Giáo trình Sự biến đổi của ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây nguyên và khả năng dự báo - Phan Văn Tân

Nội dung text: Giáo trình Sự biến đổi của ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây nguyên và khả năng dự báo - Phan Văn Tân

1. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 Sự biến đổi của ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây nguyên và khả năng dự báo Phan Văn Tân1,*, Phạm Thanh Hà1, Nguyễn Đăng Quang2, Nguyễn Văn Hiệp3, Ngơ Đức Thành4 1Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi. Hà Nội, Việt Nam 2Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia 3Viện Vật lý Địa cầu, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam 4Trường Đại học Khoa học và Cơng nghệ Hà Nội, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam Nhận ngày 08 tháng 8 năm 2016 Chỉnh sửa ngày 26 tháng 8 năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 12 năm 2016 Tĩm tắt: Trong nghiên cứu này, sử dụng số liệu quan trắc lượng mưa ngày trên các trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên giai đoạn 1981-2010, một vài đặc điểm chế độ mưa bao gồm ngày bắt đầu mùa mưa và sự biến đổi cũng như khả năng dự báo ngày bắt đầu mùa mưa đã được khảo sát. Kết quả nhận được cho thấy: 1) Ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây Nguyên biến thiên mạnh qua các năm. Mùa mưa bắt đầu sớm hơn ở phía nam Tây Nguyên sau đĩ là phía bắc và muộn nhất ở miền trung. Nhìn chung, mùa mưa ở Tây Nguyên bắt đầu vào khoảng giữa tháng 4 đến giữa tháng 5, trung bình vào khoảng 30 tháng 4 hàng năm; 2) Mùa mưa ở Tây Nguyên cĩ xu thế đến sớm hơn 5-7 ngày/thập kỷ; 3) Ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây Nguyên cĩ tương quan dương cao với nhiệt độ bề mặt biển (SST) ở khu vực trung tâm Thái Bình dương xích đạo và nam Ấn Độ dương xích đạo, giĩ vĩ hướng mực 850hPa khu vực tây bắc và trung tâm Thái Bình dương xích đạo và với khí áp mực biển trung bình trên các khu vực tây Thái Bình dương và Ấn Độ dương, cĩ tương quan âm với SST trên khu vực tây Thái Bình dương xích đạo, giĩ vĩ hướng mực 850hPa trên vùng biển Ấn Độ dương xích đạo. Ngồi ra, bằng phương pháp phân tích thành phần chính đối với các trường SST, giĩ vĩ hướng trên mực 850hPa và khí áp mực biển trung bình trên một số vùng được lựa chọn để xác định các nhân tố dự báo; phương trình dự báo ngày bắt đầu mùa mưa trên Tây Nguyên cũng đã được xây dựng bằng phương pháp hồi qui từng bước. Kết quả chỉ ra rằng, sai số trung bình dự báo của phương pháp là 0,2 ngày và sai số tuyệt đối là 6 ngày. Từ khố: Ngày bắt đầu mùa mưa, Dự báo mưa, Tây Nguyên, Việt Nam. 1. Mở đầu* 1. Mở đầu biệt quan trọng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất nơng nghiệp, quản lý tài nguyên nước, vận Đặc điểm phân bố khơng gian, thời gian và hành và điều tiết hồ chứa nước thuỷ lợi, thuỷ sự biến đổi của các đặc trưng mưa như tổng điện, Cho đến nay đã cĩ nhiều cơng trình lượng mưa tháng và năm, biến trình năm, ngày nghiên cứu về mưa ở Việt Nam cũng như các bắt đầu và kết thúc mùa mưa, cĩ vai trị đặc nước xung quanh (Matsumoto, 1997; Ngo-Duc ___ và CS, 2013; Nguyen-Le và CS, 2015a,b; * Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-4-35583811 Nguyen-Thi và CS, 2012; Yen và CS, 2011 Email: phanvantan@hus.edu.vn 184
