MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Lãnh thổ Việt Nam nằm trong khu vực giao tranh của các hệ thống gió mùa mùa hè Châu Á -TBD [112]. Do vậy, biến động của GMMH ở khu vực Việt Nam có mối quan hệ với biến động của các hệ thống GMMH này. Trong các tháng mùa hè, đường dòng chủ yếu ở gần mặt đất là Tây Nam ở phía Nam và Nam hoặc Đông Nam ở phía Bắc lãnh thổ Việt Nam. Các luồng không khí thịnh hành là không khí xíc h đạo, nhiệt đới, xuất phát từ áp cao bán cầu Nam (BCN) và khô ng khí nhiệt đới biển xuất phát từ rìa Tây Nam của áp cao Bắc TBD [16]. Bên cạnh đó, đới gió Tây có nguồn gốc từ áp thấp nóng Nam Á [16] và ngoại nhiệt đới [112] cũng ảnh hưởng đến khu vực phía Bắc trong các tháng trước và trong mùa hè. Do ảnh hưởng của điều kiện địa hình núi cao ở phía Bắc và dãy Trường Sơn, điều kiện khí hậu và tác động của GMMH có s ự phân hóa rõ rệt theo khô ng gian. Bên cạnh đó, El Nino - Dao động Nam (ENSO) cũng được coi là nguyên nhân chính gây ra sự biến động hàng năm của gió mùa ở Việt Nam [16, 26]. GMMH là nhân tố chính chi phối điều kiện thời tiết, khí hậu và các hiện tượng cực đoan trong các tháng mùa hè. Sự biến động của GMMH có ảnh hưởng đến các hoạt động sản xuất kinh tế - xã hội và sinh hoạt của người dân. Đặc biệt trong bối cảnh nóng lên toàn cầu, vấn đề nghiên cứu dự tính biến động của các đặc trưng GMMH có ý nghĩ a quan trọng phục vụ công tác ứng phó với biến đổi khí hậu (BĐKH). Xuất phát từ những thực tiễn khoa học trên, nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn thực hiện đề tài nghiên cứu luận án “Nghiên cứu đánh giá và dự tính biến động của các đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam”. Mục tiêu của luận án: (1) Đánh giá được biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam; (2) Đưa ra được dự tính biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam do tác động c ủa biến đổi khí hậu.
Trang 1
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
NGUYỄN ĐĂNG MẬU
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ TÍNH BIẾN ĐỘNG CỦA CÁC ĐẶC TRƯNG GIÓ MÙA MÙA HÈ Ở VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT
Hà Nội - 2018
Trang 2MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
DANH MỤC HÌNH VẼ x
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ TÍNH BIẾN ĐỘNG GIÓ MÙA MÙA HÈ 4
1.1 Khái quát hoạt động của gió mùa mùa hè 4
1.2 Các nghiên cứu trên thế giới 8
1.2.1 Đánh giá biến động gió mùa mùa hè 8
1.2.2 Dự tính b iến động c ủa các đặc trưng gió mùa mùa hè 19
1.3 Các nghiên cứu ở trong nước 24
1.3.1 Các nghiên cứu về đánh giá b iến động của gió mùa mùa hè 24
1.3.2 Các nghiên cứu về dự tính biến động gió mùa mùa hè 25
1.4 Tổng quan chỉ số gió mùa mùa hè 27
1.5 Nhật xét cuối Chương 1 31
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU 33
2.1 Phương pháp nghiên cứu 33
2.1.1 Phương p háp xác đ ịnh c hỉ số gió mùa mùa hè 33
2.1.2 Phương p háp tính toán c ác đặc trưng gió mùa mùa hè 36
2.1.3 Tính toán biến động của các đặc trưng gió mùa mùa hè 37
2.2 Số liệu sử dụng trong nghiên cứu 42
2.2.1 Số liệu tái p hân tích và q uan trắc tại trạm 42
2.2.2 Số liệu kịch bản biến đổi khí hậu được sử dụng 48
2.3 Nhận xét cuối Chương 2 49
Trang 3CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG CỦA MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG GIÓ
MÙA MÙA HÈ 51
3.1 Đề xuất chỉ số gió mùa mùa hè c ho khu vực Việt Nam 51
3.1.1 Xác đ ịnh yếu tố và vùng chỉ số gió mùa mùa hè 51
3.1.2 Kiểm nghiệm sự phù hợp của chỉ số VSMI 57
3.2 Biến động nội mùa của các đặc trưng gió mùa mùa hè 66
3.2.1 Biến động nội mùa của các đặc trưng q uy mô lớn 66
3.2.2 Diễn biến quy mô lớn trong thời kỳ bắt đầu và kết thúc gió mùa mùa hè 72
3.2.3 Biến động nội mùa của lượng mưa theo số liệu quan trắc 83
3.3 Biến động năm của một số đặc trưng gió mùa mùa hè 88
3.3.1 Mối quan hệ giữa các đặc trưng gió mùa mùa hè 88
3.3.2 Biến động năm c ủa các đặc trưng theo chỉ số VSMI 89
3.3.3 Biến động năm c ủa lượng mưa gió mùa mùa hè 99
3.4 Nhận xét cuối Chương 3 103
CHƯƠNG 4: DỰ TÍNH BIẾN ĐỘNG CỦA MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG GIÓ MÙA MÙA HÈ 105
4.1 Đánh giá mô phỏng của mô hình PRECIS đối với các đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam 105
4.2 Dự tính biến động của trường U850hPa 115
4.2.1 Dự tính b iến động vào giữa thế kỷ 21 115
4.2.2 Dự tính b iến động vào cuối thế kỷ 21 118
4.3 Dự tính biến động các đặc trưng gió mùa mùa hè theo chỉ số VSMI 121
4.3.1 Dự tính b iến động c ủa thời điểm b ắt đầu gió mùa mùa hè 121
4.3.2 Dự tính b iến động c ủa thời điểm kết thúc gió mùa mùa hè 124
4.3.3 Dự tính b iến động c ủa độ dài mùa gió mùa mùa hè 128
4.3.4 Dự tính b iến động c ủa số đợt gián đoạn gió mùa mùa hè 132
4.3.5 Dự tính b iến động cường độ gió mùa mùa hè 134
Trang 44.4 Dự tính biến động lượng mưa trong mùa gió mùa mùa hè ở khu vực Tây
Nguyên và Nam Bộ 138
4.5 Nhận xét cuối Chương 4 141
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 143
1 Kết luận 143
2 Kiến nghị 144
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 145
TÀI LIỆU THAM KHẢO 146
PHẦN PHỤ LỤC 159
Phụ lục 1: Danh sách trạm quan trắc được sử dụng trong nghiên cứu 159
Phụ lục 2: Kết quả tính toán chỉ số VSMI thời kỳ bắt đầu GMMH 161
Phụ lục 3: Kết quả tính toán chỉ số VSMI thời kỳ kết thúc GMMH 163
Phụ lục 4: Chỉ số ONI thời kỳ 1981-2010 c ủa CPC 165
Trang 5CFSR Số liệu tái phân tích từ Hệ thống dự báo khí hậu
CMAP Số liệu tái phân tích lượng mưa toàn cầu của CPC
CMIP3 Dự án so sánh đa mô hình khí hậu pha thứ 3
CMIP5 Dự án so sánh đa mô hình khí hậu pha thứ 5
CPC Trung tâm Dự báo Khí hậu Hoa Kỳ
CSGM Chỉ số gió mùa
CSHL Chỉ số hoàn lưu
ENSO El Niño – Dao động Nam
EOF Hàm trực giao tự nhiên
Trang 6CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA
IDV Biến động thập kỷ
IPCC Ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu
ISV Biến động nội mùa
ITCZ Dải hội tụ nhiệt đới
JTWC Trung tâm cảnh báo bão
MSLP Khí áp mực nước biển
NCAR Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển quốc gia Hoa Kỳ
NCEP Trung tâm Dự báo Môi trường Quốc gia Hoa Kỳ
OLR Bức xạ sóng dài đi ra từ đỉnh khí quyển
ONI Chỉ số Nino đại dương (được tính bằng trung bình trượt mùa 3
tháng của SSTA tại khu vực Nino3.4)
PENTAD Hậu (được tính bằng trung bình 5 ngày liên tiếp)
PRECIS Mô hình cung cấp thông tin khí hậu khu vực phục vụ nghiên
Trang 7CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA
U300hPa Gió vĩ hướng mực 300hPa
U500hPa Gió vĩ hướng mực 500hPa
U700hPa Gió vĩ hướng mực 700hPa
U850hPa Gió vĩ hướng mực 850hPa
RCP đường nồng độ khí nhà kính đại diện
VSMI Chỉ số gió mùa mùa hè cho Việt Nam
XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới
WMO Tổ chức Khí tượng thế giới
Trang 8DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tổng hợp các chỉ số GMMH cho khu vực gió mùa c hâu Á – TBD 28Bảng 2.1 Kết quả xác đ ịnh mùa hè El Nino thời kỳ 1981-2010 44Bảng 2.2 Kết quả xác đ ịnh mùa hè La Nina thời kỳ 1981-2010 45Bảng 2.3 Kết quả xác định mùa hè trung gian của ENSO (trung gian - pha ấm; trung gian - pha lạnh) 46Bảng 2.4 Kết quả xác đ ịnh mùa hè ENSO thời kỳ 1981-2004 46Bảng 2.5 Số liệu dự tính khí hậu bằng mô hình PRECIS 49Bảng 3.1 Lượng mưa GMMH (mm/ngày) và chỉ số Cv (%) thời kỳ 1981-2010 tại các trạm thuộc khu vực Tây Nguyên 84Bảng 3.2 Lượng mưa mùa GMMH (mm/ngày) và chỉ số Cv (%) thời kỳ 1981-
