Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng phục vụ công tác khai thác và quản lý tài nguyên nước vùng duyên hải miền trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THÁI HÀ

XÂY DỰNG MÔ HÌNH CẢNH BÁO SỚM HẠN KHÍ TƯỢNG
PHỤC VỤ CÔNG TÁC KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN NƯỚC VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THÁI HÀ

XÂY DỰNG MÔ HÌNH CẢNH BÁO SỚM HẠN KHÍ TƯỢNG
PHỤC VỤ CÔNG TÁC KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN NƯỚC VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành:

KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

Mã số:

9 58 02 12

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS. Nguyễn Đăng Tính
2. GS.TS. Nguyễn Văn Tỉnh

HÀ NỘI, NĂM 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả luận án xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và những kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ
một nguồn nào, dưới bất kỳ hình thức nào và chưa từng được ai công bố trong bất cứ
công trình nào khác. Việc tham khảo, trích dẫn các nguồn tài liệu đã được ghi rõ nguồn
tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Nguyễn Thái Hà

i


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Đăng Tính và GS.TS. Nguyễn Văn Tỉnh, là
người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo Đại
học và Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Bộ môn Kỹ thuật tài nguyên nước
đã tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình nghiên
cứu, thực hiện luận án.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã hỗ trợ, động viên,
chia sẻ khó khăn trong suốt thời gian nghiên cứu và làm luận án.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................II
MỤC LỤC ................................................................................................................... III
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................... VI
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................VII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. X
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án .................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 2
4. Nội dung nghiên cứu của luận án ................................................................................ 3
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 3

 Cách tiếp cận trong luận án: ........................................................................... 3
 Các phương pháp nghiên cứu chính trong luận án: ....................................... 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..................................................................................... 4

 Ý nghĩa khoa học: ............................................................................................ 4
 Ý nghĩa thực tiễn: ............................................................................................ 4
7. Cấu trúc của luận án .................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO HẠN....... 7
1.1 Khái niệm về hạn hán ................................................................................................ 7
1.1.1 Định nghĩa và phân loại hạn hán. ................................................................. 7
1.1.2 Các chỉ số hạn.............................................................................................. 10
1.1.3 Các đặc trưng của hạn hán.......................................................................... 20
1.2 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới ............................... 21
1.2.1 Tình hình hạn hán trên thế giới ................................................................... 21
1.2.2 Các nghiên cứu về hạn hán trên thế giới ..................................................... 23
1.3 Tình hình hạn hán và các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam ................................ 30
iii


1.3.1 Tình hình hạn hán ở Việt Nam ..................................................................... 30
1.3.2 Các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam ...................................................... 33
1.4 Những thành tựu và hạn chế trong các nghiên cứu về hạn hán ............................... 36
1.5 Tổng quan về vùng nghiên cứu ............................................................................... 38
1.6 Định hướng nghiên cứu của luận án ........................................................................ 40
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO HẠN KHÍ
TƯỢNG CHO VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG .............................................. 43
2.1 Hiện trạng hạn hán của vùng nghiên cứu ................................................................ 43
2.2 Giới thiệu về ENSO và các số liệu cần thu thập ..................................................... 47
2.2.1 Giới thiệu về ENSO...................................................................................... 47
2.2.2 Các số liệu được thu thập ............................................................................ 50
2.3 Phương pháp dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu ...................................... 56
2.3.1 Lựa chọn chỉ số hạn ..................................................................................... 57
2.3.2 Phân tích đánh giá diễn biến hạn theo không gian của vùng nghiên cứu ... 63
2.3.3 Phân tích ảnh hưởng của ENSO đến diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu

............................................................................................................................... 67
2.3.4 Thiết lập mô hình dự báo hạn khí tượng và đề xuất mô hình dự báo phù hợp
cho vùng nghiên cứu ............................................................................................. 70
2.4 Kết luận chương 2 ................................................................................................... 84
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CẢNH BÁO SỚM HẠN KHÍ TƯỢNG CHO
VÙNG DUYÊN HẢI MIỀN TRUNG ........................................................................ 85
3.1 Diễn biến hạn hán theo không gian, thời gian của vùng nghiên cứu ...................... 85
3.1.1. Phân tích kết quả kiểm định nội suy lượng mưa và nhiệt độ ...................... 85
3.1.2 Diễn biến hạn hán theo thời gian của vùng nghiên cứu .............................. 86
3.1.3 Diễn biến hạn hán theo không gian của vùng nghiên cứu .......................... 91
3.2 Ảnh hưởng của ENSO đến diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu ....................103
3.2.1 Diễn biến hạn hán của vùng DHMT trong các thời kỳ phát sinh ENSO ...103
3.2.2 Đánh giá kết quả mối tương quan giữa SSTA và SOI với SPI và SPEI ....105
3.3. Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu ...............108
3.3.1 Đánh giá kết quả các mô hình dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu
iv


.............................................................................................................................108
3.3.2 Xác định chỉ số để cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu ....116
3.3.3 Lựa chọn mô hình dự báo hạn cho vùng nghiên cứu ................................117
3.3.4 Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu .....118
3.3.5 Bản đồ và số liệu cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu ......121
3.4 Kết luận chương 3 .................................................................................................124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................127
1. Những kết quả đạt được của luận án .......................................................................127
2. Những đóng góp mới của luận án ...........................................................................128
3. Những tồn tại và hạn chế của luận án......................................................................128
4. Kiến nghị những nghiên cứu tiếp theo của luận án .................................................128
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...............................................129

