Tổng quan luận án

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra với tần suất và cường độ ngày càng gia tăng của các hiện tượng thời tiết cực đoan. Theo Báo cáo Chỉ số Rủi ro Khí hậu Toàn cầu năm 2019 (Global Climate Risk Index 2019) do Germanwatch công bố tại Hội nghị các bên tham gia Công ước khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu lần thứ 24 (COP 24), khu vực Nam Á và Đông Nam Á (Southeast Asia - SEA) nằm trong nhóm chịu rủi ro cao nhất bởi bão nhiệt đới dữ dội, lượng mưa cực đoan và lũ lụt nghiêm trọng. Đông Nam Á có quy mô dân số trên 662 triệu người (tính đến giữa năm 2019), sở hữu đường bờ biển dài, phần lớn hoạt động kinh tế và đô thị tập trung tại dải ven biển, trong khi sinh kế phụ thuộc lớn vào nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản. Khu vực này liên tục chịu ảnh hưởng bởi các thiên tai nghiêm trọng như sóng thần năm 2004 tại Indonesia và Thái Lan, siêu bão Haiyan năm 2013 tại Philippines và Việt Nam, hạn hán lịch sử đầu năm 2016 tại Việt Nam, các đợt ngập lụt gió mùa nghiêm trọng tại Thái Lan (năm 1980 và 2011), cũng như cháy rừng diện rộng tại miền Trung Việt Nam vào tháng 6–7/2019.

Mặc dù Báo cáo Đánh giá lần thứ năm (AR5) của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) thông qua Nhóm công tác I (WGI) và Nhóm công tác II (WGII) đã khẳng định các tác động sâu sắc của biến đổi khí hậu tại Đông Nam Á, các báo cáo này cũng chỉ rõ sự thiếu hụt nghiêm trọng các nghiên cứu chi tiết về biến đổi khí hậu khu vực. Bên cạnh phương pháp dự tính truyền thống, phương pháp tương đồng khí hậu (climate analog) là công cụ phân tích không gian – thời gian giúp xác định các địa điểm có điều kiện khí hậu hiện tại tương tự như điều kiện khí hậu dự tính trong tương lai của một địa điểm tham chiếu. Cách tiếp cận này cung cấp góc nhìn trực quan, hiện thực hóa bức tranh khí hậu tương lai trên thực địa thay vì chỉ dựa vào các kịch bản giả định trừu tượng. Trước thời điểm nghiên cứu này được thực hiện, chưa có công trình nào áp dụng phương pháp tương đồng khí hậu cho khu vực Đông Nam Á.

Luận án tiến sĩ chuyên ngành Biến đổi khí hậu (Mã số: 9440221) của nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Tuyết với tiêu đề "A study on climate change projection and climate analog in Southeast Asia" (Nghiên cứu dự tính biến đổi khí hậu và tương đồng khí hậu ở Đông Nam Á) được thực hiện tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (Bộ Tài nguyên và Môi trường), dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Ngô Đức Thành và GS.TS. Phan Văn Tân.

