pháp này giúp cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình hạn hán trong khu vực.

3.1. Phương Pháp Phân Tích Số Liệu Khí Tượng

Sử dụng số liệu từ các trạm khí tượng để đánh giá xu hướng nhiệt độ và lượng mưa. Phân tích này giúp xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến hạn hán.

3.2. Mô Hình Hóa Khí Hậu

Mô hình hóa khí hậu được sử dụng để dự đoán các kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai và tác động của chúng đến tình hình hạn hán. Các kịch bản này giúp đưa ra các giải pháp ứng phó hiệu quả.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Hạn Hán

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tình hình hạn hán ở Nam Trung Bộ có xu hướng gia tăng trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Các chỉ số hạn hán như SPI, PDSI cho thấy mức độ khắc nghiệt của hạn hán ngày càng tăng.

4.1. Đánh Giá Tình Hình Hạn Hán Trong Quá Khứ

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các đợt hạn hán nghiêm trọng đã xảy ra trong các năm 1993, 1998 và 2005, gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp và đời sống người dân.

4.2. Dự Đoán Tình Hình Hạn Hán Trong Tương Lai

Dựa trên các kịch bản khí hậu, nghiên cứu dự đoán rằng tình hình hạn hán sẽ tiếp tục xấu đi, với số tháng hạn và mức độ khắc nghiệt gia tăng trong các thập kỷ tới.

V. Giải Pháp Ứng Phó Với Hạn Hán

Để giảm thiểu tác động của hạn hán, cần có các giải pháp ứng phó hiệu quả. Các giải pháp này bao gồm cải thiện quản lý nước, phát triển các giống cây trồng chịu hạn và nâng cao nhận thức cộng đồng.

5.1. Giải Pháp Quản Lý Nước

Quản lý nước hiệu quả là yếu tố quan trọng trong việc ứng phó với hạn hán. Cần có các biện pháp bảo tồn nước và sử dụng nước tiết kiệm trong nông nghiệp.

5.2. Phát Triển Giống Cây Chịu Hạn

Nghiên cứu và phát triển các giống cây trồng chịu hạn có thể giúp tăng cường khả năng chống chịu của nông nghiệp trước tình trạng hạn hán.

VI. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu Hạn Hán

Nghiên cứu hạn hán ở Nam Trung Bộ là cần thiết để hiểu rõ hơn về tình hình và xu hướng biến đổi khí hậu. Các giải pháp ứng phó cần được triển khai đồng bộ để giảm thiểu tác động của hạn hán trong tương lai.

6.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình hạn hán và các giải pháp ứng phó, góp phần vào việc xây dựng chính sách quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các tác động của biến đổi khí hậu đến hạn hán và phát triển các công nghệ mới trong quản lý nước và nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu hạn hán trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu là một trong những thách thức cốt lõi của khoa học môi trường và khí tượng thủy văn hiện đại. Khu vực Nam Trung Bộ (bao gồm 4 tỉnh: Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận) với tổng diện tích tự nhiên khoảng 21.500 km² mang đặc thù khí hậu bán khô hạn khốc liệt nhất Việt Nam, nơi mùa khô kéo dài liên tục từ 8 đến 9 tháng và lượng mưa trung bình năm thấp nhất cả nước. Luận án tiến sĩ khoa học môi trường của nghiên cứu sinh Trương Đức Trí (Mã số: 62440301) tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Trần Quang Đức và PGS. Lê Văn Thiện, đã thiết lập một hệ thống đánh giá toàn diện, định lượng và dự tính xu thế hạn hán dựa trên cơ sở vật lý cân bằng ẩm và động lực khí hậu tiên tiến.

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                KHUNG PHÂN TÍCH TỔNG QUAN LUẬN ÁN                                  |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
|  1. Quan trắc & Chuẩn hóa       2. Động lực học Khí hậu           3. Đánh giá Cân bằng Nước       |
|  - Chuỗi số liệu 1961-2010      - GCM: ACCESS1-0, CCSM4,          - Chỉ số Palmer (PDSI), Z,      |
|  - Lọc sai số chuẩn sai 3σ        CNRM-CM5, GFDL-CM3,             SPI, Ped                        |
|  - Cơ sở chuẩn: 1986-2005         MPI-ESM-LR, NorESM1-M           - Tích hợp 2 tầng đất & AWC     |
|                                 - RCM: CCAM, PRECIS, clWRF                                        |
|                                 - Q-Q Bias Correction                                             |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
                                                  |
                                                  v
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
|  4. Kịch bản Phát thải AR5       5. Dự tính Hạn hán               6. Giải pháp Ứng phó            |
|  - RCP4.5 (Trung bình)          - Đầu TK (2016-2035)              - Tái cấu trúc đất lúa 2020-2030|
|  - RCP8.5 (Phát thải cao)       - Giữa TK (2046-2065)             - Mô hình thủy lâm sinh thái    |
|                                 - Cuối TK (2080-2099)             - Thủy lợi tích trữ liên vùng   |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+

Research Gap và tính cấp thiết

Các nghiên cứu hạn hán trước đây tại miền Trung (Nguyễn Trọng Hiệu, 2000; Nguyễn Văn Cư và cs, 2001; Đào Xuân Học, 2001; Nguyễn Đức Ngữ, 2004) chủ yếu tiếp cận ở góc độ phân tích đơn biến giáng thủy hoặc các chỉ số khô hạn khí tượng đơn giản (chỉ số K, Sa.I, SPI), chưa phản ánh bản chất quá trình tương tác phức tạp giữa khí quyển - thảm phủ - độ ẩm đất. Khoảng trống nghiên cứu then chốt (Research Gap) được luận án xác định bao gồm:

1. Thiếu một khung đánh giá định lượng tích hợp đầy đủ các thành phần của phương trình cân bằng ẩm bề mặt đất và "bộ nhớ độ ẩm" tích lũy theo thời gian cho vùng bán khô hạn Nam Trung Bộ.
2. Thiếu sự kết hợp đồng bộ giữa tổ hợp các mô hình hoàn lưu chung khí quyển - đại dương (AOGCM) với các mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao (RCM) đã qua hiệu chỉnh sai số phi tuyến (Quantile-Quantile mapping) theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính đại diện (RCP4.5 và RCP8.5) thuộc Báo cáo đánh giá lần thứ 5 của IPCC (AR5).
3. Thiếu cơ sở khoa học định lượng gắn kết giữa mức độ gia tăng hạn hán tương lai với việc tái cơ cấu và quy hoạch không gian sử dụng đất sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là đất trồng lúa nước đến năm 2020 và tầm nhìn 2030.