2010 tại các trạm thuộc khu vực Nam Bộ 87Bảng 3.3 Ma trận hệ số tương quan giữa các đặc trưng GMMH 88Bảng 3.4 STD của đặc trưng GMMH thời kỳ 1981-2010 và các thập kỷ 99Bảng 4.1 Kết quả tính toán các đặc trưng thống kê giữa số liệu lương mưa mô phỏng và số liệu quan trắc 115Bảng 4.2 Kết quả dự tính biến đổi lượng mưa vào giữa và cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở ở các vùng khí hậu 139Bảng 4.3 Kết quả dự tính biến đổi chỉ số STD của lượng mưa vào giữa và cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở ở các vùng khí hậu 141
Trang 9120o-125oE, (b) 125o-130oE, và (c)130o-140oE; và biểu đồ lượng mưa các khu vực tương ứng (d) Đài Loan (20oN-25oN, 120oE–125oE), (e) Hà Quốc (35oN-40oN,
125oE-130oE), và (f ) Nhật Bản (32,5oN- 40oN, 130oE-140oE) Các pha khác nhau của gió mùa mùa hè ở các khu vực được xác định bởi hoạt động (active), gián đoạn (break) và hoạt động lại (revival) Khoảng cách các đường đẳng trị mưa là 1mm/ngày, các vùng tô màu là vùng có lượng mưa lớn hơn 5mm/ngày 18 Hình 1.8 Dự tính biến đổi (%) của chỉ số STD (ký hiệu là std) lượng mưa GMMH vào nửa cuối thế kỷ 21 (2050-2100) so với nửa đầu thế kỷ 20 (1900-1950) theo kịch bản RCP8.5 (đỏ), RCP6.0 (cảm), RCP4.5 (xanh lá cây), RCP2.6 (xanh lam) 22
Trang 10Hình 1.8 Dự tính biến động IAV của chỉ số GMMH (%) trong thời kỳ 2051-2099
so với thời kỳ 1951-1999 theo kịch bản RCP8.5 trong các năm có cường độ GMMH mạnh và yếu (mạnh - màu xanh; yếu - màu đỏ) từ 4 phương án mô hình
và p hương án tổ hợp (B4MMM) 23 Hình 2.2 Minh họa biến động IAV và biến đổi khí hậu: Biến động khí hậu được tính ở quy mô thời gian ngắn (năm đến thập kỷ); dao động khí hậu được tính từ biến động khí hậu nhưng ở quy mô thời gian dài hơn (thập kỷ đến nhiều thập kỷ); biến đổi khí hậu là xu thế dịch chuyển của điều kiện khí hậu ở quy mô thời gian dài (nhiều thập kỷ đến hàng thế kỷ) 38 Hình 2.3 Vị trí của 70 trạm quan trắc được sử dụng trong nghiên cứu 47 Hình 3.1 Kết quả tính toán trung bình giai đoạn 1981-2010 của giá trị trung bình kinh hướng (100oE -110oE) và phân bố vĩ hướng-thời gian từ số liệu CFSR: a) U850hPa (m/s); b) OLR (W/m2) 53 Hình 3.2 Kết quả tính toán các thành phần véc tơ riêng (Mode) của U580hPa mùa
hè (tháng 5-tháng 9) thời kỳ 1981-2010 từ số liệu CFSR : a) Mode1; b) Mode2 56 Hình 3.3 Trường gió (m/s) mực 850hPa trung bình mùa GMMH (tháng 5 - tháng 9) thời kỳ 1981-2010 theo số liệu CFSR Vùng ô vuông màu đỏ là vùng đề tính chỉ số GMMH (5oN -15oN; 100oE -110oE) 57 Hình 3.4 Hệ số tương quan giữa chỉ số VSMI với U850hPa trung bình mùa GMMH (tháng 5-tháng 9) thời kỳ 1981-2010 Vùng đổ màu là vùng có hệ số tương quan vượt 95% độ tin cậy theo kiểm nghiệm t-test 59 Hình 3.5 Hệ số tương quan giữa chỉ số VSMI với U700hPa trung bình mùa GMMH (tháng 5-tháng 9) thời kỳ 1981-2010 Vùng đổ màu là vùng có hệ số tương quan vượt 95% độ tin cậy theo kiểm nghiệm t-test 59 Hình 3.6 Hệ số tương quan giữa chỉ số VSMI với U500hPa trung bình mùa GMMH (tháng 5-tháng 9) thời kỳ 1981-2010 Vùng đổ màu là vùng có hệ số tương quan vượt 95% độ tin cậy theo kiểm nghiệm t-test 60
Trang 11Hình 3.7 Hệ số tương quan giữa chỉ số VSMI với U300hPa trung bình mùa GMMH (tháng 5-tháng 9) thời kỳ 1981-2010 Vùng đổ màu là vùng có hệ số tương quan vượt 95% độ tin cậy theo kiểm nghiệm t-test 60 Hình 3.8 Hệ số tương qua giữa các chỉ số GMMH với lượng mưa quan trắc thời
kỳ 1981-2010 trung bình hậu (pentad) trong các tháng mùa hè (tháng 5 - tháng 9): (a) Chỉ số VSMI; (b) Chỉ số SCSSM; (c) CSHL Giá trị hệ số tương quan lớn hơn 0,1 (tô màu) thỏa mãn độ tin cậy thống kê 95% 64 Hình 3.9 Diễn biến cường độ GMMH trung bình hậu (m/s) ở khu vực Việt Nam (chỉ số VSMI trung bình hậu) thời kỳ 1981-2010 theo số liệu CFSR 67 Hình 3.10 Chuẩn sai trường gió mực 850hPa (m/s) so với trung bình mùa trong giai đoạn 1981-2010 theo số liệu CFSR: (a) tháng 5, (b) tháng 6, (c) tháng 7, (d) tháng 8, (e) tháng 9 và (f) tháng 10 70 Hình 3.11 Chuẩn sai của trường HGT mực 850hPa (gpm) so với trung bình mùa trong giai đoạn 1981-2010 theo số liệu CFSR: (a) tháng 6, (b) tháng 7, (c) tháng
8 và (d) tháng 9 72 Hình 3.12 Diễn biến trường gió mực 850hPa tại các thời điểm trong quá trình bắt đầu GMMH ở Việt Nam: (a) Hậu trước bắt đầu (pentad-1); (b) Hậu bắt đầu (Pentad 0); (c) Hậu sau b ắt đầu (pentad+1) 74 Hình 3.13 Diễn biến trường gió OLR (W/m2) tại các thời điểm trong quá trình bắt đầu GMMH ở Việt Nam: (a) Hậu trước bắt đầu (pentad-1); (b) Hậu bắt đầu (Pentad 0); (c) Hậu sau b ắt đầu (pentad+1) 76 Hình 3.14 Nhiệt độ (K) và trường gió (m/s) mực 300hPa trung bình trong giai đoạn 1981-2010 tương ứng với các pentad trong giai đoạn bắt đầu GMMH: (a) Hậu trước bắt đầu (pentad-1); (b) Hậu bắt đầu (Pentad 0); (c) Hậu sau bắt đầu (pentad+1) 77 Hình 3.15 Diễn biến trường gió mực 850hPa tại các thời điểm trong quá trình kết thúc GMMH ở Việt Nam: (a) Hậu trước kết thúc (pentad-1); (b) Hậu kết thúc (Pentad0); (c) Hậu sau kết thúc (pentad+1) 80
Trang 12Hình 3.16 Diễn biến trường gió OLR (W/m2) tại các thời điểm trong quá trình bắt đầu GMMH ở Việt Nam: (a) Hậu trước kết thúc (pentad-1); (b) Hậu kết thúc (Pentad0); (c) Hậu sau kết thúc (pentad+1) 81 Hình 3.17 Nhiệt độ và trường gió mực 300hPa trung bình 1981-2010 trong giai đoạn kết thúc GMMH: (a) Hậu trước kết thúc (pentad-1); (b) Hậu kết thúc (Pentad0); (c) Hậu sau kết thúc (pentad+1) 82 Hình 3.18 Diễn biến lượng mưa quy mô hậu (mm/ngày) và chuẩn sai lượng mưa (mm/ngày) so với trung bình mùa GMMH ở khu vực Tây Nguyên 85 Hình 3.19 Diễn biến lượng mưa quy mô hậu (mm/ngày) và độ lệch lượng mưa (mm/ngày) so với trung bình mùa GMMH ở khu vực Nam Bộ 87 Hình 3.20 Diễn biến chuẩn sai của thời điểm bắt đầu GMMH (hậu) so với trung bình trong thời kỳ 1981-2010 trong c ác pha ENSO 91 Hình 3.21 Diễn biến chuẩn sai của thời điểm kết thúc GMMH (hậu) so với trung bình trong thời kỳ 1981-2010 trong c ác pha ENSO 92 Hình 3.22 Diễn biến chuẩn sai của độ dài mùa GMMH (hậu) so với trung bình trong thời kỳ 1981-2010 trong các pha ENSO 93 Hình 3.23 Diễn biến số đợt gián đoạn GMMH (đợt) thời kỳ 1981-2010 trong các pha ENSO 94 Hình 3.24 Diễn biến chuẩn sai của cường độ GMMH (m/s) so với trung bình trong thời kỳ 1981-2010 trong các pha ENSO 95 Hình 3.25 Khác biệt giữa năm gió mùa mạnh với năm gió mùa yếu ở mực 850hPa: (a) Trường hoàn lưu gió (m/s), (b) Trường HGT (gpm) 97 Hình 4.1 Biểu đồ Hovmoller trường U850 hPa (m/s) khu vực 100oE -110oE trung bình thời kỳ 1986-2005 ở quy mô hậu: (a) PRECIS-CNRM; (b) PRECIS-GF DL; (c) CFSR 107 Hình 4.2 Kết quả tính toán biến trình năm của chỉ số VSMI ở quy mô hậu trung bình thời kỳ 1986-2010: (a) PRECIS-CNRM; (b) PRECIS-GF DL; (c) CFSR 108 Hình 4.3 Kết quả tính toán trung bình kinh hướng (100oE-110oE) phân bố vĩ hưỡng (5oN -24oN) và thời gian (tháng 1-tháng 12) của trường gió (m/s) mực
