Xem mẫu
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẠN HÁN KHU VỰC TÂY NGUYÊN
Lê Thị Thu Hằng1*
1
Khoa Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu,
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh
*
Email: hangle.khituong@hcmunre.edu.vn
TÓM TẮT
Số liệu mưa tháng và nhiệt độ trung bình tháng từ năm 1985 đến năm 2014 được sử dụng để
nghiên cứu đặc điểm hạn hán khu vực Tây Nguyên thông qua tính toán chỉ số hạn SPI và J. Trong
nghiên cứu này chỉ số J được dùng để xác định mức độ hạn hán, chỉ số SPI được dùng để đánh giá
xu thế biến đổi của hạn hán. Kết quả cho thấy mùa hạn kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với
giá trị chỉ số J dao động từ 0.4 đến 30, phía bắc Tây Nguyên hạn nặng và kéo dài hơn so với trung
và nam Tây Nguyên. Hạn có xu thế giảm nhẹ trong giai đoạn 1985-2014.
Từ khóa: Hạn hán, Tây Nguyên, Chỉ số J, Chỉ số SPI.
1. MỞ ĐẦU
Hạn hán là một hiện tượng thời tiết nguy hiểm đối với mọi hoạt động đời sống cũng như sự sinh
trưởng và phát triển của thực vật. Theo tổ chức khí tượng thế giới hạn hán là sự thiếu hụt kéo dài hay
thiếu hụt nghiêm trọng lượng mưa [6]. Hiện tượng hạn hán được xem là một trong số các hiện tượng
khí hậu cực đoan và được các nhà khoa học nghiên cứu rất nhiều trên toàn thế giới.
Trên thế giới việc giám sát và nghiên cứu hạn chủ yếu dựa trên các chỉ số hạn và ngưỡng
hạn. Hiện nay có rất nhiều chỉ số hạn khác nhau được phát triển và ứng dụng ở các nước trên
thế giới [4]. Một vài chỉ số hạn được được sử dụng phổ biến có thể kể đến như chỉ số SPI được
McKee và cộng sự (1993) đề xuất [3], chỉ số CZI được đề xuất bởi Trung tâm Khí tượng Quốc
gia Trung Quốc (4NMCC) [2]. Tổng quan về chỉ số hạn được tổng kết trong các nghiên cứu của
Alley(1984), Smakhtin và Hughes (2004) [1].
Hiện nay các nghiên cứu về hạn hán ở Việt Nam còn chưa nhiều và chưa được thực hiện đồng
bộ trên cả nước, tuy nhiên có thể kể đến nghiên cứu của Nguyễn Quang Kim và cộng sự (2003-
2005) về dự báo hạn hán vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên và xây dựng các giải pháp phòng
chống [10], nghiên cứu của Trần Thục (2005-2008) về xây dựng bản đồ hạn hán và mức độ thiếu
nước sinh hoạt ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên [16]. Gần đây có nghiên cứu của Vũ Thanh Hằng
và cộng sự (2010, 2011) về phân tích các điều kiện hạn hán và dự tính sự biến đổi hạn trong tương
lai cho khu vực Miền Trung [5, 6].
Để đánh giá hạn hán ở Tây Nguyên nghiên cứu lựa chọn hai chỉ số hạn J và SPI được tính toán
dựa trên số liệu mưa và nhiệt độ trung bình ngày để phân tích mức độ hạn hán và đánh giá xu thế
biến đổi của hạn hán cho vùng khí hậu Tây Nguyên giai đoạn 1985 đến 2014.
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Chỉ số hạn hán
Hiện nay đã có rất nhiều chỉ số hạn được sử dụng phổ biến trên thế giới và Việt Nam như chỉ
số SPI, Ped, K, EDI, Tỷ chuẩn, SWSI,… Trong nghiên cứu này, chỉ số J được lựa chọn để dự tính
sự biến đổi của hạn hán theo tháng, còn chỉ số SPI dùng để nghiên cứu sự biến đổi và xu thế tuyến
609
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
tính của hạn hán. Chỉ số SPI có lợi thế tính toán đơn giản chỉ sử dụng lượng mưa và đã được sử
dụng trong nghiệp vụ dự báo và cảnh báo hạn ở nước ta. Chỉ số J là chỉ số để xác định khô hạn theo
tháng sử dụng lượng mưa và nhiệt độ trung bình tháng.
