Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ địa lý, chuyên ngành Khí tượng và Khí hậu học (mã số: 62440222) với đề tài "Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đến một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam" do nghiên cứu sinh Chu Thị Thu Hường 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 khoa học của GS. Phan Văn Tân (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) và TS. Hoàng Đức Cường (Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương), hoàn thành và bảo vệ năm 2014.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu với biểu hiện trọng tâm là sự nóng lên toàn cầu làm nhiệt độ tăng không đồng đều giữa lục địa và đại dương, dẫn tới sự biến đổi về cường độ và phạm vi hoạt động của các trung tâm khí áp cũng như các hệ thống hoàn lưu gió mùa. Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa châu Á, chịu tác động trực tiếp của nền nhiệt tăng và tác động gián tiếp thông qua sự biến đổi hoàn lưu khí quyển.

Trước thời điểm luận án thực hiện, các nghiên cứu trong và ngoài nước chủ yếu tập trung vào việc thống kê, xác định xu thế và mức độ biến đổi của các yếu tố khí hậu, hiện tượng khí hậu cực đoan (ECEs) trên từng khu vực riêng lẻ. Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: hầu hết các công trình nghiên cứu trước đó mới dừng lại ở việc đánh giá xu thế biến đổi mà chưa đưa ra được các lý giải định lượng và cơ chế vật lý về mối liên hệ giữa sự nóng lên toàn cầu, sự biến đổi của các trung tâm khí áp hoàn lưu quy mô lớn với các cực trị khí hậu và hiện tượng cực đoan cụ thể trên từng vùng khí hậu của Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Xác định mức độ và xu thế biến đổi của một số cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam.
  2. Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đến các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan đó.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Các cực trị khí hậu: Nhiệt độ cực đại tháng/năm ($TX_x$), nhiệt độ cực tiểu tháng/năm ($TN_n$), nhiệt độ cực đại tuyệt đối ($TX$), nhiệt độ cực tiểu tuyệt đối ($TN$), nhiệt độ cực đại bằng phân vị thứ 90 ($TX_{90}$), nhiệt độ cực tiểu bằng phân vị thứ 10 ($TN_{10}$), số ngày có nhiệt độ cực tiểu nhỏ hơn phân vị 10 ($TN_{10}p$), số ngày có nhiệt độ cực đại lớn hơn phân vị 90 ($TX_{90}p$), lượng mưa ngày lớn nhất tháng/năm ($RX_x$), lượng mưa ngày cực đại tuyệt đối ($R_x$), lượng mưa ngày bằng phân vị thứ 95 ($RX_{95}$).
    • Các hiện tượng khí hậu cực đoan: Rét đậm (RĐ), rét hại (RH), nắng nóng (NN), nắng nóng gay gắt (NNGG) và mưa lớn ($R \ge 50\text{ mm}$).
    • Hoàn lưu và trường nhiệt độ: Nhiệt độ không khí bề mặt ($T_s$) trung bình toàn cầu, nhiệt độ bề mặt khu vực và các trung tâm khí áp chính tác động đến Việt Nam.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ lãnh thổ Việt Nam (chia thành 7 vùng khí hậu: B1 - Tây Bắc, B2 - Đông Bắc, B3 - Đồng bằng Bắc Bộ, B4 - Bắc Trung Bộ, N1 - Nam Trung Bộ, N2 - Tây Nguyên, N3 - Nam Bộ) và khu vực hoạt động của các trung tâm khí áp ảnh hưởng trong tọa độ $50^\circ\text{S} - 70^\circ\text{N}$; $40^\circ\text{E} - 140^\circ\text{W}$.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu quan trắc trạm khí tượng giai đoạn 1961–2010 (các trạm phía Nam thu thập chủ yếu từ năm 1970 hoặc 1976 đến 2010); số liệu tái phân tích khí quyển NCEP giai đoạn 1961–2010; chuỗi chuẩn sai nhiệt độ bề mặt toàn cầu giai đoạn 1880–2010.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng thuật các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước theo hai hướng tiếp cận chính:

Biến đổi khí hậu và hoàn lưu khí quyển

  • Nghiên cứu quốc tế:
    • Báo cáo IPCC (2007) và WMO (2007): Xác định nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng $0{,}74 \pm 0{,}18^\circ\text{C}$ giai đoạn 1906–2005; 50 năm gần đây tăng $0{,}13^\circ\text{C}$/thập kỷ; tháng 1 và tháng 4 năm 2007 nhiệt độ toàn cầu tăng lần lượt $1{,}89^\circ\text{C}$ và $1{,}37^\circ\text{C}$ so với trung bình nhiều năm. Hansen J. và cs (2012) chỉ ra nhiệt độ vùng Siberia tăng nhanh hơn trung bình toàn cầu.
    • Áp cao Siberia và dao động cực (AO): Gong D. Ho (2002), Gong D.Y và cs (2002) chứng minh khí áp trung tâm áp cao Siberia ($40^\circ - 60^\circ\text{N}$; $70^\circ - 120^\circ\text{E}$) giảm tuyến tính $-1{,}78\text{ mb}$/thập kỷ (theo số liệu NCAR 1976–2000) và $-2{,}15\text{ mb}$/thập kỷ (theo CRU 1976–1995); cường độ áp cao tương quan âm với nhiệt độ ($r = -0{,}58$) và lượng mưa ($r = -0{,}44$) vùng vĩ độ trung bình và cao châu Á giai đoạn 1922–1999.
    • Áp cao cận nhiệt đới Tây Bắc Thái Bình Dương (ACTBD): HeXuezhao và GongDaoyi (2002), Zhou Tianjun và cs (2009) phân tích đường đẳng HGT 587 dam trên mực 500 hPa giai đoạn 1958–1979 và 1980–1999, kết luận ACTBD có xu hướng mở rộng và dịch chuyển sang phía tây do nhiệt độ mặt nước biển (SST) Ấn Độ Dương ($35^\circ\text{S} - 25^\circ\text{N}$; $30^\circ - 60^\circ\text{E}$) tăng; xác định khu vực rìa tây ACTBD ($125^\circ - 140^\circ\text{E}$; $20^\circ - 25^\circ\text{N}$) tác động mạnh đến nhiệt độ Nam Trung Quốc.
    • Hoàn lưu gió mùa và dao động khí quyển: Zhou Botao và Wang Huijun (2008) chỉ ra hoàn lưu Hadley mùa đông (1954–2003) mạnh lên đồng pha với nhiệt độ bề mặt Đông Á. Jhun Jong-Ghap và cs (2004) dùng chỉ số EAWMI mực 300 mb xác định 7 năm gió mùa mùa đông mạnh và 7 năm yếu. Trenberth và Hurrell (1994), Yali Zhu và Wang Huijun (2010) khảo sát áp thấp Aleut và chỉ số NPI ($30^\circ - 65^\circ\text{N}$; $160^\circ - 140^\circ\text{W}$). Peng Liu và cs (2009), Yao và Qian (2001) xác định ngày mở đầu gió mùa mùa hè Biển Đông (1948–2002) qua tốc độ thế mực 850 hPa ($0^\circ - 10^\circ\text{N}$; $105^\circ - 120^\circ\text{E}$). Gang Zeng và cs (2007), Wang Bin và cs (2001) phân tích biến động gió mùa mùa hè Đông Á (EASM), gió mùa Ấn Độ (ISM), gió mùa Tây Bắc Thái Bình Dương (WNPSM) dưới tác động của ENSO.
  • Nghiên cứu trong nước:
    • Nguyễn Viết Lành (2007) giải thích xu thế tăng nhiệt độ tháng 1 và 2 giai đoạn 1961–2000 bằng sự tăng cường của áp cao Hoa Đông và ACTBD; phân tích tương quan ENSO - gió mùa Á - Úc. Hồ Thị Minh Hà và cs (2011) phân tích đường đẳng áp 1015 hPa dịch nam trong thập kỷ 1981–1990.
    • Vũ Thanh Hằng và cs (2010) liên hệ sự suy giảm số ngày rét đậm, rét hại ở miền Bắc với sự suy giảm cường độ trung bình thập kỷ của áp cao Siberia. Trần Quang Đức (2011) chỉ ra gió mùa mùa hè giai đoạn 1950–2010 bắt đầu và kết thúc sớm hơn nhưng cường độ yếu đi. Nguyễn Đức Ngữ (2002), Phạm Thị Thanh Hương (2002), Nguyễn Thị Hiền Thuận (2005) khảo sát cơ chế suy yếu/tăng cường của gió mùa mùa đông và mùa hè trong các pha El Nino và La Nina.

