Phân bố không gian và xu thế biến đổi của các đặc trưng mưa trên lãnh thổ việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VÀ T Ự NHIÊN


LÊ ĐẠI THẮNG

TÊN ĐỀ TÀI LU ẬN VĂN

“PHÂN B Ố KHÔNG GIAN VÀ XU TH Ế BIẾN ĐỔI CỦA
CÁC ĐẶC TRƯNG MƯA TRÊN LÃNH TH Ổ VIỆT NAM”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÍ TƯỢNG

Hà N ội – Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VÀ T Ự NHIÊN


LÊ ĐẠI THẮNG

TÊN ĐỀ TÀI LU ẬN VĂN

“PHÂN B Ố KHÔNG GIAN VÀ XU TH Ế BIẾN ĐỔI CỦA
CÁC ĐẶC TRƯNG MƯA TRÊN LÃNH TH Ổ VIỆT NAM”

Chuyên ngành: Khí tượng và Khí hậu học
Mã s ố: 60440222

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÍ TƯỢNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ THANH HẰNG

Hà N ội – Năm 2014


Lời cảm ơn
Tôi xin trân tr ọng cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Sau Đại học Trường Đại học Khoa
học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà N ội; Khoa Khí tượng Thủy văn và H ải dương học
đã giúp đỡ và t ạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu.
Tôi xin g ửi lời cảm ơn sâu sắc tới các th ầy, cô: Tiến sĩ Vũ Thanh Hằng, Giảng
viên trực tiếp hướng dẫn và Giáo sư, Tiến sĩ Phan Văn Tân đã tận tình giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành lu ận văn này tại nhà trường.
Tôi xin bày t ỏ lòng bi ết ơn đến các thầy, cô giáo B ộ môn khí tượng và các b ộ
môn liên quan đã t ận tình giảng dạy, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành c ảm ơn Ban giám đốc, Trung tâm Thông tin và D ữ liệu khí
tượng thủy văn, Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia đã h ết sức hợp tác, hỗ trợ tôi
trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, các b ạn đồng nghiệp
cùng tập thể anh chị em học viên lớp cao học CH11 đã động viên, ủng hộ tôi rất nhiều
trong quá trình hoàn thành lu ận văn này .
Tácgiả
Lê Đại Thắng
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Mục lục
Danh mục các bảng biểu và đồ thị
Danh mục các ký hi ệu, các chữ viết tắt
MỞ ĐẦU
Chương 1 – TỔNG QUAN

1.1

Một số công trình nghiên cứu trên thế giới

1.2

Một số công trình nghiên cứu ở Việt Nam

Chương 2 – SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1

Số liệu và sử lý s ố liệu

2.2

Phương pháp nghiên cứu


2.2.1 Tính toán đặc trưng thống kê
2.2.2 Tính xu thế biến đổi
Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH
3.1

Các bản đồ phân bố và xu thế biến đổi của các đặc trưng mưa

3.2

Phân bố các đặc trưng mưa
3.2.1 Phân bố đặc trưng trung bình nhiều năm của tổng lượng mưa tháng
3.2.2 Phân bố các đặc trưng mưa trung bình nhiều năm

3.2.3 Mùa mưa trên các vùng khí hậu

3.3

Xu thế biến đổi của các đặc trưng mưa
3.3.1 Xu thế biến đổi đăc trưng trung bình nhiều năm của tổng lượng mưa

các tháng
3.3.2 Xu thế biến đổi các đặc trưng mưa nhiều năm
3.3.3 Xu thế biến đổi độ dài mùa mưa
KẾT LUẬN VÀ KI ẾN NGHỊ
TÀI LI ỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