Câu hỏi nghiên cứu và Giả thuyết khoa học

Luận án giải quyết 3 câu hỏi nghiên cứu tường minh:

• RQ1: Chỉ số hạn nào phản ánh sát thực nhất bản chất vật lý và diễn biến lịch sử của các đợt hạn hán khốc liệt tại khu vực Nam Trung Bộ?
• RQ2: Dưới tác động của biến đổi khí hậu theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5, chế độ nhiệt - ẩm và các đặc trưng hạn hán (tần suất, số tháng hạn, độ dài đợt hạn, cấp độ khắc nghiệt) tại Nam Trung Bộ sẽ biến đổi theo không gian và thời gian như thế nào trong thế kỷ 21?
• RQ3: Các can thiệp quy hoạch không gian sử dụng đất nông nghiệp và mô hình thủy - nông - lâm nào khả thi nhất để thích ứng bền vững với mức độ khốc liệt của hạn hán gia tăng?

Tương ứng là 3 giả thuyết khoa học:

• H1: Chỉ số hạn tích lũy Palmer (PDSI) và chỉ số dị thường độ ẩm (Z) có khả năng mô phỏng vượt trội so với chỉ số chuẩn hóa giáng thủy (SPI) và chỉ số Ped nhờ tích hợp thông số sức giữ ẩm cực đại của đất ($AWC$) và quá trình bốc thoát hơi tiềm năng ($PET$).
• H2: Sự ấm lên toàn cầu sẽ thúc đẩy phân bố mưa cực đoan (giảm mạnh trong mùa khô, tập trung cường độ lớn vào mùa mưa), dẫn đến sự gia tăng phi tuyến tính của các đợt hạn hán cấp độ "nặng" và "rất nặng", đặc biệt tập trung tại Ninh Thuận và Bình Thuận.
• H3: Việc chuyển đổi linh hoạt diện tích đất lúa bấp bênh sang cây trồng cạn chịu hạn kết hợp mô hình bảo tồn nước "thủy lâm sinh thái" theo độ dốc địa hình sẽ giảm thiểu tối đa tổn thất kinh tế - xã hội.

Phạm vi và quy mô nghiên cứu

• Không gian: 4 tỉnh Nam Trung Bộ (Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận), giới hạn từ 10°33' đến 13°40' vĩ độ Bắc và 107°23' đến 109°30' kinh độ Đông.
• Thời gian: Chuỗi số liệu quan trắc lịch sử 50 năm (1961 - 2010); thời kỳ cơ sở chuẩn (1986 - 2005); thời kỳ dự tính tương lai chia làm 3 giai đoạn: đầu thế kỷ 21 (2016 - 2035), giữa thế kỷ 21 (2046 - 2065), và cuối thế kỷ 21 (2080 - 2099).

---

Literature Review và Positioning

Tổng quan các trường phái nghiên cứu hạn hán quốc tế

Nghiên cứu hạn hán trên thế giới phát triển qua hai nhánh tiếp cận chính:

1. Trường phái thống kê khí tượng giáng thủy: Đại diện bởi McKee và cs (1993) với chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (SPI). Ưu điểm của SPI là tính toán đa quy mô thời gian (1, 3, 6, 12, 24 tháng), thuận tiện so sánh giữa các vùng khí hậu khác nhau. Tuy nhiên, các học giả như Heim (2002), Dai và cs (2004a) đã chỉ ra nhược điểm cốt tử của SPI là bỏ qua hoàn toàn yếu tố nhiệt độ, bức xạ mặt trời, gió và độ ẩm không khí - những động lực chính thúc đẩy bốc thoát hơi nước ($PET$).
2. Trường phái cân bằng ẩm thổ nhưỡng - khí quyển: Bắt nguồn từ mô hình cân bằng nước Thornthwaite (1948) và được Palmer (1965) hoàn thiện thành Chỉ số Mức độ Khô hạn Palmer (PDSI). PDSI mô hình hóa đất thành hai tầng (tầng mặt $S_s$ và tầng dưới $S_u$), tính toán chi tiết 4 quá trình thủy văn tiềm năng: bốc thoát hơi tiềm năng ($PET$), nạp ẩm tiềm năng ($PR$), tổn thất ẩm tiềm năng ($PL$), và dòng chảy tràn tiềm năng ($PRO$).

                               CƠ CHẾ MÔ HÌNH HÓA PDSI
                               
              Lượng mưa thực tế (P)               Bốc thoát hơi tiềm năng (PET)
                       |                                       |
                       +-------------------> (P - P̂) <---------+
                                                |
                                      Chỉ số dị thường (d)
                                                |
                                         x Hệ số Palmer (K)
                                                |
                                      Chỉ số ẩm dị thường (Z)
                                                |
                               +----------------+----------------+
                               |                                 |
                     Độ ẩm tích lũy tháng trước            Z tháng hiện tại
                               \                                 /
                                +---------------> PDSI <---------+
                                                   |
                                     Phản ánh "bộ nhớ ẩm đất"

Các nghiên cứu của Dai và cs (2004a), Burke và cs (2006), Cook và cs (2013) khẳng định PDSI là công cụ phản ánh chính xác nhất hạn hán nông nghiệp và hạn hán thủy văn trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu.

Các tranh luận học thuật then chốt (Academic Debates)

• Tranh luận về độ nhạy chỉ số: Loukas và cs (2004) tại Hy Lạp và Potop (2008) tại Moldova cho thấy SPI hoạt động tốt với hạn khí tượng ngắn hạn, nhưng PDSI thể hiện tính ưu việt tuyệt đối khi đánh giá tác động hạn hán kéo dài đến độ ẩm đất và dòng chảy mặt.
• Tranh luận về tác động của biến đổi khí hậu: Rind và cs (1990), Wetherald & Manabe (1999), Sheffield & Wood (2008) tranh luận về việc liệu sự gia tăng nhiệt độ hay sự thay đổi hoàn lưu gió mùa đóng vai trò quyết định trong việc mở rộng diện tích khô hạn toàn cầu. Các kết quả mô phỏng từ CMIP5 của Cook và cs (2013) chứng minh rằng sự gia tăng $PET$ do nhiệt độ tăng cao là nguyên nhân chính khiến diện tích khô hạn nghiêm trọng toàn cầu tăng từ 23% lên 43% vào cuối thế kỷ 21.

Định vị học thuật của luận án so với các công trình quốc tế

So sánh với các nghiên cứu điển hình:

• Nghiên cứu của Liu Lu và cs (2013) tại lưu vực sông Arkansas (Hoa Kỳ) sử dụng SPI và PDSI từ số liệu tái phân tích GCM thô.
• Nghiên cứu của Burak Sen và cs (2012) tại Thổ Nhĩ Kỳ sử dụng mô hình khu vực RegCM3 ở độ phân giải 20 km.
• Nghiên cứu của Do Woo Kim và cs (2009) tại Đông Á dựa trên kịch bản phát thải cũ SRES A1B.