Trang 13850hPa trung bình 1986-2005: (a) PRECIS-CNRM; (b) PRECIS-GFDL; (c) PRECIS - Tổ hợp; (d) CFSR .110 Hình 4.4 Kết quả tính toán trung bình kinh hướng (100oE-110oE) phân bố vĩ hưỡng (5oN -24oN) và thời gian (tháng 1-tháng 12) của chỉ số STD trường gió (m/s) mực 850hPa trung bình 1986-2005: (a) PRECIS-CNRM; (b) PRECIS-GFDL; (c) PRECIS-Tổ hợp; (d) CFSR 111 Hình 4.5 Chênh lệch giữa mô phỏng bằng PRECIS với số liệu quan trắc (tháng 5-tháng 9) thời kỳ 1986-2005: (a) Lượng mưa (mm/ngày); (b) chỉ số STD (mm/ngày) 113 Hình 4.6 Hệ số tương quan giữa chuối số liệu của lượng mưa quy mô hậu trung bình thời kỳ 1986-2005 diễn ra trong mùa GMMH theo các phương án mô hình PRECIS với số liệu quan trắc 113 Hình 4.7 Diễn biến lượng mưa (mm/ngày) quy mô hậu trung bình thời kỳ 1986-
2005 trong các phương án mô phỏng PRECIS (CNRM và GFDL) với số liệu quan trắc thực tế ở 7 vùng khí hậu 114 Hình 4.8 Mức độ biến đổi chỉ số STD (%) của U850hPa trung bình mùa GMMH vào giữa thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP4.5: (a) PRECIS-CNRM; (b) PRECIS-GF DL; (c) Tổ hợp trung bình 117 Hình 4.9 Mức độ biến đổi chỉ số STD (%) của U850hPa trung bình mùa GMMH vào giữa thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP8.5: (a) PRECIS-CNRM; (b) PRECIS-GF DL; (c) Tổ hợp các dự tính 118 Hình 4.10 Mức độ biến đổi chỉ số STD (%) của U850hPa trung bình mùa GMMH vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP4.5: (a) PRECIS-CNRM; (b) PR ECIS-GF DL; (c) Tổ hợp các dự tính 120 Hình 4.11 Mức độ biến đổi chỉ số STD (%) của U850hPa trung bình mùa GMMH vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP8.5: (a) PRECIS-CNRM; (b) PRECIS-GF DL; (c) Tổ hợp các dự tính 121
Trang 14PRECIS-Hình 4.12 Mức biến đổi của thời điểm bắt đầu GMMH (hậu) ở các thời kỳ trong tương lai so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản (RCP4.5 và RCP8.5) và phương
án tổ hợp trung bình: a) 2046-2065; b) 2080-2099 123 Hình 4.13 Tương tự như Hình 4.5 nhưng đối với chỉ số STD (%) của thời điểm bắt đầu GMMH: a) 2046-2065; b) 2080-2099 124 Hình 4.14 Mức biến đổi của thời điểm kết thúc GMMH (hậu) ở các thời kỳ trong tương lai so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản (RCP4.5 và RCP8.5) và phương
án tổ hợp trung bình: a) 2046-2065; b) 2080-2099 126 Hình 4.15 Tương tự như Hình 4.7 nhưng đối với chỉ số STD (%) của thời điểm kết thúc GMMH: a) 2046-2065; b ) 2080-2099 128 Hình 4.16 Mức biến đổi của độ dài mùa GMMH (hậu) ở các thời kỳ trong tương lai so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản (RCP4.5 và RCP8.5) và phương án tổ hợp trung bình: a) 2046-2065; b) 2080-2099 130 Hình 4.17 Tương tự như Hình 4.9 nhưng đối với chỉ số STD (%) của độ dài mùa GMMH: a) 2046-2065; b) 2080-2099 131 Hình 4.18 Mức biến đổi của số đợt gián đoạn GMMH (hậu) ở các thời kỳ trong tương lai so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản (RCP4.5 và RCP8.5) và phương
án tổ hợp trung bình: a) 2046-2065; b) 2080-2099 133 Hình 4.19 Tương tự như Hình 4.11 nhưng đối với chỉ số STD (%) của số đợt gián đoạn GMMH: a) 2046-2065; b) 2080-2099 134 Hình 4.20 Mức biến đổi của cường độ GMMH (hậu) ở các thời kỳ trong tương lai so với thời kỳ cơ sở theo các kịch bản (RCP4.5 và RCP8.5) và phương án tổ hợp trung bình: a) 2046-2065; b) 2080-2099 136 Hình 4.21 Tương tự như Hình 4.13 nhưng đối với chỉ số STD (%) của cường độ GMMH: a) 2046-2065; b) 2080-2099 137
Trang 16MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Lãnh thổ Việt Nam nằm trong khu vực giao tranh của các hệ thống gió mùa mùa hè Châu Á -TBD [112] Do vậy, biến động của GMMH ở khu vực Việt Nam
có mối quan hệ với biến động của các hệ thống GMMH này Trong các tháng mùa
hè, đường dòng chủ yếu ở gần mặt đất là Tây Nam ở phía Nam và Nam hoặc Đông Nam ở phía Bắc lãnh thổ Việt Nam Các luồng không khí thịnh hành là không khí xích đạo, nhiệt đới, xuất phát từ áp cao bán cầu Nam (BCN) và không khí nhiệt đới biển xuất phát từ rìa Tây Nam của áp cao Bắc TBD [16] Bên cạnh
đó, đới gió Tây có nguồn gốc từ áp thấp nóng Nam Á [16] và ngoại nhiệt đới [112] cũng ảnh hưởng đến khu vực phía Bắc trong các tháng trước và trong mùa
hè
Do ảnh hưởng của điều kiện địa hình núi cao ở phía Bắc và dãy Trường Sơn, điều kiện khí hậu và tác động của GMMH có sự phân hóa rõ rệt theo không gian Bên cạnh đó, El Nino - Dao động Nam (ENSO) cũng được coi là nguyên nhân chính gây ra sự biến động hàng năm của gió mùa ở Việt Nam [16, 26]
GMMH là nhân tố chính chi phối điều kiện thời tiết, khí hậu và các hiện tượng cực đoan trong các tháng mùa hè Sự biến động của GMMH có ảnh hưởng đến các hoạt động sản xuất kinh tế - xã hội và sinh hoạt của người dân Đặc biệt trong bối cảnh nóng lên toàn cầu, vấn đề nghiên cứu dự tính biến động của các đặc trưng GMMH có ý nghĩa quan trọng phục vụ công tác ứng phó với biến đổi khí hậu (BĐKH) Xuất phát từ những thực tiễn khoa học trên, nghiên cứu sinh
(NCS) lựa chọn thực hiện đề tài nghiên cứu luận án “Nghiên cứu đánh giá và dự
tính biến động của các đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam”
Mục tiêu của luận án:
(1) Đánh giá được biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam;
(2) Đưa ra được dự tính biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam do tác động của biến đổi khí hậu
Trang 17 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Chỉ số gió mùa mùa hè;
+ Biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè ở khu vực Việt Nam;
Những đóng góp mới của luận án
(1) Luận án đã đề xuất được chỉ số gió mùa mùa hè VSMI đặc trưng bởi trường gió mực 850hPa (U850hPa) trung bình khu vực 5oN -15oN và 100oE-
110oE Chỉ số VSMI phản ánh tốt hoàn lưu quy mô lớn, cũng như hệ quả mưa của GMMH trên lãnh thổ Việt Nam
(2) Đánh giá được sự biến động nội mùa (ISV) và biến động năm (IAV) của các đặc trưng GMMH Biến động ISV của GMMH có dạng 35-85 ngày với hai lần đạt cực đại về cường độ vào hậu thứ 36 và 40 Các đặc trưng GMMH có biến động IAV và biến động trong các pha ENSO Trong các mùa hè El Nino, thời điểm bắt đầu thường đến muộn, kết thúc sớm, số đợt gián đoạn ít hơn và cường độ mạnh hơn trung bình nhiều năm Ngược lại trong mùa hè La Nina, thời điểm bắt đầu đến sớm, kết thúc muộn, số đợt gián đoạn nhiều hơn và cường độ yếu hơn trung bình nhiều năm
(3) Bước đầu, các kết quả dự tính biến động IAV của GMMH vào giữa (2046-2065) và cuối thế kỷ 21 (2080-2099) từ mô hình PRECIS đã được thực hiện Biến động IAV của thời điểm bắt đầu được dự tính giảm nhẹ vào giữa và cuối thế kỷ 21 Ngược lại, các đặc trưng khác (thời điểm kết thúc, độ dải mùa, số
Trang 18đợt gián đoạn, cường độ, lượng mưa ở Tây Nguyên và Nam Bộ) được dự tính gia tăng vào giữa và cuối thế kỷ 21
Các luận điểm bảo vệ
(1) Chỉ số gió mùa mùa hè VSMI có thể đặc trưng cho hoạt động của GMMH ở khu vực Việt Nam
(2) Một số đặc trưng GMMH ở khu vực Việt Nam có tính biến động nội mùa (ISV) và biến động năm (IAV)
(3) Sự gia tăng nồng độ KNK trong tương lai theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 có tác động đến biến động của một số đặc trưng GMMH ở khu vực Việt Nam
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
(1) Chỉ số gió mùa mùa hè VSMI được đề xuất phản ánh tốt diễn biến hoạt động của GMMH ở khu vực Việt Nam
(2) Chỉ số gió mùa mùa hè VSMI có thể được ứng dụng trong nghiệp vụ giám sát và dự báo biến động của các đặc trưng GMMH ở khu vực Việt Nam
(3) Kết quả đánh giá biến động của các đặc trưng GMMH góp phần phục
vụ công tác dự báo hoạt động của GMMH ở khu vực Việt Nam
(4) Củng cố thêm cơ sở khoa học về khả năng tác động của BĐKH đến biến động của các đặc trưng GMMH ở khu vực Việt Nam
