Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong bối cảnh biến đổi khí hậu, kết quả dự tính và giải pháp ứng phó

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:150

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này tập trung xem xét mức độ hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong bối cảnh biến đổi khí hậu trên cơ sở tổng quan các nghiên cứu đã có trong và ngoài nước, lựa chọn chỉ số hạn phù hợp cho khu vực nghiên cứu nhằm đưa ra bức tranh về mức độ khắc nghiệt của hạn hán trong quá khứ, dự tính hạn hán trong tương lai theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong bối cảnh biến đổi khí hậu, kết quả dự tính và giải pháp ứng phó

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -----***----- TRƢƠNG ĐỨC TRÍ NGHIÊN CỨU HẠN HÁN Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, KẾT QUẢ DỰ TÍNH VÀ GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội - 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -----***----- TRƢƠNG ĐỨC TRÍ NGHIÊN CỨU HẠN HÁN Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, KẾT QUẢ DỰ TÍNH VÀ GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 62440301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: 1. PGS. TS. Trần Quang Đức 2. PGS. TS. Lê Văn Thiện Hà Nội - 2016
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả Luận án Trƣơng Đức Trí i
LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Trần Quang Đức và PGS. TS. Lê Văn Thiện. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới hai nhà khoa học đã hết lòng động viên, định hướng, tận tình giúp đỡ và luôn quan tâm sâu sắc tới từng kết quả của Luận án. Để thực hiện Luận án, tác giả đã được hỗ trợ về thời gian và các điều kiện học tập, nghiên cứu từ Bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường Đất, Ban Chủ nhiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Cục Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ Tài nguyên và Môi trường. Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến sự giúp đỡ quý báu đó. Tác giả chân thành cảm ơn các chuyên gia, các nhà khoa học và các cơ quan liên quan đã có những góp ý về khoa học cũng như hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người thân yêu trong gia đình đã luôn ở bên cạnh, là những nguồn động viên tinh thần quý giá để tác giả hoàn thành tốt Luận án của mình. TÁC GIẢ ii
MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.............................................................. 2 DANH MỤC BẢNG ................................................................................................................... 5 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................................. 8 MỞ ĐẦU............. .......................................................................................................................11 Đặt vấn đề .........................................................................................................................11 Mục tiêu.............................................................................................................................13 Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................................13 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .........................................................................................13 Những đóng góp mới của luận án ...................................................................................13 Cấu trúc của luận án .........................................................................................................14 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................................15 1.1 Khái niệm chung ..................................................................................................................15 1.1.1 Định nghĩa hạn hán ................................................................................. 15 1.1.2 Phân loại hạn hán .................................................................................... 16 1.2 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới .......................................17 1.2.1 Tình hình hạn hán trên thế giới ............................................................... 17 1.2.2 Các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới ................................................. 20 1.3 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam ........................................27 1.3.1 Tình hình hạn hán ở Việt Nam................................................................ 27 1.3.2 Các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam ................................................. 