Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của enso tới mưa gió mùa mùa hè trên lãnh thổ việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *************** Nguyễn Thị Lan NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ENSO TỚI MƢA GIÓ MÙA MÙA HÈ TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ******************* Nguyễn Thị Lan NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ENSO TỚI MƢA GIÓ MÙA MÙA HÈ TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM Chuyên ngành: Khí tượng – Khí hậu học Mã số: 60440222 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN QUANG ĐỨC Hà Nội – 2013 Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS. Trần Quang Đức – bộ môn Khí tượng và Khí hậu học- người đã định hướng và trực tiếp hướng dẫn tôi từ lúc bắt đầu thực hiện luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô và các cán bộ trong khoa Khí tượng – Thủy văn- Hải dương học cùng các cán bộ Phòng sau đại học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã cung cấp cho tôi những kiến thức chuyên môn quý giá, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian tôi học tập và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và môi trường, đặc biệt là các anh chị và các bạn đồng nghiệp trong Trung tâm nghiên cứu Biển và tương tác Biển- Khí quyển đã cho tôi nhiều kiến thức, kinh nghiệm và tạo điều kiện về thời gian cho tôi tham gia học tập. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập. Trong quá trình thực hiện, luận văn không tránh khỏi có nhiều thiếu sót, vì vậy, tôi rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô, các anh chị và các bạn đồng nghiệp để luận văn có thể hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2013 Học viên Nguyễn Thị Lan i MỤC LỤC Lời cảm ơn...............................................................................................................i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................vi DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................... vii ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................1 CHƢƠNG I: TỔNGQUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ ENSO VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA ENSO ................................................................................................4 1.1. Những nghiên cứu về ENSO trên thế giới ................................................4 1.2. Những nghiên cứu về ENSO tại Việt Nam .............................................16 CHƢƠNG II: NGUỒN SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .22 2.1. Nguồn số liệu .............................................................................................22 2.1.1. Số liệu ENSO ......................................................................................22 2.1.2. Số liệu hoàn lưu ...................................................................................22 2.1.3. Số liệu mưa .........................................................................................23 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................25 2.2.1. Phương pháp xác định thời kì ENSO ..................................................25 2.2.1. Phương pháp phân nhóm các mùa gió mùa mùa hè ENSO ................31 2.2.3. Phương pháp xác định chỉ số gió mùa, mưa gió mùa và một số đặc trưng gió mùa ở Việt Nam .....................................................................................35 2.2.4. Phương pháp phân tích đánh giá ảnh hưởng của ENSO tới gió mùa mùa hè và mưa gió mùa mùa hè ............................................................................38 CHƢƠNG III: ẢNH HƢỞNG CỦA ENSO TỚI GIÓ MÙA MÙA HÈ VÀ MƢA GIÓ MÙA MÙA HÈ Ở VIỆT NAM ...........................................................40 3.1. Xu thế biến động một số đặc trƣng ENSO thời kỳ 1950 - 2010 ...........40 3.2. Xu thế biến động một số đặc trƣng gió mùa thời kỳ 1950 - 2010.........47 3.3. Ảnh hƣởng của ENSO tới gió mùa mùa hè trên lãnh thổ Việt Nam ...50 3.3.1. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển ......................51 3.3.2. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu ..........................54 3.3.3. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina phát triển ......................57 3.3.4. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu..........................60 i 3.3.5. Nhận xét chung ....................................................................................63 3.4. Ảnh hƣởng của ENSO tới mƣa gió mùa mùa hè trên lãnh thổ Việt Nam ...........................................................................................................................66 3.4.1. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển ......................67 3.4.2. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu ..........................71 3.4.3. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina phát triển ......................76 3.4.4. Đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu..........................80 KẾT LUẬN ..........................................................................................................84 KIẾN NGHỊ .........................................................................................................85 Tài liệu tiếng Việt.................................................................................................86 Tài liệu tiếng Anh ................................................................................................ 87 PHẦN PHỤ LỤC .................................................................................................90 ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Chỉ số mưa gió mùa toàn Ấn AIMR (AIRI) Độ Chỉ số hoàn lưu khu vực Đại ATL3I Atlantic index Tây Dương Australian Summer Monsoon Chỉ số gió mùa mùa hè khu AUSMI Index vực Australia BEI The Best ENSO Index Chỉ số ENSO tốt nhất BOM Bureau of Meteorology Văn phòng Khí tượng Úc Chỉ số hoàn lưu sử dụng cho CSHL Chỉ số hoàn lưu khu vực Nam Trung Bộ, Việt Nam Chỉ số đối lưu sử dụng cho CSĐL Chỉ số đối lưu khu vực Nam Trung Bộ, Việt Nam Trung tâm Dự báo khí hậu CPC Climate Prediction Center Hoa Kỳ Chỉ số hoàn lưukhu vực Ấn CI1 Convection Index 1 Độ Chỉ số hoàn lưu khu vực CI2 Convection Index 2 Nam Á The difference between the DU2 westerly zonal wind Chỉ số hoàn lưu vĩ hướng (SEAMI),(MCI2) anomalies averaged over two Đông Nam Á regions Chỉ số gió mùa khu vực EAMI East Asian Monsoon Index Đông Á East Asian Summer Chỉ số gió mùa mùa hè khu EASMI Monsoon Index vực Đông Á Hiện tượng El Nino và dao ENSO El Nino-Southern Oscillation động nam East Asian subtropical Chỉ số gió mùa mùa hè khu ESMI summer monsoon index vực cận nhiệt đới Đông Á The Indian summer Monsoon Chỉ số gió mùa mùa hè khu IMI Index vực Ấn Độ International Research Viện nghiên cứu Quốc tế về IRI Institute for Climate and Khí hậu và Xã hội Ký hiệu viết tắt Từ gốc All-India Monsoon Rainfall (All Indian Rainfall Index) iii Ký hiệu viết tắt Issm GI Guo Index ME Max Entropy MEI MHI NOAA OLR ORLI RM1 Ý nghĩa Từ gốc Society Subtropical Summer Monsoon Index Multivariate ENSO Index Monsoon Hadley Circulation Index National Oceanic and Atmospheric Administration Outgoing Longwave Radiation Outgoing Longwave Radiation Index Rain Monsoon index Chỉ số gió mùa mùa hè khu vực cận nhiệt đới Chỉ số gió mùa mùa hè khu vực Châu Á – Thái Bình Dương Phương pháp phân tích phổ đơn (phổ Entropy cực đại) Chỉ số ENSO tổng hợp Chỉ số hoàn lưu gió mùa Hadley Cục quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia Hoa Kỳ Bức xạ phát xạ sóng dài Chỉ số bức xạ phát xạ sóng dài Chỉ số mưa khu vực Ấn Độ mở rộng Chỉ số gió mùa khu vực Đông Á Chỉ số gió mùa mùa hè khu vực Biển Đông Chỉ số gió mùa khu vực Biển Đông Chỉ số dao động nam Chỉ số hoàn lưu gió mùa mùa hè khu vực Ấn Độ Chỉ số hoàn lưu gió mùa mùa hè khu vực Nam Á Nhiệt độ bề mặt nước biển Chuẩn sai nhiệt độ bề mặt nước biển Chỉ số hoàn lưu gió mùa khu vực Vịnh Bengal SOI Regional Monsoon Index (East Asian Monsoon Index) South China Sea Summer Monsoon South China Sea Monsoon Index Southern Oscillation Index SSI1 Southerly shear Index SSI2 Southerly shear Index SST Sea Surface Temperature Sea Surface Temperature Anomaly Gió vĩ hướng trung bình mực 850 hPa trên vịnh Bengal The first Empirical Chỉ số hoàn lưu khu vực OrthogonalFunction mode of Đông Á RM2(EAMI) SCSSM SCSMI SSTA U bengal UEOF1 iv Ký hiệu viết tắt WMO - UNEP ICSU UNESCO WNPMI Từ gốc the 850 hPa zonal wind World Meteorological Oganization - United Nations Environment Programme International Council for Science - United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization Western Norht Pacific Monsoon Index WYI Weber and Yang Index ZI The mean 850 mb Zonal winds over the western equatorial Atlantic Index XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới v Ý nghĩa Tổ chức Khí tượng thế giới – Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc – Hội đồng Khoa học quốc tế - Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hoá của Liên Hợp Quốc Chỉ số gió mùa khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương Chỉ số hoàn lưu của Weber và Yang Chỉ số hoàn lưu vĩ hướng khu vực Tây Đại Tây Dương xích đạo Vùng áp thấp có hoàn lưu ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số chỉ số gió mùa ...........................................................................10 Bảng 2.1: Các trạm khí tượng được sử dụng trong nghiên cứu ............................24 Bảng 2.2: Các đợt El Nino được xác định theo tiêu chuẩn thứ nhất .....................27 Bảng 2.3: Các đợt La Nina được xác định