Dự tính khí hậu tương lai độ phân giải cao cho tỉnh tuyên quang và khuyến nghị sử dụng trong đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước của cây trồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH

VŨ THỊ THU HƯƠNG

DỰ TÍNH KHÍ HẬU TƯƠNG LAI ĐỘ PHÂN GIẢI CAO
CHO TỈNH TUYÊN QUANG VÀ KHUYẾN NGHỊ SỬ DỤNG TRONG
ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NHU CẦU NƯỚC
CỦA CÂY TRỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

HÀ NỘI - 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH

VŨ THỊ THU HƯƠNG

DỰ TÍNH KHÍ HẬU TƯƠNG LAI ĐỘ PHÂN GIẢI CAO
CHO TỈNH TUYÊN QUANG VÀ KHUYẾN NGHỊ SỬ DỤNG TRONG
ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NHU CẦU NƯỚC
CỦA CÂY TRỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: 8900201.01QTD

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Văn Thăng

HÀ NỘI - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện
dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Vũ Văn Thăng, không sao chép các công trình
nghiên cứu của người khác. Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở
bất kì một công trình khoa học nào khác.
Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích
dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác
thực và nguyên bản của luận văn.
Tác giả

Vũ Thị Thu Hương

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Vũ Văn Thăng đã định hướng
nghiên cứu và các phương pháp luận cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu
Luận văn thạc sỹ.
Trong quá trình được học tập, nghiên cứu tại Khoa Các khoa học liên ngành,
Đại học Quốc gia Hà Nội, tôi đã có cơ hội được tiếp thu những kiến thức cơ bản và
chuyên sâu về biến đổi khí hậu qua đó đã giúp tôi có đủ kiến thức chuyên môn cũng
như kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập, tạo cho tôi niềm say mê nghiên cứu
khoa học, phục vụ hiệu quả cho quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành Luận
văn thạc sỹ của bản thân.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo và các đồng chí Lãnh đạo cùng với
các cán bộ Khoa Các khoa học liên ngành, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng

dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn các cán bộ của Trung tâm nghiên cứu Khí tượng - Khí hậu,
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã cung cấp thông tin, tài liệu
và tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.
Cuối cùng tôi vô cùng cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của bạn bè, đồng nghiệp và
gia đình đã luôn sát cánh, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn
thành luận văn./.
Hà Nội, ngày 04 tháng 05 năm 2020
Tác giả

Vũ Thị Thu Hương

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................4
Tổng quan về các nghiên cứu dự tính khí hậu và đánh giá tác động của biến đổi khí
hậu đến nhu cầu nước cho cây trồng trên thế giới và Việt Nam. .................................... 4
1.1.1.

Trên thế giới .......................................................................................................4

1.1.2.

Việt Nam ..........................................................................................................11

Tổng quan về mô hình khí hậu trong xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu ............ 16
Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, khí hậu của tỉnh Tuyên Quang . 19
Một số nhận xét cuối Chương 1 ............................................................................. 24
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU....................................28
Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 28
2.1.1.

Phương pháp phân tích xu thế ..........................................................................28

2.1.2.

Phương pháp mô hình ......................................................................................28

2.1.3.

Phương pháp nội suy không gian .....................................................................28

2.1.4.

Các chỉ số đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình .....................................29

2.1.5.

Phương pháp đánh giá mức độ biến đổi của khí hậu trong tương lai ..............30

2.1.6.

Phương pháp phân tích tính chưa chắc chắn trong dự tính khí hậu .................31

2.1.7.

Phương pháp đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước của cây

trồng.

.......................................................................................................................... 31

Số liệu sử dụng ....................................................................................................... 34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................36
Xu thế và mức độ biến đổi của các yếu tố khí hậu tỉnh Tuyên Quang................... 36
3.1.1.

Nhiệt độ trung bình........................................................................................... 36

3.1.2.

Lượng mưa .......................................................................................................36

3.1.3.

Xu thế biến đổi của một số yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan ................37
iii


Đánh giá khả năng mô phỏng của các mô hình khí hậu ......................................... 42
3.2.1.

Nhiệt độ trung bình........................................................................................... 42

3.2.2.

Nhiệt độ tối cao trung bình ...............................................................................43

3.2.3.

Nhiệt độ tối thấp trung bình .............................................................................44

3.2.4.

Lượng mưa .......................................................................................................44

Kết quả dự tính khí hậu cho tỉnh Tuyên Quang ..................................................... 45
3.3.1.

Kịch bản biến đổi khí hậu tỉnh Tuyên Quang từ các mô hình thành phần .......45

3.3.2.

Kịch bản tổ hợp từ các mô hình thành phần sau khi đã hiệu chỉnh thống kê ...50

Đánh giá mức độ tin cậy và tính chưa chắc chắn trong các kịch bản biến đổi khí hậu
tỉnh Tuyên Quang .......................................................................................................... 68
3.4.1.

Mức độ tin cậy đối với nhiệt độ trung bình năm ..............................................68

3.4.2.

Mức độ tin cậy đối với lượng mưa năm ........................................................... 69

Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước của cây trồng ............. 71
3.5.1.

Tính toán số liệu đầu vào cho mô hình Cropwat..............................................71

3.5.2.

Kết quả tính nhu cầu nước cho cây trồng .........................................................73

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 81
PHỤ LỤC ........................................................................................................................ a
PHỤ LỤC A ....................................................................................................................b
PHỤ LỤC B.....................................................................................................................h
PHỤ LỤC C.....................................................................................................................u
PHỤ LỤC D ................................................................................................................... ii

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nguyên nghĩa

AGCM/MRI

Mô hình hoàn lưu chung khí quyển (Atmosphere General
Circulation Model)/ Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản
(Meteorology Research Institute)

AOGCMs

Mô hình hoàn lưu chung khí quyển - đại dương
(Atmosphere-Ocean General Circulation Model)

AR4

Báo cáo lần thứ 4 của IPCC (Fourth Assesment Report)

AR5

Báo cáo lần thứ 5 của IPCC (Fifth Assesment Report)

BĐKH

Biến đổi khí hậu

CCAM

Mô hình Khí quyển bảo giác lập phương
(Conformal Cubic Atmospheric Model)

clWRF

Mô hình quy mô vừa WRF phiên bản cho nghiên cứu khí hậu

CMIP5

Dự án đối chứng các mô hình khí hậu lần 5
(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)

CSIRO

Tổ chức Nghiên cứu khoa học và công nghiệp Liên bang Úc
(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation)

DSSAT

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định chuyển giao công nghệ trong nông
nghiệp (A Decision Support System for Agrotechnology Transfer)

FAO

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc
(Food and Agriculture Organization of the United Nations)

GCM

Mô hình khí hậu toàn cầu (Global Climate Model)

GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

GMSL

Mực nước biển trung bình toàn cầu (Global Mean Sea Level)

IPCC

Ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu
(Intergovernmental Panel on Climate Change)

KNK

Khí nhà kính

MAGICC/SCEN Phần mềm tổ hợp các kịch bản phát thải khí nhà kính
GEN

(Model for the Assessment of Greenhouse-gas Induced Climate
Change/ Regional Climate SCENario GENerator)

NBD

Nước biển dâng

nnk

Những người khác
v


PRECIS

Mô hình khí hậu khu vực của Trung tâm Khí tượng Hadley,
Vương quốc Anh (Providing Regional Climates for Impacts
Studies)

RCM

Mô hình khí hậu khu vực (Regional Climate Model)

RCP

Đường nồng độ khí nhà kính đại diện
(Representative Concentration Pathways)

RCP4.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp

RCP8.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính cao

RegCM

Mô hình khí hậu khu vực của Trung tâm quốc tế về Vật lý lý thuyết
(Regional Climate Model)

