Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến hạn hán khu vực nam trung bộ

ượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam, khả năng dự báo và giải pháp chiến lược ứng phó” của Phan Văn Tân (2010), tác giả và các cs đã nghiên cứu hiện trạng hạn hán và các hiện tượng khí hậu cực đoan, thiết lập cơ sở khoa học cho quy trình dự báo hạn, vận dụng các mô hình dự báo khu vực để dự báo cảnh báo hạn hán cũng như các hiện tượng khí hậu cực đoan. Trong nghiên cứu “Nghiên cứu dự báo hạn hán vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên và xây dựng các giải pháp phòng chống”, của Nguyễn Quang Kim (2005), tác giả đã nghiên cứu hiện trạng hạn hán, thiết lập cơ sở khoa học cho quy trình dự báo hạn, cơ sở dữ liệu khu vực nghiên cứu để lập trình các phần mềm tính toán chỉ số hạn và phần mềm dự báo hạn khí tượng và thủy văn. Việc dự báo hạn được dựa trên nguyên tắc phân tích mối tương quan giữa các yếu tố khí hậu, các hoạt động ENSO và các điều kiện thực tế vùng nghiên cứu. Nghiên cứu đã kết luận: Lượng mưa trước và trong kỳ hạn (hay tích lũy lượng mưa đến kỳ hạn) có vai trò quyết định đối với các đợt hạn ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Sự thiếu hụt mưa trong thời gian dài, đặc biệt là lượng mưa mùa cạn, ngoài tác động trực tiếp làm suy giảm độ ẩm đất còn dẫn đến sự cạn kiệt dòng chảy, giảm khả năng cấp nước của các hệ thống thủy lợi. Các yếu tố như nhiệt độ cao, số giờ nắng dài, độ ẩm không khí thấp và gió mạnh thường đi kèm với thời kỳ ít mưa cũng có vai trò rất quan trọng gây tăng cường hạn ở khu vực. Điều đó thể hiện đặc biệt rõ qua tác động của gió tây khô nóng đối với hạn hán khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, mặc dù mức độ hoạt động của gió tây khô nóng tại đây không mạnh mẽ như ở khu vực Bắc Trung Bộ. Trong đề tài “Nghiên cứu các giải pháp giảm nhẹ thiên tai hạn hán ở các tỉnh Duyên hải Miền trung từ Hà tĩnh đến Bình Thuận” của tác giả Đào Xuân Học (2002), tác giả đã đánh giá tình hình hạn hán và ảnh hưởng của hạn hán tới 7 vùng kinh tế của Việt Nam, phân tích xác định nguyên nhân gây ra hạn hán, phân loại và phân cấp hạn. Dựa trên các nguyên nhân gây hạn hán, đề tài đã đưa ra các biện pháp phòng chống và giảm nhẹ hạn hán. Trong đề tài “Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp KHCN phòng chống hạn hán phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững ở các tỉnh miền Trung”, của Lê Trung Tuân (2009), cũng đưa ra các giải pháp ứng phó với hạn hán miền Trung, và được chia thành 3 nhóm: (i) Thu trữ nước, bảo vệ đất và giữ ẩm; (ii) Quản lý vận hành công trình thuỷ lợi trong điều kiện hạn hán, chế độ tưới và (iii) Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước. Trong dự án “Xây dựng bản đồ hạn hán và mức độ thiếu nước sinh hoạt ở Nam Trung bộ và Tây Nguyên”, Trần Thục (2009) đã xác định được các đặc trưng hạn ở khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, xây dựng được các bản đồ mức độ hạn hán cho khu vực, đồng thời cũng xác định được sự thiếu hụt nước sinh hoạt nghiêm trọng ở khu vực này trong những tháng mùa khô hạn. Đề tài “Nghiên cứu và xây dựng công nghệ dự