2.1.1. Chỉ số J
Chỉ số khô cằn J được De Martonne (1926) khai triển đưa ra phương pháp tính chỉ số khô cằn
(J) của một khu vực bằng cách sử dụng phương trình sau đây:
(1)
Trong đó: J là chỉ số khô hạn theo tháng (mm/ C); P (mm) là lượng mưa tháng; T ( C) là nhiệt
o o
độ trung bình tháng.
Chỉ số này được phát triển như một chỉ số khô cằn, nhưng cũng có thể được sử dụng để tìm ra
đoạn hạn hán. Phân loại hạn dựa trên chỉ số khô cằn De Martonne được đưa ra trong bảng:
Bảng 1. Các ngưỡng phân cấp hạn theo chỉ số J.
Giá trị J 5 5-20 20-30 30-60 60
Điều kiện Hạn rất nặng Hạn nặng Hạn vừa Ẩm Rất ẩm
2.1.2. Chỉ số SPI
Chỉ số SPI do McKee và cộng sự (1993) đưa ra dựa trên sự chênh lệch giáng thủy thực tế R so
với trung bình nhiều năm Rtb chia cho độ lệch chuẩn σ. Công thức được xác định như sau:
(2)
Chỉ số SPI có thể được tính cho các khoảng thời gian khác nhau (1 tháng, 3 tháng, 6 tháng, 12
tháng,…). Trong nghiên cứu này SPI được tính toán dựa trên số liệu lượng mưa năm các trạm. Phân
loại hạn theo chỉ số SPI dựa trên bảng 2.
Bảng 2. Các ngưỡng phân cấp hạn theo chỉ số SPI.
Giá trị SPI Điều kiện
-2 Hạn rất nặng
-1,5 - -1,99 Hạn nặng
-1,0 - -1,49 Hạn vừa
-0,99 - -0,55 Hạn nhẹ
-0,55 - 0,99 Bình thường
1,0-1,49 Ẩm vừa phải
1,5-1,99 Rất ẩm
2 Quá ẩm ướt
2.2. Số liệu
Số liệu lượng mưa và nhiệt độ trung bình ngày từ năm 1985 đến năm 2014 được sử dụng để
tính toán các chỉ số hạn trình bày ở trên. Số trạm được đưa vào phân tích bao gồm 8 trạm ở vùng
Tây Nguyên lần lượt là: Đắk Tô, Pleiku, Ayunpa, Buôn Ma Thuột, M‟Đrăk, Đắk Nông, Bảo Lộc và
Liên Khương.
610
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
3. KẾT QUẢ
3.1. Tình trạng hạn hán ở khu vực Tây Nguyên
Trong hình 1 mô tả kết quả tính chỉ số J trung bình tháng giai đoạn 1985-2014 ở các trạm khí
tượng Đắk Tô (Kon Tum); Pleiku, Ayunpa (Gia Lai); Buôn Ma Thuột, M‟Đrăk (Đắk Lắk); Đắk Nông
(Đắk Nông); Bảo Lộc, Liên Khương (Lâm Đồng). Từ bảng phân giá trị ngưỡng hạn (Bảng 1) cho thấy
tháng nào có giá trị chỉ số J nằm dưới 30 mm/oC thì tháng đó có hạn, ngược lại trên ngưỡng này thì
không xảy ra hạn. Từ hình 1 cho thấy hạn hán kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 (năm sau) trùng với
mùa khô ở Tây Nguyên, ngược lại các tháng ẩm đa số là trùng với mùa mưa ở Tây Nguyên.
