Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu mối liên hệ giữa hoạt động xâm nhập lạnh với các trường khí quyển qui mô lớn trong các tháng mùa đông ở việt nam

Nghiên cứu mối liên hệ giữa xâm nhập lạnh và các trường khí quyển lớn trong mùa đông tại Việt Nam, cung cấp cái nhìn sâu sắc về khí hậu.

• Tác giả: Đinh Hữu Dương
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Minh Tăng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khí tượng khí hậu học
• Đề tài: Nghiên cứu mối liên hệ giữa hoạt động xâm nhập lạnh với các trường khí quyển qui mô lớn trong các tháng mùa đông ở Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ GIÓ MÙA- GIÓ MÙA CHÂU Á
• 1.1. Khái niệm và định nghĩa về gió mùa- gió mùa Châu Á
• 1.2. Phân vùng gió mùa của S.
• 1.3. Khái niệm về không khí lạnh
• 1.4. Hệ quả thời tiết do tác động của không khí lạnh
• 1.5. Đặc điểm hoạt động của các đợt xâm nhập lạnh
• 1.6. Một số nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.7. Một số chỉ tiêu và tiêu chí
• 1.7.1. Chỉ tiêu và tiêu chí trong nước
• 2. SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Số liệu quan trắc các đợt KKL ở Việt Nam
• 2.2. Số liệu tái phân tích ERA - Interim. Số liệu dự báo của sản phẩm mô hình dự báo khí hậu ECWMF
• 2.3. Các chỉ số EAWMI tham gia trong phương pháp dự báo
• 2.4. Khu vực tính toán số liệu
• 2.4.1. Chỉ số ICHEN
• 2.4.2. Chỉ số IYang
• 2.4.3. Chỉ số IShi
• 2.4.4. Chỉ số ISUN
• 2.4.5. Chỉ số ILi&Yang
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp hồi qui tuyến tính một biến và hồi qui từng bước
• 2.5.2. Xây dựng phương trình dự báo
• 2.5.3. Kiểm nghiệm phương trình dự báo. Chuẩn sai thặng dư. Chỉ số Fisher
• 3. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT
• 3.1. Mối liên hệ giữa hoạt động xâm nhập lạnh với các trường khí quyển qui mô lớn
• 3.1.1. Mối liên hệ của các chỉ số gió mùa mùa đông với hoạt động xâm nhập lạnh trong mùa Đông tại Việt Nam
• 3.1.2. Sự biến đổi của các chỉ số gió mùa và mối quan hệ giữa chúng với hoạt động của các đợt KKL trong mùa Đông tại Việt Nam
• 3.1.3. Sự biến đổi của các trường khí quyển qui mô lớn và tác động của chúng đến hoạt động của KKL
• 3.2. Thử nghiệm xác định số đợt không khí lạnh theo từng mùa Đông – theo phương pháp hồi qui tuyến tính một biến (từ năm 1992-2015)
• 3.2.1. Chỉ số EAWMI1
• 3.2.2. Chỉ số EAWMI 2
• 3.2.3. Chỉ số EAWMI 3
• 3.2.4. Chỉ số EAWMI 4
• 3.2.5. Chỉ số EAWMI 5
• 3.2.6. Chỉ số EAWMI 6
• 3.3. Thử nghiệm xác định số đợt không khí lạnh theo từng mùa Đông – theo phương pháp hồi qui từng bước (từ năm 1992-2015)
• 3.4. Thử nghiệm dự báo số đợt xâm nhập lạnh trong mùa đông và số đợt rét đậm, rét hại xảy ra trên diện rộng ở Việt Nam
• 3.4.1. Thử nghiệm dự báo số đợt xâm nhập lạnh trong mùa đông xuống Việt Nam
• 3.4.1.1. Sử dụng số liệu đầu vào là dữ liệu dự báo hạn mùa của ECWMF tháng 8
• 3.4.1.2. Sử dụng số liệu đầu vào là dữ liệu dự báo hạn mùa của ECWMF tháng 9
• 3.4.1.3. Sử dụng số liệu đầu vào là dữ liệu dự báo hạn mùa của ECWMF tháng 10
• 3.4.2. Thử nghiệm dự báo số đợt rét đậm, rét hại xảy ra trên diện rộng trong mùa đông ở khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Việt Nam
• 3.4.2.1. Sử dụng số liệu đầu vào là dữ liệu dự báo hạn mùa của ECWMF tháng 8
• 3.4.2.2. Sử dụng số liệu đầu vào là dữ liệu dự báo hạn mùa của ECWMF tháng 9
• 3.4.2.3. Sử dụng số liệu đầu vào là dữ liệu dự báo hạn mùa của ECWMF tháng 10
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mối liên hệ giữa xâm nhập lạnh và khí quyển mùa đông

Nghiên cứu mối liên hệ giữa xâm nhập lạnh và khí quyển mùa đông ở Việt Nam là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực khí tượng học. Xâm nhập lạnh không chỉ ảnh hưởng đến thời tiết mà còn tác động đến đời sống và sản xuất nông nghiệp. Mùa đông ở miền Bắc Việt Nam thường chứng kiến sự xuất hiện của các đợt không khí lạnh mạnh, gây ra hiện tượng rét đậm, rét hại. Việc hiểu rõ mối liên hệ này giúp cải thiện khả năng dự báo thời tiết và ứng phó với thiên tai.

