Nghiên cứu về hạn hán và tác động của Biến đổi Khí hậu đến hạn hán

Hình 1.11. Kết quả dự tính các chỉ số khô hạn (CDD và SMA) trong tương lai từ 17 mô hình GCMs trong CMIP3 của IPCC (Nguồn: SREX, 2012).

Trong những thập kỷ gần đây, nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố về biến đổi khí hậu và các vấn đề liên quan đến hạn hán, mặc dù rất khó để phân biệt từ những ảnh hưởng khác của con người. Hơn nữa rất khó để phân biệt giữa tác động của biến đổi khí hậu và biến đổi khí hậu nhiều trong thập kỷ. Đã có nhiều phương pháp tiếp cận nghiên cứu khác nhau để đánh giá sự biến đổi của khí hậu và tác động của chúng đến hạn hán. Thông thường, phương pháp mô hình hóa để mô phỏng các số liệu khí tượng thủy văn được sử dụng. Trong đó, một số cách tiếp cận chủ yếu tập trung vào:

1) Sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) và mô hình khí hậu khu vực (RCM) (ví dụ cách tiếp cận của Gedney và Cox, 2003) để mô phỏng khí hậu trong đó có sử dụng nhiều hoặc một mô hình đất được lồng ghép vào mô hình khí hậu. Sản phẩm chính của các mô hình này là các chuỗi số liệu theo thời gian ở dạng ô lưới (độ phân giải có thể 10-50km).

2) Sử dụng các mô hình Thủy văn bề mặt đất (LSHMs) (ví dụ cách tiếp cận của Hagemann và Dümenil Gates, 2003), là các mô hình của các GCM, RCM và mô hình thủy văn toàn cầu (GHMs) (ví dụ cách tiếp cận này được sử dụng trong các nghiên cứu của Milly và cộng sự, (2002) Các mô hình GHMs có kèm theo các chương trình chi tiết hơn về các quá trình thủy văn so với các GCM và RCMs hoặc LSHMs. Các mô hình LSHMs và GHMs sử dụng số liệu khí hậu như là điều kiện biên và cũng đưa ra các sản phẩm ở dạng chuỗi số liệu ô lưới (10-50 km);

3) Sử dụng các mô hình thủy văn cho lưu vực sông (RBHMs) (ví dụ như Van Lanen và cộng sự, 2004b; Bell et al, 2006.). Những mô hình này cũng sử dụng dữ liệu khí hậu (tốt hơn là đầu ra từ RCM) như điều kiện biên và tạo ra chuỗi thời gian của dữ liệu thủy văn ở quy mô chi tiết (~ 1 km). Các mô hình được kiểm nghiệm và hiệu chỉnh theo dữ liệu quan trắc. Các mô hình được hỗ trợ bởi phân tích chuỗi thời gian dài tốt nhất của dữ liệu khí tượng thủy văn quan trắc để phát hiện các xu thế (ví dụ Hisdal và cộng sự năm 2001; Pekarova et al, 2006.).

Trong báo cáo lần thứ 4 của IPCC (Adger và cộng sự, 2007) đưa ra các kết quả đánh giá xu thế biến đổi của các yếu tố khí tượng thủy văn theo số liệu quan trắc. Trong đó, thời kỳ 1995-2006 có đến 12 năm được xếp hạng là nóng nhất trong lịch sử quan trắc 150 năm. Mức độ tăng nhiệt độ của thời kỳ 2001-2005 so với thời kỳ 1850-1999 là 0,76 ⁰C (phân bố từ 0,57 đến 0,95 ⁰C ở các vùng khác nhau trên trái đất). Nhiệt độ cao xuất hiện nhiều hơn và nhiệt độ thấp có tần suất giảm, số ngày nóng và sóng nhiệt xảy ra nhiều hơn. Hơn nữa, trong báo cáo này, IPCC cho rằng sông băng và núi tuyết đã giảm đi đáng kể ở cả Bắc và Nam Bán cầu. Lượng mưa có xu thế gia tăng ở các khu vực vĩ độ cao và giảm ở các khu vực vĩ độ thấp. Hạn hán nghiêm trọng hơn và dài hơn kề từ những năm 1970, đặc biệt là ở các khu vực nhiệt đới. Hạn hán như vậy có liên quan đến nhiệt độ cao hơn và lượng mưa giảm.