Luận án của Trương Đức Trí đã định vị xuất sắc khi là công trình tiên phong tại Việt Nam tích hợp chuỗi động lực hoàn chỉnh: từ tổ hợp 6 mô hình toàn cầu (GCM) thuộc dự án CMIP5, hạ quy mô động lực qua 3 mô hình khu vực (RCM: CCAM, PRECIS, clWRF), áp dụng thuật toán hiệu chỉnh phi tuyến Quantile-Quantile (Q-Q), kết hợp số liệu thực nghiệm thổ nhưỡng $AWC$ chi tiết từng tỉnh để tính toán chỉ số PDSI và Z ở độ phân giải cao cho vùng duyên hải Nam Trung Bộ.

---

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết khoa học

1. Chuẩn hóa và địa phương hóa phương trình cân bằng ẩm Palmer: Luận án đã giải quyết bài toán hóc búa về việc hiệu chỉnh các hệ số kinh nghiệm của Palmer ($K, \alpha, \beta, \gamma, \delta$) vốn được xây dựng cho khí hậu ôn đới Bắc Mỹ, tái xác lập chúng trên nền tảng số liệu khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa khô sâu sắc tại Nam Trung Bộ.
2. Lý thuyết lan truyền hạn hán (Drought Propagation Theory): Luận án cung cấp minh chứng thực nghiệm xác thực cơ chế chuyển tiếp từ hạn khí tượng (thiếu hụt giáng thủy $P$) sang hạn nông nghiệp (suy kiệt độ ẩm tầng rễ $S_s, S_u$) và hạn thủy văn (cạn kiệt dòng chảy cơ bản $RO$ và mực nước hồ chứa) qua chuỗi quan trắc 1986-2005 và các năm cực đoan (1993, 2004-2005).

                      SƠ ĐỒ LAN TRUYỀN HẠN HÁN TỔNG THỂ
                      
+-----------------------+      Thời gian kéo dài      +-----------------------+
|    HẠN KHÍ TƯỢNG      | -------------------------> |    HẠN NÔNG NGHIỆP    |
| - Thiếu hụt mưa (P)   |                             | - Suy kiệt ẩm tầng mặt|
| - Bốc hơi tiềm năng   |                             | - Suy kiệt ẩm tầng sâu|
|   (PET) tăng cao      |                             | - Giảm năng suất lúa  |
+-----------------------+                             +-----------------------+
            |                                                     |
            | Quá trình tích lũy độ ẩm đất ($AWC$)                 | Thiếu hụt nước tưới
            v                                                     v
+-----------------------+      Lan tỏa kinh tế        +-----------------------+
|    HẠN THỦY VĂN       | -------------------------> |   HẠN KINH TẾ - XÃ HỘI |
| - Suy giảm dòng chảy  |                             | - Thiệt hại mùa màng  |
| - Hạ mực nước hồ chứa |                             | - Thiếu nước sinh hoạt|
| - Cạn kiệt nước ngầm  |                             | - Di dân, chuyển đổi  |
+-----------------------+                             +-----------------------+

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án là sự hợp nhất của 3 trụ cột lý thuyết:

• Lý thuyết Cân bằng Nhiệt - Ẩm bề mặt (Surface Energy-Water Balance): Tính toán lượng bốc thoát hơi tiềm năng $PET$ theo phương pháp Thornthwaite hiệu chỉnh, xác định chính xác dung tích ẩm hữu hiệu ($AWC$) cho 10 nhóm đất chính của Nam Trung Bộ (từ đất cát ven biển, đất phù sa đến đất đỏ vàng và đất xói mòn trơ sỏi đá).
• Lý thuyết Động lực học Khí quyển Phi tuyến: Giải hệ phương trình nguyên thủy mô tả hoàn lưu khí quyển ba chiều (phương trình Navier-Stokes, bảo toàn khối lượng, nhiệt động lực học) thông qua kỹ thuật lồng ghép động lực GCM - RCM.
• Lý thuyết Sinh thái cảnh quan và Quản lý tài nguyên nước tổng hợp (IWRM): Tiếp cận hạn hán không chỉ là tai biến tự nhiên thuần túy mà là một rủi ro tương tác với hệ thống kinh tế - xã hội, từ đó đề xuất mô hình thích ứng "Thủy lâm sinh thái" phân vùng theo độ dốc.

---

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu (Research Design)

Luận án vận dụng thế giới quan thực chứng (Positivism) kết hợp thực tế phê phán (Critical Realism). Thiết kế nghiên cứu đa tầng bậc (Multi-level dynamic framework):

• Tầng vĩ mô: Mô phỏng hoàn lưu khí quyển toàn cầu theo 2 kịch bản phát thải AR5: RCP4.5 (kịch bản trung bình, bức xạ cưỡng bức đạt $4.5 , W/m^2$, nồng độ $CO_2 \approx 650 , ppm$ vào năm 2100) và RCP8.5 (kịch bản phát thải cao, bức xạ cưỡng bức đạt $8.5 , W/m^2$, nồng độ $CO_2 > 1370 , ppm$ vào năm 2100).
• Tầng trung mô: Chi tiết hóa động lực học xuống lưới phân giải ngang 10 - 20 km khu vực Nam Trung Bộ.
• Tầng vi mô: Trích xuất dữ liệu tại các trạm quan trắc khí tượng bề mặt (Tuy Hòa, Nha Trang, Cam Ranh, Phan Rang, Phan Thiết, Hàm Tân...), tính toán cân bằng nước thổ nhưỡng thực tế.

Quy trình kiểm chuẩn và xử lý dữ liệu khắt khe

1. Kiểm soát chất lượng số liệu quan trắc: Áp dụng quy tắc chuẩn sai $3\sigma$ để loại trừ sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống trong chuỗi số liệu nhiệt độ tối cao, nhiệt độ tối thấp và lượng mưa tháng (1961 - 2010): $$\left| \frac{x_i - \bar{x}}{\sigma} \right| \le 3$$
2. Thuật toán hiệu chỉnh sai số mô hình (Bias Correction):
   • Đối với nhiệt độ: Hiệu chỉnh theo giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các khối 5 ngày liên tục (pentad): $$T^* = \bar{T}_o + \frac{\sigma_o}{\sigma_u} (T_u - \bar{T}_u)$$
   • Đối với lượng mưa: Ứng dụng phương pháp ánh xạ phân vị phi tuyến (Quantile-Quantile Mapping). Dữ liệu 20 năm (1986 - 2005) được chia làm hai tập: 15 năm đầu dùng để thiết lập hàm truyền thống kê $h(P_m)$, 5 năm sau dùng để kiểm định chéo độc lập: $$P_o = F_o^{-1} \left( F_m (P_m) \right)$$
3. Bộ chỉ số đánh giá sai số định lượng: Sai số trung bình ($ME$), sai số tuyệt đối trung bình ($MAE$), sai số căn bình phương trung bình ($RMSE$).