Biến đổi của các cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan

  • Nghiên cứu quốc tế: Báo cáo SREX của IPCC (2012) tổng kết xu thế tăng ngày nóng, đêm ấm và tính bất đồng nhất của mưa lớn tại châu Á. Bulygina O. N và cs (2007) khảo sát 857 trạm ở Nga (ngày có $T_x >$ phân vị 95 tăng, $T_n <$ phân vị 5 giảm). Vincent L. và cs (2005) tại 8 nước Nam Mỹ (1961–2000). Ashu Mamgain (2011) tại Ấn Độ. Matti C. và cs (2009) khảo sát mưa mùa đông châu Âu 500 năm. Jiang Ying và cs (2010) chỉ ra tốc độ gió cực đại ($V_x$) giảm tại 353 trạm Trung Quốc. Barros V.R và cs (2008), Feldl Nicole và Gerard H. Roe (2011), Hong Ye và Riyu Lu (2011) khảo sát tác động của ENSO đến lượng mưa.
  • Nghiên cứu trong nước: Nguyễn Đức Ngữ và cs (2008, 2009), Nguyễn Trọng Hiệu và cs (2010, 2011) xác định $T_{tb}$ Việt Nam tăng $0{,}75^\circ\text{C}$ trong thế kỷ 20 và tăng $0{,}64 \pm 0{,}13^\circ\text{C}$ giai đoạn 1956–2005 (mùa đông tăng $0{,}6 - 1{,}0^\circ\text{C}$). Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012) chỉ ra $T_{tb}$ tăng $0{,}5^\circ\text{C}$ (1961–2007), lượng mưa giảm 2% (1958–2007). Hồ Thị Minh Hà và Phan Văn Tân (2009), Phan Văn Tân và cs (2010) ghi nhận $T_n$ tăng nhanh hơn $T_x$ ở hầu hết các vùng, số ngày rét đậm giảm, số ngày mưa lớn tăng tại miền Trung. Ngô Đức Thành và cs (2012) dùng hệ số Sen và Mann-Kendall xác định $T_n$ tăng tới $0{,}6^\circ\text{C}$/thập kỷ. Hoàng Đức Cường (2013) nghiên cứu vùng Tây Nguyên. Vũ Thanh Hằng và cs (2009) phân tích $R_x$. Chu Thị Thu Hường và cs (2010) xác định tốc độ gió cực đại ($V_{Xx}$) giảm trên toàn lãnh thổ. Nguyễn Đức Ngữ (2005, 2007), Phan Văn Tân và cs (2001), Nguyễn Duy Chinh (2005) nghiên cứu định lượng ảnh hưởng của ENSO đến nhiệt độ, các đợt ront lạnh và tình trạng thâm hụt lượng mưa 25–50% trong các đợt El Nino.
Nhóm nghiên cứu Tác giả & Năm công bố tiêu biểu Phạm vi & Trọng tâm nghiên cứu
Hoàn lưu khí quyển & Trung tâm khí áp Gong D. Ho (2002), HeXuezhao & GongDaoyi (2002), Zhou Tianjun và cs (2009), Zhou Botao & Wang Huijun (2008), Jhun Jong-Ghap và cs (2004) Biến đổi của áp cao Siberia, áp cao Tây Bắc Thái Bình Dương (ACTBD), hoàn lưu Hadley và gió mùa mùa đông Đông Á (EAWM).
Cực trị & Hiện tượng cực đoan thế giới IPCC (2007, 2012), Bulygina và cs (2007), Vincent và cs (2005), Ashu Mamgain (2011), Matti C. và cs (2009), Jiang Ying và cs (2010) Xu thế biến đổi của ngày nóng, đêm lạnh, mưa cực trị và tốc độ gió tại Nga, Nam Mỹ, Ấn Độ, châu Âu và Trung Quốc.
Cực trị & Hiện tượng cực đoan Việt Nam Nguyễn Đức Ngữ (2005, 2008), Nguyễn Trọng Hiệu và cs (2010), Phan Văn Tân và cs (2010), Ngô Đức Thành và cs (2012), Bộ TN&MT (2012) Xu thế biến đổi nhiệt độ trung bình, nhiệt độ tối cao/tối thấp, số ngày nắng nóng, rét đậm/rét hại và mưa cực đại trên lãnh thổ Việt Nam.
Tác động của ENSO & Hoàn lưu ở Việt Nam Nguyễn Viết Lành (2007), Vũ Thanh Hằng và cs (2010), Hồ Thị Minh Hà và cs (2011), Nguyễn Đức Ngữ (2002, 2007), Phan Văn Tân và cs (2001) Tác động của El Nino/La Nina, áp cao Siberia, áp cao Hoa Đông và vị trí đường đẳng áp 1015 hPa đến nhiệt độ và lượng mưa.

