Nghiên cứu đánh giá và dự tính biến động của các đặc trưng gió mùa mùa hè ở Việt Nam

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


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ TÍNH BIẾN ĐỘNG
CỦA CÁC ĐẶC TRƯNG GIÓ MÙA MÙA HÈ Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khí tượng và khí hậu học
Mã số: 62440222
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

Tác giả luận án

Giáo viên hướng dẫn 1

Nguyễn Đăng Mậu PGS. TS. Nguyễn Văn Thắng

Giáo viên hướng dẫn 2

TS. Mai Văn Khiêm

THỦ TRƯỞNG CƠ SỞ ĐÀO TẠO
(Ký, đóng dấu)

Hà Nội - 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các kết quả nghiên cứu được nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

Nguyễn Đăng Mậu


ii

LỜI CẢM ƠN

Tác giả gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới hai Thầy hướng dẫn khoa học:
(1) PGS. TS. Nguyễn Văn Thắng; (2) TS. Mai Văn Khiêm.
Tác giả chân thành cảm ơn GS. TS. Nguyễn Trọng Hiệu, các nhà khoa học

và đồng nghiệp đã giúp đỡ và góp ý cho các nội dung của Luận án.
Tác giả chân thành cảm ơn cơ sở đạo tạo và lãnh đạo cơ quan đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian học tập.
Đặc biệt, tác giả luôn nhận được sự động viên vô cùng quan trọng từ bố mẹ,
người vợ và hai con gái, cũng như những người thân trong gia đình và bạn bè.
Tác giả

Nguyễn Đăng Mậu


iii
MỤC 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 biến động của 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 biến 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 pháp xác định chỉ số gió mùa mùa hè ................................ 33
2.1.2. Phương pháp tính toán các 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 phân tích và quan 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


iv

CHƯƠNG 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 cho khu vực Việt Nam .......................... 51
3.1.1. Xác định 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 quy 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 của các đặc trưng theo chỉ số VSMI ....................... 89
3.3.3. Biến động năm của 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 biến động vào giữa thế kỷ 21 ............................................115
4.2.2. Dự tính biến 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 biến động của thời điểm bắt đầu gió mùa mùa hè..............121
4.3.2. Dự tính biến động của thời điểm kết thúc gió mùa mùa hè.............124
4.3.3. Dự tính biến động của độ dài mùa gió mùa mùa hè........................128
4.3.4. Dự tính biến động của số đợt gián đoạn gió mùa mùa hè ...............132
4.3.5. Dự tính biến động cường độ gió mùa mùa hè.................................134


v
4.4. 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 của CPC .....................................165


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT

Ý NGHĨA

ASM

Gió mùa mùa hè châu Á

ÂĐD

Ấn Độ Dương

BĐKH

Biến đổi khí hậu

BCB

Bán cầu Bắc

BCN

Bán cầu Nam

CFSR

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

Cv

Biến suất

ENSO

El Niño – Dao động Nam

EOF

Hàm trực giao tự nhiên

KNK

Khí nhà kính

GMMH

Gió mùa mùa hè

HGT

Độ cao địa thế vị

HMM

Mô hình Markov

IAV

Biến động năm


vii
CHỮ 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

MJO

Dao động Nam

MT

Rãnh gió mùa

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

nnk

Những người khác

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
cứu tác động

PRECIS-

Mô hình PRECIS được chạy với số liệu đầu vào từ mô hình

CNRM

toàn cầu CNRM-CM3

PRECIS-

Mô hình PRECIS được chạy với số liệu đầu vào từ mô hình

GFDL

toàn cầu GFDL-CM5

U

Gió vĩ hướng


viii

CHỮ 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

RI

Chỉ số lượng mưa GMMH Ấn Độ

SCSSM

Chỉ số gió mùa mùa hè Biển Đông

STD

Độ lệch tiêu chuẩn

SST

Nhiệt độ mặt nước biển

TBD

Thái Bình Dương

VSMI

Chỉ số gió mùa mùa hè cho Việt Nam

XTNĐ

Xoáy thuận nhiệt đới

WMO

Tổ chức Khí tượng thế giới


ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tổng hợp các chỉ số GMMH cho khu vực gió mùa châu Á – TBD... 28
Bảng 2.1. Kết quả xác định mùa hè El Nino thời kỳ 1981-2010 ....................... 44
Bảng 2.2. Kết quả xác định mùa hè La Nina thời kỳ 1981-2010 ....................... 45

Bảng 2.3. Kết quả xác định mùa hè trung gian của ENSO (trung gian - pha ấm;
trung gian - pha lạnh) ....................................................................................... 46
Bảng 2.4. Kết quả xác định mùa hè ENSO thời kỳ 1981-2004 ......................... 46
Bảng 2.5. Số liệu dự tính khí hậu bằng mô hình PRECIS ................................. 49
Bảng 3.1. Lượng mưa GMMH (mm/ngày) và chỉ số Cv (%) thời kỳ 1981-2010
tại các trạm thuộc khu vực Tây Nguyên ........................................................... 84
Bảng 3.2. Lượng mưa mùa GMMH (mm/ngày) và chỉ số Cv (%) thời kỳ 19812010 tại các trạm thuộc khu vực Nam Bộ ......................................................... 87
Bảng 3.3. Ma trận hệ số tương quan giữa các đặc trưng GMMH ...................... 88
Bảng 3.4. STD của đặc trưng GMMH thời kỳ 1981-2010 và các thập kỷ ........ 99
Bảng 4.1. Kết quả tính toán các đặc trưng thống kê giữa số liệu lương mưa mô
phỏng và số liệu quan trắc ...............................................................................115
Bảng 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 .....................................................................139
Bảng 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


x

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ phân định vùng có gió mùa (Nguồn: Ramage C, 1971) [94] ..... 5
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 . ........................................ 5
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 .............................................................. 13
Hình 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 ................................................................................................... 15
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 ....................................................................................................... 16
Hình 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-40o N,
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


xi
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) ..................................................................... 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 (5o N -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


xii

Hình 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 bắt 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 bắt 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


xiii
Hình 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 các 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 các 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-GFDL;
(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-GFDL; (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


xiv

850hPa 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) PRECISGFDL; (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 19862005 trong các phương án mô phỏng PRECIS (PRECIS-CNRM và PRECISGFDL) 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) PRECISCNRM; (b) PRECIS-GFDL; (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) PRECISCNRM; (b) PRECIS-GFDL; (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) PRECISCNRM; (b) PRECIS-GFDL; (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) PRECISCNRM; (b) PRECIS-GFDL; (c) Tổ hợp các dự tính........................................121


xv
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



1

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 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.


2



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;
- Phạm vị nghiên cứu:
+ Khảo sát đề xuất chỉ số GMMH: Các tính toán và khảo sát số liệu được

thực hiện trên phạm vi không gian 60oE - 160oE và từ 15oS - 40oS;
+ Tính toán và dự tính biến động được thực hiện trong phạm vi không gian
của chỉ số VSMI: 100oE-110o E và 5oN -15oN;
+ Tính toán biến động lượng mưa gió mùa mùa hè được thực hiện ở khu
vực Tây Nguyên và Nam Bộ.


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 100o E110oE. 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

3

đợt 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


4

CHƯƠNG 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.


5

Hình 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].


6

Vào 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

7

này, 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].