Nghiên cứu tác động của hiện tượng ENSO đến lượng mưa trên khu vực Bắc bộ Việt Nam trong những thập kỷ gần đây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

BÙI THU HÀ

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG ENSO
ĐẾN LƯỢNG MƯA TRÊN KHU VỰC BẮC BỘ VIỆT NAM
TRONG NHỮNG THẬP KỶ GẦN ĐÂY

Hà Nội, năm 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

BÙI THU HÀ

NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG ENSO
ĐẾN LƯỢNG MƯA TRÊN KHU VỰC BẮC BỘ VIỆT NAM
TRONG NHỮNG THẬP KỶ GẦN ĐÂY

Chuyên ngành: Khí tượng học
Mã ngành: D44021

Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Bình Phong

Hà Nội, năm 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án này là do tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của ThS.

Nguyền Bình Phong. Nội dung nghiên cứu cũng như kết quả trong đồ án là trung
thực và chưa từng được công bố bằng bất kỳ hình thức nào trước đây. Số liệu trong
các bảng, hình, biểu đồ phục vụ cho việc phân tích, nhận xét và đánh giá được chính
tác giả thu thập và xây dựng từ các nguồn số liệu khác nhau. Các tài liệu tham khảo,
nhận xét, đánh giá của các tác giả, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú
thích về nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kì sự gian lận nào tôi xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm về nội dung đồ án tốt nghiệp của mình.

Hà Nội ngày 10 tháng 6 năm 2016
Sinh viên

Bùi Thu Hà


LỜI CÁM ƠN
Có một câu danh ngôn của người Hàn như sau: “Không ai thành công một mình
cả”. Đúng như vậy, trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với
những sự giúp đỡ và hỗ trợ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp. Trong suốt thời
gian bốn năm học tập ở giảng đường đại học đến nay, chúng em đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy Cô công tác trong
khoa Khí Tượng Thủy Văn - Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội. Trong
suốt thời gian chúng em học tập tại nhà trường, thầy cô đã tận tình chỉ bảo, truyền
đạt vốn kiến thức, kinh nghiệm quý báu cùng sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi nhất cho chúng em học tập, tìm hiểu, tích lũy kiến thức và kinh nghiệm
nghề nghiệp.
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy giáo - Thạc sĩ
Nguyễn Bình Phong người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình giúp đỡ em
hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này.
Mặc dù rất cố gắng để thực hiện đồ án này một cách hoàn chỉnh nhất, song

cũng có những hạn chế về kiến thức và trình độ chuyên môn nên em không thể
tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân còn chưa thấy được. Vì thế, em rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ các Thầy Cô và các bạn để Đồ
án được hoàn thiện tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CÁM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1 Tổng quan về hiện tượng ENSO ............................................................................... 2
1.1.1 Khái niệm ENSO ............................................................................................... 2
1.1.2 Cơ chế vật lý của ENSO .................................................................................... 2
1.1.3 Phân vùng NINO ............................................................................................. 10
1.1.4 Các chỉ số xác định hiện tượng ENSO ............................................................ 11
1.1.5 Diễn biến của hiện tượng ENSO trong thời gian gần đây. .............................. 14
1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu – khu vực Bắc Bộ Việt Nam ........................... 16
1.2.1 Vị trí địa lý khu vực Bắc Bộ. ........................................................................... 16
1.2.2 Đặc điểm khí hậu khu vực Bắc Bộ .................................................................. 18
1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................................. 19
1.3.1 Nghiên cứu trong nước .................................................................................... 19
1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước .................................................................................... 26
CHƯƠNG II. CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 28
2.1 Cơ sở số liệu ............................................................................................................ 28
2.1.1 Số liệu mưa ...................................................................................................... 28

2.1.2 Số liệu ENSO ................................................................................................... 30
2.2 Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 30
2.2.1 Xác định thời kỳ ENSO ................................................................................... 30
2.2.2 Phân nhóm năm ENSO và năm không ENSO ................................................. 31
2.2.3 Phương pháp đánh giá tác động của hiện tượng ENSO đến lượng mưa khu
vực Bắc Bộ .................................................................................................................... 32


CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................... 34
3.1 Các đợt ENSO giai đoạn 1981-2015 ....................................................................... 34
3.2 Kết quả phân loại năm ENSO và năm không ENSO .............................................. 35
3.3 Sự biến đổi lượng mưa khu vực Bắc Bộ trong các thời kỳ ENSO ......................... 36
3.3.1 Sự biến động lượng mưa năm .......................................................................... 36
3.3.2 Sự biến động lượng mưa theo mùa .................................................................. 43
3.3.3 Sự biến động lượng mưa theo các tháng trong mùa ........................................ 54
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 61
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................. 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 63
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 65


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng phân vùng NINO .............................................................................11
Bảng 2.1. Thông tin các trạm khí tượng trong khu vực nghiên cứu ......................... 29
Bảng 3.1. Các đợt El Nino trong thời kỳ 1981-2015 ................................................ 34
Bảng 3.2. Các đợt La Nina trong thời kỳ 1981-2015 ................................................34
Bảng 3.3. Phân loại các năm ENSO và năm không ENSO ......................................35
Bảng 3.4. Thống kê chuẩn sai lượng mưa năm toàn Bắc Bộ ....................................36
Bảng 3.5. Thống kê chuẩn sai âm, dương các tháng mùa mưa: (a) – tháng 5; (b) –
tháng 6; (c) – tháng 7; (d) – tháng 8; (e) – tháng 9; (f) – tháng 10 ...........................54

