Tác động của biến đổi khí hậu tới bão nhiệt đới trên toàn cầu

Tác động của biến đổi khí hậu tới bão nhiệt đới trên toàn cầu
Tác giả: Robert Mendelsohn 1 *, Kerry Emanuel 2, ShunChonabayashi 1
và Laura Bakkensen 1

Một trong những tác động của phát thải khí nhà kính là việc gia tăng các
thiệt hại do các hiện tượng thời tiết cực đoan. Trong nghiên cứu này, nhóm tác
giả nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới các thiệt hại do bão nhiệt đới.
Nghiên cứu cho thấy kể cả trong trường hợp không bị tác động bởi biến đổi khí
hậu thì sự gia tăng thu nhập trong tương lai cũng có thể làm tăng gấp đôi thiệt
hại do bão nhiệt đới. Biến đổi khí hậu được dự đoán là yếu tố làm gia tăng tần số
của các cơn bão có cường độ cao trong một số hải vực được lựa chọn nghiên
cứu tùy thuộc vào mô hình khí hậu. Biến đổi khí hậu cũng làm gia tăng gấp đôi
thiệt hại kinh tế, tuy nhiên các kết quả này phụ thuộc vào các tham số tính toán
thiệt hại. Hầu như tất cả các thiệt hại do bão nhiệt đới dưới tác động của biến đổi
khí hậu có xu hướng tập trung ở các khu vực Bắc Mỹ, Đông Nam Á và khu vực
Trung Mỹ và Caribbean. Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm cung cấp một
khuôn khổ để kết hợp cơ sở khoa học khí quyển và kinh tế học, tuy nhiên một số
tác động chưa được mô hình hóa, bao gồm cả mực nước biển dâng cao và khả
năng thích ứng.
Mặc dù hiện nay có một số nghiên cứu cho rằng biến đổi khí hậu đã có tác
động lớn tới bão nhiệt đới, trong khi một số nghiên cứu khác cho rằng chưa đủ
bằng chứng để nhận định như vậy.Ví dụ, cường độ bão nhiệt đới đã gia tăng
trong vòng 40 năm qua khi trái đất trở nên ấm hơn. 1-3 Tuy nhiên, xu hướng tăng
gần đây này vẫn nằm trong giới hạn biến đổi tự nhiên và các dữ liệu dài hạn
không cho thấy sự thay đổi trong tần suất hoặc cấp độ cơ bản của các cơn bão
nhiệt đới.4
Lịch sử dữ liệu có thể không cung cấp cơ sở thông tin đầy đủ và rõ ràng để
có thể xem xét liệu biến đổi khí hậu có thật sự có tác động tới bão nhiệt đới hay
không; đồng thời các hiểu biết về hiện tượng này cũng không đủ để đưa ra các
dự đoán hoạt động nào trong tương lai có thể bị tác động bởi biến đổi khí