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................130
PHỤ LỤC ...................................................................................................................138

v


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Phân cấp hạn hán theo chỉ số giáng thủy ....................................................... 11
Bảng 1.2 Phân cấp hạn hán theo chỉ số SPI [9] ............................................................. 12
Bảng 1.3 Phân cấp hạn theo chỉ số K ............................................................................ 13
Bảng 1.4 Phân cấp hạn hán theo chỉ số độ ẩm tương đối của đất RSMI ...................... 15
Bảng 1.5 Phân cấp hạn theo chỉ số PDSI [13] ............................................................... 17
Bảng 1.6 Phân cấp hạn theo SWSI [19] ........................................................................ 19
Bảng 2.1 Xu thế biển đổi lượng mưa theo năm cho các trạm mưa vùng DHMT ......... 53
Bảng 2.2 Xu thế biển đổi nhiệt độ theo năm cho các trạm vùng DHMT ...................... 54
Bảng 2.3 Phân cấp hạn hán theo chỉ số SPI, SPEI [9] .................................................. 62
Bảng 2.4 Tiêu chí đánh giá chất lượng dự báo [103] .................................................... 81
Bảng 3.1. Độ tin cậy của phép nội suy mưa và nhiệt độ (%) ........................................ 85
Bảng 3.2 Giá trị nhỏ nhất của SPI, SPEI trong các thời kỳ phát sinh El Nino ...........104
Bảng 3.3 Tổng số tháng xảy ra hạn hán trong các thời kỳ phát sinh El Nino theo chỉ số
SPI, SPEI .....................................................................................................................104
Bảng 3.4 Hệ số tương quan trung bình giữa SSTA, SOI với các chỉ số SPI, SPEI ....106
Bảng 3.5 Đánh giá chất lượng dự báo các chỉ số hạn của các mô hình ......................109
Bảng 3.6 Cấp hạn và cấp cảnh báo sớm hạn khí tượng theo chỉ số SPEI3 .................116
Bảng 3.7 Các tham số của các mô hình dự báo cho 6 tháng tiếp theo ........................118
Bảng 3.8 Kết quả dự báo chỉ số SPEI3 tại các trạm (từ tháng 1/2015 đến 6/2015) ....123

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ giữa các loại hạn hán [5]......................................................... 10
Hình 1.2 Bản đồ vùng Duyên hải Miền Trung .............................................................. 38
Hình 1.3 Sơ đồ nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................. 42
Hình 2.1 Tỷ lệ (%) diện tích bị hạn so với tổng diện tích gieo cấy vùng BTB ............. 43
Hình 2.2 Tỷ lệ (%) diện tích bị hạn so với tổng diện tích gieo cấy vùng NTB ............. 45
Hình 2.3 Tỷ lệ (%) diện tích bị hạn so với tổng diện tích gieo cấy toàn vùng DHMT . 46
Hình 2.4 Vị trí khu vực theo dõi hoạt động ENSO (Nino3.4) ...................................... 48
Hình 2.5 Vị trí và tên các trạm Khí tượng ..................................................................... 51
Hình 2.6 Diễn biến giá trị SSTA từ năm 1984 đến năm 2014 ...................................... 55
Hình 2.7 Diễn biến giá trị SOI từ năm 1984 đến năm 2014 ......................................... 56
Hình 2.8 Sơ đồ minh họa các nội dung và phương pháp dự báo hạn khí tượng ........... 57
Hình 2.9 Ô lưới vùng nghiên cứu .................................................................................. 64
Hình 2.10 Các thành phần của mô hình dự báo thống kê đang được áp dụng trên thế giới
[85]................................................................................................................................. 72
Hình 2.11 Cấu trúc mô hình ANFIS .............................................................................. 75
Hình 2.12 Sơ đồ khối của mô hình ANFIS ................................................................... 78
Hình 2.13 Cấu trúc của các mô hình dự báo ................................................................. 79
Hình 2.14 Sơ đồ khối của chương trình dự báo hạn khí tượng ..................................... 83
Hình 3.1 Diễn biến hạn hán vùng BTB theo chỉ số SPI1 và SPEI1 .............................. 86
Hình 3.2 Diễn biến hạn hán vùng BTB theo chỉ số SPI3 và SPEI3 .............................. 86
Hình 3.3 Diễn biến hạn hán vùng NTB theo chỉ số SPI1 và SPEI1.............................. 87
Hình 3.4 Diễn biến hạn hán vùng NTB theo chỉ số SPI3 và SPEI3.............................. 87
Hình 3.5 Diễn biến hạn hán toàn vùng DHMT theo chỉ số SPI1 và SPEI1 .................. 87
Hình 3.6 Diễn biến hạn hán toàn vùng DHMT theo chỉ số SPI3 và SPEI3 .................. 88
Hình 3.7 Số tháng xảy ra hạn hán theo các chỉ số hạn .................................................. 89
vii


Hình 3.8 Tỷ lệ DT hạn theo từng tháng của 5 năm hạn điển hình theo chỉ số SPEI1 ... 90

