Chương 1 TỎNG QUAN 1. Tổng quan về hạn hán và phân loại hạn 1. Hạn hán Cho đến nay, định nghĩa về hạn hán vẫn chưa được thông nhất tuyệt đối và vẫn còn tiếp tục phát triển dé phù hợp hơn với diễn biến khí hậu va sự thay đôi, điều chỉnh của hệ sinh thái tự nhiên trên từng vùng địa lý. Theo McKee và cộng sự (1993), hạn hán là một trạng thái có lượng độ âm không đủ, với nguyên nhân do thiếu hụt nguồn giáng thuỷ trong một khoảng thời gian nhất định.
Theo Tổ chức khí tượng thế giới WMO (2012), hạn hán là một hiện tượng tự nhiên có tính chất nguy hiểm và phức tạp tăng dần theo thời gian, với nguyên nhân do lượng giáng thuỷ có mức thấp hơn chuẩn thông thường hay trung bình nhiều năm. Trong Kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Việt Nam từ BTNMT (2016), hạn hán được định nghĩa là hiện tượng thiếu hụt nước nghiêm trọng kéo dài, thường liên quan tới điều kiện thời tiết khô và thiếu hụt mưa kéo dài. Phân loại Theo tô chức Khí tượng Thế giới (WMO) hạn hán được phân ra 4 loại: hạn han khí tượng, hạn hán thủy văn, hạn hán nông nghiệp và hạn hán kinh tế xã hội. — Hạn khí tượng: Thiếu hụt nước trong cán cân lượng mưa, lượng bốc hơi, nhất là trong trường hợp liên tục mat mưa.
Ở đây lượng mưa tiêu biểu cho phan thu và lượng bốc hơi tiêu biểu cho phần chỉ của cán cân nước. Do lượng bốc hơi đồng biến với cường độ bức xạ, nhiệt độ, tốc độ gió và nghịch biến với độ 4m nên hạn hán gia tăng khi nang nhiêu, nhiệt độ cao, gió mạnh, thời tiệt khô ráo. — Hạn thủy văn: Dòng chảy sông suối thấp hơn trung bình nhiều năm rõ rệt và mực nước trong các tang chứa nước dưới dat hạ thấp. Ngoài lượng mưa ra, hạn thuỷ văn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác: dòng chảy mặt, nước ngầm tang nông, nước ngâm tâng sâu.
— Hạn nông nghiệp: Thiếu hụt mưa dẫn tới mất cân bằng giữa hàm lượng nước thực tế trong đât và nhu câu nước của cây trông. — Hạn kinh tế xã hội: Nước không đủ cung cấp cho nhu cầu của các hoạt động kinh tế xã hội. Các nghiên cứu trên thế giới về đánh giá hạn hán Trên quy mô toàn cầu, sự thay đổi của hệ thống khí hậu đã và đang gây ra nhiều tác động bat lợi đến hệ thong tự nhiên va con người; hơn nữa, các tác động này con được đánh giá là trầm trọng hơn rất nhiều ở quy mô vùng hay địa phương (IPCC, 2014). Vì vậy, nghiên cứu về BĐKH đã và đang trở nên cấp thiết hơn.
Trong đó, các nghiên cứu cơ bản nhằm chứng minh sự thay đổi hay xu thé của các yếu tố khí hậu đang nhận được sự quan tâm nhiêu hơn. Lamb (1982) đã sử dụng số liệu mưa tại các trạm quan trắc khu vực Subsaharan dé cập nhật chỉ số dao động lượng mưa đến năm 1981 cho khu vực này, nhưng vẫn giữa các giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của giai đoạn 1941 — 1974, nhằm đảm bảo tính liên tục trong chuỗi kết quả chỉ số dao động lượng mưa. Kết quả nghiên cứu cho thấy giai đoạn 1968 — 1981 là thời kỳ hạn hán nhất trong khoảng thời gian phân tích. Hơn nữa, các năm hạn nặng như 1977 và 1981 có thể đại diện để nghiên cứu về mối quan hệ giữa hạn hán với các hiện tượng dị thường nhiệt đới ở khu vực này.