Vị trí và giải pháp của luận án

Kế thừa các kết quả nghiên cứu độc lập về hoàn lưu và khí hậu bề mặt, luận án đặt vị trí nghiên cứu vào điểm giao thoa: tích hợp đồng bộ chuỗi quan trắc 50 năm (1961–2010) tại 70 trạm khí tượng với trường tái phân tích hoàn lưu toàn cầu NCEP. Luận án giải quyết khoảng trống giải thích cơ chế bằng cách xác định định lượng hệ số tương quan giữa các chỉ số BĐKH toàn cầu ($T_s$ toàn cầu, $T_s$ khu vực, trường $P_{msl}$ và độ cao địa thế vị HGT các mực 850, 700, 500, 200 hPa) với từng cực trị nhiệt độ, lượng mưa và hiện tượng thời tiết nguy hiểm trên 7 vùng khí hậu Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khái niệm, chỉ số và định nghĩa toán học

Luận án áp dụng hệ thống định nghĩa và công thức xác định các đại lượng khí hậu cực trị và hiện tượng cực đoan:

  • Nhiệt độ cực trị tháng và năm: Giả sử $T_{n1}, T_{n2}, \dots, T_{nn}$ và $T_{x1}, T_{x2}, \dots, T_{xn}$ là tập hợp nhiệt độ cực tiểu và cực đại trong $n$ ngày của từng tháng.
    • Nhiệt độ cực tiểu tháng ($TN_n$) và cực tiểu tuyệt đối năm ($TN$): $$TN_n = \text{Min}{T_{n1}, T_{n2}, \dots, T_{nn}}$$ $$TN = \text{Min}{TN_{n1}, TN_{n2}, \dots, TN_{nm}}$$
    • Nhiệt độ cực đại tháng ($TX_x$) và cực đại tuyệt đối năm ($TX$): $$TX_x = \text{Max}{T_{x1}, T_{x2}, \dots, T_{xn}}$$ $$TX = \text{Max}{TX_{x1}, TX_{x2}, \dots, TX_{xm}}$$
  • Lượng mưa ngày cực đại tháng và năm: Giả sử $R_1, R_2, \dots, R_n$ là lượng mưa trong $n$ ngày của từng tháng. Lượng mưa ngày cực đại tháng ($RX_x$) và lượng mưa ngày cực đại tuyệt đối ($R_x$): $$RX_x = \text{Max}{R_1, R_2, \dots, R_n}$$ $$R_x = \text{Max}{RX_{x1}, RX_{x2}, \dots, RX_{xm}}$$
  • Chỉ số cực trị theo phân vị:
    • $TX_{90}$: Giá trị $T_x$ ngày bằng phân vị thứ 90.
    • $TN_{10}$: Giá trị $T_n$ ngày bằng phân vị thứ 10.
    • $RX_{95}$: Giá trị lượng mưa ngày bằng phân vị thứ 95.
    • $TX_{90}p$: Số ngày có nhiệt độ cực đại lớn hơn phân vị thứ 90.
    • $TN_{10}p$: Số ngày có nhiệt độ cực tiểu nhỏ hơn phân vị thứ 10.
  • Tiêu chuẩn xác định hiện tượng khí hậu cực đoan:
    • Rét đậm (RĐ): Nhiệt độ trung bình ngày $T_{tb} \le 15^\circ\text{C}$.
    • Rét hại (RH): Nhiệt độ trung bình ngày $T_{tb} \le 13^\circ\text{C}$.
    • Nắng nóng (NN): Nhiệt độ cực đại ngày $T_x \ge 35^\circ\text{C}$.
    • Nắng nóng gay gắt (NNGG): Nhiệt độ cực đại ngày $T_x \ge 37^\circ\text{C}$.
    • Mưa lớn (ML): Lượng mưa ngày $R \ge 50\text{ mm}$ (và ngưỡng $R \ge 100\text{ mm}$).