Mục tiêu nghiên cứu

  • Mục tiêu tổng quát: Nắm bắt bức tranh biến đổi khí hậu tương lai ở khu vực Đông Nam Á thông qua kết hợp phương pháp dự tính khí hậu và phương pháp tương đồng khí hậu.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Dự tính nhiệt độ, lượng mưa và mức độ biến đổi của chúng trên khu vực Đông Nam Á;
    2. Xác định các vị trí tương đồng khí hậu tốt nhất cho một số thành phố ở Đông Nam Á và Việt Nam cùng xu thế dịch chuyển chung của chúng;
    3. Xác định vị trí và tỷ lệ diện tích đất xuất hiện khí hậu mới (novel climate) và khí hậu biến mất (disappearing climate) ở Đông Nam Á và Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Khí hậu dự tính, tương đồng khí hậu, khí hậu mới và khí hậu biến mất, tập trung vào hai biến số khí quyển bề mặt thiết yếu gồm nhiệt độ không khí trung bình ở độ cao 2 mét ($T_{2m}$) và lượng mưa (precipitation).
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ khu vực Đông Nam Á và lãnh thổ Việt Nam (phân tích chi tiết trên 7 vùng khí hậu: Tây Bắc - NW, Đông Bắc - NE, Đồng bằng Bắc Bộ - RRD, Bắc Trung Bộ - NC, Nam Trung Bộ - SC, Tây Nguyên - CH, Nam Bộ - SV). Mạng lưới dữ liệu bao gồm 365 trạm quan trắc tại 7 quốc gia Đông Nam Á (Thái Lan, Việt Nam, Philippines, Malaysia, Indonesia, Myanmar, Lào), 66 trạm khí tượng tại Việt Nam, cùng phân tích tương đồng khí hậu cho 6 thành phố lớn ở Đông Nam Á và 78 đô thị tại Việt Nam (bao gồm 5 thành phố trực thuộc trung ương: Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ).
  • Phạm vi thời gian: Thời kỳ cơ sở/tham chiếu là 1986–2005; hai thời kỳ tương lai được đánh giá là giữa thế kỷ 21 (2046–2065) và cuối thế kỷ 21 (2080–2099) theo hai kịch bản nồng độ khí nhà kính đại diện RCP4.5 và RCP8.5.

Các luận điểm bảo vệ

  1. Trong số 6 mô hình hoàn lưu chung toàn cầu (GCMs) và 6 mô hình khí hậu khu vực (RCMs), giá trị trung bình tổ hợp (ensemble mean - ENS) có nhiều ưu thế trong mô phỏng khí hậu khu vực Đông Nam Á so với các thử nghiệm mô hình đơn lẻ.
  2. Phiên bản hiệu chỉnh của công thức ước tính khoảng cách khí hậu hiện có đạt tính phù hợp cao khi áp dụng cho khu vực Đông Nam Á.
  3. Tỷ lệ diện tích đất của khí hậu mới ở Đông Nam Á và khí hậu biến mất ở Việt Nam được định lượng cụ thể vào thời điểm cuối thế kỷ 21 thông qua phương pháp tương đồng khí hậu.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án hệ thống hóa các nền tảng lý thuyết và thực nghiệm quốc tế cũng như khu vực xoay quanh ba trục chính: kịch bản phát thải/nồng độ khí nhà kính, mô hình hóa khí hậu toàn cầu và khu vực, và phương pháp tương đồng khí hậu.

