(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu sử dụng số liệu lượng mưa vệ tinh để đánh giá hạn khí tượng cho khu vực tinhe Thanh Hóa

,

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƢA VỆ TINH

ĐỂ ĐÁNH GIÁ HẠN KHÍ TƢỢNG
KHU VỰC TỈNH THANH HÓA

CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƢỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC
NGUYỄN VĂN DŨNG

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƢA VỆ TINH

ĐỂ ĐÁNH GIÁ HẠN KHÍ TƢỢNG
KHU VỰC TỈNH THANH HÓA
NGUYỄN VĂN DŨNG
CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƢỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC
MÃ SỐ: 8440222

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Nguyễn Viết Lành

HÀ NỘI, NĂM 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Viết Lành
Cán bộ chấm phản biện 1: TS.Phạm Thị Ngà
Cán bộ chấm phản biện 2:TS. Vũ Thanh Hằng
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 11 tháng 01 năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Văn Dũng


LỜI CÁM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô giáo

hoa

hí tượng Thủy văn

Trư ng
i học T i nguy n v
i trư ng
i đã cung cấp những kiến thức
chuy n m n quý giá giúp đỡ v t o điều kiện thuận lợi trong suốt th i gian em học
tập ở hoa v đồng ý cho em được thực hiện luận văn này. Em c ng xin chân th nh
cảm ơn Phòng
o t o đã t o điều kiện cho em trong th i gian học tập v hoàn
th nh luận văn.
Luận văn n y được thực hiện dưới sự hướng dẫn, góp ý quý báu của các
Thầy, Cô giáo trong Khoa hí tượng Thủy văn c ng như sự giúp đỡ của cán b
thu c Viện hoa học hí tượng Thủy văn v Biến đổi khí hậu đặc biệt l sự hướng
dẫn trực tiếp của PGS. TS. guyễn Viết L nh.
Cuối cùng xin gửi l i cảm ơn tới gia đình v b n bè đã giúp đỡ đ ng vi n
rất nhiều trong suốt quá trình học tập v thực hiện luận văn.
gư i viết luận văn trân trọng biết ơn những sự hướng dẫn góp ý giúp đỡ
v hỗ trợ quý báu đó. Do th i gian v kinh nghiệm còn h n chế n n luận văn kh ng
tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ
Thầy C v những đ c giả quan tâm.
Nguyễn Văn Dũng

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 4
Tóm tắt: (tiếng Việt) ..................................................................................................... iv

THESIS ABSTRACT (dịch sang tiếng Anh) .............................................................. v

DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ vii
CHƢƠNG 1 ........................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................................ 3
1.1 Khái ni m v h n h n và nguy n nh n g y ra h n h n ................................. 3
1.1.1 Khái niệm về hạn hán .......................................................................................... 3
1.1.2 Nguyên nhân gây ra hạn khí tượng ..................................................................... 4

1.2 Kh i qu t v đi u ki n tự nhi n tỉnh Thanh Hóa........................................... 5
1.3 T nh h nh nghi n cứu h n h n trong và ngoài nƣ c ...................................... 8
1.3.1 T nh h nh nghiên c u hạn hán ngo i nư c ........................................................ 8
1.3.2 T nh h nh nghiên c u ở trong nư c .................................................................. 11

CHƢƠNG 2 ......................................................................................................... 15
SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................ 15
2.1 Số li u nghi n cứu .......................................................................................... 15
2.1.1 Số liệu quan trắc ................................................................................................ 15
2.1.2 Số liệu, báo cáo liên quan đến hạn hán ở Thanh Hóa ...................................... 16
2.1.3 Số liệu mưa được khai thác từ vệ tinh ............................................................... 17
2.1.4 Chỉ số s c khỏe thực vật được khai thác từ vệ tinh AVHRR ............................. 20

2.2 Phƣơng ph p tính to n và x c định chỉ ti u h n khí tƣợng ........................ 21
2.3 Phƣơng ph p n i suy số li u v đi m tr m ................................................... 24
2.4 Phƣơng ph p đ nh gi mối quan h của hai iến và sai số ......................... 26
2.5 Phƣơng ph p đ nh gi h n khí tƣợng .......................................................... 28
CHƢƠNG 3 ......................................................................................................... 29
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẠN KHÍ TƢỢNG DỰA TRÊN LƢỢNG MƢA ... 29
3.1 So s nh lựa chọn chỉ số h n khí tƣợng ......................................................... 29
3.1.1 So sánh một số các chỉ số hạn khí tượng ........................................................... 29

3.1.2 Lựa chọn chỉ số hạn .......................................................................................... 36

3.2 Mối quan h và sai số giữa lƣợng mƣa v tinh và quan trắc ....................... 37
3.2.1 Mối quan hệ giữa lượng mưa vệ tinh và quan trắc ........................................... 37
3.2.1. Sai số giữa lượng mưa vệ tinh và quan trắc..................................................... 39

3.3 H n khí tƣợng dựa tr n chỉ số SPI ............................................................... 41

ii


3.3.1 Lựa chọn quy mô thời gian cho đánh giá hạn khí tượng .................................. 41
3.3.2 Diễn biến của hạn khí tượng theo thời gian ...................................................... 43
3.3.3 Thời gian hạn khí tượng thời kỳ 1981-2016 ...................................................... 47
3.3.4 Các sự kiện hạn khí tượng điển h nh ................................................................ 52

3.4 Tác động hạn hán đến thực vật v cây trồng .................................................. 54
K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ ............................................................................. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 58

iii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nguyễn Văn Dũng
Lớp CH3A.K

Khóa: 2017-2018

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Viết Lành

Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng số liệu mưa vệ tinh để đánh giá hạn khí tượng
khu vực tỉnh Thanh Hóa
Tóm tắt: (tiếng Việt)
Tóm tắt luận văn cao học: Nghi n cứu sử dụng số li u lƣợng mƣa v tinh đ
đ nh gi h n khí tƣợng cho khu vực tinhe Thanh Hóa
1. Mục ti u của luận văn
Đánh giá được khả năng sử dụng số liệu mưa vệ tinh và diễn biến của hạn khí tượng
trên khu vực tỉnh Thanh Hóa.
2. Ph m vi nghi n cứu:
Về nội dung nghiên cứu: Luận văn đánh giá khả năng sử dụng một số sản phẩm
mưa tháng từ phân tích ảnh vệ tinh, so sánh một số các chỉ số hạn khí tượng và chủ
yếu đánh giá hạn khí tượng trên cơ sở chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (SPI), thời kỳ
1981-2016. Về phạm vi không gian, luận văn đánh giá hạn khí tượng cho tỉnh
Thanh Hóa;
3. Ý nghĩa của luận văn
- Về ý nghĩa khoa học: Đã đánh giá được khả năng sử dụng lượng mưa vệ tinh, và
đánh giá đặc điểm của tình trạng hạn hán ở tỉnh Thanh Hóa.
- Về ý nghĩa thực tiễn: Đã cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng hệ thống
giám sát, cảnh báo sớm hạn cho khu vực tỉnh Thanh Hóa.
4. Kết quả
Bằng việc sử dụng 56 năm số liệu quan trắc tại 7 trạm KT, 36 năm tại trạm
TV, ND và 36 năm số liệu mưa và chỉ số sức kh e thực vật được tính toán từ ảnh vệ
tinh để tính toán và đánh giá diễn biến của hạn khí tượng cho khu vực tỉnh Thanh
Hoa, luận văn đã thu được một số kết quả đáng ch ý sau:
1) Đã phân tích so sánh 6 chỉ số hạn khí tượng SPI, PN, K, Pt SE và Sa.I. Kết
quả cho thấy, mối quan hệ và diễn biến của các chỉ số này khá phù hợp. Tuy nhiên,
khi phân cấp mức độ hạn thì các chỉ số đã có sự khác nhau khá rõ ràng. Điều này
cho thấy sự cần thiết sử dụng nhiều chỉ số hạn trong quản lý hạn khí tượng ở mỗi
khu vực;
2) Đã so sánh giữa lượng mưa tháng quan trắc và lượng mưa từ phân tích vệ

