Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khí tượng và khí hậu học: Biến đổi hoạt động gió mùa mùa hè ở Việt Nam

Chia sẻ: Acacia2510 _Acacia2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu tổng quát của luận án là nghiên cứu xác định ngày bắt đầu và kết thúc GMMH và các chỉ số mưa cực đoan trong thời kỳ GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ, dự tính sự biến đổi của ngày bắt đầu và kết thúc GMMH, sự biến đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong thời kỳ GMMH trong tương lai.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khí tượng và khí hậu học: Biến đổi hoạt động gió mùa mùa hè ở Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -----***----- NGÔ THỊ THANH HƯƠNG BIẾN ĐỔI HOẠT ĐỘNG GIÓ MÙA MÙA HÈ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học Mã số: 62440222 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Vũ Thanh Hằng 2. PGS. TS. Nguyễn Hướng Điền Phản biện 1: ...................................................................................... ...................................................................................... Phản biện 2: ...................................................................................... ………………………….............................................. Phản biện 3: ..................................................................................... ……………………………………………………..... Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sỹ họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi ……... ngày …. tháng..... năm ……. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
MỞ ĐẦU Đặt vấn đề: “Gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu 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”. GMMH cung cấp lượng mưa lớn cho nhiều khu vực. Tuy nhiên, sự đến sớm hay muộn của GMMH có thể gây ra ảnh hưởng lớn đến tổng lượng mưa năm, mùa cũng như cường độ mưa và các hiện tượng cực đoan liên quan đến lượng mưa. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các mô hình số để mô phỏng khí hậu, mô phỏng ngày bắt đầu và kết thúc GMMH, cũng như dự tính sự thay đổi của các đặc trưng GMMH trong tương lai theo các kịch bản khí nhà kính được thực hiện nhiều hơn và có những kết quả đáng tin cậy hơn. Chính vì vậy, đề tài luận án “Biến đổi hoạt động gió mùa mùa hè ở Việt Nam” sẽ xác định ngày bắt đầu/ kết thúc GMMH và xu thế biến đổi của nó, sự biến đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong mùa GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trong thời kỳ quá khứ và thời kỳ tương lai. Mục tiêu chung - Nghiên cứu xác định ngày bắt đầu và kết thúc GMMH và các chỉ số mưa cực đoan trong thời kỳ GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ, dự tính sự biến đổi của ngày bắt đầu và kết thúc GMMH, sự biến đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong thời kỳ GMMH trong tương lai. 1
Mục tiêu cụ thể - Xác định ngày bắt đầu/kết thúc và sự khác biệt giữa mùa mưa và mùa GMMH; - Áp dụng và điều chỉnh chỉ tiêu để xác định ngày bắt đầu/kết thúc GMMH và tính toán các chỉ số mưa cực đoan trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trong quá khứ; - Dự tính sự biến đổi của ngày bắt đầu và kết thúc GMMH và sự biến đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong thời kỳ GMMH ở khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trong tương lai; - Phân tích đặc điểm hoàn lưu quy mô lớn trong thời kỳ GMMH ở hai khu vực trên. Phạm vi nghiên cứu: - Khu vực nghiên cứu: Khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ - Thời gian: thời kỳ quá khứ 1981-2014, thời kỳ tương lai (2016-2035), (2046-2065), (2080-2099). Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Góp phần làm rõ xu thế sớm lên của GMMH trong những năm gần đây. - Góp phần xác định ngày bắt đầu và kết thúc GMMH trên khu vực, dự tính được những thay đổi của hoạt động GMMH trong tương lai trên khu vực Việt Nam, dự tính được sự thay đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong thời kỳ GMMH. Ngoài ra, nghiên cứu còn góp phần trong công tác dự báo mưa và mưa lớn. Những đóng góp mới của luận án: - Xác định được ngày bắt đầu/ kết thúc GMMH và xu thế biến đổi của nó trong giai đoạn 1981-2014; sự khác biệt giữa mùa mưa và mùa GMMH và đặc điểm hoàn lưu quy mô lớn trong thời kỳ này. 2
- Dự tính sự biến đổi của ngày bắt đầu/ kết thúc GMMH và sự biến đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong thời kỳ GMMH ở Tây Nguyên và Nam Bộ trong tương lai theo kịch bản RCP4.5. Cấu trúc của luận án: Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, Luận án gồm: Chương 1. Tổng quan, Chương 2. Số liệu và phương pháp nghiên cứu. Chương 3. GMMH và mưa thời kỳ 1981- 2014. Chương 4. Dự tính một số đặc trưng GMMH theo kịch bản RCP4.5. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm và các khu vực gió mùa Khái niệm về gió mùa: Gió mùa là chế độ dòng khí của hoàn lưu khí quyển trên một phạm vi rộng lớn của bề mặt Trái Đất, trong đó gió thịnh hành chuyển ngược hướng hay gần như ngược hướng từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông. Trong hai loại gió mùa, gió mùa mùa hè (GMMH) cung cấp lượng mưa lớn cho các hoạt động sản xuất, nông lâm ngư nghiệp, thủy điện. Cơ chế hình thành gió mùa mùa hè: có ba nhân tố hình thành và duy trì hoạt động gió mùa: sự nóng lên khác nhau theo mùa của lục địa và đại dương, các quá trình ẩm của khí quyển và sự tự quay của trái đất. Phân chia khu vực gió mùa GMMH Châu Á là hệ thống gió mùa lớn nhất trên trái đất và cung cấp lượng mưa dồi dào cho khu vực Châu Á. Theo Murakami và cộng sự (1994), khu vực gió mùa Châu Á bao gồm gió mùa Đông Nam Á (SEAM), gió mùa tây bắc Thái Bình Dương (WNPM), gió mùa bắc Oxtralia (NAIM) và hai vùng mưa ngoại nhiệt đới meiyu ở Trung Quốc và Baiu ở Nhật Bản. Khu vực gió mùa Đông Nam Á kéo 3
dài từ phía đông biển Ả rập, Ấn Độ, Vịnh Bengal, bán đảo Đông Dương (Việt Nam, Lào, Campuchia), gồm cả gió mùa Nam Á. Theo Wang và Ho (2002) và Wang và ccs (2003), GMMH Châu Á được chia thành ba tiểu hệ thống gió mùa: GMMH Ấn Độ (ISM) (5-270N, 65-1050E), GMMH tây-bắc Thái Bình Dương (WNPSM) (5-22,50N, 105-1500E), GMMH Đông Á (EASM) (22,5-450N,105-1400E). Với cách phân chia nào thì Việt Nam vẫn nằm trên bán đảo Đông Dương, là ranh giới giữa các đới GMMH Nam Á và Đông Á, tây bắc Thái Bình Dương nên chịu ảnh hưởng bởi các đới gió mùa này do đó chế độ GMMH ở khu vực Việt Nam hết sức phức tạp. 1.2 Tình hình nghiên cứu về gió mùa mùa hè trên thế giới 1.2.1 Nghiên cứu về gió mùa mùa hè trong quá khứ Nghiên cứu về GMMH Nam Á, Đông Á, khu vực bán đảo Đông Đương, Biển Đông trong quá khứ dựa trên bộ số liệu quan trắc và số liệu tái phân tích đã được thực hiện khá nhiều. Các kết quả nghiên cứu cho thấy ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Ấn Độ thường xảy ra vào cuối tháng 5 và đầu tháng 6 và kết thúc khoảng cuối tháng 9 và tháng 10. Ngày bắt đầu GMMH trên Biển Đông xảy ra vào nửa đầu tháng 5, trên bán đảo Đông Dương và Vịnh Bengal thường xảy ra vào đầu tháng 5. Ngày kết thúc GMMH ở khu vực Châu Á thì không được nghiên cứu nhiều như ngày bắt đầu GMMH. Tuy nhiên, một số kết quả cho thấy ngày kết thúc GMMH trong quá khứ ở Biển Đông dao động giữa tháng 10. 