Các hướng nghiên cứu được điểm lại

  • Kịch bản khí nhà kính và độ bất định: Phân tích tiến trình phát triển kịch bản từ IS92 (IPCC, 1992), kịch bản SRES (IPCC AR3, AR4; Nakićenović et al., 2000; Moss et al., 2008, 2010) dựa trên các cốt truyện phát triển kinh tế - xã hội, đến thế hệ kịch bản đường phân bổ nồng độ đại diện RCPs trong CMIP5 và AR5 (Moss et al., 2010; van Vuuren et al., 2011; Meinshausen et al., 2011; Taylor et al., 2012) với 4 mức bức xạ cưỡng bức vào năm 2100: RCP2.6 (2.6 $W/m^2$), RCP4.5 (4.5 $W/m^2$), RCP6.0 (6.0 $W/m^2$) và RCP8.5 (8.5 $W/m^2$). Luận án dẫn giải các nguồn bất định trong phân tích kịch bản theo Funtowicz & Ravetz (1990) gồm bất định dữ liệu, bất định mô hình và bất định do sự thiếu hụt nhận thức.
  • Mô hình khí hậu toàn cầu (GCMs) và dự án CMIP: Quá trình chuẩn hóa và so sánh mô hình qua các giai đoạn CMIP1, CMIP2 (Meehl et al., 2000), CMIP2+, CMIP3 (Meehl et al., 2007), CMIP5 (Taylor et al., 2012) và CMIP6 (Meehl et al., 2014; Eyring et al., 2016). Các thành phần cấu trúc của mô hình hệ thống Trái Đất (ESMs) gồm khí quyển, mặt đất, đại dương và băng biển; các quá trình mô phỏng trên lưới động lực và sơ đồ tham số hóa quy mô nhỏ.
  • Hạ quy mô động lực và mô hình khí hậu khu vực (RCMs): Phương pháp lồng ghép một chiều từ GCM sang RCM (Dickinson et al., 1989; Giorgi, 1990; Giorgi & Mearns, 1991, 1999). Các dự án CORDEX của WCRP (Giorgi et al., 2009; Jones et al., 2011) và phân vùng SEACLID/CORDEX-SEA (Tangang et al., 2012; Cruz et al., 2017). Luận án tổng hợp kết quả của các nghiên cứu quốc tế: Im et al. (2008) đánh giá mô hình RegCM3 trên bán đảo Triều Tiên so sánh sơ đồ đối lưu Grell và MIT-Emanuel; Gao et al. (2012, 2015) đánh giá tổ hợp RCM trên lãnh thổ Trung Quốc và cao nguyên Tây Tạng; Tang et al. (2016) đánh giá mô hình CCLM tại Đông Á; Ghimire et al. (2015) đánh giá mô phỏng trên 7 miền CORDEX; Kim et al. (2014) đánh giá lượng mưa CORDEX Đông Á; Sanjay et al. (2017) đánh giá mô hình RCA4 tại Nam Á.
  • Nghiên cứu khí hậu khu vực Đông Nam Á: Aldrian et al. (2005) sử dụng mô hình REMO mô phỏng lượng mưa Indonesia với các điều kiện biên ERA15, NCEP/NCAR và ECHAM4; Francisco et al. (2006) khảo sát độ nhạy của gió mùa mùa hè Philippines đối với điều kiện biên ERA40, NCEP và các sơ đồ thông lượng đại dương BATS, Zeng; Chotamonsak et al. (2011) sử dụng mô hình WRF hạ quy mô động lực cho Đông Nam Á ở độ phân giải 60 km.
  • Phương pháp tương đồng khí hậu: Nghiên cứu của Hallegatte et al. (2007), Kopf et al. (2008), Ramirez-Villegas et al. (2011), Veloz et al. (2012), Fitzpatrick et al. (2015), và Williams et al. (2007) về khoảng cách khí hậu, khí hậu tương đồng tốt (good analog), tương đồng kém (poor analog), khí hậu mới (novel climate) và khí hậu biến mất (disappearing climate).

Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết

Luận án giải quyết hai khoảng trống học thuật chính tại khu vực:

  1. Thiếu một đánh giá đa mô hình toàn diện, có hệ thống đối với tập hợp 6 mô hình toàn cầu CMIP5 và 6 thử nghiệm hạ quy mô động lực RCM (sử dụng RegCM4.3 trong khuôn khổ SEACLID/CORDEX-SEA) đối với cả nhiệt độ và lượng mưa trên mạng lưới trạm quan trắc dày đặc ở Đông Nam Á và 7 vùng khí hậu Việt Nam.
  2. Chưa từng có công trình nào xây dựng công thức khoảng cách khí hậu hiệu chỉnh phù hợp với đặc thù nhiệt đới gió mùa Đông Nam Á để phân tích dịch chuyển khí hậu đô thị, xác định ranh giới và tỷ lệ diện tích đất của khí hậu mới và khí hậu biến mất dưới các kịch bản biến đổi khí hậu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm

  • Hạ quy mô động lực: Sử dụng các điều kiện biên sườn (LBC) và điều kiện ban đầu (IC) từ mô hình toàn cầu (GCM) với độ phân giải thô (100–600 km) để truyền vào mô hình khí hậu khu vực (RCM) độ phân giải cao hơn (25 km), nhằm tái hiện các tương tác địa hình, đường bờ biển và các quá trình đối lưu quy mô vừa.
  • Khoảng cách khí hậu (Climate Distance - $ClimD$ hay $CD$): Dựa trên nguyên lý khoảng cách Euclid chuẩn hóa (Standardized Euclidean Distance - SED), tính toán sự khác biệt giữa chu trình mùa chuẩn khí hậu nhiều năm (12 tháng) của nhiệt độ và lượng mưa giữa điểm tham chiếu trong tương lai và các điểm lưới khác trong thời kỳ hiện tại.
  • Phân loại tương đồng khí hậu:
    • Tương đồng tốt (Good analog): Khoảng cách khí hậu giữa kịch bản tương lai của điểm nghiên cứu và hiện tại của điểm tương đồng nhỏ hơn ngưỡng quy định.
    • Tương đồng kém (Poor analog): Khoảng cách khí hậu nằm giữa ngưỡng tương đồng tốt và ngưỡng khí hậu mới.
    • Khí hậu mới (Novel climate): Khí hậu tương lai tại điểm tham chiếu không tìm thấy bất kỳ điểm nào có khí hậu hiện tại tương tự trong toàn miền nghiên cứu (xét theo nhiệt độ - T-novel, lượng mưa - P-novel, hoặc cả hai - TP-novel).
    • Khí hậu biến mất (Disappearing climate): Khí hậu hiện tại của điểm tham chiếu không còn xuất hiện ở bất kỳ điểm nào trong tương lai trên toàn miền nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu định lượng

  • Kỹ thuật đánh giá sai số và hiệu năng mô hình:
    • Sai số tuyệt đối (Absolute Bias);
    • Hệ số tương quan chuỗi thời gian tháng (Correlation Coefficient - CORR);
    • Độ lệch quân phương đã chuẩn hóa/khử trung bình (Centered Root Mean Square Difference - RMSD);
    • Tỷ số độ lệch chuẩn (Ratio of Standard Deviation - RSTD);
    • Biểu đồ Taylor (Taylor diagrams) tích hợp CORR, RMSD, RSTD để xếp hạng (Ranking scores) hiệu năng mô hình.
  • Kỹ thuật kiểm định thống kê:
    • Kiểm định t-Student (Student's t-test) ở mức ý nghĩa 5% ($p < 0.05$) trên từng điểm lưới để xác định mức độ biến đổi nhiệt độ và lượng mưa có ý nghĩa thống kê;
    • Tiêu chí đồng thuận mô hình (Model consensus): Xác định mức độ tin cậy khi có ít nhất 2/3 số mô hình RCM thành phần thống nhất về chiều hướng biến đổi.
  • Công thức khoảng cách khí hậu hiệu chỉnh: Công thức tính toán độ bất đồng đều nhiệt độ ($T_{dis}$) và lượng mưa ($P_{dis}$) được chuẩn hóa thông qua các hệ số trọng số:
    • Hệ số $\alpha$: Tỷ số giữa mức bất đồng đều trung bình nhiệt độ ($T_{dis}$) và lượng mưa ($P_{dis}$) trên toàn miền;
    • Hệ số $\beta$: Tỷ số giữa $T_{dis}$ của thử nghiệm tổ hợp trung bình (ENS) và giá trị trung bình cộng $T_{dis}$ của 6 RCM thành phần.
  • Công cụ tính toán và xử lý dữ liệu:
    • Hệ điều hành Linux, cụm máy chủ tính toán hiệu năng cao HILO tại Khoa Vũ trụ và Ứng dụng (USTH) và phòng thí nghiệm REMOSAT;
    • Các công cụ xử lý dữ liệu khí hậu chuyên dụng: Climate Data Operators (CDO), NetCDF Operators (NCO);
    • Phần mềm biểu diễn đồ họa bản đồ: Generic Mapping Tools (GMT).

Nguồn tư liệu và dữ liệu

Nhóm dữ liệu Nguồn / Bộ dữ liệu Mô tả chi tiết và quy mô
Quan trắc trạm SEACLID/CORDEX-SEA 365 trạm tại Thái Lan, Việt Nam, Philippines, Malaysia, Indonesia, Myanmar, Lào
Quan trắc trạm VN Số liệu mạng lưới quốc gia 66 trạm khí tượng bề mặt phân bố trên 7 vùng khí hậu Việt Nam
Quan trắc dạng lưới APHRODITE, CRU, TRMM, VnGP Lưới nhiệt độ và mưa phân giải cao phục vụ kiểm chứng không gian
Địa hình số GTOPO30 Dữ liệu độ cao địa hình toàn cầu phân giải 30 giây cung (Global 30 Arc-Second Elevation)
Mô hình toàn cầu (GCMs) CMIP5 (6 mô hình) CNRM-CM5, CSIRO-Mk3.6, EC-Earth, GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, MPI-ESM-MR
Mô hình khu vực (RCMs) SEACLID/CORDEX-SEA (6 thử nghiệm) Mô hình RegCM4.3 hạ quy mô từ 6 GCMs trên miền Đông Nam Á
Tổ hợp đa mô hình ENS (R_ENS, G_ENS) Trung bình tổ hợp 6 mô hình khu vực (R_ENS) và 6 mô hình toàn cầu (G_ENS)