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu quan trắc trạm bề mặt: Chuỗi số liệu ngày của $T_x, T_n, T_{tb}, R$ trong thời kỳ 1961–2010 từ 70 trạm khí tượng đại diện cho 7 vùng khí hậu Việt Nam (Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ). Số liệu được kiểm tra, xử lý sai số thô và sai số hệ thống.
  • Dữ liệu tái phân tích khí quyển: Bộ số liệu trung bình tháng giai đoạn 1961–2010 độ phân giải $2{,}0^\circ \times 2{,}0^\circ$ kinh vĩ từ Trung tâm Quốc gia Dự báo Môi trường Hoa Kỳ (NCEP), bao gồm: khí áp mực nước biển ($P_{msl}$), nhiệt độ bề mặt ($T_s$), độ cao địa thế vị (HGT) và trường gió ($U, V$) tại các mực 1000, 850, 700, 500, 300, 200 hPa.
  • Dữ liệu nhiệt độ toàn cầu: Chuỗi chuẩn sai nhiệt độ không khí bề mặt trung bình toàn cầu ($T_s$) thời kỳ 1880–2010 từ cơ sở dữ liệu chỉ số khí hậu của NOAA.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp thống kê khí hậu: Tính toán các đại lượng trung bình số học, chuẩn sai, cực trị tuyệt đối, xác định phân vị ($10%, 90%, 95%$), tính toán số ngày cực đoan ($SNNN, SNNNGG, SNRĐ, SNRH, SNML$).
  2. Phương pháp đánh giá xu thế biến đổi: Xác định độ dốc xu thế tuyến tính, áp dụng phương pháp ước lượng độ dốc hệ số Sen kết hợp kiểm định phi tham số Mann-Kendall để kiểm tra mức ý nghĩa thống kê của xu thế trên từng trạm và vùng khí hậu.
  3. Phương pháp phân tích trường hoàn lưu synop: Theo dõi sự dịch chuyển và biến đổi không gian của các đường đẳng trị qua từng thập kỷ:
    • Trường $P_{msl}$: Đường đẳng áp 1016 hPa mùa đông, đường 1020 hPa tháng 4–10, đường 1010 hPa, đường 1005 hPa.
    • Trường HGT: Đường đẳng độ cao 586 dam trên mực 500 hPa (đại diện cho ACTBD), đường 316 dam trên mực 700 hPa, đường 152 dam trên mực 850 hPa.
  4. Phương pháp phân tích tương quan không gian và thời gian: Thiết lập bản đồ và bảng hệ số tương quan ($r$) kết hợp kiểm định tiêu chuẩn tin cậy của $r$ giữa các chỉ số biến đổi toàn cầu/khu vực với các biến cực trị trạm:
    • Mối quan hệ với $T_s$ trung bình toàn cầu.
    • Mối quan hệ với $T_s$ trên 3 vùng khu vực: V1 ($0^\circ - 15^\circ\text{N}$; $100^\circ - 120^\circ\text{E}$), V2 ($10^\circ\text{S} - 10^\circ\text{N}$; $60^\circ - 100^\circ\text{E}$), V3 ($15^\circ - 40^\circ\text{N}$; $100^\circ - 120^\circ\text{E}$).
    • Mối quan hệ với trường $P_{msl}$ và HGT tại các vùng trung tâm khí áp (các ô chỉ số V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về cực trị khí hậu, hiện tượng khí hậu cực đoan và 27 chỉ số cực đoan theo khuyến nghị của IPCC. Chương này phân tích tổng quan các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về diễn biến nóng lên toàn cầu, sự biến đổi của hoàn lưu khí quyển quy mô lớn (áp cao Siberia, áp cao Tây Bắc Thái Bình Dương, áp thấp Aleut, hoàn lưu Hadley, gió mùa Đông Á, dao động ENSO, AO, NAOI) và mức độ biến đổi của nhiệt độ, lượng mưa, gió cực trị. Tổng quan khẳng định tính cấp thiết của việc tìm hiểu mối liên hệ nhân quả giữa hoàn lưu và các hiện tượng cực đoan ở Việt Nam.

Chương 2: Số liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn dữ liệu quan trắc từ 70 trạm khí tượng trên 7 vùng khí hậu của Việt Nam (1961–2010), bộ số liệu tái phân tích NCEP $2{,}0^\circ \times 2{,}0^\circ$ các mực từ 1000 hPa đến 200 hPa, và chuỗi chuẩn sai $T_s$ toàn cầu (1880–2010). Chương này thiết lập cơ sở toán học cho các công thức tính cực trị ($TN_n, TX_x, RX_x, TN, TX, R_x$), ngưỡng phân vị ($TX_{90}, TN_{10}, RX_{95}$), tiêu chuẩn phân loại hiện tượng cực đoan (RĐ, RH, NN, NNGG, ML), các kỹ thuật thống kê (hệ số Sen, kiểm nghiệm Mann-Kendall) và phương pháp xác định sự dịch chuyển của các trung tâm khí áp qua các đường đẳng trị ($P_{msl}$ và HGT).

Chương 3: Biến đổi của một số trung tâm khí áp, cực trị khí hậu và hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm về xu thế biến đổi hoàn lưu và các cực trị khí hậu tại Việt Nam giai đoạn 1961–2010:

  • Sự biến đổi của $T_s$ toàn cầu và khu vực: Chuẩn sai $T_s$ toàn cầu và trên các vùng nghiên cứu đều có xu thế tăng rõ rệt, tốc độ tăng trong giai đoạn 1961–2010 mạnh hơn thời kỳ 1880–2010; nhiệt độ vùng Siberia tăng nhanh hơn trung bình toàn cầu.
  • Sự biến đổi của các trung tâm khí áp:
    • Áp cao Siberia suy giảm cường độ trong mùa đông; đường đẳng áp 1016 hPa trung bình thập kỷ có sự co hẹp và rút lui về phía bắc.
    • Áp cao Tây Bắc Thái Bình Dương (ACTBD) gia tăng cường độ và mở rộng phạm vi về phía tây, thể hiện qua sự dịch chuyển sang phía tây của đường đẳng HGT 586 dam trên mực 500 hPa từ tháng 1 đến tháng 12 qua các thập kỷ.
    • Các đường đẳng HGT 316 dam (mực 700 hPa), 152 dam (mực 850 hPa) và các đường đẳng áp mùa hè 1005 hPa, 1020 hPa thể hiện rõ xu thế mở rộng không gian.
  • Biến đổi các cực trị nhiệt độ và mưa:
    • $TN_n$ và $TN_{10}$ có xu thế tăng mạnh trên hầu hết các vùng và trạm quan trắc; số ngày đêm lạnh ($TN_{10}p$) giảm rõ rệt. Tốc độ tăng của nhiệt độ cực tiểu diễn ra nhanh hơn so với nhiệt độ cực đại.
    • $TX_x$ và $TX_{90}$ có xu thế tăng nhẹ hoặc biến đổi ít ở các vùng phía Bắc, nhưng tăng rõ nét hơn ở Tây Nguyên và Nam Bộ; số ngày nóng ($TX_{90}p$) có xu thế tăng.
    • Lượng mưa ngày cực đại ($RX_x, R_x, RX_{95}$) có xu thế tăng ở các vùng khí hậu phía Nam và miền Trung (B4, N1, N2), trong khi ở một số khu vực phía Bắc có xu thế giảm hoặc biến đổi không đồng nhất.
  • Biến đổi các hiện tượng khí hậu cực đoan:
    • Nắng nóng và nắng nóng gay gắt: Tổng số ngày nắng nóng ($SNNN$) và nắng nóng gay gắt ($SNNGG$) trung bình năm có xu thế tăng trên phạm vi cả nước, đặc biệt rõ rệt tại các vùng B4, N2 và B1.
    • Rét đậm và rét hại: Số ngày rét đậm ($SNRĐ$) và số ngày rét hại ($SNRH$) trung bình mùa đông trên các vùng khí hậu phía Bắc (B1, B2, B3, B4) đều có xu thế giảm đáng kể trong giai đoạn 1961–2010.
    • Mưa lớn: Số ngày mưa lớn ($SNML \ge 50\text{ mm}$ và $\ge 100\text{ mm}$) có sự phân bố tập trung cao tại miền Trung; xu thế biến đổi của $SNML$ tăng tại các vùng B4, N1 và Nam Bộ trong các tháng mùa mưa.

Chương 4: Mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu toàn cầu và một số cực trị khí hậu, hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam

Chương 4 lượng hóa tác động của BĐKH toàn cầu đến các cực trị và hiện tượng cực đoan ở Việt Nam qua hệ số tương quan ($r$) và bản đồ phân bố tương quan:

  • Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí bề mặt trung bình toàn cầu ($T_s$ toàn cầu):
    • Tương quan thuận có ý nghĩa thống kê với nhiệt độ cực đại ($TX_x$) và số ngày nắng nóng ($SNNN$) tại hầu hết các vùng trong các tháng mùa hè.
    • Tương quan thuận rõ nét với nhiệt độ cực tiểu ($TN_n$) và tương quan nghịch với số ngày rét đậm ($SNRĐ$) trên các vùng khí hậu phía Bắc trong các tháng mùa đông.
  • Ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt khu vực (V1, V2, V3):
    • $T_s$ khu vực V1 ($0^\circ - 15^\circ\text{N}$; $100^\circ - 120^\circ\text{E}$) và V2 ($10^\circ\text{S} - 10^\circ\text{N}$; $60^\circ - 100^\circ\text{E}$) có tương quan thuận chặt chẽ với $TX_x$ và $SNNN$ trên các vùng khí hậu Việt Nam (đặc biệt là vùng N2 và B4 trong các tháng chuyển tiếp và mùa hè).
    • $T_s$ khu vực V3 ($15^\circ - 40^\circ\text{N}$; $100^\circ - 120^\circ\text{E}$) có tương quan thuận với $TN_n$ và tương quan nghịch với $SNRĐ$ tại các vùng khí hậu phía Bắc trong các tháng chính đông (tháng 1, tháng 2).
  • Ảnh hưởng của các trung tâm khí áp:
    • Mối quan hệ giữa trường $P_{msl}$ và trường HGT trên các mực 850, 700, 500, 200 hPa với các cực trị: Sự gia tăng độ cao địa thế vị HGT mực 500 hPa tại vùng Tây Bắc Thái Bình Dương ($10^\circ - 20^\circ\text{N}$; $120^\circ - 150^\circ\text{E}$) và các vùng phụ cận (V5, V6, V7, V8) tương quan thuận có ý nghĩa với sự gia tăng của $TX_x$ và tổng $SNNN$ tại vùng B4 và N2.
    • Biến thiên khí áp $P_{msl}$ vùng áp cao Siberia (V9) và HGT mực 500 hPa vùng Đông Á (V10) có tương quan trực tiếp đến sự dao động của $TN_n$ và $SNRĐ$ ở các tỉnh Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ (vùng B2, B3).
    • Biến thiên trường $P_{msl}$ và các xoáy hoàn lưu mực thấp có tương quan với lượng mưa ngày cực đại ($RX_x$) và số ngày mưa lớn ($SNML$) tại vùng duyên hải Nam Trung Bộ (N1) và Bắc Trung Bộ (B4) trong các tháng mùa mưa (tháng 10, tháng 11).