1.2.2 Nghiên cứu khả năng mô phỏng và dự tính GMMH từ sản phẩm mô hình số Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật công nghệ cao thì việc ứng dụng các sản phẩm của mô hình số vào việc mô phỏng và dự tính những thay đổi của các đặc trưng gió mùa ngày càng 4
nhiều. Điển hình, Dash và ccs (2006) chỉ ra rằng mô hình RegCM3 mô phỏng tốt các đặc tính hoàn lưu GMMH Ấn Độ như gió tây mực 850 hPa, gió đông mực 200 hPa; lượng mưa mô phỏng bằng mô hình cũng khá gần với lượng mưa từ trung tâm lượng mưa khí hậu toàn cầu, nhưng cao hơn so với quan sát ở khu vực phía bắc và đông bắc Ấn Độ. Kitoh và Uchiyama (2006) đã xem xét ngày bắt đầu và kết thúc của GMMH Đông Á dựa trên số liệu lượng mưa ngày dự tính cho thế kỷ 21 từ 15 mô hình khí hậu toàn cầu kết hợp đại dương khí quyển theo kịch bản A1B. Kết quả cho thấy ngày kết thúc GMMH muộn hơn rõ rệt tại Đài Loan và phía nam Nhật Bản trong khi ngày kết thúc này dường như lại sớm hơn trên lưu vực sông Dương Tử. Inoue và Ueda (2011) cho thấy ngày bắt đầu GMMH trên vịnh Bengal, bán đảo Đông Dương và Biển Đông vào cuối thế kỷ 21 theo kịch bản A1B chậm 5-10 ngày so với cuối thế kỷ 20. Nguyên nhân được lý giải là có thể do sự đảo chiều gradient kinh hướng của nhiệt độ ở phía trên của tầng đối lưu giữa lục địa Á-Âu và bắc Ấn Độ Dương bị chậm lại. 1.2.3 Nghiên cứu về mưa cực đoan Xuebin và ccs (2005) nghiên cứu xu thế biến đổi của các chỉ số khí hậu cực đoan, bao gồm cả số ngày mưa, cường độ mưa, sự kiện mưa ngày lớn nhất. Kết quả về xu thế biến đổi của các chỉ số mưa dựa trên phương pháp Mann Kendall không đồng nhất theo không gian. Boroneant và ccs (2006) sử dụng mô hình RegCM để ước tính những thay đổi của cường độ và lượng mưa cực trị trên khu vực ven biển Pháp. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mô hình mô phỏng chu trình năm của lượng mưa cao hơn quan trắc, mô phỏng tốt chỉ số mưa 5 ngày cực đại trong tất cả các mùa. 5
1.3 Tình hình nghiên cứu về gió mùa mùa hè ở Việt Nam 1.3.1 Các nghiên cứu về gió mùa mùa hè trong quá khứ Nghiên cứu về GMMH ở Việt Nam cũng được thực hiện sớm. Một số nghiên cứu cho thấy ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trung bình thời kỳ dài xảy ra lân cận ngày 10/5. Một số nghiên cứu khác chỉ ra mối quan hệ giữa ngày bắt đầu mùa mưa với tổng lượng mưa. Nghiên cứu về ngày kết thúc GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ vẫn còn rất hạn chế. 1.3.2 Tình hình nghiên cứu về mưa cực đoan Các chỉ số mưa cực đoan thường được sử dụng trong các nghiên cứu là số ngày ẩm ướt (WD), cường độ mưa (SDII), tổng lượng mưa trong những ngày có mưa (PRCPTOT), số ngày mưa lớn hơn 50 mm (R50), lượng mưa ngày lớn nhất trong năm, mùa (RX1day), tổng lượng mưa 5 ngày lớn nhất trong năm, mùa (RX5day), số ngày liên tiếp có mưa dài nhất (CWD), số ngày liên tiếp không mưa dài nhất (CDD). Kết quả nghiên cứu cho thấy số ngày ẩm ướt (WD) có xu thế giảm, trong khi cường độ mưa (SDII) tăng lên ở phía nam. số ngày mưa lớn hơn 50 mm (R50) có xu thế tăng mạnh ở khu vực Tây Nguyên. RX1day và RX5day có xu thế tăng lên ở nhiều trạm, tổng lượng mưa năm cũng tăng nhanh ở trạm Mdrak, Đăk Nông, Bảo Lộc, CDD có xu thế giảm. Việc ứng dụng sản phẩm mô hình số để mô phỏng khí hậu và các hiện tượng thời tiết cực đoan ở nước ta ngày càng phổ biến. Ở Việt Nam, RegCM được sử dụng để mô phỏng khí hậu khu vực và dự báo khí hậu mùa, mô phỏng một số yếu tố khí hậu cực đoan trên khu vực Việt Nam, mô phỏng hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong thời kỳ tương lai theo kịch bản phát thải khí nhà kính. Gần đây nhất, trong khuôn khổ dự án CORDEX-SEA, Ngô 6