Danh mục các bảng số liệu và b ản đồ
STT

Nội dung bảng biểu
1

Danh sách các tr ạm khai thác số liệu

2

Đặc trưng trung bình nhiều năm của tổng lượng mưa th
các vùng khí hậu

3

Đặc trưng trung bình nhiều năm của các đặc trưng mưa
vùng khí hậu

4

Xác suất tổng lượng mưa tháng ≥ 100 mm

5

Hệ số góc Sen tổng lượng mưa tháng tính trung bình tr
vùng khí hậu

6

Hệ số góc Sen của các đặc trưng mưa trên các vùng kh

7

Hệ số góc độ dài mùa mưa tính trung bình trên các vùn

8

Bản đồ phân bố không gian tổng lượng mưa tháng

9

Bản đồ phân bố không gian đặc trưng trung bình nhiều

10

Bản đồ phân bố không gian số năm có tổng lượng mưa
≥ 100 mm

11

Xu thế biến đổi của đặc trưng trung bình nhiều năm củ
lượng mưa tháng

12

Xu thế biến đổi trung bình nhiều năm của đặc trưng m

13

Xu thế biến đổi độ dài mùa mưa

Chữ viết tắt
AĐD
BBC
C-C
GDP
GPCP
ENSO
ITCZ
IPCC


KKL
BK

Khối không khí
KTTV
MST
SI
SSTs
PDSI
TCWV
TBD

R

Lượng mưa
RegCM3
XTNĐ


MỞ ĐẦU
Biến đổi khí hậu đang tác động đến toàn cầu, nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu đã
ấm lên, nhiệt độ tăng dẫn đến khả năng trữ ẩm của khí quyển tăng, với sự ấm lên toàn
cầu, có d ấu hiệu cho thấy rằng mưa đã thay đổi và diễn ra trên cả quy mô toàn c ầu và
khu vực. Những tác động của biến đổi khí hậu như nhiệt độ tăng và thay đổi về mưa là rất
rõ ràng và khôn g thể phủ nhận dẫn đến những tác động ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đa
dạng sinh học và con người. Mưa có ý ngh ĩa và đóng vai trò quan tr ọng trong các quá
trình sinh học, từ lúc phôi thai , sinh trưởng và phát tri ển ảnh hưởng đến sức khỏe và
bệnh tật. Trong số các nước bị tác động của biến đổi khí hậu thì Việt Nam là một trong số
các nước trên thế giới chịu các tác động của biến đổi khí hậu lớn nhất, do điều kiện kinh
tế Việt Nam chưa phát triển, năng lực tổ chức, quản lý và ứng phó còn h ạn chế, nên Việt
Nam là một trong những nước có khả năng dễ bị tổn thương nhất trong số các nước chịu
tác động của biến đổi khí hậu (IPCC, 2007). Tác động của biến đổi khí hậu có kh ả năng
làm suy yếu và thậm chí, làm giảm các tiến bộ đạt được trong việc cải thiện kinh tế - an

sinh xã hội của Việt Nam. Thay đổi về mưa trên mỗi khu vực sẽ chi phối đến nguồn nước
sẵn có cung cấp cho nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt, tưới tiêu và nuôi tr ồng thủy sản
ngày càng tăng đặt ra yêu cầu tích trữ, khai thác và s ử dụng nước một cách hiệu quả,
trong khi nguồn nước cung cấp bởi các con sông su ối ngày càng khan hi ếm và phụ
thuộc vào phân b ố lượng mưa trên từng khu vực. Mưa quá nhiều trên một khu vực nhỏ
sẽ sinh lũ quét gây ra thiệt hại lớn ở hầu hết các hoạt động kinh tế, trong đó ngành nông
nghi ệp chịu thiệt hại nặng nhất, ngược lại sự thiếu hụt bất thường của lượng mưa trên
khu vực thì cũng sẽ gây hạn hán nông nghi ệp. Đối với sản xuất nông nghi ệp, thời gian
thu hoạch và gieo trồng các loại cây sẽ khác nhau thuộc vào điều kiện khí hậu của từng
khu vực, hiệu quả canh tác phụ thuộc trực tiếp và gián ti ếp vào mưa của từng mùa , vì
vậy những thay đổi trong điều kiện mưa có ảnh hưởng trực tiếp và ngay lập tức về hoạt
động của ngành nông nghi ệp cũng như về tổng sản phẩm GDP của cả nước.
Thực tế trong những năm gần đây cho thấy nhiều hoạt động kinh tế cũng như xã hội
đã phải đối mặt nhiều hơn với các điều kiện KTTV bất lợi, mưa, bão, lũ ảnh hưởng ngày
càng nhiều đến các các l ĩnh vực kinh tế cũng như đời sống. Trong khi đó, các hoạt động
kinh tế xã hội ngày càng đa dạng với nhiều hoạt động khác nhau như: dầu khí, giải trí, du
lịch, bảo hiểm…địa bàn của các hoạt động kinh tế xã hội cũng ngày càng m ở rộng từ

1


vùng núi đến vùng bi ển, trong đó nhiều vùng có nguy cơ thiên tai mưa lũ tăng cao. Yếu
tố khí hậu mưa ở nhiều quốc gia là nguyên nhân gián ti ếp gây ảnh hưởng đến kinh tế,
chính trị và xã hội, trong đó lũ lụt và hạn hán làm giảm sản lượng nông nghi ệp dẫn đến
tình trạng thiếu lương thực, thực phẩm được coi là nguyên nhân chính của tình trạng
thiếu lương thực dẫn đến dẫn đến có kh ả năng tăng cao thảm họa nhân đạo nạn đói, cướp
bóc , bạo loạn, bất ổn định xã hội….
Theo các nhà nghiên c ứu ước tính việc giảm 10 % về lượng mưa theo mùa từ mức
trung bình đến dài hạn sẽ dẫn đến giảm 4.4 % sản lượng lương thực. Do đó, kiến thức về
sự phân bố và xu thế biến đổi theo không gian và th ời gian của mưa là rất quan trọng

trong việc lập kế hoạch thích ứng cho Việt Nam, bởi nông nghi ệp không ch ỉ chiếm
khoảng 18.4 % tổng sản phẩm quốc nội (GDP) và chiếm 47.1 % tổng số việc làm của
Việt Nam. Hiểu biết sâu sắc hơn về đặc điểm và phân b ố của mưa sẽ hỗ trợ quản lý
nguồn nước, phát triển nông nghi ệp và quản lý thiên tai và quy ho ạch phát triển ở Việt
Nam là rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.
Mưa là một trong những yếu tố khí hậu quan trọng, quá trình hình thành và phát
triển của mưa diễn tiến rất phức tạp, do vậy phân bố không gian và th ời gian của mưa có
biến đổi lớn cả vềlượng và cường độ mưa. Biến đổi của mưa thu hút nhiều sự quan tâm vì
tầm quan trọng của nó đối với hoạt động kinh tế như nông nghiệp, sản xuất năng lượng và
cung cấp nước uống, quản lý và s ử dụng tài nguyên . Nghiên cứu phân bố mưa và xu thế
mưa trên cơ sở dữ liệu lịch sử là một bài toán hay không ch ỉ đối với các nhà khí tượng
học mà còn có sự quan tâm của các nhà khoa h ọc khác.
Như vậy, bằng lý thuy ết và thực nghiệm có th ể thấy biến đổi của mưa là quan trọng
nhất và có ảnh hưởng chủ yếu tới chế độ khí hậu của một vùng , một khu vực hoặc một miền
lãnh thổ; Nghiên cứu, đánh giá phân bố không gian c ủa các đặc trưng mưa có ý nghĩa rất
quan trọng. Trước những đòi h ỏi của thực tế, qua tham khảo những công trình nghiên cứu về
phân bố mưa theo không gian ở trong và ngoài nước, Chúng tôi ch ọn đề

tài “Phân bố không gian và xu th ế biến đổi của các đặc trưng mưa trên lãnh th ổ
Việt Nam'' với hy vọng xác định chế độ mưa và phân tích, đánh giá xu thế biến đổi của
đặc trưng mưa trên lãnh thổ Việt Nam góp ph ần vào mục tiêu phát tri ển kinh tế xã hội.
Vì vậy, nội dung chính của luận văn này là:

2


1. Tính toán các đặc trưng mưa của 610 trạm KTTV trên toàn lãnh th ổ Việt Nam;
2. Mô t ả phân bố các đặc trưng mưa theo không gian trên các vùng khí hậu;
3. Đánh giá xu th ế biến đổi của các đặc trưng mưa trong những thập kỷ qua.

Bố cục của luận văn bao gồm các phần sau:
Mở đầu: Thực trạng và yêu c ầu thực tế mang tính cấp thiết của xã hội đối với nội
dung mà đề tài sẽ nghiên cứu
Chương I: Tổng quan
Trình bày tổng quan các công trình nghiên c ứu trong và ngoài nước liên quan đến
phân bố không gian và th ời gian mưa
Chương II: Số liệu và phương pháp nghiên cứu
Phân tích và tuyển chọn số liệu của 610 trạm khí tượng thủy văn, kiểm tra, thống kê
và biên tập chuỗi số liệu
Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Tính toán các đặc trưng thống kê: Tổng lượng mưa tháng, năm, mùa; S ố ngày có
mưa trong tháng, năm, mùa ; Độ dài mùa mưa…
Tính toán và phân tích xu thế biến đổi của các đặc trưng
mưa Chương III: Kết quả và phân tích
Kết luận và ki ến nghị

3


Chương 1
TỔNG QUAN
o

Việt Nam là quốc gia nằm trong khu vực Đông Nam châu Á, có v ị trí địa lý từ 8 30’
đến 23o22’ vĩ độ Bắc và từ 102o10’ đến 109o21’ kinh độ Đông, tổng diện tích 331.212 km

2

với bờ biển dài khoảng 3.260 km. Theo đánh giá của Cơ quan Quản lý thiên tai châu
Á thu ộc Tổ chức Khí tượng thế giới, Việt Nam là một trong những nước chịu nhiều thiên tai nhất ở

châu Á. Nước ta thường chịu nhiều loại thiên tai liên quan tới yếu tố mưa như bão, lũ, lũ quét, mưa
lớn, hạn hán, sạt lở đất, dông , tố, lốc...trong đó bão lũ, hạn hán là những loại thiên tai gây nhi ều
thiệt hại hơn cả.

Điều kiện khí hậu của một khu vực đặc trưng bởi chế độ nhiệt, ẩm, mưa, gió…trong
đó yếu tố mưa đóng vai trò h ết sức quan trọng và có kh ả năng chi phối đối với các biến
còn l ại, căn cứ vào hiệu số của tổng lượng mưa và tổng lượng bốc hơi có thể tính toán
được trữ lượng ẩm của từng khu vực. Lượng mưa nhiều, ít có tác dụng phản ánh khả năng
cung cấp ẩm cho khí quyển là cao hay thấp, mức độ ẩm trong khí quyển được trữ dưới
dạng tiềm nhiệt và ẩn nhiệt biểu hiện dưới dạng không khí “ẩm” hay “khô” hoặc khí
quyển “nóng” hay “lạnh”, sự biến đổi của độ ẩm trong khí quyển là tiền đề cho sự biến
đổi của thời tiết và khí hậu.
Biến đổi của lượng mưa theo không gian và thời gian dẫn đến hệ quả của nó gây tác
động tích cực hay tiêu cực đối với mỗi khu vực, mặc dù với cùng lượng mưa giống nhau
khí hậu có th ể rất khác nhau nếu tần số và cường độ mưa khác nhau, hạn hán xảy ra ở
nơi có lượng mưa ít và nhiệt độ cao làm trầm trọng hơn mức độ khô h ạn.
Mưa, lũ không những gây thiệt hại về kinh tế xã hội mà còn đe dọa tới tính mạng
con người và hủy hoại môi trường sống. Dưới tác động của biến đổi khí hậu, diễn biến
của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan hết sức phức tạp; trong đó có sự thay đổi
của yếu tố mưa không những về lượng, cường suất mà còn thay đổi cả về phạm vi ảnh
hưởng theo không gian. Chính vì vậy, nghiên cứu sự biến đổi của lượng mưa là một trong
những bài toán thu hút được sự quan tâm của không chỉ những nhà khí tượng học mà còn
của các nhà khoa học khác.

4


1.1 Một số công trình nghiên cứu trên thế giới
Trên đất liền, số liệu mưa quan trắc được trong suốt thế kỷ 20 ghi nhận có s ự biến

đổi lớn xảy ra với quy mô th ời gian năm và thập kỷ, một số mô hình hệ thống quy mô l
ớn cho thấycó sự thay đổi [23]. Nhìn chung, có s ự giảm lượng mưa trong vùng cận nhiệt
đới và ngoài vùng nhi ệt đới rãnh gió mùa , và sự gia tăng lượng mưa trên đất liền ở các
vùng vĩ độ cao, Bắc Mỹ, Âu - Á , và Argentina, đặc biệt có s ự suy giảm rõ r ệt ở Địa
Trung Hải, phía nam Châu Á qua Châu Phi, phía bắc khu vực này mưa nhiều hơn tuyết.
Mùa mưa dài hơn lên đến 3 tuần ở một số vùng vĩ độ cao phương bắc được ghi nhận
trong 50 năm qua [23], thay đổi tương tự có th ể được suy ra trên các đại dương từ các
mô hình quy mô lớn về sự thay đổi độ mặn từ những năm 1950 -1960, so với những năm
1990 - 2000 (IPCC 2007). Trên đại dương, khu vực có vĩ độ thấp độ mặn cao hơn ở các
vĩ độ cao ở cả hai bán cầu do được ngọt hóa (Hình 1.1).