2. P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 185 [1-6]). Về cơ bản biến trình mưa hàng năm ở khoảng đầu tháng 5 (pentad 25-26), và tiếp đến Việt Nam cĩ hai dạng: Ở các vùng khí hậu phía là khu vực Biển Đơng, khoảng giữa tháng 5 bắc, một phần Bắc Trung Bộ, Nam Bộ và Tây (pentad 27-28). Do thời kì bùng nổ giĩ mùa Nguyên mùa mưa trùng với mùa giĩ mùa mùa mùa hè cĩ mối quan hệ chặt chẽ với giai đoạn hè (tháng 5 đến tháng 10), trong khi ở Nam chuyển giao từ mùa khơ sang mùa mưa, nên ở Trung Bộ và phần cịn lại của Bắc Trung Bộ một số khu vực ORD thường được xem là ngày mùa mưa dịch chuyển về các tháng cuối mùa hè bắt đầu giĩ mùa mùa hè. Với cách tiếp cận đĩ, và đầu mùa đơng (tháng 8 đến tháng 12) dựa trên chuỗi số liệu mưa 46 năm (1951- (Nguyễn Đức Ngữ và CS, 2013 [7]). Tuy vậy, 1996), Zhang và CS (2002) [8] đã chỉ ra ngày trong số các vùng khí hậu Việt Nam, Tây bắt đầu giĩ mùa mùa hè Châu Á trên khu vực Nguyên và Nam Bộ là những vùng cĩ chế độ bán đảo Đơng Dương trung bình vào ngày 9/5 mưa điển hình của giĩ mùa Nam Á với hai mùa với độ lệch chuẩn 12 ngày. tương phản rõ rệt là mùa khơ và mùa mưa, Quan hệ giữa ngày bắt đầu giĩ mùa mùa hè trong đĩ thời điểm chuyển dịch từ mùa khơ với ENSO cũng đã được nhiều tác giả đề cập sang mùa mưa được đặc trưng bởi sự tăng lên tới. Chẳng hạn, Lau và CS (1997) [11] đã tìm ra đột ngột của lượng mưa trong khoảng thời gian sự xuất hiện muộn hơn (sớm hơn) của giĩ mùa từ cuối tháng 4 đến giữa tháng 5 (Zhang và CS, mùa hè trên khu vực Biển Đơng cĩ mối liên hệ 2002 [8]). Thời điểm đĩ được gọi là ngày bắt với sự nĩng lên (lạnh đi) ở Thái Bình Dương và đầu mùa mưa (Onset Rainy season Date - Ấn Độ Dương. Zhou và CS (2007) [12] đã khảo ORD). Quá trình chuyển từ mùa khơ sang mùa sát mối liên hệ giữa ngày bắt đầu giĩ mùa Đơng mưa hay ORD cĩ liên hệ chặt chẽ với sự bùng Nam Á (hay cịn gọi là giĩ mùa Nam Hải, tức nổ giĩ mùa mùa hè châu Á. Đây là thời điểm giĩ mùa Biển Đơng) và ENSO khi sử dụng số hết sức quan trọng, đặc biệt đối với khu vực liệu tái phân tích NCEP (Trung tâm dự báo mơi Tây Nguyên, vì nĩ đánh dấu sự chấm dứt một trường Hoa Kỳ) và ECMWF (Trung tâm dự báo thời kỳ khơ hạn kéo dài trong năm và bắt đầu hạn vừa Châu Âu). Ngày bắt đầu giĩ mùa được thời kỳ sinh trưởng và phát triển của các loại xác định trên cơ sở giĩ vĩ hướng mực 850mb cây cơng nghiệp như cà phê, hồ tiêu, những trên khu vực Biển Đơng chuyển từ giĩ đơng đặc sản xuất khẩu nổi tiếng của Việt Nam. sang giĩ tây kéo dài liên tục 2 pentad. Kết quả Chính vì vậy, việc nghiên cứu dự báo ORD là nhận được chỉ ra rằng trong những năm thuộc một trong những chủ đề rất được quan tâm bởi pha nĩng (lạnh) hoặc năm tiếp theo sự kiện tầm quan trọng và ý nghĩa thực tiễn của nĩ. ENSO giĩ mùa cĩ xu hướng bắt đầu muộn hơn ORD thường được xác định thơng qua các (sớm hơn) với cường độ yếu hơn (mạnh hơn). chỉ tiêu liên quan tới lượng mưa (Laux và CS, Nguyễn Thị Hiền Thuận và CS (2007) [13] lại 2008 [9]). Các chỉ tiêu này là khác nhau đối với cho thấy ngày bắt đầu mùa mưa ở Nam Bộ sẽ từng khu vực cụ thể. Matsumoto (1997) [1] đã đến muộn hơn trong những năm El Niđo và xác định ORD trên khu vực bán đảo Đơng sớm hơn trong những năm La Niđa. Khi nghiên Dương dựa trên số liệu mưa trung bình 5 ngày cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt biển giai đoạn 1975-1987 và cho thấy, ORD rơi vào (SST) trên khu vực nhiệt đới Thái Bình Dương khoảng cuối tháng 4 đầu tháng 5, sớm hơn so (28N-28S; 120E-85W) và Ấn Độ Dương (28N- với khu vực duyên hải vịnh Bengal. Trong khi 28S; 30E-105E) với lượng mưa tháng ở Tây đĩ Wang và LinHo (2002) [10] đã xác định Nguyên tác giả Nguyen (2007) [14] cũng đã chỉ ORD trên khu vực Châu Á - Thái Bình Dương ra sự thay đổi của SST cĩ ảnh hưởng rõ rệt đến khi sử dụng độ lệch giữa lượng mưa pentad (5 ngày bắt đầu và kết thúc giĩ mùa mùa hè. ngày) với lượng mưa của mùa đơng tương ứng. Mặc dù tồn tại mối quan hệ chặt chẽ giữa Kết quả chỉ ra rằng ORD trên khu vực đơng ORD và ngày bắt đầu giĩ mùa mùa hè, nhưng nam vịnh Bengal vào khoảng cuối tháng 4 do mưa là hệ quả của sự tương tác phức tạp (pentad 23-24), sau đĩ là bán đảo Đơng Dương, giữa nhiều hệ thống thời tiết khác nhau đồng