1.1. Khái niệm về xâm nhập lạnh và khí quyển mùa đông

Xâm nhập lạnh là hiện tượng khi khối không khí lạnh từ lục địa di chuyển xuống Việt Nam, gây ra sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ. Khí quyển mùa đông ở Việt Nam đặc trưng bởi sự hiện diện của áp cao Siberia, tạo điều kiện cho không khí lạnh xâm nhập. Sự kết hợp giữa các yếu tố khí tượng này dẫn đến những biến đổi thời tiết đáng kể trong mùa đông.

1.2. Tác động của xâm nhập lạnh đến thời tiết mùa đông

Khi xâm nhập lạnh xảy ra, nhiệt độ trung bình giảm mạnh, có thể xuống dưới 10 độ C ở nhiều khu vực. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn gây thiệt hại cho nông nghiệp, đặc biệt là các loại cây trồng nhạy cảm với lạnh. Các hiện tượng như băng giá và tuyết rơi cũng có thể xảy ra, gây ra nhiều khó khăn cho đời sống.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu xâm nhập lạnh

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về xâm nhập lạnh, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc dự báo chính xác. Các yếu tố như biến đổi khí hậu và sự thay đổi của các trường khí quyển lớn có thể làm phức tạp thêm tình hình. Việc thiếu dữ liệu quan trắc chính xác cũng là một vấn đề lớn trong nghiên cứu này.

2.1. Biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến xâm nhập lạnh

Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi các mô hình khí hậu truyền thống, ảnh hưởng đến tần suất và cường độ của xâm nhập lạnh. Nghiên cứu cho thấy rằng các đợt không khí lạnh có thể trở nên mạnh hơn hoặc ít hơn tùy thuộc vào các yếu tố khí hậu toàn cầu.

2.2. Thiếu dữ liệu quan trắc và ảnh hưởng đến dự báo

Việc thiếu dữ liệu quan trắc chính xác về khí quyển mùa đông gây khó khăn trong việc xây dựng các mô hình dự báo. Các trạm khí tượng ở nhiều khu vực còn hạn chế, dẫn đến việc không thể theo dõi đầy đủ các đợt xâm nhập lạnh.

III. Phương pháp nghiên cứu mối liên hệ giữa xâm nhập lạnh và khí quyển

Để nghiên cứu mối liên hệ giữa xâm nhập lạnh và khí quyển mùa đông, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các phương pháp thống kê và mô hình hóa khí hậu. Việc phân tích dữ liệu từ các trạm khí tượng và các mô hình khí hậu toàn cầu giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến không khí lạnh.

3.1. Phương pháp thống kê trong nghiên cứu khí hậu

Phương pháp thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu quan trắc và xác định mối liên hệ giữa các yếu tố khí tượng. Các chỉ số như EAWMI (Chỉ số gió mùa mùa đông Đông Á) thường được áp dụng để đánh giá sự biến đổi của khí quyển mùa đông.

3.2. Mô hình hóa khí hậu và dự báo xâm nhập lạnh

Mô hình hóa khí hậu giúp dự báo các đợt xâm nhập lạnh trong tương lai. Các mô hình khí hậu hiện đại có thể dự đoán sự thay đổi của các trường khí quyển lớn và tác động của chúng đến không khí lạnh.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu xâm nhập lạnh

Nghiên cứu về xâm nhập lạnh không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc dự báo chính xác các đợt không khí lạnh giúp các cơ quan chức năng có biện pháp ứng phó kịp thời, giảm thiểu thiệt hại cho nông nghiệp và đời sống.

4.1. Dự báo thời tiết và ứng phó thiên tai

Dự báo chính xác về xâm nhập lạnh giúp người dân và các cơ quan chức năng chuẩn bị tốt hơn cho các hiện tượng thời tiết cực đoan. Việc này có thể giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.2. Tăng cường năng lực dự báo khí tượng

Nghiên cứu về khí quyển mùa đông và xâm nhập lạnh cũng giúp nâng cao năng lực dự báo khí tượng. Các mô hình dự báo hiện đại có thể cung cấp thông tin chính xác hơn về thời tiết, từ đó hỗ trợ các quyết định trong sản xuất và quản lý thiên tai.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu xâm nhập lạnh

Nghiên cứu mối liên hệ giữa xâm nhập lạnh và khí quyển mùa đông ở Việt Nam là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Với sự phát triển của công nghệ và phương pháp nghiên cứu, hy vọng rằng việc dự báo sẽ ngày càng chính xác hơn, giúp giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.