Hình 3.9 Tỷ lệ DT hạn theo từng tháng của 5 năm hạn điển hình theo chỉ số SPEI3 .. 90
Hình 3.10 Tỷ lệ DT hạn hán theo chỉ số SPI1, SPEI1 và thực tế sản xuất nông nghiệp
của vùng DHMT ............................................................................................................ 92
Hình 3.11 Tỷ lệ DT hạn hán theo chỉ số SPI3, SPEI3 và thực tế sản xuất nông nghiệp
của vùng DHMT ............................................................................................................ 92
Hình 3.12 Tần suất (%) xảy ra hạn của các chỉ số theo không gian ............................. 93
Hình 3.13 Tần suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPI1 theo không gian .............. 94
Hình 3.14 Tần suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPEI1 theo không gian ............ 94
Hình 3.15 Tần suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPI3 theo không gian .............. 95
Hình 3.16 Tần suất (%) xảy ra các cấp hạn của chỉ số SPEI3 theo không gian ............ 95
Hình 3.17 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 3 của các chỉ số theo không gian .......... 96
Hình 3.18 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 4 của các chỉ số theo không gian .......... 96
Hình 3.19 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 6 của các chỉ số theo không gian .......... 96
Hình 3.20 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 7 của các chỉ số theo không gian .......... 97
Hình 3.21 Tần suất (%) xảy ra hạn vào tháng 8 của các chỉ số theo không gian .......... 97
Hình 3.22 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 1988 .................................................. 98
Hình 3.23 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 1993 ................................................... 99
Hình 3.24 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 1998 .................................................100
Hình 3.25 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 2005 .................................................101
Hình 3.26 Phân bố cấp hạn vào tháng 6, 7 năm 2005 .................................................102
Hình 3.27 Giá trị SPI, SPEI-1 trong các thời kỳ xảy ra ENSO (1985-2014) ..............103
Hình 3.28 Giá trị SPI, SPEI-3 trong các thời kỳ xảy ra ENSO (1985-2014) ..............103
Hình 3.29 Tương quan giữa SSTA với các chỉ số SPI, SPEI theo không gian (với độ trễ
j = 3 tháng) ...................................................................................................................107
Hình 3.30 Tương quan giữa SOI với các chỉ số SPI, SPEI theo không gian (với độ trễ j
= 2 tháng) .....................................................................................................................108

viii

Hình 3.31 So sánh chất lượng dự báo theo chỉ số SPEI3 giữa các mô hình ...............110
Hình 3.32 So sánh kết quả dự báo chỉ số SPEI3 theo mô hình M4 cho toàn vùng .....110
Hình 3.33 Chất lượng dự báo cho chỉ số SPEI3 bằng mô hình M4 theo không gian .111
Hình 3.34 So sánh kết quả dự báo chỉ số SPEI3 theo mô hình M4 tại trạm Cam Ranh
.....................................................................................................................................112
Hình 3.35 So sánh kết quả dự báo chỉ số SPEI3 theo mô hình M4 tại trạm Phan Rang
.....................................................................................................................................112
Hình 3.36 So sánh kết quả dự báo chỉ số SPEI3 theo mô hình M4 tại trạm Phan Thiết
.....................................................................................................................................113
Hình 3.37 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và dự báo (tháng 6, 7 năm 1988) ....113
Hình 3.38 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và dự báo (tháng 6, 7 năm 1993) ....114
Hình 3.39 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và dự báo (tháng 6, 7 năm 1998) ....114
Hình 3.40 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và dự báo (tháng 6, 7 năm 2005) ....115
Hình 3.41 Kết quả so sánh giá trị SPEI3 thực tế và dự báo (tháng 6, 7 năm 2010) ....115
Hình 3.42 Sơ đồ mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu ...........119
Hình 3.43 Bản đồ dự báo, cảnh báo theo chỉ số SPEI3 tháng 1, 2 năm 2015 .............121
Hình 3.44 Bản đồ dự báo, cảnh báo theo chỉ số SPEI3 tháng 3, 4 năm 2015 .............122
Hình 3.45 Bản đồ dự báo, cảnh báo theo chỉ số SPEI3 tháng 5, 6 năm 2015 .............123

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ANFIS

Mạng noron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)

ANN

Mạng noron nhân tạo (Artificial Neural Networks)

ARIMA

Mô hình tự hồi quy thích hợp trung bình động (Autoregressive Integrated
Moving Average Model)

BĐKH

Biến đổi khí hậu

BTB

Bắc Trung Bộ

CI

Chỉ số hạn tích hợp (Integrated Drought Index)

CMI

Chỉ số độ ẩm cây trồng (Crop Moisture Index)

CORR

Hệ số tương quan (Correlation Coefficient)

DBHH

Dự báo hạn hán

DBKH

Dự báo khí hậu

DHMT

Duyên hải Miền Trung

E

Chỉ số hiệu quả (Efficiency)

ENSO

El Nino và dao động Nam bán cầu (El Nino and the Southern
Oscillation)

FAO

Tổ chức Lương thực & Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (Food and
Agriculture Organization)

FL

Logic mờ (Fuzzy Logic)

IDW

Trọng số nghịch đảo khoảng cách (Inverse distance weighting)

KHCH

Khoa học Công nghệ

KTTV

Khí tượng thủy văn

KT-XH

Kinh tế - Xã hội

M

Mô hình

MSDI

Chỉ số khô hạn đa biến (Multivariate Standardized Drought Index)

NAWM

Gió mùa đông bắc Á (Northeast Asian Winter Monsoon)

NCDA

Vùng hạn không kề giáp nhau (Non-contigous drought analysis)

NTB

Nam Trung Bộ

x


PCA

Phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis)

PDSI

Chỉ số Palmer

RSR

Hệ số thống kê giữa sai số quân phương và độ lệch chuẩn (RMSE observations standard deviation ratio)

SASM

Gió mùa hè Nam Á (South Asian Summer Monsoon)

SOI

Chỉ số dao động Nam bán cầu (Southern Oscillation Index)

SPEI

Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa và bốc hơi (Standardized Precipitation
Evapotranspiration Index)

SPI

Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (Standardized Precipitation Index)

SSI

Chỉ số chuẩn hóa độ ẩm đất (Standardized Soil Moisture Index)

SST

Nhiệt độ lớp nước biển bề mặt (Sea Surface Temperature)

SSTA

Nhiệt độ lớp nước biển bề mặt dị thường (Sea Surface Temperature
Anomalies)

SXNN

Sản xuất nông nghiệp

SWSI

Chỉ số cung cấp nước mặt (Social Water Scarcity Index)

TBD

Thái Bình Dương

WMO

Tổ chức Khí tượng Thế giới (World Meteorological Organization)