3. 186 P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 thời chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của điều kiện địa Số liệu tái phân tích CFSR0.5 được cho trên phương, như địa hình, hướng sườn, hướng các mặt đẳng áp chuẩn trên phạm vi tồn cầu. núi, nên ngày bắt đầu mùa mưa cĩ thể khơng Cho mục đích của nghiên cứu này, các trường cùng thời điểm với ngày bắt đầu mùa giĩ mùa khí áp mực biển (PSML), thành phần giĩ vĩ mùa hè. Do tầm quan trọng của việc dự báo hướng mực 850mb (U850) và nhiệt độ mặt ngày bắt đầu mùa mưa nên gần đây đã cĩ nhiều nước biển (SST) giới hạn trong miền từ 40oE- cơng trình nghiên cứu đề cập đến vấn đề này, 100oW và từ 40oS-40oN được sử dụng. chẳng hạn Laux (2008) [8], Moron (2008) [15]. Trong phạm vi bài báo này, một vài đặc điểm 2.2. Xác định ngày bắt đầu mùa mưa biến đổi của ngày bắt đầu mùa mưa cũng như khả năng dự báo nĩ cho khu vực Tây Nguyên Ngày bắt đầu mùa mưa (ORD) là một khái sẽ được trình bày. Mục 2 của bài báo sẽ giới niệm dùng để chỉ thời điểm trong năm mà từ đĩ thiệu về phương pháp nghiên cứu và số liệu mưa xảy ra thường xuyên hơn với lượng mưa được sử dụng. Những kết quả nghiên cứu chính đủ lớn và cĩ thể kéo dài từng đợt sao cho tổng và thảo luận được trình bày trong mục 3. Mục 4 lượng mưa tháng phải lớn hơn hoặc bằng một là một số kết luận. ngưỡng nào đĩ, và phải kéo dài liên tục trong nhiều tháng. Ở Việt Nam, mùa mưa trong một năm nào đĩ được xem là các tháng liên tục cĩ tổng lượng mưa tháng lớn hơn hoặc bằng 2. Phương pháp và số liệu Phương pháp và số liệu 100mm/tháng (Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn 2.1. Số liệu Trọng Hiệu, 2013 [7]). Tuy nhiên, ORD khơng phải là một biến quan trắc, do đĩ khơng cĩ Số liệu được sử dụng trong nghiên cứu này chuỗi số liệu lịch sử. Thơng thường ORD được bao gồm: 1) Số liệu quan trắc mưa ngày trên xác định thơng qua chuỗi số liệu mưa ngày dựa mạng lưới trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên; trên các chỉ tiêu nào đĩ. Trong phạm vi bài báo 2) Số liệu tái phân tích của hệ thống dự báo khí này, các chỉ tiêu sau đây sẽ được sử dụng. hậu (CFS) của Trung tâm dự báo mơi trường 1) Chỉ tiêu S-S (Stern và CS, 1981 [17]). Hoa Kỳ (NCEP) độ phân giải 0.5 x 0.5 độ Đồng thời thoả mãn các điều kiện sau đây: (CFSR0.5). Cả hai bộ số liệu này đều lấy trong - Tổng lượng mưa 5 ngày liên tiếp phải lớn giai đoạn 1981-2010 (30 năm). hơn 25 mm; Số liệu mưa ngày tại trạm được sử dụng để - Ngày bắt đầu và ít nhất 2 trong 5 ngày liên xác định ngày bắt đầu mùa mưa (ORD) cho khu tiếp phải đạt lượng mưa ngày trên 0.1mm/ngày; vực Tây Nguyên. Trên thực tế cĩ thể khai thác được tối đa 47 trạm quan trắc mưa ở Tây - Trong 30 ngày tiếp theo kể từ ngày bắt Nguyên, trong đĩ cĩ 17 trạm khí tượng và 30 đầu khơng cĩ quá 7 ngày liên tiếp khơng mưa. trạm đo mưa nhân dân (Phan và CS [16]). Tuy 2) Chỉ tiêu S-S1 (là biến thể của chỉ tiêu S- nhiên, để đảm bảo chất lượng, số liệu từ các S). Trên cơ sở xem xét điều kiện thực tế ở Tây trạm đo mưa nhân dân sẽ khơng được sử dụng. Nguyên, chỉ tiêu S-S1 được chúng tơi đưa ra Trong số 17 trạm khí tượng cịn lại, một số trạm khi bổ sung thêm một điều kiện sau: cĩ độ dài chuỗi số liệu quá ngắn, một số trạm - Trên 50% số trạm trong vùng thỏa mãn số liệu bị gián đoạn nhiều, cịn một số trạm ngày bắt đầu mùa mưa đã được xác định theo khác cĩ vị trí nằm hơi lệch hoặc thuộc sườn S-S cĩ lượng mưa trên 0.1 mm/ngày. đơng dãy Trường Sơn Nam, chịu ảnh hưởng 3) Chỉ tiêu S-Z (Zhang và CS, 2002 [8]). của mùa mưa vùng Nam Trung Bộ, khơng phù Trước khi áp dụng chỉ tiêu này, chuỗi số liệu hợp với mục đích nghiên cứu. Kế quả sau quá lượng mưa trạm phải được làm trơn bằng trình tiền xử lý đã chọn được 10 trạm cĩ thể sử phương pháp trung bình trượt với bước trượt 5 dụng số liệu (bảng 1).