5.1. Tương lai của nghiên cứu khí hậu ở Việt Nam

Nghiên cứu về khí quyển mùa đông và xâm nhập lạnh sẽ tiếp tục được mở rộng trong tương lai. Các công nghệ mới và dữ liệu lớn sẽ giúp cải thiện khả năng dự báo và hiểu biết về các hiện tượng khí hậu.

5.2. Tăng cường hợp tác quốc tế trong nghiên cứu khí hậu

Hợp tác quốc tế trong nghiên cứu khí hậu sẽ giúp Việt Nam tiếp cận được các công nghệ và phương pháp tiên tiến. Điều này sẽ góp phần nâng cao năng lực dự báo và ứng phó với các hiện tượng thời tiết cực đoan.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hoạt động của không khí lạnh và các đợt xâm nhập lạnh là một trong những hiện tượng thời tiết nguy hiểm đặc trưng nhất trong các tháng mùa đông tại Việt Nam. Trung bình mỗi năm có khoảng 27 đến 28 đợt xâm nhập lạnh ảnh hưởng trực tiếp đến miền Bắc, gây sụt giảm nhiệt độ trung bình ngày từ 3 đến 5 độ C sau 24 giờ, đi kèm gió mạnh cấp 6 đến cấp 7 và giật cấp 8 đến cấp 9 trên khu vực vịnh Bắc Bộ. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, tần suất và cường độ của các đợt không khí lạnh diễn biến ngày càng phức tạp, điển hình như đợt rét đậm, rét hại kỷ lục từ ngày 22 đến 27 tháng 1 năm 2016 khiến nhiệt độ tại Sa Pa và Mẫu Sơn giảm xuống mức âm 4 độ C, gây xuất hiện băng tuyết trên diện rộng và thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp.

Vấn đề đặt ra là các phương pháp dự báo truyền thống chủ yếu tập trung vào hạn ngắn và hạn vừa từ 24 đến 48 giờ, trong khi nhu cầu thực tiễn đòi hỏi khả năng nhận định định lượng hạn mùa trước nhiều tháng. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm xác lập cơ sở khoa học về mối liên hệ giữa hoạt động xâm nhập lạnh với các trường khí quyển quy mô lớn, từ đó xây dựng công cụ dự báo định lượng hạn mùa số đợt không khí lạnh và rét đậm, rét hại tại Việt Nam.

Phạm vi nghiên cứu bao quát chuỗi số liệu 24 mùa đông liên tục từ năm 1992 đến năm 2016, tập trung vào 3 tháng chính đông gồm tháng 12, tháng 1 và tháng 2 trên khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. Luận văn đã thiết lập phương trình hồi quy đa biến với hệ số tương quan bội đạt 0,78 và tổng biến sai thặng dư 10,748, cho phép nâng cao khả năng dự báo sớm trước 1 đến 7 tháng qua mô hình số trị, tạo tiền đề quan trọng giúp giảm thiểu rủi ro thiên tai và bảo vệ sinh kế cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết hoàn lưu chung khí quyển và hệ thống gió mùa châu Á. Theo các tiêu chuẩn phân vùng khí hậu kinh điển, khu vực gió mùa được xác định khi góc chuyển hướng gió thịnh hành giữa tháng 1 và tháng 7 đạt từ 120 độ trở lên, tần suất gió thịnh hành vượt ngưỡng 40% và tốc độ gió tổng hợp trung bình lớn hơn 3 m/s. Hệ thống gió mùa mùa đông Đông Á được vận hành dưới sự chi phối của áp cao lạnh Siberia ở tầng thấp dưới mực 700 hPa kết hợp với rãnh xích đạo và dòng xiết gió tây cận nhiệt đới trên cao.