200
180
160
140
120
mm/oC
100
80
60
40
20
0
ThángI1 2II 3
III 4
IV V5 6
VI 7
VII 8
VIII 9
IX 10
X 11
XI 12
XII
Đăk Tô Pleiku Ayunpa BMT
M'Đrăk Đăk Nông Bảo Lộc Liên Khương
Hình 1. Chỉ số khô cằn J trung bình tháng giai đoạn 1985-2014.
Bảng 3 mô tả kết quả chỉ số J được tính trung bình tháng giai đoạn 1985 đến 2014. Rất dễ dàng
nhận thấy được các tháng xảy ra hạn hán và mức độ hạn (hạn vừa, hạn nặng và hạn rất nặng) ở các
trạm dựa vào bảng phân cấp hạn theo màu. Thời kỳ xảy ra hạn hán ở các trạm đều vào mùa khô dao
động từ khoảng tháng 11 đến tháng 4 (năm sau), tuy nhiên thời gian hạn kéo dài và tháng bắt đầu
cũng như kết thúc mùa hạn tương đối khác nhau giữa các trạm. Các trạm Đắk Tô, Pleiku, Ayunpa
có mùa hạn kéo dài nhất là 5 tháng, tiếp theo đó là đến các trạm Buôn Ma Thuột, Liên Khương kéo
dài 4 tháng, cuối cùng độ dài mùa hạn ngắn nhất là 3 tháng gồm các trạm M‟Đrăk, Bảo Lộc và trạm
Đắk Nông.
Bên cạnh đó, những trạm có cùng thời gian bắt đầu kết thúc mùa hạn là trạm Đắk Tô và trạm
Pleiku từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, trạm Buôn Ma Thuột và trạm Liên Khương từ tháng 12 đến
tháng 3, trạm Đắk Nông và trạm Bảo Lộc từ tháng 12 đến tháng 2. Còn lại, trạm Ayunpa có mùa
hạn kéo dài nhất từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau và trạm M‟Đrăk có mùa hạn ngắn nhất từ tháng 1
đến tháng 3.
Như vậy, mùa hạn ở các trạm Tây Nguyên thường kéo dài từ 3 đến 5 tháng tuy nhiên thời điểm
bắt đầu và kết thúc mùa hạn không giống nhau ở các trạm. Mùa hạn đến sớm nhất là ở các trạm Đắk
Tô, Pleiku vào tháng 11 và muộn nhất là trạm M‟Đrăk xảy ra vào tháng 1 (năm sau), còn mùa hạn
kết thúc sớm nhất là các trạm Đắk Nông, Bảo Lộc trong tháng 2 và muộn nhất ở trạm Ayunpa vào
tháng 4.
611
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Bảng 3. Kết quả chỉ số khô cằn J trung bình các tháng của từng trạm giai đoạn 1985-2014.
(Đơn vị:mm/oC)
Chỉ số khô cằn J TB theo tháng giai đoạn 1985-2014
Các trạm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
khí tượng
Đắk Tô 1,2 3,3 15,7 33,3 71,5 78,8 111,8 133,6 105,7 56 24,4 5,1
Pleiku 0,4 2,4 11 31,8 82,3 108,3 146,3 167,9 137,2 80,9 27,1 4,5
Ayunpa 0,8 1,2 5 17,5 49,2 35,4 41,8 53,6 76,4 72,2 51 9,9
BMT 1,9 1,7 11,3 31,6 82,2 85,4 91,8 110,9 119,4 71,5 36,5 8,7
M'Đrăk 22 8,5 15,2 33,2 63,9 38,1 39,2 46,7 77,1 138,5 187,3 99,5
Đắk Nông 5,8 14,7 40,2 63,8 98,3 112 149,5 160,3 157,2 90,1 30,7 9
Bảo Lộc 22,4 22,7 52 82,7 94,9 114,2 149,8 176,1 148,6 135,9 69,9 30
Liên Khương 2,1 5,5 21,7 50,1 74,8 68,6 71 67,1 103,2 86,2 36,6 11,3
*Chú thích: Điều kiện phân bảng theo Bảng 3 (Đơn vị: mm/oC)
Hạn rất nặng
Hạn nặng 5< J 20
Hạn vừa 20< J 30
Ẩm 30< J 60
Rất ẩm J
6 Hạn vừa Hạn nặng Hạn cực nặng
5
4 2
3 3 1
Tháng
3 2
2 2 2 2
1 3 3
1 2 2
1 1 1 1
0
Đăk Tô Pleiku Ayunpa BMT M'Đrăk Đăk Nông Bảo Lộc Liên Trạm
Khương
Hình 2. Số tháng hạn và mức độ hạn hán của các trạm khu vực Tây Nguyên.