Nội dung chính theo từng chương

CHAPTER 1 – LITERATURE REVIEW ON REGIONAL CLIMATE DOWNSCALING AND CLIMATE ANALOG

Chương 1 cung cấp tổng quan lý thuyết toàn diện về các kịch bản nồng độ khí nhà kính (từ IS92, SRES đến RCPs: RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5), các nguồn độ bất định trong dự tính khí hậu (bất định số liệu, cấu trúc mô hình, nhận thức chuyên gia). Chương này phân tích cấu trúc toán - lý của các mô hình hoàn lưu chung toàn cầu (AOGCMs/ESMs), các chu kỳ CMIP (từ CMIP1 đến CMIP6), và chi tiết hóa 6 mô hình GCM được sử dụng trong luận án:

  • CNRM-CM5: Tích hợp mô hình khí quyển ARPEGE-Climat v5.2, đại dương NEMO v3.2, bề mặt đất ISBA, băng biển GELATO v5 qua bộ ghép nối OASIS v3.
  • CSIRO-Mk3.6: Mô hình đại dương - khí quyển ghép nối động lực băng biển và sơ đồ phủ thực vật đất.
  • EC-Earth: Dựa trên hệ thống dự báo mùa của ECMWF.
  • GFDL-ESM2M: Sử dụng tọa độ đứng áp suất dựa trên mô hình đại dương MOM4 và mô hình đất tiên tiến LM3.
  • HadGEM2-ES: Cấu hình mô hình Unified Model (UM v6.6) của Met Office Hadley Centre với độ phân giải N96L38 cho khí quyển và 1 độ cho đại dương.
  • MPI-ESM-MR: Tích hợp ECHAM6 (khí quyển), MPIOM (đại dương), JSBACH (sinh quyển cạn), HAMOCC (hóa sinh đại dương) qua bộ ghép nối OASIS3.

Chương 1 cũng làm rõ cơ chế hạ quy mô động lực lồng ghép một chiều với RCM (RegCM4.3), tổng kết các công trình đánh giá mô hình RCM tại các miền CORDEX trên thế giới (Hàn Quốc, Trung Quốc, Tây Tạng, Nam Á, Đông Á), tổng kết các nghiên cứu tại Đông Nam Á (Indonesia, Philippines), và thiết lập khung khái niệm về tương đồng khí hậu: Good analog, Poor analog, Novel climate, Disappearing climate.

CHAPTER 2 – OBSERVED DATA, NUMERICAL EXPERIMENTS AND METHODOLOGY

Chương 2 trình bày chi tiết về nguồn dữ liệu quan trắc trạm (365 trạm Đông Nam Á, 66 trạm Việt Nam), các bộ dữ liệu lưới (APHRODITE, CRU, TRMM, VnGP), địa hình GTOPO30 và cấu hình 6 thử nghiệm mô hình RCM hạ quy mô từ 6 GCMs thuộc CMIP5.

Chương này công thức hóa phương pháp luận đánh giá hiệu năng mô phỏng bằng các chỉ số thống kê sai số (Bias, CORR, RMSD, RSTD), biểu đồ Taylor và hệ thống xếp hạng điểm số. Đồng thời, chương 2 thiết lập quy trình tính toán khoảng cách khí hậu ($ClimD$) cải biên cho khu vực Đông Nam Á, xác định các tham số trọng số chuẩn hóa ($\alpha$, $\beta$) và các ngưỡng định lượng để phân chia ranh giới giữa các loại tương đồng: tương đồng tốt, tương đồng kém, khí hậu mới (TP-, T-, P-novel) và khí hậu biến mất. Toàn bộ chuỗi quy trình được lập trình và xử lý trên nền tảng NCO, CDO, GMT trên cụm máy tính HILO tại USTH.

