Nghiên cứu tác động của hiện tượng ENSO đến lượng mưa trên khu vực bắc bộ việt nam trong những thập kỷ gần đây

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 2 1.1 Tổng quan về hiện tượng ENSO 2 1.1.1 Khái niệm ENSO 2 1.1.2 Cơ chế vật lý của ENSO 2 1.1.3 Phân vùng NINO 10 1.1.4 Các chỉ số xác định hiện tượng ENSO 11 1.1.5 Diễn biến của hiện tượng ENSO trong thời gian gần đây. 14 1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu – khu vực Bắc Bộ Việt Nam 16 1.2.1 Vị trí địa lý khu vực Bắc Bộ. 16 1.2.2 Đặc điểm khí hậu khu vực Bắc Bộ 18 1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 19 1.3.1 Nghiên cứu trong nước 19 1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước 26 CHƯƠNG II. CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Cơ sở số liệu 28 2.1.1 Số liệu mưa 28 2.1.2 Số liệu ENSO 30 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Xác định thời kỳ ENSO 30 2.2.2 Phân nhóm năm ENSO và năm không ENSO 31 2.2.3 Phương pháp đánh giá tác động của hiện tượng ENSO đến lượng mưa khu vực Bắc Bộ 32 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 34 3.1 Các đợt ENSO giai đoạn 19812015 34 3.2 Kết quả phân loại năm ENSO và năm không ENSO 35 3.3 Sự biến đổi lượng mưa khu vực Bắc Bộ trong các thời kỳ ENSO 36 3.3.1 Sự biến động lượng mưa năm 36 3.3.2 Sự biến động lượng mưa theo mùa 43 3.3.3 Sự biến động lượng mưa theo các tháng trong mùa 54 KẾT LUẬN 61 KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 MỞ ĐẦU Hiện nay, sự nóng lên toàn cầu đã và đang làm băng tan mạnh, mực nước biển dâng cao và gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan nguy hiểm. Biến đổi khí hậu đang là vấn đề được thế giới quan tâm và chú ý trong đó có cả Việt Nam chúng ta. Sự biến đổi các yếu tố, khí hậu thời tiết cực đoan diễn ra mạnh mẽ trên quy mô khu vực cũng như quy mô toàn cầu. Trong khi nghiên cứu về những dị thường của thời tiết và khí hậu, các nhà khoa học đã đặc biệt chú ý đến hiện tượng ENSO. Mỗi khi hiện tượng El Nino và La Nina xảy ra, khí hậu và thời tiết lại có những diễn biến bất thường gây ra hạn hán, lũ lụt và thiên tai nghiêm trọng ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới. Hiện tượng El Nino và La Nina thể hiện sự biến động dị thường trong hệ thống khí quyển đại dương với quy mô thời gian giữa các năm, có tính chu kỳ hoặc chuẩn chu kỳ. Trong tình hình biến đổi khí hậu sự nóng lên toàn cầu, hiện tượng ENSO cũng có những biểu hiện dị thường về cường độ. Nghiên cứu hiện tượng ENSO để hiểu biết về cơ chế vật lý, đặc điểm và quy luật diễn biến cũng như những hậu quả tác động của chúng để từ đó cảnh báo trước sự xuất hiện của ENSO, những ảnh hưởng có thể xảy ra đối với thời tiết, khí hậu và kinh tế xã hội để có những biện pháp phòng, tránh hiệu quả, hạn chế và giảm nhẹ thiệt hại do ENSO gây ra. Hiện tượng ENSO ảnh hưởng đến thời tiết, khí hậu toàn cầu mỗi khu vực khác nhau với mức độ khác nhau và rất đa dạng. Trên thế giới và cả trong nước cũng đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề này, tập trung chủ yếu vào lượng mưa, cực trị nhiệt độ và những hiện tượng liên quan như là rét đậm, rét hại, hạn hán, mưa lớn…Một trong những yếu tố có tính biến động mạnh và khá quan trọng đó là lượng mưa. Tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu cho khu vực Bắc Bộ Việt Nam. Chính vì vậy, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu tác động của hiện tượng ENSO đến lượng mưa khu vực Bắc Bộ trong những thập kỉ gần đây” để nghiên cứu. Đồ án gồm các phần chính như sau: Mở đầu. Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở số liệu và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Kết quả nghiên cứu Kết luận Kiến nghị CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hiện tượng ENSO 1.1.1 Khái niệm ENSO Thuật ngữ ENSO là chữ viết tắt của các từ ghép El Nino Southern Oscillation (El Nino Dao động Nam) để chỉ cả 2 hai hiện tượng El Nino và La Nina và có liên quan với dao động của khí áp giữa 2 bờ phía Đông Thái Bình Dương với phía Tây Thái Bình Dương Đông Ấn Độ Dương (Được gọi là Dao động Nam) để phân biệt với dao động khí áp ở Bắc Đại Tây Dương 7. “El Nino” (pha nóng) là từ được dùng để chỉ hiện tượng nóng lên dị thường của lớp nước biển bề mặt ở khu vực xích đạo trung tâm và Đông Thái Bình Dương; kéo dài 8 12 tháng, hoặc lâu hơn, thường xuất hiện 3 4 năm 1 lần, song cũng có khi dày hơn hoặc thưa hơn. “La Nina” (pha lạnh) là hiện tượng lớp nước biển bề mặt ở khu vực nói trên lạnh đi dị thường, xảy ra với chu kỳ tương tự hoặc thưa hơn El Nino. 1.1.2 Cơ chế vật lý của ENSO a) Dao động Nam và hoàn lưu Walker Dao động Nam (Southern Oscillation) là sự dao động của khí áp quy mô lớn từ năm này qua năm khác ở phía Đông và Tây của khu vực xích đạo Thái Bình Dương. Nhà khoa học người Anh Gilbert I.Walker vào cuối những năm 20 của thế kỷ trước nhận thấy mối liên quan giữa khí áp hai bờ Đông Tây của Thái Bình Dương và nhận thấy khi khí áp ở phía Đông Thái Bình Dương giảm mạnh thì thường xảy ra hạn hán ở khu vực Indonesia, Australia, Ấn Độ và mùa đông Bắc Mỹ ấm hơn bình thường. Tuy nhiên khi đó ông chưa đủ thông tin số liệu để chứng minh mối liên hệ này. Cho tới giữa những năm 1960, nhà khí tượng Na Uy Jacob Bjerknes đã đưa ra giả thuyết rằng sự ấm lên của dải xích đạo Thái Bình Dương có liên quan đến sự suy yếu của đới gió Đông tín phong, khác với quan niệm trước đây rằng El Nino chỉ là sự nóng lên cục bộ của nước biển ngoài khơi Nam Mỹ. Ông thừa nhận có sự dao động cỡ lớn trong hoàn lưu tín phong của Bán cầu Bắc và Nam ở Thái Bình Dương và ông cho rằng nó có liên quan tới Dao động Nam. Ông là người kết nối Dao động Nam và ElNino dựa vào việc sử dụng bộ số liệu thu thập trong những năm 1957 là năm El Nino mạnh. Ông nhận ra El Nino và Dao động Nam được kết nối với nhau trong hệ thống lớn ENSO liên quan đến cả đại dương và khí quyển. Khi tín phong mạnh, nước tương đối lạnh có nguồn gốc nước trồi ở xích đạo thuộc bờ biển Nam Mỹ được hình thành bởi áp lực của gió Đông lên bề mặt đại dương, mở rộng về phía Tây tới trung tâm TBD. Sự chênh lệch khí áp giữa Đông (cao) và Tây (thấp) và nhiệt độ giữa Đông (thấp) và Tây (cao) trên khu vực xích đạo TBD dẫn đến chuyển động ngược chiều của không khí ở tầng thấp (gió Đông) và