1


hậu. Hơn nữa, vẫn còn nhiều tranh cãi về cách thức ảnh hưởng của việc gia tăng
khí nhà kính đối với các cơn bão nhiệt đới.
Bên cạnh đó, cũng có bằng chứng cho thấy rằng các thiệt hại do các hiện
tượng thời tiết cực đoan và bão nhiệt đới cũng ngày càng tăng 5. Một luận điểm
giải thích cho xu hướng gia tăng này là ngày càng có nhiều thiệt hại về người và
tài sản. Nếu ảnh hưởng của việc gia tăng các tổn thương trong thu nhập và dân
số không được kiểm soát đúng cách, thì rất khó để xác định các xu hướng về
thiệt hại là do xu hướng về các hiểm họa tiềm ẩn.
Nghiên cứu này đã phát triển mô hình đánh giá tổng hợp bão nhiệt đới. Mô
hình này bắt đầu dựa trên một kịch bản phát thải cho các thế kỷ tiếp theo. Với
kịch bản phát thải này, một số mô hình khí hậu được sử dụng để dự báo các thay
đổi khí hậu vào năm 2100. Mô hình về bão nhiệt đới được sử dụng kết hợp với
các mô hình khí hậu để dự đoán sự thay đổi của tần số, cường độ và vị trí của
các cơn bão nhiệt đới trong mỗi hải vực trên thế giới. Đường đi của các cơn bão
nhiệt đới được theo dõi đến khi các cơn bão này đổ bộ vào đất liền; đồng thời
một hàm số thiệt hại được sử dụng để ước tính thiệt hại gây ra bởi mỗi cơn bão
nhiệt đới cũng như xác định các loại thiệt hại. Mặc dù mỗi thành phần của mô
hình chắc chắn sẽ cải thiện theo thời gian, mô hình này đã đưa ra một khung
hướng dẫn nhằm kết hợp giữa khoa học khí quyển và kinh tế học trong ước tính
thiệt hại của bão nhiệt đới.
Mô hình này cũng đã giới thiệu một số sáng kiến. Tổng quan các nghiên
cứu trước đó về bão nhiệt đới chỉ đề cập việc liên hệ khí hậu với bão nhiệt đới
bằng cách sử dụng mối quan hệ thống kê đơn lẻ giữa tốc độ gió và nhiệt độ tầng
nước mặt9. Do đó, các nghiên cứu trước đây cho rằng sự thay đổi khí hậu có tác
động tương tự tới tất cả các cơn bão nhiệt đới 10-12. Trong khi nghiên cứu này đề
xuất mô hình đánh giá sự thay đổi của tần số, cường độ và vị trí của các cơn bão
nhiệt đới trong mỗi hải vực.Các nghiên cứu trước đây cho rằng thiệt hại do bão

nhiệt đới tăng lên tương ứng với tổng sản phẩm trong nước (GDP)8,10,12. Nghiên
cứu này đã đánh giá giả định này với phân tích thực nghiệm dữ liệu toàn
cầu. Các nghiên cứu trước đây đã dựa vào năng lượng gió để đo cường độ bão
8,10,12
. Nghiên cứu này cho thấy yếu tố áp suất không khí tối thiểu giúp dự đoán
thiệt hại chính xác hơn so với yếu tố tốc độ gió tối đa.
2


3


Tác động của khí hậu đối với bão nhiệt đới
Đối với mỗi kịch bản khí hậu, 17.000 cơn bão giả định đã được phân tích,
đánh giá nhằm thu thập các thông tin chi tiết về tần số, đường đi và cường độ của các
cơn bão giả định trong từng hải vực. Với điều kiện khí hậu hiện nay, các thuộc tính
của các cơn bão giả định này hoàn toàn phù hợp với các dữ liệu quan sát được3.

Hình 1 giới thiệu bản đồ của các cơn bão giả định.
Các dự đoán về tần số và cường độ bão đều phù hợp với dữ liệu lịch
sử. Nhóm tác giả đã tiến hành đo cường độ bão bằng cách sử dụng áp lực tối
thiểu. Các cơn bão có cường độ mạnh nhất trong vùng nước ấm hơn (gần đường
xích đạo). Khi các cơn bão tiến tới vùng nước lạnh hơn (hướng tới các cực) hoặc
tiến tới mặt đất, cường độ bão giảm đi.Cường độ bão cũng giảm nếu các cơn bão
tiến tới quá gần với đường xích đạo.

4


Hình 2 cho thấy ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến cường độ của bão nhiệt đới.

