Luận văn Thạc sĩ Môi trường: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ không gian xây dựng chỉ số hạn hán trong đánh giá và giám sát tình trạng hạn hán, thiếu nước lưu vực sông Cả

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:170

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hạn hán là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn, bởi khô hạn bị giới hạn trong những vùng có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng lâu dài của khí hậu. Vì vậy, hiện tượng hạn hán xảy ra trong từng năm với các đặc tính thời tiết và các tác động của nó là không giống nhau.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Môi trường: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ không gian xây dựng chỉ số hạn hán trong đánh giá và giám sát tình trạng hạn hán, thiếu nước lưu vực sông Cả

LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và những kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Việc tham khảo, trích dẫn các nguồn tài liệu đã được ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Hà Nội, ngày..... tháng .....năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Lệ Quyên i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn Lương Bằng và PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn, là người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Bộ môn Kỹ thuật tài nguyên nước đã tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình đã hỗ trợ, động viên, chia sẻ khó khăn trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Hà Nội, ngày..... tháng .....năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Lệ Quyên iii
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i MỤC LỤC ............................................................................................................. v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................ viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... ix MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ......................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 2 3.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 3 4.1. Cách tiếp cận .................................................................................................. 3 4.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÔNG GIAN TRONG NGHIÊN CỨU HẠN HÁN VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU ...................... 5 1.1. Tổng quan ứng dụng công nghệ không gian trong nghiên cứu hạn hán ........ 5 1.1.1. Tổng quan trên thế giới ............................................................................... 5 1.1.2. Tổng quan trong nước ............................................................................... 12 1.2. Tổng quan vùng nghiên cứu ......................................................................... 14 1.2.1. Đặc điểm địa hình vùng nghiên cứu ......................................................... 14 1.2.2. Đặc điểm thổ nhưỡng, địa chất ................................................................. 16 1.2.3. Đặc điểm địa chất ..................................................................................... 17 1.2.4. Đặc điểm sông ngòi ................................................................................... 18 1.2.5. Đặc điểm khí tượng ................................................................................... 21 1.2.6. Đặc điểm mưa ........................................................................................... 33 v