Cấu trúc của luận án
Cấu trúc của luận án được trình bày như sau:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu đánh giá và dự tính biến động gió mùa mùa hè
Chương 2: Phương pháp và số liệu nghiên cứu
Chương 3: Đánh giá biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè
Chương 4: Dự tính biến động của một số đặc trưng gió mùa mùa hè
Kết luận và kiến nghị
Trang 19CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐÁNH GIÁ
VÀ DỰ TÍNH BIẾN ĐỘNG GIÓ MÙA MÙA HÈ 1.1 Khái quát hoạt động của gió mùa mùa hè
Gió mùa là hệ thống hoàn lưu quy mô lớn có vai trò rất quan trọng trong cân bằng nhiệt, ẩm quy mô toàn cầu, khu vực và có ảnh hướng lớn đến điều kiện thời tiết, khí hậu ở nhiều nơi trên thế giới Do vậy, nghiên cứu về gió mùa là chủ
đề được rất nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm Theo quan điểm cổ điển, tương phản đốt nóng khí quyển - đại dương được xem là nhân tố chính gây ra gió mùa [56] Khu vực gió mùa là khu vực có hoàn lưu của khí quyển trên một phạm
vi rộng lớn, thịnh hành vào mùa đông và mùa hè có hướng gần như ngược nhau Khromov (1975) đưa ra chỉ tiêu xác định gió mùa: (1) Hướng gió giữa hai mùa phải lệch nhau tối thiểu một góc 120o (được gọi là góc gió mùa); (2) Tần suất gió
thịnh hành tối thiểu là 40% [17, 22] Về sau, chỉ tiêu xác định khu vực gió mùa
được bổ sung [94]: (1) Hướng gió thịnh hành trong tháng 1 và tháng 7 phải lệch nhau một góc lớn hơn hoặc bằng 120o; (2) Tần suất trung bình của hướng gió thịnh hành trong tháng 1 và tháng 7 phải lớn hơn hoặc bằng 40%; (3) Tốc độ gió hợp thành trung bình của ít nhất một trong hai tháng 1 và 7 phải lớn hơn hoặc bằng 3m/s; (4) Sự luân phiên của hoàn lưu xoáy thuận/nghịch xảy ra trong tháng
1 và 7 của hai năm liên tiếp, trên một vùng có kích thước 5 kinh/vĩ độ (Hình 1.1)
Theo chu kỳ hàng năm, diễn ra quy luật đổi hướng gió gần như đối lập nhau giữa mùa đông và mùa hè ở mực thấp và trên cao trên khu vực gió mùa châu Á Thái Bình Dương (TBD) Cùng với quy luật thay đổi đó, là sự thay đổi về các đặc trưng thời tiết và khí hậu Nguyên nhân của sự thay đổi này là do sự thay đổi của chế độ bức xạ nhiệt từ mặt trời xuống trái đất, dẫn đến những thay đổi của các hệ thống khí áp duy trì theo mùa
Trang 20Hình 1.1 Sơ đồ phân định vùng có gió mùa (Nguồn: Ramage C, 1971) [94] Khu vực châu Á - TBD bao gồm 3 hệ thống GMMH chính: Ấn Độ, Đông
Á và Tây Bắc TBD (Hình 1.2) [106] Hình 1.2 cho thấy, lãnh thổ Việt Nam nằm trong vùng chuyển tiếp của 3 hệ thống GMMH này Do vậy, khi chưa đề cập đến tác động của các nhân tố địa phương, hoạt động của GMMH ở khu vực Việt Nam cũng đã rất phức tạp và chịu chi phối bởi sự mạnh/yếu của các hệ thống gió mùa khác Một số tác giả trong nước cho rằng [16], GMMH ở Việt Nam chịu tác động bởi: (1) Hoàn lưu từ GMMH Ấn Độ; (2) Tây Bắc TBD; (3) Hệ thống hoàn lưu nhiệt đới và cận nhiệt đới bán cầu Nam (BCN)
Hình 1.2 Sơ đồ phân các khu vực gió mùa mùa hè trong hệ thống gió mùa mùa
hè châu Á - TBD: Đông Á, Ấn Độ và Tây Bắc TBD (Nguồn: Wang B, LinHo,
2002) [106]
Trang 21Vào mùa hè ở bán cầu Bắc (BCB), bức xạ mặt trời hoạt động mạnh mẽ và đốt nóng lục địa châu Á được tăng cường Trong thời kỳ này, áp cao lục địa châu
Á không còn nữa và hình thành áp thấp Nam Á có tâm ở khu vực Ấn Độ - Pakistan
Áp thấp Nam Á là áp thấp nóng và phát triển đến độ cao khoảng 3km Đồng thời trên khu vực Bắc TBD, áp thấp Aleut nhường chỗ cho áp cao Bắc TBD Ở bán cầu Nam, tồn tại dải áp cao cận chí tuyến với trung tâm nằm trên đại lục châu Úc [13] Trong đó, vai trò của dải áp cao nội chí tuyến này là trung tâm phát gió; áp thấp Nam Á và dải áp thấp nội chí tuyến ở BCB đóng vai trò là trung tâm hút gió Khi
đó, chi phối ở mực thấp là đới gió Tây Nam (gió mùa mùa hè) ở quy mô lớn từ khu vực Đông Phi đến đến Phillipine và khu vực Đông Á
Trên lãnh thổ Việt Nam, đặc điểm nổi bật vào mùa hè là sự chi phối của gió mùa Tây Nam ở mực thấp hay còn gọi là GMMH [1, 4, 17, 26] Gió mùa Tây Nam có nguồn gốc từ vùng xích đạo ÂĐD; chủ yếu là dòng vượt xích đạo và một phần là phát sinh tại chỗ Một số tác giả đã chỉ ra, hoàn lưu GMMH ở khu vực Việt Nam là một phần mở rộng về phía Đông của GMMH Ấn Độ [16] Khi mở rộng đến Việt Nam, đới gió này bị biến tính đáng kể do tác động của các nhân tố địa phương (địa hình, lãnh thổ trải dài trên nhiều vĩ độ, tương tác với các hoàn lưu gió khác) Do vậy, tác động của GMMH có sự phân hóa theo không gian Trong
đó, bản chất khối khí xích đạo nóng ẩm và gây mưa của GMMH được thể hiện nhất ở khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ [16] Bên cạnh chịu tác động của GMMH, khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ còn chịu sự tác động của đới gió Tây có nguồn gốc từ áp thấp nóng Nam Á và có nguồn gốc ngoại nhiệt đới [16] Khi áp thấp nóng Nam Á hoạt động mạnh, có thể gây ra kiểu thời tiết khô nóng cực đoan như đợt nắng nóng vào đầu tháng 6 năm 2017 ở Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Tuy nhiên, gió Tây có nguồn gốc từ áp thấp nóng Nam Á không duy trì ổn định Ngoài ra, khu vực Bắc Bộ và Trung Bộ còn chịu sự tác động của đới gió Đông Nam có nguồn gốc từ đới gió Tây Nam đổi hướng khi dịch chuyển lên phía Bắc và từ rìa phía Nam của áp cao Bắc TBD [16] Do các nhân tố địa phương và quy mô lớn
Trang 22này, hệ quả thời tiết trong mùa GMMH ở khu vực Việt Nam có sự phân hóa theo không gian sâu sắc và biến động mạnh mẽ
GMMH bắt đầu hoạt động trong khoảng thời gian từ nửa cuối tháng 4 đến đầu tháng 5 [10, 16] Trong giai đoạn đầu, áp thấp Nam Á phát triền về phía Đông
và dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ) có trục vượt sang BCB Ở mực trên cao, dòng xiết gió Tây cận nhiệt đới suy yếu và chỉ còn nhánh phía Bắc cao nguyên Tây Tạng [16] Thời kỳ hoạt động mạnh mẽ nhất của GMMH diễn ra từ tháng 6 đến tháng
7 [16] Trong thời gian này, gió Tây Nam trong lớp khí quyển tầng thấp (lên tới
độ cao 5km) chi phối trên khu vực rộng lớn từ Đông Phi mở rộng sang Phillip ine Trong thời gian này, ITCZ có trục ngang qua khu vực Bắc Bộ Tiếp theo đó là giai đoạn suy yếu của GMMH diễn ra vào khoảng từ cuối tháng 8 đến cuối tháng
9, với sự dịch chuyển của ITCZ về phía Nam [16] Tháng 10 là tháng chuyển tiếp
từ mùa hè sang mùa đông, với những diễn biến phức tạp của các hệ thống thời tiết Trong tháng 10, về cơ bản GMMH đã kết thúc, ITCZ ở khoảng 6oN [16]
Diễn biến mùa mưa ở nhiều vùng khí hậu cũng có sự tương đồng với hoạt động của GMMH [16], sớm nhất vào cuối tháng 4 đến đầu tháng 5 ở Bắc Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ Ngược lại, diễn biến mưa là rất khác ở khu vực dải duyên hải ven biển Trung Bộ Các tháng đầu mùa là thời kỳ có lượng mưa rất thấp ở khu vực Trung Bộ Mùa mưa ở khu vực này bắt đầu diễn ra vào khoảng tháng 9 và tăng rất nhanh, kéo dài đến tháng 11 - tháng 12 hoặc có thể đến tháng 1 năm sau Khu vực Bắc Trung Bộ, đỉnh điểm của mưa thường vào tháng 9 - tháng 10; vào tháng 10 - tháng 11 ở Nam Trung Bộ Một số nghiên cứu đã khẳng định, mưa ở khu vực Trung Bộ chủ yếu do hoạt động của không khí lạnh và nhiễu động (XTNĐ, ITCZ) mang lại [8, 16, 148] Khu vực Tây Nguyên, mùa mưa gắn với thời kỳ hoạt động của GMMH Đối với khu vực Nam Bộ, mùa mưa vẫn tiếp tục kéo dài khi mùa GMMH đã kết thúc [16]
Trang 231.2 Các nghiên cứu trên thế giới