báo và cảnh báo sớm hạn hán ở Việt Nam” được Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường thực hiện từ năm 2005 – 2007, chủ nhiệm Nguyễn Văn Thắng (2007) đã đánh giá được mức độ hạn hán ở các vùng khí hậu và chọn được các chỉ tiêu xác định hạn hán phù hợp với từng vùng khí hậu ở Việt Nam, đồng thời xây dựng được công nghệ dự báo và cảnh báo sớm hạn hán cho các vùng khí hậu ở Việt Nam bằng các số liệu khí tượng thuỷ văn và các tư liệu viễn thám để phục vụ phát triển kinh tế xã hội, trọng tâm là sản xuất nông nghiệp và quản lý tài nguyên nước trong cả nước. Trong đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học quản lý hạn hán và sa mạc hóa để xây dựng hệ thống quản lý, đề xuất các giải pháp chiến lược và tổng thể giảm thiểu tác hại: nghiên cứu điển hình cho đồng bằng sông Hồng và Nam Trung Bộ”, Nguyễn Lập Dân (2010), đã xây dựng hệ thống quản lý hạn hán vùng đồng bằng sông Hồng và hệ thống quản lý sa mạc hoá vùng Nam Trung Bộ và đề xuất các giải pháp chiến lược và tổng thể quản lý hạn Quốc Gia, phòng ngừa, ngăn chặn và phục hồi các vùng hoang mạc hóa, sa mạc hoá, sử dụng hiệu quả tài nguyên nước góp phần ổn định sản xuất, phát triển bền vững kinh tế xã hội. Năm 2011, Vũ Thanh Hằng và ccs, với nghiên cứu “Dự tính sự biến đổi của hạn hán ở Việt Nam từ sản phẩm mô hình khu vực” sử dụng chỉ số hạn để đánh giá mức độ, xu thế của hạn hán trong quá khứ và dự tính hạn trong điều kiện biến đổi khí hậu tương lai theo kịch bản phát trung bình A1B và A2. Nghiên cứu đã đưa ra kết luận: Phân tích theo chỉ số J cho thấy hạn mô phỏng thường nhẹ hơn và thời gian hạn thường ngắn hơn so với thực tế. Kết quả mô phỏng về số tháng hạn có sự phù hợp nhất ở hai vùng khí hậu Tây Bắc và Đông Bắc, ít phù hợp nhất ở vùng khí hậu Đồng bằng Bắc bộ đặc biệt làtrong các tháng mùa mưa. Kết quả tính toán từ chỉ số Ped cũng cho thấy sự phù hợp giữa kết quả mô phỏng hạn từ mô hình và theo tính toán thực tế ở vùng khí hậu Tây Nguyên và Nam Bộ, tỷ lệ phù hợp đạt khoảng 60-70%, đặc biệt là một số năm hạn nặng trùng với những năm xảy ra hiện tượng El Nino và năm ẩm ướt nhất trùng với những năm xảy ra hiện tượng La Nina. Kết quả dự tính hạn theo kịch bản A1B cho các vùng khí hậu Việt Nam cho thấy hạn hán xảy ra nhiều hơn với mức độ nghiêm trọng hơn trong tương lai, đặc biệt là giai đoạn (2011-2030) ở vùng khí hậu Tây Bắc và giai đoạn 2031-2050 ở ba vùng khí hậu Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Hạn nhẹ hơn trong tương lai xảy ra ở vùng Đông Bắc và Bắc Trung Bộ. Kết quả dự tính sự biến đổi của hạn theo thời gian thông qua chỉ số Ped cho thấy hạn hán đều có xu thế tăng lên rõ rệt ở cả 7 vùng khí hậu (hệ số a1>0). Đối với các vùng khí hậu phía Bắc, giai đoạn đầu hạn tăng mạnh hơn giai đoạn sau còn ở các vùng khí hậu phía Nam thì thể hiện ngược lại. Theo kịch bản A2, kết quả dự tính hạn trong tương lai bằng chỉ số J cho thấy các tháng xảy ra hạn nặng trở nên nghiêm trọng hơn trong cả hai thời kỳ ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Nam Bộ, còn vùng Tây Bắc, Đông Bắc và Tây Nguyên hạn nặng hơn trong giai đoạn đầu và nhẹ hơn trong giai đoạn sau.Kết quả dự tính