1.2.7. Tình hình hạn hán khí tượng ..................................................................... 37 CHƯƠNG 2: CÔNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (Cần viết chi tiết hơn) ............................................................................................................... 41 2.1. Cách tiếp cận nghiên cứu ............................................................................. 41 2.2. Thu thập, phân tích số liệu mưa thực đo ...................................................... 43 2.2.1. Xác định mạng lưới trạm .......................................................................... 43 2.2.2. Xác định chuỗi số liệu mưa thực đo .......................................................... 45 2.3. Lựa chọn, thu thập và xử lý mưa vệ tinh ..................................................... 46 2.4. Xây dựng công thức tính toán chỉ số SPI..................................................... 52 2.5. Ứng dụng công cụ GIS để lập bản đồ sự thiếu hụt nguồn nước .................. 59 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 62 3.1. Diễn biến lượng mưa .................................................................................... 62 3.2. Phân tích tình trạng thiếu hụt nguồn nước dựa trên chỉ số SPI ................... 65 3.3. Xây dựng bản đồ thiếu hụt nguồn nước theo các năm................................. 68 3.4. Phân tích diện tích hạn hán tại các địa phương ............................................ 69 3.5. Đề xuất giải pháp ứng phó, khắc phục thiếu hụt nguồn nước lưu vực sông Cả......................................................................................................................... 72 3.5.1. Một số giải pháp công trình ...................................................................... 72 3.5.2. Một số giải pháp phi công trình ................................................................ 73 3.5.3. Một số giải pháp khoa học công nghệ ...................................................... 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 75 Kết luận ............................................................................................................... 75 Kiến nghị ............................................................................................................. 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 158 vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Một số nguồn mưa vệ tinh toàn cầu hiện nay .................................... 11 Bảng 1. 2. Phân loại đất đai trên lưu vực sông Cả .............................................. 17 Bảng 1. 3. Đặc trưng hình thái một số lưu vực sông .......................................... 21 Bảng 1. 4. Lưới trạm khí tượng và đo mưa trong và lân cận lưu vực sông Cả... 22 Bảng 1. 5. Nhiệt độ trung bình tháng, năm vùng nghiên cứu (Đơn vị:ºC) ......... 28 Bảng 1. 6. Độ ẩm tương đối trung bình tháng, năm vùng nghiên cứu (Đơn vị: %) ............................................................................................................................. 29 Bảng 1. 7. Tổng lượng bốc hơi Piche trung bình tháng, năm vùng nghiên cứu (Đơn vị: mm) ....................................................................................................... 30 Bảng 1. 8. Số giờ nắng trung bình tháng, năm vùng nghiên cứu (Đơn vị:giờ) .. 30 Bảng 1. 9. Tốc độ gió trung bình tháng, năm vùng nghiên cứu (Đơn vị: m/s) ... 32 Bảng 1. 10. Lượng mưa tháng năm trung bình nhiều năm (Đơn vị: mm) .......... 36 Bảng 2. 1. Khoảng trống số liệu mưa tại các trạm trên lưu vực sông Cả ........... 44 Bảng 2. 2. Tiêu chí đánh giá chỉ số NSE ............................................................ 51 Bảng 2. 