29 1.4 Tổng quan khu vực nghiên cứu ..........................................................................................33 1.4.1 Điều kiện tự nhiên ................................................................................... 33 1.4.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội ........................................................................ 37 CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............41 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu ..........................................................................................................41 2.2 Nội dung............ ...................................................................................................................41 2.3 Phƣơng pháp .........................................................................................................................41 2.3.1 Phƣơng pháp đánh giá sai số số liệu quan trắc ....................................... 41 2.3.2 Phƣơng pháp xác định xu thế nhiệt độ, lƣợng mƣa, hạn hán .................. 41 2.3.3 Phƣơng pháp hiệu chỉnh kết quả mô hình............................................... 42 2.3.3.1 Đánh giá sai số............................................................................. 42 2.3.3.2 Hiệu chỉnh kết quả mô hình ........................................................ 43 1
2.3.4 Phƣơng pháp dự tính nhiệt độ và lƣợng mƣa .......................................... 44 2.3.4.1 Mô hình khí hậu toàn cầu ............................................................ 44 2.3.4.2 Mô hình khí hậu khu vực............................................................. 45 2.3.4.3 Kịch bản nồng độ khí nhà kính ................................................... 47 2.3.5 Phƣơng pháp đánh giá hạn hán ............................................................... 51 2.3.5.1 Chỉ số SPI .................................................................................... 51 2.3.5.2 Chỉ số Ped .................................................................................... 51 2.3.5.3 Chỉ số Palmer .............................................................................. 52 2.4 Số liệu sử dụng .....................................................................................................................58 2.4.1 Số liệu quan trắc ...................................................................................... 58 2.4.2 Số liệu mô hình ....................................................................................... 59 2.4.3 Số liệu khác ............................................................................................. 60 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...............................................................................63 3.1 Đánh giá hạn hán trong quá khứ .........................................................................................63 3.1.1 Lựa chọn chỉ số hạn ................................................................................ 63 3.1.2 Số tháng hạn theo mùa và năm ............................................................... 72 3.1.3 Số đợt hạn và thời gian kéo dài ............................................................... 73 3.1.4 Mức độ khắc nghiệt của hạn hán ............................................................ 77 3.2 Dự tính biến đổi hạn hán theo kịch bản nồng độ khí nhà kính ........................................87 3.2.1 Đánh giá khả năng mô phỏng hạn hán .................................................... 87 3.2.2 Dự tính sự biến đổi của nhiệt độ và lƣợng mƣa ..................................... 92 3.2.2.1 Dự tính biến đổi của nhiệt độ ...................................................... 92 3.2.2.2 Dự tính biến đổi của lƣợng mƣa .................................................. 99 3.2.3 Dự tính biến đổi của hạn hán ................................................................ 111 3.2.3.1 Số tháng hạn theo mùa và năm .................................................. 112 3.2.3.2 Số đợt hạn và thời gian kéo dài ................................................. 118 3.2.3.3 Mức độ khắc nghiệt của hạn hán ............................................... 120 3.3 Giải pháp ứng phó với hạn hán .........................................................................................124 3.3.1 Giải pháp tổng thể ................................................................................. 125 3.3.2 Giải pháp ứng phó gắn với quy hoạch sử dụng đất lúa đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 ............................................................................... 