Đức Thành và ccs (2016) đã chạy thử nghiệm mô hình RegCM 4.3 cho 18 thí nghiệm với các thông số vật lý khác. Nghiên cứu đã đánh giá khả năng mô phỏng của 18 thí nghiệm cho 12 chỉ số khí hậu cực đoan ở khu vực Đông Nam Á, gồm 7 chỉ số mưa và 5 chỉ số nhiệt độ. Kết quả cũng chỉ ra rằng, các thí nghiệm với sơ đồ MIT-Emuael cho kết quả tốt hơn, đặc biệt là sự kết hợp giữa trao đổi đại dương MIT – Emanuel và sơ đồ BATS1e. CHƯƠNG 2. SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Số liệu 2.1.1 Số liệu quan trắc: Luận án sử dụng số liệu mưa ngày quan trắc tại 13 trạm thuộc khu vực Tây Nguyên và 4 trạm thuộc khu vực Nam Bộ thời kỳ 1981-2014. 2.1.2 Số liệu tái phân tích: số liệu gió, độ ẩm, nhiệt độ của NCEP/NCAR với độ phân giải là 2,5 độ thời kỳ 1981-2014. Số liệu tái phân tích ERA_Interim thời kỳ 1986-2005. 2.1.3 Số liệu mô hình: Gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm từ mô hình RegCM thời kỳ cơ sở chạy với điều kiện ban đầu và điều kiện biên từ số liệu tái phân tích ERA_Interim và thời kỳ cơ sở và tương lai theo kịch bản RC4.5 chạy với điều kiện ban đầu và điều kiện biên là mô hình toàn cầu CNRM5. 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp xác định ngày bắt đầu, kết thúc mùa mưa và mùa gió mùa mùa hè. Luận án sẽ thử nghiệm tính toán xác định mùa mưa theo phương pháp Zhang và ccs (2002) và mùa GMMH theo phương pháp của Cheang và cs (1988) và Wang và ccs (2004) cho khu vực Tây 7
Nguyên và Nam Bộ, trên cơ sở đó phân tích và điều chỉnh chỉ tiêu cho phù hợp với khu vực nghiên cứu. Phương pháp Zhang và ccs (2002) Ngày bắt đầu mùa mưa hàng năm là ngày đầu tiên trong 5 ngày liên tiếp có lượng mưa trung bình trượt 5 ngày lớn hơn 5 mm, trong 20 ngày liên tiếp có ít nhất 10 ngày có lượng mưa trung bình trượt 5 ngày lớn hơn 5 mm. Ngày kết thúc là ngày từ cuối năm trở về trước thỏa mãn các điều kiện trên. Phương pháp Cheang và cs (1988) Theo phương pháp này, ngày bắt đầu gió mùa tây nam trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ được định nghĩa là ngày có cả hai thành phần gió vĩ hướng mực 850 hPa và 700 hPa tính trung bình khu vực Tây Nguyên (12oN-14.5oN; 107.5oE-109oE), Nam Bộ (9oN- 11,5oN, 104,5oE -107oE) dương và kéo dài ít nhất 20 ngày kể từ ngày bắt đầu. Ngày kết thúc GMMH được xác định ngược lại từ cuối chuỗi số liệu trở về trước. Phương pháp Wang và ccs (2004) Ngày bắt đầu GMMH là ngày đầu tiên trong 5 ngày liên tiếp có gió vĩ hướng trung bình khu vực Tây Nguyên (Nam Bộ) dương, ít nhất 15/20 ngày liên tiếp có gió vĩ hướng dương, gió vĩ hướng trung bình 20 ngày liên tiếp đó phải lớn hơn 1 m/s, phải xảy ra sau ngày 25/4. Ngày kết thúc được xác định ngược lại từ cuối năm trở về trước. Đề xuất chỉ tiêu kết hợp Để xác định ngày bắt đầu và kết thúc GMMH cho khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ trong thời kỳ 1981-2014, nghiên cứu này kết hợp cả chỉ số mưa và chỉ số gió như sau: Ngày bắt đầu và kết thúc GMMH (kí hiệu tương ứng là BĐGM và KTGM) được xác định 8