Bảng 3.6. Thống kê chuẩn sai âm, dương các tháng mùa ít mưa: (a) – tháng 1; (b) –
tháng 2; (c) – tháng 3; (d) – tháng 4; (e) – tháng 11; (f) – tháng 12 .........................57
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hoàn lưu Walker trong điều kiện thường ...................................................3
Hình 1.2. Vòng hoàn lưu vĩ hướng vùng xích đạo ......................................................4
Hình 1.3. Độ cao mực nước biển 2 phía Đông và Tây TBD trong thời kỳ bình
thường. ........................................................................................................................5
Hình 1.4. Sơ đồ hoàn lưu Walker trong điều kiện bình thường. (Nguồn: Phòng Thí
nghiệm khí quyển- Đại Dương PMEL, NOAA) .........................................................6
Hình 1.5. Độ cao mực nước biển phía Đông và Tây TBD trong thời kỳ La Nina.....6
Hình 1.6. Sơ đồ Hoàn lưu Walker trong điều kiện mạnh hơn bình thường. ...............7
Hình 1.7.Tổng kết những thích ứng cơ bản của TBD và khí quyển đối với hiện
tượng La Nina (Trenbert, 1991). .................................................................................7
Hình 1.8. Độ cao mực nước biển phía đông và tây TBD trong thời kỳ El Nino. ......8
Hình 1.9. Sơ đồ Hoàn lưu Walker trong điều kiện yếu hơn bình thường. ( Nguồn:
Phòng Thí nghiệm khí quyển- Đại Dương PMEL, NOAA) .......................................8
Hình 1.10. Tổng kết những thích ứng cơ bản của TBD và khí quyển đối với
hiệntượng El Nino (Trenbert, 1991) ...........................................................................9
Hình 1.11. Các sóng trong cơ chế ENSO..................................................................10
Hình 1.12. Các vùng NINO trên TBD (Nguồn a) .....................11
Hình 1.13. Chỉ số SOI thời kỳ 1880-2010 ................................................................13
Hình 1.14. Vị trí địa lý của khu vực Bắc Bộ Việt Nam ............................................16


Hình 1.15. Bản đồ các tỉnh khu vực Bắc Bộ Việt Nam. ...........................................17
Hình 3.1. Chuẩn sai lượng mưa năm những năm ET: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ...................................................... 37
Hình 3.2. Chuẩn sai lượng mưa năm những năm SE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................38
Hình 3.3. Chuẩn sai lượng mưa năm những năm LT: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –

Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................39
Hình 3.4. Chuẩn sai lượng mưa năm những năm SL: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................40
Hình 3.5. Chuẩn sai lượng mưa năm những năm NE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................41
Hình 3.6. Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa những năm ET: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................43
Hình 3.7. Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa những năm SE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................44
Hình 3.8. Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa những năm LT: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................45
Hình 3.9. Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa những năm SL: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) –
Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................46
Hình 3.10. Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa những năm NE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b)
– Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ ...................................................47
Hình 3.11. Chuẩn sai lượng mưa mùa ít mưa những năm ET: (a) - Vùng Tây Bắc;
(b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ .............................................49
Hình 3.12. Chuẩn sai lượng mưa mùa ít mưa những năm SE: (a) - Vùng Tây Bắc;
(b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ .............................................50
Hình 3.13. Chuẩn sai lượng mưa mùa ít mưa những năm LT: (a) - Vùng Tây Bắc;
(b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bô .............................................51
Hình 3. 14. Chuẩn sai lượng mưa mùa ít mưa những năm SL: (a) - Vùng Tây Bắc;
(b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ .............................................52
Hình 3.15. Chuẩn sai lượng mưa mùa ít mưa những năm NE: (a) - Vùng Tây Bắc;
(b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng bằng Bắc Bộ .............................................53


MỞ ĐẦU
Hiện nay, sự nóng lên toàn cầu đã và đang làm băng tan mạnh, mực nước biển
dâng cao và gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan nguy hiểm. Biến đổi khí hậu

đang là vấn đề được thế giới quan tâm và chú ý trong đó có cả Việt Nam chúng ta.
Sự biến đổi các yếu tố, khí hậu thời tiết cực đoan diễn ra mạnh mẽ trên quy mô khu
vực cũng như quy mô toàn cầu.
Trong khi nghiên cứu về những dị thường của thời tiết và khí hậu, các nhà
khoa học đã đặc biệt chú ý đến hiện tượng ENSO. Mỗi khi hiện tượng El Nino và
La Nina xảy ra, khí hậu và thời tiết lại có những diễn biến bất thường gây ra hạn
hán, lũ lụt và thiên tai nghiêm trọng ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới. Hiện
tượng El Nino và La Nina thể hiện sự biến động dị thường trong hệ thống khí quyển
- đại dương với quy mô thời gian giữa các năm, có tính chu kỳ hoặc chuẩn chu kỳ.
Trong tình hình biến đổi khí hậu - sự nóng lên toàn cầu, hiện tượng ENSO cũng có
những biểu hiện dị thường về cường độ. Nghiên cứu hiện tượng ENSO để hiểu biết
về cơ chế vật lý, đặc điểm và quy luật diễn biến cũng như những hậu quả tác động
của chúng để từ đó cảnh báo trước sự xuất hiện của ENSO, những ảnh hưởng có thể
xảy ra đối với thời tiết, khí hậu và kinh tế - xã hội để có những biện pháp phòng,
tránh hiệu quả, hạn chế và giảm nhẹ thiệt hại do ENSO gây ra.
Hiện tượng ENSO ảnh hưởng đến thời tiết, khí hậu toàn cầu mỗi khu vực khác
nhau với mức độ khác nhau và rất đa dạng. Trên thế giới và cả trong nước cũng đã
có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề này, tập trung chủ yếu vào lượng
mưa, cực trị nhiệt độ và những hiện tượng liên quan như là rét đậm, rét hại, hạn hán,
mưa lớn…Một trong những yếu tố có tính biến động mạnh và khá quan trọng đó là
lượng mưa. Tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu cho khu vực Bắc Bộ
Việt Nam. Chính vì vậy, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu tác động của hiện tượng
ENSO đến lượng mưa khu vực Bắc Bộ trong những thập kỉ gần đây” để nghiên
cứu.
Đồ án gồm các phần chính như sau:
- Mở đầu.
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Cơ sở số liệu và phương pháp nghiên cứu.
- Chương 3: Kết quả nghiên cứu
- Kết luận