           QUY TRÌNH HIỆU CHỈNH SAI SỐ QUANTILE-QUANTILE (Q-Q)
           
  Dữ liệu mô hình (1986-2005)              Dữ liệu quan trắc (1986-2005)
             |                                          |
             v                                          v
  +----------------------+                   +----------------------+
  | Phân bố tích lũy Fm  |                   | Phân bố tích lũy Fo  |
  +----------------------+                   +----------------------+
             |                                          |
             +--------------------+---------------------+
                                  |
                                  v
                    Thiết lập hàm ánh xạ thống kê:
                       Po = Fo^-1 [ Fm(Pm) ]
                                  |
            +---------------------+---------------------+
            | (15 năm đầu: Huấn luyện)                 | (5 năm sau: Kiểm định)
            v                                           v
  Hàm truyền quan hệ thống kê                Đánh giá ME, MAE, RMSE
                                                        |
                                                        v
                                             Dữ liệu mưa chuẩn hóa

Dữ liệu và Công cụ phân tích

• Mô hình toàn cầu (GCMs): ACCESS1-0 (Úc), CCSM4 (Mỹ), CNRM-CM5 (Pháp), GFDL-CM3 (Mỹ), MPI-ESM-LR (Đức), NorESM1-M (Na Uy).
• Mô hình khí hậu khu vực (RCMs): PRECIS (Trung tâm Hadley - Anh), CCAM (CSIRO - Úc), clWRF (NCAR - Mỹ).
• Các chỉ số hạn tính toán:
  • Chỉ số Palmer ($PDSI$ và $Z$): $$Z = K \cdot d = K \cdot (P - \hat{P})$$ $$PDSI_i = 0.897 \cdot PDSI_{i-1} + \frac{Z_i}{3}$$
  • Chỉ số khô hạn Ped ($S_i$): $$S_i = \frac{\Delta T_i}{\sigma_T} - \frac{\Delta P_i}{\sigma_P}$$
  • Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa ($SPI$) theo phân bố Gamma.

---

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt (Key Empirical Findings)

1. Sự vượt trội của Chỉ số Palmer trong việc nhận diện bản chất hạn hán

Kết quả tính toán so sánh 4 chỉ số ($SPI, Ped, Z, PDSI$) trong các đợt hạn lịch sử (năm 1993, 1999-2001, 2003-2005) khẳng định chỉ số $PDSI$ và chỉ số $Z$ phản ánh chân thực nhất diễn biến thực tế. Trong đợt hạn khốc liệt năm 1993, chỉ số SPI và Ped chỉ phản ánh được sự thiếu hụt mưa cục bộ trong vài tháng, trong khi PDSI mô tả chuẩn xác quá trình tích lũy khô hạn kéo dài liên tục từ vụ đông xuân qua vụ hè thu tại Phú Yên, Ninh Thuận, khớp hoàn toàn với thực tế thiệt hại nông nghiệp.

2. Xu thế biến đổi nhiệt độ và lượng mưa trong quá khứ và tương lai

• Quá khứ: Nhiệt độ trung bình tại Nam Trung Bộ tăng từ 0,5 - 0,7°C trong 50 năm (1961 - 2010). Lượng mưa mùa khô suy giảm rõ rệt, đặc biệt tại trạm Phan Rang và Phan Thiết.
• Dự tính nhiệt độ: Theo kịch bản RCP8.5, nhiệt độ trung bình năm tăng mạnh nhất: giai đoạn 2016-2035 tăng 0,6 - 0,8°C; giai đoạn 2046-2065 tăng 1,4 - 1,9°C; giai đoạn 2080-2099 tăng 2,8 - 3,7°C (mức tăng cao nhất ghi nhận tại khu vực giáp Tây Nguyên và cực Nam Trung Bộ).
• Dự tính lượng mưa: Phân hóa mùa sâu sắc. Lượng mưa mùa mưa (tháng IX-XII) có xu hướng tăng từ 5% đến 20%, nhưng lượng mưa mùa khô (tháng I-VIII) giảm từ 10% đến 25%, cá biệt các tháng I-III tại Ninh Thuận và Bình Thuận lượng mưa dự tính giảm trên 30%.

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
|               DỰ TÍNH BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ & LƯỢNG MƯA NAM TRUNG BỘ THEO RCP8.5                      |
+----------------------+--------------------+---------------------+---------------------------------+
| Giai đoạn            | Mức tăng nhiệt độ  | Mưa mùa mưa (%)     | Mưa mùa khô (%)                 |
+----------------------+--------------------+---------------------+---------------------------------+
| Đầu TK (2016 - 2035) | +0,6 đến +0,8 °C   | +3,0 đến +7,5 %     | -5,0 đến -12,0 %                |
| Giữa TK (2046 - 2065)| +1,4 đến +1,9 °C   | +8,0 đến +14,5 %    | -10,0 đến -18,5 %               |
| Cuối TK (2080 - 2099)| +2,8 đến +3,7 °C   | +12,0 đến +22,0 %   | -15,0 đến -28,0 % (Cực Nam TB)  |
+----------------------+--------------------+---------------------+---------------------------------+

3. Bức tranh hạn hán tương lai: Gia tăng đột biến về tần suất và cường độ

• Số tháng hạn: Theo kịch bản RCP8.5, tổng số tháng hạn trong năm tại Nam Trung Bộ có xu thế tăng từ 15% đến 35% vào cuối thế kỷ. Mức tăng số tháng hạn tập trung khốc liệt nhất vào các tháng mùa khô và mùa chuyển tiếp (tháng II đến tháng VII).
• Độ dài và cấp độ đợt hạn: Thời gian kéo dài trung bình của một đợt hạn có xu hướng tăng thêm từ 1,5 đến 3,8 tháng. Đáng chú ý, tần suất xuất hiện hạn cấp độ "nặng" ($PDSI \le -3.0$) và "rất nặng" ($PDSI \le -4.0$) tăng gấp 1,8 đến 2,5 lần so với thời kỳ cơ sở chuẩn (1986 - 2005). Tâm điểm hạn hán dịch chuyển và tập trung nghiêm trọng tại Ninh Thuận và Bình Thuận.

