CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Biến đổi khí hậu (BĐKH) với trọng tâm là sự nóng lên toàn cầu đang là vấn đề quan tâm của toàn nhân loại bởi nó tác động trực tiếp đến đời sống, kinh tế - xã hội và môi trường toàn cầu. Tuy nhiên, sự tăng lên không đồng đều của nhiệt độ ở các vùng khác nhau có thể đã làm biến đổi hoàn lưu chung của khí quyển và đại dương, làm ảnh hưởng không nhỏ đến sự biến đổi của các sự kiện thời tiết, khí hậu cực đoan trên mỗi vùng. Cho đến nay, rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước đã và đang nghiên cứu về BĐKH cũng như tác động của nó đến các sự kiện khí hậu cực đoan trên từng khu vực mà họ quan tâm. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong những năm gần đây, ở nhiều vùng trên trái đất, các hiện tượng thiên tai có liên quan đến khí tượng như rét đậm, nắng nóng, lũ lụt, hạn hán,.
đã xảy ra với tần suất và cường độ ngày càng tăng. Cũng với mục đích nghiên cứu tác động của BĐKH toàn cầu đến một số các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam, một cách tương đối, tổng quan các công trình nghiên cứu được trình bày theo hai hướng sau: 1) Ảnh hưởng của BĐKH đến hoàn lưu khí quyển 2) Xu thế và mức độ biến đổi của các sự kiện khí hậu cực đoan trong bối cảnh BĐKH. Song trước tiên, một số khái niệm cơ bản về các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan sẽ được đưa ra trong mục 1. Đồng thời, mối quan hệ giữa BĐKH với hoàn lưu khí quyển và một số đại lượng cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan (ECEs) ở trên thế giới và Việt Nam cũng được đề cập tới trong mục 1.3 của chương này.1 Cực trị khí hậu Mỗi yếu tố khí hậu hay biến khí quyển đều được xem là một đại lượng ngẫu nhiên có tập giá trị biến đổi trong một giới hạn nào đó.
Tập hợp các giá trị nhỏ nhất hoặc lớn nhất của từng biến khí quyển trong một khoảng thời gian nhất định như một ngày, một tháng hay một năm chính là các giá trị cực trị của biến đó. Tập hợp 6 các giá trị cực trị của mỗi biến khí quyển trong nhiều năm được gọi là cực trị khí hậu của biến đó. Đồng thời, biến khí quyển này cũng có thể được gọi là đại lượng khí hậu cực trị. Thí dụ, nhiệt độ không khí hàng ngày là một biến khí quyển.
Mỗi ngày, tại một điểm trạm, chúng ta sẽ quan trắc được một giá trị nhiệt độ cao nhất hoặc thấp nhất trong ngày, được gọi là nhiệt độ tối cao (cực đại) hay nhiệt độ tối thấp (cực tiểu) trong ngày. Tập hợp tất cả các giá trị nhiệt độ cực tiểu (cực đại) ngày được gọi chung là các giá trị cực trị của nhiệt độ không khí. Giả sử, Tn1, Tn2,…, Tnn và Tx1, Tx2,…, Txn là tập hợp các giá trị nhiệt độ cực tiểu, cực đại trong n ngày của từng tháng trong năm. Khi đó, nhiệt độ cực tiểu (TNn), cực đại (TXx) tháng cũng như nhiệt độ cực tiểu tuyệt đối (TN), cực đại tuyệt đối (TX) tháng và năm được xác định theo các công thức sau: TNn = Min{Tn1, Tn2,…, Tnn} (1.1) và TN = Min{TNn1, TNn2,…, TNnm} (1.2) TXx = Max{Tx1, Tx2,…, Txn} (1.3) và TX = Max{TXx1, TXx2,…, TXxm} (1.4) Tương tự, giả sử R1, R2,…,Rn là tập hợp các giá trị lượng mưa trong n ngày của từng tháng trong năm thì lượng mưa ngày cực đại (RXx) tháng và lượng mưa ngày cực đại tuyệt đối (Rx) tháng và năm cũng được xác định: RXx = Max{R1, R2,…, Rn} (1.5) và Rx = Max{RXx1, RXx2,…, RXxm} (1.6) trong đó, TNn1, TNn2,…, TNnm, TXx1, TXx2,…, TXxm và RXx1, RXx2,…, RXxm là nhiệt độ cực tiểu, cực đại và lượng mưa ngày cực đại tháng trong m năm.
