Phân tích xu thế hạn khí tượng khu vực đồng bằng sông Cửu Long giai đoạn 1984-2014

Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 557 PHÂN TÍCH XU THẾ HẠN KHÍ TƯỢNG KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG GIAI ĐOẠN 1984 – 2014 Võ Thị Mỹ Tiên* Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG TP.HCM *Tác giả liên lạc: vothimytien10839@gmail.com TÓM TẮT Nghiên cứu xu thế hạn khí tượng được tiến hành trên cơ sở sử dụng phần mềm chuẩn hóa mưa chuyên dụng (SPI - Standardized Precipitation Index) được xây dựng bởi tổ chức khí tượng thế giới. Nghiên cứu được thực hiện dựa trên dữ liệu mưa đo đạc từ 13 trạm quan trắc thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long giai đoạn 1984-2014 để phân tích, đánh giá và cảnh báo sớm diễn biến hạn khí tượng theo không gian và thời gian dưới tác động của biến đổi khí hậu. Kết quả phân tích xu thế diễn biến theo không gian và thời gian của hạn khí tượng khu vực đồng bằng sông Cửu Long giai đoạn 2005-2014 cho thấy, biến đổi khí hậu đã và đang làm thay đổi qui luật phân bố của các yếu tố khí tượng, điều đó sẽ làm ảnh hưởng xấu đến các hoạt động sản xuất của người dân trong khu vực, đặc biệt là hoạt động sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy hải sản. Từ khóa: Hạn khí tượng, Đồng bằng sông Cửu Long, chỉ số mưa chuẩn hóa. TREND ANALYSIS OF METEOROLOGICAL DROUGHT IN THE MEKONG DELTA FOR THE PERIOD 1984-2014 Võ Thị Mỹ Tiên* University of Science, VNU-HCM *Corresponding author: vothimytien10839@gmail.com ABSTRACT Studying meteorological trends was conducted using a Standardized Precipitation Index (SPI) which developed by the World Meteorological Organization. The study was performed based on using rainfall data from 13 observation stations in the Mekong Delta in the period 1984- 2014. The aim of this study is to analysis, assessment and early warning of meteorological drought in spatial and temporal under the impacts of climate change. The analysis results of the spatial and temporal trends in the meteorological drought also show that climate change has changed the distribution of meteorological factors in the Mekong Delta. This will significantly affect to people's production activities, especially agricultural production and aquaculture. Keywords: Meteorological drought, Mekong Delta, Standardized Precipitation Index. TỒNG QUAN Theo nhận xét của Ngân hàng thế giới, Việt Nam là một trong năm quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, mà một trong số tác động của chúng là hạn xuất hiện với xác suất ngày càng cao. Trước những tác động và diễn biến thất thường của hạn ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) trong những năm gần đây, việc phân tích xu thế diễn biến của hạn trong đó có hạn khí tượng có ý nghĩa thực tiễn đối với việc lên kế hoạch ứng phó và giảm thiểu thiệt hại do loại thiên tai này gây ra đối với các hoạt động sản xuất mà đặc biệt là sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy hải sản là một yêu cầu cấp thiết. ĐBSCL là đồng bằng châu thổ nằm ở hạ lưu sông Mekong, có vị trí trải dài từ 8o34’ đến 110o10’ vĩ độ Bắc và từ 104o25’ đến 106o48’ kinh độ Đông. Diện tích tự nhiên của vùng đạt trên 40572 km2, chiếm 12% tổng diện tích tự nhiên của cả nước. Đây là vùng có nhiều điều kiện thuận lợi phát triển nông nghiệp nhất là sản xuất lúa nước và cây lương thực. ĐBSCL nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, một năm có hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa kéo dài trong khoảng từ tháng V đến tháng X, chiếm khoảng 88-95% lượng mưa năm. Mùa khô ở ĐBSCL kéo dài Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 558 trong khoảng từ tháng XI đến tháng IV năm sau. Trong đó có 3 tháng liên tục ghi nhận giá trị lượng mưa thấp nhất xuất hiện vào tháng I-III. Nhiệt độ không khí trung bình năm dao động trong khoảng 26-29oC, tại một số nơi nhiệt độ không khí cao nhất có thể lên đến khoảng 38-40oC. Cùng với sự thiếu hụt lượng mưa, sự gia tăng nhiệt độ cũng làm tăng tác động của hạn đối với khu vực. Hình 1. Bản đồ khu vực ĐBSCL VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Chỉ số chuẩn hóa mưa - SPI Chỉ số chuẩn hóa mưa (SPI - Standardized Precipitation Index) được phát triển bởi McKee và cộng sự năm 1993 tại Đại học Tổng hợp bang Colorado. Đây là chỉ số chuẩn hóa lượng mưa được sử dụng để đánh giá hạn khí tượng. SPI cho phép người dùng có thể xác định lượng mưa thiếu hụt ở nhiều thời gian khác nhau (1, 3, 6, 9, 12, 24 và 48 tháng) dựa vào dữ liệu mưa trong quá khứ. Về cơ bản, SPI là sự chuyển đổi của chuỗi giá trị lượng mưa trong một phân bố chuẩn. Bước đầu tiên trong việc tính toán SPI là xác định hàm phân bố xác suất tích lũy (thường sử dụng phân bố gamma) để mô tả phân bố của lượng mưa trong chuỗi thời gian quan trắc. Theo đó, hàm phân bố xác suất gamma được tính theo công thức: 𝑔(𝑥) = 𝑥𝛼−1 𝑒−𝑥/𝛽 𝛽𝛼 𝛤(𝛼) ; (𝑥 > 0) (1) Với x là giá trị của lượng mưa Hai tham số  và  sẽ được ước tính để xác định xác suất phân bố tích lũy của giá trị lượng mưa tương ứng với các thời gian khác nhau. Bằng cách lấy tích phân phương trình (1) ta thu được hàm phân bố xác suất tích lũy của lượng mưa: 𝐺(𝑥) = ∫ 𝑔(𝑥)𝑑𝑥 𝑥 0 = ∫ 𝑥�̂�−1 𝑒 − 𝑥 �̂� �̂�𝛼 ̂𝛤(�̂�) 𝑥 0 𝑑𝑥 Trong đó: �̂� = �̂� �̂� �̂� = 1 4𝐴 (1 + √1 + 4𝐴 3 ) 𝐴 = 𝑙𝑛(�̅�) − ∑ ln (𝑥) 𝑛 Hàm phân bố gamma (1) xác định đối với giá trị lượng mưa dương (x>0), tuy nhiên không phải lúc nào cũng xảy ra mưa. Do đó, để có dạng phân bố chuẩn cần phải chuyển đổi giữa hàm phân bố xác suất tích lũy sang hàm phân bố xác suất tích lũy chuẩn tại giá trị x=0 và phương sai là 1. Theo đó giá trị SPI được tính theo công thức: 𝑺𝑷𝑰 = 𝜳−𝟏 [𝑮(𝒙)] Chỉ số SPI là một chỉ số không thứ nguyên, trong đó SPI mang giá trị dương biểu thị cho giá trị lượng mưa trên mức trung bình, giá trị SPI âm biểu thị cho giá trị lượng mưa dưới mức trung bình. Theo đó, hạn khí tượng được xác định khi giá trị SPI liên tiếp âm và đạt giá trị -1 hoặc nhỏ hơn. Thời gian xảy ra hạn được xác định bởi khoảng thời gian từ khi SPI đạt giá trị âm cho đến khi kết thúc (xem bảng 1). Bảng 1. Thang đo giá trị SPI KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phân tích xu thế hạn khí tượng theo thời gian Kết quả phân tích cho thấy, xác suất xảy ra hạn khí tượng ở khu vực có sự phân bố