Các hải vực khác nhau cho các kết quả rất khác nhau.Các kết quả cũng
thay đổi theo các mô hình khí hậu khác nhau. Cường độ bão chỉ tăng ổn định ở
khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương trong khi có thể giảm hoặc tăng ở các hải
vực còn lại. Một số mô hình khí hậu cũng đưa ra các kết quả dự đoán về sự tăng
đáng kể của cường độ bão ở khu vực Bắc Đại Tây Dương. Các tác động trung
bình thường ôn hòa hơn ở các hải vực khác do các các thay đổi triệt tiêu lẫn
nhau qua các mô hình khí hậu khác nhau. Các khác biệt lớn trong khu vực theo
các kết quả mô hình khí hậu khác nhau là hoàn toàn hợp lý nếu xét tới các yếu tố
khác như lượng mưa nhiệt đới, trong đó cũng có sự khác biệt lớn giữa các mô
hình khác nhau trên quy mô khu vực.
Dự báo ngưỡng thiệt hại cơ bản
Các thiệt hại toàn cầu hàng năm hiện nay do bão nhiệt đới là 26 tỷ đô la
Mỹ (tương đương với 0,04% tổng sản phẩm thế giới (GWP)13. Đây là thiệt hại
dự kiến mỗi năm theo điều kiện hiện nay. Tuy nhiên, các điều kiện này sẽ thay
đổi vào năm 2100. Dân số tương lai dự kiến sẽ tăng lên 9 tỷ người do các thay
đổi tỷ lệ sinh và tỷ lệ tử vong14. GDP được dự đoán sẽ tăng lên đáng kể với giả
định rằng tỷ lệ tăng trưởng dài hạn của các nước đang phát triển là 2,7%, các
nền kinh tế mới nổi là 3,3% và của các nước phát triển là 2%. Dựa trên các điều
kiện cơ bản dự kiến trong năm 2100, ngưỡng thiệt hại toàn cầu dự đoán sẽ tăng
gấp đôi tới 56 tỷ đô la Mỹ (tương ứng với 0.01% của GWP). Ngưỡng thiệt hại
tăng do thu nhập tăng.
5


Lưu ý rằng điều kiện cơ sở giả định là điều kiện khí hậu hiện nay. Thiệt
hại trong tương lai là một phần nhỏ của GWP vì tính đàn hồi ước tính thu nhập
và mật độ dân số trong hàm thiệt hại là ít hơn 1.

Hình 3 cho thấy ngưỡng thiệt hại hiện tại và tương lai (trong điều kiện không
có sự tác động của biến đổi khí hậu) do bão nhiệt đới trong khu vực.

Ngưỡng thiệt hại tăng lên theo thời gian là do gia tăng mức độ thiệt hại.
Hơn một thế kỷ qua, nguồn thu nhập, và theo đó là nguồn vốn, tăng lên
đáng kể và do đó, thiệt hại trong mỗi khu vực cũng gia tăng. Tuy nhiên, ngưỡng
thiệt hại hiện tại và trong tương lai cũng không phân bố đồng đều trên toàn thế
giới.
Thiệt hại kinh tế trong tương lai từ các cơn bão nhiệt đới ở khu vực châu
Âu và Nam Mỹ ít hơn 1 tỷ đô la Mỹ/năm do các khu vực này chỉ có một vài cơn
bão. Các thiệt hại ở khu vực châu Phi là tương đối thấp do có rất ít nguy cơ rủi
ro. Ở khu vực Đông Á và Bắc Mỹ, các ngưỡng thiệt hại chiếm khoảng 88%
ngưỡng thiệt hại toàn cầu vì các khu vực này có nhiều cơn bão nhiệt đới mạnh
cũng như tiềm ẩn nhiều nguy cơ rủi ro. Thiệt hại tăng lên nhanh chóng ở khu
vực châu Á và Trung Mỹ do kinh tế dự kiến tăng trưởng cao.

6


Hình 4 – Tình hình tác động của biến đổi khí hậu đối với thiệt hại do bão
nhiệt đới theo khu vực.
Thiệt hại tập trung tại Bắc Mỹ, Đông Á và Trung Mỹ - Caribe. Mức thiệt
hại là tương đối cao trong các kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng
(BĐKH, NBD)
Tổng hợp các kết quả nghiên cứu trên toàn cầu thống nhất với hầu hết các
phát hiện trong các tài liệu liên quan đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với
thiệt hại do bão nhiệt đới gây nên, ngoại trừ một nghiên cứu dự báo mức thiệt
hại thấp hơn nhiều. Thiệt hại gây nên do biến đổi khí hậu tương đương 0,01 %
GWP trong năm 2100.
Tuy nhiên các kết quả từ nghiên cứu này cũng cho thấy thiệt hại do biến
đổi khí hậu không chỉ rải rác trên phạm vi toàn cầu. Hình 4 cho thấy mức thiệt
hại nặng nề tại từng khu vực cụ thể. Bắc Mỹ chịu thiệt hại nặng nề nhất với mức
trung bình năm thiệt hại lên đến 26 tỷ USD, tương đương 50% tổng thiệt hại