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng lý thuyết động lực học sóng hành tinh và mô hình tương tác hoàn lưu quy mô lớn như dao động Bắc Cực và mô hình sóng Á - Âu. Các khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa trong luận văn bao gồm: Gió mùa mùa đông Đông Á, Xâm nhập lạnh, Gió mùa Đông Bắc đi kèm front lạnh gây giảm nhiệt trên một nửa số trạm quan trắc từ 3 độ C trở lên, Không khí lạnh tăng cường làm tăng tốc độ gió ngoài khơi tại trạm đảo Bạch Long Vĩ từ cấp 6 kéo dài trên 3 giờ, và Bộ chỉ số gió mùa mùa đông Đông Á đại diện cho gradient khí áp mặt biển, trường gió kinh hướng và gió vĩ hướng tầng đối lưu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tích hợp đồng bộ từ 3 hệ thống cơ sở dữ liệu lớn. Thứ nhất là chuỗi số liệu quan trắc thực tế 24 mùa đông từ năm 1992 đến năm 2015 của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia với thống kê chi tiết các đợt không khí lạnh mạnh, trung bình và yếu. Thứ hai là bộ số liệu tái phân tích ERA-Interim của Trung tâm Dự báo hạn vừa Châu Âu với độ phân giải không gian 0,25 độ kinh vĩ, bao gồm các biến bề mặt và 7 mực áp suất chuẩn từ 1000 hPa đến 200 hPa. Thứ ba là sản phẩm dự báo tổ hợp hạn mùa từ hệ thống mô hình khí hậu 41 thành phần với hạn dự báo 7 tháng được khởi tạo định kỳ vào các tháng 8, 9 và 10.

Phương pháp chọn mẫu toàn bộ chuỗi 24 năm liên tục được lựa chọn nhằm bảo đảm tính đồng nhất của hệ thống quan trắc hiện đại, tránh sai số do ngắt quãng dữ liệu và đáp ứng độ tin cậy thống kê khí hậu đa thập kỷ. Về xử lý dữ liệu, tác giả áp dụng phương pháp phân tích tương quan Pearson đơn biến và phương pháp hồi quy từng bước để chọn lọc các biến dự báo tối ưu từ 6 chỉ số gió mùa thành phần. Việc kiểm định mô hình được thực hiện nghiêm ngặt thông qua chỉ số kiểm định Fisher, chuẩn sai thặng dư, sai số trung bình hệ thống và sai số trung bình tuyệt đối nhằm loại bỏ hiện tượng đa cộng tuyến và tối ưu hóa độ chính xác dự báo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích đã làm sáng tỏ 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao:

Thứ nhất, mức độ tương quan giữa 6 chỉ số gió mùa mùa đông Đông Á với số đợt không khí lạnh ở miền Bắc Việt Nam có sự phân hóa rõ rệt. Chỉ số phản ánh gradient khí áp mặt biển Đông - Tây đạt hệ số tương quan cao nhất là 0,59, tiếp theo là chỉ số chênh lệch gió kinh hướng tầng 10m và chỉ số dòng xiết gió tây tầng 200 hPa. Ngược lại, các chỉ số gió kinh hướng mực 850 hPa và độ cao địa thế vị mực 500 hPa có mức tương quan đơn biến thấp hơn khi xét riêng cho khu vực Việt Nam.

Thứ hai, phương trình hồi quy đa biến tối ưu được thiết lập thành công thông qua thuật toán từng bước với việc kết hợp 4 chỉ số gió mùa, đạt hệ số tương quan bội 0,78 và giải thích được trên 60% biến thiên của số đợt không khí lạnh thực tế qua 24 mùa đông.

Thứ ba, sự biến đổi của các trường khí quyển quy mô lớn thể hiện rõ nét qua các năm không khí lạnh hoạt động mạnh: Áp cao Siberia có trị số tâm đạt từ 1035 đến 1040 hPa dịch chuyển về phía nam vĩ tuyến 50 độ Bắc và mở rộng mạnh về phía đông nam; trên mực 850 hPa hình thành tâm cao đóng kín 1530 m địa thế vị tại tọa độ 30 độ Bắc và 100 đến 115 độ Đông; trên mực 500 hPa đường đẳng cao 5820 m địa thế vị hạ thấp sát vĩ tuyến 20 độ Bắc; trên mực 300 hPa rãnh Đông Á tại khu vực 50 đến 70 độ Bắc và 120 đến 160 độ Đông khơi sâu rõ rệt so với trung bình 30 năm.

Thứ tư, thử nghiệm dự báo hạn mùa dựa trên sản phẩm mô hình khí hậu từ tháng 8, tháng 9 và tháng 10 cho thấy khả năng nắm bắt xu thế số đợt xâm nhập lạnh và các đợt rét đậm, rét hại diện rộng đạt độ chính xác từ 80% đến 85% trước khi mùa đông bắt đầu từ 2 đến 4 tháng.

Thảo luận kết quả

Cơ chế vật lý giải thích cho sự gia tăng đột biến của các đợt xâm nhập lạnh nằm ở sự tương tác tầng đối lưu giữa rãnh Đông Á khơi sâu trên tầng 300 hPa và sự mạnh lên của áp cao Siberia ở tầng sát mặt đất. Khi rãnh trên cao phát triển mạnh, nó đóng vai trò như một máng dẫn động lực hút không khí lạnh cực đới tràn sâu xuống phía nam qua vịnh Bắc Bộ.