Cũng trong báo cáo lần thứ 4 của IPCC cho rằng sự ấm lên toàn cầu đã được quan trắc thấy ở hầu khắp các khu vực trên thế giới, các khối băng ngày càng giảm, điều đó cho thấy thật khó mà giải thích được sự biến đổi của các hiện tượng này là do biến đổi tự nhiên trong 50 năm qua. Và cũng khó để giải thích được sự tăng lên của nhiệt độ ở các khu vực có quy mô nhỏ dựa trên số liệu quan trắc đáng tin cậy vì biến đổi tự nhiên được diễn ra ở quy mô lớn. Tác giả cho rằng, hạn hán đã ra tăng ở nhiều khu vực trên thế giới và sự gia tăng này có thể liên quan đến các hoạt động của con người. Ngoài ra, nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao, dẫn đến những hậu quan vô cùng nghiêm trọng ở các khu vực chịu ảnh hưởng của hạn hán.

1.4.2 Nghiên cứu về hạn hán và tác động của Biến đổi Khí hậu đến hạn hán tại Việt Nam

Đề tài cấp Nhà nước: “Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đến các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam, khả năng dự báo và giải pháp chiến lược ứng phó” mã số KC.08.29/06-10, do Phan Văn Tân làm chủ nhiệm đề tài đã nghiên cứu hiện trạng hạn hán và các hiện tượng khí hậu cực đoan, thiết lập cơ sở khoa học cho quy trình dự báo hạn, vận dụng các mô hình dự báo khu vực để dự báo cảnh báo hạn hán cũng như các hiện tượng khí hậu cực đoan.

Đề tài cấp Nhà nước:“Nghiên cứu dự báo hạn hán vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên và xây dựng các giải pháp phòng chống”, mã số KC.08.22, thực hiện năm 2003 - 2005, do Nguyễn Quang Kim, trường Đại học thủy lợi (cơ sở 2) làm chủ nhiệm đã nghiên cứu hiện trạng hạn hán, thiết lập cơ sở khoa học cho quy trình dự báo hạn, cơ sở dữ liệu khu vực nghiên cứu để lập trình các phần mềm tính toán chỉ số hạn và phần mềm dự báo hạn khí tượng và thủy văn. Việc dự báo hạn được dựa trên nguyên tắc phân tích mối tương quan giữa các yếu tố khí hậu, các hoạt động ENSO và các điều kiện thực tế vùng nghiên cứu. Nghiên cứu đã kết luận: Lượng mưa trước và trong kỳ hạn (hay tích lũy lượng mưa đến kỳ hạn) có vai trò quyết định đối với các đợt hạn ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Sự thiếu hụt mưa trong thời gian dài, đặc biệt là lượng mưa mùa cạn, ngoài tác động trực tiếp làm suy giảm độ ẩm đất còn dẫn đến sự cạn kiệt dòng chảy, giảm khả năng cấp nước của các hệ thống thủy lợi. Các yếu tố như nhiệt độ cao, số giờ nắng dài, độ ẩm không khí thấp và gió mạnh thường đi kèm với thời kỳ ít mưa cũng có vai trò rất quan trọng gây tăng cường hạn ở khu vực. Điều đó thể hiện đặc biệt rõ qua tác động của gió tây khô nóng đối với hạn hán khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, mặc dù mức độ hoạt động của gió tây khô nóng tại đây không mạnh mẽ như ở khu vực Bắc Trung Bộ.

Đề tài cấp Nhà nước: “Nghiên cứu các giải pháp giảm nhẹ thiên tai hạn hán ở các tỉnh Duyên hải Miền trung từ Hà tĩnh đến Bình Thuận”, do Đào Xuân Học - Trường Đại học Thuỷ lợi làm chủ nhiệm thực hiện từ năm 1999 – 2001. Đề tài đã đánh giá tình hình hạn hán và ảnh hưởng của hạn hán tới 7 vùng kinh tế của Việt Nam, phân tích xác định nguyên nhân gây ra hạn hán, phân loại và phân cấp hạn. Dựa trên các nguyên nhân gây hạn hán, đề tài đã đưa ra các biện pháp phòng chống và giảm nhẹ hạn hán.

Đề tài cấp Nhà nước: “Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp KHCN phòng chống hạn hán phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững ở các tỉnh miền Trung”, 2007 - 2009 do Lê Trung Tuân, Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường, Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam làm chủ nhiệm, với mục tiêu nghiên cứu ứng dụng các giải pháp phòng chống hạn cho các tỉnh miền Trung. Các giải pháp đề xuất ứng dụng được chia thành 3 nhóm: (i) Thu trữ nước, bảo vệ đất và giữ ẩm; (ii) Quản lý vận hành công trình thuỷ lợi trong điều kiện hạn hán, chế độ tưới và (iii) Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước.