tinh CHIRPS, CDR và CCS. Kết quả cho thấy, số liệu mưa vệ tinh khá phù hợp với
lượng mưa quan trắc: Hệ số tương quan giữa mưa quan trắc với CHIRPS, CDR khá
cao, có độ tin cậy từ 95-99% và sai số MAE (RMSE) phổ biến từ 5% đến 10%. Hệ
số tương quan giữ lượng mưa quan trắc và CCS thấp hơn và có sai số cao hơn so

iv


với CHIRP và CDR.
3) Đã tính toán đánh giá hạn KT bằng chỉ số SPI dựa trên lượng mưa của
CHIRPS. Kết quả đã xác định 6 sự kiện hạn hán điển hình thời kỳ 1981-2016 và các
sự kiện này cũng khá phù hợp với kết quả tính toán từ mưa quan trắc. Hạn KT có xu
thế xảy ra trên hầu khắp tỉnh Thanh Hóa. Theo mức hạn nặng và rất nặng của SPI12 cho thấy, hạn nặng nổi trội ở phía bắc và phía tây bắc với tần suất 8-9%, hạn rất
nặng nổi trội ở vùng phía đông nam và tây nam tỉnh Thanh Hóa với tần suất 3-4%,
vùng dễ bị hạn nghiêm trọng như các huyện Thạch Thành, Vĩnh Lộc, Yên Định, Hà
Trung, Thường Xuân, Lang Chánh, Quan Hóa, Như Xuân, ngọc Lặc, Nga Sơn, và
Cẩm Thủy.
4) Đã so sánh chỉ số SPI-3 với chỉ số STD VHI và số liệu thực trạng hạn hán
vụ đông xuân 2015-2016. Kết quả cho thấy, sức kh e thực vật và cây trồng ở Thanh
Hóa bị ảnh hưởng bởi hạn hán khá điển hình và gián tiếp cho thấy mức độ phù hợp
về khả năng sử dụng mưa CHIRP trong quản lý hạn ở Thanh Hóa.

THESIS ABSTRACT (dịch sang tiếng Anh)
Summary of master's thesis: Research on using satellite rainfall data to assess
meteorological drought for Thanh Hoa province.
1. Objectives of the thesis
Assessing the ability to use satellite rain data and the evolution of meteorological
term in Thanh Hoa province.
2. Scope of study:
Study content: Assesses the ability to use a monthly rain products of CHIRPS

(Climate Hazards Group Infrared Precipitation with Station) from satellite image
analysis, comparing some meteorological indicators and assessing meteorological
drought base on standardization of rainfall (SPI). Regarding the scope of space, the
thesis evaluates meteorological drough for Thanh Hoa province;
3. The meaning of the thesis
- Scientific significance: The ability to use satellite rainfall has been assessed, and
the characteristics of meteorological drought in Thanh Hoa province have been
evaluated.
- Practical significance: The thesis has provided a scientific basis for the early
monitoring and warning system for Thanh Hoa province.
4. Results
The thesis has obtained some remarkable results:
1) Comparative analysis of 6 meteorological indexes SPI, PN, K, Pt, SE and
Sa.I. The results show that the relationship and evolution of these indicators are
quite appropriate. However, when decentralized, the indexes are quite different.
This indicates the need to use some indicators in meteorological drought
management in each area;

v


2) Comparison between observed precipitation and precipitation of CHIRPS,
CDR and CCS satellite analysis. The results showed that the satellite prepitation is
quite suitable with observed Prepitation: The correlation coefficient between the
observed prepitation with CHIRPS, the CDR is quite high, with the reliability of 9599% and the MAE error (RMSE) Popular from 5% to 10%.
3) Evaluate meteorological drought base on SPI from prepitation of CHIRPS.
The results identified 6 typical drought events in the period 1981-2016 and these
events are also quite consistent with the calculation results from the observation
prepitation. Drought tends to occur in most of Thanh Hoa province. The heavy and
very severe drought of SPI-12, the drought was dominant in the north and northwest

with the frequency of 8-9%, severe drought prevailed in the southeast and
southwestern of Thanh Hoa province about 3-4% frequency, severely drought areas
such as Thach Thanh, Vinh Loc, Yen Dinh, Ha Trung, Thuong Xuan, Lang Chanh,
Nhu Xuan, Ngoc Lac, Nga Son, and Cam Thuy.
4) Comparing the SPI-3 index with the STD_VHI index and the data of the
drought situation of the winter-spring season in 2015-2016. The results showed that
plant and plant health in Thanh Hoa is affected by drought typical and indirectly
shows the suitability of the use of CHIRP in drought management in Thanh Hoa
province.

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Các yếu tố khí tượng trung bình nhiều năm tại trạm Thanh Hóa ................. 7
Bảng 2. 1. Số liệu khí tượng tại các trạm quan trắc .................................................... 16
Bảng 2. 2. Ví dụ về biểu thu thập số liệu về thực trạng hạn hán ở Thanh Hóa ............ 20
Bảng 2. 3. Một số sản phẩm được phân tích từ vệ tinh có thể khai thác được ............. 18
Bảng 2. 4. Phân cấp mức độ hạn của chỉ số SE .......................................................... 21
Bảng 2. 5. Phân cấp mức độ hạn theo chỉ số Penman ................................................. 22
Bảng 2. 6. Phân cấp hạn theo chỉ số K ....................................................................... 22
Bảng 2. 7. Phân cấp hạn theo chỉ số Sa.I .................................................................... 23
Bảng 2. 8. Phân cấp hạn theo chỉ số PN ..................................................................... 23
Bảng 2. 9. Phân loại hạn hán theo chỉ số SPI ............................................................. 24
Bảng 2. 10. Tiêu chuẩn tin cậy của r ......................................................................... 27
Bảng 3 1. Một số đặc điểm của mùa mưa và mùa khô khu vực tỉnh Thanh hóa.......... 29
Bảng 3.2. Hệ số tương quan tuyến tính (r) giữa các chỉ số hạn khí tượng được tính
trung bình 6 trạm khí tượng khu vực Thanh Hóa ...................................... 30
Bảng 3.3. Hệ số tương quan giữa lượng mưa quan trắc và vệ tinh ............................. 38
Bảng 3.4. Các đặc trưng của sự kiện hạn điển hình từ 1981-2016 tại quy mô thời

gian lượng mưa 12 tháng .......................................................................... 46
Bảng 3.5. Phần trăm diện tích hạn rất nặng dựa theo phân bố không gian TGH của
mức độ hạn rất nặng (phân tích chi tiết hình 3.13d,h,i).............................. 49
Bảng 3.6. Diện tích (DT-ha) cây trồng bị hạn vụ Đông – Xuân tại Thanh Hóa .......... 55