1.2.1 Đánh giá biến động gió mùa mùa hè
Nghiên cứu biến động của GMMH là một chủ đề thu hút rất nhiều nhà khoa học trên thế giới và được thực hiện từ rất sớm với những nghiên cứu đầu tiên được thực hiện vào năm 1686 của Hadley Rất nhiều nghiên cứu về biến động của GMMH đã được thực hiện cho các khu vực gió mùa châu Á – TBD Trong đó, các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào các loại biến động chính của GMMH [107]:
(1) Biến động nội mùa (Intraseasonal Variability - ISV); (2) Biến động năm (Interannual Variability - IAV); (3) Biến động thập kỷ (Interdecadal Variability -
IDV) Đến nay, rất nhiều công trình nghiên cứu về biến động của GMMH ở khu
các khu vực GMMH điển hình đã được thực hiện Mặc dù vậy, các nghiên cứu biến động của các đặc trưng GMMH ở khu vực Đông Nam Á còn nhiều hạn chế [90]
Biến động ISV: Biến động ISV của GMMH được thể hiện qua chu kỳ
tăng/giảm của đặc trưng GMMH so với trung bình mùa [105] Nhìn chung, biến động ISV của các đặc trưng GMMH là có tính biến động qua các năm; có năm biến động ISV rõ ràng và cũng có năm biến động không nhiều [105] Các nghiên cứu biến động ISV của GMMH được thực hiện từ rất sớm, có thể kể đến nghiên cứu cho khu vực Ấn Độ được thực hiện từ năm 1886 [37] Trong nghiên cứu này, biến động ISV của lượng mưa GMMH được cho rằng có quan hệ chặt chẽ với biến động của hoàn lưu gió mực thấp Năm 1971, dao động MJO được phát hiện [76] Từ đó, các nghiên cứu biến động ISV của GMMH được rất nhiều nhà khoa học quan tâm [52, 105] Một số nghiên cứu đã khẳng định, biến động ISV của GMMH Ấn Độ gắn liền với dao động MJO [39, 40, 77, 105] Biến động ISV được thể hiện ràng qua các quá trình phát triển của GMMH (sự bắt đầu, tăng cường, gián đoạn, cao điểm, hoạt động lại, kết thúc) [39, 52, 105] Trên khu vực châu Á, quá trình bắt đầu - tăng cường GMMH gắn liền với quá trình phát triển hoàn lưu gió mực thấp, dải mưa [39, 86, 105] và các nhiễu động (ITCZ, xoáy thuận) [97, 105] Ngược lại, giai đoạn xảy ra gián đoạn GMMH thường gắn liền với sự thay
Trang 24đổi hoàn lưu và hình thành xoáy nghịch [97] Mức độ biến động và quá trình dịch chuyển của các đặc trưng GMMH thường được thể hiện một cách rõ nét thông qua các phương pháp phân tích thống kê (độ lệch, phương sai, độ lệch tiêu chuẩn, phân tích trực giao) so với trung bình mùa [39, 105] Đối với các khu vực GMMH châu Á - TBD, biến động ISV có những đặc điểm khác nhau ở quy mô lớn
Biến động ISV của GMMH Ấn Độ được thể hiện qua diễn biến của đới gió Tây Nam, dải mưa và ITCZ [105] Quá trình bắt đầu - tăng cường thường trải qua khoảng từ 3 đến 4 tuần để chi phối toàn bộ khu vực GMMH Ấn Độ (kể từ ngày
31 tháng 5 bắt đầu ở khu vực Kerala đến giữa tháng 6 để chi phối ở khu vực miền Trung Pakistan) Trong giai đoạn đầu, ITCZ và rãnh gió mùa (MT) ở Nam Á dịch chuyển lên phía Bắc cao hơn so với ở khu vực Tây Bắc TBD Trong thời kỳ cao điểm gió mùa, dải mưa do ITCZ và MT dịch chuyển lên phía Bắc; đồng thời hình thành một dải mưa mới ở phía Nam (khu vực xích đạo) [52]
Biến động ISV của GMMH Đông Á được thể hiện qua biến động của hệ thống front Meiyu - Baiu [39, 40, 105] Đối với khu vực Tây Bắc TBD, biến động ISV được phản ánh qua sự dịch chuyển của ITCZ [105] Sự dịch chuyển của dải mưa xích đạo và ITCZ diễn ra trong khoảng từ 5oN đến 25oN Cường độ GMMH đạt cực đại khi ITCZ dịch chuyển cao nhất lên phía Bắc vào tháng 7 (khoảng
25oN) Khi đó, áp cao Bắc TBD dịch chuyển lên phía Bắc Đồng thời, xuất hiện một dải mưa nằm ở phía Bắc trục ITCZ, dải mưa này được tách ra từ ITCZ Sau khi tách ra từ ITCZ, dải mưa này tiếp tục dịch chuyển nhảy vọt đi lên phía Bắc [86] Biến động ISV của dải mưa này trải qua 3 giai đoạn duy trì ổn định và 2 giai đoạn nhảy vọt [47] Sự nhảy vọt của dải mưa này gắn liền với biến động hoàn lưu quy mô lớn trong hệ thống front Meiyu-Baiu, dòng xiết gió Tây trên cao và áp cao Bắc TBD Trong giai đoạn phát triển ổn định, dải mưa này gây ra lượng mưa nhiều nhất và là thời kỳ cao điểm mùa mưa (các lần cực đại lượng mưa) Trong
đó, lần cực đại đầu tiên xuất hiện vào khoảng từ tháng 5 đến giữa tháng 6, là thời
kỳ đầu mùa mưa ở khu vực Đông Nam Trung Quốc - Đài Loan Giai đoạn cực đại thứ hai xảy ra vào khoảng từ giữa tháng 6 đến giữa tháng 7, là mùa mưa Meiyu -
Trang 25Baiu - Changma Giai đoạn cực đại thứ 3 xảy ra vào khoảng từ giữa tháng 7 đến giữa tháng 8, là giai đoạn mùa mưa ở Đông Bắc Trung Quốc và Tây Bắc TBD
Kể từ cuối tháng 8 đến đầu tháng 9, dải mưa GMMH dịch chuyển nhanh xuống phía Nam Trung Quốc, đánh dấu giai đoạn kết thúc GMMH Đông Á [47] Nhìn chung, mùa mưa ở khu vực Đông Á ngắn và cường độ mưa yếu hơn khu vực Nam
Á và Tây Bắc TBD [109]
Biến động IAV: Biến động IAV của GMMH là sự thay đổi hàng năm so
với trạng thái trung bình nhiều năm [119] Trên khu vực gió mùa châu Á - TBD, biến động IAV của GMMH có sự phân hóa theo không gian Do vậy, hình thành các hệ thống GMMH khác nhau trên khu vực [106] Trên khu vực GMMH châu
Á - TBD, biến động IAV của lượng mưa chịu sự chi phối rõ ràng bởi biến động của các đặc trưng quy mô lớn [48, 119] Mối quan hệ thống kê giữa hoàn lưu GMMH và hệ quả mưa là căn cứ quan trọng trong xây dựng mô hình thống kê dự báo khí hậu mùa [52, 70] Về tính chất, biến động IAV của GMMH là dạng dao động tựa hai năm một lần (TBO) [119] Về mặt định lượng, mức độ biến động IAV thường được xác định thông qua các đặc trưng thống kê như độ lệch (dị thường), độ lệch tiêu chuẩn, biến suất, phương sai [46]
Các nghiên cứu đầu tiên về biến động IAV của GMMH chủ yếu tập trung
ở khu vực GMMH Ấn Độ Tiếp đó, nhiều nghiên cứu biến động IAV của GMMH Đông Á và TBTBD [46, 119] Tổng hợp từ các nghiên cứu cho thấy, các đặc trưng chủ yếu được xác định thông qua chỉ số GMMH (bắt đầu, kết thúc, gián đoạn, độ dài mùa), các đặc trưng quy mô lớn (hoàn lưu, đối lưu) và hệ quả mưa Bên cạnh
đó, các nghiên cứu biến động IAV cũng thường xem xét đến các nhân tố tác động như các trung tâm khí áp (áp cao Bắc TBD, áp thấp Nam Á, áp cao BCN) hoặc các nhân tố khác (ENSO, SST, TBO, MJO) Đặc biệt, một số nghiên cứu gần đây
có xem xét vấn đề tác động của sự gia tăng nồng độ KNK gây ấm lên toàn cầu với biến động IAV của GMMH [119]
ENSO được xem là nhân tố quan trọng gây ra biến động IAV của GMMH [34, 69, 71, 90, 99, 116, 117] Tác động của ENSO đến biến động của GMMH
Trang 26cũng có sự phân hóa theo không gian [34, 119] Tác động của ENSO đến hoạt động của GMMH thông qua cơ chế trong mô hình phân lớp vận tải ẩm ở khu vực châu Á - TBD trong hoàn lưu Walker [115, 116] Một số nghiên cứu cho thấy, mối quan hệ giữa ENSO và biến động GMMH ở có xu thế yếu đi [70], đặc biệt là
ở khu vực GMMH Ấn Độ [67, 71] Trên khu vực Tây Bắc TBD, mối quan hệ của ENSO với hoạt động của GMMH được duy trì ổn định hơn [109] Trên khu vực Đông Nam Á, một số nghiên cứu đánh giá biến động IAV của GMMH đã được thực hiện ở Indonesia [57] và Thái Lan [90]
Biến động IDV: Biến động IDV thường được xem xét trong một thời gian
dài, lên tới hàng trăm năm [46, 53, 54] Các nghiên cứu biến động IDV của GMMH trên khu vực châu Á - TBD đã được thực hiện từ khá sớm [38, 84, 99, 117] Yêu cầu quan trọng trong các nghiên cứu biến động IDV là bộ số liệu phải
đủ dài Do vậy, số lượng các nghiên cứu biến động IDV của GMMH còn nhiều hạn chế hơn so với ở quy mô nội mùa và năm [53, 54] Thực tế, số liệu quan trắc
