TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN BÙI THU HÀ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG ENSO ĐẾN LƯỢNG MƯA TRÊN KHU VỰC BẮC BỘ VIỆT NAM TRONG NHỮNG THẬP KỶ GẦN ĐÂY Hà Nội, năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN BÙI THU HÀ NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG ENSO ĐẾN LƯỢNG MƯA TRÊN KHU VỰC BẮC BỘ VIỆT NAM TRONG NHỮNG THẬP KỶ GẦN ĐÂY Chuyên ngành: Khí tượng học Mã ngành: D44021 Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Bình Phong Hà Nội, năm 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án nghiên cứu hướng dẫn ThS Nguyền Bình Phong Nội dung nghiên cứu kết đồ án trung thực chưa công bố hình thức trước Số liệu bảng, hình, biểu đồ phục vụ cho việc phân tích, nhận xét đánh giá tác giả thu thập xây dựng từ nguồn số liệu khác Các tài liệu tham khảo, nhận xét, đánh giá tác giả, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nội dung đồ án tốt nghiệp Hà Nội ngày 10 tháng năm 2016 Sinh viên Bùi Thu Hà LỜI CÁM ƠN Có câu danh ngôn người Hàn sau: “Không thành công cả” Đúng vậy, thực tế thành công mà không gắn liền với giúp đỡ hỗ trợ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian bốn năm học tập giảng đường đại học đến nay, chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ Thầy Cô, gia đình bạn bè Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Cô công tác khoa Khí Tượng Thủy Văn - Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội Trong suốt thời gian chúng em học tập nhà trường, thầy cô tận tình bảo, truyền đạt vốn kiến thức, kinh nghiệm quý báu cùng quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập, tìm hiểu, tích lũy kiến thức kinh nghiệm nghề nghiệp Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo - Thạc sĩ Nguyễn Bình Phong người trực tiếp hướng dẫn, bảo nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Mặc dù cố gắng để thực đồ án cách hoàn chỉnh nhất, song có hạn chế kiến thức trình độ chuyên môn nên em tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa thấy Vì thế, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ Thầy Cô bạn để Đồ án hoàn thiện tốt Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tượng ENSO 1.1.1 Khái niệm ENSO 1.1.2 Cơ chế vật lý ENSO 1.1.3 Phân vùng NINO 10 1.1.4 Các số xác định tượng ENSO 11 1.1.5 Diễn biến tượng ENSO thời gian gần 14 1.2 Tổng quan 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 nước 19 1.3.1 Nghiên cứu nước 19 1.3.2 Nghiên cứu 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 năm không ENSO 31 2.2.3 Phương pháp đánh giá tác động tượng ENSO đến lượng mưa khu vực Bắc Bộ 32 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 34 3.1 Các đợt ENSO giai đoạn 1981-2015 34 3.2 Kết phân loại năm ENSO năm không ENSO 35 3.3 Sự biến đổi lượng mưa khu vực Bắc Bộ 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 tháng mùa 54 KẾT LUẬN 61 KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 65 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng phân vùng NINO .11 Bảng 2.1 Thông tin trạm khí tượng khu vực nghiên cứu 29 Bảng 3.1 Các đợt El Nino thời kỳ 1981-2015 34 Bảng 3.2 Các đợt La Nina thời kỳ 1981-2015 34 Bảng 3.3 Phân loại năm ENSO năm không ENSO 35 Bảng 3.4 Thống kê chuẩn sai lượng mưa năm toàn Bắc Bộ 36 Bảng 3.5 Thống kê chuẩn sai âm, dương tháng mùa mưa: (a) – tháng 5; (b) – tháng 6; (c) – tháng 7; (d) – tháng 8; (e) – tháng 9; (f) – tháng 10 54 Bảng 3.6 Thống kê chuẩn sai âm, dương tháng mùa mưa: (a) – tháng 1; (b) – tháng 2; (c) – tháng 3; (d) – tháng 4; (e) – tháng 11; (f) – tháng 12 57 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hoàn lưu Walker điều kiện thường Hình 1.2 Vòng hoàn lưu vĩ hướng vùng xích đạo Hình 1.3 Độ cao mực nước biển phía Đông Tây TBD thời kỳ bình thường Hình 1.4 Sơ đồ hoàn lưu Walker điều kiện bình thường (Nguồn: Phòng Thí nghiệm khí quyển- Đại Dương PMEL, NOAA) Hình 1.5 Độ cao mực nước biển phía Đông Tây TBD