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Hạn hán là một phần tự nhiên của khí hậu, hạn hán hình thành do một hoặc nhiều nguyên
nhân khác nhau, bao gồm sự thiếu hụt lượng mưa, lượng bốc hơi lớn và việc khai thác
quá mức nguồn tài nguyên nước. Hạn hán xuất hiện trên khắp thế giới có thể xảy ra ở
tất cả các vùng khí hậu, với các đặc tính của hạn là biến đổi đáng kể từ vùng này sang
vùng khác. Hạn hán là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn, bởi khô
hạn bị giới hạn trong những vùng có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng
lâu dài của khí hậu. Vì vậy, hiện tượng hạn hán xảy ra trong từng năm với các đặc tính
thời tiết và các tác động của nó là không giống nhau.
Hạn hán khá phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là ở các tỉnh Duyên hải Miền Trung
(DHMT). Theo số liệu thống kê của Tổng cục thủy lợi trong giai đoạn 1985 – 2014, toàn
vùng đã có nhiều đợt hạn hán xảy ra, trong đó có 5 đợt xảy ra hạn hán nghiêm trọng,
hạn xảy ra trong cả 3 vụ sản xuất làm thiệt hại đến hàng triệu hecta đất nông nghiệp và
sự thiếu hụt nước trầm trọng cho hàng triệu người dân ở các vùng khác nhau trên cả
nước.
Sự khắc nghiệt của hiện tượng hạn hán không chỉ phụ thuộc vào khoảng thời gian, cường
độ, không gian của một thời đoạn hạn hán cụ thể, mà còn phụ thuộc vào nhu cầu dùng
nước từ các hoạt động của con người và cây trồng đối với nguồn cung cấp nước của khu
vực. Số liệu thống kê cho thấy rằng những thiệt hại về mặt kinh tế do hạn hán lớn hơn
rất nhiều so với do lũ lụt. Để giúp cho các nhà quản lý, nhà hoạch định chính sách và
người dân địa phương chủ động trong việc khai thác và quản lý tài nguyên nước thì các
nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam nói chung và vùng DHMT nói riêng là rất quan trong
và cần thiết. Cho đến nay ở Việt Nam đã có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu về hạn hán

nhưng những kết quả đã nghiên cứu còn một số hạn chế như: (i) Công tác dự báo, cảnh
báo hạn ở Việt Nam chưa thoả mãn yêu cầu để áp dụng rộng rãi trong công tác đánh giá,
dự báo và cảnh báo hạn cho các vùng, các tỉnh khác nhau; (ii) Việc đánh giá, dự báo và
cảnh báo hạn cho một vùng rộng lớn hoặc trên toàn quốc chủ yếu dựa vào các chỉ số hạn
khí tượng. Còn các chỉ số hạn thủy văn và nông nghiệp mới chỉ được dùng để đánh giá,

1


dự báo và cảnh báo hạn cho những vùng nhỏ hoặc theo lưu vực sông; (iii) Phương pháp
dự báo hạn chủ yếu là phương pháp thống kê, phương pháp động lực cũng đã được dùng
để dự báo hạn nhưng chưa nhiều. Các sản phẩm dự báo, cảnh báo chủ yếu là theo điểm;
(iv) Chưa có khung thể chế và pháp lý cho các hoạt động ứng phó và giảm nhẹ thiệt hại
do hạn hán. Bởi vậy, cần nhiều nghiên cứu hơn nữa về hạn hán nhằm xác định được các
chỉ số hạn và các chỉ tiêu phân cấp hạn phù hợp, trên cơ sở đó xây dựng các cấp cảnh
báo hạn cho từng địa phương, đặc biệt ở các vùng hạn hán hay xảy ra. Đồng thời phải
xây dựng được mô hình cảnh báo sớm hạn hán phù hợp cho các vùng của Việt Nam.
Với mong muốn kết quả nghiên cứu của luận án sẽ đóng góp một phần trong việc giải
quyết các nhiệm vụ nêu trên. Vì thế, tác giả đã đề xuất đề tài “Xây dựng mô hình cảnh
báo sớm hạn khí tượng phục vụ công tác khai thác và quản lý tài nguyên nước vùng
Duyên hải Miền Trung” để phân tích, đánh giá diễn biến hạn hán, xác định mức độ ảnh
hưởng của hiện tượng El Nino và dao động Nam bán cầu (ENSO) đến hạn hán và xây
dựng được mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát của luận án là đánh giá diễn biến hạn hán, xây dựng mô hình cảnh
báo sớm hạn khí tượng phục vụ cho công tác khai thác và quản lý tài nguyên nước vùng
DHMT. Để đạt được mục tiêu trên thì các mục tiêu cụ thể được xác định như sau:
Đánh giá mối quan hệ giữa diễn biến hạn hán của vùng DHMT với các yếu tố ENSO,
nhiệt độ lớp nước biển bề mặt dị thường (SSTA) và chỉ số dao động Nam bán cầu (SOI);
Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu trong mối quan

hệ giữa hạn hán với các yếu tố SSTA và SOI.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu trong luận án này là: Hạn khí tượng và mô hình cảnh báo sớm,
tính chất, mức độ, xu thế và phân bố của hạn hán.
Phạm vi nghiên cứu của luận án này là: Nghiên cứu cảnh báo sớm hạn khí tượng vùng
Duyên hải Miền Trung thông qua các chỉ số tương quan xa của vùng xích đạo TBD
(vùng đặc trưng của El nino, SOI), bao gồm các tỉnh thành sau: Thanh Hóa, Nghệ An,