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................134 A. Kết luận............... .................................................................................................................134 B. Kiến nghị................ ..............................................................................................................135 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ............................................137 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................138 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT A : Chỉ số ẩm A ACCESS1-0 : Mô hình khí hậu toàn cầu của Úc AGCM : Mô hình hoàn lƣu khí quyển AOGCM : Mô hình hoàn lƣu chung khí quyển đại dƣơng AR5 : Báo cáo lần thứ 5 của IPCC AWC : Sức giữ ẩm cực đại của đất CCAM : Mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao của Úc clWRF : Mô hình khí hậu khu vực độ phân giải cao của Mỹ CNRM-CM5 : Mô hình khí hậu toàn cầu của Pháp CSM : Mô hình hệ thống khí hậu cộng đồng D : Chênh lệch mƣa thực tế và mƣa theo phƣơng diện khí hậu EDI : Chỉ số ẩm EDI ET : Bốc thoát hơi thực tế GDP : Tổng sản phẩm quốc nội GFDL-CM3 : Mô hình khí hậu toàn cầu của Mỹ HadCM3 : Mô hình khí hậu toàn cầu của Vƣơng quốc Anh IPCC : Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu K : Hệ số kinh nghiệm của Palmer L : Lƣợng nƣớc thực tế mất đi từ đất MAE : Sai số tuyệt đối trung bình ME : Sai số trung bình MPI-ESM-LR : Mô hình khí hậu toàn cầu của Đức NORESM : Mô hình hệ thống trái đất của Na Uy OGCM : Mô hình hoàn lƣu chung đại dƣơng Palmer : Chỉ số Palmer PDSI : Chỉ số hạn tích lũy Ped : Chỉ số Ped PET : Bốc thoát hơi tiềm năng PL : Tiềm năng lƣợng nƣớc mất đi từ đất PR : Lƣợng nƣớc tiềm năng nạp lại cho đất 3
PRECIS : Mô hình khí hậu khu vực của Vƣơng quốc Anh PRO : Lƣợng nƣớc chảy tràn tiềm năng R : Lƣợng nƣớc thực tế nạp lại cho đất R_lower : Độ ẩm tầng dƣới R_surface : Độ ẩm tầng trên RCP : Nồng độ khí nhà kính đại diện RMSE : Sai số căn bình phƣơng RO : Lƣợng nƣớc chảy tràn thực tế SPI : Chỉ số chuẩn hóa lƣợng mƣa Ss : Độ ẩm tối đa tầng trên Su : Độ ẩm tối đa tầng dƣới USD : Đô la Mỹ WMO : Tổ chức Khí tƣợng thế giới Z : Chỉ số dị thƣờng độ ẩm 4
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Diện tích trồng lúa ở các tỉnh thuộc khu vực Nam Trung Bộ (ngàn ha) ...........37 Bảng 2.1 Tóm tắt đặc trƣng các kịch bản, mức tăng nhiệt độ so với thời kỳ tiền công nghiệp .............................................................................................................48 Bảng 2.2 Phân cấp hạn theo SPI ............................................................................................51 Bảng 2.3 Phân cấp hạn theo Ped............................................................................................52 Bảng 2.4 Phân cấp hạn theo chỉ số Z ....................................................................................56 Bảng 2.5 Phân cấp hạn theo chỉ số PDSI ..............................................................................58 Bảng 2.6 Danh sách các trạm quan trắc khí tƣợng khu vực Nam Trung Bộ ....................59 Bảng 2.7 Danh sách dữ liệu mô phỏng từ mô hình khí hậu toàn cầu ................................60 Bảng 2.8 Danh sách mô hình khí hậu khu vực.....................................................................60 Bảng 2.9 Sức giữ ẩm cực đại của đất (AWC) ở khu vực nghiên cứu ................................61 Bảng 3.1 Đợt hạn và không hạn điển hình ở khu vực Nam Trung Bộ thời kỳ 1986 - 2005 .......................................................................................................................63 Bảng 3.2 Kết quả tính toán các chỉ số hạn cho năm 1993...................................................66 Bảng 3.3 Kết quả tính toán các chỉ số hạn từ vụ hè thu năm 2003 đến vụ đông xuân năm 2005 ........................................................................................................68 Bảng 3.4 Kết quả tính toán các chỉ số hạn từ vụ hè thu năm 1999 đến vụ đông xuân năm 2001 ........................................................................................................71 Bảng 3.5 Tỷ lệ số tháng hạn theo mùa và năm.....................................................................72 Bảng 3.6 Số đợt hạn và thời gian kéo dài đợt hạn ...............................................................76 Bảng 3.7 Xu thế biến đổi của hạn nhẹ, hạn nặng và hạn rất nặng ......................................84 Bảng 3.8 Tổng số tháng hạn nặng và rất nặng và tỷ lệ theo mùa (%)................................84 Bảng 3.9 Kết quả mô phỏng hạn hán bằng số liệu chƣa hiệu chỉnh và đã hiệu chỉnh so với thực tế .................................................................................................92 Bảng 3.10 Mức thay đổi nhiệt độ trung bình tháng, mùa và năm (oC) ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 .....................................................................94 Bảng 3.11 Mức thay đổi nhiệt độ trung bình tháng, mùa và năm (oC) ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ...................................................................94 Bảng 3.12 Mức thay đổi nhiệt độ trung bình tháng, mùa và năm (oC) ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5....................................................................95 Bảng 3.13 Mức thay đổi nhiệt độ trung bình tháng, mùa và năm (oC) ở giai đoạn 5
đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 .....................................................................95 Bảng 3.14 Mức thay đổi nhiệt độ trung bình tháng, mùa và năm (oC) ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ...................................................................96 Bảng 3.15 Mức thay đổi nhiệt độ trung bình tháng, mùa và năm (oC) ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5....................................................................96 Bảng 3.16 Mức thay đổi lƣợng mƣa trung bình tháng, mùa và năm (%) ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ...................................................................101 Bảng 3.17 Mức thay đổi lƣợng mƣa trung bình tháng, mùa và năm (%) ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 .................................................................101 Bảng 3.18 Mức thay đổi lƣợng mƣa trung bình tháng, mùa và năm (%) ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5..................................................................102 Bảng 3.19 Mức thay đổi lƣợng mƣa trung bình tháng, mùa và năm (%) ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ...................................................................102 Bảng 3.20 Mức thay đổi lƣợng mƣa trung bình tháng, mùa và năm (%) ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 .................................................................103 Bảng 3.21 Mức thay đổi lƣợng mƣa trung bình tháng, mùa và năm (%) ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5..................................................................103 Bảng 3.22 Tổng số đợt hạn và trung bình số tháng trong một đợt hạn thời kỳ 1986 - 2005 .....................................................................................................................111 Bảng 3.23 Số tháng hạn theo các mức hạn thời kỳ 1986 - 2005 ........................................111 Bảng 3.24 Mức thay đổi số tháng hạn (%) theo mùa và năm ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5......................................................................................112 Bảng 3.25 Mức thay đổi số tháng hạn (%) theo mùa và năm ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ................................................................................113 Bảng 3.26 Mức thay đổi số tháng hạn (%) theo mùa và năm ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ................................................................................113 Bảng 3.27 Mức thay đổi số tháng hạn (%) theo mùa và năm ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5......................................................................................114 Bảng 3.28 Mức thay đổi số tháng hạn (%) theo mùa và năm ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ................................................................................115 Bảng 3.29 Mức thay đổi số tháng hạn (%) theo mùa và năm ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ................................................................................115 Bảng 3.30 Mức thay đổi số đợt hạn và thời gian kéo dài đợt hạn trong thế kỷ 21 6
theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................118 Bảng 3.31 Mức thay đổi số đợt hạn và thời gian kéo dài đợt hạn trong thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ...........................................................................................119 Bảng 3.32 Thay đổi mức độ hạn ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 .........121 Bảng 3.33 Thay đổi mức độ hạn ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ........121 Bảng 3.34 Thay đổi mức độ hạn ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ........122 Bảng 3.35 Thay đổi mức độ hạn ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 .........123 Bảng 3.36 Thay đổi mức độ hạn ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ........123 Bảng 3.37 Thay đổi mức độ hạn ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ........123 7