không đều. Xác suất xảy ra hạn khí tượng ứng với ba mức hạn (hạn nhẹ, hạn vừa và hạn nặng) xảy ra dưới 10%. Riêng tháng IV và tháng XII, xác suất xảy ra hạn nhẹ (HNh) đạt trên 10%. Xác suất xảy ra hạn vừa (HV) và hạn nặng (HN) có xu hướng gia tăng vào các tháng giữa và cuối mùa mưa. Trong đó, xác suất xảy ra hạn vừa trong khu vực chủ yếu xuất hiện vào các tháng VI, VII, VIII. Trong các tháng mùa khô từ tháng I-III, Giá trị SPI Phân loại -1.0 đến -1.49 Hạn nhẹ -1.5 đến -1.99 Hạn vừa  -2 Hạn nặng Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 559 xác suất xảy ra hạn khí tượng ứng với ba mức hạn hầu như bằng 0 (xem hình 2). Điều này cho thấy, diễn biến thời tiết ở ĐBSCL diễn ra khá phức tạp, ngoài xảy ra trong mùa khô, lượng thiếu hụt hơi ẩm còn xảy ra cả trong mùa mưa. Hình 2. Xác suất xảy ra hạn khí tượng ở ĐBSCL giai đoạn 1984-2014 Bảng 2. Giá trị SPI1 nhỏ nhất ở các trạm giai đoạn 1984-2014 Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Bạc Liêu 0.00 0.78 0.16 -1.15 -2.15 -1.87 -1.33 -2.20 -1.63 -1.33 -2.02 -1.53 Cần Thơ -0.49 0.32 0.00 -1.86 -2.21 -1.99 -1.73 -1.97 -1.83 -2.57 -2.42 -1.53 Châu Đốc -0.40 0.32 -0.49 -1.86 -2.90 -1.98 -1.67 -1.94 -2.55 -2.07 -1.75 -1.15 Cà Mau 0.06 -0.08 -0.40 -1.86 -2.28 -1.92 -2.39 -1.83 -2.04 -2.32 -1.87 -1.32 Mỹ Tho -0.32 0.58 0.00 -1.01 -2.35 -1.91 -1.70 -2.28 -2.61 -1.52 -2.60 -1.32 Vĩnh Long -0.32 0.49 -0.08 -1.15 -3.34 -1.92 -2.79 -3.35 -2.32 -3.58 -1.81 -1.53 Rạch Giá -0.58 0.08 -0.58 -1.32 -2.73 -2.04 -2.22 -2.02 -2.27 -2.39 -1.86 -1.32 Ba Tri 0.08 0.58 0.40 -1.01 -3.55 -2.09 -1.90 -2.07 -2.21 -2.09 -2.26 -0.89 Sóc Trăng -0.24 0.40 -0.32 -1.32 -2.13 -1.87 -1.96 -2.28 -1.92 -2.47 -1.59 -1.86 Cao Lãnh 0.23 -0.57 0.43 -0.18 -1.89 -2.61 -2.91 -1.82 -1.92 -1.98 -1.63 -2.27 Vị Thanh 0.13 0.31 -0.31 -1.82 -2.86 -1.91 -2.28 -2.29 -2.15 -1.82 -2.34 -1.48 Mộc Hóa -0.65 0.20 -0.46 - 1.99 -3.11 -2.33 -1.70 -2.37 -2.14 -1.68 -1.99 -1.52 Càng Long 0.04 0.49 -0.13 - 1.82 -2.12 -1.74 -2.52 -2.49 -2.54 -2.42 -1.82 -1.48 Mức độ dị thường của hạn khí tượng ở khu vực ĐBSCL được xác định thông qua các giá trị SPI nhỏ nhất. Giá trị SPI càng âm cho thấy mức độ hạn xảy ra trên khu vực càng nghiêm trọng. Bảng 2 thể hiện giá trị SPI1 nhỏ nhất theo từng tháng tại các trạm đo. Kết quả cho thấy, giá trị SPI1 nhỏ nhất ở các trạm đo trên khu vực xuất hiện chủ yếu trong khoảng từ tháng V đến tháng XI. Vào tháng V, khoảng thời gian chuyển giao giữa mùa khô và mùa mưa, hầu hết các trạm đo trên khu vực có giá trị SPI1-2.0. Tại trạm Rạch Giá từ tháng V- X giá trị SPI1 nhỏ nhất luôn nhỏ hơn -2.0. Giá trị SPI1 nhỏ nhất trên phạm vi toàn vùng đạt -3.58 tại trạm Vĩnh Long xảy ra vào tháng X; SPI nhỏ nhất đạt - 3.55 tại trạm Ba Tri xảy ra vào tháng V. Các giá trị trên đều là các mức hạn nghiêm trọng, điều đó cho thấy tình trạng thiếu hụt lượng mưa dị thường xảy ra ngay cả trong các tháng mùa mưa. Phân tích xu thế hạn khí tượng theo không gian Để đánh giá sự dịch chuyển của hạn khí tượng theo không gian, khoảng thời gian tính SPI6 đã được lựa chọn. Bởi SPI6 cho thấy được sự biến động của lượng mưa theo mùa. Đây là khoảng thời gian thích hợp