4. P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 187 ngày. Trên cơ sở chuỗi số liệu mới này, ngày bắt thời gian (năm), cịn ao là hệ số tự do. Phương đầu phải thoả mãn đồng thời các điều kiện sau: pháp phi tham số thường dựa vào hệ số gĩc Sen - 5 ngày liên tiếp kể từ ngày bắt đầu phải cĩ (Sen, 1968 [18]) và kiểm nghiệm xu thế Mann- lượng mưa trên 5 mm/ngày; Kendall. Chi tiết về phương pháp này cĩ thể xem, chẳng hạn tại Kendall và CS (1975) [19]. - Trong vịng 20 ngày tiếp theo kể từ ngày Việc xác định xu thế biến đổi của ORD cho khu bắt đầu ít nhất phải cĩ 10 ngày cĩ lượng mưa 5 vực Tây Nguyên trong nghiên cứu này được mm/ngày thực hiện tương tự như Ngơ Đức Thành và CS 4) Chỉ tiêu S-VN. Chỉ tiêu này được chúng (2012) [20]. tơi đề xuất như là một thử nghiệm dựa trên điều kiện thực tế của Việt Nam, trong đĩ ngày bắt 2.4. Xây dựng phương trình dự báo ORD đầu mùa mưa phải đồng thời thoả mãn các điều kiện: Đánh giá khả năng dự báo hạn mùa ORD - Tổng lượng mưa 5 ngày liên tiếp phải lớn cho khu vực Tây Nguyên từ sản phẩm mơ hình hơn hoặc bằng 20mm và phải kéo dài liên tục số là một trong những mục tiêu chính của cho 10 ngày tiếp theo; nghiên cứu này. Do ORD khơng phải là sản - Phải cĩ ít nhất 50% số trạm trong vùng phẩm dự báo của mơ hình nên bài tốn dẫn đến thoả mãn điều kiện trên đây. việc xây dựng phương trình mơ tả mối liên hệ giữa yếu tố dự báo ORD và các biến đầu ra của 2.3. Đánh giá xu thế biến đổi của ngày bắt đầu mơ hình cĩ thể làm nhân tố dự báo. Các nhân tố mùa mưa dự báo được lựa chọn dựa trên mối quan hệ tương quan giữa ORD và các trường qui mơ Việc đánh giá xu thế biến đổi của các yếu tố lớn. Như là thử nghiệm đầu tiên, trong nghiên và hiện tượng khí tượng thuỷ văn đã được đề cứu này chúng tơi chọn ba trường là PMSL, cập đến trong nhiều cơng trình nghiên cứu U850 và SST từ số liệu CFSR0.5 của các tháng trước đây. Thơng thường cĩ hai cách tiếp cận là 1-4. Trên cơ sở đĩ, bằng phương pháp phân tích phương pháp tham số và phương pháp phi tham thành phần chính, các nhân tố dự tuyển sẽ được số. Phương pháp tham số đánh giá xu thế biến xác định. Phương trình dự báo cuối cùng sẽ đổi tuyến tính của một biến dựa trên dấu và độ được xây dựng bằng phương pháp hồi qui từng lớn của hệ số gĩc a1 của phương trình hồi qui y bước trong đĩ các nhân tố dự báo sẽ được tuyển = ao + a1t, trong đĩ y là biến được xem xét, t là chọn từ bộ nhân tố dự tuyển. Bảng 1. Danh sách và toạ độ các trạm khí tượng được sử dụng số liệu STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ STT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Buơn Ma 1 Đăk Tơ 107.83 14.65 6 108.05 12.67 Thuột 2 Kon Tum 108.00 14.33 7 Đăk Nơng 107.68 12.00 3 Pleiku 108.02 13.97 8 Đà Lạt 108.45 11.95 Liên 4 Buơn Hồ 108.27 12.92 9 108.38 11.75 Khương 5 Eakmat 108.13 12.68 10 Bảo Lộc 107.82 11.53
5. 188 P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 Bảng 2. Ngày bắt đầu mùa mưa trên khu vực Tây Nguyên xác định theo các chỉ tiêu khác nhau Năm S-S S-S1 S-Z S-VN Năm S-S S-S1 S-Z S-VN 1981 7-5 8-5 18-4 14-4 1997 19-4 19-4 10-4 4-4 1982 11-5 12-5 29-4 22-4 1998 14-5 14-5 8-5 11-4 1983 15-5 15-5 11-5 5-5 1999 2-4 3-4 21 3 26-3 1984 16-4 16-4 18-4 12-4 2000 5-4 9-4 26 3 9-4 1985 17-4 18-4 21-4 19-4 2001 22-4 24-4 12-4 23-3 1986 4-5 7-5 22-4 1-5 2002 10-5 11-5 19-4 2-5 1987 17-5 19-5 12-5 2-5 2003 26-4 4-5 29-4 29-4 1988 23-4 7-5 13-4 25-4 2004 19-4 20-4 20-4 4-5 1989 15-4 16-4 23-3 14-3 2005 3-5 4-5 8-5 4-5 1990 18-4 27-4 20-4 30-4 2006 18-5 19-5 4-4 5-4 1991 15-5 23-5 11-5 28-4 2007 15-4 20-4 19-4 1-5 1992 24-4 26-4 29-4 8-4 2008 20-4 21-4 1-4 27-4 1993 29-4 30-4 8-5 6-5 2009 11-4 11-4 14-4 11-4 1994 20-4 25-4 12-4 5-4 2010 4-5 15-5 26-4 28-4 1995 23-4 6-5 3-5 5-5 T.Bình 26-4 29-4 19-4 18-4 1996 26-4 27-4 15-4 30 3 ĐLC 13 13 15 15 Hình 1. Trung bình nhiều năm của lượng mưa và lượng bốc hơi ngày ở Tây Nguyên. Hình 2. Phân bố ORD trung bình giai đoạn 1981-2010 ở Hình 3. Xu thế biến đổi của ORD ở Tây Nguyên Tây Nguyên. Thang màu chỉ số thứ tự ngày trong năm, (ngày/thập kỷ). từ 1/1 đến 31/12.