3. Kết hợp mưa thực đo và mưa CHIRPS tại các trạm trên lưu vực sông Cả......................................................................................................................... 51 Bảng 2. 4. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu hạn.......................................................... 54 Bảng 2. 5. Phân cấp hạn hán theo chỉ số SPI [29] .............................................. 58 Bảng 3. 1. Tỷ lệ mưa năm phân theo mùa trung bình nhiều năm ...................... 65 Bảng 3. 2. Phân cấp hạn theo diện tích các huyện LVS Cả năm 2015 .............. 70 Bảng 3. 3. Diện tích bị hạn theo chỉ số SPI6 năm 2005 ..................................... 71 vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1. Dữ liệu mưa CHIRPS cho châu Phi ngày 04-04-2017 ........................ 9 Hình 1. 2. Dữ liệu mưa TRMM từ năm 2000-2008 ở Nepal .............................. 10 Hình 1. 3. Dữ liệu mưa CMORPH ngày 08-11-2015 ở Autralia ........................ 11 Hình 1. 4. Bản đồ hành chính lưu vực sông Cả .................................................. 15 Hình 1. 5. Bản đồ mạng lưới khí tượng và đo mưa lưu vực sông Cả ................. 25 Hình 2. 1. Các trạm mưa được lựa chọn ............................................................ 45 Hình 2. 2. Số liệu mưa thực đo (trạm Quỳ Hợp) ................................................ 45 Hình 3. 1. Số liệu mưa thực đo (Trạm Quỳnh Lưu) ........................................... 64 Hình 3. 2. Số liệu mư thực đo (Trạm Kim Cương) ............................................. 64 Hình 3. 3. Số liệu mưa thực đo (Trạm Quỳ Hợp) ............................................... 64 Hình 3. 4. Chỉ số SPI 1, 3 và 6 trạm Quỳ Hợp.................................................... 66 Hình 3. 5 Xu thế diễn biến hạn hán vùng LVS Cả dựa vào chỉ số SPI .............. 67 Hình 3.9. Bản đồ phân bố hạn khí tượng theo chỉ số SPI6 trên LVS Cả..... Error! Bookmark not defined. viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PTNT Phát triển nông thôn HTTL Hệ thống thủy lợi QHTL Quy hoạch Thủy Lợi LVS Lưu vực sông KH&CNVN Khoa học và công nghệ Việt Nam KT - XH Kinh tế - Xã hội KTTV Khí tượng thủy văn LVS Lưu vực sông ix
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hạn hán là một phần tự nhiên của khí hậu, hạn hán hình thành do một hoặc nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm sự thiếu hụt lượng mưa, lượng bốc hơi lớn và việc khai thác quá mức nguồn tài nguyên nước. Hạn hán xuất hiện trên khắp thế giới có thể xảy ra ở tất cả các vùng khí hậu, với các đặc tính của hạn là biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác. Hạn hán là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn, bởi khô hạn bị giới hạn trong những vùng có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng lâu dài của khí hậu. Vì vậy, hiện tượng hạn hán xảy ra trong từng năm với các đặc tính thời tiết và các tác động của nó là không giống nhau. Những năm gần đây cùng với sự phát triển của đất nước, nền kinh tế thuộc các tỉnh trên lưu vực sông Cả có những thay đổi tích cực, cơ cấu kinh tế đang chuyển dịch dần theo hướng công nghiệp - dịch vụ - nông nghiệp. Hàng loạt các khu công nghiệp, khu kinh tế, khu đô thị mới ra đời, nhu cầu nước cho các ngành do đó cũng tăng lên đáng kể. Trong khi đó, quy luật diễn biến thời tiết khí hậu ngày càng phức tạp về thời gian xuất hiện lũ và hạn như: Về lũ, diễn biến mực nước trên các sông ngày càng có những tổ hợp bất lợi cho công tác phòng lũ. Ví dụ như những trận lũ xảy ra vào các năm 1978, 1988, 2002, 2007 và mới nhất là trận lũ sảy ra vào năm 2010 gây tổn thất nặng nề cho nền kinh tế, xã hội trên lưu vực; Về hạn, mức độ hạn ngày càng gia tăng ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất điển hình như năm 2005, 2007 đặc biệt là năm 2010. Theo thống kê chưa đầy đủ Tỉnh Nghệ An - Hà Tĩnh thuộc lưu vực sông Cả hạn hán cũng xảy ra trên diện rộng, Năm 2010 Nghệ An diện tích hạn khoảng 17.000-20.000ha, Hà Tĩnh có khoảng 12.000ha bị hạn trong đó hạn nặng chiếm tới 30% diện tích hạn và hàng trăm hệ thống hồ xuống gần mực nước chết. Một số nơi mực nước xuống mức thấp nhất 1