- Kiến nghị
1


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về hiện tượng ENSO
1.1.1 Khái niệm ENSO
Thuật ngữ ENSO là chữ viết tắt của các từ ghép El Nino - Southern
Oscillation (El Nino - Dao động Nam) để chỉ cả 2 hai hiện tượng El Nino và La
Nina và có liên quan với dao động của khí áp giữa 2 bờ phía Đông Thái Bình
Dương với phía Tây Thái Bình Dương - Đông Ấn Độ Dương (Được gọi là Dao
động Nam) để phân biệt với dao động khí áp ở Bắc Đại Tây Dương [7].
“El Nino” (pha nóng) là từ được dùng để chỉ hiện tượng nóng lên dị thường
của lớp nước biển bề mặt ở khu vực xích đạo trung tâm và Đông Thái Bình Dương;
kéo dài 8 - 12 tháng, hoặc lâu hơn, thường xuất hiện 3 - 4 năm 1 lần, song cũng có
khi dày hơn hoặc thưa hơn.
“La Nina” (pha lạnh) là hiện tượng lớp nước biển bề mặt ở khu vực nói trên
lạnh đi dị thường, xảy ra với chu kỳ tương tự hoặc thưa hơn El Nino.
1.1.2 Cơ chế vật lý của ENSO
a) Dao động Nam và hoàn lưu Walker
Dao động Nam (Southern Oscillation) là sự dao động của khí áp quy mô lớn
từ năm này qua năm khác ở phía Đông và Tây của khu vực xích đạo Thái Bình
Dương.
Nhà khoa học người Anh Gilbert I.Walker vào cuối những năm 20 của thế kỷ
trước nhận thấy mối liên quan giữa khí áp hai bờ Đông - Tây của Thái Bình Dương và
nhận thấy khi khí áp ở phía Đông Thái Bình Dương giảm mạnh thì thường xảy ra hạn
hán ở khu vực Indonesia, Australia, Ấn Độ và mùa đông Bắc Mỹ ấm hơn bình thường.
Tuy nhiên khi đó ông chưa đủ thông tin số liệu để chứng minh mối liên hệ này.
Cho tới giữa những năm 1960, nhà khí tượng Na Uy Jacob Bjerknes đã đưa ra
giả thuyết rằng sự ấm lên của dải xích đạo Thái Bình Dương có liên quan đến sự

suy yếu của đới gió Đông tín phong, khác với quan niệm trước đây rằng El Nino chỉ
là sự nóng lên cục bộ của nước biển ngoài khơi Nam Mỹ. Ông thừa nhận có sự dao
động cỡ lớn trong hoàn lưu tín phong của Bán cầu Bắc và Nam ở Thái Bình Dương
và ông cho rằng nó có liên quan tới Dao động Nam. Ông là người kết nối Dao động
Nam và El-Nino dựa vào việc sử dụng bộ số liệu thu thập trong những năm 1957 là

2


năm El -Nino mạnh. Ông nhận ra El Nino và Dao động Nam được kết nối với nhau
trong hệ thống lớn- ENSO- liên quan đến cả đại dương và khí quyển.
Khi tín phong mạnh, nước tương đối lạnh có nguồn gốc nước trồi ở xích đạo
thuộc bờ biển Nam Mỹ được hình thành bởi áp lực của gió Đông lên bề mặt đại
dương, mở rộng về phía Tây tới trung tâm TBD. Sự chênh lệch khí áp giữa Đông
(cao) và Tây (thấp) và nhiệt độ giữa Đông (thấp) và Tây (cao) trên khu vực xích đạo
TBD dẫn đến chuyển động ngược chiều của không khí ở tầng thấp (gió Đông) và
trên cao (gió Tây); ở phía Đông có chuyển động giáng, ở phía Tây có chuyển động
thăng của không khí, tạo thành một hoàn lưu khép kín, được Bjerknes gọi là Hoàn
lưu Walker để tưởng nhớ người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng này [7].
Chuyển
động
giáng

Gió Tây
Đối lưu
phát triển

HOÀN LƯU
WALKER
Tín phong BBC

Nóng, khí áp thấp
Xích đạo

Gió Đông

Lạnh, khí áp cao
Tín phong NBC

Nêm nhiệt

1200Đ

Nước trồi

800T

Hình 1.1. Hoàn lưu Walker trong điều kiện thường
Cường độ của hoàn lưu Walker được đặc trưng bởi sự chênh lệch khí áp giữa
phía Tây TBD và vùng trung tâm nhiệt đới TBD. Chênh lệch nhiệt độ và khí áp
giữa Đông và Tây TBD càng lớn, hoàn lưu Walker càng mạnh. Trái lại, chênh lệch
nhiệt độ và khí áp giảm, hoàn lưu Walker yếu đi.
Như vậy ở vùng nhiệt đới TBD ngoài hoàn lưu kinh hướng Hadley theo hướng
Bắc – Nam còn có hoàn lưu vĩ hướng Walker theo hướng Đông – Tây.
Hoàn lưu Walker là một hoàn lưu vĩ hướng vùng xích đạo. Hoàn lưu này được
đặc trưng bởi dòng không khí thăng lên trên Tây TBD, khu vực Indonesia, đi sang
phía đông tới Đông TBD, khu vực ngoài khơi Nam Mỹ; giáng xuống ở đây rồi lại đi
về phía tây tạo thành một vòng hoàn lưu khép kín (Hình 1.2).