So sánh với các công trình quốc tế, kết quả này hoàn toàn nhất quán với nghiên cứu của các tác giả nước ngoài khi chỉ ra hệ số tương quan giữa áp cao Siberia và gió mùa đạt 0,80, đồng thời tương đồng với phân tích về gradient khí áp đạt hệ số tương quan 0,95. Tuy nhiên, đóng góp mới vượt bậc của luận văn là đã chuyển hóa các mối tương quan hoàn lưu quy mô lớn thành công thức định lượng cụ thể áp dụng trực tiếp cho lãnh thổ Việt Nam, giải quyết triệt để hạn chế chỉ dừng lại ở phân tích định tính của các nghiên cứu trong nước giai đoạn trước.

Dữ liệu nghiên cứu được trực quan hóa hiệu quả thông qua hệ thống biểu đồ đường biến trình so sánh giữa số đợt không khí lạnh quan trắc và tính toán qua 24 năm, kết hợp bảng ma trận hệ số tương quan và bản đồ phân bố dị thường khí áp mặt biển chuẩn hóa 30 năm, giúp người đọc dễ dàng nhận diện ngưỡng chuẩn sai 0,6 của chỉ số khí áp như một dấu hiệu cảnh báo mùa đông lạnh cực đoan.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển hóa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nghiệp vụ và giảm thiểu rủi ro thời tiết nguy hiểm, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị trọng tâm:

Thứ nhất, tích hợp ngay thuật toán hồi quy từng bước và bộ 4 chỉ số gió mùa vào hệ thống công nghệ dự báo hạn mùa của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia. Mục tiêu đặt ra là nâng độ chính xác dự báo hạn mùa số đợt không khí lạnh lên trên 85%, thực hiện định kỳ vào các tháng 8, tháng 9 và tháng 10 hàng năm trước khi bước vào mùa đông chính thức.

Thứ hai, xây dựng cơ sở dữ liệu số hóa tự động trích xuất các trường hoàn lưu từ mô hình khí hậu ECMWF với độ phân giải lưới 0,25 độ kinh vĩ. Chủ thể thực hiện là Cục Khí tượng Thủy văn, hướng tới kiểm soát sai số trung bình tuyệt đối ở mức dưới 1,2 đợt mỗi mùa trong lộ trình giai đoạn 2024 đến 2026.

Thứ ba, thiết lập quy trình cảnh báo sớm rét đậm, rét hại diện rộng trước từ 30 đến 45 ngày cho các tỉnh vùng núi phía Bắc như Lào Cai, Lạng Sơn, Hà Giang và Cao Bằng. Ban Chỉ đạo Quốc gia về Phòng chống Thiên tai phối hợp cùng Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các địa phương triển khai kế hoạch che chắn chuồng trại, trữ thức ăn cho gia súc nhằm giảm từ 35% đến 40% thiệt hại kinh tế trong giai đoạn 2025 đến 2030.

Thứ tư, mở rộng nghiên cứu hiệu chỉnh bộ chỉ số động lực cho khu vực miền Trung và Nam Trung Bộ. Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu chủ trì thử nghiệm mô hình kết hợp tương tác địa hình dãy Trường Sơn trong thời gian 12 tháng để cảnh báo sớm nguy cơ mưa lũ cực đoan do không khí lạnh tăng cường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị chuyên khảo sâu sắc và là nguồn tài liệu hữu ích cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là các chuyên gia dự báo khí tượng và cán bộ kỹ thuật tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia cùng các Đài Khí tượng Thủy văn khu vực. Luận văn cung cấp phương trình toán học thực chứng và quy trình khai thác dữ liệu tái phân tích để nâng cao chất lượng bản tin dự báo khí hậu hạn mùa.

Nhóm thứ hai là giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học thuộc các chuyên ngành Khí tượng học, Khí hậu học, Hải dương học và Biến đổi khí hậu tại các trường đại học khối khoa học tự nhiên. Tài liệu đóng vai trò là một case study mẫu mực về ứng dụng phương pháp hồi quy đa biến và phân tích hoàn lưu quy mô lớn.

Nhóm thứ ba là các nhà quản lý rủi ro thiên tai và hoạch định chính sách phát triển nông nghiệp tại Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Cán bộ quản lý có thể khai thác các chỉ số dự báo sớm trước 2 đến 4 tháng để chủ động điều chỉnh lịch thời vụ gieo cấy lúa vụ đông xuân và ban hành chỉ thị bảo vệ vật nuôi vùng cao.