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mối quan hệ giữa các loại hạn (ISDR, 2009) ......................................................17 Hình 1.2 Phân bố hạn hán giai đoạn 2000 - 2009................................................................19 Hình 1.3 Bản đồ khu vực Nam Trung Bộ ............................................................................34 Hình 2.1 Cách tiếp cận trong xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu của IPCC ..................48 Hình 2.2 Thay đổi cƣỡng bức bức xạ so với thời kỳ tiền công nghiệp .............................48 Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát ...................................................................................62 Hình 3.1 Diễn biến của chỉ số SPI (năm 1993) ...................................................................64 Hình 3.2 Diễn biến của chỉ số Ped (năm 1993) ...................................................................64 Hình 3.3 Diễn biến của chỉ số PDSI (năm 1993) ................................................................64 Hình 3.4 Diễn biến của chỉ số Z (năm 1993) .......................................................................64 Hình 3.5 Diễn biến của chỉ số SPI (năm 2003-2005) .........................................................67 Hình 3.6 Diễn biến của chỉ số Ped (năm 2003-2005) .........................................................67 Hình 3.7 Diễn biến của chỉ số PDSI (năm 2003-2005) ......................................................67 Hình 3.8 Diễn biến của chỉ số Z (năm 2003 - 2005) ...........................................................67 Hình 3.9 Diễn biến của chỉ số SPI (năm 1999-2001) .........................................................70 Hình 3.10 Diễn biến của chỉ số Ped (năm 1999 - 2001) .......................................................70 Hình 3.11 Diễn biến của chỉ số PDSI (năm 1999 - 2001) ....................................................70 Hình 3.12 Diễn biến của chỉ số Z (năm 1999 - 2001) ...........................................................70 Hình 3.13 Diễn biến của chỉ số PDSI tại Phú Yên ................................................................73 Hình 3.14 Diễn biến của chỉ số PDSI tại Khánh Hoà ...........................................................74 Hình 3.15 Diễn biến của chỉ số PDSI tại Ninh Thuận ..........................................................75 Hình 3.16 Diễn biến của chỉ số PDSI tại Bình Thuận...........................................................75 Hình 3.17 Diễn biến của chỉ số Z tại tỉnh Phú Yên ...............................................................78 Hình 3.18 Diễn biến của chỉ số Z tại tỉnh Khánh Hòa ..........................................................78 Hình 3.19 Diễn biến của chỉ số Z tại tỉnh Ninh Thuận .........................................................79 Hình 3.20 Diễn biến của chỉ số Z tại tỉnh Bình Thuận..........................................................79 Hình 3.21 Xu thế biến đổi hạn nhẹ, nặng, rất nặng tại Phú Yên ..........................................80 Hình 3.22 Xu thế biến đổi hạn nhẹ, nặng, rất nặng tại Khánh Hòa .....................................81 Hình 3.23 Xu thế biến đổi hạn nhẹ, nặng, rất nặng tại Ninh Thuận ....................................82 Hình 3.24 Xu thế biến đổi hạn nhẹ, nặng, rất nặng tại Bình Thuận.....................................83 Hình 3.25 Xu thế biến đổi của nhiệt độ (oC) khu vực Nam Trung Bộ ................................85 8
Hình 3.26 Xu thế biến đổi của nhiệt độ (oC) các tỉnh Phú Yên, Khánh Hòa ......................85 Hình 3.27 Xu thế biến đổi của nhiệt độ (oC) các tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận............86 Hình 3.28 Xu thế biến đổi của lƣợng mƣa mùa và năm (mm) khu vực Nam Trung Bộ .............................................................................................................................86 Hình 3.29 Xu thế biến đổi của lƣợng mƣa mùa, năm (mm) các tỉnh Phú Yên, Khánh Hòa...............................................................................................................87 Hình 3.30 Xu thế biến đổi của lƣợng mƣa mùa, năm (mm) các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận ..............................................................................................................87 Hình 3.31 Kết quả mô phỏng nhiệt độ (a), lƣợng mƣa (b) của mô hình trƣớc và sau khi hiệu chỉnh so với số liệu quan trắc ở khu vực Nam Trung Bộ trong thời kỳ 1986 - 2005.......................................................................................90 