Kết hợp bảng 3 và hình 2 cho thấy hiện tượng hạn nặng và hạn rất nặng xảy ra ở 7/8 trạm
ngoại trừ trạm Bảo Lộc. Các trạm phía bắc Tây Nguyên có cường độ hạn hán xảy ra nặng hơn các
trạm phía nam. Cụ thể các trạm Đắk Tô, Pleiku, Ayunpa và Buôn Mê Thuột có 4 đến 5 tháng xảy ra
hạn nặng và hạn rất nặng với giá trị chỉ số J dao động từ 0,4 đến 5 mm/oC. Trong khi đó các trạm từ
M‟Đrắk tới Liên Khương thì chỉ có khoảng từ 2 đến 3 tháng xảy ra hạn nặng và chỉ duy nhất trạm
612
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
Liên Khương có 1 tháng xảy ra hạn rất nặng. Riêng trạm Bảo Lộc chỉ xảy ra hiện tượng hạn vừa với
giá trị chỉ số J từ 22,4 đến 30 mm/oC. Các tháng còn lại xảy ra hạn vừa hoặc không hạn. Hiện tượng
hạn rất nặng thường xảy ra vào tháng 1 đến tháng 3 ở các trạm phía bắc. Các trạm phía nam thì
tháng xảy ra hạn nặng nhiều nhất là tháng 2.
Nhìn chung các trạm ở Tây Nguyên đều xảy ra hạn nặng đến hạn rất nặng trừ trạm Bảo Lộc
(Lâm Đồng) xảy ra với mức hạn nhẹ, trong đó mỗi mức độ hạn (hạn vừa, hạn nặng và hạn rất nặng)
thường kéo dài từ 1 đến 3 tháng. Mức độ hạn lớn nhất xảy ra vào các tháng giữa mùa hạn và giảm
dần vào các tháng đầu và cuối mùa hạn.
3.2. Xu thế hạn hán ở Tây Nguyên giai đoạn 1985-2014
Để xem xét xu thế biến đổi (xu thế tăng/giảm) của hiện tượng hạn hán theo thời gian, ta sử
dụng hệ số A1 trong phương trình hồi quy tuyến tính một biến biểu diễn mối liên hệ giữa giá trị chỉ
số SPI tại các trạm và khoảng thời gian nghiên cứu. Chỉ số SPI được tính theo công thức 2 mục 2.1
sử dụng số liệu tổng lượng mưa năm cho các trạm Tây Nguyên giai đoạn 1985 đến 2014. Dựa trên
bảng phân cấp hạn theo chỉ số SPI (Bảng 2) cho thấy hiện tượng hạn hán xảy ra khi giá trị SPI nhỏ
hơn - 0,55, ngược lại giá trị SPI lớn hơn - 0,55 không xảy ra hạn. Như vậy khi xu thế tuyến tính của
SPI giảm thì khả năng xảy ra hạn hán tăng và ngược lại.