2


Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi,
Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận.
4. Nội dung nghiên cứu của luận án
 Lựa chọn chỉ số hạn, phân tích đánh giá diễn biến hạn hán theo các chỉ số hạn và so
sánh với diễn biến hạn hán theo thực tế của vùng nghiên cứu;
 Phân tích mối quan hệ giữa diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu trong các đợt
đồng thời xảy ra El Nino và SOI (ENSO);
 Phân tích và đánh giá tương quan giữa hạn hán của vùng nghiên cứu với nhiệt độ lớp
nước biển bề mặt (SST), chỉ số dao động Nam bán cầu (SOI) bằng phương pháp phân
tích tương quan phục vụ cho việc lựa chọn biến đầu vào cho mô hình dự báo hạn;
 Thiết lập cấu trúc các mô hình dự báo hạn khí tượng bằng phương pháp thống kê
(Mạng noron thích nghi mờ, ANFIS) và lựa chọn mô hình dự báo phù hợp cho vùng
nghiên cứu;
 Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu.
5. Phương pháp nghiên cứu
 Cách tiếp cận trong luận án:
 Tiếp cận thực tế: Điều tra, khảo sát và thu thập số liệu về khí tượng và hiện trạng hạn
hán của vùng nghiên cứu;
 Tiếp cận kế thừa có chọn lọc và bổ sung các nghiên cứu đã có trong nước cũng như

trên thế giới về hạn và cảnh báo hạn;
 Tiếp cận các phương pháp, công cụ đánh giá, dự báo và cảnh báo hạn mới trên thế
giới.
 Các phương pháp nghiên cứu chính trong luận án:
 Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu thực tế;
 Phương pháp thống kê, xác suất: Tổng hợp, xử lý và phân tích số liệu làm cơ sở để
phân tích đánh giá diễn biến hạn hán và xây dựng mô hình cảnh báo hạn;
3


 Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, công trình khoa học đã và đang thực hiện
về đánh giá, dự báo và cảnh báo hạn hán trên thế giới;
 Phương pháp phân tích vùng hạn không kề giáp nhau (NCDA): Phân tích, đánh giá
diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu theo không gian và thời gian;
 Phương pháp phân tích tương quan: Phân tích mối quan hệ giữa diễn biến hạn hán
của vùng nghiên cứu với hiện tượng ENSO thông qua hệ số tương quan giữa các chỉ
số hạn và nhiệt độ lớp nước biển bề mặt (SST), chỉ số dao động Nam bán cầu (SOI).
Để làm cơ sở lựa chọn biến đầu vào cho các mô hình dự báo;
 Phương pháp phân tích tổng hợp: Phân tích tổng hợp các tài liệu liên quan để đề ra
mục tiêu, nội dung nghiên cứu. Phân tích tổng hợp kết quả nghiên cứu để làm cơ sở
để xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu;
 Phương pháp mô hình toán: Thiết lập các mô hình dự báo hạn bằng phương pháp mô
hình toán (mạng noron thích nghi mờ, ANFIS).
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
 Ý nghĩa khoa học:
 Luận án đã góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học trong việc sử dụng và lựa chọn chỉ
số hạn để đánh giá, dự báo và cảnh báo hạn cho vùng nghiên cứu nói riêng và Việt
Nam nói chung.
 Luận án đã bổ sung thêm cơ sở khoa học trong việc xây dựng bản đồ hạn theo phương
pháp phân tích vùng hạn không kề giáp nhau (NCDA).

 Luận án đã cung cấp cơ sở khoa học để thiết lập các mô hình dự báo hạn khí tượng
phục vụ cho công tác cảnh báo sớm hạn khí tượng.
 Ý nghĩa thực tiễn:
 Góp phần làm sáng tỏ xu thế và diễn biến hạn hán của khu vực Duyên hải Miền Trung
ở quá khứ trong mối quan hệ với hiện tượng ENSO.
 Kết quả nghiên cứu của luận án có thế được ứng dụng để xây dựng mô hình cảnh báo

4


sớm hạn khí tượng cho khu vực nghiên cứu cũng như các khu vực khác.
 Kết quả của luận án đưa ra được các bản đồ cảnh báo sớm hạn khí tượng bằng các
chỉ số hạn. Giúp cho các nhà quản lý, nhà hoạch định chính sách và người dân địa
phương chủ động trong việc khai thác và quản lý tài nguyên nước.
7. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 165 trang thuyết minh trong đó có: 62 hình vẽ, 18 bảng biểu minh họa, 1
trang liệt kê danh mục 2 công trình đã công bố của tác giả về kết quả nghiên cứu của đề
tài luận án, 8 trang liệt kê 103 tài liệu tham khảo và 28 trang phụ lục.
Nội dung bao gồm phần mở đầu, phần kết luận, kiến nghị và 3 chương:
Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu và dự báo hạn
Chương này nêu tổng quan về vùng nghiên cứu; khái niệm về hạn hán, các chỉ số được
dùng trong đánh giá và dự báo hạn hán; tổng hợp được tình hình hạn hán và các nghiên
cứu có liên quan đến hạn hán trên Thế giới cũng như ở Việt Nam; những thành tựu và
hạn chế của các nghiên cứu về hạn và dự báo hạn; định hướng mục tiêu và các nội dung
nghiên cứu của luận án.
Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp dự báo hạn khí tượng cho vùng Duyên
hải Miền Trung
Trong chương này đã nêu được các cơ sở khoa học để phục vụ cho nghiên cứu như: hiện
trạng hạn hán của vùng nghiên cứu; hiện tượng ENSO và ảnh hưởng của hiện tượng này
đến khí hậu của vùng nghiên cứu; số liệu mưa, nhiệt độ của vùng nghiên cứu; số liệu về