toàn cầu. Đông Á và Trung Mỹ - Caribe chịu thiệt hại tương ứng là 15 tỷ
USD/năm và 10 tỷ USD/năm. Cường độ bão tại khu vực Bắc Đại Tây Dương
và Tây Thái Bình Dương ngày càng gia tăng cũng gây nên những hậu quả này.
Thiệt hại trung bình tại các khu vực còn lại được xác định là 2 tỷ USD/năm. Các
khu vực còn lại không chịu nhiều ảnh hưởng, phần vì biến đổi khí hậu có tác
động phức tạp đối với bão nhiệt đới tại những vùng biển gần đó. Bắc Phi –
Trung Đông và Nam Mỹ lại hiếm khi chịu tác động bởi bão nhiệt đới. Các cơn
bão tại Châu Âu có mật độ thấp. Châu Phi cận Sahara cũng hứng chịu bão nhiệt
đới nhưng với cường độ tương đối thấp.

7


Hình 5 cho thấy thiệt hại tác động đến GDP của từng khu vực. Thước đo
này cho thấy các khu vực đang phải đối mặt với nguy cơ cao bị bão nhiệt đới.
Vùng Châu Mỹ Trung Caribe chịu thiệt hại nặng nề nhất trên mỗi đơn vị GDP là
0,37%. Bắc Mỹ, Đông Á và Châu Đại Dương cũng có mức thiệt hại trung bình
tương đương do tất cả những khu vực này được dự báo là thường xuyên có bão
hơn với cường độ cao.
Các quốc gia được dự báo chịu tác động nhiều nhất và tác động GDP nặng
nề nhất cũng có mật độ hứng chịu bão nhiệu đới cường độ cao thường xuyên
hơn. Hai nước chịu mức thiệt hại trung bình nặng nề nhất là Mỹ (25 tỷ
USD/năm) và Trung Quốc (15 tỷ USD/năm). Trong số các quốc gia chịu ảnh
hưởng thì hai quốc gia này là hai nền kinh tế có nguy cơ bị thiệt hại cao nhất.
Các quốc gia có GDP chịu ảnh hưởng nặng nề nhất tập trung tại các vùng đảo
nhiệt đới. Những khu vực này đặc biệt chịu thiệt hại về GDP vì mức độ ảnh
hưởng của mỗi cơn bão đối với nền kinh tế của họ sẽ nặng nề hơn nhiều.
Cũng như những thay đổi của thiệt hại do bão gây ra được dự đoán, việc
tìm hiểu phân phối xác xuất của thiệt hại do bão cũng là một việc quan trọng.
Hàm mật độ xác xuất thiệt hại có xu hướng nghiêng mạnh, dẫn đến kết quả là

thiệt hại đáng kể biểu hiện tại điểm cuối của đường phân phối. Với tình hình khí
hậu hiện nay, gần 93% thiệt hại do bão nhiệt đới gây nên chỉ bởi 10% số lượng
các cơn bão. Điều đó có nghĩa là 90% số lượng còn lại các cơn bão tích lũy chỉ
gây nên 7% thiệt hại. Thiệt hại do bão nhiệt đới có thể để lại những hậu quả ghê
gớm, phần cuối của đường phân phối có mức ảnh hưởng lớn hơn so với phần
thân đường phân phối.

8


Hình 5 Tác động của biến đổi khí hậu đối với thiệt hại do bão nhiệt đới tính
theo GDP từng khu vực năm 2100.
Tỉ lệ thiệt hại đối với GDP cao nhất tại khu vực Châu Mỹ Trung Caribe
nhưng Bắc Mỹ, Châu Đại dương và Đông Á cũng đều có mức trung bình tỉ lệ
thiệt hại cao.