Như vậy, TN, TX và Rx năm còn được xem là giá trị kỷ lục của nhiệt độ cực trị và lượng mưa ngày cực đại. Bên cạnh đó, trong khí hậu, người ta thường xem xét sự biến đổi của các trị số xm hoặc xM, với xm và xM là những giá trị xác định nào đó của biến X sao cho xm bằng phân vị thứ 5 hoặc thứ 10, còn x M bằng phân vị thứ 95 hoặc thứ 90. Trong luận án này, những giá trị x M của Tx bằng phân vị thứ 90, của R bằng phân vị thứ 7 95, còn những giá trị xm của Tn bằng phân vị thứ 10 cũng được xem như những cực trị khí hậu của từng biến khí quyển trong một khoảng thời gian nhất định.2 Hiện tượng khí hậu cực đoan Theo IPCC (2007), hiện tượng thời tiết cực đoan là hiện tượng hiếm hay hiện tượng có xác suất xuất hiện nhỏ (thông thường nhỏ hơn 10%) ở một nơi nào đó [41]. Hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra vào một thời gian nào đó trong năm, chẳng hạn một mùa, lặp đi lặp lại nhiều năm thì có thể được gọi là hiện tượng khí hậu cực đoan [22].
Những hiện tượng thời tiết và khí hậu cực đoan có liên quan đến nhiệt độ không khí ở Việt Nam như hiện tượng rét đậm (RĐ), rét hại (RH), nắng nóng (NN), nắng nóng gay gắt (NNGG). Đây là những hiện tượng có thể kéo dài nhiều ngày, thành đợt, và có thể xuất hiện trên diện rộng. Hiện tượng rét đậm hay rét hại được xem là xuất hiện tại một nơi nào đó nếu nhiệt độ trung bình ngày (Ttb) tại đó nhỏ hơn hoặc bằng 15oC hoặc 13oC (Ttb ≤ 15oC hoặc Ttb ≤ 13oC). Hiện tượng nắng nóng hay nắng nóng gay gắt được xem là có xuất hiện tại một nơi nào đó nếu nhiệt độ cực đại ngày (Tx) tại đó lớn hơn hoặc bằng 35 0C hoặc 370C (Tx 35oC hoặc Tx 37oC).
Cùng với nhiệt độ, mưa cũng là một biến khí hậu quan trọng. Khi nghiên cứu các đặc trưng về mưa, người ta thường quan tâm đến địa điểm mưa, thời điểm xuất hiện, thời gian kéo dài, cường độ mưa, tổng lượng mưa.v… Song khi đề cập đến tính cực đoan của mưa, người ta lại thường quan tâm đến cường độ mưa hay lượng mưa ngày thông qua hiện tượng mưa lớn. Hiện tượng mưa lớn cũng là một khái niệm tương đối, tùy theo mục đích khác nhau của bài toán mà việc xem xét, lựa chọn ngưỡng mưa lớn cho phù hợp. 8 Trong luận án này, hiện tượng mưa lớn xảy ra khi lượng mưa ngày lớn hơn hoặc bằng 50mm (R ≥ 50mm).3 Chỉ số khí hậu cực đoan Bên cạnh các cực trị khí hậu, các hiện tượng khí hậu cực đoan thì các chỉ số khí hậu cực đoan cũng đã được sử dụng rất nhiều ở trong và ngoài nước nhằm đánh giá chi tiết hơn tính cực đoan của mỗi biến khí quyển.