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học lý luận

  1. Luận án đã xác định định lượng sự biến đổi về cường độ và phạm vi hoạt động của các trung tâm khí áp chính có vai trò chi phối điều kiện thời tiết và sự hình thành khí hậu Việt Nam (áp cao Siberia suy yếu, ACTBD mở rộng và lấn về phía tây).
  2. Thiết lập cơ sở khoa học và bằng chứng định lượng về mối liên hệ giữa sự nóng lên toàn cầu (qua chuỗi $T_s$ toàn cầu và $T_s$ khu vực) với sự biến đổi của các cực trị khí hậu ($TX_x, TN_n, RX_x$) và các hiện tượng khí hậu cực đoan ($SNNN, SNRĐ, SNRH, SNML$) trên 7 vùng khí hậu Việt Nam.
  3. Đưa ra các lý giải vật lý về cơ chế tác động gián tiếp của BĐKH toàn cầu thông qua sự chuyển dịch hoàn lưu quy mô lớn đến tính bất thường của các cực trị thời tiết tại Việt Nam.

Đóng góp về mặt thực tiễn

  • Kết quả phân tích cung cấp chuỗi thông tin định lượng chi tiết về mức độ biến đổi của 11 chỉ số cực trị và hiện tượng cực đoan tại 70 trạm quan trắc trên toàn quốc trong 50 năm (1961–2010).
  • Cung cấp cơ sở khoa học phục vụ công tác đánh giá tác động BĐKH, xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu và hỗ trợ công tác dự báo khí hậu mùa, nâng cao chất lượng dự báo các đợt nắng nóng, rét đậm/rét hại và mưa lớn.

Kiến nghị và định hướng ứng dụng

  • Sử dụng các trường tương quan giữa HGT mực 500 hPa, $P_{msl}$ và $T_s$ khu vực làm các chỉ số dự báo hạn mùa cho các hiện tượng nắng nóng diện rộng tại miền Trung và rét đậm/rét hại tại miền Bắc.
  • Tích hợp các quy luật biến đổi của các cực trị lượng mưa và nhiệt độ vào quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, phòng chống thiên tai và quản lý rủi ro khí hậu tại các địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Chuỗi số liệu quan trắc tại một số trạm khí tượng thuộc các vùng phía Nam (Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ) có độ dài ngắn hơn miền Bắc, chủ yếu bắt đầu từ sau năm 1975–1976, gây ra sự không đồng nhất về khoảng thời gian phân tích giữa hai miền.
    • Độ phân giải không gian của bộ số liệu tái phân tích NCEP ($2{,}0^\circ \times 2{,}0^\circ$) tương đối thô, làm hạn chế khả năng mô tả chi tiết các tương tác quy mô địa phương và ảnh hưởng của địa hình phức tạp đến các cực trị mưa.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Ứng dụng các bộ số liệu tái phân tích có độ phân giải cao hơn và kết hợp mô hình hóa khí hậu khu vực để mô phỏng chi tiết các cơ chế động lực.
    • Nghiên cứu sâu hơn về tác động của các dao động khí quyển quy mô nội mùa (như MJO) và dao động đại dương đa thập kỷ kết hợp với BĐKH toàn cầu lên các cực trị thời tiết ngắn hạn.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Khí tượng, Khí hậu học, Địa lý tự nhiên và Biến đổi khí hậu; tham khảo phương pháp tính toán chỉ số cực trị theo phân vị, kỹ thuật xử lý dữ liệu tái phân tích NCEP và phương pháp phân tích tương quan trường hoàn lưu.
  • Cán bộ dự báo khí tượng thủy văn: Tham khảo các quy luật dịch chuyển của đường HGT 586 dam mực 500 hPa, đường 1016 hPa và các vùng tương quan then chốt (V1–V10) để bổ sung dấu hiệu dự báo nắng nóng, rét đậm và mưa lớn.
  • Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Các đơn vị trực thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Ban chỉ đạo Phòng chống thiên tai trong việc xây dựng kế hoạch hành động ứng phó BĐKH dựa trên số liệu thực chứng của 7 vùng khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án phân loại và xác định các hiện tượng rét đậm, rét hại, nắng nóng và mưa lớn theo tiêu chuẩn nào?