6. P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 189 Hình 4. Hệ số tương quan giữa ORD ở Tây Nguyên và nhiệt độ mặt nước biển (SST) các tháng 1-4. Hình 5. Hệ số tương quan giữa ORD và giĩ vĩ hướng mực 850mb (U850) các tháng 1-4. 3. Kết quả và thảo luận 3. Kết quả và thảo luận đưa thêm điều kiện về phân bố mưa theo khơng gian vào S-S để nhận được chỉ tiêu S-S1, độ 3.1. Ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây Nguyên và xu lệch chuẩn của ORD khơng thay đổi nhưng thế biến đổi ORD xảy ra muộn hơn một chút, trung bình là 29/4, sớm nhất vào 3/4 (1999) và muộn nhất Bảng 2 dẫn ra kết quả xác định ngày bắt vào 23/5 (1991). Như vậy, sự ràng buộc chặt đầu mùa mưa trung bình cho tồn khu vực Tây chẽ hơn của S-S1 so với S-S đã làm tăng biên Nguyên giai đoạn 1981-2010 theo 4 chỉ tiêu độ dao động cực đại của ORD (51 ngày). Cũng nêu ra ở mục 2.2. Cĩ thể nhận thấy rằng, các với điều kiện về phân bố mưa theo khơng gian chỉ tiêu khác nhau cho ước lượng ORD khác như S-S1 nhưng S-VN cho kết quả ORD xảy ra nhau khá nhiều. Theo chỉ tiêu S-S, ORD trung sớm hơn rất nhiều, trung bình vào ngày 18/4, bình vào ngày 26/4 với mức dao động trung sớm nhất vào 14/3 (1989), muộn nhất là 5/5 bình (độ lệch chuẩn) 13 ngày, sớm nhất vào (1983). Kết quả xác định ORD theo S-Z cũng ngày 2/4 (1999) và muộn nhất là 18/5 (2006). gần tương tự như S-VN (xem bảng 2). Như vậy biên độ dao động cực đại của ORD Theo Pham Xuan Thanh và CS (2010) [21], tính theo S-S là 47 ngày (một tháng rưỡi). Khi ngày bắt đầu giĩ mùa mùa hè ở Nam Bộ trung
7. 190 P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 bình là 12/5. Nếu coi ngày bắt đầu giĩ mùa mùa phần chính thứ ba, hầu hết các trường hợp đều hè ở Tây Nguyên và Nam Bộ là như nhau thì mơ tả được trên dưới 90% phương sai tổng ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây Nguyên đến sớm cộng. Điều đĩ nĩi lên rằng các thành phần hơn khoảng 2-3 tuần. Trong 4 chỉ tiêu, S-Z và chính được sử dụng làm các nhân tố dự tuyển S-VN cho ORD vào khoảng giữa tháng 4, trong đã cĩ thể phản ánh khá đầy đủ thơng tin của các khi Z-S và S-S1 cho ORD vào cuối tháng 4. Từ biến trường SST, U850 và PMSL tại các vùng trung bình nhiều năm của biến trình năm của được chọn. Tuy nhiên, để đảm bảo sự cân đối lượng mưa và lượng bốc hơi ngày được cho giữa số biến dự tuyển và độ dài chuỗi thời gian, trên hình 1 cĩ thể cho rằng mùa mưa ở Tây chỉ cĩ một số thành phần chính đầu tiên được Nguyên bắt đầu vào khoảng cuối tháng 4 đầu sử dụng tuỳ thuộc vào mức độ đĩng gĩp chung tháng 5. Qua đĩ cĩ thể thấy kết quả xác định của chúng. ORD theo S-S1 là hợp lý hơn cả. Do đĩ, trong Các nhân tố dự tuyển được sử dụng như bài này ORD xác định theo S-S1 sẽ được sử những nhân tố dự báo ban đầu sẽ được tuyển dụng cho những phân tích, đánh giá tiếp theo. chọn thơng