theo tiêu chuẩn thứ nhất.....................28 Bảng 2.4: Các đợt El Nino được xác định theo tiêu chuẩn thứ hai .......................28 Bảng 2.5: Các đợt La Nina được xác định theo tiêu chuẩn thứ hai.......................29 Bảng 2.6: Kết quả phân loại các mùa gió mùa mùa hè El Nino............................34 Bảng 2.7: Kết quả phân loại các mùa gió mùa mùa hè La Nina ...........................34 Bảng 3.1: Kết quả tính toán chuẩn sai các đặc trưng gió mùa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển ................................................................................54 Bảng 3.2: Kết quả tính toán chuẩn sai các đặc trưng gió mùa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu...................................................................................57 Bảng 3.3: Kết quả tính toán các đặc trưng gió mùa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina phát triển .............................................................................................60 Bảng 3.4: Kết quả tính toán các đặc trưng gió mùa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu ................................................................................................ 63 Bảng 3.5: Chuẩn sai các đặc trưng trung bình theo từng nhóm ............................64 mùa gió mùa mùa hè..............................................................................................64 Bảng 3.6: Giá trị chuẩn sai lượng mưa và chuẩn sai tỷ chuẩn lượng mưa gió mùa mùa hè đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển.....................................67 Bảng 3.7: Giá trị chuẩn sai lượng mưa và chuẩn sai tỷ chuẩn lượng mưa gió mùa mùa hè đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu .......................................72 Bảng 3.8: Giá trị chuẩn sai lượng mưa và chuẩn sai tỷ chuẩn lượng mưa gió mùa mùa hè đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina phát triển ....................................77 Bảng 3.9: Giá trị chuẩn sai lượng mưa và chuẩn sai tỷ chuẩn lượng mưa gió mùa mùa hè đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu .......................................80 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ hoàn lưu Walker ............................................................................6 Hình 1.2: Giới hạn các khu vực Nino ......................................................................6 Hình 2.1: Vị trí các trạm khí tượng sử dụng trong nghiên cứu .............................25 Hình 2.2: Biến trình dị thường nhiệt độ bề mặt nước biển khu vực Nino 3 (a) và khu vực Nino 3.4 (b)......................................................................................................30 Hình 2.3: Sơ đồ khu vực tính chỉ số gió mùa SCSSM ..........................................38 Hình 3.1: Xu thế biến động thời gian kéo dài các đợt El Nino (a) và La Nina (b) .......................................................................................................................................41 Hình 3.2: Xu thế biến động khoảng cách thời gian giữa các đợt ENSO ...............41 Hình 3.3: Xu thế biến động khoảng cách thời gian giữa các đợt El Nino (a) và ..43 La Nina (b) ............................................................................................................43 Hình 3.4: Xu thế biến động khoảng cách thời gian từ đợt El Nino tới đợt La Nina kế tiếp (a) và từ đợt La Nina tới đợt El Nino kế tiếp (b) ...............................................44 Hình 3.5: Xu thế biến động khoảng cách thời gian giữa các đợt ENSO ...............44 Hình 3.6: Xu thế biến động của cường độ các đợt El Nino (a) và La Nina (b) ....45 Hình 3.7: Xu thế biến động của cường độ các đợt El Nino mạnh (a) và ..............46 La Nina mạnh (b)...................................................................................................46 Hình 3.8: Biến trình ngày mở đầu gió mùa mùa hè giai đoạn 1950 - 2010 ..........47 Hình 3.9: Biến trình ngày kết thúc gió mùa mùa hè giai đoạn 1950 - 2010 .........48 Hình 3.10: Biến trình thời gian kéo dài gió mùa mùa hè giai đoạn 1950 - 2010 ..48 Hình 3.11: Biến trình số nhịp gió mùa mùa hè giai đoạn 1950 - 2010 .................49 Hình 3.12: Biến trình thời gian kéo dài gió mùa mùa hè giai đoạn 1950 - 2010 ..50 Hình 3.13: Chuẩn sai ngày bắt đầu (a) và ngày kết thúc mùa gió mùa (b) thuộc nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển.............................................................52 Hình 3.14: Chuẩn sai thời gian kéo dài các mùa gió mùa thuộc nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển .....................................................................................52 Hình 3.15: Chuẩn sai số nhịp các mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển .........53 Hình 