CHAPTER 3 – PERFORMANCE OF MULTI-MODEL EXPERIMENTS IN SOUTHEAST ASIA

Chương 3 tập trung đánh giá hiệu năng mô phỏng khí hậu thời kỳ cơ sở (1986–2005) của 6 GCMs, 6 RCMs và giá trị trung bình tổ hợp (ENS) so với số liệu quan trắc tại Đông Nam Á và Việt Nam.

  • Trên quy mô Đông Nam Á: So sánh chu trình mùa của nhiệt độ 2m và lượng mưa tại các trạm đại diện cho các thành phố lớn cho thấy các mô hình RCM mô tả chu trình mùa thực tế tốt hơn GCMs. Biểu đồ Taylor và bảng xếp hạng RMSD cho 365 trạm tại 6 quốc gia Đông Nam Á (Indonesia, Malaysia, Philippines, Thái Lan, Việt Nam, Myanmar) chứng minh thử nghiệm tổ hợp trung bình RCM (R_ENS) đạt điểm số cao nhất, giảm thiểu đáng kể sai số hệ thống của từng mô hình đơn lẻ.
  • Trên quy mô 7 vùng khí hậu Việt Nam: Đánh giá chi tiết qua mối quan hệ nhiệt độ quan trắc - mô phỏng cho thấy phần lớn giá trị mô phỏng nằm trong dải sai số $\pm 2^\circ C$. Phân tích bản đồ sai số không gian (Bias) cho thấy các mô hình có sự phân hóa giữa sai số nóng/lạnh (warm/cold bias) và sai số ẩm/khô (wet/dry bias). Thử nghiệm tổ hợp ENS tiếp tục thể hiện hiệu năng vượt trội trên biểu đồ Taylor và bảng tổng hợp xếp hạng điểm số thống kê (tuyệt đối Bias, CORR, RMSD, RSTD) ở cả 7 tiểu vùng khí hậu (Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ).

CHAPTER 4 – CLIMATE CHANGE PROJECTION AND CLIMATE ANALOG IN SOUTHEAST ASIA

Chương 4 trình bày kết quả dự tính khí hậu và kết quả phân tích tương đồng khí hậu:

  • Dự tính biến đổi nhiệt độ và lượng mưa:
    • Xu thế nhiệt độ: Mức tăng nhiệt độ biểu hiện rõ rệt trên toàn Đông Nam Á và Việt Nam trong cả hai thời kỳ 2046–2065 và 2080–2099, trong đó kịch bản RCP8.5 cho mức tăng cao hơn đáng kể so với RCP4.5. Hầu hết các điểm lưới đều đạt mức ý nghĩa thống kê 5% qua kiểm định t-test. Phân tích biến đổi trung bình theo vĩ độ khẳng định xu thế ấm lên diễn ra đồng bộ.
    • Xu thế lượng mưa: Lượng mưa có sự phân hóa mạnh theo không gian và mùa. Mức độ đồng thuận giữa các mô hình (ít nhất 2/3 số mô hình RCM thành phần) được thể hiện rõ trên các vùng lãnh thổ cụ thể.
  • Tương đồng khí hậu và dịch chuyển khí hậu đô thị:
    • Tại Đông Nam Á: Xác định vị trí tương đồng tốt nhất (best analog location) và khoảng cách khí hậu ($ClimD$) cho 6 thành phố lớn theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Kết quả chỉ ra xu hướng dịch chuyển khí hậu của các đô thị về các vĩ độ thấp hơn hoặc các vùng có đặc trưng khí hậu nhiệt đới điển hình. Đánh giá tỷ lệ diện tích đất (land ratio %) của khí hậu mới dạng TP-novel, T-novel, P-novel cũng như tương đồng tốt và kém trên toàn vùng Đông Nam Á.
    • Tại Việt Nam: Phân tích chi tiết tọa độ xuất phát và vị trí tương đồng tốt nhất trong phạm vi Đông Nam Á cho 78 đô thị dưới kịch bản RCP4.5. Phân tích sâu 5 thành phố trực thuộc trung ương (Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ) bằng các thử nghiệm CNRM, ECEA và ENS dưới kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho thấy chu trình mùa tương lai của các thành phố này tương ứng với chu trình mùa hiện tại của các địa điểm nằm xa hơn về phía nam. Đồng thời, chương 4 xác định tỷ lệ diện tích đất của khí hậu biến mất (disappearing climate), tương đồng kém và tương đồng tốt trên lãnh thổ Việt Nam.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới của luận án