3

Hình 1.2. Vòng hoàn lưu vĩ hướng vùng xích đạo
Thông thường, nhiệt độ nước biển giảm dần theo độ sâu nên từ mặt biển đến
độ sâu khoảng vài trăm mét, nhiệt độ ở vùng biển phía Tây TBD cao hơn phía Đông
TBD, tạo ra một lớp nước chuyển tiếp giữa lớp nước bên trên nóng hơn với lớp
nước bên dưới lạnh hơn, có độ nghiêng từ Đông sang Tây TBD, thường được gọi là
“nêm nhiệt” (Thermocline). Độ sâu của nêm nhiệt ở bờ phía Tây khoảng 200m,
giảm dần về bờ phía Đông chỉ còn vài chục mét [7].
Khi hoàn lưu Walker mạnh lên, hoạt động của nước trồi tăng lên, độ nghiêng
của nêm nhiệt lớn hơn.Trái lại, khi hoàn lưu Walker yếu đi, nước trồi bị hạn chế, độ
nghiêng của nêm nhiệt giảm đi.
b) Tương tác đại dương - khí quyển
Tương tác đại dương - khí quyển là quá trình trao đổi nhiệt, ẩm, động lượng,
năng lượng giữa lớp nước bề mặt đại dương với lớp không khí bên trên, chủ yếu
thông qua hoạt động đối lưu và các xoáy khí quyển.
Hiện tượng ENSO có thể coi là hệ quả của tương tác khí quyển – đại dương
dưới tác động của nhiều nhân tố trong và ngoài vùng nhiệt đới TBD.
Khu vực phía Tây xích đạo TBD (vùng bể nóng -the warm pool), là nơi có hội
tụ của gió Đông và gió Tây tầng thấp, thường diễn ra hoạt động đối lưu sâu trong
nhánh phía Tây của hoàn lưu Walker. Mây, mưa nhiều và lượng bức xạ phát xạ
sóng dài (OLR) từ mặt biển thường không vượt quá 240w/m2. Do đó, lượng bức
sóng ngắn từ mặt trời thường nhỏ hơn lượng tiềm nhiệt bốc hơi.
Trái lại, ở vùng xích đạo phía Đông Thái Bình Dương, trong nhánh phía Đông
của Hoàn lưu Walker thường có chuyển động giáng của không khí, hoạt động đối
lưu bị hạn chế, ít mây, mưa. Lượng bức xạ phát xạ sóng dài từ mặt biển thường đạt
4


những giá trị cực đại (>280w/m2). Bức xạ sóng ngắn từ mặt trời đạt những giá trị
lớn nhất và thường lớn hơn lượng tiềm nhiệt bốc hơi.

Khi hoàn lưu Walker hoạt động yếu hơn bình thường (gió Đông tầng thấp yếu,
trong khi gió Tây ở vùng phía Tây TBD xích đạo phát triển mạnh lên), vùng đối lưu
sâu ở Tây TBD bị dịch chuyển về phía Đông đến trung tâm TBD, làm tăng cường
các chuyển động xoáy của khí quyển ở vùng này, lượng mây và mưa tăng lên; OLR
giảm, lượng nhiệt và lượng ẩm từ đại dương chuyển vào khí quyển giảm đi. Trái lại,
ở vùng phía Tây TBD xích đạo, đối lưu bị hạn chế, lượng mây và mưa giảm đi;
OLR tăng, lượng nhiệt và ẩm từ đại dương chuyển vào khí quyển tăng lên.
c) Cơ chế hoạt động của ENSO
Trong điều kiện bình thường, nhiệt độ trung bình năm của lớp nước bề mặt
vùng nhiệt đới Đông TBD khoảng 21 - 260C, trong khí đó vùng Tây TBD là 28 290C, tức là phía Tây cao hơn phía Đông 3 - 60C. Gradient nhiệt độ dọc theo xích
đạo có hướng từ Tây sang Đông. Ở Tây TBD mưa nhiều còn Đông TBD và các
vùng biển lân cận thuộc Nam Mỹ mưa ít.
Tín phong Bắc và Nam Bán Cầu đã đẩy nước biển bề mặt về phía tây làm cho
mực nước biển phía Tây cao hơn phía Đông khoảng 40cm. Ở lớp dưới sâu nước trồi
lên thay thế lớp nước ấm nóng hơn trên mặt đã bị đẩy về phía tây. Vì thế nhiệt độ
mặt nước biển (SST) ở phía Đông TBD thấp hơn phía Tây TBD. Lớp nước mặt ở
phía Đông TBD (khoảng 50cm) mỏng hơn phía Tây TBD (khoảng 200m) (Hình
1.3).

Hình 1.3. Độ cao mực nước biển 2 phía Đông và Tây TBD
trong thời kỳ bình thường.