Có thể coi chỉ số khí hậu cực đoan là một đặc trưng của một hay nhiều yếu tố phản ánh hiện tượng khí hậu cực đoan. Cho đến nay, IPCC đã đưa ra 27 chỉ số khí hậu cực đoan, trong đó có 14 chỉ số liên quan đến nhiệt độ, 11 chỉ số liên quan đến mưa, 1 chỉ số liên quan đến xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) và 1 chỉ số liên quan đến độ dài mùa sinh trưởng của cây (Bảng P1. Phần lớn các chỉ số này đều được sử dụng để phân tích, đánh giá mức độ và xu thế biến đổi của các cực trị khí hậu, hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan trên từng vùng. Ở Việt Nam, việc sử dụng các chỉ số khí hậu cực đoan để nghiên cứu BĐKH trên từng vùng hay toàn lãnh thổ cũng đã được nhiều tác giả đề cập đến như Nguyễn Đức Ngữ (2005), Phan Văn Tân và cs (2010), Hồ Thị Minh Hà và cs (2011), Ngô Đức Thành và cs (2012), Hoàng Đức Cường (2013),… Có thể nói, có rất nhiều các biến, chỉ số hay đại lượng khí hậu,… đã được các Nhà nghiên cứu đưa ra nhằm xem xét sự biến đổi của thời tiết hay khí hậu trên khu vực.
Song đối với mỗi vùng, đặc điểm chế độ nhiệt và mưa có vai trò hết sức quan trọng. Hơn nữa, để đặc trưng cho tính cực đoan của nhiệt độ và lượng mưa người ta thường xem xét các đại lượng cực trị như nhiệt độ cực đại, cực tiểu và lượng mưa ngày cực đại. Bên cạnh đó, mưa lớn hay rét đậm, rét hại, nắng nóng và nắng nóng gay gắt đều là những hiện tượng thời tiết có ảnh hưởng không nhỏ đến mọi lĩnh vực của sản xuất và đời sống. Mưa lớn kéo dài có thể gây nên lũ lụt, sạt lở đất, giao thông đình trệ, thiệt hại vật chất, thậm chí cả tính mạng con người.
Rét đậm, rét hại, nắng nóng và nắng nóng gay gắt kéo dài không chỉ làm ảnh hưởng đến sức khỏe của con người mà cây trồng, vật nuôi có thể bị chết,… 9 Bởi vậy, trong luận án này, sự biến đổi của một số cực trị khí hậu, chỉ số khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan trên lãnh thổ Việt Nam sau sẽ được phân tích nhằm đánh giá tác động của BĐKH toàn cầu đến chúng. Cụ thể, một số cực trị khí hậu là: Nhiệt độ cực đại hay cực tiểu tháng/năm (TXx và TNn), nhiệt độ cực đại, cực tiểu tuyệt đối (TX, TN), lượng mưa cực đại tháng/năm (RXx) và lượng mưa cực đại tuyệt đối (Rx), nhiệt độ cực đại bằng phân vị 90 (TX90) nhiệt độ cực tiểu bằng phân vị 10 (TN10) và lượng mưa ngày bằng phân vị 95 (RX95). Một số chỉ số khí hậu cực đoan: Số ngày có nhiệt độ cực tiểu nhỏ hơn phân vị 10 (TN10p) Số ngày có nhiệt độ cực đại lớn hơn phân vị 90 (TX90p) Một số hiện tượng khí hậu cực đoan: Hiện tượng rét đậm, rét hại, nắng nóng, nắng nóng gay gắt và mưa lớn.2 Biến đổi khí hậu và hoàn lưu khí quyển Theo IPCC (2007), nhiệt độ trung bình toàn cầu (TG) đã tăng lên khoảng 0,74 ± 0,180C trong thời kỳ 1906-2005. Kể từ năm 1850 đến nay, TG đã tăng lên với tốc độ ngày càng nhanh.
Trong 50 năm gần đây, nhiệt độ toàn cầu đã tăng 0,13 0C/thập kỷ, tăng gần gấp hai lần xu thế tăng nhiệt độ của 100 năm qua. Đặc biệt, trong 12 năm gần đây (1995-2006), có 11 năm (trừ năm 1996) là những năm nóng nhất kể từ năm 1850 [41].1 Chuẩn sai của Ts trung bình trong từng thập kỷ so với thời kỳ 1951-1980 (Nguồn: Hansen J và cs, 2012 [37]) Hơn nữa, theo WMO, nhiệt độ toàn cầu trong tháng 1 và tháng 4 năm 2007 cũng tăng lên nhiều nhất kể từ năm 1880. Cụ thể, trong 2 tháng này, nhiệt độ toàn cầu đã tăng lên tương ứng là 1,890C và 1,370C so với nhiệt độ trung bình của từng tháng [55].