sử dụng chỉ số Ped cho thấy xu thế hạn trong giai đoạn (2011-2030) giảm xuống ở các vùng khí hậu Tây Bắc, Đông Bắc (hệ số a1 0). Việt Nam là đất nước có tiềm năng nguồn nước phong phú tuy vậy do tính chất phân mùa sâu sắc nên thường xuyên xảy ra hạn hán thiếu hụt nước. Tương tự như các nghiên cứu trên thế giới, nghiên cứu về hạn hán tại Việt Nam chủ yếu tập trung đến hạn khí tượng, hạn thủy văn và hạn nông nghiệp. Các công trình nghiên cứu hạn hán ở Việt Nam đã được công bố trong thời gian 10 năm trở lại đây tập trung chủ yếu vào 2 khía cạnh chính: 1) Nghiên cứu cơ bản về hạn hán và tác động tới kinh tế - xã hội, dân sinh,. 2) Đề xuất các giải pháp, phòng chống giảm nhẹ và thích ứng hạn hán bao gồm: - Các giải pháp công trình xây dựng các công trình thu trữ, điều tiết nước; - Các giải pháp phi công trình nghiên cứu xây dựng các hệ thống dự báo, cảnh báo sớm, các giải pháp về thể chế chính sách giảm nhẹ hạn hán, sử dụng tài nguyên nước hiệu quả, hợp lý ... Nhìn chung, nghiên cứu về hạn hán và tác động của biến đổi khí hậu đến hạn hán chủ yếu xác định mức độ, tính chất, xu thế biến đổi dựa trên cơ sở các chuỗi số liệu quan trắc từ mạng lưới trạm khí tượng hoặc số liệu phân tích, tái phân tích. Phương pháp được ứng dụng chủ yếu là công cụ thống kê phân tích xu thế kết hợp với việc sử dụng sản phẩm của mô hình dự báo khu vực. Kết quả nhận được chính là những bằng chứng về sự tác động của biến đổi khí hậu đến các hiện tượng thời tiết cực đoan mà tiêu biểu là hạn hán. Các nghiên cứu cho thấy sự biến đổi của các cực trị nhiệt độ và lượng mưa đối với từng khu vực rất khác nhau, những thay đổi này với hệ quả là sự gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, ... Việc dự tính khí hậu tương lai và xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính là một trong những lớp bài toán được cộng đồng các nhà khoa học và quản lí quan tâm đặc biệt bởi tầm quan trọng của nó trong việc cung cấp thông tin cho vấn đề đánh giá biến đổi khí hậu, tác động của biến đổi khí hậu và xây dựng chiến lược, kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH. Theo hướng nghiên cứu này, nhiều chỉ số hạn đã được ứng dụng để đưa ra bức tranh chung về sự biến đổi khí hậu toàn cầu cũng như làm đầu vào cho các mô hình khí hậu khu vực trong các bài toán dự tính biến đổi khí hậu khu vực và địa phương. Để dự tính hạn hán do tác động của biến đổi khí hậu, ngoài các ngưỡng chỉ tiêu được xác định theo từng khu vực, vùng khí hậu và địa phương, những chỉ số hạn cũng được lựa chọn phù hợp với đặc điểm khí hậu của từng khu vực để việc tính toán, phân tích có ý nghĩa thực tiễn. Do vậy, trong nghiên cứu này tôi sẽ đi sâu vào các khía cạnh sau: Đánh giá mức độ, tính chất và xu thế biến đổi của hạn hán trong quá khứ trên khu vực Nam Trung Bộ; Dự tính mức độ, tính chất và xu thế biến đổi của hạn hán trên khu vực này trong tương lai bằng phương pháp tổ hợp từ nhiều thành phần khác nhau của mô hình khí hậu khu vực PRECIS. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU 2.1 Phạm vi và nội dung nghiên cứu Ở Việt Nam, trong khoảng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm đã tăng khoảng 0,5 - 0,7 0C, mực nước biển đã dâng khoảng 20cm. Biến đổi khí hậu đã làm cho các thiên tai, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng ác liệt. Việt Nam nói chung, các tỉnh Trung Bộ nói riêng sẽ phải đối mặt với nguy cơ hạn hán ngày một thường xuyên hơn, đặc biệt là khu vực Nam Trung Bộ - nơi được coi là vùng khô hạn, thiếu nước thường xuyên của cả nước, nguy cơ về hạn hán có khả năng sẽ diễn ra gay gắt hơn, nghiêm trọng hơn trước. Tình hình ít mưa và nắng hạn diễn ra gay gắt trong nhiều năm qua, nhất là trong mùa khô các năm 2004-2005, 2006-2007, 2009-2010 là nỗi lo thường xuyên của nhân dân và lãnh đạo các cấp từ trung ương và địa phương, trong đó có các tỉnh thuộc khu vực Nam Trung Bộ. Đặc biệt trong những năm gần đây, do ảnh hưởng của BĐKH, tác động của hiện tượng El Nino, mùa mưa thường đến muộn hơn và kết thúc sớm hơn so với bình thường nên mức độ hạn hán và thiếu nước đối với sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của các tỉnh khu vực Nam Trung Bộ càng trầm trọng. Điều này cho thấy việc nghiên cứu để xác định xu thế diễn biến của hạn hán vùng Nam Trung Bộ dưới tác động của BĐKH là vô cùng cần thiết. Nhằm góp phần cung cấp thông tin phục vụ đề xuất các giải pháp thích ứng, nghiên cứu này sẽ đưa ra các kết quả đánh giá hạn hán ở các quy mô thời gian khác nhau trong thể kỷ 21 theo kịch bản phát thải khí nhà kính trung bình A1B ở khu vực Nam Trung Bộ. 2.1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình khu vực Nam Trung Bộ Trong Luận văn này các tỉnh Nam Trung Bộ bao gồm Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận và Bình Thuận. Phía Bắc giáp Quảng Ngãi, phía Tây giáp các tỉnh Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng, phía Nam giáp Đồng Nai và phía Đông giáp biển Đông. Diện tích tự nhiên khoảng 21.000 km2. Hình 2.1 Bản đồ khu vực Nam Trung Bộ Địa hình các tỉnh Nam Trung Bộ có thể chia ra 3 nhóm chính với những đặc trưng và vai trò khác nhau đối với điều kiện địa chất thuỷ văn: - Địa hình núi cao trung bình: Độ cao tuyệt đối từ 400 - 600 m, cá biệt trên 2000 m (đỉnh Chư Mư, Ninh Hoà cao 2021 m) phân bố ở phía Tây thuộc phạm vi các huyện miền núi, giáp với các tỉnh Tây Nguyên. Địa hình bị chia cắt mãnh liệt, phức tạp, đặc trưng là các đỉnh nhọn, sườn dốc bề mặt lởm chởm. - Địa hình núi thấp: Độ cao tuyệt đối thường 50 - 350 m, phân bố dọc theo quốc lộ 1 A. Đặc điểm đỉnh tròn, sườn thoải, núi thấp xen kẽ với các thung lũng sông suối nhỏ và nghiêng dần ra biển. - Địa hình đồng bằng và cồn cát ven biển: Độ cao tuyệt đối dưới 50m. Các đồng bằng phân bố rộng khắp các cửa sông lớn như các đồng bằng Tuy Hòa, Ninh Hòa, Cam Ranh, Phan Rang, Phan Thiết. Các cồn cát ven biển phân bố dọc theo bờ biển và các vũng vịnh ven bờ. 2.1.2 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn a. Đặc điểm khí hậu Nam Trung Bộ chịu sự chi phối chung của khí hậu vùng nội chí tuyến (khí hậu vùng nhiệt đới, gió mùa), hàng năm chia hai mùa rõ rệt. Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng VIII đến tháng XII, riêng Bình Thuận bắt đầu vào tháng VI và kết thúc vào tháng XI; Ninh Thuận muộn hơn, tháng IX và kết thúc vào cuối tháng XII. Mưa tập trung vào các tháng IX, X và XI, chiếm 85-90% lượng mưa của cả năm. Mùa khô từ tháng XI-XII đến tháng VI-VIII năm sau. Lượng mưa của vùng nghiên cứu biến đổi theo cả không gian và thời gian. Phía Bắc vùng núi có lượng mưa lớn hơn vùng biển, phía Nam thì ngược lại. b. Đặc điểm thuỷ văn Nam Trung Bộ có hệ thống sông suối khá phát triển, phân bố tương đối đều. Phần lớn các sông đều ngắn, bắt nguồn từ các dãy núi phía Tây và đổ ra biển Đông. Tập trung thành các hệ thống chính như sau: Thuộc tỉnh Phú Yên có các hệ thống sông Sông Ba và sông Kỳ Lộ. Trong đó, sông Ba là lớn nhất, đoạn chảy qua cầu Đà Rằng có chiều rộng hơn 1 km, tổng lượng dòng chảy trung bình năm đạt tới 10,3 tỉ m3. Hệ thống sông suối trong tỉnh Khánh Hòa gồm 3 lưu vực chính là Sông Dinh, sông Cái Nha Trang và lưu vực các suối ở đồng bằng Cam Ranh - đáng chú ý là suối Trà Dục và suối Hành. Tổng diện tích các lưu vực khoảng 2990 km2 và tổng lượng dòng chảy trung bình năm đạt gần 3 tỉ m3. Riêng hệ thống sông Cái có lưu vực 2000 km2, trung bình hàng năm đổ ra biển một lượng nước 2.535 m3 (tại trạm Đồng Trăng). Ở Ninh Thuận có hai hệ thống sông chính với tổng chiều dài 430 km là hệ thống sông Cái, dài 105 km và hệ thống sông Quán Thể, sông Trâu, sông Bà Râu. Nhìn chung các sông ngắn, độ dốc lưu vực 7-150. Tổng lượng dòng chảy trung bình năm các sông ở Ninh Thuận là 3,6 tỉ m3. Bình Thuận có mạng sông suối phân bố khá đồng đều với mật độ tương đối dày, gồm hệ thống các sông Lòng Sông, sông Lũy, sông Cái (Quao), sông Cà Ty, sông Phan, sông La Ngà và sông Dinh. Tổng diện tích toàn bộ các lưu vực 9.871 km2 và tổng lượng dòng chảy trung bình năm đạt 5,3 tỉ m3. Ngoài ra còn khá nhiều hồ lớn trên địa bàn như hồ Phú Xuân, hồ Hốc Răm, hồ Đồng Tròn, hồ Sông Dinh ở Phú Yên; hồ Cam Ranh, hồ Đá Bàn, hồ suối Trầu, hồ Am Chúa, hồ suối Bầu và hồ suối Hành ở Khánh Hòa; Đầm Nại ở Ninh Thuận và hồ Biển Lạc, hồ Bầu Trắng ở Bình Thuận. Tuy mạng sông ngòi và các đầm hồ với tổng lượng dòng chảy khá lớn và dung tích khá phong phú nhưng mùa khô những sông suối nhỏ đều cạn kiệt, các sông lớn lượng dòng chảy suy giảm nghiêm trọng, các hồ đầm đều ở dưới mực nước chết. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Một số chỉ số hạn hán Theo H. Hisdal và L. M. Tallksen (2000), thuật ngữ “định nghĩa sự kiện hạn hán” và “chỉ số hạn hán” vẫn còn chưa rõ ràng. Chỉ số hạn hán thường là một con số đặc trưng cho trạng thái chung của hạn hán tại một thời điểm đo được. Còn định nghĩa một sự kiện hạn hán được áp dụng để lựa chọn các sự kiện hạn hán trong một chuỗi thời gian bao gồm sự bắt đầu và kết thúc của các đợt hạn hán. Việc dự tính hạn hán dựa trên các chỉ số hạn hán được trình bày chi tiết trong (WMO, 1975; Heim, 2002). Tuy nhiên, mỗi chỉ số hạn hán đều được lựa chọn sao cho phù hợp với khu vực nghiên cứu và mục đích nghiên cứu. Dưới đây là một số chỉ số đã được dùng phổ biến trên thế giới. Bảng 2.1. Tổng hợp các chỉ số hạn được sử dụng phổ biến nhất Chỉ số Mô tả và sử dụng Điểm mạnh Điểm yếu Các chỉ số hạn khí tượng Tỷ chuẩn Dễ tính toán được, sử dụng rộng rãi Có hiệu quả trong việc so sánh vùng riêng lẻ hoặc