Hình 1.1 Biểu đồ theo thời gian của lượng mưa trung bình toàn cầu - Dự án mưa
toàn cầu (1979-2008), (Gu và các c ộng sự 2007).

5


Đánh giá sự biến đổi lượng mưa theo sự biến đổi lưu lượng dòng ch ảy trên sông ra
đại dương [13] giai đoạn 1948-2005 (xem Hình 1.2). Tại khoảng giữa thời gian quy mô
thập kỷ, kết quả của sự biến động lớn lưu lượng dòng ch ảy trên lục địa liên quan tới
ENSO đối với lưu lượng dòng chảy vào Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ, và
các đại dương toàn cầu (ngoại trừ Bắc Băng Dương, Địa Trung Hải và Biển Đen). Đối
với hầu hết các đại dương và đại dương toàn cầu, số liệu lưu lượng dòng ch ảy có xu
hướng đi xuống nguyên nhân chính là do sự thay đổi của mưa. Đối với khu vực lạnh,
dòng ch ảy có xu hướng tăng lên (1948-2005) không ch ỉ do mưa tăng (dữ liệu không đầy
đủ), đặc biệt là trên khu vực Siberia, và xu hướng giảm khu vực phía bắc ở vĩ độ cao có
băng tuyết bao phủ có th ể làm gia tăng dòn g chảy trong các khu vực này.

Hình 1.2 Xu thế biến đổi lưu lượng nước sông liên quan với lưu vực
(Dai và các c ộng sự 2009)

Số liệu mưa trên đất liền toàn cầu sau năm 1950 [23] (Hình 1.3) cho thấy có s ự suy
giảm nhẹ trong khoảng thời gian này cùng v ới sự sụt giảm ít trong năm 1992, cả ở dòng
chảy và lượng mưa, ngoài các y ếu tố khác còn có s ự liên quan của núi l ửa Pinatubo phun
trào vào năm 1991 [23]. Sự sụt giảm đột ngột bức xạ từ mặt trời dẫn đến sự lạnh đi của

6


mặt đất và đại dương, là nguyên nhân đầu tiên gây ra m ột sự thay đổi của mưa trên đất
liền, giảm sự bay hơi toàn cầu và lượng mưa toàn cầu.

Hình 1.3 Lưu lượng nước sông toàn c ầu ra đại dương theo thời gian quan hệ với
mưa trên đất liền (Trenberth & Dai 2007)
Hạn hán nhìn chung trong thế kỷ 20 tăng lên [23], chỉ số đo mức độ hạn hán
nghiêm trọng bởi Palmer (PDSI ), cho thấy khu vực đất rất khô trên toàn c ầu (được định
nghĩa là khu vực có ch ỉ số PDSI dưới -3.0) đã tăng hơn gấp đôi trong khoảng từ những
năm 1970. Hạn hán nói chung thường mở rộng hơn trong khoảng thời gian có các sự kiện
El Niño , hoặc năm sau khi núi l ửa Pinatubo phun trào. Sự gia tăng hạn hán có liên quan
đến việc phân bố mưa. Trong thời kỳ dao động thập kỷ Thái Bình Dương, lượng mưa trên
đại dương nhiều hơn đất liền, cùng v ới sự gia tăng nhiệt độ bề mặt và làm gia tăng sự
bốc hơi nước.
Tổng lượng mưa và các đặc trưng khác trên các khu v ực thay đổi, mưa lớn đặc biệt
gia tăng thường xuyên hơn và xảy ra ở nhiều nơi ngay cả khi lượng mưa trung bình
không tăng [23], phần lớn sự gia tăng này xảy ra trong khoảng thời gian 3 thập kỷ cuối
cùng c ủa thế kỷ 20. Lũ lụt đã tăng lên ở một số vùng có liên quan với xoáy thuận và bão
nhiệt đới. Thảm họa lũ lụt đã tăng lên trong thế kỷ 20 [23] chỉ ra có s ự liên kết đặc biệt
giữa mưa lớn và nhiệt độ.
Các nghiên c ứu khác về sự biến đổi của mưa cũng cho thấy có s ự thay đổi trên các
khu vực khác nhau, nghiên cứu của A.Piticar, D.Ristoiu tại phía đông bắc Romania được
tính toán với chuỗi số liệu 50 năm (1961-2010) bằng cách sử dụng dữ liệu mưa ngày từ

7


10 trạm khí tượng, với kỹ thuật Kriging Detrended mô tả phân bố không gian c ủa mưa,

sử dụng phương pháp tính độ dốc Sen để phân tích biến đổi theo thời gian của chuỗi số
liệu (Hình 1.4) sau đó dùng kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall. Kết quả cho thấy có
sự tương phản giữa các khu vực miền núi phía tây mưa nhiều hơn và miền đông khô hơn,
khu vực đông nam của khu vực phân tích có điều kiện đặc biệt khô là vào mùa X uân và
mùa Hè, phân tích chuỗi thời gian nhiều năm cho thấy xu hướng tăng của lượng mưa
trong khu vực phân tích. Phân tích thời gian từng mùa cho th ấy sự tăng lượng mưa trong
mùa Hè và mùa Thu và giảm vào mùa Đông và mùa Xuân , tuy nhiên, hầu hết các xu
hướng này là không rõ r ệt.