thời kỳ La Nina Hình 1.6 Sơ đồ Hoàn lưu Walker điều kiện mạnh bình thường Hình 1.7.Tổng kết thích ứng TBD khí tượng La Nina (Trenbert, 1991) .7 Hình 1.8 Độ cao mực nước biển phía đông tây TBD thời kỳ El Nino Hình 1.9 Sơ đồ Hoàn lưu Walker điều kiện yếu bình thường ( Nguồn: Phòng Thí nghiệm khí quyển- Đại Dương PMEL, NOAA) .8 Hình 1.10 Tổng kết thích ứng TBD khí hiệntượng El Nino (Trenbert, 1991) Hình 1.11 Các sóng chế ENSO 10 Hình 1.12 Các vùng NINO TBD (Nguồn http://www.esrl.noaa) .11 Hình 1.13 Chỉ số SOI thời kỳ 1880-2010 13 Hình 1.14 Vị trí địa lý khu vực Bắc Bộ Việt Nam 16 Hình 1.15 Bản đồ tỉnh khu vực Bắc Bộ Việt Nam .17 Hình 3.1 Chuẩn sai lượng mưa năm năm ET: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 37 Hình 3.2 Chuẩn sai lượng mưa năm năm SE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 38 Hình 3.3 Chuẩn sai lượng mưa năm năm LT: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 39 Hình 3.4 Chuẩn sai lượng mưa năm năm SL: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 40 Hình 3.5 Chuẩn sai lượng mưa năm năm NE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 41 Hình 3.6 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm ET: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 43 Hình 3.7 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm SE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 44 Hình 3.8 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm LT: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 45 Hình 3.9 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm SL: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 46 Hình 3.10 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm NE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ 47 Hình 3.11 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm ET: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ .49 Hình 3.12 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm SE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ .50 Hình 3.13 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm LT: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bô .51 Hình 14 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm SL: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ .52 Hình 3.15 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm NE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ .53 MỞ ĐẦU Hiện nay, nóng lên toàn cầu làm băng tan mạnh, mực nước biển dâng cao gia tăng tượng thời tiết cực đoan nguy hiểm Biến đổi khí hậu vấn đề giới quan tâm ý có Việt Nam Sự biến đổi yếu tố, khí hậu thời tiết cực đoan diễn mạnh mẽ quy mô khu vực quy mô toàn cầu Trong nghiên cứu dị thường thời tiết khí hậu, nhà khoa học đặc biệt ý đến tượng ENSO Mỗi tượng El Nino La Nina xảy ra, khí hậu thời tiết lại có diễn biến bất thường gây hạn hán, lũ lụt thiên tai nghiêm trọng nhiều vùng khác giới Hiện tượng El Nino La Nina thể biến động dị thường hệ thống khí - đại dương với quy mô thời gian năm, có tính chu kỳ chuẩn chu kỳ Trong tình hình biến đổi khí hậu - nóng lên toàn cầu, tượng ENSO có biểu dị thường cường độ Nghiên cứu tượng ENSO để hiểu biết chế vật lý, đặc điểm quy luật diễn biến hậu tác động chúng để từ cảnh báo trước xuất ENSO, ảnh hưởng xảy thời tiết, khí hậu kinh tế - xã hội để có biện pháp phòng, tránh hiệu quả, hạn chế giảm nhẹ thiệt hại ENSO gây Hiện tượng ENSO ảnh hưởng đến thời tiết, khí hậu toàn cầu khu vực khác với mức độ khác đa dạng Trên giới nước có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề này, tập trung chủ yếu vào lượng mưa, cực trị nhiệt độ tượng liên quan rét đậm, rét hại, hạn hán, mưa lớn…Một yếu tố có tính biến động mạnh quan trọng lượng mưa Tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu cho khu vực Bắc Bộ Việt Nam Chính vậy, em chọn đề tài “Nghiên cứu tác động tượng ENSO đến lượng mưa khu vực Bắc Bộ thập kỉ gần đây” để nghiên cứu Đồ án gồm phần