3.16: Chuẩn sai cường độ các mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển .....53 Hình 3.17: Chuẩn sai ngày bắt đầu (a) và ngày kết thúc (b) mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu .............................................................................................................55 vii Hình 3.18: Chuẩn sai thời gian kéo dài các mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu .......................................................................................................................................56 Hình 3.19: Chuẩn sai số nhịp các mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu ............56 Hình 3.20: Chuẩn sai cường độ các mùa gió mùa mùa hè El Nino suy yếu .........56 Hình 3.21: Chuẩn sai ngày bắt đầu (a) và ngày kết thúc (b) mùa gió mùa mùa hè La Nina phát triển ..........................................................................................................58 Hình 3.22: Chuẩn sai thời gian kéo dài các mùa gió mùa mùa hè La Nina ..........58 phát triển ................................................................................................................58 Hình 3.23: Chuẩn sai số nhịp các mùa gió mùa mùa hè La Nina phát triển .........59 Hình 3.24: Chuẩn sai cường độ các mùa gió mùa mùa hè La Nina phát triển ......59 Hình 3.25: Chuẩn sai ngày bắt đầu (a) và ngày kết thúc(b) mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu .............................................................................................................61 Hình 3.26: Chuẩn sai thời gian kéo dài các mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu .......................................................................................................................................61 Hình 3.27: Chuẩn sai số nhịp các mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu ............62 Hình 3.28: Chuẩn sai cường độ các mùa gió mùa mùa hè La Nina suy yếu.........62 Hình 3.29: Chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino ....68 phát triển ................................................................................................................68 Hình 3.30: Phân bố chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè ....69 El Nino phát triển ..................................................................................................69 Hình 3.31: Phân bố chuẩn sai tỷ chuẩn lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino phát triển ..............................................................................................70 Hình 3.32: Chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè El Nino ....73 suy yếu ...................................................................................................................73 Hình 3.33: Phân bố chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè ....74 El Nino suy yếu .....................................................................................................74 Hình 3.34: Phân bố tỷ chuẩn lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè ......75 El Nino suy yếu .....................................................................................................75 Hình 3.35: Chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè .................76 La Nina phát triển ..................................................................................................76 Hình 3.36: Phân bố chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè ....78 viii La Nina phát triển ..................................................................................................78 Hình 3.37: Phân bố tỷ chuẩn lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè ......79 La Nina phát triển ..................................................................................................79 Hình 3.38: Chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè La Nina ...81 suy yếu ...................................................................................................................81 Hình 3.39: Phân bố chuẩn sai lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè ....82 La Nina suy yếu .....................................................................................................82 Hình 3.40: Phân bố tỷ chuẩn lượng mưa đối với nhóm mùa gió mùa mùa hè ......83 La Nina suy yếu .....................................................................................................83 ix ĐẶT VẤN ĐỀ Tương tác giữa đại dương và khí quyển tạo nên tính đa dạng trong hệ thống khí hậu Trái Đất. ENSO (El Nino-Southern Oscillation) là thuật ngữ được dùng để chỉ hai hiện tượng El Nino và La Nina (hai pha của hiện tượng ENSO). Bản chất của hiện tượng ENSO là thể hiện mối tương tác giữa đại dương và khí quyển miền vĩ độ thấp Thái Bình