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa các loại hạn ................................................. 4
Hình 1. 2. Ví dụ về hệ thống giám sát sử dụng lượng mưa để chỉ thị hạn khí tượng ..... 8
Hình 1. 3. Sử dung lượng mưa TRMM đánh giá, giám sát hạn khí tượng .................... 9
Hình 1. 4. Sử dụng lượng mưa CHIRPS trong đánh giá và giám sát hạn khí tượng .... 10
Hình 1. 5. Giám sát hạn khí tượng ở Singapore ........................................................ 11
Hình 2.1. Sơ đồ các trạm khí tượng, thủy văn và đo mưa nhân dân ............................ 15
Hình 2.2. Nội suy song tuyến tính cho điểm .............................................................. 26
Hình 3. 1. Giản đồ tụ điểm của SPI và các chỉ số hạn khí tượng ................................ 32
Hình 3. 2. Phân bố tần suất xuất hiện ngưỡng ẩm, khô của chỉ số hạn K .................... 33
Hình 3. 3. Phân bố tần suất xuất hiện ngưỡng ẩm, khô của của chỉ số SE .................. 33
Hình 3. 4. Phân bố tần suất xuất hiện ngưỡng ẩm, khô của chỉ số hạn P t .................... 34
Hình 3. 5. Phân bố tần suất xuất hiện ngưỡng ẩm, khô của chỉ số hạn SPI ................. 34
Hình 3. 6. Phân bố tần suất xuất hiện ngưỡng ẩm, khô của chỉ số PN ........................ 34
Hình 3. 7. Phân bố tần suất xuất hiện ngưỡng ẩm, khô của chỉ số Sa.I ....................... 35
Hình 3. 8. Diễn biến của các chỉ số hạn khí tượng năm hạn cực đoan 2015-2016 tại
trạm khí tượng Yên Định .......................................................................... 35
Hình 3. 9. Biến trình năm của lượng mưa quan trắc và vệ tinh ................................... 39
Hình 3. 10. Sai số giữa lượng mưa vệ tinh và quan trắc mùa khô (hình a, b, c, d) và
mùa mưa (hình e, f, g, h), giá trị % so với lượng mưa trung bình .............. 40
Hình 3. 11. Diễn biến của chỉ số hạn SPI theo quy mô thời gian gian 3 tháng (a), 6
tháng (b), 12 tháng (c) dựa trên lượng mưa trung bình của tất cả lưới và quy

mô thời gian 12 tháng dựa trên lượng mưa trung bình 6 trạm quan trắc ........ 44
Hình 3. 12. Diễn biến của diện tích hạn (% so với tổng diện tích) theo các khoảng
thời gian gian 3 tháng (a), 6 tháng (b), 12 tháng (c) .................................. 46
Hình 3. 13. Phân bố không gian của tổng thời gian hạn hán (TGH) ở các quy mô
thời gian khác nhau: 3 tháng (a – d); ) 6 tháng (e – h); và 12 tháng (i – l)
theo các mức độ hạn hán khác nhau .......................................................... 50
Hình 3. 14. Tần suất xuất hiện hạn khí tượng (%) theo mức độ hạn dựa trên quy mô
thời gian 12 tháng: hạn vừa (a), hạn nặng (b), hạn rất nặng (c). ................. 51
Hình 3. 15. Phân bố không gian của mức độ hạn khí tượng (MDH e), cường độ hạn
hán (Ie) và giá trị SPI trong tháng có diện tích hạn cao nhất (DA) trong 6
đợt hạn hán nghiêm trọng nhất từ 1981-2016 dựa trên quy mô thời gian
12 tháng .................................................................................................... 53
Hình 3. 16. Mối quan hệ giữa SPI, diện tích hạn (DA) quy mô 3 tháng và STD_VHI
của đợt hạn: a) Đợt hạn D2 và b) đợt hạn D6 ............................................ 54
viii


DANH MỤC CHỮ VI T TẮT
Viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

WMO

Tổ chức Khí tượng Thế
giới

KT

Trạm khí tượng

TV

Trạm thủy văn

ND

Trạm đo mưa nhân dân

TRMM

Nhiệm vụ đo mưa nhiệt
đới

CMORPH

Công nghệ Morphing của

Climate Prediction Center

Trung tâm Dự báo Khí
hậu

MORPHhing technique

Ứớc lượng lượng mưa từ

Precipitation Estimation from

viễn thám sử dụng mạng

Remotely Sensed using Artificial

thần kinh nhân tạo

Neural Networks

PERSIANN –
CDR (CDR)

Bản ghi dữ liệu khí hậu

Climate Data Record

PERSIANN –

Hệ thống phân loại mây

Cloud Classification System

PERSIANN

World Meteorological Organization

Tropical Rainfall Measuring Mission

CCS (CCS)
CHIRPS hoặc

CHIRP

Climate Hazards Group InfraRed
Precipitation with Stations

ix


MỞ ĐẦU
Hạn hán làm cho hàng ngàn ao hồ sông suối bị cạn kiệt, nhiều vùng dân cư
thiếu nước sinh hoạt, nguy cơ cháy rừng cao, làm tăng khả năng xâm nhập mặn, làm
giảm năng suất cây trồng hoặc mất khả năng canh tác nông nghiệp. Hạn nhẹ thường
làm giảm năng suất và sản lượng cây trồng đến 20-30%, hạn nặng đến 50%, hạn rất
nặng làm mùa màng bị mất trắng. Ngoài ra hạn hán còn dẫn tới nguy cơ sa mạc hoá.
Biến đổi khí hậu cùng với sự quá tải về dân số đô thị chính là những nhân tố góp
phần làm tăng nguy cơ hạn hán ở nhiều nơi.
Ở nước ta chịu ảnh hưởng của nhiều đợt hạn hán điển hình như đợt hạn
1992-1993, 1994-1995, 1997-1998, 2004-2005, 2007-2008, 2009-2010, 2015-2016
đã làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự phát triển kinh tế - xã hội của nước ta [16].
Thanh Hóa là một trong những tỉnh chịu ảnh hưởng của hạn hán nghiêm trọng như
năm 2009-2010. Năm 2015-2016, Thanh Hóa là một trong những tỉnh chịu ảnh
hưởng của hạn hán nghiêm trọng, và đã được Chính phủ hỗ trợ 26,9 tỷ đồng khắc
phục hạn hán.
Do mạng lưới trạm thưa thớt, khó có thể nắm bắt diễn biến theo không gian
về tình trạng hạn hán, để giải quyết những thách thức này, ước tính lượng mưa/sản
phẩm gần thời gian thực được phân tích từ vệ tinh ngày càng trở nên sẵn có cho sử
dụng ở quy mô toàn cầu và khu vực. Cho đến nay rất nhiều sản phẩm mưa được kết
hợp phân tích từ ảnh vệ tinh và quan trắc, đây là nguồn số liệu rất thuận lợi trong
nghiên cứu hạn khí tượng, xây dựng hệ thống giám sát, dự báo và cảnh báo sớm hạn
hán. Vì vậy, trong những năm gần đây nhiều công trình nghiên cứu đã ứng dụng