Hình 3.32 Kết quả mô phỏng hạn năm 1993 (a), năm 2000 (b) từ số liệu mô hình chƣa hiệu chỉnh và số liệu mô hình đã hiệu chỉnh...............................................91 Hình 3.33 Mức thay đổi nhiệt độ không khí trung bình năm (oC) theo kịch bản RCP4.5 .....................................................................................................................97 Hình 3.34 Mức thay đổi nhiệt độ không khí trung bình năm (oC) theo kịch bản RCP8.5 .....................................................................................................................98 Hình 3.35 Mức thay đổi lƣợng mƣa mùa và năm (%) ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................105 Hình 3.36 Mức thay đổi lƣợng mƣa mùa và năm (%) ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................106 Hình 3.37 Mức thay đổi lƣợng mƣa mùa và năm (%) ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................107 Hình 3.38 Mức thay đổi lƣợng mƣa mùa và năm (%) ở giai đoạn đầu thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ...........................................................................................108 Hình 3.39 Mức thay đổi lƣợng mƣa mùa và năm (%) ở giai đoạn giữa thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ...........................................................................................109 Hình 3.40 Mức thay đổi lƣợng mƣa mùa và năm (%) ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 ...........................................................................................110 Hình 3.41 Mức thay đổi số tháng hạn theo kịch bản RCP4.5 ............................................116 Hình 3.42 Mức thay đổi số tháng hạn theo kịch bản RCP8.5 ............................................117 Hình 3.43 Thay đổi số đợt hạn và thời gian kéo dài đợt hạn theo kịch bản RCP4.5 .......118 Hình 3.44 Thay đổi số đợt hạn và thời gian kéo dài đợt hạn theo kịch bản RCP8.5 .......120 9
Hình 3.45 Bản đồ mức thay đổi số tháng hạn giai đoạn 2016 - 2035 và vùng quy hoạch trồng lúa đến 2020 .....................................................................................126 Hình 3.46 Mô hình thuỷ lâm trên vùng đất dốc lớn và đồi trọc .........................................129 Hình 3.47 Mô hình thuỷ lâm trên sƣờn đất dốc 5% - 20% ................................................130 Hình 3.48 Mô hình thuỷ lâm trên vùng đồng bằng đồi cát, cồn cát ven biển ...................131 10
MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại, tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn thế giới. Nhiệt độ tăng, nƣớc biển dâng gây hạn hán, ngập lụt, nhiễm mặn nguồn nƣớc, ảnh hƣởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội ở nhiều quốc gia trên thế giới [2]. Theo báo cáo của Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu, nhiệt độ trung bình toàn cầu và mực nƣớc biển tăng nhanh trong 100 năm qua, đặc biệt trong khoảng 25 năm gần đây. Ở Việt Nam, trong 50 năm qua nhiệt độ trung bình tăng khoảng 0,5 - 0,7oC, mực nƣớc biển dâng khoảng 20 cm, hiện tƣợng El Nino, La Nina ngày càng tác động mạnh mẽ. Biến đổi khí hậu thực sự đã làm cho những thiên tai, đặc biệt là bão, lũ và hạn hán ngày càng khốc liệt [3]. Trên quy mô toàn cầu, những thay đổi đáng kể về nhiệt độ, lƣợng mƣa, độ ẩm, bốc hơi đã dẫn đến sự thay đổi về quy mô, tần suất và mức độ hạn hán. Tại Hoa Kỳ, thiệt hại do hạn hán gây ra từ 6 - 8 tỷ USD mỗi năm, riêng hạn năm 1988 gây thiệt hại khoảng 39 tỷ USD và hạn năm 1998 gây thiệt hại trên 39 tỉ USD [77]; tại Sudan, hạn năm 1984 làm thiếu đói khoảng 25 triệu ngƣời và làm chết khoảng 3% dân số; tại Ấn Độ nhiều đợt hạn đã làm mất trắng diện tích đất sản xuất, dẫn đến nạn đói và bệnh dịch [78]; tại Trung Quốc, hạn năm 1994 - 1995 làm tổn thất khoảng 25 triệu tấn lƣơng thực, trên 10 triệu ngƣời và hơn 5 triệu gia súc thiếu nƣớc sinh hoạt, hạn năm 2000 làm cho sản lƣợng lƣơng thực giảm 9%; tại Nhật Bản, năm 1994 xảy ra hạn nặng, gây thiếu nƣớc khoảng 1/3 lãnh thổ; tại Inđônêxia, hạn năm 1982 - 1983 làm cho 420.000 ha lúa bị thiếu nƣớc, 158.000 ha lúa bị mất trắng, hạn năm 1991 làm cho 190.000 ha lúa bị huỷ hoại hoàn toàn [24]. Ở Việt Nam, hạn hán đã gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến phát triển kinh tế - xã hội. Đợt hạn hán năm 1992 - 1993 xảy ra ở các tỉnh miền Trung và Đồng bằng Nam Bộ đã làm cho 300.000 ha lúa hè thu bị thiệt hại; hạn năm 1997 - 1998 bao trùm trên toàn lãnh thổ nƣớc ta, làm cho 30.740 ha lúa đông xuân và 22.690 ha lúa vụ mùa bị mất trắng, 435.320 ha lúa hè thu bị hạn, gần 3 triệu ngƣời thiếu nƣớc sinh hoạt; hạn năm 2002 làm cho hầu hết các hồ nƣớc ở các tỉnh miền Trung bị cạn kiệt; 11