Dương. El Nino (pha nóng của ENSO) là hiện tượng nhiệt độ bề mặt nước biển phía Đông và trung tâm Thái Bình Dương xích đạo nóng lên một cách dị thường, kéo dài khoảng một năm với chu kỳ không đều, khoảng 3-5 năm. La Nina (pha lạnh của ENSO) là hiện tượng nhiệt độ bề mặt nước biển phía Đông Thái Bình Dương xích đạo lạnh đi so với bình thường. Dao động nam dùng để chỉ sự dao động bập bênh khí áp bề mặt khu vực Đông Thái Bình Dương, Tây Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương miền nhiệt đới và thường biến động mạnh trong thời kỳ ENSO [5].Các đợt El Nino hoặc La Nina thường xảy ra kế tiếp nhau, có khi sau những hiện tượng này lại là điều kiện bình thường (không ENSO), cũng có khi nhiều đợt El Nino hoặc nhiều đợt La Nina xảy ra nối tiếp nhau [5]. Hiện tượng ENSO diễn ra không chỉ gây ảnh hưởng tới vùng nhiệt đới Thái Bình Dương mà còn tác động mạnh mẽ tới thời tiết khí hậu ở nhiều nơi khác trên thế giới với mức độ khác nhau và rất đa dạng [5,6], những ảnh hưởng này có thể tiếp tục kéo dài khi hiện tượng ENSO đã chấm dứt [47].Đối với từng khu vực cụ thể, có thể xác định được những ảnh hưởng chủ yếu có tính đặc trưng của mỗi hiện tượng nói trên [6]. Trong những năm diễn ra El Nino, khu vực phía Đông Thái Bình Dương-vùng bờ Tây của Nam Mỹ và cận nhiệt đới Bắc Mỹ mưa nhiều và ẩm ướt hơn bình thường, trong khi đó, ở miền Tây Thái Bình Dương và các vùng lân cận, sự phát triển của đối lưu và mây mưa bị hạn chế do đó xảy ra điều kiện khô hạn hơn bình thường, các hoạt động giông, bão, mưa giảm hẳn. ENSO là một trong những hiện tượng được coi là gây nhiều hậu quả kinh tế xã hội ở nhiều vùng trên trái đất, do đó,cơ chế hoạt động và những ảnh hưởng của ENSO đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Việt Nam là một nước thuộc vùng Đông Nam Á, lãnh thổ hẹp ngang kéo dài từ bắc tới nam trên 15 vĩ độ, toàn bộ phía đông và phía nam giáp biển, phía tây Việt Nam là lục địa Miến Điện, Ấn Độ, Ả Rập, phía bắc là lục địa Trung Quốc và Siberia, lại nằm trong khu vực nội chí tuyến của Bắc bán cầu. Nằm ở vị trí đặc biệt, khí hậu Việt Nam mang nhiều nét độc đáo, hầu như không so sánh được với bất cứ một nơi nào khác trên thế giới. Một mặt, đó là những điều kiện hành tinh do chế độ mặt trời khu vực nội chí tuyến quyết định, mặt khác, đó là khu vực chịu tác động mạnh mẽ của hoàn lưu gió mùa. Cả hai nguyên nhân kết hợp với nhau trong điều kiện phức tạp về địa lý đã dẫn tới những hệ quả vô cùng đặc sắc trong chế độ thời tiết. 1 Ở nước ta, hoàn lưu gió mùa lấn át một cách rõ rệt hoàn lưu tín phong, nhưng ở từng lúc, từng nơi, tín phong vẫn phát huy một phần tác dụng nào đó, tham gia vào hoàn lưu gió mùa. Kết quả là xuất hiện một cơ chế hoàn lưu vừa phản ánh những quy luật chung của hành tinh, vừa có tính chất địa phương. Chịu tác động của nhiều hoàn lưu, dòng ẩm từ các trung tâm tác động khác nhau, hằng năm ở Việt Nam tồn tại hai chế độ gió: gió mùa mùa đông và gió mùa mùa hè. Hoàn lưu gió mùa mùa hè chịu sự chi phối của các trung tâm tác động chính bao gồm: áp cao cận nhiệt đới Nam Ấn Độ Dương, áp thấp Ấn Độ-Miến Điện, áp thấp gió mùa Vịnh Bengal, áp cao cận nhiệt Bắc Thái Bình Dương, áp cao Châu Úc (Nam Bán Cầu). Do đó, hoàn lưu gió mùa mùa hè ở Việt Nam cần được xét đến trong toàn bộ cơ chế phức tạp, không phải chỉ có những nguyên nhân nhiệt lực mà còn có cả nguyên nhân động lực, không phải chỉ có những yếu tố khu vực mà còn cả những yếu tố hành tinh, không phải chỉ có một cơ chế tác động riêng lẻ mà có nhiều cơ chế góp phần tạo thành những hệ quả khí hậu làm sai lệch khá nhiều so với những diễn biến theo chế độ bức xạ mặt trời. Gió mùa mùa hè hoạt động trong khoảng tháng 5 tới tháng 10, mạnh nhất vào khoảng tháng 6 tới tháng 8 bao trùm toàn bộ vùng lãnh thổ nước ta với hướng gió thịnh hành Tây Nam đôi khi có xen kẽ gió Đông Nam và gió cực đới. Hệ quả thời tiết do gió mùa mùa hè gây ra là mưa nhiều, mưa rào và dông ở miền Bắc và miền Nam, trong khi đó ở miền Trung, hoạt động của gió Tây khô nóng trở nên mạnh mẽ do hiệu ứng chắn gió của dãy Trường Sơn. Các hiện tượng mưa lớn hay hạn hán trong thời kỳ gió mùa mùa hè có quan hệ chặt chẽ với diễn biến của chế độ gió mùa thông qua các đặc trưng như ngày mở đầu, ngày kết thúc, số nhịp, cường độ của gió mùa mùa hè. Đặc biệt, thời điểm bùng nổ gió mùa mùa hè có liên quan chặt chẽ đến sự thay thế đột ngột mùa khô bởi mùa mưa trong chu kỳ hàng năm.Sự biến động ngày mở đầu và hoạt động của gió mùa mùa hè là nguyên nhân dẫn đến những thảm họa thiên nhiên như lũ lụt, hạn hán trên một phạm vi rộng lớn, do đó, có vai trò quan trọng đối với các hoạt động kinh tế, xã hội, quản lý tài nguyên nước, phòng chống thiên tai, đặc biệt đối với một quốc gia nông nghiệp như Việt Nam.ENSO xuất hiện làm thay đổi các trung tâm nhiệt trên các đại dương, cả về vị trí lẫn quy mô, làm biến đổi tính chất của