5


Hình 1.4. Sơ đồ hoàn lưu Walker trong điều kiện bình thường.
(Nguồn: Phòng Thí nghiệm khí quyển- Đại Dương PMEL, NOAA)
Do nhiệt độ mặt nước biển bờ phía Tây cao hơn bờ phía Đông TBD nên ở bờ
phía Tây, trên vùng Indonesia thường có chuyển động thăng hình thành mây đối lưu
và cho mưa. Còn ở khu vực ngoài khơi và ven biển Pêru (vùng gần xích đạo thuộc

phía tây nam của Nam Mỹ) có dòng giáng, không khí khô và thời tiết tốt.
Khi hoàn lưu Walker mạnh hơn bình thường, tín phong càng mạnh thì các dòng
hải lưu cũng di chuyển dọc theo xích đạo đi về phía tây càng mạnh, nêm nước nóng ở
phía Tây TBD càng dày hơn. Ngược lại, ở phía Đông TBD, độ cao mực biển thấp hơn,
bề dày lớp tà nhiệt mỏng hơn, nước trồi mạnh hơn, nhiệt độ mặt nước biển thấp hơn
trạng thái trung bình. Kết quả ở phía Tây TBD dòng thăng càng mạnh, đồng thời, mưa
sẽ càng lớn. Song ở phía Đông TBD, dòng giáng mạnh hơn, không khí khô hơn và thời
tiết lạnh đi khác thường. Khi đó hiện tượng La Nina xuất hiện (Hình 1.5, 1.6, 1.7).

Tây TBD
Đông TBD
Hình 1.5. Độ cao mực nước biển phía Đông và Tây TBD
trong thời kỳ La Nina.

6


Hình 1.6. Sơ đồ Hoàn lưu Walker trong điều kiện mạnh hơn bình thường.
( Nguồn: Phòng Thí nghiệm khí quyển- Đại Dương PMEL, NOAA)

Hình 1.7.Tổng kết những thích ứng cơ bản của TBD và khí quyển
đối với hiện tượng La Nina (Trenbert, 1991).

7


Hiện tượng El Nino xảy ra khi hoàn lưu Walker suy yếu, áp lực của gió Đông
lên mặt biển giảm đi, kéo theo sự suy yếu của nước trồi và dòng chảy hướng tây,
nước biển từ vùng bể nóng Tây TBD đổ dồn về phía Đông, tạo thành một sóng đại
dương xích đạo (sóng Kelvin) lan truyền về phía đông và nhiệt từ vùng bể nóng

được vận chuyển về vùng trung tâm và Đông TBD, làm cho nước biển bề mặt ở
vùng này nóng lên dị thường, cao hơn trung bình 4-50C hoặc hơn nữa. Kết quả là
chênh lệch nhiệt độ nước biển giữa vùng phía Đông và phía Tây giảm đi, độ sâu của
nêm nhiệt ở bờ phía Tây giảm đi, trong khi ở bờ phía Đông tăng lên, trao đổi nhiệt
thẳng đứng trong lớp nước xáo trộn đại dương mạnh mẽ hơn ( Hình 1.8 & 1.9).

Tây TBD
Đông TBD
Hình 1.8. Độ cao mực nước biển phía đông và tây TBD
trong thời kỳ El Nino.

Hình 1.9. Sơ đồ Hoàn lưu Walker trong điều kiện yếu hơn bình thường.
( Nguồn: Phòng Thí nghiệm khí quyển- Đại Dương PMEL, NOAA)
8


Khu vực có nhiệt độ cao dị thường được mở rộng từ phía đông đến vùng trung
tâm Tây TBD. Trong khi đó, khu vực nhiệt đới Tây TBD vốn được coi là “bể nóng”
TBD, lại trở lên lạnh hơn so với bình thường. Cùng với sự thay đổi của nhiệt độ mặt
nước biển, vùng mưa nhiều ở tây TBD cũng bị dịch chuyển về phía đông làm cho
khu vực đông và trung tâm TBD trở lên ấm và mưa nhiều hơn. Trái lại, khu vực tây
TBD vốn nóng và ẩm lại trở lên mát và khô hơn (Hình 1.10).

Hình 1.10. Tổng kết những thích ứng cơ bản của TBD và khí quyển
đối với hiệntượng El Nino (Trenbert, 1991)
Tuy hiện tượng El Nino chỉ xảy ra trên khu vực nhiệt đới TBD song phạm vi
ảnh hưởng của nó rất rộng lớn, hầu như trên toàn cầu với mức độ tác động khác
nhau.
Ở khu vực nhiệt đới Tây TBD và các vùng lân cận thuộc Đông Nam Á, Bắc
Australia, các hoạt động dông, bão, giáng thuỷ giảm đi. Các vùng phía bắc

Australia, Indonexia, Philippin,.. trở lên khô hạn dị thường. Trái lại, ở vùng nhiệt
đới trung tâm và Đông TBD và bờ phía Tây của Nam Mỹ, các vĩ độ cận nhiệt đới
Bắc Mỹ vốn ít mưa và khô lại mưa nhiều và ẩm ướt. Ngoài ra, hiện tượng khô hạn
hơn bình thường cũng thường quan sát được ở vùng đông nam Châu Phi và đông
bắc Nam Mỹ và mưa lại xảy ra nhiều hơn ở vùng nhiệt đới phía đông Châu Phi và
cận nhiệt đới Nam Mỹ.

9


Các sóng trong cơ chế ENSO:
Sóng Kelvin lan truyền tới bờ phía Đông TBD trung bình mất khoảng 50 ngày
và bị phản xạ trở lại. Sự phản xạ này gây ra một sóng đại dương (sóng Rossby)
chuyển động về phía Tây với thời gian trung bình khoảng 6 tháng, qua đó, lớp nước
bề mặt ấm lại được vận chuyển về phía Tây.