sau: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Cơ sở số liệu phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết nghiên cứu - Kết luận - Kiến nghị CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tượng ENSO 1.1.1 Khái niệm ENSO Thuật ngữ ENSO chữ viết tắt từ ghép El Nino - Southern Oscillation (El Nino - Dao động Nam) để hai tượng El Nino La Nina có liên quan với dao động khí áp bờ phía Đông Thái Bình Dương với phía Tây Thái Bình Dương - Đông Ấn Độ Dương (Được gọi Dao động Nam) để phân biệt với dao động khí áp Bắc Đại Tây Dương [7] “El Nino” (pha nóng) từ dùng để tượng nóng lên dị thường lớp nước biển bề mặt khu vực xích đạo trung tâm Đông Thái Bình Dương; kéo dài - 12 tháng, lâu hơn, thường xuất - năm lần, song có dày thưa “La Nina” (pha lạnh) tượng lớp nước biển bề mặt khu vực nói lạnh dị thường, xảy với chu kỳ tương tự thưa El Nino 1.1.2 Cơ chế vật lý ENSO a) Dao động Nam hoàn lưu Walker Dao động Nam (Southern Oscillation) dao động khí áp quy mô lớn từ năm qua năm khác phía Đông Tây khu vực xích đạo Thái Bình Dương Nhà khoa học người Anh Gilbert I.Walker vào cuối năm 20 kỷ trước nhận thấy mối liên quan khí áp hai bờ Đông - Tây Thái Bình Dương nhận thấy khí áp phía Đông Thái Bình Dương giảm mạnh thường xảy hạn hán khu vực Indonesia, Australia, Ấn Độ mùa đông Bắc Mỹ ấm bình thường Tuy nhiên ông chưa đủ thông tin số liệu để chứng minh mối liên hệ Cho tới năm 1960, nhà khí tượng Na Uy Jacob Bjerknes đưa giả thuyết ấm lên dải xích đạo Thái Bình Dương có liên quan đến suy yếu đới gió Đông tín phong, khác với quan niệm trước El Nino nóng lên cục nước biển khơi Nam Mỹ Ông thừa nhận có dao động cỡ lớn hoàn lưu tín phong Bán cầu Bắc Nam Thái Bình Dương ông cho có liên quan tới Dao động Nam Ông người kết nối Dao động Nam El-Nino dựa vào việc sử dụng số liệu thu thập năm 1957 (a) CS mùa mưa Tây Bắc (những năm NE) 500 400 300 200 100 1981 -100 1990 1993 2001 2003 2005 2006 2012 2013 -200 -300 Bắc Yên Chi Nê Cò Noi Điện Biên Hòa Bình Kim Bôi Lạc Sơn Mộc Châu Mường Tè Phù Yên Quỳnh Nhai Sìn Hồ Sông Mã Sơn La Tam Đường Than Uyên Tuần Giáo Yên Châu (c) (b) CS mùa mưa Đông Bắc (những năm NE) CS mùa mưa ĐBBB (những năm NE) 400 800 700 300 600 500 200 400 100 300 200 100 -100 1981 1990 1993 2001 2003 2005 2006 2012 2013 -200 -100 1981 1990 1993 2001 2003 2005 2006 2012 2013 -200 -300 Bắc Giang Bảo Lạc Cao Bằng Cửa Ông Hòn Dấu Hữu Lũng Lạng Sơn Lục Ngạn Móng Cái Phù Liễn Hà Đông Hải Dương Hà Nội Hưng Yên Nam Định Sơn Động Thất Khê Tiên Yên Trùng Khánh Uông Bí Nho Quan Ninh Bình Sơn Tây Thái Bình Văn Lý -300 Hình 3.15 Chuẩn sai lượng mưa mùa mưa năm NE: (a) - Vùng Tây Bắc; (b) – Vùng Đông Bắc; (c) – Vùng Đồng Bắc Bộ Dựa vào số liệu thống kê hình 3.15 ta thấy năm không ENSO, Tây Bắc đồng Bắc Bộ (hình 3.15 a,c) thâm hụt lượng mưa so với trung bình chủ yếu Rõ vùng đồng bằng, đa số trạm năm 1993, 2003, 2006 2013 có lượng mưa thâm hụt Khác với hai vùng trên, Đông Bắc có 82/134 trường hợp có giá trị chuẩn sai dương (chiếm 61,2%) Biểu đồ chuẩn sai lượng mưa mùa mưa thể nhận xét cho vùng thuộc khu vực Bắc Bộ Qua rút số nhận xét sau:  Năm ET: chênh lệch không đáng kể số trạm có chuẩn sai mưa dương số trạm có chuẩn sai mưa âm  Năm SE: Đa phần khu vực thâm hụt lượng mưa theo mùa Điển hình vùng đồng Bắc Bộ (thâm hụt 61,7%) 53  Năm LT: hầu hết trạm có lượng mưa thâm hụt theo mùa Tại ba vùng có lượng thâm hụt xấp xỉ 90%  Năm SL: chênh lệch mưa gia tăng mưa thâm hụt  Năm NE: biến động mưa mùa mưa không thống vùng khu vực Sự thâm hụt mưa theo mùa thể Đông Bắc Sự gia tăng mưa theo mùa thể Tây Bắc đồng Bắc Bộ 3.3.3 Sự biến động lượng mưa theo tháng mùa a) Sự biến động lượng mưa tháng mùa mưa Bảng 3.5 Thống kê chuẩn sai âm, dương tháng mùa mưa: (a) – tháng 5; (b) – tháng 6; (c) – tháng 7; (d) – tháng 8; (e) – tháng 9; (f) – tháng 10 (a) THÁNG NĂM ET NĂM SE NĂM LT NĂM SL NĂM NE ∆R>0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ∆R0 ET ∆R0 SE ∆R0 LT ∆R0 SL ∆R0 NE ∆R