qua thủ tục hồi qui từng bước. Kết Giá trị trung bình nhiều năm của ORD xác quả nhận được phương trình dự báo cuối cùng định theo S-S1 cho các trạm trên khu vực Tây trong đĩ ORD là yếu tố dự báo, nhân tố dự báo Nguyên được trình bày trên hình 2. Qua đĩ thấy và các hệ số hồi qui tương ứng của phương rằng, mùa mưa ở Tây Nguyên khơng xảy ra trình dự báo được cho trong bảng 3. Từ đĩ cĩ đồng thời trên tồn khu vực. Mùa mưa đến sớm thể thấy SST_A1 và PMSL_A1 càng lớn thì nhất ở phía nam (Lâm Đồng - Đăk Nơng), ORD càng xảy ra sớm; mặt khác, nếu giĩ đơng khoảng giữa tháng 4, sau đĩ đến phía bắc (Kon tháng 3 của U850_A3 (tương ứng với xốy Tum – Pleiku), khoảng cuối tháng 4, và muộn nghịch Nam bán cầu khu vực Ấn Độ dương nhất ở khu vực miền trung (Buơn Ma Thuột) xích đạo) và giĩ tây tháng 2 của U850_A2 khoảng giữa tháng 5. Nguyên nhân của sự xuất (dịng vượt xích đạo nam Thái Bình dương) hiện mùa mưa khác nhau giữa các vùng cĩ thể càng lớn thì ORD cũng xảy ra sớm hơn. Mặc dù là do nhân tố địa hình. Mùa mưa ở Tây Nguyên vậy, vì giá trị của hệ số tự do trong phương cĩ xu thế đến sớm hơn ở phía nam và phía bắc, trình hồi qui tương đương với ORD trung bình trung bình khoảng 5-7 ngày/thập kỷ, và hầu như (~ ngày thứ 120, tức 30/4) nên đĩng gĩp của khơng đổi ở khu vực miền trung (hình 3). Xu các nhân tố dự báo ở đây hầu như chỉ mang ý thế mùa mưa bắt đầu sớm hơn ở Tây Nguyên cĩ nghĩa điều chỉnh giá trị ORD. thể là một dấu hiệu tốt vì nhờ đĩ tính khắc Hình 8 dẫn ra kết quả dự báo ORD theo nghiệt do khơ hạn, thiếu nước của những ngày phương trình hồi qui trong bảng 3 và ORD xác cuối mùa khơ cĩ xu hướng kết thúc sớm hơn. định theo S-S1 (bảng 2) như là số liệu quan trắc. Một cách định tính cĩ thể nĩi kết quả dự 3.2. Tính dự báo được của ngày bắt đầu mùa mưa báo ORD khá gần với thực tế. Tuy nhiên để đánh giá một cách định lượng, chúng tơi đã tính Trên cơ sở kết quả phân tích mối quan hệ sai số trung bình (ME) và sai số trung bình thống kê giữa ORD và các trường SST, U850 tuyệt đối MAE đồng thời xác định phân bố tần và PMSL, một số khu vực đã được lựa chọn suất của sai số (dự báo trừ đi quan trắc) (hình (các hình 4-6) để tiến hành phân tích thành 9). Kết quả nhận được là ME = 0.2 (ngày) và phần chính nhằm tạo ra các nhân tố dự tuyển MAE = 6 (ngày). Giá trị sai số cĩ tần suất cao cho việc xây dựng phương trình dự báo. Kết nhất là 3 ngày (khoảng 30%), sau đĩ là -3 ngày quả phân tích thành phần chính (khơng trình và 6 ngày (khoảng 17% cho mỗi giá trị sai số) bày ở đây) cho thấy đa số các trường hợp lượng (hình 9). Như vậy, phương trình dự báo cĩ thơng tin đĩng gĩp của thành phần chính thứ thiên hướng dự báo ORD muộn hơn một chút nhất đã đạt đến 70-80%, thậm chí một số so với thực tế. Sai số dự báo ORD vào trường hợp đạt gần 90%. Khi lấy đến thành khoảng một tuần.