Các thời đoạn nghiên cứu được phân chia thành hai giai đoạn từ 1985 đến 1999 và từ 2000 đến
2014 và trong suốt cả thời kỳ. Hình 3 mô tả xu thế tuyến tính của chỉ số SPI qua các giai đoạn tại
các trạm ở vùng khí hậu Tây Nguyên. Các trạm khí tượng được sắp xếp theo thứ tự từ Bắc đến Nam
Tây Nguyên. Nhìn chung giá trị hệ số A1 cho các trạm ở Tây Nguyên có giá trị không lớn dao động
từ - 0,14 đến 0,09 cho thấy mức độ biến đổi hạn hán giai đoạn 1985 đến 1999 không nhiều. Trong
đó các trạm phía bắc từ Đắk Tô cho tới Buôn Mê Thuột giá trị hệ số A1 nhỏ khoảng từ - 0,05 đến
0,06. Trong khi đó các trạm từ M‟Đrăk cho tới Liên Khương có hệ số A1 có giá trị lớn hơn nằm
trong khoảng từ - 0,14 đến 0,09, điều này cho thấy xu thế biến đổi của hạn hán ở các trạm phía bắc
nhỏ hơn các trạm phía nam.
0.15
0.1
0.05
Hệ số A1
0
-0.05 Trạm
1985-1999
-0.1
2000-2014
-0.15
1985-2014
-0.2
Đăk Tô Pleiku Ayunpa BMT M'Đrắk Đăk Nông Bảo lộc Liên
Khương
Hình 3. Xu thế tuyến tính của chỉ số SPI qua các giai đoạn tại các trạm ở vùng khí hậu Tây Nguyên.
Từ năm 1985 đến 1999 nhìn chung chỉ số SPI của các trạm đều có xu thế tăng, thể hiện qua hệ
số A1 đạt giá trị dương từ 0,025 đến 0,09 ngoại trừ hai trạm Đắk Tô và Pleiku có giá trị hệ số A1
âm. Trong 8 trạm có hai trạm M‟Đrăk và Đắk Nông có hệ số A1 lớn nhất với giá trị 0,09. Trạm có
hệ số A1 nhỏ nhất là trạm Pleiku với giá trị - 0,025.
613
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Đối với giai đoạn từ năm 2000 đến 2014, ta thấy xu thế ngược lại đó là xu thế giảm của chỉ số
SPI ở hầu hết các trạm ngoại trừ trạm Pleiku và Ayunpa. Giá trị hệ số A1 lớn cho thấy mức độ biến
động mạnh của hiện tượng hạn hán, cụ thể trạm Bảo Lộc có giá trị A1 âm là - 0,14, sau đó là tới
trạm Đắk Nông có giá trị - 0,12. Các trạm còn lại giá trị A1 dao động từ khoảng - 0,05 đến 0.05. Xét
chung cho cả thời đoạn dài từ 1985 đến năm 2014 thì xu thế này thể hiện không rõ nét. Tại hầu hết
các trạm SPI có xu thế tăng nhẹ ngoại trừ trạm Đắk Tô và trạm Ayunpa. Giá trị hệ số A1 khoảng từ
- 0,005 đến 0,05. Giá trị này cho thấy mức độ biến đổi của hạn hán ở các trạm Tây nguyên cho cả
thời đoạn nhỏ.
Hình 4 mô tả kết quả chỉ số SPI cho toàn vùng khí hậu Tây Nguyên. Chỉ số SPI sử dụng số
liệu tổng lượng mưa năm của 8 trạm Tây Nguyên giai đoạn 1985 đến 2014. Giá trị SPI nhỏ vào các
năm 1987 đến 1989, 1993 đến 1995, 2004, 2010. Xét trên toàn giai đoạn 1985 đến 2014, SPI có xu
thế tăng hay hiện tượng hạn hán có xu thế giảm với hệ số A1 có giá trị là 0,017.
3.5
3
2.5
2
1.5
y = 0,017x - 0,263
Chỉ số SPI
1
0.5
0
1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013
-0.5
-1
-1.5
-2
Hình 4. Chỉ số SPI cho vùng khí hậu Tây Nguyên giai đoạn 1985-2014.