Các hiện tượng cực đoan được định nghĩa định lượng dựa trên các ngưỡng nhiệt độ và lượng mưa ngày:

  • Rét đậm (RĐ): Nhiệt độ trung bình ngày $T_{tb} \le 15^\circ\text{C}$.
  • Rét hại (RH): Nhiệt độ trung bình ngày $T_{tb} \le 13^\circ\text{C}$.
  • Nắng nóng (NN): Nhiệt độ cực đại ngày $T_x \ge 35^\circ\text{C}$.
  • Nắng nóng gay gắt (NNGG): Nhiệt độ cực đại ngày $T_x \ge 37^\circ\text{C}$.
  • Mưa lớn (ML): Lượng mưa ngày $R \ge 50\text{ mm}$ (và xét thêm ngưỡng $R \ge 100\text{ mm}$).

2. Sự biến đổi của áp cao Siberia và áp cao Tây Bắc Thái Bình Dương (ACTBD) diễn ra như thế nào trong thời kỳ nghiên cứu?

Theo kết quả phân tích trường $P_{msl}$ và HGT giai đoạn 1961–2010:

  • Áp cao Siberia: Cường độ trung tâm suy yếu trong mùa đông, ranh giới đường đẳng áp 1016 hPa trung bình thập kỷ có xu hướng co hẹp và lùi dần về phía bắc.
  • Áp cao Tây Bắc Thái Bình Dương (ACTBD): Cường độ có xu hướng gia tăng và phạm vi hoạt động mở rộng, dịch chuyển sang phía tây, thể hiện rõ qua sự lấn về phía tây của đường đẳng độ cao địa thế vị 586 dam trên mực 500 hPa trong tất cả các tháng qua từng thập kỷ.

3. Xu thế biến đổi của nhiệt độ cực tiểu ($TN_n$) và số ngày rét đậm ($SNRĐ$) tại miền Bắc Việt Nam có đặc điểm gì?

Nhiệt độ cực tiểu tháng ($TN_n$) và ngưỡng phân vị $TN_{10}$ tại các vùng khí hậu phía Bắc (B1, B2, B3, B4) có xu thế tăng rõ rệt với tốc độ tăng nhanh hơn so với nhiệt độ cực đại ($TX_x$). Đồng pha với xu thế tăng của nhiệt độ cực tiểu, số ngày đêm lạnh ($TN_{10}p$) cũng như số ngày rét đậm ($SNRĐ$) và rét hại ($SNRH$) trung bình mùa đông đều có xu thế suy giảm đáng kể.

4. Tác động của nhiệt độ bề mặt toàn cầu và khu vực đến các hiện tượng cực đoan ở Việt Nam được chứng minh qua những mối tương quan nào?

Luận án chỉ ra các mối tương quan có ý nghĩa thống kê:

  • $T_s$ toàn cầu và $T_s$ các vùng biển lân cận (V1, V2) tương quan thuận với nhiệt độ cực đại ($TX_x$) và số ngày nắng nóng ($SNNN$), đặc biệt ở vùng Tây Nguyên (N2) và Bắc Trung Bộ (B4) trong mùa hè.
  • $T_s$ toàn cầu và $T_s$ vùng lục địa phía bắc (V3) tương quan thuận với nhiệt độ cực tiểu ($TN_n$) và tương quan nghịch với số ngày rét đậm ($SNRĐ$) ở các vùng khí hậu Bắc Bộ trong mùa đông.
  • Trường HGT mực 500 hPa tại khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương tương quan thuận chặt chẽ với tổng số ngày nắng nóng trong năm tại miền Trung.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Chu Thị Thu Hường đã hoàn thành việc phân tích định lượng mức độ và xu thế biến đổi của các cực trị khí hậu cùng các hiện tượng khí hậu cực đoan trên 7 vùng khí hậu của Việt Nam giai đoạn 1961–2010 dựa trên tập số liệu quan trắc 70 trạm khí tượng. Công trình đã làm sáng tỏ sự suy yếu của áp cao Siberia và sự mở rộng về phía tây của áp cao cận nhiệt đới Tây Bắc Thái Bình Dương dưới bối cảnh nóng lên toàn cầu. Bằng phương pháp phân tích tương quan trường hoàn lưu quy mô lớn và nhiệt độ bề mặt, luận án đã thiết lập được bằng chứng khoa học giải thích cơ chế tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đến sự gia tăng của nắng nóng, giảm số ngày rét đậm/rét hại và biến động lượng mưa cực đại tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng thiết thực trong công tác đánh giá tác động BĐKH và nâng cao năng lực dự báo hạn mùa các hiện tượng thời tiết nguy hiểm.