trên cao (gió Tây); ở phía Đông có chuyển động giáng, ở phía Tây có chuyển động thăng của không khí, tạo thành một hoàn lưu khép kín, được Bjerknes gọi là Hoàn lưu Walker để tưởng nhớ người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng này 7. Hình 1.1. Hoàn lưu Walker trong điều kiện thường Cường độ của hoàn lưu Walker được đặc trưng bởi sự chênh lệch khí áp giữa phía Tây TBD và vùng trung tâm nhiệt đới TBD. Chênh lệch nhiệt độ và khí áp giữa Đông và Tây TBD càng lớn, hoàn lưu Walker càng mạnh. Trái lại, chênh lệch nhiệt độ và khí áp giảm, hoàn lưu Walker yếu đi. Như vậy ở vùng nhiệt đới TBD ngoài hoàn lưu kinh hướng Hadley theo hướng Bắc – Nam còn có hoàn lưu vĩ hướng Walker theo hướng Đông – Tây. Hoàn lưu Walker là một hoàn lưu vĩ hướng vùng xích đạo. Hoàn lưu này được đặc trưng bởi dòng không khí thăng lên trên Tây TBD, khu vực Indonesia, đi sang phía đông tới Đông TBD, khu vực ngoài khơi Nam Mỹ; giáng xuống ở đây rồi lại đi về phía tây tạo thành một vòng hoàn lưu khép kín (Hình 1.2). Hình 1.2. Vòng hoàn lưu vĩ hướng vùng xích đạo Thông thường, nhiệt độ nước biển giảm dần theo độ sâu nên từ mặt biển đến độ sâu khoảng vài trăm mét, nhiệt độ ở vùng biển phía Tây TBD cao hơn phía Đông TBD, tạo ra một lớp nước chuyển tiếp giữa lớp nước bên trên nóng hơn với lớp nước bên dưới lạnh hơn, có độ nghiêng từ Đông sang Tây TBD, thường được gọi là “nêm nhiệt” (Thermocline). Độ sâu của nêm nhiệt ở bờ phía Tây khoảng 200m, giảm dần về bờ phía Đông chỉ còn vài chục mét 7. Khi hoàn lưu Walker mạnh lên, hoạt động của nước trồi tăng lên, độ nghiêng của nêm nhiệt lớn hơn.Trái lại, khi hoàn lưu Walker yếu đi, nước trồi bị hạn chế, độ nghiêng của nêm nhiệt giảm đi. b) Tương tác đại dương khí quyển Tương tác đại dương khí quyển là quá trình trao đổi nhiệt, ẩm, động lượng, năng lượng giữa lớp nước bề mặt đại dương với lớp không khí bên trên, chủ yếu thông qua hoạt động đối lưu và các xoáy khí quyển. Hiện tượng ENSO có thể coi là hệ quả của tương tác khí quyển – đại dương dưới tác động của nhiều nhân tố trong và ngoài vùng nhiệt đới TBD. Khu vực phía Tây xích đạo TBD (vùng bể nóng the warm pool), là nơi có hội tụ của gió Đông và gió Tây tầng thấp, thường diễn ra hoạt động đối lưu sâu trong nhánh phía Tây của hoàn lưu Walker. Mây, mưa nhiều và lượng bức xạ phát xạ sóng dài (OLR) từ mặt biển thường không vượt quá 240wm2. Do đó, lượng bức sóng ngắn từ mặt trời thường nhỏ hơn lượng tiềm nhiệt bốc hơi. Trái lại, ở vùng xích đạo phía Đông Thái Bình Dương, trong nhánh phía Đông của Hoàn lưu Walker thường có chuyển động giáng của không khí, hoạt động đối lưu bị hạn chế, ít mây, mưa. Lượng bức xạ phát xạ sóng dài từ mặt biển thường đạt những giá trị cực đại (>280wm2). Bức xạ sóng ngắn từ mặt trời đạt những giá trị lớn nhất và thường lớn hơn lượng tiềm nhiệt bốc hơi. Khi hoàn lưu Walker hoạt động yếu hơn bình thường (gió Đông tầng thấp yếu, trong khi gió Tây ở vùng phía Tây TBD xích đạo phát triển mạnh lên), vùng đối lưu sâu ở Tây TBD bị dịch chuyển về phía Đông đến trung tâm TBD, làm tăng cường các chuyển động xoáy của khí quyển ở vùng này, lượng mây và mưa