trước tiên theo chỉ tiêu mưa đầu của Zhang và cs (2002), sau đó chỉ tiêu thứ hai là tốc độ gió vĩ hướng tại mực 850 hPa lớn hơn 0,5 m/s trong 5 ngày liên tiếp tính từ ngày bắt đầu GMMH hoặc tính ngược lại từ ngày kết thúc GMMH. Trên cơ sở xác định được bộ chỉ tiêu cho ngày bắt đầu và kết thúc GMMH trong quá khứ, luận án sẽ tiến hành đánh giá khả năng mô phỏng GMMH từ mô hình RegCM_ERA-interim dựa trên bộ chỉ tiêu trên cho thời kỳ 1986-2005. Sau đó áp dụng chỉ tiêu trên cho bộ số liệu mô hình RegCM_CNRM5 để dự tính sự biến đổi GMMH trong thời kỳ đầu (2016-2035), giữa (2046-2065) và cuối thế kỷ 21 (2080-2099). 2.2.2 Phương pháp tính toán các chỉ số mưa cực đoan Các chỉ số mưa cực đoan trong luận án được đề cập ở bảng 2.4. Bảng 2.4: Các chỉ số mưa cực đoan TT Chỉ số Định nghĩa Đơn vị 1 WD Số ngày có lượng mưa ≥ 1mm ngày 2 PRCPTOT Tổng lượng mưa của những ngày có mm mưa > 1mm 3 SDII Cường độ mưa, tỷ lệ của PRCPTOT và mm/ngày WD 4 RX1day Lượng mưa 1 ngày lớn nhất trong năm mm 5 RX5day Lượng mưa 5 ngày lớn nhất trong năm mm 6 R50 Số ngày có lượng mưa ≥ 50mm ngày 7 CDD Số ngày liên tiếp không mưa hay mưa < ngày 1mm 8 CWD Số ngày liên tiếp có mưa ≥ 1mm ngày 9
2.2.3 Phương pháp hiệu chỉnh kết quả mô hình a) Kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall và xu thế Sen Để đánh giá sự biến đổi của các đặc trưng gió mùa như ngày bắt đầu, ngày kết thúc, các chỉ số mưa cực đoan trong cả thời kỳ dài, luận án sử dụng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Mann- Kendall và xu thế Sen. Kiểm nghiệm Mann-Kendall nhằm xác định xu thế của một chuỗi số liệu đã được sắp xếp theo trình tự thời gian (Kendall, 1975). Phương pháp này dựa trên việc so sánh giá trị giữa các phần tử với nhau để xác định xu thế của cả tập mẫu. Công thức tính kiểm nghiệm Mann -Kendall như sau: Giả sử có một chuỗi số liệu gồm n phần tử đã được sắp xếp theo trình tự thời gian{x1, x2, ...., xn}, trong đó xi là giá trị tại thời điểm thứ i. Mục tiêu là so sánh giá trị của mỗi phần tử xi với (n-i) phần tử còn lại sau nó. Giả sử giá trị thống kê Mann -Kendall (S) ban đầu bằng 0, các giá trị tiếp theo sẽ được xác định như sau: !!! ! (2.1) 𝑆= 𝑠𝑖𝑔𝑛(𝑥! − 𝑥! ) !!! !!!!! Trong đó: 1 𝑘ℎ𝑖 𝑥! − 𝑥! > 0 (2.2) 𝑠𝑖𝑔𝑛 𝑥! − 𝑥! = 0 𝑘ℎ𝑖 𝑥! − 𝑥! = 0 1 𝑘ℎ𝑖 𝑥! − 𝑥! < 0 giá trị S dương thể hiện xu thế tăng, S âm thể hiện xu thế giảm, xu thế càng rõ ràng khi giá trị tuyệt đối của S càng lớn. Tiếp đó, kiểm nghiệm xu thế của chuỗi ta tính hệ số tương quan Mann-Kendall, kí hiệu là 𝜏 10
𝑆−1 (2.3) 𝑘ℎ𝑖 𝑆 > 0 𝑉𝑎𝑟(𝑆) 𝜏= 0 𝑘ℎ𝑖 𝑆 = 0 𝑆−1 𝑘ℎ𝑖 𝑆 < 0 𝑉𝑎𝑟(𝑆) trong đó, Var (S) là phương sai của S, được tính theo công thức: ! 1 (2.4) 𝑉𝑎𝑟 𝑆 = (𝑁 𝑁 − 1 2𝑁 + 5 − 𝑡! 𝑡! − 1 (2𝑡! + 5) 18 !!! Với g là số nhóm, trong đó mỗi nhóm sẽ bao gồm các phần tử có cùng giá trị, tp là số phần tử thuộc nhóm p. Để kiểm nghiệm xu thế: ta giả thiết xác xuất phạm sai lầm loại 1 bằng 𝛼 cho trước, với τcó phân bố chuẩn: 𝑃 𝜏 > 𝜏! = 𝛼 P τ > τ! = α xác định được 𝜏! theo bảng thống kê Như vậy, nếu | 𝜏 | > 𝜏! thì chuỗi có xu thế có ý nghĩa thống kê, | 𝜏 | < 𝜏! thì chuỗi không có xu thế, 𝜏 dương thì xu thế tăng, 𝜏 âm thì chuỗi có xu thế giảm. Xu thế Sen (Sen’slope) Để xác định độ lớn của xu thế cho ngày bắt đầu và kết thúc mùa GMMH cũng như các chỉ số mưa cực đoan, nghiên cứu đã sử dụng các ước lượng hệ số Sen. Hệ số Sen kí hiệu là Q, Q là giá trị trung vị của: !! -!! , vớik = 1,2, … , n-1; j > k . !-! Ở đây Q cùng dấu với 𝝉 b) Phương pháp kiểm nghiệm Student Luận án xác định sự biến đổi của ngày bắt đầu và kết thúc mùa mưa, ngày bắt đầu, kết thúc và thời gian kéo dài mùa GMMH, các chỉ số mưa cực đoan trong năm và thời kỳ GMMH tính trung 11