SSTA, SOI. Lựa chọn chỉ số hạn để đánh giá, dự báo hạn cho vùng nghiên cứu; sử dụng
phương pháp phân tích tương quan để đánh giá ảnh hưởng của ENSO đến diễn biến hạn
hán của vùng nghiên cứu thông qua các chỉ số hạn; sử dụng mạng Nơron thích nghi mờ
(ANFIS) để thiết lập các mô hình dự báo hạn khí tượng cho vùng nghiên cứu với các
biến đầu vào và ra khác nhau.
Chương 3: Xây dựng mô hình cảnh báo sớm hạn khí tượng cho vùng Duyên hải Miền
Trung

5


Trong chương này đã đưa ra được kết quả tính toán diễn biến hán của vùng nghiên cứu
theo không gian và thời gian bằng các chỉ số hạn, đồng thời có sự đánh giá sự phù hợp
giữa diễn biến hạn hán của vùng nghiên cứu bằng các chỉ số hạn so với tình hình hạn
hán thực tế. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của ENSO đến diễn biến hạn hán của vùng
nghiên cứu. Phân tích kết quả dự báo của các mô hình dự báo, từ đó lựa chọn mô hình
dự báo phù hợp cho vùng nghiên cứu. Xây dựng được mô hình cảnh báo sớm hạn khí
tượng, đồng thời đưa ra được các bản đồ cảnh báo hạn cho vùng nghiên cứu.

6


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ DỰ BÁO
HẠN
1.1 Khái niệm về hạn hán
1.1.1 Định nghĩa và phân loại hạn hán.
Hạn hán là một phần tự nhiên của khí hậu, hạn hán hình thành do một hoặc nhiều nguyên
nhân khác nhau, bao gồm sự thiếu hụt mưa, lượng bốc hơi lớn và việc khai thác quá mức
nguồn tài nguyên nước. Hạn hán xuất hiện trên khắp thế giới có thể xảy ra ở tất cả các
vùng khí hậu, với các đặc tính của hạn biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác.

Hạn hán là một sự sai khác theo thời gian, rất khác với sự khô hạn. Bởi khô hạn bị giới
hạn trong những vùng có lượng mưa thấp, nhiệt độ cao và là một đặc trưng lâu dài của
khí hậu [1]. So với các thảm họa tự nhiên khác như: xoáy, lũ lụt, động đất, núi lửa phun
trào và sóng thần có sự khởi đầu nhanh chóng, có ảnh hưởng trực tiếp và có cấu trúc, thì
hạn hán lại ngược lại. Hạn hán khác với các thảm họa tự nhiên khác theo các khía cạnh
quan trọng sau [2]:
 Không tồn tại một định nghĩa chung về hạn hán.
 Hạn hán có sự khởi đầu chậm, là hiện tượng từ từ, dẫn đến khó có thể xác định được
sự bắt đầu và kết thúc một thời kỳ hạn.
 Thời gian hạn dao động từ vài tháng đến vài năm, vùng trung tâm và vùng xung quanh
bị ảnh hưởng bởi hạn hán có thể thay đổi theo thời gian.
 Không có một chỉ thị hoặc một chỉ số hạn đơn lẻ nào có thể xác định chính xác sự bắt
đầu và mức độ khắc nghiệt của sự kiện hạn cũng như các tác động tiềm năng của nó.
 Phạm vi không gian của hạn hán thường lớn hơn nhiều so với các thảm họa khác, do
đó các ảnh hưởng của hạn thường trải dài trên nhiều vùng địa lý lớn.
 Các tác động của hạn nhìn chung không theo cấu trúc và khó định lượng. Các tác
động tích lũy lại và mức độ ảnh hưởng của hạn sẽ mở rộng khi các sự kiện hạn tiếp
tục kéo dài từ mùa này sang mùa khác hoặc sang năm khác.
 Mặt khác, hạn hán ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực kinh tế và xã hội nên các định nghĩa
7


về hạn sẽ được đưa ra theo nhiều cách tiếp cận khác nhau: như các ngưỡng sử dụng,
theo mục đích sử dụng, khu vực, địa phương… Hơn nữa, hạn xảy ra với tần suất thay
đổi gần như ở tất cả các vùng trên toàn cầu, các tác động của hạn đến nhiều lĩnh vực
cũng khác nhau theo không gian và thời gian. Như vậy để có được một định nghĩa
chung nhất về hạn hán thì rất khó.
D.A. Wilhite [2] cho rằng mặc dù các nhân tố khí hậu (nhiệt độ cao, gió mạnh, độ ẩm
tương đối thấp) thường gắn liền với hạn hán ở nhiều vùng trên thế giới và có thể làm
nghiêm trọng thêm mức độ hạn, song lượng mưa vẫn là nhân tố ảnh hưởng chính gây ra