khai thác đánh giá hạn hán nhằm từng bước xây dựng hệ thống giám sát hạn hán ở
nhiều quốc gia.
Có thể nói, việc giám sát, dự báo và cảnh báo sớm hạn được tiến hành ở
nhiều quốc gia. Điều này sẽ gi p các cơ quan quản lý cũng như người sản xuất chủ
động điều chỉnh kế hoạch sản xuất, nhằm tăng khả năng chống chịu của hệ thống
trong điều kiện hạn hán, điều chỉnh hợp lý việc dùng nước và tăng cường tiết kiệm
nước. Người sử dụng thường yêu cầu chỉ ra, khi nào, ở đâu hạn sẽ xuất hiện, trạng
thái hạn sẽ tiến triển như thế nào? Khi hạn hán đã xuất hiện, cộng đồng muốn biết
hạn hán sẽ kéo dài bao lâu, mức độ thiếu hụt nước là bao nhiêu? Cần bao nhiêu
lượng mưa để quay trở lại trạng thái bình thường? Thực tế việc xác định được các
thông tin trên là rất khó khăn vì hạn hán thường tích lũy một cách chậm chạp trong
một khoảng thời gian dài và có thể kéo dài trong nhiều năm sau khi đợt hạn kết
thúc.
1


Trước thực tế đó, đề tài:

ghi n cứu sử dụng số liệu lượng mưa vệ tinh để

đánh giá h n khí tượng cho khu vực tỉnh Thanh Hóa được chọn để làm luận văn
tốt nghiệp cao học chuyên ngành khí tượng và khí hậu học với mục tiêu: Đánh giá
được khả năng sử dụng số liệu mưa vệ tinh và diễn biến của hạn khí tượng trên khu
vực tỉnh Thanh Hóa.
Phạm vi nghiên cứu: Luận văn chỉ đánh giá khả năng sử dụng một số sản
phẩm mưa tháng từ phân tích ảnh vệ tinh, tính toán so sánh một số các chỉ số hạn
khí tượng và chủ yếu đánh giá hạn khí tượng trên cơ sở chỉ số chuẩn hóa lượng mưa
(SPI), thời kỳ 1981-2016. Về phạm vi không gian, luận văn chỉ nghiên cứu đánh giá
hạn khí tượng cho tỉnh Thanh Hóa;
Nội dung của luận văn, ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu

tham khảo, được bố cục thành 3 chương chính như sau:
Chƣơng 1. Tổng quan v vấn đ nghi n cứu
Trong chương này, luận văn sẽ khái quát sơ lược về điều kiện tự nhiên, khái
niệm và nguyên nhân hạn hán, tổng quan về những công trình nghiên cứu đánh giá,
giám sát hạn hán sử dụng lượng mưa vệ tinh ở trên thế giới và Việt Nam. Từ các kết
quả tổng quan sẽ xác định nội dung và mục đích nghiên cứu của luận văn.
Chƣơng 2. Số li u và phƣơng ph p nghiên cứu
Trong chương này, luận văn sẽ trình bày về cơ sở số liệu quan trắc khí tượng,
đo mưa từ trạm thủy văn, đo mưa nhân dân, báo cáo liên quan đến hạn hán ở Thanh
Hóa, sản phẩm lượng mưa được ước lượng từ vệ tinh, số liệu liên quan đến thảm
thực vật, một số phương pháp tính toán hạn khí tượng được luận văn sử dụng và
một số các phương pháp thống kê được ứng dụng trong nghiên cứu khí tượng, khí
hậu.
Chƣơng 3. Đ nh gi khả năng h n khí tƣợng dựa tr n lƣợng mƣa
Trong chương này, luận văn sẽ trình bày 3 nội dung chính: 1) So sánh một số
các chỉ số hạn khí tượng; 2) Đánh giá sai số của lượng mưa được ước lượng từ vệ
tinh; 3) Đánh giá khả năng hạn khí tượng dựa trên chỉ số SPI.

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Khái ni m v h n hán và nguyên nhân gây ra h n h n
1.1.1 Khái niệm về hạn hán
Hạn là một hiện tượng khí hậu mang tính quy luật nhưng nhiều khi được
hiểu lầm là sự kiện hiếm thấy và ngẫu nhiên. Hạn xuất hiện hầu như ở tất cả các
vùng khí hậu với các đặc trưng rất khác nhau. Hạn là một dị thường tạm thời, khác
với sự khô cằn ở vùng ít mưa và là đặc tính thường xuyên của khí hậu. Hiện nay
chưa có một định nghĩa thống nhất về hạn và các chỉ tiêu xác định hạn bởi lẽ sự

xuất hiện của hạn ở các nơi trên thế giới rất khác nhau về tính chất hạn và tác động
của hạn. Lấy ví dụ, trong tài liệu chính thức của WMO đã có khoảng 60 định nghĩa
khô hạn khác nhau trong mối quan hệ giữa điều kiện khí tượng thuỷ văn với sản
xuất nông nghiệp. Từ những năm 1980 đã có hơn 150 khái niệm khác nhau về hạn,
nhưng nói chung đều thống nhất chung với khái niệm là tình trạng thiếu hụt mưa
trong một thời gian tương đối dài. Hạn có thể được xác định thông qua các chỉ số
hạn hán. Tuy nhiên, đa số các tác giả đều thống nhất một quan điểm: Khô hạn là
tình trạng thiếu hụt mưa (đủ lớn) trong một thời gian tương đối dài cùng với sự tăng
cao của nhiệt độ trong thời gian tương ứng. Khi đó, quá trình bốc hơi từ bề mặt đất
được đẩy mạnh và tạo nên những điều kiện bất lợi cho sản xuất nông nghiệp và sự
sinh trưởng của cây trồng [12, 13].
Thực tế hạn hán xảy ra rất phức tạp, khái niệm về hạn phụ thuộc vào đối
tượng sử dụng. Dựa vào bản chất và tác động của hạn hán mà phân ra 4 loại hạn
như sau: 1) Hạn khí tượng; 2) Hạn nông nghiệp; 3) Hạn thuỷ văn; và 4) Hạn kinh tế
xã hội [11, 12, 13, 19]. Hình 1.1 minh hoạ mối quan hệ giữa các loại hạn.
a)