bình trong giai đoạn 1998-2014 so với giai đoạn 1981-1997. Tương tự, luận án cũng xác định sự biến đổi của các đặc trưng GMMH thời kỳ đầu, giữa và cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở 1986-2005. Luận án sử dụng phương pháp kiểm nghiệm Student với mức độ tin cậy 95% để đánh giá ý nghĩa thống kê của sự biến đổi của các yếu tố trên. 2.2.4 Phương pháp hiệu chỉnh lượng mưa Giả thiết phân bố tích lũy lượng mưa mô phỏng từ mô hình và quan trắc có thể được xấp xỉ được bằng một hàm phân bố lý thuyết gamma. Cụ thể, phân bố tích lũy của phân bố lý thuyết gamma tại mỗi trạm (mô phỏng và quan trắc) được tính toán. Mỗi sự kiện (lượng mưa mỗi ngày hoặc hàng tháng) của mô hình (Mi) có sắc xuất tích lũy (CDFim) được tính CDFim = Fm(Mi) (2.12) -1 Ngịch đảo hàm gamma của quan trắc (F o) và xác suất tích lũy M cho ta một sự kiện mới (Ni): i Ni= F-1o(CDFim) (2.13) i N là giá trị lượng mưa mô hình hiệu chỉnh. CHƯƠNG 3. GIÓ MÙA MÙA HÈ VÀ MƯA THỜI KỲ 1981-2014 3.1 Sự phân bố lượng mưa trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ 3.1.1 Sự phân bố lượng mưa trên khu vực Tây Nguyên Kết quả cho thấy tổng lượng mưa năm tại các trạm nằm ở sườn đón gió (tây nam) ở khu vực núi cao tương đối lớn, có thể lên tới 2936 mm và 2545 mm tại trạm Bảo Lộc và Đăk Nông. Ở sườn khuất gió mùa hè, tổng lượng mưa năm rất thấp, ví dụ như trạm Ayunpa, lượng mưa chỉ đạt 1268 mm/năm. Lượng mưa tập trung chủ 12
yếu từ tháng 5 đến tháng 10. Lượng mưa tại các trạm như An Khê, Ayunpa, Mdrak tập trung chủ yếu vào tháng 9 đến tháng 12 do nằm ở sườn khuất gió. Do đó, ba trạm này sẽ không được xem xét trong việc tính toán tổng lượng mưa mùa mưa, mùa GMMH trên toàn khu vực Tây Nguyên trong các phần sau. 3.1.2 Sự phân bố lượng mưa trên khu vực Nam Bộ Tổng lượng mưa năm ở các trạm trên khu vực dao động từ 1600 mm đến 2400 mm. Lượng mưa tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 11, cao điểm vào tháng 9 đến tháng 10 ở hầu hết các trạm 3.2 Xác định mùa mưa/ mùa gió mùa mùa hè trên khu vực Tây Nguyên, Nam Bộ và đặc điểm trường hoàn lưu quy mô lớn Đối với khu vực Tây Nguyên Phương pháp Zhang và ccs (2002) xác định mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên. Kết quả về ngày bắt đầu và kết thúc mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên trong thời kỳ 1981-2014 ngày 20/4 và 31/10 với độ lệch chuẩn là 17,4 ngày và 15,7 ngày. Phương pháp Cheang và cs (1988) và Wang và ccs (2004) xác định ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Tây Nguyên xảy ra muộn hơn, ngày kết thúc GMMH xảy ra sớm hơn so với nhiều nghiên cứu trước đây. Ngày bắt đầu và kết thúc GMMH trên khu vực Tây Nguyên trong thời kỳ 1981-2014 theo chỉ tiêu kết hợp là ngày 13/5 và ngày 30/9 với độ lệch chuẩn lần lượt là 17,8 ngày và 10,2 ngày. Đối với khu vực Nam Bộ Phương pháp Zhang và ccs (2002) xác định mùa mưa trên khu vực Nam Bộ. Kết quả về ngày bắt đầu và kết thúc mùa mưa trên khu vực Nam Bộ trong thời kỳ 1981-2014 ngày 27/4 và 13/11 với độ lệch chuẩn là 20,9 ngày và 14,8 ngày. 13