hạn hán và tác giả cũng đã đưa ra một định nghĩa về hạn: “hạn hán là kết quả của sự
thiếu hụt lượng mưa tự nhiên trong một thời kỳ dài, thường là một mùa hoặc lâu hơn”.
Chính vì vậy, hạn hán thường được gắn liền với các khoảng thời điểm (mùa hạn chính,
sự khởi đầu muộn của mùa mưa, sự xuất hiện mưa trong mối liên hệ với các giai đoạn
sinh trưởng chính của cây trồng) và đặc tính của mưa (cường độ mưa, các đợt mưa). Với
các thời điểm hạn xuất hiện khác nhau sẽ dẫn đến các sự kiện hạn khác nhau về tác động,
phạm vi ảnh hưởng cũng như các đặc tính khí hậu của hạn khác nhau.
Trong cuốn sách nói về hạn hán và nông nghiệp (Drought and agriculture) của tổ chức
WMO (Khí tượng Thế giới) [3], thì hạn hán được phân thành 4 loại là: (1) Hạn khí
tượng; (2) Hạn thủy văn; (3) Hạn nông nghiệp; (4) Hạn kinh tế - xã hội.
(1) Hạn khí tượng (Meteorological Drought): Là hiện tượng thiếu hụt nước trong suốt
một khoảng thời gian nào đó do sự mất cân bằng giữa lượng giáng thủy và bốc hơi, hạn
khí tượng phản ánh đặc trưng vật lý hạn hán. Hạn khí tượng không phản ánh được ảnh
hưởng của sự thiếu hụt dòng chảy nhưng lại phản ảnh tốt sự thiết hụt nước thực tế.
(2) Hạn nông nghiệp (Agricultural Drought): Thường xảy ra ở nơi độ ẩm đất không đáp
ứng đủ nhu cầu của một cây trồng cụ thể ở thời gian nhất định và cũng ảnh hưởng đến
vật nuôi và các hoạt động nông nghiệp khác. Mối quan hệ giữa lượng mưa và lượng
mưa thấm vào đất thường không được chỉ rõ. Sự thẩm thấu lượng mưa vào trong đất sẽ
phụ thuộc vào các điều kiện ẩm trước đó, độ dốc của đất, loại đất, cường độ mưa. Hạn
nông nghiệp xảy ra sau hạn hán khí tượng, bởi vì hạn khí tượng có ảnh hưởng đến lượng
nước có trong đất, khả năng giữ nước trong đất thấp thì khả năng xảy ra hạn nông nghiệp

8


sẽ cao và ngược lại. Ví dụ, một số loại đất có khả năng giữ nước tốt hơn thì các loại đất
đó ít bị hạn hơn.
(3) Hạn thuỷ văn (Hydrological Drought): Liên quan đến sự thiếu hụt nguồn nước mặt
và nguồn nước ngầm. Nó được lượng hóa bằng dòng chảy, tuyết, mực nước hồ, hồ chứa
và nước ngầm. Hạn thủy văn xuất hiện trễ hơn hạn khí tượng và nông nghiệp, sau khi

kết thúc một đợt hạn khí tượng và nông nghiệp thì hạn thủy văn phải mất một khoảng
thời gian dài mới kết thúc. Cũng giống như hạn nông nghiệp, hạn thủy văn không chỉ ra
được mối quan hệ rõ ràng giữa lượng mưa và trạng thái cung cấp nước bề mặt trong các
hồ, bể chứa, tầng ngập nước, dòng suối. Bởi vì quá trình hình thành dòng chảy rất phức
tạp và phụ thuộc vào nhiều thành phần trong hệ thống thủy văn, như sự tưới tiêu, kiểm
soát lũ lụt, vận chuyển nước, phát điện, cung cấp nước sinh hoạt và bảo tồn môi trường.
(4) Hạn kinh tế-xã hội khác hoàn toàn với các loại hạn khác. Bởi nó phản ánh mối quan
hệ giữa sự cung cấp và nhu cầu hàng hóa kinh tế (ví dụ như cung cấp nước, thủy điện),
nó phụ thuộc vào lượng mưa. Sự cung cấp đó biến đổi hàng năm như là một hàm của
lượng mưa và nước. Nhu cầu nước cũng dao động và thường có xu thế tăng do sự tăng
dân số, sự phát triển của kinh tế và các nhân tố khác.
Khi lượng mưa hiệu quả giảm, lượng bốc hơi tăng trong quá trình thay đổi khí hậu sẽ
dẫn đến biểu hiện đầu tiên của hạn hán đó là hạn khí tượng. Hạn khí tượng sẽ quyết định
đến việc có xuất hiện hạn hán hay không và nó cũng là cơ sở phát sinh các loại hạn hán
khác. Khi thảm phủ thực vật dày (như rừng rậm) sẽ làm giảm tốc độ dòng khí có lợi cho
quá trình ngưng tụ hơi nước dẫn đến lượng mưa tăng, ngược lại khi thảm phủ thực vật
mỏng sẽ làm tăng tốc độ dòng khí làm giảm khả năng gây mưa. Do đó, hạn khí tượng
xảy ra ở một mức độ nào đó sẽ dẫn đến hạn nông nghiệp, hạn thủy văn và ngược lại.
Sản lượng nông nghiệp chủ yếu phụ thuộc vào công tác thủy lợi, thậm chi khi lượng
mưa và độ ẩm đất giảm nhưng cây trồng vẫn cho năng suất cao. Hạn thủy văn cũng có
tác động đến hạn nông nghiệp; hạn thủy văn là trang thái khô cằn cực đoan của lưu vực
trong một khoảng thời gian dài (ít nhất là một quý hoặc 1 năm), quá trình hình thành
dòng chảy bao gồm toàn bộ quá trình vật lý của lưu vực như lượng mưa, bốc hơi mặt
ruộng, bốc hơi mặt đất và quá trình ngấm từ mặt đất xuống tầng nước ngầm. Hạn thủy
văn làm cho lượng nước trong lưu vực thiếu hụt, mực nước ngầm hạ thấp làm ảnh hưởng
9


đến công tác thủy lợi, gây khó khăn cho việc cung cấp nước cho cây [4]. Từ những phân
tích ở trên cho thấy, 4 loại hạn hán ở trên có sự liên quan và tương hỗ chặt chẽ với nhau,