Hình 1.11. Các sóng trong cơ chế ENSO
Sự phản xạ qua lại của các sóng Kelvin và Rossby ở hai bờ của TBD quyết
định độ dài và tính không ổn định trong các pha của một chu trình El Nino. Như
vậy, có thể thấy sóng Kelvin làm giảm chênh lệch nhiệt độ giữa Đông và Tây TBD
(hiệu ứng âm). Trái lại, sóng Rossby cho hiệu ứng dương. Trên thực tế, sự duy trì
một thời gian dài (12 - 14 tháng) hiện tượng nóng lên dị thường của nhiệt độ nước
biển bề mặt ở trung tâm và Đông TBD xích đạo (một chu trình El Nino) chứng tỏ
hiệu ứng nhiệt bình lưu do sóng Kelvin tạo ra lớn hơn hiệu ứng nước trồi do sóng
Rossby gây ra ở vùng biển này. Ở vùng biển phía Tây TBD xích đạo, sự thay đổi
(giảm đi) của nhiệt độ mặt nước biển trong chu trình El Nino không lớn như ở vùng
trung tâm và Đông TBD xích đạo, chứng tỏ hiệu ứng nhiệt do các sóng Kelvin và
sóng Rossby bị triệt tiêu nhiều.
1.1.3 Phân vùng NINO
Để theo dõi các hoạt động của ENSO và xác định các thời kì ENSO, các nhà

khoa học thường sử dụng các chỉ số ENSO dựa trên sự thay đổi nhiệt độ mặt nước
biển đối với các khu vực biển TBD, người ta chia vùng xích đạo TBD thành các
vùng NINO dưạ trên sự thay đổi của nhiệt độ bề mặt biển. Các vùng NINO được
phân chia như sau:

10


Bảng 1.1. Bảng phân vùng NINO
STT
1

2

Vùng
NINO
NINO
1+2

NINO 3

Vĩ độ

Kinh độ

Đặc điểm vùng

0-100S

90-800W

Vùng ấm lên đầu tiên khi El Nino phát
triển.

50N-50S

0

0

3

NINO 4

5 N-5 S

4

NINO 3.4

50N- 50S

Vùng nhiệt đới TBD có biên độ nhiệt
1500W- 900W độ bề mặt lớn nhất trong thời gian diễn
ra hiện tượng El Nino.
Vùng mà khi thay đổi nhiệt độ đến
160 E-150 W
27,50C là ngưỡng quan trọng để
gây mưa
Vùng mà các thay đổi ở nhiệt độ bề

mặt là quan trọng cho việc dịch
1700W-1200W
chuyển vùng mưa (trong điều kiện bình
thường ở phía Tây TBD)
0

0

Hình 1.12. Các vùng NINO trên TBD
(Nguồn a)
1.1.4 Các chỉ số xác định hiện tượng ENSO
Dao động khí áp theo chiều Đông- Tây xích đạo TBD và nhiệt độ mặt nước
biển các khu vực NINO là hai dấu hiệu dễ được nhận thấy khi xảy ra hiện tượng
ENSO. Các nhà khoa học đã lấy hai thông số này làm chỉ tiêu định lượng trong việc
nghiên cứu hiện tượng ENSO. Có hai chỉ số thông dụng được nhiều nhà nghiên cứu

11


sử dụng. Đó là SOI và SSTA. Ngoài ra còn có nhiều chỉ số khác được sử dụng hỗ
trợ để phản ánh diễn biến và tác động của ENSO.
a)Chỉ số dao động nam SOI (Southern Oscillation Index)
Dao động nam (SO) là dao động quy mô lớn từ năm này qua năm khác của
trường khí áp mặt biển giữa vùng phía Đông và phía Tây xích đạo TBD.
Sự biến động của áp suất bề mặt biển trong các thời kì ENSO được xác định
bằng chỉ số dao động Nam SOI.
Để đánh giá độ lớn của Dao động Nam, người ta sử dụng chỉ số Dao động
nam (Southern Oscillation Index - SOI). Chỉ số này được xây dựng dựa trên hiệu
khí áp giữa trạm Tahiti (đại diện cho vùng trung tâm xích đạo TBD) và trạm
Darwin (đặc trưng cho vùng Tây TBD xích đạo). Cụ thể:

SOI  10

Ps  Ps
δ(Ps)

(1.1)

Trong đó:
 Ps = Ps(T) – Ps(D)
 Ps(T) và Ps(D) là khí áp mực nước biển trung bình tháng tại trạm Tahiti
(17,50S, 149,60W) và trạm Darwin (12,40S và 130,90E) tương ứng.
 Ps là giá trị trung bình tháng trong thời kỳ nghiên cứu của Ps.
 δ(Ps) là độ lệch chuẩn trong tháng của Ps.
 10 là giá trị quy ước được nhân thêm vào.
Darwin và Tahiti được dùng như vị trí để tính SOI, đó là các trạm nằm ở các
vị trí địa lý hai đầu đông tây của TBD, ở đây có sự biến động lớn nhất của khí áp
qua các năm. Các khu vực này được coi như là trung tâm hoạt động của dao động
nam.
SOI có giá trị dương càng lớn thì hoàn lưu Walker càng mạnh.
Trong trường hợp SOI có giá trị âm, không khí ở tầng thấp có thể chuyển động
theo chiều ngược lại, nghĩa là từ Tây sang Đông.
Giá trị âm của SOI càng lớn thì hiện tượng El Nino càng mạnh, ngược lại giá
trị dương của SOI càng cao thì hiện tượng La Nina càng mạnh.
Độ lớn của SOI phản ánh mức chênh lệch khí áp mặt biển giữa vùng trung tâm
và vùng phía Tây TBD xích đạo. Nó sẽ dao động trong khoảng từ -35 đến +35.
Nhìn chung khi SOI âm ứng với thời kỳ El Nino, khi SOI dương ứng với thời kỳ La

12

Nina (ví dụ như hình 1.12: màu đỏ mang giá trị âm biểu thị thời kỳ có El Nino, màu
xanh mang giá trị dương biểu thị thời kỳ có La Nina).