Rx1day

Lượng mưa 1 ngày lớn nhất

Rx3day

Lượng mưa 3 ngày lớn nhất

Rx5day

Lượng mưa 5 ngày lớn nhất

SDSM

Mô hình chi tiết hóa thống kê (Statistical Downscaling Model)

SRES

Báo cáo đặc biệt về kịch bản phát thải
(Special Report on Emission Scenarios)

SST

Nhiệt độ bề mặt nước biển (Sea Surface Temperature)

TAR

Báo cáo đánh giá lần thứ ba của IPCC (Third Assessment Report)

T2m

Nhiệt độ không khí trung bình tại độ cao 2m

Tm

Nhiệt độ tối thấp

Tx

Nhiệt độ tối cao

TNMT

Tài nguyên và Môi trường

TNN

Tài nguyên nước

UNEP

Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (United Nations
Environment Programme)

UNFCCC

Công ước Khung của Liên Hợp Quốc về BĐKH
(United Nations Framework Convention on Climate Change)

WMO

Tổ chức khí tượng thế giới (World Meteorological Organization)

WRF

Mô hình Nghiên cứu và Dự báo thời tiết (Weather Research and
Forecast)

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thông tin các mô hình sử dụng trong tính toán cập nhật kịch bản ...............18
Bảng 2.1. Danh sách các trạm khí tượng thủy văn tỉnh Tuyên Quang được sử dụng ...34
Bảng 2.2. Các mô hình khí hậu được sử dụng trong tính toán xây dựng kịch bản biến
đổi khí hậu cho tỉnh Tuyên Quang ................................................................................34
Bảng 2.3. Các yếu tố khí tượng trung bình tháng đặc trưng cho tỉnh Tuyên Quang ....35
Bảng 3.1. Nhiệt độ cao nhất các thập kỷ và thời kỳ 1961 - 2017 (oC) .......................... 38
Bảng 3.2. Nhiệt độ thấp nhất các thập kỷ và thời kỳ 1961 - 2017 (oC) ........................39
Bảng 3.3. Những thành phần mô hình được lựa chọn để xây dựng kịch bản biến đổi khí
hậu cho tỉnh Tuyên Quang ............................................................................................ 51
Bảng 3.4. Mức biến đổi nhiệt độ trung bình (°C) so với thời kỳ cơ sở (1986-2005) từ 10
phương án của các mô hình khí hậu khu vực theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 .........51
Bảng 3.5. Kịch bản BĐKH của nhiệt độ trung bình cho tỉnh Tuyên Quang.................55
Bảng 3.6. Mức biến đổi nhiệt độ tối cao trung bình năm (°C) tổ hợp từ 10 phương án
của các mô hình khí hậu khu vực theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5............................ 57
Bảng 3.7. Mức biến đổi nhiệt độ tối thấp trung bình năm (°C) tổ hợp từ 10 phương án
của các mô hình khí hậu khu vực theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5............................ 57
Bảng 3.8. Mức biến đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ cơ sở (1986-2005) từ 10 phương
án của các mô hình khí hậu khu vực theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 .......................59
Bảng 3.9. Kịch bản BĐKH của lượng mưa cho tỉnh Tuyên Quang .............................. 63
Bảng 3.10. Mức biến đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất năm (%) từ kết quả tổ hợp 10
phương án tính toán của các mô hình khí hậu khu vực .................................................64
Bảng 3.11. Mức biến đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất năm (%) từ kết quả tổ hợp 10

phương án tính toán của các mô hình khí hậu khu vực ................................................66
Bảng 3.12. Mức biến đổi và khoảng tin cậy của nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời
kỳ cơ sở 1986 - 2005 theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 ...............................................68
Bảng 3.13. Mức biến đổi và khoảng tin cậy của lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ
sở 1986 - 2005 theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.........................................................70
Bảng 3.14. Các đặc trưng của thông số cây trồng cho mô hình Cropwat .....................73
Bảng 3.15. Nhu cầu tưới cho cây lúa trên diện tích canh tác hiện tại ở một số vùng thuộc
tỉnh Tuyên Quang theo các kịch bản biến đổi khí hậu ..................................................74
Bảng 3.16. Nhu cầu tưới của cây lúa trên diện tích canh tác quy hoạch đến 2020 tại một
số vùng thuộc tỉnh Tuyên Quang theo các kịch bản biến đổi khí hậu........................... 75
vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Tác động bức xạ tổng cộng (RF total) lịch sử và dự tính từ năm 1950-2100
của 3 họ kịch bản IS92, SRES và RCP (Nguồn: IPCC, 2013) ........................................6
Hình 1.2. Sự phát triển của các mô hình khí hậu trong 35 năm qua ............................. 17
Hình 1.3. Sơ đồ mô tả quá trình chi tiết hóa động lực độ phân giải cao .......................18
Hình 1.4. Bản đồ hành chính tỉnh Tuyên Quang ........................................................... 20
Hình 1.5. Hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Tuyên Quang năm 2018 ............................. 23
Hình 1.6. Sơ đồ các bước xây dựng kịch bản BĐKH và đánh giá tác động của BĐKH
đến nhu cầu nước của cây lúa ........................................................................................27
Hình 3.1. Hệ số góc a (oC/thập kỷ) của đường xu thế tuyến tính xây dựng từ chuỗi số
liệu nhiệt độ không khí trung bình năm và các mùa trong năm tính cho một số trạm của
tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 ...........................................................................36
Hình 3.2. Hệ số góc a (mm/thập kỷ) của đường xu thế tuyến tính xây dựng từ chuỗi số
liệu lượng mưa năm và các mùa trong năm tính cho một số trạm của tỉnh Tuyên Quang
thời kỳ 1961-2017 .........................................................................................................37
Hình 3.3. Hệ số góc a (oC/thập kỷ) của đường xu thế tuyến tính xây dựng từ chuỗi số
liệu nhiệt độ không khí tối cao tuyệt đối năm và các mùa trong năm tính cho một số trạm

tiêu biểu của tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017. .....................................................38
Hình 3.4. Hệ số góc a (oC/thập kỷ) của đường xu thế tuyến tính xây dựng từ chuỗi số
liệu nhiệt độ không khí tối thấp tuyệt đối năm và các mùa trong năm tính cho một số
trạm của tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 ............................................................ 39
Hình 3.5. Hệ số góc a của xu thế biến đổi tuyến tính của số ngày rét đậm (trái), rét hại
(phải) trung bình năm qua các thập kỷ tại một số trạm tiêu biểu của tỉnh Tuyên Quang,
thời kỳ 1961-2017 .........................................................................................................40
Hình 3.6. Hệ số góc a (mm/thập kỷ) của đường xu thế tuyến tính xây dựng từ chuỗi số
liệu lượng mưa 1 ngày lớn nhất (Rx1day) năm và các mùa trong năm tại một số trạm
của tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 .....................................................................41
Hình 3.7. Hệ số góc a (mm/thập kỷ) của đường xu thế tuyến tính xây dựng từ chuỗi số
liệu lượng mưa 5 ngày lớn nhất (Rx5day) năm và các mùa trong năm tại một số trạm
tiêu biểu của tỉnh Tuyên Quang thời kỳ 1961-2017 ......................................................42
Hình 3.8. Mức biến đổi nhiệt độ trung bình năm (oC) tỉnh Tuyên Quang theo kịch bản
RCP4.5 (trái) và RCP8.5 (phải) .....................................................................................52
viii