4. KẾT LUẬN
Các tháng mùa hạn của khu vực Tây Nguyên trùng vào mùa khô ở Tây Nguyên bắt đầu từ
tháng 11-4 năm sau. Tuy nhiên thời điểm bắt đầu và kết thúc mùa hạn không giống nhau ở các trạm.
Mùa hạn đến sớm nhất là ở các trạm Đắk Tô, Pleiku vào tháng 11 và muộn nhất là trạm M‟Đrăk
xảy ra vào tháng 1, còn mùa hạn kết thúc sớm nhất là các trạm Đắk Nông, Bảo Lộc trong tháng 2 và
muộn nhất ở trạm Ayunpa vào tháng 4.
Mùa hạn kéo dài dao động từ 3 đến 5 tháng trong đó phần lớn các trạm có từ 2 đến 4 tháng xảy
ra hạn hán nặng và rất nặng trừ trạm Bảo Lộc (Lâm Đồng), mức độ hạn lớn nhất thường rơi vào các
tháng giữa mùa giảm dần vào các tháng còn lại. Mức độ hạn hán giảm dần từ phía bắc đến nam Tây
Nguyên.
Xu thế tuyến tính của hạn giảm ở hầu hết các trạm từ năm 1985 đến năm 1999 ngoại trừ hai
trạm Đắk Tô và Pleiku. Trong khi đó giai đoạn 2000 đến 2014 cho thấy xu thế tăng ở các trạm trừ
trạm Pleiku và Ayunpa. Nếu xét chung cho toàn Tây Nguyên thì chỉ số SPI có xu thế tăng tương
ứng với hạn có xu thế giảm trên toàn giai đoạn.
614
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Alley W. M. - The palmer drought severity index: limitations and assumptions, Journal of
Climate and Applied Meteorology 23 (1984) 1100.
2. Ju X. S., Yang X. W., Chen L. J., Wang Y. M. - Research on determination of indices and
division of regional flood/drought grades in China, Quartely Journal of applied Meteorology 8
(1) (1997) 26.
3. McKee T. B., Doesken N. J., Kleist J. - The relationaship of drought frought frequency and
duration to time scales, Proceedings of the Eighth Conference on Applied Climatology,
American Meteorologial Society: Boston, 179-184 (1993).
4. Vũ Thanh Hằng - So sánh một vài chỉ số hạn hán ở các vùng khí hậu Việt nam, Tạp chí Khoa học
ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 29 (2S) (2013) 51-57.
5. Vũ Thanh Hằng, Nguyễn Thi Trang - An analysis of drought conditions in Central Vietnam
during 1961 - 2007, VNU Journal of Sciences, Earth Sciences 26 (2010) 75.
6. Vũ Thanh Hằng, Ngô Thị Thanh Hương, Nguyễn Quang Trung, Trịnh Tuấn Long - Dự tính sự
biến đổi của hạn hán ở Miền Trung thời kỳ 2011-2050 sử dụng kết quả của mô hình khu vực
RegCM3, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27 (3S) (2011) 21.
7. WMO - International Meteorological Vocabulary, Geneva, 1992, Vol. 182.
RESEARCH CHARACTERISTICS OF DROUGHT IN HIGHLANDS VIETNAM
Lê Thị Thu Hằng1,*, Bùi Thị Tuyết1
1
Department of Meteorology, Hydrology and Climate Change, Ho Chi Minh University of Natural
Resources and Environment
*
Email: hangle.khituong@hcmunre.edu.vn
ABSTRACT
Daily rainfall data and mean daily temperature from 1985 to 2014 were used to study drought
characteristics in the Central Highlands region of Vietnam using SPI and J index indicators. In this
study, the J is used to determine the degree of drought, and the SPI is used to evaluate the drought's
changing trends. The results show that the drought season lasts from November to April of the
following year, but the start and end of the drought season are different in the stations. Additionally,
droughts occur mainly in the northern provinces of the Central Highlands. There is a slight
downward trend in the period 1985-2014.
Keywords: Drought, Central Highlands, J, SPI.
615
nguon tai.lieu . vn