bề mặt (nhiệt độ, lượng mưa) có thể kéo dài đến trên 140 năm Tuy nhiên, số liệu khí quyển chỉ kéo dài khoảng 50 năm [46]
Biến động IDV được cho là nhân tố chi phối biến động IAV của các đặc trưng GMMH [53, 122] Do vậy, các nghiên cứu biến động IDV của GMMH có vai trò quan trọng đối với bài toán dự báo mùa Tỷ trọng đóng góp của biến động IDV đối với biến động IAV của GMMH châu Á là khoảng 20 đến 35% [122] Đánh giá dựa trên số liệu thời kỳ 1871 – 2000 cho thấy, biến động IDV của GMMH Ấn Độ có chu kỳ khoảng 55 - 60 năm [53] Biến động IDV của GMMH Đông Á có chu kỳ 60 - 70 năm [46] Sự gia tăng biến động IDV của GMMH Đông
Á được nhận thấy rõ ràng vào các thập kỷ 1960s, 1970s và 1990s [46]
Tóm tắt kết quả từ một số nghiên cứu tiêu biểu:
Thông qua việc sử dụng chỉ số thống kê (STD và Cv), biến động của GMMH Ấn Độ đã được đánh giá [85] Các tác giả cho rằng, biến động ISV là một đặc điểm rất nổi bật của GMMH Ấn Độ và không ổn định qua các năm Trong giai đoạn nghiên cứu, biến động IAV và IDV mạnh mẽ xảy ra trong nhiều giai
Trang 27đoạn Một số tác giả khác so sánh biến động ISV với IAV ở khu vực GMMH châu
Á - TBD (Hình 1.3) [105] Các tác giả cho rằng, biến động ISV và IAV lượng mưa GMMH diễn ra mạnh mẽ nhất trong khu vực dưới 20oN Trong đó, biến động ISV là mạnh mé hơn rõ ràng so với IAV, với chênh lệch chỉ số STD từ 0 đến 2,0 mm/ngày
Biến động ISV của GMMH Ấn Độ được thể hiện qua sự dịch chuyển của dải mây đối lưu từ vùng vĩ độ thấp đi lên vĩ độ cao có chu kỳ khoảng 20 - 25 ngày [105] Hình 1.3a cho thấy, dải mây đối lưu gần như không phát triển ở khu vực
Ấn Độ trước khi GMMH bắt đầu Trong thời gian này, dải mây đối lưu chủ yếu phát triển ở khu vực từ 10oS đến 5oN Điều này cho thấy, ITCZ thống trị ở khu vực xích đạo và chưa ảnh hưởng đến khu vực đất liền Từ cuối tháng 5 đến cuối tháng 6, dải mây đối lưu phát triển rất mạnh mẽ ở khu vực 10 - 20oN Thời gian này là thời kỳ bắt đầu-tăng cường GMMH Ấn Độ, dải mây đối lưu phát triển mạnh
và tồn tại ở khu vực phía Nam trong khoảng 20 - 25 ngày Đến giữa tháng 7 là thời kỳ phát triển mạnh mẽ của GMMH Ấn Độ, dải mây này có thể phát triển lên đến khoảng 30oN Tuy nhiên, trong thời kỳ cao điểm của GMMH là thời kỳ suy giảm mây đối lưu ở phía Nam của Ấn Độ (Hình 1.3a) [105]
Trên khu vực Đông Á, từ đầu tháng 5, hình thành dải mây Meiu - Baiu sớm nhất ở phía Nam Trung Quốc, sau đó mở rộng dần lên phía Bắc, lên tới 40oN vào khoảng giữa tháng 7 Khi dải mây lên vĩ độ cao nhất, là thời kỳ bắt đầu suy giảm
ở khu vực phía Nam Trung Quốc, theo thời gian sự suy giảm này lan tới 40oN vào đầu tháng 8, cũng là thời kỳ bắt đầu kết thúc GMMH ở khu vực Nhật Bản - Hàn Quốc Ngay sau khi đạt đỉnh và suy yếu, dải mây này dịch chuyển xuống phía Nam (Hình 1.3b) [105]
Như vậy, biến động ISV của GMMH ở Ấn Độ và Đông Á có dạng hai cực đại và hai cực tiểu Trên khu vực GMMH Ấn Độ, cực đại chính xảy ra từ cuối tháng 5 đến gần cuối tháng 6 ở khu vực 5oN - 20oN; sau đó, dải mây này mở rộng dần lên phía Bắc lên tới 30oN vào giữa tháng 7 Cực đại thứ hai xuất hiện vào khoảng đầu tháng 8 ở phía Nam và mở rộng lên tới khoảng 25oN Xen kẽ hai cực
Trang 28đại là hai thời kỳ cực tiểu của dải mây GMMH Trên khu vực Đông Á, dải mây Mei - Baiu xuất hiện từ khoảng giữa tháng 5 ở Nam Trung Quốc, mở rộng dần lên đến 40oN (vào khoảng giữa tháng 7) Cực đại thứ hai xuất hiện ở phía Nam vào thời kỳ rút lui GMMH (bắt đầu từ đầu tháng 8) Thời kỳ cực tiểu xảy ra vào trước khi đạt cực đại lần đầu và giữa hai lần cực đại
Hình 1.3 Biểu đồ Hovmoeller mô tả diễn biến của dải mây đối lưu trên khu vực (a) 80oE - 90oE (Ấn Độ) và (b) 125oE-135oE (Đông Á) Khoảng cách giữa các đường contour là 0,02 Vùng đổ màu sáng và màu đen lần lượt tương ứng với phần mây 0,02 -0,06 và lớn hơn 0,06 (Nguồn: Waliser, D E 2006) [105] Đặc điểm biến động ISV của lượng mưa GMMH trên khu vực châu Á - TBD được minh họa trên Hình 1.4 cho thấy [105], thời điểm 12,5 ngày (-12,5 ngày) trước khi bùng phát mưa, gió Tây ở mực 850hPa chưa hoạt động ở khu vực Nam Á và áp cao Bắc TBD hoạt động Trong thời gian này, lượng mưa thấp hơn so với trung bình mùa ở hầu hết khu vực Nam Á Lượng mưa lớn hơn so với trung bình mùa xảy ra ở
Trang 29khu vực Biển Đông mở rộng sang phía Đông Philippine (Hình 1.4a) Độ lệch của z500 cho thấy hình thành một vùng thấp ở Bắc Biển Đông Ở mực 200hPa, gió Đông phát triển khá mạnh từ Biển Đông đến Trung tâm TBD (Hình 1.4b) Sang thời điểm bùng phát (0 ngày), hình thế nổi bật là sự đảo ngược phân bố theo không gian của độ lệch lượng mưa so với thời điểm trước Vùng có lượng mưa lớn hơn trung bình mùa bắt đầu xuất hiện ở khu vực xích đạo ÂĐD; thấp hơn xảy ra ở khu vực lục địa Ấn
Độ mở rộng đến phía Đông Philippine Trong thời gian này, hình thành dòng vượt xích đạo ở mực 850hPa Tuy nhiên, đới gió Tây mực 850hPa vẫn yếu hơn so với trung bình mùa (Hình 1.4a) Độ lệch của z500 hình thành vùng xoáy nghịch chi phối
ở khu vực từ Ấn Độ mở rộng sang Biển Đông Ở mực 200hPa, hoàn lưu gió đảo ngược hoàn toàn so với thời điểm 12,5 ngày Sang thời điểm 12,5 ngày (+12,5 ngày), hình thế cơ bản của pha hoạt động vẫn tiếp tục được duy trì Tuy nhiên, vùng chuẩn sai dương của lượng mưa được mở rộng hơn lên phía Bắc, vùng chuẩn sai âm thu hẹp lại, vùng áp cao dịch chuyển dần lên phía Bắc Sau 25 ngày (+25 ngày) so với thời điểm bắt đầu hoạt động, hình thế của pha trước pha hoạt động (-12,5 ngày) lại được lặp lại Như vậy, biến động ISV được thể hiện rất rõ nét với chu kỳ giữa pha hoạt động và pha gián đoạn là khoảng 25 ngày [105]
Trang 30Hình 1.5 Diễn biến độ lệch của một số đặc trưng so với trung bình mùa: a)
Lượng mưa (mm/ngày, đổ màu), gió mức 850hPa (m/s, mũi tên); b) Độ cao
z500 (m, đổ màu) và gió mức 200hPa (m/s, mũi tên) Trong đó: “0 ngày” là thời
điểm bùng phát mưa GMMH; “-12,5 ngày”, “+12,5 ngày” và “+25 ngày” lần
lượt tương ứng với trước 12,5 ngày, sau 12,5 và sau 25 ngày so với thời điểm
bắt đầu bùng phát mưa GMMH (Nguồn: Waliser, D E 2006) [105]
Biến động của GMMH Ấn Độ được thực hiện thông qua phân tích diễn
biến lượng mưa các thời điểm trước, trong và sau khi bùng phát mưa gió mùa
(Hình 1.6) Chỉ tiêu xác định các pha hoạt động khác nhau của GMMH được thực
hiện dựa trên lượng mưa trung bình mùa GMMH (từ tháng 6 đến tháng 9) Biến
động ISV của GMMH có chu kỳ khoảng 30 - 60 ngày Biến động IAV có sự phân
hóa theo không gian, với độ dài mùa lớn nhất là 103 ngày ở Đông Bắc và ngắn
nhất là 75 - 78 ngày ở khu vực Trung tâm Biến động IAV của lượng mưa GMMH
diễn ra mạnh mẽ nhất ở các khu vực phía Bắc, với STD lượng mưa dao động từ
Trang 31113mm đến 132mm; ít biến động nhất ở khu vực phía Nam, với STD của lượng mưa đạt giá trị 98mm Kết quả đánh giá biến động IDV của lượng mưa GMMH cho thấy, thời kỳ biến động mạnh từ 1930 đến 1965 và biến động yếu từ 1895 đến
1930 [85]
Hình 1.6 Biến động nội mùa (trước hoạt động, hoạt động và sau hoạt động) của GMMH Ấn Độ được xác định thông qua lượng mưa ngày (mm) Đường thẳng - liền nét là lượng mưa trong mùa GMMH trung bình nhiều năm ở các vùng khí
hậu Ấn Độ (Nguồn: Munot, A.A và nnk, 2000) [85]
Trang 32Trên khu vực GMMH Đông Á, biến động ISV của lượng mưa GMMH được đánh giá theo số liệu mưa CMAP (Hình 1.7) Biến động của lượng mưa GMMH Đông Á được thể hiện qua các đặc điểm sau [39]:
- Bắt đầu hoạt động xảy ra sớm nhất vào giữa đến cuối tháng 5 ở khu vực Nam Trung Quốc và Đài Loan; đến đầu hoặc giữa tháng 6 ở khu vực Nam Nhật Bản và khu vực sông Dương Tử; muộn nhất vào cuối tháng 6 hoặc đầu tháng 7 ở Bắc Trung Quốc, Hàn Quốc và Bắc Nhật Bản
- Thời kỳ gián đoạn (break) diễn ra trong khoảng 1 tháng, kéo dài từ cuối tháng 6 đến giữa tháng 7 ở khu vực Nam Trung Quốc và Đài Loan; từ cuối tháng
7 đến đầu tháng 8 ở khu vực sông Dương Tử và Nam Trung Quốc; và khoảng nửa tháng ở khu vực Bắc Trung Quốc, Hàn Quốc và Bắc Nhật Bản
- Thời kỳ hoạt động lại (revival) diễn sau ngay sau thời kỳ gián đoạn mưa GMMH, kéo dài từ tháng 8 đến tháng 9 - tháng 10
Theo các tác giả [39], nguyên nhân gây ra biến động ở khu vực Đông Á là
do hệ thống front Meiu-Baiu và XTNĐ Khu vực Nam Trung Quốc - Đài Loan, vai trò của hệ thống front vĩ độ trung bình đóng vai trò quyết định đối với bắt đầu mùa mưa GMMH Tuy nhiên, XTNĐ là nhân tố quyết định đối với giai đoạn hoạt động lại của mưa GMMH Khu vực Hàn Quốc, gián đoạn GMMH xảy ra trong khoảng 2 tuần, trùng với thời điểm suy yếu của hệ thống front Changma và giai đoạn hoạt động lại cũng là thời kỳ hoạt động mạnh của front Changma Khu vực Nhật Bản, biến động của mưa GMMH gắn liền với hoạt động của hệ thống front Baiu và XTNĐ
Trang 33Hình 1.7 Phân bố vĩ hướng-thời gian của lượng mưa CMAP cho các khu vực (a) 120o-125oE, (b) 125o-130oE, và (c)130o-140oE; và biểu đồ lượng mưa các
khu vực tương ứng (d) Đài Loan (20oN-25oN, 120oE–125oE), (e) Hà Quốc
(35oN-40oN, 125oE-130oE), và (f ) Nhật Bản (32,5oN- 40oN, 130oE-140oE) Các pha khác nhau của gió mùa mùa hè ở các khu vực được xác định bởi hoạt động (active), gián đoạn (break) và hoạt động lại (revival) Khoảng cách các đường đẳng trị mưa là 1mm/ngày, các vùng tô màu là vùng có lượng mưa lớn hơn
5mm/ngày (Nguồn: Chen, S và nnk, 2004) [39]
Mô hình Markov (HMM) được ứng dụng trong đánh giá biến động ISV và IAV của GMMH châu Á [121] Chỉ tiêu về lượng mưa quy mô hậu được sử dụng
để đại diện cho hoạt động của GMMH châu Á Các tác giả cho rằng, HMM là một công cụ phù hợp cho việc xác định sóng chính trong mùa GMMH châu Á Biến
Trang 34động ISV của GMMH châu Á lan truyền theo hướng mở rộng về phía Đông - Bắc, với dạng sóng có chu kỳ 40 - 50 ngày Mức độ biến động ISV được thể hiện qua kết quả tính toán phương sai của lượng mưa Kết quả nghiên cứu này cũng phù hợp với các tác giả trước đó dựa theo số liệu OLR (Lau và Chan, 1986; Lawrence
và Webster, 2001) Đối với biến động IAV, các đánh giá tập trung vào biến động trong các pha ENSO (dựa trên chỉ số Nino3.4) Dị thường thiếu hụt mưa trong mùa hè El Nino là rõ ràng Tuy nhiên, dị thường mưa không có xu thế rõ ràng trong mùa hè La Nina
1.2.2 Dự tính biến động của các đặc trưng gió mùa mùa hè
Hệ thống khí hậu toàn cầu được dự tính có những thay đổi đáng kể trong tương lai Đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình toàn cầu có thể tăng thêm 4oC
so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP8.5 [62] Sự gia tăng nồng độ khí nhà kính theo các kịch bản phát thải có tác động đến biến động GMMH [36, 62, 67, 79, 82] Cùng với xu thế ấm lên toàn cầu trong tương lai theo các kịch bản, hoạt động của GMMH châu Á được dự tính biến đổi khác nhau ở các khu vực Theo IPCC, thời điểm bắt đầu gió mùa mùa hè sớm hơn và kết thúc muộn hơn dẫn đến sự chậm pha của mùa mưa [62] Nhìn chung, các nhận định về biến động của GMMH trong tương lai theo các phương án kịch bản nồng độ KNK còn ở mức độ chưa chắc chắn cao [32, 62] Điều này là do sự không đồng nhất cao giữa các phương
án mô hình trong dự tính biến động GMMH [32, 61, 62, 70, 78] Hay nói cách khác, vẫn tồn tại hạn chế trong việc nắm bắt được các quá trình động lực có thể dẫn đến sự thay đổi của hệ thống khí hậu của các mô hình Ví dụ như các mô hình chưa nắm bắt được các quá trình hồi tiếp trong khí quyển do sự gia tăng nồng độ KNK Do vậy, dẫn đến sự sai khác nhau giữa các kết quả mô hình và có thể là các kết quả chưa chính xác Hơn nữa, tính chưa chắc chắn ở đây còn liên quan đến tính chưa chắc chắn của các kịch bản nồng độ KNK
Nhiều nghiên cứu so sánh chất lượng mô phỏng khí hậu bằng hệ thống mô hình CMIP5 và CMIP3 đã được thực hiện [62, 74, 98, 101, 110] Những cải tiến
rõ ràng về mặt vật lý mô hình, sơ đồ sol khí và độ phân giải đã được công bố
Trang 35[101], cùng với các đánh giá kỹ năng mô phỏng của hệ thống mô hình CMIP5
Kỹ năng nắm bắt hoạt động của GMMH châu Á, Úc và Tây Bắc TBD trong mô hình CMIP5 đã được cải thiện đáng kể so với CMIP3 [74, 110]
Do khác nhau về phân bố lục địa - đại dương và các nhân tố địa phương, biến đổi của GMMH trong tương lai do sự ấm lên toàn cầu là không đồng nhất giữa các khu vực [32, 41, 51, 102] Xu thế chung là lượng mưa GMMH được dự tính gia tăng cùng với sự ấm lên toàn cầu theo các kịch bản nồng độ KNK Đồng thời, lượng ẩm trong khí quyển và biến động lượng mưa GMMH được dự tính gia tăng trong tương lai [41, 60, 68, 70, 79, 81] Tuy nhiên, dòng vượt xích đạo và hoàn lưu kinh hướng vùng nhiệt đới trong mùa GMMH được dự tính yếu đi [100, 103] Các tác giả cho rằng, sự gia tăng lượng ẩm trong bầu khí quyển khiến lượng mưa tăng Dòng vượt xích đạo và hoàn lưu kinh hướng hướng vùng nhiệt đới giảm
là do gradient nhiệt độ kinh hướng giảm (nhân tố nhiệt lực) [32] Sự ấm lên của các đại dương khiến gia tăng hội tụ ẩm ở mực thấp và gia tăng lượng mưa trong mùa GMMH ngay cả khi hoạt động của đới gió Tây Nam yếu đi [43, 80, 103] Các hiện tượng cực đoan do mưa lớn trong mùa GMMH cũng được dự tính gia tăng trong tương lai theo các kịch bản KNK [32, 33, 60, 66, 74] Biến động lượng mưa trong mùa GMMH ở ngưỡng mưa nhỏ đến trung bình không có xu thế biến đổi rõ ràng [55, 67] Bên cạnh đó, một số nhận định cho thấy nguy cơ mùa hè sẽ khô hơn trong tương lai do quá trình hồi tiếp động lực (dynamical feedback) trong bối cảnh gia tăng nồng độ KNK [33, 36]
Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào dự tính biến động IAV của GMMH Trong khi đó, rất ít các nghiên cứu đánh giá về biến động ISV Một trong số các nghiên cứu biến động ISV của một số đặc trưng GMMH đã được thực hiện dựa vào các kết quả mô hình CMIP3 [78], dự tính gián đoạn GMMH tăng cường về tần suất và độ dài Sau này, với những cái tiến đáng kể của hệ thống mô hình CMIP5, nhiều nghiên cứu dự tính biến động GMMH đã được thực hiện Kết quả
tổ hợp 20 mô hình CMIP5 [74] vào cuối thế kỷ 21 cho thấy, gió mùa mùa hè Châu
Á có xu thế bắt đầu sớm hơn và kết thúc muộn hơn so với hiện tại Đồng thời
Trang 36cường độ gió mùa mùa hè vào cuối thế kỷ cũng mạnh hơn Vùng hoạt động của gió mùa sẽ mở rộng sang phía Đông Sự biến động này có tương quan chặt chẽ với sự biến động của ENSO Lượng mưa và các hiện tượng cực đoan mưa lớn trong mùa GMMH được dự tính gia tăng; tăng nhiều nhất theo kịch bản RCP8.5 [66] Trên khu vực Đông Á, dự tính biến động theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 [93] cho thấy, biến động ISV của GMMH gia tăng trong tương lai Kết quả nghiên cứu cho thấy, biến động IAV của lượng mưa GMMH được dự tính gia tăng về cường độ và mức độ biến động Thời điểm chuyển mùa diễn ra đột ngột hơn tại thời điểm bắt đầu Tuy nhiên, thời điểm bắt đầu sớm/muộn và mức độ biến động của thời điểm bắt đầu được dự tính không biến đổi rõ ràng so với thời kỳ cơ sở