các khối khí trên bề mặt, làm thay đổi và biến dạng các hoàn lưu chính trong vùng nhiệt đới như hoàn lưu Walker và Hadley.Nằm trong khu vực nội chí tuyến, kế cận phần phía Tây của hoàn lưu Walker trên Thái Bình Dương,chế độ hoàn lưu ở Việt Nam chịu ảnh hưởng lớn của hiện tượng ENSO.Vì vậy, ảnh hưởng của ENSO tới mưa gió mùa mùa hè là vấn đề cần được quan tâm, không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu mà còn có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội. Ảnh hưởng củaENSO trước hết thể hiện qua ảnh hưởng tới cơ chế hoàn lưu trong khu vực, do đó kéo theo những đặc điểm về thời tiết khí hậu của Việt Nam. Có thể thấy rằng, hiện nay trên thế giới có rất nhiều những công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của ENSO tới các yếu tố khí tượng nói chung. Tuy nhiên các nghiên cứu hầu hết là tính toán cho một khu vực rộng lớn mà chưa quan tâm nhiều tới khu vực nhỏ. Đối với hoàn lưu gió mùa mùa hè, những 2 nghiên cứu ở Việt Nam ít quan tâm tới lượng mưa gió mùa mùa hè mà thường quan tâm tới lượng mưa năm. Nhằm góp phần làm rõ ảnh hưởng của ENSO tới hoàn lưu gió mùa và mưa gió mùa mùa hè, luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của ENSO tới mưa gió mùa mùa hè trên lãnh thổ Việt Nam”. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của ENSO tới hoạt động của gió mùa mùa hè và mưa gió mùa mùa hè thông qua những đặc điểm như ngày mở đầu, ngày kết thúc, cường độ, số nhịp gió mùa dựa trên việc tính toán các chỉ số và phân tích đánh giá ảnh hưởng của ENSO tới gió mùa mùa hè và mưa gió mùa mùa hè. Cấu trúc của luận văn bao gồm 3 chương:  Chương 1: Tổng quan những nghiên cứu và ảnh hưởng của ENSO  Chương 2: Nguồn số liệu và phương pháp nghiên cứu  Chương 3: Ảnh hưởng của ENSO tới gió mùa mùa hè và mưa gió mùa mùa hè ở Việt Nam 3 CHƢƠNG I: TỔNGQUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ ENSO VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA ENSO 1.1. Những nghiên cứu trên thế giớivề ENSO và ảnh hƣởng của ENSO Nguyên nhân hình thành, cơ chế hoạt động của ENSO đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ rất sớm. Ngay từ thập kỷ 20 của thế kỷ trước, Gibert Walker đã nhận thấy có sự liên quan giữa khí áp ở phía Tây và phía Đông Thái Bình Dương, đồng thời nhận thấy hiện tượng hạn hán ở khu vực Indonesia, Australia, Ấn Độ và mùa đông Bắc Mỹ ấm hơn bình thường khi khí áp ở bờ Đông Thái Bình Dương giảm. Tuy nhiên, do điều kiện thiếu thốn về số liệu cũng như hạn chế về khoa học công nghệ nên lúc bấy giờ, các nhà khoa học chưa thể làm rõ được mối liên hệ này. Khoảng 4 thập kỉ sau đó, những nghiên cứu về nguyên nhân hình thành ENSO do cơ chế hoàn lưu đã bước đầu được nghiên cứu. Vào giữa những năm 1960, từ những số liệu thu thập được nhà khoa học Jakob Bjerknes nhận thấy thông thường khí áp phía Đông cao hơn phía Tây Thái Bình Dương, do đó dòng tín phong ở khu vực xích đạo thổi từ Đông sang Tây. 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 Thái Bình Dương. 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 Thái Bình Dương 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 (Hình 1.1). Chênh lệch nhiệt độ và khí áp giữa Đông và Tây Thái Bình Dương càng lớn, hoàn lưu Walker càng mạnh, ngược lại, chênh lệch nhiệt độ và khí áp giảm, hoàn lưu Walker yếu đi. Ông cho rằng, hiện tượng ENSO có liên quan tới sự suy yếu của đới gió Đông tín phong chứ không chỉ là sự nóng lên cục bộ của nước biển ngoài khơi ở khu vực Nam Mỹ. 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 Thái Bình Dương cao hơn phía Đông, 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 Thái Bình Dương, được gọi là “nêm nhiệt”. Độ sâu của nêm nhiệt bờ phía Tây khoảng 200m, giảm dần về bờ phía Đông chỉ còn vài chục mét. 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 nêm nhiệt giảm đi[6]. Khi có thêm các nguồn số liệu, cơ chế hoạt động của ENSO trong mối tương tác đại dương-khí quyển tiếp tục được làm rõ. Do cường độ của hoàn lưu Walker có liên quan tới sự chênh lệch khí áp giữa vùng trung tâm (trạm Tahiti) và phía Tây Thái Bình Dương (trạm Darwin), vì vậy người ta sử dụng hiệu số khí áp giữa hai trạm đặc trưng này để đánh giá cường độ của hoàn lưu Walker cũng như của ENSO. Giá trị âm 4 SOI (South Oscillation Index) càng lớn thì El Nino càng mạnh, ngược lại, giá trị dương SOI càng lớn thì La Nina càng mạnh. Sự nóng lên của nước biển bề mặt cùng với sự thay đổi của nhiều yếu tố liên quan khác xảy ra trên toàn bộ vùng nhiệt đới Thái Bình Dương, do đó các trị số nhiệt độ bề mặt nước biển (SST-Sea Surface Temperature) và chuẩn sai của nó (SSTA - Sea Surface Temperature Anomaly) thường được sử dụng để đặc trưng cho ENSO. Ý nghĩa vật lý của việc sử dụng SST của các khu vực đặc trưng cho hoạt động của ENSO được giải thích như sau: trên Đại Tây Dương và Thái Bình Dương, các nhà