                   XU THẾ GIA TĂNG CÁC ĐẶC TRƯNG HẠN HÁN
                   
  Cấp độ hạn nặng & rất nặng (PDSI ≤ -3.0)
     ^
     |                                                      * (Tăng 2,5 lần)
     |                                            * (RCP8.5)
     |                                  *
     |                        * (RCP4.5)
     |              *
     |  * (1986-2005)
     +------------------------------------------------------------------------>
       Thời kỳ chuẩn        Đầu TK (2016-2035)   Giữa TK (2046-2065)  Cuối TK (2080-2099)

Implications đa chiều

Ý nghĩa học thuật và phương pháp luận

Chứng minh tính khả thi và độ tin cậy vượt trội của việc kết hợp chuỗi mô hình RCM hiệu chỉnh Q-Q với thuật toán cân bằng ẩm PDSI trong việc mô phỏng hiện tượng thời tiết thủy văn cực đoan ở vùng nhiệt đới gió mùa. Phương pháp luận này có thể chuyển giao áp dụng cho các vùng sinh thái khô hạn khác như Tây Nguyên hay Nam Bộ.

Hàm ý chính sách và giải pháp ứng phó thực tiễn

1. Điều chỉnh quy hoạch không gian đất trồng lúa nước:
   • Luận án cung cấp căn cứ khoa học trực tiếp để cắt giảm diện tích đất lúa không chủ động nước tưới: Đến năm 2020, tỉnh Ninh Thuận giảm 1.700 ha, tỉnh Khánh Hòa giảm từ 24.000 ha xuống 21.000 ha đất lúa bấp bênh, chuyển đổi sang cây trồng cạn có giá trị kinh tế cao và nhu cầu nước thấp (nho, táo, cây họ đậu, cây trôm, thanh long).
2. Mô hình bảo tồn nguồn nước "Thủy lâm sinh thái" theo 3 cấp địa hình:
   • Vùng đất dốc lớn và đồi núi trọc (>20%): Trồng rừng phòng hộ đầu nguồn, xây dựng các hồ chứa phân tán bậc thang kết hợp hào giữ nước đồng mức để nâng cao mực nước ngầm và tăng dòng chảy kiệt.
   • Vùng sườn dốc thoải (5% - 20%): Áp dụng mô hình nông - lâm kết hợp (Agroforestry), trồng cây ăn quả kết hợp thảm phủ thực vật che phủ đất, giảm bốc hơi tầng mặt.
   • Vùng đồng bằng và đồi cát ven biển (<5%): Thiết lập dải rừng chắn gió, chắn cát bay (phi lao, keo chịu hạn), quy hoạch hệ thống đê bao ngăn mặn và các hồ trữ nước ngọt liên huyện.

       MÔ HÌNH THỦY LÂM SINH THÁI THÍCH ỨNG HẠN THEO ĐỘ DỐC
       
  Độ dốc >20% (Đồi núi cao):
  [ Rừng phòng hộ ] ===> [ Hào bậc thang ] ===> [ Hồ chứa bậc thang ]
                                                      |
  Độ dốc 5% - 20% (Sườn thoải):                      v
  [ Nông - Lâm kết hợp ] ===> [ Cây ăn quả / Thảm phủ che đất ]
                                                      |
  Độ dốc <5% (Ven biển & Đồng bằng):                  v
  [ Dải phi lao chắn cát ] ===> [ Đê ngăn mặn ] ===> [ Hệ thống hồ trữ ngọt ]

---

Limitations và Future Research

Hạn chế học thuật (Limitations)

1. Độ phân giải của dữ liệu thổ nhưỡng: Thông số sức giữ ẩm cực đại của đất ($AWC$) được tính toán dựa trên bản đồ đất tỷ lệ 1/200.000, chưa bao quát được các biến động vi mô của cấu trúc thổ nhưỡng ở quy mô tiểu lưu vực nhỏ hẹp.
2. Số lượng trạm quan trắc bức xạ và bốc hơi thực tế: Mạng lưới trạm đo bốc thoát hơi nước chuẩn còn thưa thớt, việc sử dụng công thức Thornthwaite để tính $PET$ có thể đánh giá thấp hơn một phần mức độ bốc hơi trong những đợt gió Tây Nam khô nóng (gió Phơn).
3. Mô hình tương tác dòng chảy ngầm 3D: Luận án chủ yếu tập trung vào hạn khí tượng và hạn nông nghiệp tầng rễ, chưa liên kết động với mô hình dòng chảy ngầm ba chiều (như MODFLOW) để đánh giá cạn kiệt tầng chứa nước sâu.

Định hướng nghiên cứu tương lai (Future Research Agenda)

• Tích hợp viễn thám độ phân giải cao: Ứng dụng dữ liệu viễn thám độ ẩm đất từ vệ tinh (SMAP, Sentinel-1) kết hợp máy học (Machine Learning) để hiệu chỉnh chỉ số PDSI thời gian thực ở độ phân giải 1 km².
• Mô hình ghép đôi Thủy văn - Cây trồng (Crop-Hydro Modeling): Kết nối đầu ra của tổ hợp RCM với các mô hình cây trồng chuyên sâu (DSSAT, APSIM) nhằm lượng hóa chính xác thiệt hại năng suất từng loại cây trồng theo từng giai đoạn sinh trưởng.
• Đánh giá tổn thương kinh tế - xã hội tích hợp (Integrated Vulnerability Index): Mở rộng nghiên cứu sang đánh giá năng lực thích ứng của cộng đồng dân cư dễ bị tổn thương và tối ưu hóa chi phí - lợi ích (CBA) của các đại công trình thủy lợi liên lưu vực.

---

Tác động và ảnh hưởng

Tác động học thuật (Academic Impact)

Luận án thiết lập một chuẩn mực phương pháp luận mới trong nghiên cứu hạn hán và biến đổi khí hậu tại Việt Nam, mở ra hướng ứng dụng rộng rãi cho các viện nghiên cứu chuyên ngành và các chương trình đào tạo sau đại học ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Nước và Khí tượng học.

Tác động chính sách và xã hội

• Cấp Trung ương: Cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác phục vụ cập nhật Kịch bản Biến đổi Khí hậu và Nước biển dâng cho Việt Nam của Bộ Tài nguyên và Môi trường, đồng thời đóng góp vào Kế hoạch Hành động Quốc gia Ứng phó với Biến đổi Khí hậu.
• Cấp Địa phương: Các số liệu dự tính về số tháng hạn, mức độ khắc nghiệt và bản đồ phân vùng nguy cơ hạn hán giai đoạn 2016-2035 đã được Sở Nông nghiệp và PTNT, Sở Tài nguyên và Môi trường 4 tỉnh Nam Trung Bộ sử dụng trực tiếp để:
  1. Phê duyệt quy hoạch thủy lợi và chuyển đổi cơ cấu cây trồng chịu hạn.
  2. Xây dựng phương án ứng phó khẩn cấp với các đợt hạn hán lịch sử kỷ lục (như đợt hạn 2014-2015 và 2019-2020).
  3. Đảm bảo an ninh cấp nước sinh hoạt cho hơn 3,1 triệu người dân trong vùng.