Hình 3.9. Mức biến đổi nhiệt độ tối cao năm (oC) tỉnh Tuyên Quang theo kịch bản
RCP4.5 (trái) và RCP8.5 (phải) .....................................................................................56
Hình 3.10. Mức biến đổi nhiệt độ tối thấp năm (oC) tỉnh Tuyên Quang theo kịch bản
RCP4.5 (trái) và RCP8.5 (phải) .....................................................................................58
Hình 3.11. Mức biến đổi tổng lượng mưa năm (%) trung bình từng thời kỳ của tỉnh
Tuyên Quang theo kịch bản RCP4.5 (trái) và RCP8.5 (phải) .......................................60
Hình 3.12. Mức biến đổi tổng lượng mưa một ngày lớn nhất năm (%) trung bình từng
thời kỳ của tỉnh Tuyên Quang theo kịch bản RCP4.5 (trái) và RCP8.5 (phải) .............65
Hình 3.13. Mức biến đổi tổng lượng mưa năm ngày lớn nhất năm (%) trung bình từng
thời kỳ của tỉnh Tuyên Quang theo kịch bản RCP4.5 (trái) và RCP8.5 (phải) .............67
Hình 3.14. Khoảng biến đổi xung quanh trị số trung bình với cận dưới 10% và cận trên
90% của nhiệt độ trung bình năm tỉnh Tuyên Quang....................................................69

Hình 3.15. Khoảng biến đổi xung quanh trị số trung bình với cận dưới là 20% và cận
trên là 80% của lượng mưa năm tỉnh Tuyên Quang......................................................71
Hình 3.16. Mức thay đổi nhu cầu nước tưới của cây lúa ở một số khu vực thuộc tỉnh
Tuyên Quang theo diện tích canh tác hiện tại ............................................................... 74
Hình 3.17. Mức thay đổi nhu cầu nước tưới của cây lúa ở một số khu vực thuộc tỉnh
Tuyên Quang theo diện tích canh tác quy hoạch........................................................... 75

ix


MỞ ĐẦU
Theo Tổ chức liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC), sự gia tăng nồng độ của
các khí nhà kính, đặc biệt là khí CO2, kể từ sau cuộc cách mạng công nghiệp là nguyên
nhân chính gây nên biến đổi khí hậu (BĐKH) ngày nay, với những biểu hiện rõ rệt nhất
là nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng và mực nước biển dâng trên phạm vi toàn cầu.
BĐKH đã, đang và sẽ tác động nghiêm trọng đến mọi mặt của cuộc sống trên phạm vi
toàn cầu như: kinh tế - xã hội, tài nguyên nước, sức khỏe...
Với vai trò của mình, IPCC đã tiến hành những nghiên cứu quy mô và chuyên sâu
nhằm tăng cường hiểu biết sâu rộng hơn về khoa học BĐKH cũng như những tác động
của nó đối với môi trường, kinh tế và xã hội. Cho tới nay, IPCC đã thực hiện 05 lần xây
dựng và cập nhật kịch bản BĐKH và NBD thông qua các lần báo cáo đánh giá vào các
năm: 1990, 1995, 2001, 2007 và gần đây nhất vào năm 2013 là báo cáo đánh giá lần thứ
năm (AR5). Một trong những điểm mới trong AR5 là IPCC đã xây dựng kịch bản dựa
trên đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện (RCP) thay cho các kịch bản phát thải
SRES trước đây. Các RCP được lựa chọn sao cho đại diện được các nhóm kịch bản phát
thải và đảm bảo bao gồm được khoảng biến đổi của nồng độ các khí nhà kính trong
tương lai một cách hợp lý. Các RCP cũng đảm bảo tính tương đồng với các kịch bản
SRES (IPCC, 2007). Nếu như trong năm 2007, IPCC đã triển khai dự án nghiên cứu tổ
hợp các mô hình khí hậu (CMIP3) nhằm mục đích thu thập dữ liệu đầu ra của 21 mô hình
toàn cầu khác nhau phục vụ cho báo cáo đánh giá lần thứ 4 (AR4) thì trong AR5 dự án

CMIP5 đã được thực hiện với tổ hợp của gần 50 mô hình toàn cầu và chạy với kịch bản
nồng độ khí nhà kính RCP. Ngoài ra, thời kỳ cơ sở được lựa chọn để so sánh là 19862005, thay cho thời kỳ 1980-1999 trong AR4.
Trong những năm gần đây, khí hậu Việt Nam nói chung và khí hậu khu vực tỉnh
Tuyên Quang nói riêng cũng có những biến đổi bất thường, ảnh hưởng rất lớn đến sự
phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh. Những đợt thiên tai như bão, lũ, rét đậm, rét hại, hạn
hán,… xảy ra thường xuyên, biến đổi bất thường và nghiêm trọng hơn. Trước tình hình
đó, Việt Nam đã tích cực hưởng ứng và tham gia các tổ chức quốc tế về BĐKH và đề ra
những chính sách nhằm ứng phó với BĐKH. Kịch bản BĐKH chính thức được Bộ Tài
nguyên và Môi trường công bố vào năm 2009 và được cập nhật mới nhất vào năm 2016
đã cung cấp các cơ sở khoa học để Bộ, ngành và địa phương làm căn cứ đánh giá các
tác động của BĐKH và xây dựng kế hoạch hành động ứng phó.
1


Các mô hình khí hậu toàn cầu được sử dụng để xây dựng các kịch bản BĐKH toàn
cầu thường có độ phân giải thấp (khoảng 125 - 400 km), không đủ chi tiết cho việc phân
tích, đánh giá BĐKH và tác động của nó ở quy mô khu vực. Do đó, người ta thường sử
dụng các mô hình thống kê hoặc mô hình khí hậu khu vực để chi tiết hóa các sản phẩm
của mô hình toàn cầu cho từng khu vực, địa phương. Với sự phát triển mạnh mẽ của
năng lực tính toán, các mô hình khí hậu khu vực có độ phân giải cao ngày càng được
ứng dụng rộng rãi trong việc cập nhật kịch bản BĐKH. Đối với Việt Nam, trong kịch
bản BĐKH năm 2016 đã sử dụng 5 mô hình khí hậu khu vực: CCAM, RegCM, clWRF,
PRECIS, AGCM/MRI để chi tiết hóa kịch bản toàn cầu cho Việt Nam.
Với lộ trình cập nhật kịch bản BĐKH dựa trên các kịch bản nồng độ KNK trong
CMIP5 của IPCC và Việt Nam, việc chi tiết hóa các kịch bản BĐKH quốc gia cho quy
mô cấp tỉnh bằng phương pháp chi tiết hóa động lực vẫn là một vấn đề cần quan tâm
nghiên cứu. Trong 30 năm qua, tình hình thời tiết và thiên tai ở tỉnh Tuyên Quang diễn
ra rất phức tạp, dị thường và khó dự đoán: nhiệt độ trung bình năm của tăng khoảng
0,62°C, lượng mưa trung bình năm trên toàn tỉnh có xu hướng giảm, hàng năm thường
phải hứng chịu các loại thiên tai như: rét đậm, rét hại, hạn hán làm giảm năng suất cây

trồng, mực nước của các sông suối xuống thấp so với nhiều năm gần đây; ảnh hưởng
của bão và áp thấp nhiệt đới, mưa lớn, mưa đá kèm gió lốc, lũ quét trên sông Lô, sông
Gâm và một số trận mưa cục bộ gây lũ trên các suối nhỏ, ngập lụt, lũ lụt làm sạt lở đất
đá, làm các công trình cầu cống, giao thông, thủy lợi bị hư hỏng, gia súc gia cầm bị chết,
sản lượng cây trồng giảm... Thiên tai đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến mọi lĩnh vực kinh
tế - xã hội và sức khỏe của người dân. Kịch bản BĐKH quốc gia năm 2016 đã dự tính
khí hậu cho tỉnh Tuyên Quang trong thế kỷ 21 tuy nhiên kịch bản này mới sử dụng số
liệu của 3 trạm khí tượng nên độ chi tiết chưa cao. Do đó Luận văn muốn đưa ra một bộ
số liệu dự tính chi tiết hơn và sử dụng phương pháp tổ hợp khác (dựa trên kết quả tổ hợp
của 10 phương án tính toán của 3 mô hình khí hậu khu vực CCAM, clWRF, PRECIS)
để có thêm một nguồn tham khảo cho việc nghiên cứu, phân tích và đánh giá tác động
của BĐKH nói chung và đến nhu cầu nước của cây trồng nói riêng cho tỉnh Tuyên
Quang.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục luận văn được bố cục
làm 3 chương sau đây:

2


Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu, chương này đề cập những nghiên
cứu trong và ngoài nước liên quan đến BĐKH, dự tính khí hậu và đánh giá tác động của
BĐKH đến nhu cầu nước của cây trồng.
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và số liệu, trình bày phương pháp nghiên
cứu được sử dụng trong luận văn, chi tiết về số liệu dùng để tính toán, nghiên cứu.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận, chương này đưa ra kết quả nghiên
cứu về xu thế của một số yếu tố khí hậu tỉnh Tuyên Quang; đánh giả khả năng mô
phỏng của mô hình; phân tích kết quả dự tính và đánh giá tính chưa chắc chắn trong
các dự tính đối với nhiệt độ, lượng mưa vào đầu, giữa và cuối thế kỷ 21 theo hai kịch
bản KNK trung bình thấp RCP4.5 và cao RCP8.5; ứng dụng kết quả dự tính vào đánh
giá tác động của BĐKH đến nhu cầu nước của cây trồng (lúa).

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tổng quan về các nghiên cứu dự tính khí hậu và đánh giá tác động của biến
đổi khí hậu đến nhu cầu nước cho cây trồng trên thế giới và Việt Nam.
Biến đổi khí hậu (BĐKH) [35] là sự biến đổi trạng thái của hệ thống khí hậu, có
thể được nhận biết qua sự biến đổi về trung bình và sự biến động của các thuộc tính của
nó, được duy trì trong một thời gian đủ dài, điển hình là hàng thập kỷ hoặc dài hơn.
BĐKH có thể là do các quá trình tự nhiên bên trong hệ thống khí hậu, hoặc do
những tác động từ bên ngoài [49]. Theo báo cáo đánh giá lần thứ 4 (AR4) của IPCC, tác
động bức xạ thay đổi trong thời đại công nghiệp chủ yếu do sự gia tăng về nồng độ của
các KHK hỗn hợp trong khí quyển do các hoạt động của con người. Theo báo cáo đánh
giá lần thứ 5 (AR5), thứ tự đóng góp cho tác động bức xạ của các KNK quan trọng lần
lượt là CO2, CH4, N2O và CFC-12. [44].
Trước những diễn biến ngày một phức tạp của biến đổi khí hậu, các quốc gia trên
thế giới đã có nhiều nỗ lực để ứng phó với biến đổi khí hậu: Đầu tiên phải kể đến là sự
thành lập của Ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC); Công ước Khung của
Liên Hợp Quốc về BĐKH (UNFCCC); Nghị định thư Kyoto (KP) [50]; Các hội nghị
của Liên Hợp Quốc về BĐKH (COP) với thành quả mới nhất là Hiệp định Paris được
ký kết năm 2015 của gần 200 nước tham gia với mục tiêu giữ nhiệt độ trung bình toàn
cầu tăng so với thời kỳ tiền công nghiệp ở mức thấp hơn đáng kể so với 2°C và nỗ lực
để giới hạn mức tăng nhiệt độ đến 1.5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp, với nhận thức
rằng điều này sẽ giúp giảm đáng kể rủi ro và tác động của biến đổi khí hậu [46]. Việc
nghiên cứu dự tính khí hậu cũng như việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên các
ngành, các lĩnh vực luôn thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học và cả các nhà
quản lý trên toàn thế giới.
1.1.1. Trên thế giới
Trên thế giới đã sớm có nhiều nghiên cứu dự tính khí hậu tương lai, chủ yếu được

thực hiện dựa trên 2 phương pháp: phương pháp tương tự (cố gắng dự tính sự thay đổi
của khí hậu tương lai từ việc tái tạo khí hậu quá khứ sử dụng dữ liệu khí hậu – Palaeo)
và phương pháp mô phỏng khí hậu bằng các mô hình hoàn lưu chung khí quyển (GCM)
(được bắt nguồn từ những mô hình dự báo thời tiết), các GCM dựa trên các định luật
bảo toàn vật lý mô tả sự phân bố lại của động lượng, nhiệt lượng và hơi nước bởi các
4


chuyển động trong khí quyển [34]. Bởi các ưu điểm vượt trội của nó nên các GCM ngày
càng được chú trọng nghiên cứu phát triển. Đặc biệt là sau khi IPCC được thành lập,
qua các báo cáo đánh giá của mình, IPCC đã đánh giá và sử dụng các phương pháp tối
ưu nhất để xây dựng kịch bản BĐKH quy mô toàn cầu.
Cùng với sự phát triển của các mô hình khí hậu, IPCC cũng đã xây dựng các kịch
bản phát thải khí nhà kính (KNK) dựa trên những thay đổi của các nhân tố như tăng
trưởng kinh tế, dân số, chính trị hay công nghệ. Kịch bản đầu tiên hình thành vào năm
1990 (SA90 gồm 4 họ kịch bản A,B,C,D), kế tiếp là bộ kịch bản được xây dựng vào
năm 1992 (IS92 gồm 6 họ kịch bản (IS92a-IS92f)) và bộ các kịch bản SRES (Special
Report on Emissions Scenarios) được ban hành chính thức năm 2000 gồm 6 nhóm kịch
bản với 3 họ kịch bản gốc là A2, B1 và B2, và 3 nhóm trong họ kịch bản A1 là A1B,
A1FI và A1T. Tất cả các kịch bản SRES giả định rằng không có chính sách giảm thiểu
khí hậu nào được thực hiện [49]. Và mới đây, IPCC đã xây dựng bộ kịch bản nồng độ
khí nhà kính đặc trưng (Representative Concentration Pathways) RCP gồm có 4 kịch
bản: RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5, kịch bản RCP chú trọng đến nồng độ khí nhà
kính thay vì các quá trình phát thải trên cơ sở các giả định về phát triển của kinh tế- xã
hội, công nghệ, dân số… Một RCP thể hiện một kịch bản biến đổi theo thời gian của nồng
độ khí nhà kính trong khí quyển, đại diện đầy đủ phạm vi của những kịch bản trước đây
có đặc điểm phát thải và RF tương tự. Các RCP được xác định bởi giá trị gần đúng của
RF (Wm-2) tại năm 2100. Tên các kịch bản được ghép bởi RCP và độ lớn của RF của
các KNK trong khí quyển tại năm 2100 [44]. Các kịch bản được so sánh trên Hình 1.1.
Cho tới nay, IPCC đã thực hiện 5 lần xây dựng và cập nhật kịch bản BĐKH và

NBD chính thông qua 5 lần báo cáo đánh giá BĐKH: FAR (1990), SAR (1994), TAR
(2001), AR4 (2007), AR5 (2013). Các mô hình GCM đã liên tục được phát triển về độ
phân giải và độ chính xác do ngày càng được bổ sung đầy đủ các thành phần của hệ
thống khí hậu, các hoàn lưu quy mô lớn và các sơ đồ tham số hóa cho các quy trình nhỏ
hơn. Trong AR4, IPCC đã xây dựng kịch bản BĐKH từ tổ hợp 21 mô hình toàn cầu (dự
án CMIP3), và sử dụng bộ kịch bản phát thải KNK SRES để xây dựng kịch bản BĐKH
cho thế kỷ 21. Đến AR5, số lượng mô hình đã tăng lên gần 50 mô hình toàn cầu (dự án
CMIP5) và chạy với kịch bản nồng độ khí nhà kính RCP. Điểm mới trong AR5 đó là
IPCC đã có cách tiếp cận mới có tính đồng thời, tức là sau khi RCPs được xác định, quá
trình phát triển kịch bản được thực hiện song song giữa các 3 nhóm nghiên cứu: (1) cộng
5