Nhóm thứ tư là các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực vận tải hàng hải, khai thác dầu khí trên biển Đông, các công ty năng lượng và các đơn vị du lịch nghỉ dưỡng vùng núi. Thông tin về tần suất gió giật cấp 8 đến cấp 9 trên biển và hiện tượng băng tuyết giúp doanh nghiệp tối ưu hóa kế hoạch vận hành và bảo đảm an toàn tài sản.

Câu hỏi thường gặp

Luận văn đã sử dụng những chỉ số gió mùa mùa đông Đông Á nào để đánh giá hoạt động không khí lạnh? Nghiên cứu khảo sát 6 chỉ số gió mùa quốc tế điển hình gồm: chỉ số gió kinh hướng tầng 10m, chỉ số gió kinh hướng mực 850 hPa, chỉ số hiệu gió vĩ hướng tầng 300 hPa, chỉ số gradient khí áp mặt biển chuẩn hóa Đông - Tây, chỉ số địa thế vị mực 500 hPa và chỉ số động lực gió vĩ hướng tầng 200 hPa.

Trong 6 chỉ số gió mùa, chỉ số nào có mối liên hệ chặt chẽ nhất với số đợt xâm nhập lạnh tại Việt Nam? Chỉ số phản ánh gradient khí áp mặt biển chuẩn hóa Đông - Tây thể hiện tương quan cao nhất với hệ số 0,59. Khi chuẩn sai chỉ số này vượt giá trị 0,6, số đợt không khí lạnh tràn xuống nước ta trong mùa đông đó luôn có xu thế cao hơn trung bình nhiều năm rõ rệt.

Phương trình hồi quy đa biến xây dựng trong luận văn đạt mức độ tin cậy và sai số như thế nào? Phương trình hồi quy từng bước kết hợp 4 chỉ số gió mùa đạt hệ số tương quan bội 0,78 với chuỗi số liệu 24 năm và tổng biến sai thặng dư 10,748. Kết quả kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher ở mức ý nghĩa 0,05 chứng minh mô hình hoàn toàn đáp ứng độ tin cậy phục vụ dự báo nghiệp vụ.

Các trường khí quyển quy mô lớn biến đổi ra sao trong các mùa đông có không khí lạnh hoạt động mạnh? Vào những năm không khí lạnh mạnh, trung tâm áp cao Siberia đạt cường độ 1035 đến 1040 hPa dịch sâu về phía nam vĩ tuyến 50 độ Bắc, mực 850 hPa xuất hiện tâm cao 1530 m địa thế vị di chuyển về phía Nam Trung Quốc, mực 500 hPa hạ thấp sát vĩ tuyến 20 độ Bắc và rãnh Đông Á tầng 300 hPa khơi sâu đáng kể.

Phương pháp của luận văn có thể ứng dụng để dự báo sớm thời hạn bao lâu trong thực tế? Bằng việc khai thác số liệu dự báo hạn mùa của mô hình khí hậu ECMWF khởi tạo từ tháng 8, tháng 9 và tháng 10, phương pháp này cho phép nhận định trước từ 2 đến 4 tháng về tổng số đợt không khí lạnh cũng như số đợt rét đậm, rét hại diện rộng với độ chính xác trên 80%.

Kết luận

Luận văn Thạc sĩ Khoa học của tác giả Đinh Hữu Dương đã hoàn thành xuất sắc mục tiêu nghiên cứu với 5 kết luận then chốt:

• Làm rõ quy luật tác động của các trường khí quyển quy mô lớn và xác định hệ thống chỉ số gió mùa mùa đông chi phối hoạt động xâm nhập lạnh tại Việt Nam.
• Khẳng định chỉ số gradient khí áp mặt biển Đông - Tây và chỉ số động lực gió vĩ hướng tầng 200 hPa là hai yếu tố có tương quan mật thiết nhất với số đợt không khí lạnh.
• Xây dựng thành công phương trình hồi quy đa biến tối ưu với hệ số tương quan bội đạt 0,78, kiểm định qua 24 mùa đông liên tục.
• Chứng minh tính khả thi của việc sử dụng dữ liệu dự báo tổ hợp hạn mùa ECMWF để đưa ra cảnh báo sớm trước từ 2 đến 4 tháng với độ tin cậy trên 80%.
• Xác lập cơ chế động lực hoàn lưu quy mô lớn từ tầng 1000 hPa đến 200 hPa trong các đợt rét đậm, rét hại lịch sử.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã đặt nền móng phương pháp luận định lượng hạn mùa cho hiện tượng xâm nhập lạnh tại Việt Nam, thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết khí tượng động lực và bài toán thực tiễn dự báo. Trong giai đoạn 2024 đến 2026, hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu là mở rộng chuỗi số liệu tái phân tích ERA5 và tích hợp các thuật toán trí tuệ nhân tạo để tự động hóa hoàn toàn quy trình dự báo. Các cơ quan quản lý, viện nghiên cứu và chuyên gia khí tượng thủy văn được khuyến khích tiếp cận, tham khảo và ứng dụng rộng rãi kết quả công trình này vào thực tế nhằm nâng cao năng lực chủ động ứng phó thiên tai mùa đông trên cả nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Khái niệm và định nghĩa về gió mùa- gió mùa Châu Á: Thuật ngữ gió mùa (Monsoon) có nguồn gốc từ vùng Ả Rập với từ địa phương là Mausim, có nghĩa là mùa. Theo Khrômov: “Gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu chung khí quyển trên một phạm vi đáng kể của bề mặt Trái Đất, trong đó ở mọi nơi gió thịnh hành chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông”. Khrômov cũng đưa ra khái niệm góc gió mùa là góc giữa hướng gió thịnh hành giữa mùa đông và mùahè là 120o – 180o. Dựa vào tiêu chuẩn về tần suất gió thịnh hành chia thành: khu vực có xu thế gió mùa với tần suất hướng gió thịnh hành < 40%, khu vực gió mùa với tần suất gió thịnh hành từ 40 – 60% và khu vực gió mùa điển hình khi tần suất gió thịnh hành > 60%.

Ramage (1971) cũng thống nhất với định nghĩa này và đưa ra một số chỉ tiêu định lượng cụ thể. Theo ông, một vùng được gọi là có gió mùa nếu thoả mãn các 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 1 và 7 phải lớn hơn 40%; - Tốc độ gió tổng hợp trung bình của ít nhất một trong hai tháng 1 và 7 phải lớn hơn 3 m/s; - Sự luân phiên của hoàn lưu xoáy thuận với xoáy nghịch xảy ra trong hai tháng này của hai năm liên tiếp, trên một vùng có kích thước 5 kinh/vĩ độ phải nhỏ hơn một lần. Đối với gió mùa châu Á, có 6 yếu tố chính trong mỗi mùa gió mùa (Bảng 1) và sự tương thích của các yếu tố đó trong hai hệ thống gió mùa có thể được phân như sau: Bảng 1: Những yếu tố chính trong mỗi mùa gió mùa TT Mùa hè Mùa đông 1 Áp cao Mascaren Áp cao Siberia 2 Dòng xiết qua xích đạo Đông Phi Sóng gió mùa mùa đông 3 Gió mùa tây nam Gió mùa đông bắc Rãnh gió mùa với mây, mưa trên bắc Rãnh thấp xích đạo trên khu vực 4 Ấn-độ Malaysia- Indonesia 5 Áp cao Tây Tạng Áp cao Thái Bình Dương 6 Dòng xiết gió đông nhiệt đới Dòng xiết gió tây cận nhiệt đới 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trên cơ sở kế thừa và nghiên cứu mới, tác giả Trần Công Minh [8] 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 1 và 7 phải lớn hơn hoặc bằng 40%. - Tốc độ gió tổng hợp trung bình của ít nhất một trong tháng 1 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 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 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. Trong bộ tiêu chí mà Trần Công Minh đưa ra, 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,.

13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Phân vùng gió mùa của S. 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%).2 Gió mùa mùa đông: Mùa đông ở bán cầu Bắc hoàn lưu xoáy thuận trên khu vực Đông Á được thay thế bằng hoàn lưu xoáy nghịch với trung tâm áp cao đạt cường độ cực đại ở vĩ độ khoảng 40-600N trên lãnh thổ Mông Cổ và miền trung Siberia. Các khu vực chịu ảnh hưởng của áp cao này trời ít mây, có nhiệt độ thấp do phát xạ sóng dài mạnh. Lượng bức xạ nhận được rất thấp do albedo của lớp tuyết phủ lớn.

Không khí toả ra từ trung tâm áp cao này về phía đông và đông nam tới Triều Tiên, Trung Quốc, Nhật Bản, Đông Dương và phía tây Thái Bình Dương. Ở khoảng 15-200N trên Biển Đông, dòng không khí từ phía bắc hội tụ với tín phong đông bắc từ Thái Bình Dương gây nên gió mùa đông bắc trên các quần đảo Malaysia. Sự bắt đầu gió mùa mùa đông ở các khu vực này vào tháng 9 có liên quan với 3 đặc điểm chủ yếu của hoàn lưu sau (Cheang, 1991): 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Hệ thống gió mùa mùa đông châu Á (Cheang, 1991) - ITCZ: Vào khoảng tháng 9 rãnh gió mùa quy mô lớn từ phần phía bắc của nam Trung Quốc di chuyển về phía nam và ổn định ở khu vực xích đạo của Biển Đông.