Nhìn chung, kết quả nghiên cứu đã chứng minh được tình trạng hạn hán vẫn tiếp tục duy trì tại khu vực Subsaharan cho đến cuối thế kỷ 20. Tương tự, L'hote và cộng sự (2002) cũng đã áp dụng chỉ số dao động lượng mưa cho chuỗi lượng mưa 105 năm từ 1896 — 2000 tại khu vực Sahel, với các giá trị chuẩn được tính theo giai đoạn 1921 — 2000. Kết quả nghiên cứu cho thấy các thập kỷ gần đây (1970s, 1980s, 1990s) được đánh giá là thời kỳ khô hạn nhất. Hơn nữa, diện tích các vùng khô hạn cũng có xu hướng mở rộng hơn trong giai đoạn phân tích.
Nhìn chung, kết quả từ nghiên cứu này cũng cho thay van đề hạn hán ở Sahel vẫn tiếp tục kéo dài đến thế kỷ sau Jaagus (2006) đã sử dụng kiểm định Mann — Kendall dé xác định xu thế thay đôi của các biến số khí hậu (nhiệt độ không khí, giáng thuỷ, thời gian phủ tuyết và thời điểm bat đầu các mùa) tại nước Cộng hoà Estonia và mối quan hệ giữa sự thay đổi này với su thay đôi của các vòng tuần hoàn khí quyên. Kết quả nghiên cứu bước dau cho thay nhiệt độ không khí tại khu vực nghiên cứu đã gia tăng trong khoảng thời gian qua (ngoại trừ trong mùa thu), và phần lớn các xu thế có ý nghĩa thống kê rơi vào chuỗi cả năm và mùa xuân, với mức tăng cao nhất lần lượt là 1,7°C và 3,3°C. Còn sự thay đổi giáng thuỷ không đồng nhất giữa các tram, với xu thé tăng có ý nghĩa thống kê thường rơi vào chuỗi cả năm và mùa đông. Tương tự, thời điểm bắt đầu các mùa có xu thế cũng tương đối khác nhau giữa các trạm, nhưng phần lớn cho thấy mùa xuân có xu thế đến sớm hơn.
Ngoài ra, kết quả kiểm định Mann — Kendall cũng đã cho thấy phan lớn những thay đổi trong tuần hoàn khí quyền tại khu vực này diễn ra trong các tháng lạnh của năm, đặc biệt là từ tháng 02 — 03. Đặc biệt, sự thay đổi này là yếu tố ảnh hưởng đến xu thế tăng của nhiệt độ trung bình năm và sự thay đổi của giáng thuỷ. Dash và cộng sự (2009) đã sử dụng đồng thời mô hình hồi quy tuyến tính và kiểm định Mann — Kendall để phân tích xu thé các đặc tính mưa ở An Độ giai đoạn 1951 — 2004 dựa trên số liệu lưới theo ngày (1° x 1°). Cụ thé, các đặc tính mua được đề cập trong nghiên cứu này bao gồm thời kỳ mưa và cường độ mưa, với cơ sở xác định thời kỳ mưa được sử dụng theo ngưỡng 2,5 mm/ngày và số ngày có mưa liên tục, còn cường độ mưa tương ứng từng thời kỳ và từng vùng được xác định theo phương pháp nghịch đảo phân phối xác suất Gamma.
Nhìn chung, kết quả phân tích xu thế khác biệt nhiều giữa các vùng khác nhau và giữa từng mùa trong năm. Theo đó, trong mùa mưa (Monsoon Season), số ngày có mưa vừa và mưa ít có xu thế giảm, còn số ngày có mưa nhiều lại tăng lên trong giai đoạn phân tích ở Ấn Độ. Ngoài ra, thời kỳ mưa kéo dài trong mùa mưa cũng có xu thé giảm, còn xu thé cho các thời kỳ tương ứng với các phân loại khác có xu hướng tăng lên. Mohsin và Gough (2010) đã đánh giá xu thế cho các chuỗi nhiệt độ không khí tại khu vực Greater Toronto bằng phương pháp kiểm định Mann — Kendall và hệ số dốc Sen.