hạn năm 2004 - 2005 xảy ra ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên đã làm trên nửa triệu ngƣời thiếu đói, hơn 1 triệu ngƣời thiếu nƣớc sinh hoạt; hạn năm 2009 – 2010 xảy ra trên diện rộng, làm cho nhiều hệ thống sông, suối thiếu hụt dòng chảy, có nơi tới 90%, gây thiếu nƣớc sản xuất nông nghiệp, mặn xâm nhập sâu vào vùng cửa sông. Nam Trung Bộ, là nơi có lƣợng mƣa ít nhất trong cả nƣớc và có thời kỳ mùa khô kéo dài nhất, tới 9 tháng liên tục. Đây là khu vực thƣờng xảy ra hạn hán khốc liệt nhất trên phạm vi cả nƣớc. Hạn xảy ra nhiều trong các tháng mùa hè thậm chí cả trong các tháng mùa đông, mùa xuân. Các đợt hạn có quy mô lớn xảy ra liên tục, trong đó các đợt hạn điển hình gây thiệt hại nặng nề xảy ra vào các năm 1993, 1998, 2005 và 2015 [1, 13, 24]. Chỉ tính riêng đợt hạn đông xuân năm 2014 - 2015 đã làm cho nhiều hồ chứa gần nhƣ cạn nƣớc, khoảng 6.100 ha đất lúa của Ninh Thuận không có nƣớc để sản xuất; 571 ha đất canh tác tại Khánh Hòa dừng sản xuất, 600 ha đất lúa phải chuyển đổi cơ cấu cây trồng do không đủ nƣớc tƣới và 2.998 ha cây trồng bị hạn [1]. Hạn hán là loại hình thiên tai phổ biến và diễn ra thƣờng xuyên, gây tác động lớn đến đời sống kinh tế xã hội, môi sinh, môi trƣờng và là một trong những nguyên nhân gây đói nghèo. Mặt khác, hạn hán là một vấn đề phức tạp, do vậy các nghiên cứu về hạn hán là một trong những chủ đề thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc. Các công trình nghiên cứu về hạn hán ở nƣớc ta nói chung và ở khu vực Nam Trung Bộ nói riêng thƣờng sử dụng các chỉ số hạn để đánh giá một cách khái quát hoặc từng khía cạnh của hạn hán nhƣ thiếu hụt lƣợng mƣa, độ ẩm, cán cân nƣớc, mà chƣa có nghiên cứu đánh giá một cách tổng thể về tính chất, mức độ và xu thế biến đổi của hạn hán trong mối quan hệ với biến đổi khí hậu những thập niên gần đây cũng nhƣ sự biến đổi của hạn hán trong tƣơng lai theo các kịch bản phát thải khí nhà kính. Chính vì vậy, đề tài luận án “Nghiên cứu hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong bối cảnh biến đổi khí hậu, kết quả dự tính và giải pháp ứng phó” sẽ tập trung xem xét mức độ hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong bối cảnh biến đổi khí hậu trên cơ sở tổng quan các nghiên cứu đã có trong và ngoài nƣớc, lựa chọn chỉ số hạn phù hợp cho khu vực nghiên cứu nhằm đƣa ra bức tranh về mức độ khắc nghiệt của hạn hán trong quá khứ, dự tính hạn hán trong tƣơng lai theo các kịch bản 12
nồng độ khí nhà kính, đồng thời làm sáng tỏ đƣợc một số khía cạnh về diễn biến hạn hán cũng nhƣ một số giải pháp ứng phó với hạn hán. Mục tiêu - Làm rõ đƣợc sự biến đổi của hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong bối cảnh biến đổi khí hậu những thập niên gần đây; - Chỉ ra đƣợc sự biến đổi của hạn hán khu vực Nam Trung Bộ trong tƣơng lai, trong mối quan hệ với biến đổi khí hậu toàn cầu; - Đề xuất đƣợc các giải pháp ứng phó với sự biến đổi của hạn hán cho khu vực Nam Trung Bộ. Phạm vi nghiên cứu Không gian: Khu vực Nam Trung Bộ (Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận). Thời gian: 1961 - 2010; giai đoạn đầu thế kỷ 21 (2016 - 2035), giữa thế kỷ 21 (2046 - 2065) và cuối thế kỷ 21 (2080 - 2099). Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Về ý nghĩa khoa học: Trong các nghiên cứu về hạn hán trƣớc đây chƣa làm sáng tỏ một cách toàn diện về tính chất, mức độ và xu thế biến đổi của hạn hán ở khu vực Nam Trung Bộ trong điều kiện biến đổi khí hậu, do vậy Luận án góp phần làm sáng tỏ một số khía cạnh về xu thế biến đổi của hạn hán trong trong bối cảnh biến đổi khí hậu những thập niên gần đây và trong tƣơng lai theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính; - Về ý nghĩa thực tiễn: Nam Trung Bộ là khu vực có mức độ hạn hán khắc nghiệt nhất ở nƣớc ta. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nhiệt độ tăng, bốc hơi lớn, phân bố mƣa cực đoan, hạn hán có xu thế khốc liệt hơn, tuy nhiên chƣa có một giải pháp tổng thể, đồng bộ để ứng phó với mức độ hạn hán gia tăng trong bối cảnh biến đổi khí hậu, do vậy kết quả của luận án sẽ góp phần hỗ trợ các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách trong việc giám sát, cảnh báo hạn và chủ động xây dựng kế hoạch ứng phó với hạn hán trong điều kiện biến đổi khí hậu. Những đóng góp mới của luận án - Đánh giá đƣợc tính chất, mức độ và xu thế biến đổi của hạn hán khu vực Nam Trung Bộ trong bối cảnh biến đổi khí hậu những thập niên gần đây, trong đó chỉ số Palmer đã đƣợc lựa chọn để đánh giá định lƣợng mức độ hạn hán; 13