Hình 1.4 Phân bố không gian mùa mưa ở phía bắc Romania (1961-2010),
(A.Piticar, D.Ristoiu 2013)
Nghiên cứu về mưa ở Maharashtra thuộc Ấn Độ tác giả Pulak Guhathakurta và
Elizabeth Saji thu thập số liệu lượng mưa tháng của 335 trạm, có chu ỗi thời gian từ 19012006, sau đó dùng phương pháp hồi quy tuyến tính để xác định xu thế của chuỗi số liệu

8


và kiểm nghiệm phân bố thống kê Student (t-test). Mùa mưa được định nghĩa theo chỉ số
SI (seasonality index) của Walsh và Lawer 1981; Kanellopoulou 2002 (Hình 1.5 a và b).

a)

b)

Hình 1.5 Phân bố lượng mưa ở Maharashtra thuộc Ấn Độ
(a. Phân bố lượng mưa nhiều năm; b. Xu thế biến đổi lượng mưa năm)

Hình 1.6 Xu thế mùa mưa ở Maharashtra thuộc Ấn Độ
Kết quả phân tích cho thấy lượng mưa tháng quan sát thấy trên nhiều khu vực
(quận) có xu thế giảm theo không gian và th ời gian, tháng 1 (8 quận) đến tháng 5 (3
quận), xu thế giảm mạnh nhất là tháng 2 (15 quận), không có quận nào có xu th ế tăng
lượng mưa trong tháng 1 đến tháng 5 (ngoại trừ Latur). Xu thế tăng lượng mưa xảy ra

9


trong các tháng gió mùa , thể hiện rõ nh ất tháng 8 và tháng 10, khu vực phía đông và
phía tây rất khác so với vùng ven bi ển có ch ỉ số SI khoảng 1 và 1.2, cho thấy chế độ
mưa ở đây khoảng 3 tháng hoặc ít hơn khu vực trung tâm có mùa mưa 4 tháng.
1.2 Một số công trình nghiên cứu ở Việt Nam
Khí hậu Việt Nam có b ốn mùa Xuân , Hạ, Thu, Đôngvà được phân chia thành 7 vùng
khí hậu, nhìn chungcó m ột mùa nóng mưa nhiều và một mùa tương đối lạnh, ít mưa
[5]. Trên nền nhiệt độ chung đó, khí hậu của các tỉnh phía bắc (từ đèo Hải Vân trở ra

Bắc) thay đổi theo bốn mùa: Xuân , Hạ, Thu, Đông.
Việt Nam chịu sự tác động mạnh của gió mùa Đông Bắc nên nhiệt độ trung bình
thấp hơn nhiệt độ trung bình nhiều nước khác cùng v ĩ độ ở Châu Á. So với các nước này,
Việt Nam nhiệt độ về mùa đông lạnh hơn và mùa hạ ít nóng hơn. Do ảnh hưởng gió mùa ,
hơn nữa sự phức tạp về địa hình nên khí hậu của Việt Nam luôn luôn thay đổi trong năm,
từ giữa năm này với năm khác và giữa nơi này với nơi khác (từ Bắc xuống Nam và từ
thấp lên cao).
Những năm gần đây cùng v ới sự biến đổi biến đổi khí hậu toàn cầu, thời tiết và kèm
theo là các hi ện tượng thủy văn ở nước ta ngày càng bi ến động phức tạp hơn, không theo
qui luật truyền thống (mùa mưa bão có xu th ế xuất hiện sớm và kết thúc muộn hơn, tần suất

mưa bão và áp th ấp nhiệt đới đổ bộ vào Nam Bộ có xu hướng tăng lên). Hiện tượng ENSO
tuy xảy ra ở vùng nhi ệt đới xích đạo Thái Bình Dương bởi sự tương tác giữa khí quyển và
đại dương đã gây ra sự biến động của các đặc trưng mưa trên khu vực Nam Bộ

[9].
Thiên tai nghiêm tr ọng với những biểu hiện bất thường xảy ra ngày càng nhi ều hơn
ở nhiều vùng trên c ả nước, nguyên nhân mưa lớn, lũ lụt đặc biệt lớn xảy ra ở Miền Trung

bởi nhiều hình thế thời tiết [11], một trong những hình thế thời tiết gây mưa lớn diện rộng
ở Việt Nam đó là front Mei-yu [10].

Các nhà khoa h ọc đang tập trung nghiên cứu biến đổi khí hậu thông qua việc phân
tích đánh giá xu thế và mức độ biến đổi của một số yếu tố, hiện tượng khí hậu dựa vào hệ
số góc của phương trình hồi quy tuyến tính [2], đây là phương pháp bình phương tối thiểu
rất phổ biến. Ngoài ra, còn có m ột số phương pháp khác là xác định hệ số góc Sen

10


[19], và kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendal [16] cũng được ứng dụng và đem lại
hiệu quả cao và rất đáng tin cậy [6] .
Các kết quả của các công trình nghiên cứu cũng cho thấy tổng lượng mưa tháng,
năm trên nhiều vùng có s ự thay đổi lớn, cường độ mưa có xu thế tăng, trong khi độ dài
ngày mưa, mùa mưa có xu hướng giảm. Mưa lớn có xu hướng tăng ở Nam Bộ trong khi
giảm ở Bắc Bộ [2]. Dự báo xu thế biến đổi của sự kiện mưa lớn bằng mô hình RegCM3
cho thấy: Biến đổi của lượng mưa ngày lớn trong thời kỳ 2011-2030 có s ự giảm đi trên
hầu khắp lãnh thổ Việt Nam và tăng lên trong giai đoạn 2031-2050. Mặc dù có s ự tăng
giảm xem kẽ giữa các vùng nhưng xu thế tăng vẫn chiếm ưu thế [6].
Nghiên cứu có liên quan đến yếu tố mưa, từ trước đến nay khi sử dụng nguồn số
liệu lịch sử do nhiều nguyên nhân khác nhau như cơ sở dữ liệu mưa chưa được số hoá,