n khí tượng

Hạn khí tượng được định nghĩa dựa trên mức độ khô hạn so với trung bình
trong một khoảng thời gian xác định. Theo Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Trọng
Hiệu [8], hạn khí tượng là sự thiếu hụt nước trong cán cân mưa - bốc hơi và thường
được xác định bởi một ngưỡng thiếu mưa trong một khoảng thời gian xác định
trước (chẳng hạn như 75 phần trăm lượng mưa chuẩn) hay được xác định dựa trên
mức độ khô hạn (so với "chuẩn" hoặc trung bình) và thời gian khô hạn.
b)

n n ng nghiệp
Hạn nông nghiệp là các nhân tố của hạn khí tượng tác động đến hoạt động

sản xuất nông nghiệp, gây hậu quả xấu ảnh hưởng đến mùa màng. Thiếu hụt nước

3


mưa dẫn tới mất cân bằng giữa lượng nước thực tế và nhu cầu nước của cây trồng.
Nguyên nhân chủ yếu do sự thiếu hụt lượng giáng thuỷ, sự khác nhau giữa bốc thoát
hơi thực tế và tiềm năng, dẫn đến sự thiếu hụt nước trong đất, trong các lớp hồ, ao
chứa nước.

Hình 1. 1. Sơ đồ m tả mối quan hệ giữa các lo i h n [19]
c)

n thuỷ văn

Hạn thuỷ văn xảy ra cùng pha với hạn khí tượng và hạn nông nghiệp. Cũng
là sự thiếu hụt giáng thuỷ trong một thời gian dài làm cạn kiệt nước trên các sông
ngòi, dòng chảy, hồ chứa có tác động đến một số các lĩnh vực kinh tế liên quan.
d)

n kinh tế - xã h i

Hạn kinh tế - xã hội được hiểu như là sự thiếu hụt về khả năng đáp ứng và
cung cấp nước cho các hoạt động kinh tế - xã hội. Hạn kinh tế - xã hội xuất hiện khi
nhu cầu về lợi ích kinh tế vượt quá sự cung cấp nước do thời tiết gây ra sự thâm hụt
nước trong tự nhiên. Nó khác với các loại hạn nêu trên vì nó xảy ra phụ thuộc vào
quá trình cung cấp nước theo không gian và thời gian.
e)

ối quan hệ giữa các lo i h n

Khi có hạn khí tượng, nông nghiệp là nhân tố chịu ảnh hưởng đầu tiên bởi nó
phụ thuộc lớn đến nguồn nước do sự điều hoà của yếu tố giáng thuỷ đưa tới. Lượng
nước trong đất giảm nhanh, lượng nước trong các sông hồ bị thiếu hụt.
1.1.2 Nguyên nhân gây ra hạn khí tượng
Có nhiều nguyên nhân gây ra hạn hán nhưng nguyên nhân đầu tiên là do
thường xuyên ít mưa hoặc do nhất thời thiếu hụt. Hạn hán thường bắt nguồn từ
những trạng thái về mưa sau [12, 13]:
4


- Mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể trong một thời gian dài. Đây là tình
trạng phổ biến trên các vùng khô hạn và bán khô hạn.
- Lượng mưa trong một thời gian dài thấp hơn rõ rệt so với trung bình nhiều
năm. Tình trạng này có thể xảy ra trên hầu hết các vùng kể cả vùng nhiều mưa.
- Mưa không ít lắm, nhưng trong một thời gian dài nhất định trước đó không
mưa hoặc lượng mưa chỉ đáp ứng yêu cầu tối thiểu của sản xuất và môi trường xung
quanh.
Ngoài các nguyên nhân trên, hạn khí tượng còn do bốc hơi tăng mạnh (khi
lượng mây giảm, bức xạ mặt trời tăng, do đó nhiệt độ tăng). Độ ẩm không khí giảm
hay tốc độ gió tăng lên cũng làm tăng lượng bốc hơi và do đó cũng góp phần gây
hạn.
El Nino là một trong những hiện tượng có tác động mạnh mẽ đến biến động
khí hậu toàn cầu và là một trong những nguyên nhân hết sức quan trọng gây nên
hạn hán, đặc biệt là hạn hán ở khu vực lân cận xích đạo Thái Bình Dương. Trong
những năm có El Nino, lượng mưa giảm, nhiệt độ và bức xạ tăng làm bốc hơi tăng
mạnh nên dễ bị hạn, nhất là vào vụ đông xuân. Đối với Việt Nam, đây là thời kỳ ít
mưa nên rất dễ gây ra hạn. Hiện tượng ENSO nhìn chung tác động đến các vùng khí
hậu ở nước ta, điển hình là nửa phần phía Nam, là nơi chịu ảnh hưởng mạnh của El
Nino nên dễ bị hạn trong những năm El Nino hoạt động, nhất là các năm El Nino

hoạt động mạnh [4].
Biến đối khí hậu: Theo Kịch bản biến đổi khí hậu năm 2016 [1], nhiệt độ có
xu thế tăng ở hầu hết các trạm quan trắc, tăng nhanh trong những thập kỷ gần đây.
Trung bình cả nước, nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1958-2014 tăng khoảng
0,62oC. Theo số liệu quan trắc thời kỳ 1961-2014, nhiệt độ ngày cao nhất (Tx) và
thấp nhất có xu thế tăng rõ rệt, với mức tăng cao nhất lên tới 1 oC/10 năm. Số ngày
nóng (Tx ≥35oC) có xu thế tăng ở hầu hết các khu vực của cả nước. Trong thời kỳ
1958-2014, lượng mưa năm tính trung bình cả nước có xu thế tăng nhẹ. Trong đó,
tăng nhiều nhất vào các tháng mùa đông và mùa xuân; giảm vào các tháng mùa thu.
Nhìn chung, lượng mưa năm ở các khu vực phía Bắc có xu thế giảm (từ 5,8% ÷
12,5%/57 năm); các khu vực phía Nam có xu thế tăng (từ 6,9% ÷ 19,8%/57 năm).
1.2 Khái quát v đi u ki n tự nhiên tỉnh Thanh Hóa
a) Vị trí địa lý
Tỉnh Thanh Hóa nằm ở vĩ tuyến 19°18' đến 20°40' N, kinh tuyến 104°22' đến
106°05'E. Phía bắc giáp ba tỉnh: Sơn La, Hòa Bình và Ninh Bình; phía nam và tây
nam giáp tỉnh Nghệ An; phía tây giáp nước Lào với đường biên giới 192 km; phía
5