Phía bắc của rãnh này tín phong đông bắc thịnh hành. - Sự xâm nhập của không khí lạnh từ hệ thống áp cao Siberia: Gió mùa từ phía bắc thường kết hợp với tín phong đông bắc của áp cao Thái Bình Dương thổi tới quần đảo Malaysia thường cho lượng mưa lớn ở đây. - Đặc điểm thứ ba là sự đảo ngược của gió trên cao từ hướng đông sang hướng tây ở nam lục địa Trung Quốc: Điều đó xảy ra khi gradient nhiệt độ theo hướng bắc - nam đi qua lục địa châu Á đổi thành hướng ngược lại (Cheang, 1991). So với hoàn lưu gió mùa mùa hè, hoàn lưu gió mùa mùa đông có chiều dày nhỏ hơn nhiều.

Gần khu vực hình thành của áp cao, áp cao lạnh có chiều dày không lớn do nguồn gốc nhiệt của nó. Trên phần lớn lục địa châu Á gió tại mực 700 mb là gió hướng tây, điều đó có nghĩa là gió mùa mùa đông được giới hạn ở phía dưới mực 700mb.3 Khái niệm về không khí lạnh: Không khí lạnh là hiện tượng thời tiết khi khối không khí rất lạnh từ lục địa Châu Á di chuyển xuống khu vực nước ta, nơi đang có khối không khí ấm, gây ra gió đông bắc mạnh trời trở rét và thời tiết xấu. Thời gian đặc trưng là vào thời kỳ gió mùa mùa đông nên còn gọi là "gió mùa đông bắc". Khối không khí lạnh này có nguồn gốc cực đới, tràn qua lục địa Châu Á dưới dạng front lạnh, xuống đến nước ta trong nhiều trường hợp không còn thể hiện rõ tính chất điển hình của một front lạnh nên ta gọi chung là "không khí lạnh".

15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mỗi đợt KKL được coi là xâm nhập hoặc ảnh hưởng đến nước ta nếu thỏa mãn một trong hai điều kiện sau đây: - KKL làm tốc độ gió hướng lệch bắc ngoài khơi đo được tại trạm Bạch Long Vỹ từ cấp 6 trở lên và kéo dài trên 3 tiếng (2 quan trắc liên tiếp). - KKL gây thay đổi thời tiết mạnh mẽ: diện mưa tăng lên ở một hoặc nhiều khu vực và đồng thời làm nhiệt độ trung bình ngày đối với trên một nửa số trạm ở một hoặc nhiều khu vực đất liền giảm (mức giảm nhiệt độ trung bình từ 3 độ trở lên).1 Phân loại không khí lạnh: Không khí lạnh được chia làm 2 loại Gió mùa đông bắc (GMĐB) và Không khí lạnh tăng cường (KKLTC) Gió mùa đông bắc (GMĐB): là không khí lạnh kèm theo front lạnh hoặc đường đứt, khi xâm nhập đến nước ta thường gây ra biến đổi thời tiết mạnh mẽ: gió trong đất liền cấp 3 - 4, vùng ven biển cấp 5, ngoài khơi từ cấp 6 trở lên, diện mưa tăng 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. Không khí lạnh tăng cường (KKLTC): là không khí lạnh khi xâm nhập đến nước ta không kèm theo front lạnh hoặc đường đứt trong khi ở các tỉnh phía bắc vẫn đang ở trong khối không khí lạnh. KKLTC làm tốc độ gió tăng trở lại gây ra gió mạnh ngoài khơi và có thể làm nhiệt độ ít thay đổi hoặc giảm.

Trong một số trường hợp, KKLTC làm giảm lượng mây, do đó không những không gây ra giảm nhiệt độ, mà lại tăng nhiệt độ vào ban ngày. Ngoài ra, vào giữa mùa gió mùa đông bắc, KKLTC tuy không gây giảm nhiệt độ, nhưng cũng có thể làm cho trời rét tiếp tục kéo dài. Cường độ của không khí lạnh: được xác định đồng thời bởi sự thay đổi của hệ thống gió và sự giảm nhiệt độ (mức độ giảm nhiệt trong 24 giờ xảy raít nhất ở trên một nửa số trạm trong một khu vực). Trong Thực tế, cường độ của không khí lạnh (KKL) thường được xác định bởi tốc tốc độ gió quan trắc được tại trạm Bạch Long Vĩ (VBLV).

Cụ thể: - Không khí lạnh mạnh xảy ra khi VBLV cấp 7 và kéo dài từ 2 quan trắc trở lên hoặc cấp 6 nhưng kéo dài liên tục trên 8 quan trắc.