chất lượng dữ liệu chưa được kiểm chứng…đa phần các nghiên c ứu sử dụng nguồn số
liệu mưa được khai thác từ các nguồn số liệu toàn cầu và nguồn số liệu đo mưa của 58
trạm khí tượng phân bố trên 7 vùng khí hậu của Việt Nam [3], với mục tiêu xây d ựng bộ
cơ sở dữ liệu mưa ngày phục vụ công tác nghiên cứu khoa học. Các nhà khí tượng học
của Việt Nam đã sử dụng bộ số liệu mưa toàn cầu GPCP và số liệu đo tại các trạm quan
trắc của Việt Nam sử dụng phương pháp nội suy Cresssman đã tạo được bộ số liệu mưa
o

o

ngày trên lưới 1 X 1 kinh vĩ, giai đoạn 10/1996-12/2007, gọi là VnGP_1 deg [1].
Các công trình nghiên c ứu ở nước ta trước đây sử dụng nguồn dữ liệu mưa có kết
quả bị hạn chế, do chưa tiếp cận được nguồn số liệu mưa đầy đủ nên sử dụng nguồn số
liệu mưa của một số trạm khí tượng nhất định (<100 trạm) làm đầu vào để phân tích
nghiên cứu, nên kết quả có những hạn chế nhất định. Do đó, trong tương lai việc xây
dựng bộ cơ sở mưa đầy đủ và chính xác với số liệu của nhiều trạm đo hơn là rất cần thiết.
Ngày nay trước các yêu c ầu phát triển kinh tế xã hội của cả nước, đặc biệt ưu tiên
phát triển ở các khu vực vùng sâu , vùng xa trong m ột số lĩnh vực chủ yếu như trồng trọt,
chăn nuôi và phát triển cây công nghi ệp, xóa đói giảm nghèo, chuyển đổi cơ cấu cây
trồng, phòng tránh và gi ảm nhẹ thiệt hại do thiên tai. Đây là trách nhiệm và cũng là thử
thách lớn lao của Chính phủ cũng như đối với ngành KTTV nói chung và các nhà khí
tượng, khí hậu học nói riêng , đòi h ỏi phải mở rộng phạm vi nghiên cứu đồng nghĩa với

11


việc tăng thêm số lượng, mật độ các trạm và khai thác chu ỗi số liệu dài hơn đảm bảo cho
kết quả nghiên cứu được khách quan và tin c ậy.
Để đáp ứng các yêu c ầu kinh tế xã hội nói trên , cần giải một bài toán đặt từ trước
tới nay chưa ai làm là: nghiên cứu phân bố một cách chi tiết các đặc trưng lượng mưa và

xu thế biến đổi nhằm nâng cao hiểu biết và làm ti ền đề cho các nghiên c ứu khác là h ết
sức cần thiết và mang tính cấp bách, việc nghiên cứu có s ử dụng số liệu của nhiều trạm
(610 trạm) có th ời gian dài (gần 50 năm) sẽ cho thấy bức tranh toàn cảnh về phân bố và
xu thế biến đổi của các đặc trưng mưa một cách chi tiết hơn.

12


Chương 2
SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Số liệu và xử lý số liệu
Để đảm bảo kết quả nghiên cứu của luận văn được tốt nhất, yêu cầu được đặt ra là
không nh ững phải khai thác nguồn số liệu đủ lớn cả về quy mô về không gian và thời
gian; mà còn ph ải đảm bảo tính chính xác và tin cậy đối với nguồn số liệu sử dụng để
tính toán và phân tích.
Số liệu khai thác là lượng mưa ngày (tổng lượng mưa tính từ 19 giờ hôm trước đến
19 giờ hôm sau) có ngu ồn gốc từ Trung tâm Tư liệu KTTV, với quy mô khai thác: 610
trạm quan trắc trên toàn m ạng lưới của Việt Nam; Bao gồm 3 loại trạm có đo mưa sau:
Trạm khí tượng bề mặt (174 trạm), Trạm thủy văn (132 trạm) và Trạm đo mưa nhân dân
(304 trạm), danh sách các trạm khí tượng thủy văn khai thác số liệu mưa trong bảng 1.
Sau khi thống kê, chuỗi thời gian khai thác số liệu của các trạm được mô tả như trong
Hình 2.1 dưới đây.

Hình 2.1 Biều đồ thống kê thời gian khai thác số liệu mưa ngày (màu xanh) của các
trạm trên các vùng khí h ậu
Số liệu lượng mưa ngày khai thác được lựa chọn đảm bảo dựa trên nguyên t ắc là
những trạm điển hình cho khu vực, có kho ảng cách phân bố đồng đều trên bảy vùng khí
hậu và độ dài chuỗi tương đối đồng nhất (Hình 2.1). Với quy mô và khối lượng số liệu rất
lớn đã nêu ở trên, hy vọng kết quả nghiên cứu sẽ mô tả chi tiết hơn phân bố không gian
và xu thế biến đổi của các đặc trưng mưa. Độ dài chuỗi số liệu: đối với các trạm khí