Phương pháp Cheang và cs (1988) xác định ngày bắt đầu GMMH muộn hơn và ngày kết thúc sớm hơn so với các nghiên cứu trước. Phương pháp Wang và ccs (2004) xác định ngày bắt đầu GMMH trên khu vực Nam Bộ tương đối phù hợp nhưng ngày kết thúc GMMH xảy ra sớm hơn so với nhiều nghiên cứu trước đây. Ngày bắt đầu và kết thúc GMMH trên khu vực Nam Bộ trong thời kỳ 1981-2014 theo chỉ tiêu kết hợp là ngày 15/5 và ngày 13/10 với độ lệch chuẩn lần lượt là 14,1 ngày và 13,6 ngày. Đặc điểm trường hoàn lưu quy mô lớn Phân tích đặc điểm của sự vận chuyển ẩm tích phân theo chiều thẳng đứng và sự tương phản nhiệt độ mực 300 hPa giữa lục địa Á- Âu và đại dương trong thời kỳ GMMH cho thấy: Ngày bắt đầu GMMH có liên quan đến sự vận chuyển theo hướng tây nam đầu tháng 5 xuất phát từ vịnh Bengal đi vào Tây Nguyên và Nam Bộ, ngày kết thúc GMMH liên quan đến sự chấm dứt nguồn ẩm hướng tây nam và thay thế bởi nguồn ẩm từ đông bắc tràn vào hai khu vực vào khoảng đầu tháng 10. Sự sớm lên của GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ có mối quan hệ với sự đảo chiều hướng gió đông sang tây và sự tương phản giữa lục địa và đại dương sớm lên. 3.3 Sự biến đổi của các chỉ số cực đoan ở khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ Phân tích đặc điểm thống kê của các chỉ số mưa cực đoan tại từng trạm trên khu vực Tây Nguyên trong cả năm và trong mùa GMMH giai đoạn 1981-2014 cho thấy: Sự dao động của các chỉ số PRCPTOT, SDII trong thời kỳ GMMH tương đồng với cả năm nhưng với giá trị thấp hơn. Sự dao động của chỉ số RX1 day, RX5day trong thời kỳ GMMH khá tương đồng với cả năm. R50 trong thời kỳ GMMH thấp hơn so với cả năm. CWD trong năm và 14
trong thời kỳ GMMH tương tự nhau. CDD trong cả năm tương đối cao, ngược lại CDD trong thời kỳ GMMH rất thấp. Xem xét xu thế biến đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong năm và trong mùa GMMH thông quan hệ số Sen ở Hình 3.12a cho thấy: Chỉ số RX1day, RX5day, PRCPTOT, SDII có xu thế giảm tại trạm Đăk Tô và Pleiku nhưng tăng lên trên hầu hết các trạm trong khu vực Tây Nguyên. Ở Hình 3.12b, R50 trong năm và mùa GMMH có xu thế tăng mạnh nhất tại trạm Kon Tum và có ý nghĩa thống kê với mức độ tin cậy 95%, trong khi các trạm còn lại không có xu thế rõ ràng. WD trong cả năm và mùa GMMH có xu thế tăng nhẹ trên phần lớn các trạm. CDD trong năm giảm rõ rệt tại hầu hết các trạm. Hình 3.21a: Hệ số Sen của các chỉ số mưa cực đoan trong năm (trên) và mùa GMMH (dưới) ở khu vực Tây Nguyên thời kỳ 1981-2014 Đối với khu vực Nam Bộ, PRCPTOT và SDII trong thời kỳ GMMH thấp hơn so với cả năm ở khu vực Nam Bộ. Chỉ số RX1day, RX5day, R50, CWD trong thời kỳ GMMH thay đổi không đáng kể 15
so với cả năm. Chỉ số CDD trong thời kỳ GMMH thấp hơn rõ rệt so với CDD cả năm. Xem xét xu thế biến đổi của các chỉ số mưa cực đoan trong năm và mùa GMMH tại các trạm ở Nam Bộ thông qua hệ số Sen ở (Hình 3.24) cho thấy: RX1day trong năm và mùa GMMH tăng lên tại trạm Cần Thơ nhưng giảm ở các trạm còn lại. RX5day trong năm và trong mùa GMMH không đồng nhất giữa các trạm. SDII trong năm và trong mùa GMMH thay đổi không đáng kể. PRCPTOT và WD trong năm và mùa GMMH tăng lên tại Rạch Giá nhưng giảm ở các trạm còn lại. CDD trong năm tăng tại trạm Cà Mau nhưng giảm ở hầu hết các trạm còn lại. CDD trong mùa GMMH tăng rõ rệt tại Cần Thơ và gần như không thay đổi ở các trạm còn lại. 3.4. Mối quan hệ giữa lượng mưa GMMH với thời gian kéo dài GMMH. Đối với khu vực Tây Nguyên, tổng lượng mưa mùa mưa và mùa GMMH có tương quan cao với thời gian kéo dài mùa mưa và mùa GMMH với hệ số tương quan lần lượt là 0,62 và 0,72. Thời gian kéo