đồng mô hình biến đổi khí hậu (CM); (2) cộng đồng xây dựng kịch bản kinh tế - xã hội
(IAM); và (3) cộng đồng đánh giá tác động, thích ứng, tổn thương và giảm thiểu (IAV),
khác với hình thức tuần tự trong AR4 (xác định các kịch bản về phát thải và kinh tế - xã
hội trước, trên cơ sở đó mới xây dựng các kịch bản BĐKH và cuối cùng mới thực hiện
các mô hình đánh giá tác động). Về mặt khoa học, CMIP5 tập trung vào ba khía cạnh
chính mà CMIP3 còn hạn chế, cụ thể: (1) Đánh giá cơ chế quyết định sự khác biệt trong
mô phỏng của các mô hình đối với chu trình các - bon và mây; (2) Đánh giá khả năng
mô phỏng của mô hình đối với các hiện tượng có quy mô thập kỷ; và (3) Tìm nguyên
nhân dẫn tới việc các mô hình mô phỏng rất khác nhau đối với cùng một kịch bản. Về
thời kỳ cơ sở được lựa chọn để so sánh là thời kỳ 1986-2005, thay cho thời kỳ 19801999 như lần công bố trước đây. Ngoài ra, trong AR5 đã bổ sung thêm các đánh giá toàn
diện hơn về mức độ biến đổi của cực đoan khí hậu (SREX) và xuất bản tập Atlas biến
đổi khí hậu mà trong báo cáo AR4 không có hoặc chưa đầy đủ.

Hình 1.1. Tác động bức xạ tổng cộng (RF total) lịch sử và dự tính từ năm 19502100 của 3 họ kịch bản IS92, SRES và RCP (Nguồn: IPCC, 2013)
Theo như dự tính trong báo cáo AR5, mức tăng của nhiệt độ, lượng mưa, và mực
nước biển trung bình toàn cầu cụ thể như sau [44]:
Về nhiệt độ: nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu giai đoạn từ năm 2081–2100 tăng

so với giai đoạn 1986-2005 trong phạm vi từ 0,3 - 1,7°C (RCP2.6), 1,1 - 2,6°C (RCP4.5),
1,4 – 3,1°C (RCP6.0), 2,6 – 4,8°C (RCP8.5). Vùng Bắc cực sẽ nóng nhanh hơn toàn cầu
và sự ấm lên trên mặt đất sẽ lớn hơn đại dương. So với giai đoạn 1850-1900, thay đổi
nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu vào cuối thế kỷ 21, với độ tin cậy cao, có khả năng
6


(xác suất >66%) vượt quá 1,5°C đối với RCP4.5, RCP6.0 và RCP8.5, vượt quá 2°C với
RCP6.0 và RCP8.5, nhiều khả năng (more likely) không vượt quá 2°C với RCP4.5; mức
tăng nhiệt không thể (xác suất <33%) vượt quá 4°C đối với RCP2.6, RCP4.5 và RCP6.0
(độ tin cậy cao) và có khả năng (xác suất >66%) không vượt quá 4°C với RCP8.5 (độ
tin cậy trung bình). Sự nóng lên sẽ tiếp tục biến đổi giữa các giai đoạn hàng năm cho
đến thập kỷ và sẽ không đồng đều theo khu vực. Các hiện tượng nóng cực đoan chắc
chắn sẽ tăng lên và cực đoan lạnh sẽ giảm đi trên hầu hết các vùng lục địa trên quy mô
thời gian hàng ngày và mùa, rất có khả năng (xác suất >90%) các đợt nóng sẽ xảy ra với
tần suất và thời gian dài hơn.
Về lượng mưa: Theo kịch bản RCP8.5, vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa ở vĩ độ trung
bình và cận nhiệt đới sẽ tăng ở nhiều vùng khô hạn và giảm ở các vùng ẩm ướt, ở vĩ độ
cao và xích đạo Thái Bình Dương, lượng mưa sẽ tăng. Mưa cực đoan sẽ tăng ở các vùng
vĩ độ trung bình và vùng ẩm ướt cận nhiệt đới.
Về mực nước biển: Mực nước biển dâng trung bình toàn cầu sẽ tiếp tục tăng trong
thế kỷ 21, mức tăng trong giai đoạn 2081–2100 so với giai đoạn 1986-2005 có khả năng
nằm trong khoảng từ 0,26 - 0,55m (RCP2.6), 0,32 - 0,63m (RCP4,5), 0,33 - 0,63m
(RCP6.0) và 0,45 - 0,82m (RCP8.5), với tốc độ tăng của RCP8.5 trong khoảng 8 - 16
mm/năm (độ tin cậy trung bình).
Mặc dù các GCM có độ phân giải ngày càng tăng nhưng hầu hết chúng không thể
mô phỏng tốt các thay đổi ở quy mô khu vực đến địa phương. Do đó, các phương pháp
hạ quy mô thường được sử dụng để chuyển các dự báo của GCM thành thông tin có độ
phân giải cao được yêu cầu làm đầu vào để phân tích tác động. Có 2 phương pháp chính
để hạ quy mô là: chi tiết hóa động lực (sử dụng đầu ra của mô hình khí hậu toàn cầu

GCM làm đầu vào cho mô hình khí hậu khu vực RCM để đưa ra các thông tin chi tiết
hơn, độ phân giải cao hơn cho một khu vực cụ thể (Christensen et al. 2007)) và chi tiết
hóa thống kê (giả thiết rằng mối quan hệ thống kê giữa các yếu tố khí tượng quy mô địa
phương/khu vực với các biến khí hậu quy mô lớn sẽ được duy trì trong tương lai, áp
dụng chúng cho đầu ra của các mô phỏng GCM sẽ nhận được các thông tin về đặc điểm
khí hậu tương lai cho địa phương và khu vực) [49]. Do sự phát triển mạnh mẽ về năng
lực máy tính nên phương pháp chi tiết hóa động lực ngày càng được các nhà mô hình
nghiên cứu ứng dụng.

7


Trên cơ sở báo cáo đánh giá của IPCC, các quốc gia trên thế giới tiến hành xây
dựng và cập nhật kịch bản BĐKH cho quốc gia mình và cho những khu vực cụ thể trên
lãnh thổ, có thể kể đến các kịch bản của các quốc gia lớn như:
Tại Úc, cho đến nay CSIRO đã có 6 lần xây dựng và cập nhật kịch bản biến đổi
khí hậu và luôn bám sát vào các phương pháp qua các lần báo cáo của IPCC. So với
AR4, các kịch bản cập nhật sau AR5 cũng có nhiều bước tiến mới như: số lượng mô
hình tăng lên từ 23 mô hình ở CMIP3 thì nay tăng lên 40 mô hình ở CMIP5. Một số mô
hình hoạt động kém trong bộ mô hình của CMIP5 đã được xác định cho Úc. Đồng thời,
việc xây dựng các dự tính từ các mô hình có đánh giá tốt để so sánh với các bộ mô hình
CMIP5 cũng đã được thực hiện, tuy nhiên kết quả thu được không có sự khác biệt rõ
ràng. Báo cáo CSIRO 2015 đã tạo ra 2 bộ dự tính khí hậu hạ quy mô cho Úc. Một bộ
được tạo ra bằng mô hình CCAM sử dụng 6 GCM trong CMIP5 làm đầu vào (ACCESS1.0, CCSM4, CNRM-CM5, GFDL-CM5, GFDL-CM3, MPI-ESM-LR và NorESM1M). 6 mô hình này được chọn để bao phủ một phạm vi đại diện cho những thay đổi được
dự tính cho Úc và khu vực rộng hơn, được chọn từ bộ những mô hình CMIP5 mô phỏng
tốt nhất. Và một bộ dự tính khí hậu dựa trên mô hình hạ quy mô thống kê dựa trên
phương pháp tương tự (Analogue-based SDM) của Cục khí tượng Úc sử dụng 22 mô
hình GCM của CMIP5 làm đầu vào. Dự tính được tạo ra cho 2 kịch bản RCP4.5 và
RCP8.5. Cùng với việc hạ quy mô mới này, tham chiếu được thực hiện với những khu
vực cụ thể của Úc như: Tasmania, Đông Nam Úc, Biển Ấn Độ, phía đông nam