  1. Đánh giá toàn diện đa mô hình: Cung cấp bức tranh định lượng chi tiết về khả năng mô phỏng khí hậu nhiệt độ và lượng mưa ở Đông Nam Á và Việt Nam của 6 mô hình toàn cầu CMIP5 GCMs và 6 mô hình khu vực RCMs, chứng minh một cách có hệ thống vai trò vượt trội của trung bình tổ hợp (ENS) trong việc giảm thiểu sai số mô hình.
  2. Cải biên công thức tính khoảng cách khí hậu: Xác định và chuẩn hóa phiên bản công thức tính khoảng cách khí hậu cải biên với các hệ số trọng số $\alpha$ và $\beta$ dành riêng cho biến nhiệt độ, lượng mưa và dữ liệu tổ hợp trung bình ENS, thiết lập hệ thống ngưỡng phân loại tương đồng khí hậu phù hợp với khu vực nhiệt đới gió mùa.
  3. Bản đồ hóa và định lượng tương đồng khí hậu: Xác định sự phân bố không gian và tỷ lệ diện tích đất của các vùng khí hậu tương đồng tốt, tương đồng kém, khí hậu mới (novel climate) tại Đông Nam Á và khí hậu biến mất (disappearing climate) tại Việt Nam theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 vào cuối thế kỷ 21; định vị tọa độ tương đồng khí hậu cho 78 đô thị tại Việt Nam và 6 thành phố lớn trong khu vực.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Ứng dụng kết quả dịch chuyển khí hậu đô thị và các vị trí tương đồng thực tế để xây dựng các giải pháp thích ứng cụ thể cho 78 đô thị tại Việt Nam, cho phép các nhà quản lý đô thị học hỏi kinh nghiệm quản trị và cơ sở hạ tầng từ các địa phương hiện đang có kiểu khí hậu tương tự.
  • Tích hợp số liệu dự tính khí hậu chi tiết và thông tin về các vùng khí hậu mới/khí hậu biến mất vào quá trình rà soát, cập nhật quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, quy hoạch sử dụng đất và chiến lược quốc gia về thích ứng với biến đổi khí hậu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Giới hạn biến số khí hậu: Luận án tập trung phân tích hai biến số bề mặt chính là nhiệt độ không khí ở độ cao 2m ($T_{2m}$) và lượng mưa ($P$). Chưa tích hợp đồng thời các biến số khí tượng khác như độ ẩm tương đối, bức xạ mặt trời, áp suất và tốc độ gió vào công thức tính khoảng cách khí hậu.
  • Nguồn dữ liệu mô hình: Nghiên cứu sử dụng tập dữ liệu mô phỏng từ thế hệ mô hình CMIP5 và dự án SEACLID/CORDEX-SEA giai đoạn trước.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu áp dụng tập dữ liệu mô hình CMIP6 mới nhất, tích hợp thêm các hiện tượng khí hậu cực đoan (chỉ số khô hạn SPI, bão nhiệt đới, sóng nhiệt) và hoàn thiện công thức khoảng cách khí hậu đa biến phục vụ đánh giá rủi ro sinh thái và nông nghiệp chuyên sâu.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và giảng viên: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận hạ quy mô động lực RCM, kỹ thuật phân tích biểu đồ Taylor, xếp hạng đa mô hình và phương pháp toán học xác định tương đồng khí hậu (climate analog).
  • Đối với chuyên gia quy hoạch và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học trực quan tại Viện Chiến lược phát triển (VIDS), Bộ Tài nguyên và Môi trường (MONRE) và các cơ quan quản lý đô thị để hình dung điều kiện khí hậu thực địa tương lai của 78 thành phố Việt Nam, hỗ trợ xây dựng kế hoạch thích ứng dài hạn.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án giải quyết vấn đề cốt lõi nào trong nghiên cứu biến đổi khí hậu tại Đông Nam Á?