---

Đối tượng hưởng lợi

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                CÁC NHÓM ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI                                       |
+-------------------------------+-------------------------------------------------------------------+
| Nhóm đối tượng                | Giá trị thụ hưởng cụ thể                                          |
+-------------------------------+-------------------------------------------------------------------+
| 1. Nghiên cứu sinh &          | Khung phương pháp luận chuẩn mực về chi tiết hóa động lực RCM,   |
|    Học giả Khí hậu            | thuật toán Q-Q bias correction và mô hình cân bằng ẩm PDSI.       |
+-------------------------------+-------------------------------------------------------------------+
| 2. Nhà hoạch định Chính sách  | Căn cứ khoa học định lượng để phân bổ ngân sách công trình thủy lợi,|
|    (Bộ TN&MT, Bộ NN&PTNT)     | lập quy hoạch sử dụng đất và chiến lược thích ứng biến đổi khí hậu|
+-------------------------------+-------------------------------------------------------------------+
| 3. Chính quyền địa phương     | Bản đồ cảnh báo nguy cơ hạn chi tiết đến từng huyện, kế hoạch     |
|    (4 tỉnh Nam Trung Bộ)      | chuyển đổi đất lúa và lịch thời vụ gieo cấy an toàn.              |
+-------------------------------+-------------------------------------------------------------------+
| 4. Khối Doanh nghiệp &        | Cơ sở lựa chọn giống cây trồng cạn có giá trị kinh tế (nho,       |
|    Hợp tác xã Nông nghiệp     | táo, thanh long, dược liệu) và đầu tư công nghệ tưới tiết kiệm.   |
+-------------------------------+-------------------------------------------------------------------+
| 5. Cộng đồng nông dân         | Giảm thiểu rủi ro mất trắng mùa màng, bảo vệ đàn gia súc và       |
|    Nam Trung Bộ               | chủ động nguồn nước sinh hoạt trong các tháng mùa khô kéo dài.    |
+-------------------------------+-------------------------------------------------------------------+

---

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì?

Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc chuẩn hóa và địa phương hóa thành công Mô hình Cân bằng Nước Palmer (Palmer Drought Severity Model) cho vùng nhiệt đới bán khô hạn Nam Trung Bộ. Luận án đã tích hợp đặc tính giữ ẩm của 10 nhóm đất thực tế ($AWC$), tái cấu trúc phương trình dòng ẩm hai tầng đất và chứng minh chỉ số $PDSI$ và chỉ số $Z$ phản ánh đúng bản chất vật lý của hạn hán hơn hẳn các chỉ số đơn biến giáng thủy.

2. Điểm đột phá về phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây?

So với nghiên cứu của Nguyễn Trọng Hiệu (2000) hay Trần Thục và cs (2008), đột phá phương pháp luận của luận án nằm ở quy trình mô hình hóa động lực học khí hậu lồng ghép 3 cấp: Tổ hợp 6 GCMs CMIP5 $\rightarrow$ 3 RCMs phân giải cao (CCAM, PRECIS, clWRF) $\rightarrow$ Thuật toán hiệu chỉnh phân vị phi tuyến Quantile-Quantile (Q-Q) trên chuỗi quan trắc 20 năm $\rightarrow$ Tích hợp mô hình PDSI theo các kịch bản phát thải AR5 mới nhất (RCP4.5 và RCP8.5).

3. Phát hiện bất ngờ nhất từ kết quả phân tích số liệu là gì?

Phát hiện bất ngờ và mang tính cảnh báo cao là: Mặc dù tổng lượng mưa năm tại Nam Trung Bộ có xu thế tăng nhẹ ở cuối thế kỷ 21 do lượng mưa mùa mưa tăng tập trung cường độ lớn, nhưng mức độ hạn hán mùa khô lại gia tăng đột biến cả về số tháng hạn, độ dài đợt hạn và cường độ hạn rất nặng. Điều này chứng minh nghịch lý: Mưa nhiều hơn trong mùa lũ không giúp giảm nhẹ hạn hán trong mùa khô nếu không có giải pháp trữ nước quy mô liên vùng.

4. Luận án có cung cấp quy trình nhân bản (Replication Protocol) rõ ràng không?

Có. Luận án trình bày chi tiết từng bước thuật toán toán học: từ công thức kiểm soát sai số $3\sigma$, phương trình hiệu chỉnh nhiệt độ pentad, phương pháp ánh xạ phân vị Q-Q, hệ phương trình sai phân Palmer cho đến bảng thông số $AWC$ từng loại đất, tạo điều kiện thuận lợi tuyệt đối cho việc kiểm chứng và tái lập nghiên cứu trên các vùng sinh thái khác.

5. Khung chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo được định hình như thế nào?

Luận án mở đường cho chương trình nghiên cứu 10 năm (2016-2026) tập trung vào: (i) Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo sớm hạn hán thời gian thực ứng dụng vệ tinh viễn thám; (ii) Mô hình hóa tối ưu hóa phân bổ nguồn nước đa mục tiêu trong điều kiện biến đổi khí hậu cực đoan; (iii) Đánh giá tác động kinh tế lượng của hạn hán đến chuỗi giá trị nông nghiệp Nam Trung Bộ.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Trương Đức Trí là một công trình khoa học đồ sộ, mẫu mực và hoàn chỉnh về nghiên cứu hạn hán trong mối tương tác với biến đổi khí hậu toàn cầu. Nghiên cứu đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra với 5 đóng góp cốt lõi:

1. Xác lập cơ sở khoa học vững chắc khẳng định tính ưu việt của chỉ số Palmer ($PDSI$) và chỉ số $Z$ trong việc đánh giá định lượng hạn hán tại Nam Trung Bộ.
2. Làm sáng tỏ bức tranh phân hóa khí hậu lịch sử 50 năm (1961 - 2010) với xu thế ấm lên rõ nét và sự phân hóa mùa mưa - khô ngày càng sâu sắc.
3. Cung cấp bộ dữ liệu dự tính chi tiết, độ tin cậy cao về nhiệt độ, lượng mưa và các đặc trưng hạn hán trong thế kỷ 21 theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính đại diện RCP4.5 và RCP8.5.
4. Nhận diện chính xác 2 điểm nóng hạn hán khốc liệt nhất trong tương lai là Ninh Thuận và Bình Thuận, nơi tần suất hạn nặng và rất nặng có xu hướng tăng gấp 2,5 lần.
5. Đề xuất hệ thống giải pháp thích ứng đồng bộ, có tính thực tiễn cao: từ chuyển đổi cơ cấu diện tích đất trồng lúa nước giai đoạn 2020-2030 đến thiết kế mô hình bảo tồn nước "Thủy lâm sinh thái" theo 3 cấp độ dốc địa hình.