đông Thanh Hóa mở ra phần giữa của vịnh Bắc Bộ thuộc biển Đông với bờ biển dài
hơn 102 km. Thanh Hóa có diện tích tự nhiên là 11.106 km² và thềm lục địa là
18.000 km² [49].
b) ịa hình địa m o
Địa hình Thanh Hóa nghiêng từ tây bắc xuống đông nam. Ở phía tây bắc,
những đồi n i cao trên 1.000 m đến 1.500 m thoải dần, kéo dài và mở rộng về phía
đông nam.
Miền đồi n i chiếm 2/3 diện tích Thanh Hóa, nó được chia làm 3 bộ phận
khác nhau bao gồm 12 huyện: Hà Trung, Như Xuân, Như Thanh, Thường Xuân,
Lang Chánh, Bá Thước, Quan Hóa, Quan Sơn, Mường Lát, Cẩm Thủy, Thạch
Thành và Ngọc Lặc. Vùng đồi n i phía tây có khí hậu mát, lượng mưa lớn nên có

nguồn lâm sản dồi dào, lại có tiềm năng thủy điện lớn, trong đó sông Chu và các
phụ lưu có nhiều điều kiện thuận lợi để xây dựng các nhà máy thủy điện. Miền đồi
n i phía Nam đồi n i thấp, đất màu mỡ thuận lợi trong việc phát triển cây công
nghiệp, lâm nghiệp, cây đặc sản.
Vùng đồng bằng của Thanh Hóa lớn nhất của miền Trung và thứ ba của cả
nước. Đồng bằng Thanh Hóa có đầy đủ tính chất của một đồng bằng châu thổ, do
phù sa các hệ thống sông Mã, sông Yên, sông Hoạt bồi đắp. Điểm đồng bằng thấp
nhất so với mực nước biển là 1 m.
Vùng ven biển: Các huyện từ Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Sầm Sơn,
Quảng Xương đến Tĩnh Gia, chạy dọc theo bờ biển gồm vùng sình lầy ở Nga Sơn
và các cửa sông Hoạt, sông Mã, sông Yên và sông Bạng [49].
c) hí hậu
Thanh Hoá nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa. Khí hậu có 2 mùa rõ rệt,
mùa nóng trùng với mùa mưa và mùa lạnh trùng với mùa khô. Đặc biệt, trong mùa
nóng có sự xuất hiện của gió tây nam.
Trên cơ sở số liệu tại trạm khí tượng Thanh Hóa, luận văn đã tính toán các
đặc trưng của một số yếu tố khí tượng và thể hiện ở bảng 1.1 cho thấy:
Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng 23 – 240C ở vùng đồng bằng và trung
du; giảm dần khi lên vùng núi. Hằng năm có 4 tháng nhiệt độ trung bình xuống dưới
200C (từ tháng 12 đến tháng 3), tháng lạnh nhất là vào tháng I với nhiệt độ trung
bình khoảng 17 – 180C. Tổng nhiệt độ cả năm vào khoảng 8.600 – 8.7000C ở vùng
đồng bằng, giảm xuống 8.0000C ở miền n i (bảng 1.1).
Lượng mưa trung bình năm khoảng 1700 mm, bốc hơi khoảng 800-900mm,

6


số giờ nắng khoảng 1700 giờ. Mùa mưa thường kéo dài 6 tháng, bắt đầu từ tháng 5
kết th c vào tháng 10. Các tháng mưa nhiều là 8, 9 và 10 (bảng 1.1).
Bảng 1. 1. Các yếu tố khí tượng trung bình nhiều năm t i tr m Thanh óa,

th i kỳ 1965-2016
Yếu
tố

Tháng
1

2

3

4

5

6

Năm

7

8

9

10

11

12

T

17,1 17,7 20,0 23,6 27,2 29,0 29,2 28,3 27,0 24,8 21,7 18,6

R

21,7 23,1 39,9 63,1 148,3 179,5 185,7 278,1 386,2 275,3 77,9 28,0 1706,8

Bh 55,7 40,2 40,3 48,9 85,1 103,8 104,9 76,4 70,5 82,0 81,3 72,8

23,7

861,9

Sh 82,1 53,1 57,8 111,2 198,2 188,9 214,3 175,7 164,1 159,1 135,0 119,8 1659,3
U 85,0 88,1 89,6 89,4 84,1 80,8 80,6 84,9 85,3 83,5 81,6 81,7

84,6

ff

1,7

1,7 1,7 1,6

1,8

1,8

1,8

1,8

1,4

1,6

1,8

1,7

1,6

Ghi chú: T (0C)l nhiệt đ kh ng khí R (mm) l lượng mưa Bh (mm) l bốc
hơi Sh (gi ) l số gi nắng U (%) l đ ẩm kh ng khí v ff (m/s) l tốc đ gió.
d) Thủy văn
Do địa hình phức tạp mạng lưới sông ngòi Thanh Hoá khá phong ph và
mang nhiều tính chất chung của mạng lưới sông ngòi miền Bắc Việt Nam.
Thanh Hoá có 20 sông lớn nh chảy từ tây bắc xuống đông nam và 264 khe
suối chằng chịt thuộc 4 hệ thống sông chính là: Sông Mã, sông Lạch Bang, sông
Yên, sông Hoạt. Tổng chiều dài các hệ thống sông là 881km, tổng diện tích lưu vực
là 39.756 km2, tổng lượng nước trung bình hằng năm là 19.520 tỉ m3.
Sông Mã bắt nguồn từ vùng n i ở Điện Biên Phủ chảy qua Sầm Nưa (Lào)
và vào địa phận Thanh Hoá ở Mường Lát.. Sau khi tiếp nhận sông Chu, sông chia ra
thành ba nhánh (sông Đò Lèn, sông Lạch Trường, sông Mã) và đ ra biển qua 3 cửa
Lạch Sung, Lạch Trường, Lạch Trào. Sông Mã có chiều dài 242 km và diện tích lưu
vực là 900 km2. Sông Chu thuộc hệ thống sông Mã, có chiều dài 135 km. Trên sông
Chu có đập Bái Thượng dài 170 m, tưới cho vài chục vạn ha đất nông nghiệp. Sông
Hoạt chảy qua địa phận bắc Hà Trung và Nga Sơn, với chiều dài 55 km và lưu vực

rộng 250 km2, đổ ra biển qua cửa Đáy. Sông Lạch Bạng chảy qua các huyện Như
Xuân, Tĩnh Gia rồi đổ ra cửa Bạng. Sông dài 34,5 km, lưu vực rộng 236 km2. Sông
Yên dài 89 km, lưu vực rộng 1.850 km2, đổ ra biển qua cửa Lạch Ghép [49].