mùa Lượng mưa không có phân bố chuẩn. Các giá trị phụ thuộc vào tính địa phương và mùa Lượng mưa và tích lũy Chênh lệch lượng mưa Thập phân vị Gibbs và Maher (1967) Dễ tính toán bằng cách lập nhóm lượng mưa thành các thập phân vi. Được hệ thổng theo dõi hạn hán ở Úc áp dụng Lượng hóa thống kê chính xác, tính toán đơn giản. Tạo ra sự đồng nhất trong phân loại hạn hán Để tính toán chính xác cần có chuỗi số liệu khí hậu nhiều năm Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (SPI), McKee et al. (1993) Dựa vào xác suất lượng giáng thủy ở các phạm vi thời gian bất kỳ. Được nhiều nhà kế hoạch sử dụng Tính toán cho các phạm vi thời gian khác nhau; đưa ra cảnh báo sớm hạn hán và hỗ trợ cho việc ước lượng mức độ khắc nghiệt của hạn hán. Các giá trị có thể thay đổi Chỉ sử dụng đến tham số giáng thủy. Chỉ số khắc nghiệt của hạn hán (PDSI), Palmer (1965) Alley (1984) Thuật toán độ ẩm đất được hiệu chỉnh cho những khu vực tương đối đồng nhất. Được sử dụng ở Mỹ cho các chương trình báo động giảm thiểu hạn hán và các kế hoạch đột xuất. Là chỉ số hạn hạn tổng quát đầu tiên; được sử dụng rộng rãi. Rất hiệu quả đối với hạn nông nghiệp vì có kèm theo độ ẩm đất. Chỉ số PDSI có thể làm trễ sự khẩn cấp của hạn. Kém phù hợp đối với các vùng núi thường xuyên xảy ra các cực trị khí hậu. Phức tạp. Các cấp hạn không đồng nhất với mức cần thiết, dưới dạng xác suất xảy ra, cả không gian và thời gian. Các chỉ số hạn nông nghiệp Chỉ số ẩm cây trồng (CMI) Palmer (1968) Là sản phẩm rút ra từ chỉ số PDSI. Phản ánh được nguồn ẩm trong đất ở thời đoạn ngắn. Xác định được khả năng xảy ra hạn nông nghiệp. Không phải là công cụ tốt để giám sát hạn hán dài hạn. Chỉ số phục hồi hạn hán (RDI) Tương tự như SPI. Biến số chủ yếu là P/PET Hạn hán dựa vào cả giáng thủy lẫn bốc thoát hơi tiềm năng. Phù hợp với các kịch bản biến đổi khí hậu. Cần số liệu để tính PET. Các chỉ số hạn thủy văn Chỉ số hạn thủy văn Palmer (PHDI), Palmer (1965) Cũng giống như PDSI nhưng đòi hỏi nhiều tham số hơn để xem xét hạn. Hạn chỉ kết thúc khi tỷ số Pe (độ ẩm nhận được so với độ ẩm cần thiết) là 1. Cũng giống như PDSI Cũng giống như PDSI Chỉ số cung cấp nước mặt (SWSI) Dạng mở rộng của chỉ số Palmer có tính đến lượng tuyết trên núi. Thể hiện các điều kiện nguồn nước mặt và quản lý nước. Tính toán đơn giản. Kết hợp được các đặc điểm thủy văn và khí hậu. Có xem xét lượng nước tích trữ trong hồ. Việc quản lý phụ thuộc thống nhất với từng lưu vực, hạn chế việc so sánh giữa các vùng nằm trong lưu vực. Không thể hiện tốt các đợt hạn khắc nghiệt. 2.2.2 Lựa chọn chỉ số Trong nghiên cứu này, chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (SPI) được sử dụng để xác định điều kiện hạn hán và tính toán các đặc trưng hạn hán trên khu vực Nam Trung Bộ. Chỉ số SPI là một chỉ số tương đối mới được Mckee T. B., Đại học Tổng hợp Bang Colorado đề xuất năm 1993. Nó được tính toán đơn giản bằng sự chênh lệch của lượng mưa thực tế R (tổng lượng mưa tuần, tháng, mùa, vụ thực tế) so với trung bình nhiều năm và chia cho độ lệch chuẩn : Chỉ số SPI là một chỉ số không thứ nguyên: khi các giá trị của SPI mang dấu âm, nó biểu thị các điều kiện khô hạn; còn khi giá trị SPI dương, nó biểu thị tình trạng dư thừa ẩm. Phân bố của lượng mưa với qui mô thời gian nhỏ hơn một năm không phải là một phân bố chuẩn, nên khi tính toán phải hiệu chỉnh nó về phân bố chuẩn. Đánh giá mức độ hạn hán dựa vào phân cấp hạn của chỉ số SPI ở Bảng 2.2. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này tác giả chỉ quan tâm đến các ngưỡng không xảy ra hạn, bắt đầu hạn, hạn vừa và hạn nặng. Trong đó, tác giả quy hạn nặng, hạn rất nặng và hạn rất nghiệm trọng về cùng một loại là “hạn nặng”. Bảng 2.2: Phân cấp hạn hán Phân cấp hạn Khoảng giá trị SPI Bắt đầu hạn (thiếu nước) -0,5 < SPI ≤ 0,25 Hạn vừa -1,0 < SPI ≤ -0,5 Hạn nặng -1,5 < SPI ≤ -1,0 Hạn rất nặng -2,0 < SPI ≤-1,5 Hạn rất nghiêm trọng SPI ≤ -2,0 Chỉ số SPI có khả năng tính cho bất kỳ khoảng thời gian nào (3 tháng, 6 tháng, 12 tháng, 24 tháng, 48 tháng, ...) nên được các nhà nghiên cứu và hoạch định đánh giá cao về tính đa dụng của nó. Vì vậy SPI có khả năng đưa ra cảnh báo sớm về hạn, giúp ước tính được mức độ hạn và tính toán đơn giản hơn các chỉ số hạn khác. Hạn xảy ra khi SPI âm và giá trị âm của SPI càng lớn thì mức độ hạn càng cao; hạn sẽ kết thúc khi SPI dương. Tần suất hạn theo các ngưỡng cũng được đánh giá dựa trên tỷ lệ giữa số tháng có giá trị SPI đặt ngưỡng hạn và số tháng trong năm. 2.2.3 Phương pháp phân tích xu thế Phân tích xu thế biến đổi của hạn hán của các trạm nghiên cứu trên khu vực theo thời gian và không gian. Tốc độ biến đổi theo thời gian được xác định theo phương pháp phân tích xu thế. Theo phương pháp này, mối quan hệ giữa yếu tố x và thời gian t được xác định dưới dạng phương trình tuyến tính: xt = b0 +b1 t (2.1) Với b0 và b1 được ước tính theo phương pháp bình phương tổi thiểu ; (2.2) Các đặc trưng thu được từ phương trình bao gồm Tốc độ xu thế: b1. Gốc xu thế: b0. Mức tăng hay giảm trong thời kỳ nghiên cứu. D = b1n 2.2.4 Mô hình PRECIS PRECIS (Providing Regional Climates for Impacts Studies) là mô hình động lực khí hậu khu vực, cơ bản được xây dựng bởi Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu Toàn cầu Hadley và được chạy trên máy tính cá nhân (PC) nhằm phục vụ việc xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nhỏ. Tiền thân của mô hình PRECIS là mô hình HadRM3P xây dựng từ năm 1991 được phát triển, cải tiến kỹ thuật để dự báo biến đổi khí hậu. Mô hình PRECIS đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới để xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho từng khu vực và từng quốc gia, như ở Anh quốc, đặc biệt tại trung tâm Hadley và đại học READING; Liên hợp quốc: xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu độ phân giả cao sử dụng PRECIS cho một số khu vực và quốc gia trên thế giới; Ứng dụng mô hình PRECIS nhằm xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho các quốc gia thuộc khu vực Đông Nam Á trong khuôn khổ chương trình SEASTART; khu vực CARIBE; Ecuador; Hy lạp; Tây Bắc Hoa Kỳ; Bangladesh; Argentina, Niger, Bangladesh, Malaysia, Saudi Arabia, West Africa Mô tả sơ qua về sơ đồ tham hoá sử dụng trong mô hình PRECIS: Hệ tọa độ thẳng đứng của mô hình PRECIS hệ tọa độ Lai (Hybrid, η) gồm 