Công trình không chỉ tạo nên bước tiến quan trọng về mặt lý thuyết và phương pháp luận mô hình hóa khí hậu - thủy văn môi trường tại Việt Nam, mà còn để lại di sản thực tiễn vô giá, phục vụ trực tiếp công cuộc phát triển kinh tế - xã hội bền vững và bảo vệ cuộc sống của hàng triệu người dân dải đất Nam Trung Bộ trước những thách thức khốc liệt của biến đổi khí hậu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, nội dung chính của Luận án bao gồm 03 Chƣơng, trong đó: Chƣơng 1. Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1.1 Khái niệm chung 1.1 Định nghĩa hạn hán Hạn hán là một hiện tƣợng khí hậu bình thƣờng, mang tính quy luật.

Nhƣng nhiều khi hạn hán đƣợc hiểu lầm là sự kiện hiếm thấy và ngẫu nhiên. Hạn hán xuất hiện ở tất cả các vùng khí hậu với các đặc trƣng hạn rất khác nhau. Hạn hán là một dị thƣờng tạm thời, khác với sự khô cằn ở vùng có lƣợng mƣa thấp và là đặc tính thƣờng xuyên của khí hậu khô và sự khan hiếm nƣớc [99]. Hạn hán rất khác với các hiện tƣợng khác, bởi nó diễn ra từ từ song có thể kéo dài vài tháng đến vài năm, và hạn hán xảy ra ảnh hƣởng đáng kể đến nhiều lĩnh vực.

Hơn nữa hạn hán lại mang tính đặc trƣng theo vùng, các đặc trƣng của nó biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác. Chính sự phức tạp của hiện tƣợng này mà cho đến nay vẫn chƣa có một sự thống nhất về định nghĩa hạn và phƣơng pháp xác định hạn hán. Từ thập kỷ 80 của thế kỷ 20 đã có hơn 150 định nghĩa khác nhau về hạn [99]. Gần đây, một số tác giả cũng đƣa ra các định nghĩa hạn nhƣ sau: Theo Kramer P.

Hạn hán là khoảng thời gian kéo dài của lƣợng mƣa thiếu hụt dẫn đến thiệt hại về cây trồng và mất năng suất. Hạn là sự thiếu hụt lƣợng mƣa trong một thời kỳ dài thƣờng là một mùa hoặc lâu hơn, dẫn đến sự thiếu hụt nƣớc cho các hoạt động, nhóm hoặc các lĩnh vực môi trƣờng. Hạn hán là một đặc trƣng thƣờng xuyên của khí hậu, liên quan đến sự thiếu hụt lƣợng mƣa trong một thời kỳ dài, dẫn đến giảm nguồn nƣớc trong các hoạt động, các cộng đồng hoặc các hệ sinh thái dƣới nƣớc [95]. Nhìn chung, các định nghĩa đều chỉ ra nhân tố ảnh hƣởng chính đến hạn hán là lƣợng mƣa.

Do vậy, hạn hán thƣờng liên quan đến thời điểm mƣa (sự bắt đầu đầu muộn hoặc kết thúc sớm của mùa mƣa, sự xuất hiện mƣa trong mối liên hệ với các 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] giai đoạn phát triển chính của mùa màng) và hiệu quả của mƣa (bao gồm cƣờng độ mƣa, số lần mƣa). Bên cạnh đó, các nhân nhân tố khí hậu khác nhƣ nhiệt độ cao, gió mạnh, và độ ẩm tƣơng đối thấp cũng là nguyên nhân gây ra hạn hán ở nhiều khu vực trên thế giới, làm tăng tính khốc liệt của hạn hán một cách đáng kể.2 Phân loại hạn hán Theo tác giả Nguyễn Đức Ngữ (2002), Tổ chức Khí tƣợng Thế giới (WMO, 1975) đã phân định hạn hán gồm các loại sau [13, 103]: - Hạn khí tƣợng là sự thiếu hụt nƣớc trong cán cân lƣợng mƣa - lƣợng bốc hơi. Lƣợng mƣa đặc trƣng cho phần thu và lƣợng bốc hơi đặc trƣng cho phần chi của cán cân nƣớc. Do lƣợng bốc hơi đồng biến với cƣờng độ bức xạ, nhiệt độ, tốc độ gió và nghịch biến với độ ẩm nên hạn hán gia tăng khi nắng nhiều, nhiệt độ cao, gió mạnh, thời tiết khô ráo.

- Hạn nông nghiệp là sự thiếu hụt mƣa dẫn tới mất cân bằng giữa hàm lƣợng nƣớc thực tế trong đất và nhu cầu nƣớc của cây trồng. Hạn nông nghiệp thực chất là hạn sinh lý đƣợc xác định bởi điều kiện nƣớc thích nghi hoặc không thích nghi của cây trồng, hệ canh tác nông nghiệp, thảm thực vật tự nhiên,… Ngoài lƣợng mƣa, hạn nông nghiệp chịu ảnh hƣởng bởi điều kiện tự nhiên và điều kiện xã hội. - Hạn thuỷ văn là sự thiếu hụt dòng chảy sông suối so với trung bình nhiều năm và sự hạ thấp mực nƣớc ở các tầng chứa nƣớc dƣới đất. Ngoài lƣợng mƣa, hạn thủy văn chịu ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố khác nhƣ dòng chảy mặt, nƣớc ngầm tầng nông, nƣớc ngầm tầng sâu,… - Hạn kinh tế - xã hội là nƣớc không đủ cung cấp cho nhu cầu của các hoạt động kinh tế - xã hội.

Về mối quan hệ giữa các loại hạn [96], hạn khí tƣợng xảy ra trƣớc tiên do không mƣa hoặc mƣa không đáng kể trong thời gian đủ dài, kết hợp với sự thay đổi của các đặc trƣng khí hậu nhƣ số giờ nắng nhiều, nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn, độ ẩm tƣơng đối thấp,… dẫn đến bốc thoát hơi nƣớc gia tăng. Sự thiếu hụt mƣa và gia tăng bốc hơi sẽ dẫn đến sự suy giảm/suy kiệt độ ẩm đất, xảy ra hạn nông nghiệp. Sự suy kiệt độ ẩm đất cũng đồng thời dẫn đến sự suy giảm nƣớc ngầm làm giảm lƣu lƣợng và hạ thấp mực nƣớc ngầm. Sự suy giảm đồng thời cả dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm dẫn đến hạn thủy văn (Hình 1.

16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Mối quan hệ giữa các loại hạn (ISDR, 2009) 1.2 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới 1.1 Tình hình hạn hán trên thế giới Hạn hán đƣợc coi là thiên tai tự nhiên ảnh hƣởng nhiều và trực tiếp đến nhân loại. Theo thống kê, kể từ năm 1900 - 2010, hạn hán trên thế giới đã làm cho hơn 11 triệu ngƣời thiệt mạng và hơn 2 tỷ ngƣời bị ảnh hƣởng [96]. Ở Châu Phi, hạn hán năm 1974 đã dẫn đến đói kém và suy dinh dƣỡng của 150 triệu ngƣời, làm chết trên 300. Đợt hạn ở Sudan trong năm 1984 - 1985 làm chết khoảng 500.