tăng lên; OLR giảm, lượng nhiệt và lượng ẩm từ đại dương chuyển vào khí quyển giảm đi. Trái lại, ở vùng phía Tây TBD xích đạo, đối lưu bị hạn chế, lượng mây và mưa giảm đi; OLR tăng, lượng nhiệt và ẩm từ đại dương chuyển vào khí quyển tăng lên. c) Cơ chế hoạt động của ENSO Trong điều kiện bình thường, nhiệt độ trung bình năm của lớp nước bề mặt vùng nhiệt đới Đông TBD khoảng 21 260C, trong khí đó vùng Tây TBD là 28 290C, tức là phía Tây cao hơn phía Đông 3 60C. Gradient nhiệt độ dọc theo xích đạo có hướng từ Tây sang Đông. Ở Tây TBD mưa nhiều còn Đông TBD và các vùng biển lân cận thuộc Nam Mỹ mưa ít. Tín phong Bắc và Nam Bán Cầu đã đẩy nước biển bề mặt về phía tây làm cho mực nước biển phía Tây cao hơn phía Đông khoảng 40cm. Ở lớp dưới sâu nước trồi lên thay thế lớp nước ấm nóng hơn trên mặt đã bị đẩy về phía tây. Vì thế nhiệt độ mặt nước biển (SST) ở phía Đông TBD thấp hơn phía Tây TBD. Lớp nước mặt ở phía Đông TBD (khoảng 50cm) mỏng hơn phía Tây TBD (khoảng 200m) (Hình 1.3). Hình 1.3. Độ cao mực nước biển 2 phía Đông và Tây TBD trong thời kỳ bình thường. Hình 1.4. Sơ đồ hoàn lưu Walker trong điều kiện bình thường. (Nguồn: Phòng Thí nghiệm khí quyển Đại Dương PMEL, NOAA) Do nhiệt độ mặt nước biển bờ phía Tây cao hơn bờ phía Đông TBD nên ở bờ phía Tây, trên vùng Indonesia thường có chuyển động thăng hình thành mây đối lưu và cho mưa. Còn ở khu vực ngoài khơi và ven biển Pêru (vùng gần xích đạo thuộc phía tây nam của Nam Mỹ) có dòng giáng, không khí khô và thời tiết tốt. Khi hoàn lưu Walker mạnh hơn bình thường, tín phong càng mạnh thì các dòng hải lưu cũng di chuyển dọc theo xích đạo đi về phía tây càng mạnh, nêm nước nóng ở phía Tây TBD càng dày hơn. Ngược lại, ở phía Đông TBD, độ cao mực biển thấp hơn, bề dày lớp tà nhiệt mỏng hơn, nước trồi mạnh hơn, nhiệt độ mặt nước biển thấp hơn trạng thái trung bình. Kết quả ở phía Tây TBD dòng thăng càng mạnh, đồng thời, mưa sẽ càng lớn. Song ở phía Đông TBD, dòng giáng mạnh hơn, không khí khô hơn và thời tiết lạnh đi khác thường. Khi đó hiện tượng La Nina xuất hiện (Hình 1.5, 1.6, 1.7). Tây TBD Đông TBD Hình 1.5. Độ cao mực nước biển phía Đông và Tây TBD trong thời kỳ La Nina. Hình 1.6. Sơ đồ Hoàn lưu Walker trong điều kiện mạnh hơn bình thường. ( Nguồn: Phòng Thí nghiệm khí quyển Đại Dương PMEL, NOAA) Hình 1.7.Tổng kết những thích ứng cơ bản của TBD và khí quyển đối với hiện tượng La Nina (Trenbert, 1991). Hiện tượng El Nino xảy ra khi hoàn lưu Walker suy yếu, áp lực của gió Đông lên mặt biển giảm đi, kéo theo sự suy yếu của nước trồi và dòng chảy hướng tây, nước biển từ vùng bể nóng Tây TBD đổ dồn về phía Đông, tạo thành một sóng đại dương xích đạo (sóng Kelvin) lan truyền về phía đông và nhiệt từ vùng bể nóng được vận chuyển về vùng trung tâm và Đông TBD, làm cho nước biển bề mặt ở vùng này nóng lên dị thường, cao hơn trung bình 450C hoặc hơn nữa. Kết quả là chênh lệch nhiệt độ nước biển giữa vùng phía Đông và phía Tây giảm đi, độ sâu của nêm nhiệt ở bờ phía Tây giảm đi, trong khi ở bờ phía Đông tăng lên, trao đổi nhiệt thẳng đứng trong lớp nước xáo trộn đại dương mạnh mẽ hơn ( Hình 1.8 1.9).