Hình 1.13. Chỉ số SOI thời kỳ 1880-2010
Theo GS.TSKH Nguyễn Đức Ngữ, một thời kỳ nếu kéo dài liên tục từ 6 tháng
trở lên có trị số SOIT-D trung bình trượt 5 tháng lớn hơn hoặc bằng 5 được xem là
một đợt La Nina còn nhỏ hơn hoặc bằng -5 được xem là một đợt El Nino. Trong đó,
đợt có chỉ số SOI ≤ -15 hoặc ≥15 kéo dài liên tục từ 6 tháng trở lên thì được coi là
một đợt El Nino mạnh hoặc một đợt La Nina mạnh.
b) Dị thường nhiệt độ mặt nước biển SSTA (Sea Surface Temperature Anomaly)
Sự nóng lên hay lạnh đi dị thường của nước biển, thường kéo theo sự thay
đổi của nhiều yếu tố liên quan khác xảy ra trên vùng nhiệt đới TBD nên các trị số
nhiệt độ mặt nước biển (SST) hoặc chuẩn sai của nó (SSTA) tại các vùng NINO
thường được dùng như những đặc trưng chủ yếu của hiện tượng ENSO.
Dị thường nhiệt độ mặt nước biển (SSTA) hay còn được gọi là chuẩn sai nhiệt
độ mặt nước biển bề mặt. Chỉ số ENSO áp dụng trên cả Việt Nam và toàn thế giới
thường được sử dụng SSTA của các vùng NINO.
Trong các chu kỳ ENSO, nhiệt độ mặt nước biển giữa Đông và Tây TBD xích
đạo thường biến đổi mạnh mẽ, đặc biệt ở vùng biển phía Đông. Trong các thời kỳ
El Nino, SSTA ở vùng phía đông xích đạo TBD thường cao hơn thời kỳ La Nina.
Chỉ số ENSO về dị thường mặt nước biển SSTA khu vực xích đạo TBD với
các phân vùng NINO, thường là khu vực có biến động mạnh nhất khi xảy ra hiện
tượng ENSO. Tuy nhiên mỗi quốc gia lại có những chỉ tiêu xác định ENSO với
13


những vùng NINO khác nhau (Bảng phân vùng NINO được trình bày ở mục 1.1.4
phía sau).
c) Chỉ số ENSO đa biến MEI (Multivariable ENSO Index)

Hiện tượng ENSO phản ánh sự tương tác giữa đại dương – khí quyển, biểu
hiện qua các đặc trưng khí tượng và hải văn khác nhau, không hoàn toàn trùng pha
với nhau. Một chỉ số tổng hợp bao gồm cả các đặc trưng khí tượng và hải văn đã
được đề xuất, đó là chỉ số ENSO đa biến (Multivariable ENSO Index) gọi tắt là
MEI.
Chỉ số MEI bao gồm 5 yếu tố với 6 biến số là khí áp mặt biển, gió (vĩ hướng,
kinh hướng), nhiệt độ mặt nước biển, nhiệt độ không khí và tổng lượng mây. MEI
có thể coi là trung bình gia trọng của các đặc trưng chủ yếu của ENSO từ 6 biến đã
nêu. Các giá trị dương (độ lệch chuẩn dương) của MEI đặc trưng cho pha ENSO
nóng (El Nino), còn các giá trị âm (độ lệch chuẩn âm) của MEI đặc trưng cho pha
ENSO lạnh (La Nina) [23].
1.1.5 Diễn biến của hiện tượng ENSO trong thời gian gần đây.
Từ những chỉ số ENSO được chọn lựa và với những tiêu chí đặt ra, các nhà
khoa học đã xác định thời kỳ El Nino và La Nina trong 50 năm qua. Các định nghĩa
khác nhau có thể cho các kết quả không trùng khớp về thời gian bắt đầu, thời gian
kết thúc của các kỳ ENSO, nhưng nói chung khác biệt là không lớn lắm.
Dựa vào số liệu chuẩn sai nhiệt độ mặt nước biển SSTA khu vực NINO 3 tính
theo chuẩn khí hậu 1961-1990, các thời kỳ El Nino/La Nina từ 1950 đến 2000 được
Nguyễn Đức Ngữ xác định trong [10]. Theo các xác định này thì từ 1951 đến 2000
đã có 14 đợt El Nino và 10 đợt La Nina, trong đó có 8 đợt El Nino và 6 đợt La Nina
có cường độ mạnh với giá trị tuyệt đối SSTA cực đại ≥ 1.50C.
Nguyễn Trọng Hiệu (2014) [6], sử dụng số liệu SSTA khu vực Nino 3.4 để
xác định các đợt ENSO theo tiêu chí sau: Đợt El Nino là một chuỗi ít nhất 6 tháng
liên tục, trị số trung bình trượt 3 tháng của SSTA trên khu vực NINO 3.4 không
dưới 0,5°C. Đợt La Nina là một chuỗi ít nhất 6 tháng liên tục trị số trung bình trượt
3 tháng của SSTA trên khu vực NINO 3.4 âm với trị số tuyệt đối không dưới 0,5°C.
Các đợt ENSO được phân làm 2 loại: ENSO dài, khi thời gian tồn tại lớn hơn hoặc
bằng 12 tháng và ENSO ngắn khi thời gian tồn tại từ 6-11 tháng.
Trên trang của
trung tâm dự báo Khí Hậu (CPC), xác định ENSO theo số liệu trượt 3 tháng của