trong chuỗi số liệu quan trắc như: trên sông Cả tại Nam Đàn, sông La tại Linh Cảm,... gây nên tình trạng mặn xâm nhập sâu trên các lưu vực sông, không lấy được nước vào trong đồng. Chính vì vậy cần nghiên cứu, phân tích đánh giá tình hình thiếu hụt nguồn nước trên lưu vực sông Cả để xác định các khu vực, các thời gian xảy ra hạn hạn, thường xuyên xảy ra thiếu nước so với nhiều năm, qua đó đề xuất được các giải pháp thích ứng. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Đánh giá tình trạng hạn hán, thiếu nước ở lưu vực sông Cả dựa trên chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (Standardized Precipitation Index, SPI); - Kết hợp công cụ viễn thám, GIS xây dựng bản đồ phân bố thiếu hụt nguồn nước dựa trên nguồn số liệu mưa vệ tinh; - Đề xuất giải pháp ứng phó với tình trạng hạn hán, thiếu hụt nước lưu vực sông Cả. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Các đặc điểm khí tượng như lượng mưa, cường độ bức xạ mặt trời, nhiệt độ bề mặt đất trung bình, độ che phủ đất... và mức độ hạn hán, khả năng ứng phó của địa phương. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Vùng nghiên cứu lưu vực sông Cả thuộc Việt Nam gồm toàn bộ tỉnh Nghệ An, 8 huyện Hà Tĩnh, một phần huyện Như Xuân thuộc Thanh Hóa. - Giới hạn vùng nghiên cứu: + Lưu vực sông Cả nằm trên hai quốc gia: Cộng hoà dân chủ Nhân Dân Lào và Cộng hoà xã hôi chủ nghĩa Việt Nam. Ở Việt Nam sông Cả nằm trên địa phận của 3 tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh. 2
+ Tỉnh Thanh Hoá nằm trong lưu vực sông Cả: Có khoảng 1/2 diện tích huyện Như Xuân trên sông Chàng (sông nhánh). + Tỉnh Nghệ An nằm trong lưu vực sông Cả gồm có: Huyện Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn, Tân Kỳ (nhánh sông Hiếu); Kỳ Sơn, Tương Dương, Con Cuông, Anh Sơn, Đô Lương, Thanh Chương, Nam Đàn, Hưng Nguyên (dòng chính sông Cả). Do tính chất sử dụng nước của các hệ thống thuỷ lợi hiện nay về mùa kiệt sông Cả ở Nghệ An có liên quan mật thiết với các huyện vùng hưởng lợi là: Huyện Yên Thành, Diễn Châu, Quỳnh Lưu (thuộc hệ thống thuỷ nông Diễn Yên Quỳnh - hệ thống Bắc Nghệ An), thành phố Vinh, thị xã Cửa Lò, Nghi Lộc, Hưng Nguyên (trong hệ thống Nam Hưng Nghi - hệ thống thuỷ nông Nam Nghệ An). + Tỉnh Hà Tĩnh lưu vực sông Cả nằm ở các huyện Hương Sơn, Hương Khê, Vũ Quang, Nghi Xuân và vùng hưởng lợi Can Lộc, Thạch Hà, Đức Thọ, thị xã Hồng Lĩnh trong hệ thống sông Nghèn. + Với tổng diện tích tự nhiên là 19.627 km2 bao gồm cả vùng hưởng lợi 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1. Cách tiếp cận - Tiếp cận theo mục tiêu: Các vùng sản xuất nông nghiệp, vùng quy hoạch cho sản xuất nông nghiệp... chưa có nghiên cứu hay cảnh báo về nguy cơ hạn hán. - Tiếp cận kết quả của các nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề hạn hán. - Tiếp cận theo mô hình: Sử dụng các mô hình Khí hậu toàn cầu, công cụ xử lý ảnh vệ tinh Erdas, phần mềm GIS phân tích không gian ArcGIS. 4.2. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa; - Phương pháp thu thập, thống kê, phân tích số liệu; - Phương pháp xử lý số liệu mưa từ vệ tinh (CHIRPS); 3