khoa học đã xác định được những vùng cán cân nhiệt cao và gọi đó là những “vùng hoạt nhiệt” hoặc những “ổ tương tác đại dương -khí quyển”. Khái niệm về vùng hoạt nhiệt này giúp lựa chọn hướng nghiên cứu trong lĩnh vực tương tác đại dương - khí quyển phạm vi lớn: chỉ số chính ảnh hưởng của đại dương lên hoàn lưu khí quyển và thời tiết có thể là những dị thường của nhiệt độ nước biển, nhờ nó có sự phân bố lại các dòng chảy, tạo thành những nét chung trường nhiệt của đại dương. Hiện nay, nhiều chỉ số ENSO được tính toán thông qua trị số chuẩn sai nhiệt độ bề mặt nước biển tại bốn khu vực (được gọi là các khu vực Nino), bao gồm: khu vực Nino 1+2 (0-10°S, 90-80°W);khu vực Nino 3(5°N-5°S, 150-90°W); khu vực Nino 4 (5°N-5°S, 160°E-150°W)và khu vực Nino 3.4(5°N-5°S, 170°E-150°W) [52] (Hình 1.2). Ngoài chuẩn sai nhiệt độ bề mặt nước biển khu vực nhiệt đới Thái Bình Dương (SSTA) và chỉ số dao động nam (SOI), ENSO còn được thể hiện qua nhiều đặc trưng khí tượng hải văn khác như gió ở các tầng, bức xạ sóng dài, khí áp, mực nước biển,...Do đó, diễn biến của những đặc trưng này cũng có thể phản ánh ở mức độ nhất định diễn biến của hiện tượng ENSO và cũng thường được sử dụng như một chỉ tiêu hỗ trợ khi phân tích hiện tượng này. Do hiện tượng ENSO được biểu hiện qua nhiều đặc trưng khí tượng và hải văn không hoàn toàn đồng pha với nhau, do đó các nhà khoa học đã đưa ra ý tưởng xây dựng những chỉ số tổng hợp bao gồm nhiều đặc trưng khác nhau được liên kết với nhau bằng một cơ cấu nào đó để có thể phản ánh được đầy đủ hơn diễn biến thực của nó[19]. Năm 1999, chỉ số ENSO tổng hợp (MEI-Multivariate ENSO Index) bao gồm 6 tham biến: khí áp mặt biển, gió kinh hướng, gió vĩ hướng, nhiệt độ mặt nước biển, nhiệt độ không khí và tỷ lệ mây tổng quan bao phủ bầu trời đã được đề xuất. Từ các trường đặc trưng ban đầu, người ta chuẩn hóa theo tổng phương sai của mỗi trường, xác định thành phần chính thứ nhất của ma trận hiệp phương sai của trường đã tổng hợp, từ đó xác định giá trị của MEI. MEI có giá trị dương tương ứng với pha El Nino, ngược lại, giá trị âm tương ứng với pha La Nina [34]. Một số chỉ số khác cũng được sử dụng để đánh giá ENSO như: SSTA khu vực Ấn Độ Dương, chỉ số tín phong ở mực 850 hPa khu vực trung tâm Thái Bình Dương, chỉ số tín phong ở mực 850 hPa khu vực Đông Thái Bình Dương, phát xạ sóng dài trong khu vực xích đạo giữa các kinh độ 5 160° E và 160 °W, trị số chuẩn hóa khí áp mực biển khu vực Indonesia, Đông Thái Bình Dương xích đạo, SOI xích đạo[3,11]. (a) (b) Hình 1.1: Sơ đồ hoàn lưu Walker a) Điều kiện bình thường, b) Điều kiện El Nino (Nguồn: Cục quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia Hoa Kỳ-NOAA) Hình 1.2: Giới hạn các khu vực Nino Cùng với việc ra đời của các chỉ số ENSO, một vấn đề được các nhà khoa học quan tâm là sử dụng các chỉ số trên trong việc xác định pha ENSO và các đợt ENSO như thế nào? Đây là điều rất cần thiết trong đánh giá tác động của ENSO cũng như nghiên cứu quy luật diễn biến của nó. Trong nhiều nghiên cứu, các pha và đợt ENSO thường được xác định thông qua chuẩn sai nhiệt độ bề mặt nước biển các khu vực Nino, tuy nhiên, khu vực Nino sử dụng để tính SSTA, ngưỡng giá trị SSTA của các pha ENSO và thời gian kéo dài trung bình trượt của SSTA có thể khác nhau. Một số nghiên cứu khác lại sử dụng chỉ số SOI để xác định các pha ENSO. Trong một số tài liệu của cơ quan khí tượng Úc, đợt ENSO được xác định là những tháng có SSTA của khu vực Nino 3 vượt ngưỡng ±1°C, còn trong dự báo của Văn phòng Khí tượng Úc (BOM – Bureau of Meteorology)ngưỡng xác định pha ENSO là ±0.8°C. Viện Nghiên cứu Khoa học Trái đất (Institute of Earth Sciences) lấy 6 ngưỡng là 0,9°C đối với SSTA khu vực Nino 3.4 để xác định đợt ENSO, các công trình tại Mỹ lại sử dụng ngưỡng ±0.5°C đối với khu vực này[19].Trong công trình nghiên cứu“Hiện tượng El Nino 1997-1998: một thể nghiệm khoa học và kĩ thuật” được công bố năm 1999 của WMO-UNEP -ICSU -UNESCO đãnêu ra chỉ tiêu để xác định thời kì El Nino của tác giả Trenberth (1997) như sau: El Nino là khoảng thời gian có trung bình trượt 5 tháng của SST khu vực Nino 3.4 vượt giới hạn 0,4°C, kéo dài ít nhất 6 tháng.Viện nghiên cứu Quốc tế về Khí hậu và Xã hội (International Research Institute for Climate and Society, IRI) cũng sử dụng định nghĩa này, tuy nhiên Trenberth cho rằng định nghĩa này cần được phát triển thêm[45]. Không sử dụng SST tại các khu vực Nino, cơ quan khí tượng Nhật Bản đưa ra định nghĩa: đợt El Nino là thời kì có giá trị trung bình trượt 5 tháng của SSTA tại khu vực (4°N-4°S, 150°W-90°W) vượt 0,5°C kéo dài 6 tháng trở lên. Cách xác định này đã được nhiều tài liệu khác sử dụng nhưng thay bằng khu vực Nino 3, theo đó thời kì có giá trị trung bình trượt 5 tháng của SSTA khu vực Nino 3 vượt ngưỡng ±0,5°C kéo dài 6 tháng trở lênđược coi là một đợt ENSO [6,19,52]. Cũng sử