dài mùa GMMH nhìn chung ngắn hơn thời gian kéo dài mùa mưa trung bình thời kỳ 1981-2014 là 54 ngày. Đối với khu vực Nam Bộ, tổng lượng mưa mùa mưa và mùa GMMH có tương quan cao với thời gian kéo dài mùa mưa và mùa GMMH với hệ số tương quan lần lượt là 0,71 và 0,83. Thời gian kéo dài mùa GMMH ở Nam Bộ nhìn chung ngắn hơn thời gian kéo dài mùa mưa trung bình thời kỳ 1981-2014 là 49 ngày. Tổng lượng mưa mùa mưa/mùa GMHH ở khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ có tương quan cao với ngày bắt đầu mùa mưa/mùa GMMH, với hệ số tương quan khoảng (-0,43 đến -0,55). 16
CHƯƠNG 4. DỰ TÍNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG GMMH THEO KỊCH BẢN RCP4.5 4.1 Khả năng mô phỏng GMMH từ mô hình khí hậu khu vực RegCM Mô hình RegCM_ERA-Interim mô phỏng ngày bắt đầu GMMH ở khu vực Tây Nguyên trung bình thời kỳ 1986-2005 là ngày 28/4 với độ lệch chuẩn là 18,4 ngày, sớm hơn 14 ngày so với ngày bắt đầu GMMH tính từ số liệu mưa quan trắc và gió tái phân tích. Ngày kết thúc GMMH là ngày 27/9 với độ lệch chuẩn tương đối thấp là 7,7 ngày, sớm hơn 1 ngày so với ngày kết thúc GMMH tính từ số liệu mưa quan trắc và gió tái phân tích. Đối với khu vực Nam Bộ, Mô hình RegCM_ERA-Interim mô phỏng ngày bắt đầu GMMH là ngày 13/5 với độ lệch chuẩn là 13,7 ngày, sớm hơn 3 ngày so với ngày bắt đầu GMMH tính toán từ số liệu mưa quan trắc và gió tái phân tích. Mô hình mô phỏng ngày kết thúc GMMH ở Nam Bộ sớm hơn 9 ngày. Như vậy có thể thấy, mô hình có khả năng mô phỏng được ngày bắt đầu và ngày kết thúc GMMH trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ, nhưng sớm hơn so với tính toán từ số liệu mưa quan trắc và gió tái phân tích. Để làm rõ sự sớm lên này luận án đánh giá khả năng mô phỏng lượng mưa và gió vĩ hướng mực 850 hPa trên từng khu vực. Kết quả cho thấy mô hình mô phỏng tốt được thời gian đổi chiều từ gió đông sang gió tây và ngược lại trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ. Mô hình mô phỏng được biến trình năm của lượng mưa trên hai khu vực nhưng thiên cao hơn so với quan trắc. Trên cơ sở đánh giá khả năng mô phỏng lượng mưa và gió nhận thấy sự thiên cao về lượng mưa là nguyên nhân dẫn đến mô hình mô phỏng ngày bắt đầu và kết thúc GMMH sớm hơn so với kết 17
quả tính toán từ số liệu quan trắc. Do đó, nghiên cứu đã tiến hành hiệu chỉnh lượng mưa mô hình RegCM_ERA_Interim và RegCM_CNRM5 trước khi tính toán ngày bắt đầu và kết thúc GMMH. 4.2 Dự tính sự biến đổi của hoạt động GMMH ở Tây Nguyên và Nam Bộ trong tương lai 4.2.1 Hoạt động GMMH thời kỳ cơ sở 1986-2005 Để dự tính được ngày bắt đầu và kết thúc GMMH và các chỉ số mưa cực đoan trong tương lai, cần xác định ngày bắt đầu và kết thúc GMMH trrong thời kỳ cơ sở. Kết quả cho thấy (Bảng 4.1): Bảng 4.1. Ngày bắt đầu và kết thúc GMMH từ quan trắc và từ mô hình khí hậu RegCM thời kỳ 1986-2005 Các trường hợp Tây Nguyên Nam Bộ BĐGM KTGM BĐGM KTGM Quan trắc 12/5 28/9 16/5 11/10 RegCM_ERA_Interim 28/4 27/9 13/5 02/10 chưa hiệu chỉnh RegCM_ERA_Interim 12/5 26/9 16/5 1/10 đã hiệu chỉnh RegCM_CNRM5 đã 12/5 30/9 15/5 9/10 hiệu chỉnh - Ngày bắt đầu GMMH ở Tây Nguyên và Nam Bộ từ hai bộ số liệu mô hình đã hiệu chỉnh tương đối phù hợp với ngày bắt đầu GMMH tính toán từ lượng mưa quan trắc và gió tái phân tích. Đối với khu vực Tây Nguyên, ngày kết thúc GMMH mô phỏng từ cả hai mô hình đã hiệu chỉnh khá gần với quan trắc. Đối với khu vực Nam Bộ, mô hình RegCM_ERA_Interim mô phỏng ngày kết thúc GMMH 18