Bên cạnh đó, thời điểm bắt đầu các xu thế cũng được nhận dạng bằng phương pháp Sequential Mann — Kendall. Đặc biệt, các tác giả cũng đã xét đến ảnh hưởng của tương quan chuỗi trong phân tích xu thé bằng phương pháp Trend-Free Pre-whitening. Nhìn chung, kết quả phân tích cho thấy sự gia tăng của các chuỗi nhiệt độ trung bình và cực tiểu được nhận dạng tại phần lớn các trạm quan trắc. Ngoài ra, sự gia tăng nhiệt độ trong mùa đông được xem là yếu tố chi phối đến xu thé tăng trong các chuỗi nhiệt độ cực tiểu năm.
Đặc biệt, nghiên cứu này cũng đã làm rõ được mối quan hệ giữa quá trình đô thị hoá và các đặc điểm địa hình đến những thay đổi của các chuỗi nhiệt độ tại từng trạm quan trắc. Tại Hàn Quốc, Lynn Seo và cộng sự (2012) đã phân tích xu thế biến đôi lượng mưa tối đa hàng năm (AMR) được thu thập tại 10 trạm đo đặt trên lưu vực sông Hàn qua 30 năm ở mỗi trạm bằng các phương pháp phân tích xu thế tham sé và phi tham sé. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy xu thé tại các trạm đo: Trạm Jecheon có xu hướng tăng từ 1973-2009, nhưng xu hướng giảm mạnh từ 1980 — 2005; trạm Hongcheon cho thấy xu hướng tăng dan trở nên mạnh hon theo thời gian; trạm Chungju có thé được phân thành ba giai đoạn: 1973 - 1989 xu hướng giảm mạnh; sau năm 1990 cho thấy một xu hướng ngày càng tang; xu hướng không đáng ké với những năm đầu sau năm 1987; trạm Daegwallyeong có cả xu hướng tăng và giảm mạnh 1985-2000 và tại Icheon không cho thấy xu hướng tăng đáng ké. Các kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đó tại lưu vực này.
Mir và cộng sự (2015) đã sử dụng kiểm định phi tham số Mann — Kendall và hệ số dốc Sen dé phân tích xu thế của nhiều biến số khí tượng thuỷ văn (nhiệt độ cực tri, lượng mưa, lượng tuyết rơi, điện tích phủ tuyết và dòng chảy) tại lưu vực sông Satluj trên phần lãnh thé An Độ phía tây Himalaya. Ngoài ra, mối quan hệ giữa sự thay đổi của các biến số này cũng đã được đề cập. Kết quả nghiên cứu cho thay phan lớn nhiệt độ cực trị ở khu vực nghiên cứu đã tăng lên đáng ké từ 1984 — 2008, với mức tăng hang năm của nhiệt độ cực tiêu là 0,0455°C/năm. Bên cạnh đó, nghiên cứu còn cho rắng với sự gia tăng nhiệt độ mà đặc biệt là nhiệt độ cực tiểu đã ảnh hưởng đến xu thé của các thống số khí tượng khác.
Cụ thể, lượng tuyết rơi ở lưu vực từ 1976 — 2008 đã giảm đi vớc tốc độ khoảng —2,32 mm/năm, và giảm mạnh vao các thang 12, 11 và 3. Ngược lai, lượng mưa từ 1970 — 2008 có xu hướng tăng nhẹ, khoảng 0,04 mm/năm. Ngoài ra, nghiên cứu còn cho rằng với xu thế giảm lượng tuyết rơi đã dẫn đến diện tích phủ tuyết trên lưu vực cũng giảm theo, khoảng —2,167%/nam. Đặc biệt, nghiên cứu còn cho thay sự tương quan giữa gia tăng nhiệt độ với gia tăng lượng mưa và giảm lượng tuyết rơi đã thé hiện đang có sự chuyền đổi trạng thái giáng thuỷ từ thé rắn (tuyết) sang thé long (mưa) tại lưu vực sông Satluj.
Nhìn chung, các nghiên cứu về đánh giá hạn hán trên thế giới đã được thực hiện từ khá sớm, bắt đầu từ những năm 1980. Phương pháp tiếp cận trong nghiên cứu hạn hán chủ yếu dựa trên phân tích thống kê chuỗi số liệu khí tượng, thuỷ văn trong khoảng thời gian dài, thường là từ năm trở lên.