thường được lựa chọn trong phân tích các đặc điểm 0 10 20 30 40 50 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII X ác s u ất ( % ) Thời gian (tháng) SPI1-HN SPI1-HV SPI1-HNh Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 560 diễn biến của khí hậu trong thời gian dài. Nhìn chung, hạn khí tượng trên khu vực ĐBSCL trong cả ba giai đoạn xuất hiện chủ yếu ở mức hạn nhẹ và hạn vừa. Giai đoạn 1985-1994 (xem hình 3a) hạn khí tượng phân bố tập trung ở các tỉnh như Cần Thơ, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh. Trong giai đoạn 1995-2004 (xem hình 3b), hạn khí tượng lại có xu hướng dịch chuyển lên các tỉnh phía Bắc khu vực nghiên cứu và có sự gia tăng về cường độ hạn, tập trung phân bố ở các tỉnh Đồng Tháp, Long An, Tiền Giang và khu vực tứ giác Long Xuyên. Giai đoạn 2005-2014 (xem hình 3c), hạn khí tượng có xu hướng dịch chuyển về phía Nam. Hầu hết các tỉnh ven biển như Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bến Tre đều xuất hiện hạn ở mức hạn vừa. Ngoài ra, kết quả phân tích từ nghiên cứu này cũng cho thấy hoạt động của El-Nino chi phối đến cường độ và phạm vi ảnh hưởng của hạn khí tượng. Theo đó, vào những năm El-Nino hoạt động mạnh thì cường độ và phạm vi ảnh hưởng của hạn khí tượng tăng lên. a) b) c) Hình 3. Bản đồ phân bố không gian hạn khí tượng giai đoạn a) 1985-1994; b) 1995-2004; c) 2005-2014 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Phân tích đánh giá về hạn khí tượng khu vực ĐBSCL giai đoạn 1984-2014 cung cấp một cái nhìn tổng quan và chi tiết về xu thế biến đổi của hạn khí tượng trong khu vực. Qua kết quả phân tích có thể rút ra một số nhận định sau: Có sự dị thường về hạn khí tượng xảy ra trong khu vực nghiên cứu. Hạn khí tượng xuất hiện trong các tháng mùa khô và ngay cả trong các tháng mùa mưa. Phân bố tập trung vào các tháng từ tháng V đến tháng XI. Điều đó cho thấy, sự diễn biến phức tạp của khí hậu ở ĐBSCL. Trong các năm gần đây hạn khí tượng không còn xuất hiện ở các khu vực trung tâm khu vực ĐBSCL mà có xu hướng xuất dịch chuyển xuống các tỉnh ven biển như Cà Mau, Sóc Trăng, Bạc Liêu. Sự dịch chuyển theo không gian của hạn sẽ ảnh hưởng đáng kể đến các hoạt động sản xuất của người dân, đặc biệt là hoạt động sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy hải sản rất dễ bị tổn thương với sự thay đổi của các yếu tố khí tượng. Trong tương lai, đề tài nghiên cứu sẽ tiến hành phân tích thêm một vài chỉ số hạn khác để có cái nhìn tổng thể hơn, cũng như dự báo khả năng xảy ra hạn khí tượng cho khu vực. Qua đó, có thể đề xuất chỉ số hạn phù hợp để áp dụng dự báo, cảnh báo sớm hạn khí tượng cho khu vực ĐBSCL và hướng đến dự báo cho cả lãnh thổ Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO KWAK, J. (2016), Assessment of meteorological drought in Korea under climate change, Hindawi, 1-10. RIVERA, A. AND PENALBA, O. C. (2014), Trends and spatial patterns of drought affected area in Southern South America, Journal Climate, 265-267. RAHMAT, S. N., JAYASURIYA, N. AND BHUIYAN, M. (2015), Assessing droughts using meteorological drought indices in Victoria, Australia, Hydrology Research, 463-466.