Queensland,… là những nơi có địa hình phức tạp và ven biển [33].
Sau AR5, Hà Lan cũng cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu KNMI’14 cho thế kỷ
21. Các kịch bản này được xây dựng dựa trên 8 thành phần của mô hình EC-Earth và
các kết quả tính toán của CMIP5 kết hợp mô hình khí hậu khu vực RACMO2 với độ
phân giải 10km. Quy trình xây dựng kịch bản: bước đầu tiên là xác định giai đoạn tham
chiếu là từ năm 1981-2010, giai đoạn tương lai là 2031-2060 và 2046-2075 bước tiếp
theo là lấy mẫu lại (resampling method) cho cả giai đoạn điều khiển và giai đoạn tương
lai, khí hậu 30 năm được xây dựng từ sáu giai đoạn 5 năm, được chọn từ 8 thành phần
của bộ mô hình EC-Earth (và trong bước hạ quy mô 5 năm từ bộ RACMO2). KNMI’14
đã cung cấp các đánh giá về mức độ biến đổi của các yếu tố khí hậu trung bình và các
chỉ số cực đoan khí hậu [30].
Đối với vương quốc Anh (UK), kịch bản biến đổi khí hậu đã được xây dựng từ rất
8


sớm, dựa trên các kịch bản SRES về nồng độ khí nhà kính của IPCC. Các kịch bản này
đều sử dụng mô hình khí hậu của trung tâm Hadley. Kịch bản UKCP09 được xây dựng
năm 2009, sử dụng 3 kịch bản phát thải (cao, trung bình, thấp) và mô hình HadCM3
có độ phân giải 25 km, đồng thời sử dụng công cụ “Nguồn sinh thời tiết” (Weather
Generator) để tiếp tục chi tiết hóa xuống độ phân giải 5km để nắm bắt những biến đổi
ở những khu vực nhỏ nhằm tăng khả năng ứng dụng trong đánh giá tác động. UKCP09
là kịch bản đầu tiên có kèm xác suất ứng với từng mức độ khác nhau của BĐKH tương
lai. Kịch bản UKCP18 được công bố vào năm 2018, sử dụng các kịch bản phát thải
SRES A1B (cho phép so sánh giữa các kết quả UKCP09 và UKCP18) và 4 kịch bản
phát thải mới RCP trong báo cáo AR5 của IPCC. Độ phân giải của các mô hình cũng
tăng lên 12km thay vì 25km như trong UKCP09 [39].
Tại Nhật Bản, Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản đã phát triển mô hình hệ
thống trái đất mới ESM1 từ mô hình hoàn lưu chung kết hợp khí quyển và đại dương
CGCM3 bổ sung thêm các quá trình hóa học và sinh hóa học cũng như động lực và nhiệt
động lực, các mô-đun chu kỳ carbon cho đất và đại dương được bao gồm trong AGCM

và OGCM tương ứng. Quá trình so sánh thử nghiệm MRI-ESM1 với MRI-CGCM3
trong 3 giai đoạn: tiền công nghiệp, lịch sử, dự đoán tương lai với RCP8.5 cho thấy khí
hậu tiền công nghiệp không có khuynh hướng đáng kể; trong giai đoạn lịch sử, mô hình
MRI-ESM1 cho kết quả nồng độ CO2 trong khí quyển và nhiệt độ không khí bề mặt tăng
nhỏ hơn so với quan trắc; sự nóng lên vào cuối thế kỷ 20 được mô phỏng với MRIESM1 nhỏ hơn khoảng 36% so với MRI-CGCM3 và khoảng 15% vào cuối thế kỷ 21
với kịch bản RCP8.5 [47].
Ở Đức, Dự án ReKliEs-De (Dự tính khí hậu khu vực cho Đức) lần đầu tiên ước
tính các dự báo khí hậu cho các tiểu bang và các lưu vực sông của liên bang Đức. Nhiều
đợt nắng nóng và mưa lớn, ít đợt lạnh hơn, đến năm 2100 nhiệt độ trung bình hàng năm
tăng 4°C là kết quả theo RCP8.5. Kịch bản bao gồm 52 kết quả dự tính khí hậu khu vực
cho 3 giai đoạn 1971-2000, 2021-2050, 2071-2100 được xây dựng từ 7 mô hình GCMs
và được hạ quy mô bởi 6 mô hình động lực (CCLM, REMO, WRF, RCA4, RACMO,
HIRHAM5) và 2 mô hình thống kê (WETTREG, STARS) với 2 kịch bản RCP2.6 và
RCP8.5 [38].
Ngoài ra, một số dự án còn cung cấp các mô hình miễn phí chạy trên máy tính cá
nhân, ví dụ như mô hình RegCM, đã giúp cho các nước đang phát triển tiếp cận hướng
9


mô hình hóa trong nghiên cứu biến đổi khí hậu khu vực [19].
BĐKH đã tác động lên mọi mặt của đời sống, kinh tế, trong đó nền nông nghiệp
là một trong những lĩnh vực nhạy cảm nhất, do năng suất cây trồng chịu ảnh hưởng lớn
của điều kiện khí hậu. BĐKH làm tăng nguy cơ lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, gây thiệt
hại nghiêm trọng đến năng suất, sản lượng cây trồng, làm cho thế giới đứng trước nguy
cơ không đảm bảo về an ninh lương thực. Do đó trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu
về tác động của biến đổi khí hậu đến nông nghiệp, đặc biệt là sau khi Nghị định thư
Kyoto được ban hành. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học khí hậu và năng lực
tính toán, các kịch bản BĐKH có độ chính xác ngày càng cao, tạo cơ sở đáng tin cậy để
đánh giá tác động của BĐKH lên ngành nông nghiệp, trong đó nhu cầu nước cho cây
trồng là một trong những yếu tố chính quyết định năng suất cây trồng.