- Phương pháp ứng dụng phần mềm tính toán chỉ số chỉ số chuẩn hoá lượng mưa SPI từ mưa vệ tinh; - Phương pháp ứng dụng GIS, công cụ nội suy GIS… để xây dựng bản đồ phân bổ thiếu hụt nguồn nước. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÔNG GIAN TRONG NGHIÊN CỨU HẠN HÁN VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan ứng dụng công nghệ không gian trong nghiên cứu hạn hán 1.1.1. Tổng quan trên thế giới * Hạn hán, thiếu hụt nguồn nước và chỉ số đánh giá Trong những thập kỷ gần đây hạn hán xảy ra nhiều nơi trên thế giới, gây nhiều thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến đời sống con người và môi trường sinh thái. Hàng năm có khoảng 21 triệu ha đất biến thành đất không có năng suất kinh tế do hạn hán. Trong gần 1/4 thế kỷ vừa qua, số dân gặp rủi ro vì hạn hán trên những vùng đất khô cằn đã tăng hơn 80%. Hơn 1/3 đất đai thế giới đã bị khô cằn mà trên đó có 17,7% dân số thế giới sinh sống. Đồng hành với hạn hán, hoang mạc hoá, sa mạc hoá trên thế giới cũng ngày càng lan rộng từ các vùng đất khô hạn, bán khô hạn đến cả một số vùng bán ẩm ướt . Diện tích hoang mạc hoá đã lên đến 39,4 triệu km2, chiếm 26,3% đất tự nhiên thế giới và trên 100 quốc gia chịu ảnh hưởng. Nguy cơ đói và khát do hạn hán uy hiếp 250 triệu con người trên trái đất, kèm theo đó cò ảnh hưởng tới môi trường khí hậu chung toàn cầu (WMO [1]). Hạn thường gây ảnh hưởng trên diện rộng. Tuy ít khi là nguyên nhân trực tiếp gây tổn thất về nhân mạng nhưng thiệt hại do hạn gây ra rất lớn. Theo số liệu của Trung tâm giảm nhẹ hạn hán quốc gia Mỹ, hàng năm hạn hán gây thiệt hại cho nền kinh tế Mỹ khoảng 6-8 tỷ USD (so với 2,41 tỷ USD do lũ và 1,2-4,8 tỷ USD do bão). Đợt hạn hán lịch sử ở Mỹ xảy ra vào năm 1988 - 1989 gây thiệt hại 39-40 tỷ USD, lớn hơn nhiều so với thiệt hại kỷ lục của lũ (15-27,6 tỷ USD, 1993) và bão (25-33,1 tỷ USD, 1992). Hạn cũng gây những tổn thất lớn về kinh tế và môi sinh ở nhiều quốc gia khác như Ấn độ, Pakistan, Australia... Hạn hán dưới tác động của El Nino vào năm 1997-1998 đã gây cháy rừng trên diện rộng ở Indonesia, không chỉ làm thiệt hại rất lớn về kinh tế của nước này mà còn là một thảm họa môi sinh cho nhiều nước thuộc khu vực Đông Nam Á. Theo tính 5
toán của Liên Hiệp Quốc, đến năm 2025 sẽ có 2/3 diện tích đất canh tác ở châu Phi, 1/3 diện tích đất canh tác ở châu Á và 1/5 diện tích đất canh tác ở Nam Mỹ không còn sử dụng được. Khoảng 135 triệu người có nguy cơ phải rời bỏ nhà cửa đi kiếm sống ở nơi khác [2]. Vì vậy trên thế giới đã có rất nhiều tác giả nghiên cứu về hạn hán. Nhưng do tính phức tạp của hiện tượng này, đến nay vẫn chưa có một phương pháp chung cho các nghiên cứu về hạn hán. Trong việc xác định, nhận dạng, giám sát và cảnh báo hạn hán, các tác giả thường sử dụng công cụ chính là các chỉ số hạn hán. Việc theo dõi sự biến động của giá trị các chỉ số hạn hán sẽ giúp ta xác định được sự khởi đầu, thời gian kéo dài cũng như cường độ hạn. Chỉ số hạn hán là hàm của các biến đơn như lượng mưa, nhiệt độ, bốc thoát hơi, dòng chảy... hoặc là tổng hợp của các biến. Mỗi chỉ số đều có ưu điểm nhược điểm khác nhau, và mỗi nước đều sử dụng các chỉ số phù hợp với điều kiện của nước mình. Việc xác định hạn hán bằng các chỉ số hạn không chỉ áp dụng với bộ số liệu quan trắc mà còn áp dụng với bộ số liệu là sản phẩm của mô hình khí hậu khu vực và mô hình khí hậu toàn cầu. Trong quá trình nghiên cứu hạn, việc xác định các đặc trưng của hạn là hết sức cần thiết, như xác định: sự khởi đầu và kết thúc hạn, thời gian kéo dài hạn, phạm vi mở rộng của hạn, mức độ hạn, tần suất và mối liên hệ giữa những biến đổi của hạn với khí hậu [3]. Các phân tích về hạn hán trên quy mô toàn cầu của Aiguo Dai, và cộng sự [4], theo khu vực và địa phương của Benjamin Lloyd-Hughes & Mark A. Saunders [5]; Michael J. Hayes, và cộng sự [6] đã thông qua các chỉ số hạn dựa trên số liệu mưa, nhiệt độ và độ ẩm quan trắc trong quá khứ cho thấy số đợt hạn, thời gian kéo dài hạn, cũng như tần suất và mức độ của nó ở một số nơi đã tăng lên đáng kể. Nổi bật lên trong nghiên cứu hạn trên quy mô toàn cầu là nghiên cứu của Nico Wanders, và cộng sự [7], trong nghiên cứu của mình tác giả đã phân tích ưu điểm, nhược điểm của 18 chỉ số hạn hán bao gồm cả chỉ số hạn khí tượng, chỉ số hạn thủy văn, chỉ số độ ẩm, rồi lựa chọn ra các chỉ số thích hợp để 6
áp dụng phân tích các đặc trưng của hạn hán trong năm vùng khí hậu khác nhau trên toàn cầu: vùng xích đạo, vùng khô hạn cực, vùng nhiệt độ ấm, vùng tuyết, vùng địa cực. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự giảm lượng mưa đáng kể đi kèm với sự tăng nhiệt độ sẽ làm tăng quá trình bốc hơi, gây ra hạn hán nghiêm trọng hơn (A. V. Meshcherskaya & V. G. Blazhevich [8], A. Loukas & L. Vasiliades [9]). Cùng với xu thế nóng lên trên toàn cầu giai đoạn (1980-2000), tần suất và xu thế hạn tăng lên và xảy ra nghiêm trọng hơn vào bất cứ mùa nào trong năm, như ở Cộng hòa Séc cứ khoảng 5 năm lại xảy ra đợt hạn hán nặng trong suốt mùa đông hoặc mùa hè, với mức độ nặng và tần suất lớn nhất vào tháng IV và tháng VI (xảy ra trên toàn bộ lãnh thổ với tổng diện tích là 95%) [10]; hạn xảy ra vào các tháng mùa hè ở Hy Lạp ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoa màu và sự cung cấp nước trong thành phố (A. Loukas & L. Vasiliades [9]); ở Cộng hòa Moldova, cứ 2 năm thì lại có một đợt hạn nặng vào mùa thu[10]. Bên cạnh sự gia tăng về tần suất và mức độ hạn, thời gian kéo dài các đợt hạn cũng tăng lên đáng kể, thời gian xảy ra hạn có thể kéo vài tháng đến vài năm ở nhiều quốc gia. Nghiên cứu hạn dựa trên bộ số liệu mưa và nhiệt độ tháng quan trắc với bước lưới 0,5 trên toàn lãnh thổ Châu Âu 35-70N và 35E- 10W (Benjamin Lloyd-Hughes & Mark A. Saunders [5]) đã chỉ ra rằng thời gian hạn hán lớn nhất trung bình trên mỗi ô lưới ở Châu Âu là 48 ± 17 tháng, tần suất hạn hán cao hơn xảy ra ở lục địa Châu Âu, thấp hơn ở bờ biển phía đông bắc Châu Âu, bờ biển Địa Trung Hải, thời gian hạn kéo dài nhất thì xảy ra ở Italya, đông bắc Pháp, đông bắc Nga, với thời gian kéo dài là 40 tháng. Xukai Zou, và cộng sự [11] đã chỉ ra rằng hạn hán ở phía bắc Trung Quốc có xu thế tăng lên kể từ sau những năm 1990, đặc biệt có vài vùng hạn hán kéo dài 4-5 năm từ năm 1997 đến năm 2003. Vì vậy, có thể nói trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về hạn hán và đi đến kết luận: ① Hạn hán là hiện tượng hết sức phức tạp mà sự hình thành là do cả hai nguyên nhân: tự nhiên và con người; ② Các yếu tố tự nhiên gây hạn như sự dao động của các dạng hoàn lưu khí quyển ở phạm vi rộng và các vùng xoáy nghịch, hoặc các hệ thống áp thấp cao, sự biến đổi khí hậu, sự 7
thay đổi nhiệt độ mặt nước biển như El Nino) ; ③ và các nguyên nhân do con người như nhu cầu nước ngày càng gia tăng, phá rừng, ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới nguồn nước, quản lý đất và nước kém bền vững, gây hiệu ứng nhà kính,... [12]. Hiện nay, rất nhiều chỉ số/hệ số hạn khác nhau đã được phát triển và ứng dụng ở các nước trên thế giới như: Chỉ số ẩm Ivanov (1948), Chỉ số khô Budyko (1950), Chỉ số khô Penman, Chỉ số gió mùa GMI, Chỉ số mưa chuẩn hóa SPI, Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa và bốc hơi SPEI, Chỉ số Sazonov, Chỉ số Koloskov (1925), Hệ số khô, Hệ số cạn, Chỉ số Palmer (PDSI), Chỉ số độ ẩm cây trồng (CMI), Chỉ số cấp nước mặt (SWSI), Chỉ số RDI (Reclamation Drought Index)... Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy hầu như không có một chỉ số nào có ưu điểm vượt trội so với các chỉ số khác trong mọi điều kiện. Do đó, việc áp dụng các chỉ số/hệ số hạn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng vùng cũng như hệ thống cơ sở dữ liệu quan trắc sẵn có ở vùng đó [13]. Nhằm mục đích giảm nhẹ tác hại của hạn hán, ở một số nước phát triển trên thế giới đã thành lập các trung tâm giám sát, dự báo, cảnh báo hạn hán. Nhiệm vụ chính của các trung tâm này là: 1. Theo dõi, giám sát, dự báo và cảnh báo hạn hán; 2. Phối hợp với các ban ngành có liên quan để đề xuất và tiến hành các hoạt động ngăn ngừa, phòng tránh và giảm nhẹ tác hại của hạn hán; 3. Phối hợp với các cơ quan nghiên cứu khoa học xây dựng các phương pháp dự báo và cảnh báo hạn hán. * Sử dụng mưa vệ tinh trong đánh giá nguồn nước Lượng mưa (Precipitation) là dữ liệu đầu vào quan trọng phục vụ công tác kiểm kê, đánh giá nguồn nước trên lưu vực sông. Ngoài số liệu mưa đo đạc tại các trạm KTTV truyền thống, trên thế giới hiện nay có nhiều cơ quan đo đạc và cung cấp dữ liệu mưa vệ tinh trong đó CHIRPS, TRMM, CMORPH là các dữ liệu mưa vệ tinh phổ biến hiện nay. 8
- CHIRPS (Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station) là dữ liệu lượng mưa toàn cầu gần 30 năm của Cục Khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) và nhóm hiểm họa khí hậu (CHG). CHIRPS kết hợp hình ảnh vệ tinh có độ phân giải 0.05° với dữ liệu trạm tại chỗ để tạo ra chuỗi thời gian mưa theo dạng lưới để phân tích và theo dõi hạn hán theo mùa. Hình 1. 1. Dữ liệu mưa CHIRPS cho châu Phi ngày 04-04-2017 - TRMM 3B42 (Tropical Rainfall Measuring Mission) là sản phẩm hợp tác giữa Cơ quan hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) và cơ quan nghiên cứu và phát triển hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) để giám sát lượng mưa nhiệt đới và cận nhiệt đới và để ước tính hệ thống nhiệt tiềm ẩn. Dụng cụ đo mưa trên vệ tinh TRMM bao gồm Radar lượng mưa (PR), radar quét điện tử hoạt động ở tốc độ 13,8 GHz; TRMM Microwave Image (TMI), một máy đo phóng vi sóng thụ 9
động chín kênh; Và VIRA (Visible and Infrared Scanner), một thiết bị chiếu xạ hồng ngoại có thể nhìn thấy / năm kênh. Mục đích của thuật toán 3B42 là tạo ra tỷ lệ lượng mưa kết hợp hồng ngoại được kết hợp bởi TRMM (IRM) và ước tính sai số lượng mưa-RMSE (root-mean-square-error). Hình 1. 2. Dữ liệu mưa TRMM từ năm 2000-2008 ở Nepal - CMORPH là dữ liệu mưa được tạo ra bởi kỹ thuật CMORPH (MORPHing CPC) là sản phẩm của Cục Đại dương và Khí quyển quốc gia Hoa Kỳ tạo ra các phân tích lượng mưa toàn cầu ở độ phân giải không gian và thời gian rất cao. Kỹ thuật này sử dụng ước tính lượng mưa đã được bắt nguồn từ tàu thăm dò thấp quan sát lò vi sóng vệ tinh riêng , và có các tính năng được vận chuyển qua thông tin tuyên truyền về không gian mà thu được hoàn toàn từ dữ liệu IR vệ tinh địa tĩnh. 10
Hình 1. 3. Dữ liệu mưa CMORPH ngày 08-11-2015 ở Autralia Bảng 1. 1. Một số nguồn mưa vệ tinh toàn cầu hiện nay Ngày bắt đầu-ngày Phân giải Phân giải Tên dữ liệu Nguồn kết thúc không gian thời gian 01/01/1998- TRMM 0.25° 3 giờ NASA, JAXA 01/12/2016 GPM 12/03/2014-nay 0.1° 30 phút NASA, JAXA CMORPH 03/12/2002-nay 0.08° 30 phút NOAA CHIRPS 01/01/1981-nay 0.05° Ngày CHG, UCSB Có thể thấy rằng, dữ liệu mưa vệ tinh CHIRPS có độ phân giải cao nhất, đồng thời có bước thời gian tương đối cao (theo ngày), đồng thời nguồn dữ liệu tải về miễn phí nên khá được sử dụng phổ biến hiện nay. 11