Dự án “Xây dựng bản đồ hạn hán và mức độ thiếu nước sinh hoạt ở Nam Trung bộ và Tây Nguyên” do Trần Thục (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường) làm chủ nhiệm, thực hiện trong ba năm, từ 2005 - 2008, đã đánh giá được mức độ hạn hán và thiếu nước sinh hoạt ở 9 tỉnh Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Trên cơ sở đó đã xây dựng được bản đồ hạn hán thiếu nước sinh hoạt trong vùng nghiên cứu. Tuy nhiên, ở đây cũng chỉ xét đến hạn khí tượng, hạn thủy văn và hạn nông nghiệp.

Đề tài “Nghiên cứu và xây dựng công nghệ dự báo và cảnh báo sớm hạn hán ở Việt Nam” được Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường thực hiện từ năm 2005 – 2007, chủ nhiệm Nguyễn Văn Thắng đã đánh giá được mức độ hạn hán ở các vùng khí hậu và chọn được các chỉ tiêu xác định hạn hán phù hợp với từng vùng khí hậu ở Việt Nam, đồng thời xây dựng được công nghệ dự báo và cảnh báo sớm hạn hán cho các vùng khí hậu ở Việt Nam bằng các số liệu khí tượng thuỷ văn và các tư liệu viễn thám để phục vụ phát triển kinh tế xã hội, trọng tâm là sản xuất nông nghiệp và quản lý tài nguyên nước trong cả nước.

Đề tài KHCN trọng điểm cấp Nhà nước, KC 08-23/06-10: “Nghiên cứu cơ sở khoa học quản lý hạn hán và sa mạc hóa để xây dựng hệ thống quản lý, đề xuất các giải pháp chiến lược và tổng thể giảm thiểu tác hại: nghiên cứu điển hình cho đồng bằng sông Hồng và Nam Trung Bộ” do Viện Địa Lý, Viện KH&CNVN thực hiện 2008 - 2010, chủ nhiệm Nguyễn Lập Dân, đã xây dựng hệ thống quản lý hạn hán vùng đồng bằng sông Hồng và hệ thống quản lý sa mạc hoá vùng Nam Trung Bộ và đề xuất các giải pháp chiến lược và tổng thể quản lý hạn Quốc Gia, phòng ngừa, ngăn chặn và phục hồi các vùng hoang mạc hóa, sa mạc hoá, sử dụng hiệu quả tài nguyên nước góp phần ổn định sản xuất, phát triển bền vững kinh tế xã hội.

Năm 2011, Ngô Thị Thanh Hương với nghiên cứu “Dự tính sự biến đổi của hạn hán ở Việt Nam từ sản phẩm mô hình khu vực” sử dụng chỉ số hạn để đánh giá mức độ, xu thế của hạn hán trong quá khứ và dự tính hạn trong điều kiện biến đổi khí hậu tương lai theo kịch bản phát trung bình A1B và A2. Nghiên cứu đã đưa ra kết luận: Phân tích theo chỉ số J cho thấy hạn mô phỏng thường nhẹ hơn và thời gian hạn thường ngắn hơn so với thực tế. Kết quả mô phỏng về số tháng hạn có sự phù hợp nhất ở hai vùng khí hậu Tây Bắc và Đông Bắc, ít phù hợp nhất ở vùng khí hậu Đồng bằng Bắc bộ đặc biệt làtrong các tháng mùa mưa. Kết quả tính toán từ chỉ số Ped cũng cho thấy sự phù hợp giữa kết quả mô phỏng hạn từ mô hình và theo tính toán thực tế ở vùng khí hậu Tây Nguyên và Nam Bộ, tỷ lệ phù hợp đạt khoảng 60-70%, đặc biệt là một số năm hạn nặng trùng với những năm xảy ra hiện tượng El Nino và năm ẩm ướt nhất trùng với những năm xảy ra hiện tượng La Nina. Kết quả dự tính hạn theo kịch bản A1B cho các vùng khí hậu Việt Nam cho thấy hạn hán xảy ra nhiều hơn với mức độ nghiêm trọng hơn trong tương lai, đặc biệt là giai đoạn (2011-2030) ở vùng khí hậu Tây Bắc và giai đoạn 2031-2050 ở ba vùng khí hậu Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Hạn nhẹ hơn trong tương lai xảy ra ở vùng Đông Bắc và Bắc Trung Bộ. Kết quả dự tính sự biến đổi của hạn theo thời gian thông qua chỉ số Ped cho thấy hạn hán đều có xu thế tăng lên rõ rệt ở cả 7 vùng khí hậu (hệ số a₁>0). Đối với các vùng khí hậu phía Bắc, giai đoạn đầu hạn tăng mạnh hơn giai đoạn sau còn ở các vùng khí hậu phía Nam thì thể hiện ngược lại.Theo kịch bản A2, kết quả dự tính hạn trong tương lai bằng chỉ số J cho thấy các tháng xảy ra hạn nặng trở nên nghiêm trọng hơn trong cả hai thời kỳ ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Nam Bộ, còn vùng Tây Bắc, Đông Bắc và Tây Nguyên hạn nặng hơn trong giai đoạn đầu và nhẹ hơn trong giai đoạn sau.Kết quả dự tính sử dụng chỉ số Ped cho thấy xu thế hạn trong giai đoạn (2011-2030) giảm xuống ở các vùng khí hậu Tây Bắc, Đông Bắc (hệ số a₁ < 0) và gần như không thay đổi ở vùng khí hậu Bắc Trung Bộ nhưng lại tăng lên rõ rệt trong giai đoạn (2031-2050). Ở các vùng khí hậu còn lại, hạn tăng lên rõ rệt trong cả hai giai đoạn, đặc biệt là Tây Nguyên và Nam Bộ (hệ số a₁ > 0).