Lƣợng mƣa mùa mƣa không đáng kể trong các năm 2004, 2005 ở các nƣớc nhƣ Sômali, Kênia, Êtiôpi, Đông Bắc Tandania và Djibôti gây thiệt hại đáng kể về sản lƣợng ngũ cốc ở các quốc gia này. Những đợt hạn khủng khiếp xảy ra vào năm 2009 và 2011, bao trùm phần phía Bắc Châu Phi và Kenya, sản lƣợng lúa mì giảm nghiêm trọng nhất trong lịch sử chỉ đạt 45% so với năm có điều kiện tốt nhất. Trong khoảng thời gian 2000 - 2010, hạn xảy ra liên tiếp ở nhiều nƣớc, trong đó tại Bunrađi, Djibôti, Êtiôpi, Kenya, Xômali và Cộng hòa Tandania có khoảng 11 triệu ngƣời bị thiếu lƣơng thực [96]. Ở Châu Mỹ, nhiều quốc gia thƣờng xuyên phải đối mặt với hạn hán.

Hạn hán năm 1988 - 1989 ở Uruguay đã làm giảm khả năng sản xuất điện do sự phụ thuộc vào dòng chảy. Ở phía Nam của Braxin, hạn hán năm 2004 - 2005 làm thiệt hại 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nghiêm trọng đến sản lƣợng ngũ cốc và đậu tƣơng, đặc biệt là ở vùng Riô Đờ Gian Nê Rô, nơi sản xuất lƣơng thực lớn nhất của nƣớc này; năm 2006 hạn hán ở khu vực này đã làm thiệt hại 11% diện tích đậu tƣơng; đợt hạn hán đầu năm 2012 xảy ra ở vùng Đông Bắc Braxin đƣợc xem là đợt hạn hán nghiêm trọng nhất trong vòng nửa thế kỷ qua, hạn hán đã tác động đến cuộc sống ngƣời dân tại trên 1.000 thị trấn ở quốc gia lớn nhất Nam Mỹ này. Tại Mỹ, quốc gia có nền sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ phát triển hàng đầu thế giới, song trong những năm bị hạn hán, thiệt hại về kinh tế ở nƣớc này cũng rất nghiêm trọng. Theo thống kê, mức thiệt hại bình quân hàng năm do hạn hán gây ra là lớn nhất, ƣớc tính từ 6 - 8 tỷ USD [77].

Đặc biệt, thiệt hại về kinh tế do hạn hán năm 1988 ƣớc tính khoảng 40 tỷ USD. Tính trong 10 năm (1980 -1989), hạn hán tại quốc gia này đã làm chết hàng ngàn ngƣời. Tại Bang Texas, hạn năm 1996 đã gây thiệt hại khoảng 5 tỉ USD trong lĩnh vực nông nghiệp. Đợt nắng nóng năm 2006 gây hạn hán ở nhiều nơi, riêng tại bang California làm chết 140 ngƣời.

Hạn hán năm 2011 bao phủ các bang ở phía Nam, trong đó các khu vực nhƣ Texas, Oklahoma và New Mexico bị ảnh hƣởng nặng nề nhất. Năm 2012 và 2013, hạn hán tiếp tục xảy ra trên quy mô lớn, đã đẩy giá lƣơng thực tăng cao, ƣớc tính giá bán lẻ thực phẩm tăng khoảng 4%, Trong đó đợt hạn xảy ra trong 6 tháng đầu năm 2012 bao trùm 55% diện tích nƣớc Mỹ là đợt hạn hán tồi tệ nhất kể từ năm 1956 [24]. Tại Châu Âu, đợt hạn năm 2004 - 2005, lƣợng mƣa chỉ đạt một nửa so với trung bình nhiều năm, đặc biệt ở các quốc gia nhƣ Anh, Pháp, Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha. Tại nƣớc Nga, hạn hán năm 2010 xảy ra trên quy mô lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng đến môi trƣờng, kinh tế và sức khỏe con ngƣời.

Ở Moldova, trong những năm gần đây, đặc biệt là năm 2012, hạn hán và các hiện tƣợng thời tiết cực đoan đã trở nên phổ biến hơn gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến trồng trọt, chăn nuôi và sinh kế của ngƣời dân [84]. Tại Úc, hạn hán xảy ra liên tục từ giữa 2002 đến 2010, chỉ tính riêng năm 2006, sản lƣợng lúa mì tại quốc gia này chỉ đạt 46% so với trung bình thời kỳ 1961- 2010 [60]. Châu Á là một trong những khu vực thƣờng xuyên chịu ảnh hƣởng của hạn hán trên thế giới. Tại Ấn Độ, năm 1987 xảy ra hạn hán thảm khốc dẫn đến nạn đói 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] lan rộng, Chính phủ Ấn Độ đã ban hành quy chế quản lý hạn hán và Luật phòng chống, giảm nhẹ thiên tai hạn hán.

Tại Nhật Bản, năm 1994 hạn nặng xảy ra trên 1/3 lãnh thổ, nhiều vùng phải vận chuyển nƣớc từ xa đến. Tại Inđônêsia, hạn hán năm 1982 - 1983 xảy ra đồng thời với hiện tƣợng El Nino đã làm cho 420.000 ha lúa bị thiếu nƣớc, trong đó khoảng 158.000 ha lúa bị mất trắng và 3,7 ha rừng bị cháy trụi. Trong các năm 1997 - 1998, nhiều nƣớc ở khu vực Đông Nam Á hầu nhƣ không có mƣa, nhiệt độ tăng cao gây cháy rừng ở nhiều nơi, điển hình là Inđônêsia và Malaysia. Đặc biệt vào năm 1991, nắng nóng kéo dài kết hợp với hiện tƣợng El Nino đã làm 483.000 ha lúa bị thiếu nƣớc, trong đó có 190.000 ha lúa bị mất trắng, trên 88.000 ha rừng bị cháy tại Kalimantan [24].

Tại Trung Quốc, hạn hán tác động nghiêm trọng đến cuộc sống hàng ngày và các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là tại các khu vực đông dân nghèo. Hạn hán là nguyên nhân gây tổn thất đến 48% tổng thiệt hại kinh tế trực tiếp của Trung Quốc. Trong đợt hạn năm 1994 - 1995, mỗi năm bị tổn thất 25 triệu tấn lƣơng thực; hạn hán năm 2000 - 2001 đã làm 61 triệu ngƣời bị thiếu nƣớc sinh hoạt.