14


SSTA khu vực NINO 3.4 với ngưỡng +/- 0.50C và cần đạt liên tục 5 tháng trở lên.
Ngưỡng với ENSO trung bình là +/- 10C, với ENSO mạnh là +/-1.50C.
Viện Nghiên cứu Quốc tế về Khí hậu và Xã hội (International Research
Institute for Climate and Society, IRI, />xác định ENSO dựa trên số liệu trượt 5 tháng của SSTA khu vực NINO 3.4 với
ngưỡng +/- 0.40C và phải có ít nhất 6 tháng liên tiếp đạt và vượt ngưỡng này.
Còn cơ quan khí tượng Nhật Bản, thời kỳ ENSO là thời kỳ có trung bình trượt
5 tháng của SSTA khu vực (40N - 40S, 1500W - 900W) có ngưỡng lớn hơn hoặc
bằng 0.50C (tương ứng với El Nino) và nhỏ hơn hoặc bằng -0.50C (tương ứng với
La Nina) kéo dài ít nhất 6 tháng.
Trên trang www.dmc.gov.vn của Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai
có bài viết “Diễn biến EL NINO và nhận định xu thế mùa mưa, bão, lũ năm
2015”.Theo tiêu chí đánh giá của Trung tâm dự báo khí hậu Hoa Kỳ, El Nino đã
chính thức bắt đầu. Ngược lại, cơ quan khí tượng Úc cho rằng đến các tháng giữa
năm 2015 mới đạt ngưỡng El Nino. Cơ quan khí tượng Nhật Bản cũng cho rằng
ENSO hiện vẫn đang trạng thái trung tính, sẽ chuyển sang El Nino vào các tháng
mùa hè và kết thúc vào các tháng cuối đông 2015.Theo kết quả tổng hợp dự báo từ
các mô hình thống kê và động lực của nhiều Trung tâm nghiên cứu Khí hậu lớn trên
thế giới thì khả năng El Nino kéo dài đến mùa hè năm 2015 là 70% và mùa thu đông năm 2015 là 60%. Dự báo chuẩn sai nhiệt độ mặt nước biển tại khu vực trung
tâm xích đạo TBD (NINO3.4) đang tăng dần và sẽ đạt cao nhất khoảng 1,0-1,2 0C
vào nửa cuối năm 2015, trong đó nhóm mô hình động lực cho kết quả dự báo El
Nino cường độ mạnh hơn nhóm mô hình thống kê. Tuy còn khác biệt trong các
đánh giá về độ tin cậy của dự báo nhưng các Trung tâm nghiên cứu khí hậu đều
nhận định hiện tượng El Nino đã khởi phát từ cuối năm 2014 và sẽ chính thức xuất
hiện vào các tháng đầu mùa hè 2015. Mặc dù được dự báo là một El Nino có cường
độ yếu đến trung bình nhưng có thể kéo dài đến cuối năm 2015.
Khi so sánh các dữ liệu mới thu thập được về El Nino 2015 với El Nino 1997 1998 (một trong 3 đợt hoành hành hiếm hoi gần đây nhất khiến nhiệt độ nước TBD
tăng kỷ lục 3.5 0C, ngoài giai đoạn 1982-1983 và 1972-1973), các nhà nghiên cứu

đã phát hiện sự giống nhau đến kinh ngạc giữa chúng.
15


1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu – khu vực Bắc Bộ Việt Nam
1.2.1 Vị trí địa lý khu vực Bắc Bộ.

Hình 1.14. Vị trí địa lý của khu vực Bắc Bộ Việt Nam
Bắc Bộ nằm ở vùng cực Bắc lãnh thổ Việt Nam, có phía bắc giáp Trung
Quốc, phía tây giáp Lào và phía đông giáp biển Đông (Hình 1.14). Khu vực bắt đầu
từ vĩ độ 23o23’ Bắc đến 8o27’ Bắc. Chiều dài là 1.650 km. Chiều ngang Đông - Tây
là 500 km, rộng nhất so với Trung Bộ và Nam Bộ.
Địa hình Bắc Bộ bao gồm đồi núi, đồng bằng, bờ biển và thềm lục địa. Có bề
mặt thấp dần, xuôi theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, được thể hiện thông qua
hướng chảy của các dòng sông lớn.
Bắc Bộ Việt Nam chia làm 3 vùng: Vùng Tây Bắc, vùng Đông Bắc, vùng
đồng bằng Bắc Bộ (Hình 1.15).

16


Hình 1.15. Bản đồ các tỉnh khu vực Bắc Bộ Việt Nam.
Khu vực đồng bằng rộng lớn nằm ở lưu vực sông Hồng, có diện tích 14,8 ngàn
km2. Đồng bằng dạng hình tam giác, đỉnh là Thành phố Việt Trì và cạnh đáy là
đường bờ biển phía đông. Đây là đồng bằng châu thổ lớn thứ hai Việt Nam
(sau Đồng bằng sông Cửu Long diện tích 15.000 km2) do sông Hồng và sông Thái
Bình bồi đắp. Phần lớn bề mặt đồng bằng có địa hình khá bằng phẳng, có độ cao từ
0,4 - 12m so với mực nước biển.
Về phía tây và tây bắc, liền kề với đồng bằng sông Hồng là khu vực Trung du
và miền núi có diện tích khoảng 102,9 ngàn km2. Địa hình ở đây bao gồm các dãy

núi cao và rất hiểm trở, kéo dài từ biên giới phía bắc (nơi tiếp giáp với Trung Quốc)
tới phía tây tỉnh Thanh Hoá.
Về phía khu vực đông bắc phần lớn là núi thấp và đồi nằm ven bờ biển Đông,
được bao bọc bởi các đảo và quần đảo lớn nhỏ. Ở Vịnh Bắc Bộ tập trung quần thể
bao gồm gần 3.000 hòn đảo nằm trong các khu vực biển Vịnh Hạ Long, Bái Tử
Long, Cát Hải, Cát Bà, Bạch Long Vĩ.

17