Việt Nam là đất nước có tiềm năng nguồn nước phong phú tuy vậy do tính chất phân mùa sâu sắc nên thường xuyên xảy ra hạn hán thiếu hụt nước. Tương tự như các nghiên cứu trên thế giới, nghiên cứu về hạn hán tại Việt Nam chủ yếu tập trung đến hạn khí tượng, hạn thủy văn và hạn nông nghiệp. Các công trình nghiên cứu hạn hán ở Việt Nam đã được công bố trong thời gian 10 năm trở lại đây tập trung chủ yếu vào 2 khía cạnh chính:

1) Nghiên cứu cơ bản về hạn hán và tác động tới kinh tế - xã hội, dân sinh,.

2) Đề xuất các giải pháp, phòng chống giảm nhẹ và thích ứng hạn hán bao gồm:

- Các giải pháp công trình xây dựng các công trình thu trữ, điều tiết nước;

- Các giải pháp phi công trình nghiên cứu xây dựng các hệ thống dự báo, cảnh báo sớm, các giải pháp về thể chế chính sách giảm nhẹ hạn hán, sử dụng tài nguyên nước hiệu quả, hợp lý...

Nhìn chung, nghiên cứu về hạn hán và tác động của biến đổi khí hậu đến hạn hán chủ yếu xác định mức độ, tính chất, xu thế biến đổi dựa trên cơ sở các chuỗi số liệu quan trắc từ mạng lưới trạm khí tượng hoặc số liệu phân tích, tái phân tích. Phương pháp được ứng dụng chủ yếu là công cụ thống kê phân tích xu thế kết hợp với việc sử dụng sản phẩm của mô hình dự báo khu vực. Kết quả nhận được chính là những bằng chứng về sự tác động của biến đổi khí hậu đến các hiện tượng thời tiết cực đoan mà tiêu biểu là hạn hán. Các nghiên cứu cho thấy sự biến đổi của các cực trị nhiệt độ và lượng mưa đối với từng khu vực rất khác nhau, những thay đổi này với hệ quả là sự gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán,...

Việc dự tính khí hậu tương lai và xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính là một trong những lớp bài toán được cộng đồng các nhà khoa học và quản lí quan tâm đặc biệt bởi tầm quan trọng của nó trong việc cung cấp thông tin cho vấn đề đánh giá biến đổi khí hậu, tác động của biến đổi khí hậu và xây dựng chiến lược, kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH. Theo hướng nghiên cứu này, nhiều chỉ số hạn đã được ứng dụng để đưa ra bức tranh chung về sự biến đổi khí hậu toàn cầu cũng như làm đầu vào cho các mô hình khí hậu khu vực trong các bài toán dự tính biến đổi khí hậu khu vực và địa phương. Để dự tính hạn hán do tác động của biến đổi khí hậu, ngoài các ngưỡng chỉ tiêu được xác định theo từng khu vực, vùng khí hậu và địa phương, những chỉ số hạn cũng được lựa chọn phù hợp với đặc điểm khí hậu của từng khu vực để việc tính toán, phân tích có ý nghĩa thực tiễn. Do vậy, trong nghiên cứu này tôi sẽ đi sâu vào các khía cạnh sau: Đánh giá mức độ, tính chất và xu thế biến đổi của hạn hán trong quá khứ trên khu vực Nam Trung Bộ; Dự tính mức độ, tính chất và xu thế biến đổi của hạn hán trên khu vực này trong tương lai bằng phương pháp tổ hợp từ nhiều thành phần khác nhau của mô hình khí hậu khu vực PRECIS.