Luận án giải quyết việc đánh giá đa mô hình (6 GCMs và 6 RCMs từ SEACLID/CORDEX-SEA), dự tính biến đổi nhiệt độ và lượng mưa, đồng thời lần đầu tiên áp dụng phương pháp tương đồng khí hậu (climate analog) cải biên để xác định sự dịch chuyển khí hậu đô thị, tỷ lệ diện tích đất của khí hậu mới ở Đông Nam Á và khí hậu biến mất ở Việt Nam.

2. Vì sao phương pháp trung bình tổ hợp (ENS) được khẳng định có ưu thế hơn mô hình đơn lẻ?

Kết quả kiểm chứng thời kỳ cơ sở (1986–2005) qua sai số tuyệt đối, biểu đồ Taylor và bảng xếp hạng điểm số thống kê tại 365 trạm Đông Nam Á và 66 trạm ở 7 vùng khí hậu Việt Nam cho thấy ENS trung hòa được các sai số hệ thống đối lập (nóng/lạnh, ẩm/khô) của từng mô hình thành phần, đạt độ tương quan cao hơn và độ lệch chuẩn sát với quan trắc hơn.

3. Công thức tính khoảng cách khí hậu trong luận án có điểm cải biên nào quan trọng?

Công thức khoảng cách khí hậu được bổ sung hai tham số chuẩn hóa: hệ số $\alpha$ (cân bằng tỷ số giữa mức bất đồng đều trung bình nhiệt độ $T_{dis}$ và lượng mưa $P_{dis}$) và hệ số $\beta$ (điều chỉnh mức bất đồng đều của mô hình tổ hợp ENS so với trung bình các RCM thành phần), giúp việc tính toán khoảng cách không bị lệch trọng số về một biến số đơn lẻ.

4. Luận án sử dụng các kịch bản phát thải và mốc thời gian nào để dự tính?

Nghiên cứu sử dụng hai kịch bản nồng độ khí nhà kính đại diện là RCP4.5 (phát thải trung bình) và RCP8.5 (phát thải cao). Thời kỳ cơ sở đối chứng là 1986–2005, hai thời kỳ tương lai được phân tích là giữa thế kỷ 21 (2046–2065) và cuối thế kỷ 21 (2080–2099).

5. Khái niệm khí hậu mới và khí hậu biến mất được định nghĩa như thế nào trong luận án?

Khí hậu mới (novel climate) là trạng thái khi điều kiện khí hậu tương lai tại một điểm tham chiếu không tìm thấy bất kỳ điểm nào có khí hậu hiện tại tương tự trên toàn bộ miền nghiên cứu. Ngược lại, khí hậu biến mất (disappearing climate) là trạng thái khi điều kiện khí hậu hiện tại của một điểm tham chiếu sẽ không còn xuất hiện ở bất kỳ nơi nào trong tương lai trên toàn bộ phạm vi nghiên cứu.


Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Tuyết đã hoàn thành các mục tiêu khoa học về đánh giá đa mô hình khí hậu, dự tính chi tiết nhiệt độ và lượng mưa, đồng thời áp dụng phương pháp tương đồng khí hậu tại khu vực Đông Nam Á và Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh ưu thế của phương pháp tổ hợp đa mô hình ENS, hoàn thiện công thức khoảng cách khí hậu cải biên và lượng hóa được tỷ lệ diện tích đất xuất hiện khí hậu mới cũng như khí hậu biến mất vào cuối thế kỷ 21. Công trình mang lại giá trị khoa học về phương pháp luận và cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng phục vụ công tác quy hoạch phát triển đô thị và xây dựng chính sách thích ứng với biến đổi khí hậu.