7


1.3 Tình hình nghiên cứu h n hán trong và ngoài nƣ c
1.3.1 Tình hình nghiên c u hạn hán ngo i nư c
Có thể nói, trong hầu hết các hệ thống dự báo và giám sát hạn hán trên thế
giới thì chỉ thị về hạn hán dựa trên các chỉ số là phổ biến. Trong đó, chỉ số xuất phát
từ sự thiếu hụt lượng mưa là khá phổ biến như hệ thống giám sát hạn hán toàn cầu,
Hoa Kỳ, châu Phi, Ấn Độ, Bắc Mỹ, Canada, châu Âu, sông Po-Italia [50, 51, 52].

a) Chỉ số SPI to n cầu

b) Chỉ số SPI khu vực Ấn

c) Thiếu hụt lượng mưa khu vực Australia

d) Chỉ số SPI tr n khu vực oa ỳ

Hình 1. 2. Ví dụ về hệ thống giám sát sử dụng lượng mưa để chỉ thị h n khí tượng
Lượng mưa là biến chỉ thị không chỉ cho nghiên cứu hạn khí tượng, mà đầu
vào cho nhiều tính toán khác như mô hình thủy văn, nông nghiệp. Chính vì vậy ước
tính lượng mưa vệ tinh đóng vai trò quan trọng cho các ứng dụng khí tượng thuỷ
văn. Giám sát hạn hán thông thường phụ thuộc vào các quan trắc mặt đất có độ
chính xác tương đối cao, chuỗi thời gian dài. Tuy nhiên, lưới quan trắc lượng mưa
trên mặt đất rất ít và phân bố không gian không đồng nhất; dày hơn ở đồng bằng,
thưa ở miền n i, do đó giám sát hạn hán dựa trên các quan trắc mặt đất sẽ bị hạn

chế. Sự nội suy không gian có thể là một giải pháp có thể, tuy nhiên, nó sẽ tạo ra độ
không chắc chắn cao, đặc biệt đối với lượng mưa phân bố không đều ở vùng núi
(Kaptue, 2015) [44].
Một số nghiên cứu đã chỉ ra những thay đổi về hạn hán bằng việc sử dụng số
liệu tại trạm khí tượng và các sản phẩm lượng mưa. Thật vậy, Tao Hui và cs. đã
8


đánh giá và giám sát hạn hán ở tỉnh Giang Tô (Trung Quốc) bằng cách sử dụng dữ
liệu TRMM 3B43 [45]. Zeng và cs đã sử dụng số liệu TRMM để giám sát hạn khí
tượng ở lưu vực sông Lancang [48]. Lang Xia và cs. [35] đã nghiên cứu phân tích
biến đổi của hạn hán ở Trung Quốc trong 60 năm qua bằng số liệu TRMM. De
Jesús [24] và Mou Leong Tan và cs. [37] cũng đã sử dụng lượng mưa TRMM 3B42
cho giám sát hạn khí tượng trên khu vực Mexico và Sigapore. Một hệ thống giám
sát hạn đầy đủ ở khu vực Nam Á được phát triển bởi Viện Quản lý nước quốc tế
(International Water Management Institute (IWMI), Colombo, Sri Lanka). Trong hệ
thống giám sát này, TRMM là modul lượng mưa. Hình 1.3 là ví dụ về nghiên cứu
giám sát hạn khí tượng ở Mexico và Trung Quốc.

ánh giá h n khí tượng ở Mexico [24]

Tần số h n nghiêm ở Trung Quốc [35]

Hình 1. 3. Sử dung lượng mưa TR

đánh giá, giám sát h n khí tượng

Có thể nói một đặc điểm chung nhất trong các công trình nghiên cứu này là
đánh giá khả năng ứng dụng sản phẩm lượng mưa TRMM; phân tích sai số giữa
lượng mưa TRMM và lượng mưa quan trắc, đánh giá mức độ phù hợp của lượng

mưa này theo không gian và thời gian (từng tháng, hoặc 3 tháng, 6 tháng, mùa khô,
mùa mưa, mưa cực đoan ngày,…) sau đó sử dụng lượng mưa này tính toán chỉ số
hạn khí tượng (chỉ số SPI có so sánh với quan trắc trong các đợt hạn điển hình) và
đánh giá tình trạng hạn khí tượng trên khu vực nghiên cứu. Hầu hết các kết quả cho
thấy, sản phẩm TRMM 3B43 là một công cụ rất hữu ích để nghiên cứu tình trạng
hạn hán; diễn biến hạn hán về thời gian, không gian khá phù hợp với các đợt hạn đã
được thống kê.
Trong năm gần đây, có rất nhiều nghiên cứu sử dụng lượng mưa CHIRPS để
giám sát hạn quy mô quốc gia và vùng. Hao Guo [30] đã sử dụng CHIRPS trong
phân tích hạn khí tượng ở hạ lưu của sông Mê Kông. Kết quả cho thấy CHIRPS có
thể nắm bắt được đặc điểm hạn khí tượng ở các thời điểm khác nhau.
Trong công trình nghiên cứu Giám sát hạn ở Nam Á đã sử dụng sản phẩm

9


mưa thời gian gần thực độ phân giải cao , Saran Aadhar cho thấy, để hoạch định
chính sách, lập kế hoạch và quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông hoặc cấp hành
chính, cần phải có số liệu mưa thời gian thực và đã sử dụng sản phẩm CHIRPS để
giám sát hạn. Kết quả cho thấy sản phẩm lượng mưa này không chỉ có thể giám sát
hạn, mà còn có thể được sử dụng để giám sát những sự kiện cực đoan về thời tiết
(những dị thường khô và ẩm ướt) ở Nam Á (Saran Aadhar, 2017) [53].
Narayan [38] cũng đã sử dụng lượng mưa CHIRPS cho giám sát hạn ở lưu
vực sông Koshi, Nepal. Gần đây, Feng Gao [25] đã đánh giá khả năng áp dụng mưa
CHIRPS để giám sát hạn lưu vực sông Haihe, Trung Quốc.
So với sản phẩm TRMM, sản phẩm lượng mưa CHIRPS có độ phân giải cao
hơn. Các công trình nghiên cứu áp dụng CHIRPS cũng có cách tiếp cận nghiên cứu
tương tự TRMM. Đầu tiên đánh giá khả năng áp dụng sản phẩm lượng mưa TRMM
sau đó tính toán chỉ số hạn và đánh giá hạn. Hầu hết các tác giả đánh giá cao về sản
phẩm này trong giám sát hạn hán ở quy mô tiểu vùng, vì nó có độ phân giải không

gian cao hơn TRMM. Do sự ra đời của CHIRPS muộn, nên trong năm gần đây
(năm 2017, 2018) phần đa các công trình tập trung nghiên cứu ứng dụng nó để giám
sát hạn. Điều này cho thấy tính thời sự của việc áp dụng lượng mưa thời gian gần
thực có độ phân giải cao CHIRPS cho tiểu vùng để đánh giá, giám sát hạn hán.