được thể hiện như trong hình 1.1.
Hạn khí tượng

Hạn kinh tế - xã hội

Hạn nông nghiệp

Hạn thủy văn

Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ giữa các loại hạn hán [5]
Ghi chú: nét liền là mối liên quan trực tiếp, nét đứt là mối liên quan gián tiếp.
1.1.2 Các chỉ số hạn
Theo H. Hisdal & L. M. Tallaksen [6], thuật ngữ “định nghĩa thời kỳ hạn hán” và “chỉ
số hạn hán” vẫn còn chưa rõ ràng. Chỉ số hạn hán thường là một con số đặc trưng cho
trạng thái chung của hạn hán tại một thời điểm đo được. Còn định nghĩa một thời kỳ hạn
hán được áp dụng để lựa chọn các thời kỳ hạn hán trong một chuỗi thời gian bao gồm
sự bắt đầu và kết thúc của các đợt hạn hán. Việc dự tính hạn hán dựa trên các chỉ số hạn
hán được trình bày chi tiết bởi WMO [3] và Richard R. Heim [7]. Tuy nhiên, mỗi chỉ số
hạn hán đều được lựa chọn sao cho phù hợp với khu vực nghiên cứu và mục đích nghiên
cứu. Dưới đây là một số chỉ số đã được dùng phổ biến trên thế giới.
1.1.2.1 Chỉ số hạn khí tượng
Hạn khí tượng là sự thiếu hụt lượng nước bất thường được tạo ra do sự mất cân bằng
giữa lượng giáng thủy và bốc hơi, chỉ số hạn khí tượng chủ yếu được tính toán từ các
yếu tố như lượng giáng thủy, nhiệt độ không khí, bốc hơi và các yếu tố khí tượng khác.
Chỉ số hạn khí tượng thường được phân thành hai loại là chỉ số giáng thủy và chỉ số đa
yếu tố khí tượng.
(1) Chỉ số giáng thủy

10

① Tần số phân bố giáng thuỷ hàng năm
Phân bố giáng thủy là một trong những dạng nhận biết cơ bản của hiện tượng hạn hán
trong một vùng nhất định. Và tần số phân bố giáng thủy được xác định trong khoảng
(WMO [3]):
Bảng 1.1 Phân cấp hạn hán theo chỉ số giáng thủy
Giá trị P

Điều kiện

P < 𝑃  2 P

- Rất khô

𝑃  2 P < P < 𝑃   P

- Khô

𝑃  P < P < 𝑃   P

- Bình thường

P>𝑃 P

- Ẩm

Trong đó: P là lượng giáng thuỷ trong một năm xem xét; 𝑃 là lượng giáng thuỷ trung
bình trong thời kì chuẩn;  là độ lệch chuẩn.

② Chỉ số chuẩn hóa lượng mưa (Standardized Precipitation Index – SPI)

SPI là chỉ số dựa vào khả năng có thể của giáng thuỷ cho bất cứ thang thời gian nào. Chỉ
số SPI được xác định như sau:

SPI 

R  Rtb 

(1-1)



Trong đó: R là lượng giáng thuỷ trong khoảng thời gian xác định; Rtb là lượng giáng
thuỷ trung bình trong khoảng thời gian xác định đó;  là giá trị độ lệch chuẩn.
Năm 1993, SPI đã được McKee và cộng sự [8] phát triển để tính toán các thời kỳ khô
hạn và ẩm ướt với các quy mô thời gian khác nhau. Những quy mô thời gian này phản
ánh tác động của hạn hán đến sự thay đổi tài nguyên nước khác nhau. Điều kiện độ ẩm
đất phản ánh mức độ dị thường của giáng thuỷ trong thời gian ngắn, trong khi đó nước
mặt, dòng chảy và bể tích trữ nước lại phản ánh những dị thường giáng thuỷ trong thời
gian dài. Từ những nguyên nhân này, McKee và cộng sự đã tính toán SPI cho những
quy mô thời gian dài như 3, 6, 12, 24 và 48 tháng. SPI có thể được ước tính cho những
quy mô thời gian khác nhau, có thể cung cấp sớm lời cảnh báo về hạn hán và giúp đánh
giá hạn hán khắc nghiệt và nó cũng dễ tính toán hơn các chỉ số khác. Tuy nhiên giá trị

11


của nó lại dựa vào dữ liệu sơ bộ có thể thay đổi. SPI tính toán cho bất cứ vùng nào dựa
vào số liệu thống kê lượng giáng thuỷ dài hạn cho một thời kì yêu cầu. Giá trị SPI dương
cho biết lượng giáng thuỷ cao hơn giá trị trung bình nhiều năm, trong khi đó giá trị âm
cho biết lượng giáng thuỷ thấp hơn giá trị trung bình nhiều năm. Bởi vì SPI được chuẩn

hoá, khí hậu ẩm hơn và khô hơn có thể được trình bày theo cách như vậy, và thời kì ẩm
cũng có thể được giám sát khi sử dụng SPI. Theo WMO, thì trạng khô hạn hay ẩm ướt
được phân cấp theo chỉ số SPI như bảng 1.2.
Bảng 1.2 Phân cấp hạn hán theo chỉ số SPI [9]
Chỉ số SPI
≥ 2,0
1,5÷1,99
1,0 ÷ 1,49
0.50 ÷ 0,99
-0.49 ÷ 0.49
-0.50 ÷ - 0.99
-1,0 ÷ -1,49
-1,5 ÷ -1,99
≤ -2,0

Điều kiện khí hậu
Cực kỳ ẩm
Rất ẩm
Ẩm vừa
Ẩmnhẹ
Bình thường
Hạn nhẹ
Hạn vừa
Hạn nặng
Hạn cực nặng

(2) Chỉ số đa yếu tố khí tượng

① Chỉ số cán cân nước (K)
K là chỉ số thông dụng ở Việt Nam, được tính theo công thức sau (WMO [3]):

K

E
R

(1-2)

Trong đó: E là lượng bốc hơi và R là lượng mưa trong khoảng thời gian xác định.
Hạn xảy ra khi lượng bốc hơi bắt đầu vượt quá lượng mưa rơi xuống. Qua đó ta có các
ngưỡng chỉ tiêu theo bảng sau:

12