13


tượng thuỷ văn khu vực Bắc Bộ có th ời gian khai thác số liệu khoảng 50 năm (19602010); đối với các trạm khí tượng thuỷ văn khu vực Miền Trung và Nam Bộ có th ời gian
khai thác số liệu hơn 30 năm (1976-2010).
Cơ sở dữ liệu là tập hợp hệ thống thông tin có cấu trúc và luôn ẩn chứa các sai số
hoặc khuyết thiếu số liệu, do vậy trước khi sử dụng số liệu để nghiên cứu cần phải được
kiểm tra, xử lý số liệu ban đầu để đảm bảo chắc chắn rằng các tập số liệu được sử dụng là
hoàn toàn đáng tin cậy.
Số liệu mưa của 170 trạm khí tượng được đo bằng Vũ kế (2-4 lần/ngày) và được
hiệu chỉnh số liệu bằng giản đồ mưa tự ghi trên máy V ũ ký theo Quy phạm. Bên cạnh đó
còn có s ự kiểm tra quan hệ vật lý với các hiện tượng thời khác như hiện tượng hiện tại,
hiện tượng đã qua, loại mây gây mưa, cường độ mưa…
Số liệu của 305 trạm đo mưa và 129 trạm thuỷ văn thường được đo 2 lần/ngày.
Trường hợp đặc biệt trên lưu vực sông có mưa lớn, tần suất đo mưa có thể tăng lên 1h đo
1 lần. Các số liệu này được kiểm tra trên cơ sở hiện tượng thời tiết, tương quan mưa rào
dòng ch ảy (tương quan giữa lượng mưa với mực nước sông và lưu lượng) và tương quan
theo không gian giữa các trạm đo mưa.
Thiết bị đo mưa là Vũ lượng kế được bảo dưỡng thường xuyên và ki ểm định đúng
thời hạn như Quy phạm quy định.
Số liệu được dùng tr ong Luận văn này đã được tính toán, kiểm tra, kiểm soát và
phúc th ẩm qua 3 cấp: cấp trạm, cấp Đài KTTV khu vực và cấp Trung ương (Trung tâm
mạng lưới khí tượng thủy văn và môi trường). Số liệu được nhập vào cơ sở dữ liệu máy
tính bằng phần mềm chuyên ngành và đều qua các bước kiểm tra, nghiệm thu và so sánh
nên đảm bảo loại bỏ được các sai sót chủ quan của con người.
Nguyên tắc sử dụng số liệu:
1. Sử dụng số liệu thực đo tổng lượng mưa ngày (lượng mưa tích luỹ 24 giờ), nếu

trong chuỗi số liệu có khoảng thời gian nào có s ố liệu bị khuyết (máy hỏng, không quan

trắc) thì không được bổ khuyết mà đánh dấu và thay thế bằng giá trị -99.0 và không s ử lý
khi tính toán.

14


2. Phát hiện các sai số và hiệu chỉnh trên cở sở số liệu thực đo, số liệu nghi ngờ có

thể được kiểm tra lại với số liệu gốc hoặc dùng các t rạm khí tượng thủy văn lân cận để
so sánh và đối chiếu.
2.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp dùng để tính toán các đặc trưng mưa là phương pháp thống kê, công cụ
sử dụng để đọc các file dữ liệu, tính toán và xuất kết quả là các đoạn code được lập trình
bằng ngôn ngữ Fortran, bên cạnh đó để tính toán các đặc trưng thống kê của yếu tố mưa có
thể sử dụng nhiều công cụ khác nhau như Phần mềm thống kê, MS Excel. Trong đó việc lựa
chọn sử dụng ngôn ngữ lập trình Fortran là một giải pháp tối ưu cho việc truy cập và tính
toán các giá tr ị đặc trưng lượng mưa trong cơ sở dữ liệu lớn là các file số liệu.

2.2.1 Tính các đặc trưng thống kê
Khi tính toán các đặc trưng mưa sẽ có thể tính được rất nhiều đặc trưng thống kê
khác nhau với nguồn số liệu ban đầu là lượng mưa ngày, nhưng trong phạm vi nghiên
cứu của luận văn này chúng tôi s ẽ lựa chọn tính toán đặc trưng cơ bản như sau:
a) Về đặc trưng lượng mưa:

Tổng lượng mưa tháng, Tổng lượng mưa năm (I-XII), Tổng lượng mưa mù a khô
(XI-IV); Tổng lượng mưa mù a mưa (V-X); Tổng lượng mưa mùa Đông (XII-II); Tổng
lượng mưa mùa Xuân (III-V); Tổng lượng mưa mùa Hè (VI-VIII); Tổng lượng mưa mùa
Thu (IX-XI);
Nguyên tắc tính toán các đặc trưng này là số liệu phải thỏa mãn điều kiện:
Đối với giá trị lượng mưa tháng: Số ngày có s ố liệu phải ≥ 2/3 tổng số ngày trong

tháng (không th ỏa mãn điều kiện này, coi như tháng không có d ữ liệu).
Đối với giá trị lượng mưa năm: Số tháng có s ố liệu phải ≥ 2/3 tổng số tháng trong
năm (không th ỏa mãn điều kiện này, coi như năm không có dữ liệu).
Kết quả tính toán cuối cùng là tính giá trị đặc trưng lượng mưa trung bình nhiều
năm .
b) Về đặc trưng số ngày mưa (ngày mưa là ngày được tính có lượng R ≥ 0.1 mm):