8. P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 191 Hình 6. Hệ số tương quan giữa ORD và khí áp mực biển trung bình (PMSL) các tháng 1-4. Hình 7. Quan hệ giữa ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây Nguyên và ENSO. Bảng 3. Danh sách các nhân tố dự báo và các hệ số hồi qui tương ứng của phương trình dự báo ORD cho khu vực Tây Nguyên. Trong tên các nhân tố dự báo, hai nhĩm ký hiệu đầu cĩ ý nghĩa như trong mục 3.2, nhĩm thứ ba là tháng và nhĩm thứ tư là số thứ tự thành phần chính được chọn Tên nhân tố dự báo Hệ số hồi qui Tên nhân tố dự báo Hệ số hồi qui SST_A1_Jan_1 -32.050 U850_A3_Mar_3 22.747 U850_A2_Feb_2 -17.615 PMSL_A1_Apr_1 34.316 SST_A1_Mar_3 -19.484 Hệ số tự do 119.867
9. 192 P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 T 2) Ngày bắt đầu mùa mưa ở Tây Nguyên khơng diễn ra đồng thời trên tồn khu vực mà thường đến sớm hơn ở phía nam, sau đĩ đến phía bắc và muộn nhất ở vùng trung Tây Nguyên (Buơn Ma Thuột). Chênh lệch của ORD giữa các vùng vào khoảng một tuần. ORD ở phía nam và phía bắc Tây Nguyên cĩ xu thế đến sớm hơn, khoảng 5-7 ngày/thập kỷ, trong Hình 8. So sánh ORD dự báo và quan trắc. khi ở miền trung gần như khơng cĩ xu thế. 3) Quan hệ tương quan giữa ORD ở Tây Nguyên và SST, U850 và PMSL ở một số trung tâm khá cao. Sự biến thiên của SST, U850 và PMSL ở các trung tâm này cĩ thể là là những nhân tố chi phối các quá trình nhiệt động lực khí quyển liên quan đến sự mở đầu mùa mưa ở Tây Nguyên. Tuy nhiên, để cĩ thể lý giải đầy đủ vấn đề này cần thiết phải cĩ những nghiên cứu, khảo sát sâu hơn. 4) Việc sử dụng phân tích thành phần chính các trường SST, U850 và PMSL làm nhân tố dự Hình 9. Tần suất của sai số dự báo. báo ban đầu kết hợp với thủ tục lọc nhân tố 4. Kết luận bằng phương pháp hồi qui từng bước để xây dựng phương trình dự báo ORD cho Tây 4. Kết luận Nguyên và kết quả đánh giá sai số cho phép nhận định rằng vấn đề dự báo ORD là hồn Trong nghiên cứu này, sử dụng các chuỗi số tồn cĩ thể thực hiện được. Sai số dự báo ORD liệu lượng mưa ngày thời kỳ 1981-2010 từ 10 khá nhỏ và khơng biến động nhiều. Trong trạm quan trắc khí tượng trên khu vực Tây tương lai, việc sử dụng sản phẩm dự báo của Nguyên, chúng tơi đã tiến hành xác định ngày mơ hình số làm nhân tố dự báo để dự báo hạn bắt đầu mùa mưa theo 4 chỉ tiêu khác nhau, mùa ORD cho Tây Nguyên là hồn tồn khả thi. đồng thời khảo sát xu thế biến đổi cũng như tính dự báo được của ngày bắt đầu mùa mưa (ORD) ở đây. Kết quả nhận được cho phép rút ra một số nhận xét sau: Lời cảm ơn 1) ORD tính theo các chỉ tiêu khác nhau Lời cảm ơn chênh lệch nhau khá lớn. Trong bốn chỉ tiêu Bài báo được thực hiện và hồn thành với được khảo sát, hai chỉ tiêu S-Z và Z-VN cho kết sự hỗ trợ của đề tài NAFOSTED mã số 105.06- quả gần tương đương nhau với ORD sớm hơn 2014.44 cũng như của “Sáng kiến Cà phê & hai chỉ tiêu S-S1 và S-S. ORD tính theo hai chỉ Khí hậu (Coffee &Climate Initiative) - Embden tiêu S-S1 và S-S dường như phù hợp với thực tế Drishaus & Epping Consulting GmbH hơn khi so sánh biến trình năm của lượng mưa Vietnam”. và lượng bốc hơi ngày. Sự điều chỉnh S-S thành S-S1 tạo ra mối ràng buộc chặt hơn về phân bố khơng gian nên cho kết quả sát hơn với thực tế. Tài liệu tham khảo Mặc dù vậy, cĩ lẽ cần cĩ những khảo sát sâu Tài liệu tham khảo hơn để đảm bảo tính chắc chắn của các chỉ tiêu [1] Matsumoto J., 1997: Seasonal Transition of sẽ được áp dụng. Summer Rainy Season over Indochina and
10. P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 193 Adjacent Monsoon Region. J.Adv.Atmos.Sci, [12] Zhou Wen and Johnny C. L. Chan, 2007: ENSO 14(2): 231. doi: 10.1007/s00367-997-0022-0. and the South China Sea summer monsoon onset. [2] Ngo-Duc T., J. Matsumoto, H. Kamimera, and H.- Int. J. Climatol. 27: 157-167. H. Bui, 2013: Monthly adjustment of Global [13] Nguyễn Thi Hiền Thuận, Chiêu Kim Quỳnh, Satellite Mapping of Precipitation (GS Ma P) data 2007: Nhận xét về sự biến động của các đặc trưng over the Vu Gia–Thu Bon River Basin in Central giĩ mùa mùa hè ở khu vực Nam Bộ trong các năm Vietnam using an artificial neural network. ENSO. Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần Hydrological Research Letters, 7(4), 85-90. thứ 10, Viện KH KTTV và MT, 314-322. doi:10.3178/hrl.7.85. [14] Nguyen, T. D., Uvo, C. and Rosbjerg, D., 2007: [3] Nguyen-Le Dzung, Jun Matsumoto, Thanh Ngo- Relationship between the tropical Pacific and Duc, 2015a: Onset of the Rainy Seasons in the Indian Ocean sea-surface temperature and Eastern Indochina Peninsula. J. Clim, Vol. 28, monthly precipitation over the central highlands, p5645-5666. Vietnam. Int. J. Climatol., 27: 1439–1454. [4] Nguyen-Le Dzung and Jun Matsumoto, 2015b: doi:10.1002/joc.1486. Delayed withdrawal of the autumn rainy season [15] Moron V., Robertson A.W., và Boer R., 2009: over central Vietnam in recent decades. Int. J. Spatial coherence and seasonal predictability of Climatol. Published online in Wiley Online monsoon onset over Indonesia. Int. J. Climatol., Library, doi: 10.1002/joc.4533 22(3), 840-850. [5] Nguyen-Thi, H. A., J. Matsumoto, T. Ngo-Duc, [16] Phan Van Tan, Ngo Duc Thanh and Nguyen Van and N. Endo, 2012: A Climatological Study of Hiep, 2013: A review of evidence of recent Tropical Cyclone Rainfall in Vietnam. SOLA, 8, climate change in the Central Highlands of 041-044, doi: 10.2151/sola.2012-011. Vietnam. Produced for the initiative for coffee & [6] Yen Ming-Cheng, Tsing-Chang Chen, Hao-Lin climate, Hu, Ren-Yow Tzeng, Dinh Duc Tu, Nguyen Thi [17] Stern RD, Dennett MD, Garbutt DJ., 1981: The Tan Thanh, Chow Jeng Wong, 2011: Interannual start of the rains in West Africa. Journal of Variation of the Fall Rainfall in Central Vietnam. Climatology 1: 59-68 Journal of the Meteorological Society of Japan, Vol. [18] Sen, P.K., 1968: Estimates of the Regression 89A, pp. 259-270, doi:10.2151/jmsj.2011-A16. Coefficient Based on Kendall’s Tau. Journal of [7] Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Trọng Hiệu, 2013: the American Statistical Association, 63(324) Khí hậu và tài nguyên khí hậu Việt Nam. NXB (1968) 1379-1389. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 296 trang. [19] Kendall, M.G., 1975: Rank Correlation Methods. [8] Zhang Y., Li T., Wang B. and et.al., 2002: Onset Charles Griffin, London, 272 pp, 1975. of the summer monsoon over the Indochina [20] Ngơ Đức Thành, Phan Văn Tân, 2012: Kiểm Peninsula: Climatology and interannual nghiệm phi tham số xu thế biến đổi của một số variations. Int. J. Climatol., 15(22), 3206–3221. yếu tố khí tượng cho giai đoạn 1961-2007. Tạp [9] Laux, P., Kunstmann, H. and Bárdossy, A., 2008: chí khoa học, ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Predicting the regional onset of the rainy season Cơng nghệ, Tập 28, số 3S, tr.129 -135 in West Africa. Int. J. Climatol., 28: 329–342. [21] Pham Xuan Thanh, Bernard Fontaine, Nathalie doi:10.1002/joc.1542. Philippon, 2010: Onset of the summer monsoon [10] Wang, B. and LinHo., 2002: Rainy Season of the over the southern Vietnam and its predictability. Asian – Pacific Summer Monsoon. Int. J. Theor Appl Climatol (2010) 99:105–113 doi Climatol., 15, 386–398. 10.1007/s00704-009-0115-z. [11] Lau K.M. và Yang S., 1997: Climatology and interannual variability of the southeast asian summer monsoon. Adv Atmos Sci, 14(2), 141–162.
11. 194 P.V. Tân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Mơi trường, Tập 32, Số 3S (2016) 184-194 Change in Onset Date of Rainy Season in Central Highlands and Predictability Phan Van Tan1, Pham Thanh Ha1, Nguyen Dang Quang2, Nguyen Van Hiep3, Ngo Duc Thanh4 1VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam 2National Center for Hodro-Meteorology 3Institute of Geophysics, Vietnam Academy of Science and Technology 4University of Science and Technology of Hanoi, Vietnam Academy of Science and Technology Abstract: Using observed daily rainfall data from meteorological stations in Central Highlands (CH), Vietnam during the period 1981-2010, some rainfall characteristics including rainy season onset date (ORD), its trend of change as well as its predictability were investigated. The obtained results showed that: 1) The ORD in CH varies widely from year to year. Spatially, the onset firstly starts at the south CH, then spreads to the north CH and latest at mid CH. The rainy season in CH generally starts in between mid April to mid May with an average of about 30th April. There are signals indicating that the ORD in CH is later in El Niđo years and earlier in La Niđa years; 2) The rainy season in CH tends to start earlier at about 5-7 days/decade; 3) The ORD in CH has a high positive correlation with sea surface temperature (SST) over the equatorial central Pacific and the equatorial Indian ocean, with 850hPa (U850) zonal wind over the equatorial central and northwest Pacific, and with mean sea level pressure (PMSL) over the west Pacific and Indian Ocean. The ORD however has a negative correlation with SST over the equatorial west Pacific and with U850 over the Southeast Asia maritime region and the equatorial Indian Ocean. In addition, the principle component analysis (PCA) was applied to SST, U850 and PMSL over the selected areas to create a set of predictors, and then the stepwise regression method was used to build an ORD prediction equation for CH. Results showed that mean error of the method is 0,2 day, and the absolute mean error is 6 days. Keywords: Rainy season onset date, Rainfall forecast, Central Highlands, Vietnam.