Hình 6 Khoảng thời gian lặp lại trong hiện tại và tương lai theo các kịch bản
BĐKH, NBD.
Khoảng lặp là 1 trên xác xuất và phản ánh thời gian dự tính theo đó một
sự kiện có thể xảy ra. Trục thời gian phản ánh rõ được mức độ tập trung tại phần
đuôi của hàm mật độ xác xuất. Biến đổi khí hậu có xu hướng làm cho phân phối
9


xác xuất có xu hướng nghiêng hơn, gây nên những khoảng lặp ngắn hơn với
những cơn bão có mức thiệt hại cao (chứ không thấp).
Hình 6 cho thấy sự chuyển đổi trong hàm phân phối xác xuất thiệt hại.
Qua đó minh họa mối quan hệ giữa thiệt hại và khoảng lặp cho mô phỏng khí
hậu của Phòng thí nghiệm địa vật lý động lực học chất lỏng GFDL. Khoảng lặp
là 1 trên xác xuất, phản ánh tổng thời gian được dự tính để quan sát một cơn bão

gây ra mỗi thiệt hại tại một địa điểm nào đó trên hành tinh. Ví dụ, xác xuất 1%
hằng năm sẽ có chu kỳ lặp là 100 năm. Cả thiệt hại và khoảng lặp đều trên cơ sở
10 để chỉ ra được những gì xảy ra tại phần đuôi đường phân phối. Hình 6 cho
thấy hàm mật độ xác xuất thiệt hại do bão nhiệt đới trước và sau biến đổi khí
hậu là có độ nghiêng nhất định. Biến đổi khí hậu gây ảnh hưởng không đáng kể
đối với những cơn bão nhỏ thông thường nhưng làm gia tăng mật độ những cơn
bão lớn. Với hàm thiệt hại phi tuyến, mật độ gia tăng này được hiểu là sự gia
tăng đáng kể về mức thiệt hại. Khoảng lặp những cơn bão gây thiệt hại lớn trở
nên ngắn hơn. Những cơn bão cường độ thấp không thay đổi nhiều nhưng bão
cường độ cao lại thường xuyên xảy ra hơn.
Chúng tôi đã tiến hành một phân tích độ nhạy để xác định vai trò của một
số nhân tố đối với việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên thiệt hại do
bão nhiệt đới và tìm ra được 3 nhân tố. Thiệt hại toàn cầu được dự báo khác
nhau rất lớn qua các mô hình khí hậu: Trung tâm nghiên cứu khí tượng quốc gia
(CNMR; mục tham khảo số 14; 80 tỷ USD; Trung tâm dự báo thời tiết tầm trung
Châu Âu tại Hamburg (ECHAM; mục tham khảo số 15; 14 tỷ USD; Phòng thí
nghiệm địa vật lý động lực học chất lỏng GFDL, 79 tỷ USD và Mô hình nghiên
cứu khí hậu liên ngành (MIROC; mục tham khảo số 17; 42 tỷ USD). Tham số
của hàm thiệt hại dự tính cũng rất quan trọng. Mức thiệt hại khác nhau nhiều
phụ thuộc thuộc vào độ nhạy của thiệt hại do mật độ bão và thu nhập. Nếu
chúng ta chỉ dành khoảng tin ở mức dưới là 95% cho hệ số về cường độ bão (-68
thay vì -86), mức thiệt hại sẽ rớt xuống 28%. Theo giả định tiêu chuẩn trong tài
liệu này với mức dao động của thu nhập là 1 thì mức thiệt hại toàn cầu sẽ tăng
332%. Trong khi đó, mức dao động của dân số là 1 thì mức thiệt hại toàn cầu sẽ
tăng 23%. Các giả định về tăng trưởng dân số và thu nhập trong tương lai kém
quan trọng hơn. Giả thiết rằng dân số thế giới trong tương lai là 10 tỷ người
(thay vì 9 tỷ) sẽ dẫn đến kết quả là giảm 2% mức thiệt hại. Một nền kinh tế toàn
10