19 mực thẳng đứng (hình 2.2). Mỗi mực η, k (k = 1, ..., 19) xác định bởi sự kết hợp tuyến tính giữa độ cao địa đình và các mực khí áp được đưa ra bởi công thức: ηk=Ak105Pa+Bk (2.3) Cấu trúc lưới theo phương thẳng đứng của mô hình có đặc điểm: dày hơn ở lớp sát mặt (mực 1 - 4) và thưa hơn trong khí quyển tự do (mực 17 - 19). Các lớp sát mặt uốn lượn theo địa hình nên mô tả rất tốt hiệu ứng địa hình đến các biến khí hậu. Hình 2.2. Lưới ngang và lưới thẳng đứng của mô hình PRECIS Lưới ngang của mô hình là lưới xen kẽ Arakawa B theo phương ngang, các biến vô hướng như nhiệt độ, khí áp, độ ẩm được xác định tại tâm ô lưới ký hiệu là chữ P, còn các thành phần gió được xác định tại các điểm nút lưới ký hiệu là W. Mô hình PRECIS sử dụng phép chiếu cực quay, đảm bảo cho sự ổn định mô hình mà không cần tới phép lọc phi vật Hình 2.3. Phép chiếu cực quay của mô hình PRECIS Hệ phương trình trong mô hình được tính bằng phương pháp số 3 chiều. Mô hình mô phỏng các biến riêng biệt, khoảng cách giữa các lưới và thời gian là như nhau. Theo không gian, dữ liệu được tính trung bình theo ô lưới, theo thời gian, dữ liệu được tính toán là các giá trị tức thời. Sự thay đổi của áp suất, gió, nhiệt độ, độ ẩm và các yếu tố khác tuân theo 3 định luật bảo toàn chính: định luật bảo toàn mô men động lượng, bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn năng lượng. Trong nghiên cứu này, mô hình PRECIS được chạy với độ phân giải ngang 25x25km theo kịch bản A1B cho 5 phương án khác nhau (Q0, Q3, Q10, Q11 và Q13). Mỗi phương án là một thành phần khác nhau của mô hình toàn cầu ứng với kịch bản phát thải trung bình A1B. - Q0: Là phương án chạy đầu vào từ sản phẩm mô hình HadCM3 không qua xử lý hiệu chỉnh; - Q3: Là phương án chạy đầu vào từ sản phẩm mô hình HadCM3. Trong đó sản phẩm dự tính từ HadCM3 qua xử lý hiệu chỉnh; - Q10: Là phương án chạy đầu vào từ sản phẩm mô hình HadCM3 với kết quả dự tính khí hậu toàn cầu thiên khô; - Q11: Là phương án chạy đầu vào từ sản phẩm mô hình HadCM3 với kết quả dự tính toàn cầu thiên ẩm; - Q13: Là phương án chạy đầu vào từ sản phẩm mô hình HadCM3 với dự tính biến đổi của nhiệt độ là nhiều nhất. Nghiên cứu này sẽ sử dụng sản phẩm khí hậu là kết quả tổ hợp của 5 phương án đầu ra của mô hình PRECIS, được nội suy về vị trí các trạm trong khu vực Nam Trung Bộ phục vụ tính toán các đặc trưng hạn hán. 2.3 Số liệu sử dụng trong nghiên cứu Số liệu được sử dụng cho nghiên cứu quá trình phân tích hiện trạng hạn khí tượng ở Nam Trung Bộ bao gồm: (1) số liệu lượng mưa quan trắc năm thời kỳ 1961 – 2012 của các trạm sau đây (Bảng 2.3). (2) Số liệu mô phỏng và dự tính bằng mô hình khí hậu khu vực PRECIS. Bảng 2.3: Danh sách trạm khí tượng lấy số liệu quan trắc trong thời kỳ quá khứ STT Tên trạm Tỉnh Kinh độ Vĩ độ 1 Sơn Hoà Phú Yên 108°59' 13°03' 2 Tuy Hoà Phú Yên 109°17' 13°05' 3 Nha Trang Khánh Hòa 109°12' 12°13' 4 Cam Ranh Khánh Hòa 109°09' 11°55' 5 Phan Rang Ninh Thuận 108°06' 10°56' 6 Phan Thiết Bình Thuận 108°06' 10°56' 7 Hàm Tân Bình Thuận 107°46' 10°41' Các trạm lấy số liệu được liệt kê trong bảng 2.3 trên được lựa chọn dựa vào phân bố các trạm tại các địa phươ