Cách áp dụng các kịch bản BĐKH trong đánh giá tác động cũng đã được trình bày
cụ thể trong CSIRO 2015. Trong đó cũng trình bày các phương pháp tạo bộ dữ liệu để
sử dụng trong việc đánh giá tác động. Một trong những phương pháp này là chi tiết hóa
động lực được sử dụng trong nghiên cứu về tác động đối với nông nghiệp được báo cáo
thông qua dự án khí hậu tương lai cho Tasmania – một hòn đảo của Úc. Các biến khí
hậu nông nghiệp chính ở các khoảng thời gian hàng ngày trong giai đoạn 1961 đến 2100
được tạo ra bằng phương pháp chi tiết hóa xuống độ phân giải khoảng 10km bằng mô
hình CCAM từ 6 mô hình GMC cho 2 kịch bản phát thải A2 và B1. Đồng thời sử dụng
kỹ thuật điều chỉnh sai số (bias‑adjustment technique) để cho phép các dự tính khí hậu
có thể sử dụng được trực tiếp trong mô hình sinh lý và tính toán các chỉ số khí hậu nông
nghiệp [33]. Ngoài ra còn rất nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối
với năng suất cây trồng, các nghiên cứu này đều sử dụng đầu ra từ các kết quả dự tính
khí hậu tương lai làm đầu vào cho các mô hình đánh giá năng suất cây trồng như: mô
hình cây trồng DAYCENT để mô phỏng các thay đổi về năng suất của các loại cây
trồng: cỏ linh lăng (cỏ khô), bông, ngô, lúa mì mùa đông, cà chua và gạo, hướng dương
theo kịch bản A2 và B1 tại thung lũng Trung tâm của California [37]; mô hình hydrocrop (HC) để dự đoán cân bằng nước và đáp ứng năng suất cây trồng trong năm vùng
sinh thái nông nghiệp của Zambia, thông tin này sau đó được áp dụng vào mô hình cân
bằng tổng quát (DCGE) có thể tính toán, ước tính tác động đến sản xuất [36]; mô hình
WEAP (Water Evaluation and Planning modeling) là mô hình hệ thống nguồn nước tích
hợp lượng mưa/dòng chảy, để đánh giá ý nghĩa của một bộ giới hạn của chuỗi khí hậu
10


tương lai lên nhu cầu nước trong các lĩnh vực khác nhau, và để đánh giá sự sẵn có của
nguồn cung cấp để đáp ứng những nhu cầu này tại thung lũng San Joaquin, phía tây của
California. Đối với các bài toán quan tâm chính đến đánh giá ảnh hưởng của nguồn nước
và nhu cầu về nước thì những thay đổi có ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoát hơi nước và
lượng mưa sẽ được xem xét. Khi đó thường sử dụng phương pháp FAO Penman –
Monteith thông qua mô hình CROPWAT để đánh giá [43] [32].
1.1.2. Việt Nam

Việt Nam tham gia Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu
(UNFCCC) vào năm 1994 và Nghị định thư Kyoto năm 2002, ký hiệp định Paris năm
2016 và ký kết Đóng góp chính thức do quốc gia tự quyết (NDC) năm 2016 nhằm thực
thi Hiệp định Paris. Theo các điều khoản của Nghị định thư Kyoto, Việt Nam phải thực
hiện một số nghĩa vụ chung như: xây dựng các Thông báo quốc gia trong đó có kiểm kê
quốc gia khí nhà kính; đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với các lĩnh vực kinh
tế-xã hội; xây dựng và thực hiện các biện pháp thích ứng với biến đổi khí hậu; tiến hành
các hoạt động nghiên cứu và quan trắc những vấn đề/yếu tố liên quan đến khí hậu và
biến đổi khí hậu;... Để có cơ sở cho việc thực hiện các điều khoản này, Chính phủ Việt
Nam đã ban hành một số văn bản quan trọng như: Chương trình mục tiêu quốc gia ứng
phó với biến đổi khí hậu; Kế hoạch hành động quốc gia về biến đổi khí hậu,…[10] [45].
Trên cơ sở những chủ trương này, đã có nhiều đề tài, dự án đã được thực hiện nhằm
phục vụ mục tiêu ứng phó với BĐKH. Những nghiên cứu chính như:
Tháng 6 năm 1992, để chuẩn bị tham gia hội nghị Rio, Brazil các tác giả Nguyễn
Đức Ngữ và nnk đã thực hiện và công bố báo cáo “Biến đổi khí hậu và tác động của
chúng ở Việt Nam” [15] [42] [40].
Năm 1994, trong quá trình tham gia thực hiện dự án “Biến đổi khí hậu ở Châu Á”
do ADB tài trợ, Bộ Thủy lợi chủ trì, các tác giả Nguyễn Đức Ngữ và nnk đã xây dựng
kịch bản biến đổi khí hậu đầu tiên cho Việt Nam [41].
Đến năm 2003, sau khi Bộ Tài nguyên và Môi trường hoàn thành thông báo đầu
tiên của Việt Nam cho Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu, Viện
KTTV và Môi trường đã liên tục xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu ở Việt Nam: năm
2003, sử dụng phần mềm MAGICC/SCENGEN 4.1 và phương pháp hạ quy mô thống
kê; năm 2006, xây dựng bằng phương pháp tổ hợp (phần mềm MAGICC/SCEN GEN
11


4.1) và phương pháp chi tiết hóa (Downscaling) thống kê cho Việt Nam và các khu vực
nhỏ hơn; năm 2007, xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu cho dự thảo Thông báo lần hai
của Việt Nam cho Công ước khung của Liên Hợp Quốc về biến đổi khí hậu; năm 2008,

sử dụng phương pháp tổ hợp (phần mềm MAGICC/SCEN GEN 5.3) và phương pháp
chi tiết hóa thống kê [22]; năm 2009 (MONRE 2009): trên cơ sở phân tích 7 tiêu chí,
kịch bản đã lựa chọn phương pháp tổ hợp (MAGICC/SCEN GEN 5.3) và phương pháp
chi tiết hóa thống kê. Theo kịch bản này, nhiệt độ trung bình năm ở nước ta tăng khoảng
2,3oC, tổng lượng mưa năm và lượng mưa mùa mưa tăng trong khi lượng mưa mùa khô
lại giảm, mực nước biển dâng khoảng 75cm so với trung bình thời kỳ 1980 – 1999 [4];
năm 2012 (MONRE 2012): kế thừa các phương pháp chi tiết hóa thống kê được sử dụng
trong MONRE 2009. Đồng thời, đưa ra các dự tính bằng cả phương pháp chi tiết hóa
động lực sử dụng các mô hình khí hậu khu vực của Anh (PRECIS), Nhật (AGCM/MRI).
Sử dụng các kịch bản SRES gồm: thấp (B1), trung bình (B2, A1B), cao (A2, A1FI).
Kịch bản đã cập nhật số liệu đến năm 2010 của 200 trạm KTTV trên cả nước, thời kỳ
cơ sở được lựa chọn là giai đoạn 1980-1999, mức độ chi tiết đến cấp tỉnh, cung cấp 7
giá trị cho 7 khu vực ven biển, bản đồ nguy cơ ngập chi tiết đến cấp huyện. Bổ sung các
cực trị khí hậu như: Nhiệt độ tối cao, tối thấp, lượng mưa ngày lớn nhất, số ngày có nhiệt
độ >35oC. Theo kịch bản phát thải cao: nhiệt độ sẽ tăng từ 2,5-3,7oC và lượng mưa tăng
từ 2-10%, mực nước biển dâng từ 78-95m tính đến cuối thế kỷ 21 [5]; Kịch bản năm
2016 (MONRE 2016): sử dụng số liệu của các trạm khí tượng thủy văn và hải văn cập
nhật đến năm 2014, sử dụng các kết quả cập nhật nhất của các mô hình khí hậu toàn cầu
(thuộc dự án CMIP5), sử dụng phương pháp chi tiết hóa động lực dựa trên 5 mô hình
khí hậu khu vực độ phân giải cao, bao gồm: AGCM/MRI, PRECIS, CCAM, RegCM và
clWRF. Sử dụng phương pháp thống kê để hiệu chỉnh kết quả tính toán của các mô hình
động lực theo số liệu thực đo tại các trạm quan trắc nhằm phản ánh điều kiện cụ thể của
địa phương và giảm sai số hệ thống của mô hình. Xây dựng kịch bản BĐKH, nước biển
dâng và một số cực trị khí hậu chi tiết cho tất cả các tỉnh/thành phố, các quần đảo Hoàng
Sa và Trường Sa của Việt Nam và chi tiết cho 150 trạm khí tượng (tương đương cấp
huyện) [6].
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu hàng đầu trên cả nước cũng đã có những nghiên cứu
xoay quanh vấn đề dự tính khí hậu như:
Năm 2010, Phan Văn Tân đã dự tính sự biến đổi của các điều kiện khí hậu cực
12