cầu tăng trưởng 20% (tương đương 550 nghìn tỷ USD) sẽ hứng chịu mức thiệt
hại tăng thêm 7%. Các nhân tố bất định quan trọng thiết yếu khác có thể không
được tính đến nhưng sẽ được thảo luận dưới đây.
Hạn chế
Còn tồn tại một số hạn chế của mô hình không được kiểm nghiệm trong
phân tích độ nhạy. Trước tiên là sử dụng một quốc gia như một nhân tố quan sát
có thể bỏ lỡ những yếu tố quan trọng khác trong quốc gia đó. Các mức thiệt hại
sẽ khác nhau nhiều nếu một cơn bão tấn công một thành phố và một khu vực
nông thôn, thế nhưng điều này không được đề cập trong phân tích này. Việc
tăng thu nhập và dân số khu vực ven biển, cũng như là phần còn lại của quốc
gia, sẽ gây ra nhiều thiệt hại hơn. Thứ hai, độ nhạy của thiệt hại do cường độ
bão chỉ được đo lường tại Mỹ, không thể đại diện cho phần còn lại của thế giới.
Mỹ có khả năng thích nghi tốt hơn với bão và ít tổn thương hơn nhờ có năng lực
công nghệ tiên tiến, hoặc có thể chịu tổn thương vì bão hơn do tập trung phát
triển vùng ven biển hơn. Phân tích độ nhạy cho thấy nhân tố bất định xoay xung
quanh đề án khí hậu, tác động của mật độ bão đối với thiệt hại và tác động của
thu nhập đối với thiệt hại là vô cùng quan trọng và có thể làm thay đổi độ lớn
của kết quả và thay đổi dấu hiệu tại một số khu vực. Thứ ba là việc xây dựng mô
hình phụ thuộc vào một mô hình bão nhiệt đới đơn lẻ. Do đó vẫn tồn tại những ý
kiến tranh biện trong các tài liệu khoa học khí quyển liên quan đến cách thức
biến đổi khí hậu tác động đến các cơn bão nhiệt đới trong tương lai và hàng loạt
các kết quả có thể xảy ra thì không được thể hiện trong nghiên cứu này. Thứ tư,
thiệt hại do bão nhiệt đới gây ra không được đánh giá đúng tại các quốc gia. Bão
gây ít thiệt hại không được báo cáo và vấn đề này có thể trở nên tồi tệ hơn tại
một số khu vực trên thế giới.
Thiệt hại không được báo cáo, vậy nên các hiện tượng bão tăng, gió và
ngập nước ngọt chưa được tách biệt. Hệ quả này là nghiên cứu này không thể
tính được ảnh hưởng của nước biển dâng, chỉ ảnh hưởng tới thiệt hại do bão
tăng. Nếu xã hội ứng phó với nước biển dâng bằng cách dựng lên những bức
tường nước biển thì tương lai sẽ có nhiều công trình (phía sau tường biển) ở độ

cao thấp hơn tương ứng với những vùng biển trong tương lai. Những cơn bão
lớn vượt ra ngoài tường biển sẽ gây nên nhiều thiệt hại hơn. Hậu quả là chúng ta
11


có lý do để quan ngại về sự tương tác giữa nước biển dâng và bão nhiệt đới.
Nghiên cứu trong tương lai nên giải quyết phần thiếu sót của vấn đề này.
Chính sách thích ứng cũng không được mô hình hóa một cách rõ ràng. Ở
một khía cạnh nào đó thích nghi được đề cập đến trong độ nhạy của thiệt hại đối
với thu nhập và dân số. Tuy nhiên, một số quốc gia có chính sách và chương
trình thích ứng năng động có thể thậm chí làm giảm mức thiệt hại hơn nữa. Hơn
nữa, khi thiệt hại do bão nhiệt đới tăng lên, xã hội có thể sẽ có các hoạt động
phòng ngừa. Nghiên cứu trong tương lai nên tìm ra biện pháp giúp xã hội thích
ứng tốt nhất trước bão nhiệt đới.
Nghiên cứu này tâp trung vào cải thiện phương pháp đánh giá tác động của
biến đổi khí hậu lên thiệt hại do bão nhiệt đới. Cần có thêm những hoạt động cải
thiện. Phân tích này cần xem xét trên quy mô không gian tốt hơn. Cần xác định
mối liên hệ giữa nước biển dâng và các cơn bão. Còn nhiều nhân tố bất định
khác cần giải quyết. Cuối cùng, phân tích này cần xác định được cách thức thiệt
hại thay đổi khi khí nhà kính được giảm thiểu.

12