Dự tính biến động IAV của GMMH ở khu vực Ấn Độ vào cuối thế kỷ 21 theo kịch bản RCP8.5 từ sản phẩm của 20 mô hình CMIP5 [82] đã sử dụng chỉ tiêu về lượng mưa đại diện cho hoạt động của GMMH Chỉ số thống kê STD được
sử dụng để xác định mức độ biến động IAV của GMMH Dự tính biến động IAV của GMMH được thực hiện bằng cách so sánh chỉ số STD trong tương lai (2050-2100) với STD trong quá khứ (1900-1950) Minh họa kết quả được trình bày trên Hình 1.8 cho thấy hầu hết các phương án (17/20 phương án mô hình) đều dự tính gia tăng biến động GMMH vào nửa cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ quá khứ Trong
đó, biến động IAV được dự tính gia tăng đáng kể nhất theo kịch bản RCP8.5, với mức độ tăng của chỉ số STD lên tới 60% (theo phương án mô hình: FGOALS-s2, BCC-CSM1.1, HadGEM2-ES) Mức độ biến động IAV của GMMH là thấp hơn hoặc thậm chí giảm theo các phương án kịch bản RCP2.6 và RCP4.5
Trang 37Hình 1.8 Dự tính biến đổi (%) của chỉ số STD (ký hiệu là std) lượng mưa GMMH vào nửa cuối thế kỷ 21 (2050-2100) so với nửa đầu thế kỷ 20 (1900-1950) theo kịch bản RCP8.5 (đỏ), RCP6.0 (cảm), RCP4.5 (xanh lá cây), RCP2.6
(xanh lam) (Nguồn: Menon, A và nnk, 2013) [82]
Trên cơ sở 20 mô hình CMIP5 như trong nghiên cứu [82], một số tác giả khác đã thực hiện đánh giá mô phỏng khí hậu thời kỳ 1951-1999 và lựa chọn 4 phương án mô hình có kỹ năng mô phỏng tốt nhất để thực hiện dự tính biến động ISV và IAV của GMMH ở khu vực Ấn Độ thời kỳ 2051-2099 theo kịch bản RCP8.5 [95] Trong nghiên cứu này, các tác giả đã lựa chọn 4 phương án mô hình
Trang 38và 1 phương án tổ hợp để đưa ra dự tính biến động Cùng với sự gia tăng nồng độ KNK theo kịch bản RCP8.5, biến động IAV của GMMH được dự tính gia tăng vào nửa cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ quá khứ Kết quả này là phù hợp với nghiên cứu của các tác giả trước đó [82] cho khu vực Ấn Độ Mức độ biến động IAV được dự tính gia tăng trong cả trường hợp GMMH hoạt động mạnh và GMMH hoạt động yếu (Hình 1.8) Một điểm đáng lưu ý, gia tăng biến động GMMH có thể liên quan đến tác động của tác động của sự ấm lên toàn cầu đối với hoạt động của ENSO [95] đã được đề cập đến trong nghiên cứu khác
Hình 1.8 Dự tính biến động IAV của chỉ số GMMH (%) trong thời kỳ
2051-2099 so với thời kỳ 1951-1999 theo kịch bản RCP8.5 trong các năm có cường
độ GMMH mạnh và yếu (mạnh - màu xanh; yếu - màu đỏ) từ 4 phương án mô hình và phương án tổ hợp (B4MMM) (Nguồn: S Sharmila và nnk, 2015) [95] Trên cơ sở chỉ số RI [95], biến động ISV của GMMH Ấn Độ được dự tính gia tăng trong tương lai do sự gia tăng của các hiện tượng cực đoan mưa lớn Kết quả dự tính biến động ISV cho thấy, gia tăng biến động đối với mưa vừa (RI trong khoảng 10-40 mm/ngày) và mưa lớn (RI lớn hơn 40 mm/ngày); giảm biến động đối với mưa nhỏ (RI nhỏ hơn 10 mm/ngày) Bên cạnh đó, tính toán đối với dao động 10-90 ngày cho thấy, chu kỳ dưới 30 ngày được dự tính giảm; tăng với chu
kỳ trên 30 ngày Số đợt hoạt động của GMMH ở quy mô thời gian ngắn được dự
Trang 39tính giảm từ 5 đến 15%; tăng từ 8 đến 18% đối với số đợt có quy mô thời gian dài hơn Số đợt gián đoạn GMMH ở quy mô thời gian ngắn và dài đều được dự tính gia tăng, với mức tăng từ 10 đến 20%
Một số nghiên cứu khác sử dụng mô hình khí hậu khu vực (RCM) trong nghiên cứu dự tính biến động GMMH ở khu vực Đông Á [58] và Đông Nam Á [35] Với mô phỏng (1976-2005) và dự tính (2070-2099) bằng mô hình RegCM4
sử dụng số liệu đầu vào từ GFDL-ESM2M theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 [58] cho thấy, lượng mưa và mức độ biến động được dự tính gia tăng trong tương lai
ở Đông Á Trên khu vực Đông Nam Á, lượng mưa trong thế kỷ 21 được dự tính
là tăng lên ở phần phía Bắc (từ vĩ tuyến 20o Bắc trở ra); giảm đi ở phía Nam; gió Tây mực 850hPa được tăng cường [35]
1.3 Các nghiên cứu ở trong nước
Nghiên cứu GMMH là một chủ đề khoa học quan trọng và thu hút nhiều nhà khoa học trong nước quan tâm Các nghiên cứu đầu tiên được thực hiện từ rất sớm và đã đúc kết được những nét đặc trưng cơ bản của GMMH ở Việt Nam [27] Sau này, nhiều nghiên cứu khác đã được thực hiện dựa trên bộ số liệu dài hơn và đầy đủ hơn Hoạt động của GMMH có liên quan chặt chẽ với hoạt động của các trung tâm tác động [1, 11, 13, 17, 22, 28, 29] Trong các chủ đề về GMMH, chủ
đề nghiên cứu thời điểm bắt đầu hoạt động [5, 24, 49, 118] và bắt đầu mùa mưa [6, 50] đã thu hút nhiều nhà khoa học Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu đã đề cập đến vấn đề về hệ quả mưa GMMH [6, 44] và mối quan hệ với ENSO [2, 15, 16,
25, 26] Một số nghiên cứu đã đề xuất chỉ tiêu và chỉ số xác định đặc trưng GMMH
ở khu vực Việt Nam [5, 18, 19, 12, 25, 49, 44, 118], cũng như dự báo hoạt động của GMMH [10]
1.3.1 Các nghiên cứu về đánh giá biến động của gió mùa mùa hè
Nghiên cứu đánh giá biến động GMMH là một khía cạnh vẫn còn khá mới
mẻ, nổi bật hơn cả là các đánh giá biến động IAV trong các pha ENSO Tác động của ENSO đến GMMH là quá trình tác động gián tiếp thông qua sự biến đổi của hoàn lưu Walker [15] Các nghiên cứu đã cho thấy, hoàn lưu Walker hoạt động
Trang 40mạnh hơn trong pha La Nina và yếu hơn trong pha El Nino Những thay đổi về hoàn lưu quy mô lớn tương ứng với các pha ENSO, dẫn đến những hệ quả thời tiết khác nhau và tác động của các pha ENSO thường mang tính trễ pha [26] Biến động ISV của hoàn lưu GMMH cũng đã được đề cập thông qua đánh giá quá trình tăng cường/suy yếu gió mùa Tây Nam [7] và các chỉ số gió mùa [2, 25, 26] Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ đánh giá cho khu vực nhỏ [25, 26] hoặc sử dụng chỉ số chưa kiểm chứng tính phù hợp [2]
Trên cơ sở số liệu mưa CMAP, hoàn lưu gió và OLR của NCEP/NCAR, các đánh giá tác động của ENSO đến biến động của GMMH ở khu vực Nam Bộ [26] cho thấy, có sự ảnh hưởng trễ pha từ 1 đến 3 tháng của ENSO đến biến động GMMH và lượng mưa GMMH biến động mạnh hơn trong giai đoạn hậu ENSO
so với giai đoạn ENSO phát triển Lượng mưa GMMH giảm trong mùa hè El Nino
và tăng trong mùa hè La Nina; tuy nhiên tác động của ENSO không đồng đều giữa các tháng Trong những năm ENSO được thiết lập, biến động lượng mưa GMMH
có sự phân hóa giữa khu vực Đông và Tây Nam Bộ
Nghiên cứu dựa trên số liệu U850hPa của NCAR/NCEP thời kỳ 1950 -
2010, các đặc trưng GMMH có biến động qua các năm [2] Trong đó, ngày bắt đầu GMMH có xu thế đến sớm và ngày kết thúc có xu thế đến muộn dần, dẫn đến
độ dài mùa có xu thế gia tăng Số nhịp GMMH có xu thế tăng, nhưng không rõ ràng; cực đại số nhịp là 18 và 13 vào các năm 1998 và 2010; cực tiểu số nhịp là 2
và đều xảy ra vào thời kỳ đầu và giữa giai đoạn nghiên cứu Tác giả cũng cho rằng, cường độ GMMH có xu thế yếu dần và biến động mạnh mẽ qua các năm
1.3.2 Các nghiên cứu về dự tính biến động gió mùa mùa hè
Ở Việt Nam, bài toán dự tính khí hậu được quan tâm nghiên cứu với các kết quả dự tính chủ yếu dựa vào mô hình thống kê Cùng với sự phát triển mạnh
mẽ của khoa học tính toán, nhiều nghiên cứu dự tính khí hâ dựa trên các phương
án mô hình động lực hiện đại đã được thực hiện [3, 9, 65] Gần đây, các kết quả nghiên cứu dự tính khí hậu bằng mô hình động lực đã được công bố trong kịch bản quốc gia về biến đổi khí hậu [19]