- Nhận diện và dự tính đƣợc sự biến đổi của hiện tƣợng hạn hán trong tƣơng lai theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính ở khu vực Nam Trung Bộ. Cấu trúc của luận án Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, nội dung chính của Luận án bao gồm 03 Chƣơng, trong đó: Chƣơng 1. Tổng quan. Chƣơng 2. Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu. Chƣơng 3. Kết quả nghiên cứu. 14
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Định nghĩa hạn hán Hạn hán là một hiện tƣợng khí hậu bình thƣờng, mang tính quy luật. Nhƣng nhiều khi hạn hán đƣợc hiểu lầm là sự kiện hiếm thấy và ngẫu nhiên. Hạn hán xuất hiện ở tất cả các vùng khí hậu với các đặc trƣng hạn rất khác nhau. Hạn hán là một dị thƣờng tạm thời, khác với sự khô cằn ở vùng có lƣợng mƣa thấp và là đặc tính thƣờng xuyên của khí hậu khô và sự khan hiếm nƣớc [99]. Hạn hán rất khác với các hiện tƣợng khác, bởi nó diễn ra từ từ song có thể kéo dài vài tháng đến vài năm, và hạn hán xảy ra ảnh hƣởng đáng kể đến nhiều lĩnh vực. Hơn nữa hạn hán lại mang tính đặc trƣng theo vùng, các đặc trƣng của nó biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác. Chính sự phức tạp của hiện tƣợng này mà cho đến nay vẫn chƣa có một sự thống nhất về định nghĩa hạn và phƣơng pháp xác định hạn hán. Từ thập kỷ 80 của thế kỷ 20 đã có hơn 150 định nghĩa khác nhau về hạn [99]. Gần đây, một số tác giả cũng đƣa ra các định nghĩa hạn nhƣ sau: Theo Kramer P. J (1983) hạn hán đƣợc định nghĩa là “sự thiếu hụt của lƣợng mƣa trong một khoảng thời gian đủ dài dẫn đến sự thiếu hụt lƣợng nƣớc trong đất và tổn thƣơng đến cây trồng” [69]. Theo Sivakumar (2005) “hạn hán là hậu quả của sự giảm lƣợng mƣa tự nhiên trên thời kỳ dài, thƣờng là một mùa hoặc lâu hơn, thƣờng kết hợp với các nhân tố khí hậu khác nhƣ nhiệt độ cao, gió mạnh và độ ẩm thấp, các nhân tố này có thể làm trầm trọng thêm mức độ của sự kiện hạn” [92]. Hạn hán là khoảng thời gian kéo dài của lƣợng mƣa thiếu hụt dẫn đến thiệt hại về cây trồng và mất năng suất. Hạn là sự thiếu hụt lƣợng mƣa trong một thời kỳ dài thƣờng là một mùa hoặc lâu hơn, dẫn đến sự thiếu hụt nƣớc cho các hoạt động, nhóm hoặc các lĩnh vực môi trƣờng. Hạn hán là một đặc trƣng thƣờng xuyên của khí hậu, liên quan đến sự thiếu hụt lƣợng mƣa trong một thời kỳ dài, dẫn đến giảm nguồn nƣớc trong các hoạt động, các cộng đồng hoặc các hệ sinh thái dƣới nƣớc [95]. Nhìn chung, các định nghĩa đều chỉ ra nhân tố ảnh hƣởng chính đến hạn hán là lƣợng mƣa. Do vậy, hạn hán thƣờng liên quan đến thời điểm mƣa (sự bắt đầu đầu muộn hoặc kết thúc sớm của mùa mƣa, sự xuất hiện mƣa trong mối liên hệ với các 15
giai đoạn phát triển chính của mùa màng) và hiệu quả của mƣa (bao gồm cƣờng độ mƣa, số lần mƣa). Bên cạnh đó, các nhân nhân tố khí hậu khác nhƣ nhiệt độ cao, gió mạnh, và độ ẩm tƣơng đối thấp cũng là nguyên nhân gây ra hạn hán ở nhiều khu vực trên thế giới, làm tăng tính khốc liệt của hạn hán một cách đáng kể. 1.1.2 Phân loại hạn hán Theo tác giả Nguyễn Đức Ngữ (2002), Tổ chức Khí tƣợng Thế giới (WMO, 1975) đã phân định hạn hán gồm các loại sau [13, 103]: - Hạn khí tƣợng là sự thiếu hụt nƣớc trong cán cân lƣợng mƣa - lƣợng bốc hơi. Lƣợng mƣa đặc trƣng cho phần thu và lƣợng bốc hơi đặc trƣng cho phần chi của cán cân nƣớc. Do lƣợng bốc hơi đồng biến với cƣờng độ bức xạ, nhiệt độ, tốc độ gió và nghịch biến với độ ẩm nên hạn hán gia tăng khi nắng nhiều, nhiệt độ cao, gió mạnh, thời tiết khô ráo. - Hạn nông nghiệp là sự thiếu hụt mƣa dẫn tới mất cân bằng giữa hàm lƣợng nƣớc thực tế trong đất và nhu cầu nƣớc của cây trồng. Hạn nông nghiệp thực chất là hạn sinh lý đƣợc xác định bởi điều kiện nƣớc thích nghi hoặc không thích nghi của cây trồng, hệ canh tác nông nghiệp, thảm thực vật tự nhiên,… Ngoài lƣợng mƣa, hạn nông nghiệp chịu ảnh hƣởng bởi điều kiện tự nhiên và điều kiện xã hội. - Hạn thuỷ văn là sự thiếu hụt dòng chảy sông suối so với trung bình nhiều năm và sự hạ thấp mực nƣớc ở các tầng chứa nƣớc dƣới đất. Ngoài lƣợng mƣa, hạn thủy văn chịu ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố khác nhƣ dòng chảy mặt, nƣớc ngầm tầng nông, nƣớc ngầm tầng sâu,… - Hạn kinh tế - xã hội là nƣớc không đủ cung cấp cho nhu cầu của các hoạt động kinh tế - xã hội. Về mối quan hệ giữa các loại hạn [96], hạn khí tƣợng xảy ra trƣớc tiên do không mƣa hoặc mƣa không đáng kể trong thời gian đủ dài, kết hợp với sự thay đổi của các đặc trƣng khí hậu nhƣ số giờ nắng nhiều, nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn, độ ẩm tƣơng đối thấp,… dẫn đến bốc thoát hơi nƣớc gia tăng. Sự thiếu hụt mƣa và gia tăng bốc hơi sẽ dẫn đến sự suy giảm/suy kiệt độ ẩm đất, xảy ra hạn nông nghiệp. Sự suy kiệt độ ẩm đất cũng đồng thời dẫn đến sự suy giảm nƣớc ngầm làm giảm lƣu lƣợng và hạ thấp mực nƣớc ngầm. Sự suy giảm đồng thời cả dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm dẫn đến hạn thủy văn (Hình 1.1). 16