H n khí tượng thượng lưu sông Nile,
Ethiopia [42]

H n khí tượng trên khu vực Ấn đ [52]

Hình 1. 4. Sử dụng lượng mưa C IRPS trong đánh giá v giám sát h n khí tượng
Một sản phẩm được sử dụng khá phổ biến trong năm gần đây trong các
nghiên cứu, dự báo khí hậu không chỉ ngoài nước mà cả ở Việt Nam, đó là sản
phẩm tái phân tích của Hệ thống dự báo (Climate Forecast System ReanalysisCFSR), sản phẩm này có nhiều yếu tố như mưa, nhiệt độ không khí, bốc hơi, độ ẩm
đất,… với các độ phân giải 2.50, 0.50 và 0.310 (khoảng 33km). Đây là sản phẩm
được ứng dụng trong giám sát, dự báo và cảnh báo hạn hán ở Hoa Kỳ. Trong những
năm gần đây, cũng đã có một số nghiên cứu để giám sát hạn hán ở một số quốc gia,
10


ví dụ như: Kingtse, 2011 [33] đánh giá hạn cho khu vực Hoa Kỳ; Reepal Shah,
2014 [39] đánh giá hạn trong mùa gió mùa cho khu vực Ấn Độ. Thông thường,
CFSR thường được sử dụng cho giám sát hạn ở quy mô quốc gia có diện tích lớn
bởi vì độ phân giải thô. Tuy nhiên, những quốc gia có diện tích không lớn như
Singapore (diện tích khoảng 720km2), sản phẩm CFSR cũng được sử dụng để đánh
giá, giám sát hạn ở Singapore [37].

Hình 1. 5. Giám sát h n khí tượng ở Singapore [37]
Svoboda Mark (2016) [43] đã đưa ra sổ tay hướng dẫn chỉ số và chỉ thị về
hạn hán. Công trình này đã liệt kê khá chi tiết về phương pháp tính, đặc điểm, số

liệu đầu vào, khả năng ứng dụng, điểm mạnh, điểm yếu của các chỉ số hạn hán.
Trong công trình này cũng đã thống kê cả những chỉ số có thể tính toán dựa trên số
liệu tại các điểm trạm khí tượng và thủy văn, mà cả từ viễn thám và đã thống kê các
chỉ số đã và đang được sử dụng phổ biến ở các quốc gia trên thế giới.
Để đánh giá hạn khí tượng, chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (SPI) được sử dụng
phổ biến nhất trong các công trình nghiên cứu, hệ thống giám sát, dự báo và cảnh
báo hạn khí tượng. Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) đề xuất SPI như là chỉ số
tham chiếu hạn hán [20]. SPI đã được áp dụng rộng rãi để nghiên cứu các đặc điểm
của hạn hán, như dự báo hạn hán [23], phân tích tần số hạn hán, phân tích phân bố
hạn khí tượng, chu kỳ và mức độ nghiêm trọng của hạn hán và nghiên cứu tác động
của biến đổi khí hậu đến tình trạng hạn hán [24, 27]. Nhìn chung, các tác giả này
dựa trên chỉ số hạn SPI để xác định các đặc trưng hạn như tần suất hạn khí tượng,
thời gian hạn khí tượng hay cường độ hạn khí tượng của các ngưỡng mức độ hạn
(hạn vừa, hạn nặng, hạn rất nặng) và đánh giá khả năng hạn hán dựa trên diễn biến
của đặc trưng hạn theo thời gian và không gian trong phạm vi nghiên cứu.
1.3.2 Tình hình nghiên c u ở trong nư c
Phân tích nguyên nhân và các giải pháp phòng chống hoang mạc hoá ở khu
vực ven biển miền Trung và nguyên nhân và các giải pháp phòng chống sa mạc hoá
11


ở khu vực ven biển miền Trung, Nguyễn Văn Cư [2], Nguyễn Đức Ngữ [9] đã xác
định chỉ tiêu hạn như mức độ hạn theo ngưỡng mưa, các chỉ số hạn. Trên cơ sở đó
đánh giá tác động của hạn hán (hạn khí tượng và hạn thuỷ văn) đến tình hình hạn,
nguyên nhân hoang mạc hoá và các giải pháp phòng chống hạn hán, hoang mạc hoá
ở 4 tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Ninh Thuận và Bình Thuận.
Thử nghiệm xây dựng mô hình dự báo hạn ở 7 vùng khí hậu Việt Nam trên
cơ sở mối quan hệ giữa nhiệt độ mặt nước biến với chỉ số khô hạn, Nguyễn Đức
Hậu [6] cũng đã xác định chỉ tiêu hạn như phân mức độ hạn theo các chỉ số hạn hán,
đánh giá tác động của hiện tượng ENSO đến tình hình hạn hán và xây dựng một

loạt phương trình hồi quy dự báo hạn hán cho 7 vùng khí hậu Việt Nam.
Đào Xuân Học [5] đã nghiên cứu các giải pháp giảm nhẹ thiên tai hạn hán ở
các tỉnh Duyên hải miền Trung từ Hà Tĩnh đến Bình Thuận. Kết quả đề tài đã cho
thấy tình hình hạn hán và ảnh hưởng của hạn hán tới 7 vùng kinh tế của Việt Nam,
phân tích xác định nguyên nhân gây ra hạn hán ở Việt Nam, phân loại và phân cấp
hạn. Dựa trên các nguyên nhân gây hạn, đề tài đã đưa ra các biện pháp phòng và
giảm nhẹ hạn hán.
Khi nghiên cứu dự báo hạn hán vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên và xây
dựng các giải pháp phòng chống, Nguyễn Quang Kim [10] đã đánh giá hiện trạng
hạn hán, thiết lập cơ sở khoa học cho quy trình dự báo hạn thông qua 2 chỉ số SPI
và chỉ số cấp nước mặt SWSI với hạn dự báo 1 và 3 tháng. Việc dự báo hạn được
dựa trên nguyên tắc phân tích mối tương quan giữa các yếu tố khí hậu, hoạt động
ENSO và điều kiện thực tế vùng nghiên cứu. Đã xây dựng được các phần mềm tính
dự báo cho hạn khí tượng SPI và AsI (MeDF2005-Meteorological Drought
Forecast), phần mềm dự báo dòng chảy cạn và hạn thủy văn HyDF2005
(Hydrological Drought Forecast) ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.
Nghiên cứu và xây dựng công nghệ dự báo và cảnh báo sớm hạn ở Việt
Nam, Nguyễn Văn Thắng [12, 13] đã đánh giá được mức độ hạn hán ở các vùng khí
hậu. Kết quả cho thấy mức độ phù hợp và khả năng áp dụng các chỉ số hạn được
áp dụng phổ biến trên thế giới trong điều kiện Việt Nam: 1) Hạn khí tượng: chỉ số
SPI, chỉ số khô hạn và chỉ số phần trăm lượng mưa (tỷ suất lượng mưa); 2) Hạn
thủy văn: chỉ số thiếu hụt dòng chảy (K), chỉ số hạn (Kh), chỉ số SWSI, tỷ số phần
trăm lượng dòng chảy thiếu hụt so với trung bình nhiều năm; 3) Hạn nông nghiệp:
chỉ số Prescot, chỉ số hạn đất, chỉ số sẵn có ẩm (MAI), chỉ số ẩm cây trồng (CMI),
chỉ số nhu cầu nước cây trồng (WRSI), hạn hán nghiêm trọng Palmer (PDSI).
Bằng việc nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng tai biến môi trường tự
12