dụng định nghĩa của cơ quan khí tượng Nhật Bản, nhưng có bổ sung, Pao-Shin Chu và Jianxin đưa ra cách xác định: El Nino là thời kì có trung bình trượt 5 tháng của SSTA khu vực Nino 3 vượt 0,5°C kéo dài 6 tháng nhưng phải có ít nhất 1 tháng có SSTA vượt 1°C [40]. Trung tâm Dự báo khí hậu Hoa Kỳ(CPC - Climate Prediction Center, http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/) sử dụng SSTA khu vực Nino 3.4 để xác định ENSO theo mùa bằng cách tính trung bình trượt 3 tháng, trị số này lớn hơn 0,5°C (kéo dài ít nhất 5 tháng) tương ứng với El Nino và nhỏ hơn 0,5°C (kéo dài ít nhất 5 tháng) tương ứng với La Nina. Theo đó cách xác định cấp cường độ của ENSO cũng được sử dụng: khi SSTA tại khu vực Nino 3.4 >1°C (<-1°C) tương ứng với El Nino (La Nina) trung bình và khi SSTA > 1,5°C (<-1,5°C) tương ứng với El Nino (La Nina) mạnh [19]. Ngoài phương pháp sử dụng SSTA, năm 2006, thông qua cuộc điều tra của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) đối với các nước thành viên, Cục Khí tượng Bangladesh đã đưa ra định nghĩa: El Nino, La Nina là thời kỳ liên tục kéo dài 3 tháng trở lên có chỉ số SOI vượt ngưỡng ±5[53]. Trong khi đó, nhiều tài liệu của Úc đã lấy giá trị 10 làm ngưỡng: SOI nhỏ hơn 10 tương ứng với El Nino và lớn hơn 10 tương ứng với La Nina[19]. Các định nghĩa đã nêu sử dụng SST hoặc SOI để xác định pha ENSO, tuy nhiên, diễn biến của SST không phải lúc nào cũng phù hợp với diễn biến của SOI,vì vậy, nếu coi ENSO phải được thể hiện đồng thời ở cả đại dương và khí quyển thì đánh giá ENSO cũng phải kết hợp hai chỉ số SSTA và SOI. Theo đó, năm 2000, Smith, C.A và Sardeshmuck đã sử dụng kết hợp giữa hai chỉ số SSTA và Nino 3.4/SOI chuẩn hóa để đưa ra chỉ số BEI (the Best ENSO Index) cho từng tháng bằng trung bình trượt 5 tháng của thời kì 1871-2004. Khi đó BEI dương biểu hiện pha ENSO nóng và ngược lại. Tuy 7 nhiên để xác định các đợt El Nino thì BEI phải vượt giới hạn giá trị độ lệch chuẩn của chuỗi BEI tháng, cụ thể BEI là phải vượt giá trị ±0,96 [44]. Cùng với việc xác định trực tiếp các đợt ENSO thông qua các chỉ số đã nêu ở trên, có thể sử dụng phương pháp phân tích phổ để khảo sát tính chu kì của chuỗi các chỉ số biểu thị ENSO như SOI hoặc chỉ số tổ hợp SST-Nino 3.4/SOI[44]. Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, nguyên nhân hình thành, cơ chế hoạt động cũng như ảnh hưởng của ENSO tới các điều kiện thời tiết khí hậu ở những khu vực khác nhau đã thu hút được sự chú ý của các nhà khoa học trên thế giới, nhất là trong những thập kỉ gần đây. Nghiên cứu cấu trúc của mực nước biển trong các đợt El Nino cho thấy sự biến động của mực nước phụ thuộc vào vĩ độ và sự khác nhau giữa các đợt ENSO và không ENSO. Sự dao động của ENSO phụ thuộc rất lớn vào vào quá trình nhiệt động lực, trong đó bình lưu vĩ hướng và nước trồi đóng vai trò quan trọng nhất[25]. Người ta vẫn thường cho rằng Ấn Độ Dương đóng vai trò rất lớn trong hoạt động của gió mùa Châu Á. Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng sự biến đổi trong chế độ gió mùa có liên quan với những biến động của nhiệt độ nước biển bề mặt Thái Bình Dương. Những ảnh hưởng của ENSO tới một số yếu tố thời tiết khí hậu ở nhiều nơi cũng được nghiên cứu. Trong [1,6] các tác giả cho thấy, ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới giảm đi trong điều kiện El Nino, ngược lại trong điều kiện La Nina hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới mạnh hơn bình thường. Một nghiên cứu của Rasmusson cho thấy trong thời kì El Nino thường có sự thiếu hụt đáng kể lượng mưa khu vực Ấn Độ và Sri Lanka [42]. Từ những kết quả nghiên cứu, các nhà khoa học đã xây dựng các mô hình dự báo ENSO, bước đầu dự báo được sự bắt đầu, phát triển và suy yếu của El Nino trước một vài tháng. Đồng thời tác động của ENSO tới thời tiết, khí hậu, đặc biệt là biến động mùa và năm của nhiệt độ, lượng mưa cũng được các nhà khoa học chú ý. Các chỉ số SOI, SST, mối quan hệ giữa các chỉ số này với số liệu khí hậu như nhiệt độ, lượng mưa,...ở nhiều vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới được nhiều tác giả sử dụng [14,29]. Những ảnh hưởng của ENSO trước hết làm thay đổi cơ chế hoàn lưu. Theo Ropelewski và Helpert (1987), Ramusson và Wallace (1983), ENSO làm xáo trộn hoàn lưu chung khí quyển và do đó làm rối các kiểu thời tiết. Trong các dòng hoàn lưu thì gió mùa nói chung và gió mùa mùa hè nói riêng hình thành do hai nguyên nhân chính: nguyên nhân động lực và nguyên nhân nhiệt lực. Nguyên nhân động lực thể hiện ở sự dịch chuyển kinh hướng của các đới khí áp và gió theo mùa, phù hợp với cán cân bức xạ mặt trời. Nguyên nhân nhiệt lực thể hiện ở sự phân bố không đều của nhiệt độ giữa lục địa và đại dương trong hai mùa [50].Do đó, hoàn lưu gió mùa có liên quan tới những tương tác giữa đại dương và khí quyển hay nói cách khác, có liên hệ với ENSO. 8