15


Tổng số ngày mưa trong tháng, năm; Số ngày mưa trong mùa khô (XI-IV); Số ngày
mưa trong mùa mưa (V-X); Số ngày mưa trong mùa Đông (XII-II); Số ngày mưa trong
mùa Xuâ n (III-V); Số ngày mưa trong mùa Hè (VI-VIII); Số ngày mưa trong mùa Thu
(IX-XI); Số ngày mưa lớn (R ≥ 50 mm); Số ngày mưa rất lớn (R ≥ 100 mm);
Kết quả tính toán cuối cùng là giá tr ị đặc trưng số ngày mưa trung bình nhiều năm.
c) Độ dài mùa mưa:
Trên cơ sở chuỗi số liệu tổng lượng mưa tháng của từng trạm, tính số năm của từng
tháng có t ổng lượng mưa ≥ 100 mm, sau đó tính xác suất phần trăm của tháng có t ổng
lượng mưa ≥ 100 mm trong chuỗi số liệu nhiều năm.
Mùa mưa trong năm được tính bằng độ dài tháng có mưa (thỏa mãn điều kiện tháng
có t ổng lượng mưa R ≥ 100 mm, XS > 0. 5, thời gian 3 tháng liên tục)
d) Các tính các đặc trưng mưa:
+ Tổng lượng mưa tháng: là tổng lượng mưa các ngày của tháng (trong trường hợp

tháng thiếu số liệu nhưng có số ngày có s ố liệu ≥ 25 ngày thì tổng lượng mưa tháng được
tính bằng cách lấy tổng lượng mưa đo được chia cho số ngày có s ố liệu sau đó nhân với
số ngày của tháng).
+ Tổng số ngày mưa tháng: là tổng số ngày có mưa của tháng (ngày mưa: được tính

là ngày có lượng mưa ≥ 0.1 mm).

+ Tổng lượng mưa năm: là tổng lượng mưa của 12 tháng (trong trường hợp năm có

ngày thiếu số liệu nhưng có số ngày có s ố liệu ≥ 330 ngày thì tổng lượng mưa năm được
tính bằng cách lấy tổng lượng mưa đo được chia cho số ngày có s ố liệu sau đó nhân với
số ngày của năm).
+ Tổng số ngày mưa trong năm: là tổng số ngày mưa của 12 tháng
+ Tổng lượng mưa từng mùa: là t ổng lượng mưa các tháng của mùa đó (mùa Xuân

từ tháng 3 – tháng 5; mùa Hè từ tháng 6 – tháng 8; mùa Thu t ừ tháng 9 – tháng 11; mùa
Đông từ tháng 12 – tháng 2).

16


+ Tổng số ngày mưa trong từng mùa: là t ổng số ngày mưa các tháng của mùa đó

Tổng lượng mưa có ký hi ệu là X có s ố liệu quan trắc {xi; i=1,
n} + Công th ức tính tổng lượng mưa:
X =

∑

xi

+ Trung bình tháng (năm) của lượng (số ngày) mưa: có giá trị bằng tổng lượng (số

ngày) mưa của nhiều tháng (năm) chia cho số tháng (năm).
Công th ức tính lượng mưa trung bình:

Công th ức tính phương sai:

Công th ức tính độ lệch chuẩn:

Với chuỗi số liệu mưa ban đầu {x1, x2, ..xn} ta sắp xếp thành chuỗi trình tự {x(1),
x(2), …x(n)} với x(1)≤x(2), …≤x(n). Khi đó ta có:
Trung vị (Me):

Me = q 0 . 5

2.2.2 Tính xu thế biến đổi
Trong phân tích thống kê, mục đích của phân tích xu thế biến đổi của chuỗi số liệu
theo thời gian là xác định các biến đổi của một biến ngẫu nhiên là tăng hay giảm theo
thời gian hay xác suất phân bố thay đổi theo thời gian. Có nhi ều cách kiểm tra định tính


17


hoặc định lượng của xu thế như: Đồ thị, hồi quy tuyến tính, Mann-Kendal và Sen’s.
Trong nghiên cứu này chúng tôi áp d ụng phương pháp Sen để tính hệ số góc và kiểm
nghiệm phi tham số Mann-Kendal để kiểm tra xu thế biến đổi của các đặc trưng mưa.
Để phát hiện xu thế biến đổi của lượng mưa trong chuỗi thời gian hàng tháng, theo
mùa , và hàng năm bằng phương pháp số Sen và kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall
[16]. Mann-Kendal là một phương pháp sử dụng rộng rãi trong bài toán ki ểm nghiệm phi

tham số để phát hiện xu thế biến đổi của các yếu tố khí tượng thủy văn theo thời gian.
Phương pháp Sen sử dụng mô hình tuyến tính để ước lượng độ dốc của xu hướng này, và
phương sai của các số dư là hằng số theo thời gian. Phương pháp này có nhiều ưu điểm:
không ảnh hưởng bởi giá trị số liệu thiếu và dữ liệu phân bố là ngẫu nhiên; dữ liệu sai
hoặc giá trị ngoại lai không ảnh hưởng đáng kể trong phương pháp Sen. Trong luận văn

này những xu hướng được coi là có ý n ghĩa thống kê ở mức α bằng 0.1.
Để tính số liệu lượng mưa tháng, năm của hệ số góc Sen của từng trạm trong chuỗi
số liệu khai thác, chúng tôi l ựa chọn số liệu tính toán với điều kiện: Đối với mỗi trạm, độ
dài chuỗi số liệu tính toán phải ≥ 20 năm, nếu số liệu trạm nào không th ỏa mãn các điều
kiện trên kết quả tính toán được thay bằng giá trị -99.0 (không có giá tr ị).
a) Xu thế Sen (Sen’s slope)
Để xác định độ lớn Q của xu thế chuỗi, ta sử dụng cách ước lượng của Sen [21], Q
được xác định là trung vị của dãy gồm n(n- 1)/2 phần tử {

x j − xk
k

, với k=1, 2, …, n-1; j −

j>k}.
b) Kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendal

Giả sử có chuỗi trình tự thời gian (x1, x2…xn), có n giá tr ị
Trong đó: x biểu diễn số liệu tại thời điểm i và j (j>i) và hàm sign là:

sign(x j

Giá trị thống kê Mann-Kendall (S) được định nghĩa:

18
n−1