đoan trong tương lai ở Việt Nam đến năm 2050 từ các mô hình khí hậu riêng rẽ [19].
Năm 2013, các tác giả Phan Văn Tân, Ngô Đức Thành đã tiếp cận phương pháp tổ hợp
đa mô hình để dự tính sự biến đổi của khí hậu tương lai. Kết quả dự tính dựa trên trung
bình tổ hợp từ 3 mô hình khí hậu khu vực là RegCM, CCAM và REMO theo kịch bản
A1B cho thấy nhiệt độ không khí trung bình trên khu vực Việt Nam tăng lên đáng kể,
với tốc độ 0,3ºC/thập kỷ trong giai đoạn 2000-2050, ngoại trừ một phần nhỏ ở khu vực
Bắc Trung Bộ. Xu thế giảm mưa ở miền Bắc và tăng mưa ở phía Nam biểu hiện trong
các thập kỷ qua không xuất hiện trong sản phẩm tổ hợp cho thời kỳ tương lai. Các mô
hình và sản phẩm tổ hợp có tính thống nhất cao khi cho kết quả dự tính lượng mưa sẽ
tăng lên đáng kể ở duyên hải miền Trung [20].
Để phục vụ cho bài toán đánh giá tác động của BĐKH, kịch bản BĐKH của quốc
gia tiếp tục được chi tiết hóa đến địa phương. Các kịch bản biến đổi khí hậu cho các tỉnh
Hà Tĩnh [21], Ninh Thuận [28], Bình Thuận [29], … được Viện Khoa học Khí tượng
thủy văn và Biến đổi khí hậu xây dựng năm 2016 dựa trên các tính toán và phương pháp
mới nhất của IPCC. Đặc biệt đối với tỉnh Tuyên Quang, trong dự án “Tăng cường năng
lực thích ứng với biến đổi khí hậu tại Tuyên Quang”, các tác giả Mai Văn Khiêm và Vũ
Văn Thăng đã đánh giá xu thế của các yếu tố khí hậu, các biến cực đoan khí hậu thời kỳ
1961-2015 ở tỉnh Tuyên Quang và dựa trên các thông tin, kết quả và số liệu được sử
dụng trong kịch bản quốc gia năm 2016 để xây dựng kịch bản BĐKH cho tỉnh Tuyên
Quang trong thế kỷ 21 theo hai kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Dự án đã thu được bộ số
liệu khí hậu và biến đổi khí hậu từ các mô hình khí hậu khu vực CCAM, clWRF,
PRECIS trong thời kỳ nền và các thời kỳ tương lai. Kết quả cho thấy, nhiệt độ trung
bình và các nhiệt độ cực trị năm đều có xu thế tăng, mức biến đổi nhiệt độ tối thấp xấp
xỉ với mức tăng nhiệt độ trung bình trong khi mức tăng nhiệt độ tối cao lớn hơn khá
nhiều. Lượng mưa năm, các mùa và lượng mưa cực trị năm cũng có xu thế tăng chiếm
ưu thế trong tất cả các thời kỳ của thế kỷ 21 so với thời kỳ cơ sở. Đối với các hiện tượng
cực đoan, số ngày mưa lớn, rất lớn và số ngày nắng nóng đều có xu thế tăng lên trong
khi số ngày rét đậm và rét hại có xu thế giảm. Đồng thời, báo cáo còn trình bày và đánh

giá tính dễ tổn thương với BĐKH và tác động của BĐKH đối với các lĩnh vực nông
nghiệp trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang theo từng xu thế đã được xác định [13]. Ngoài ra
còn rất nhiều công trình nghiên cứu trên quy mô địa phương khác.
Các kịch bản BĐKH chính là cơ sở để đánh giá tác động của BĐKH lên các lĩnh
13


vực. Việt Nam có diện tích đất lâm nghiệp, nông nghiệp chiếm tỉ lệ lớn nhất trên cả
nước [24]. Việc tăng năng suất nông nghiệp, đặc biệt là trong bối cảnh BĐKH là vấn đề
rất được quan tâm. Trong quá trình tăng trưởng, ngoài các yếu tố như phân bón, sâu
bệnh, ánh nắng, nhiệt độ,… thì nước là một yếu tố rất quan trọng quyết định năng suất
cây trồng. Theo như thống kê, đợt hạn năm 2015 đã làm cho nhiều nơi phải ngừng canh
tác lúa, nguồn nước sinh hoạt bị thiếu trầm trọng. Do đó, đánh giá tác động của BĐKH
lên nông nghiệp nói chung và nhu cầu nước của cây trồng nói riêng đã có nhiều nghiên
cứu thực hiện:
Yu et al. (2010) đã công bố các kết quả ước tính tác động của biến đổi khí hậu lên
các hệ thống nông nghiệp và nguồn nước ở Việt Nam, trong đó có vùng ĐBSCL. Các
mô hình mô phỏng thủy văn-cây trồng, mô hình thủy văn và các mô hình lưu vực sông
được sử dụng cùng nhau để ước tính năng suất cây trồng có mưa và có tưới tiêu. Các
mô hình thủy động lực học được áp dụng ở các vùng đồng bằng sông để đánh giá tác
động tăng mực nước biển đến ngập lụt và xâm nhập mặn ảnh hưởng đến sự sẵn có của
đất canh tác, đặc biệt là diện tích đất lúa. Mô hình thủy văn mô phỏng quá trình
mưa/dòng chảy, ước tính sự bốc thoát hơi nước và dòng chảy dựa trên thời tiết đầu vào
cho sông Hồng, Đồng Nai và MeKong. Mô hình lưu vực được xây dựng cho lưu vực
sông Hồng và sông Đồng Nai để tích hợp thủy văn lưu vực sông, nhu cầu về nước, cơ
sở hạ tầng nước và các thể chế và chính sách về nước thành một khuôn khổ tổng thể.
Đối với vùng có điều kiện tưới tiêu, mô hình tưới cho cây trồng áp dụng cho mô hình
lưu vực sông. Đối với vùng sử dụng nguồn nước mưa thì tính toán nhu cầu nước cho
cây trồng dựa vào lượng mưa và độ ẩm của đất và lượng bốc thoát hơi nước cây trồng.
Mô hình mô phỏng sản lượng tiềm năng cho lúa mùa xuân và mùa hè tại ba khoảng thời

gian liên quan đến dự báo biến đổi khí hậu, là giai đoạn cơ sở, 2030 và 2050 [31].
Để đánh giá nhu cầu nước cho cây trồng, các tác giả đều sử dụng mô hình
CROPWAT 8.0, đây là phần mềm tính chế độ tưới tiên tiến nhất hiện nay và được FAO
khuyến cáo sử dụng trên toàn thế giới. Đây là chương trình tính nhu cầu tưới, chế độ
tưới và kế hoạch tưới cho các loại cây trồng trong các điều kiện khác nhau:
Nguyễn Tuấn Anh, Lê Văn Chín (2012) đã đánh giá tác động của BĐKH đến nhu
cầu nước của cây trồng (lúa, ngô) trong hệ thống tưới Trung Hà-Suối Hai, Ba Vì, Hà
Nội. Thời kì cơ sở là giai đoạn 1980-1999, thời kỳ tương lai là các mốc: 2020, 2050,
2070 và 2100, kịch bản để đánh giá là B2 cho khu vực Hà Nội. Số liệu sử dụng là mưa,
14