Tác động của ENSO đến thời tiết, khí hậu và môi trường

Nguồn tin: Tiền Giang, 25/04/2015
Ngày cập nhật: 27/4/2015

“El Nino” là từ được dùng để chỉ hiện tượng nóng lên dị thường của lớp nước biển bề mặt ở khu vực xích đạo trung tâm và Đông Thái Bình Dương, kéo dài 8 - 12 tháng, hoặc lâu hơn, thường xuất hiện 3 - 4 năm 1 lần, song cũng có khi dày hơn hoặc thưa hơn.

“La Nina” là hiện tượng lớp nước biển bề mặt ở khu vực nói trên lạnh đi dị thường, xảy ra với chu kỳ tương tự hoặc thưa hơn El Nino.

ENSO là chữ viết tắt của các từ ghép El Nino Southern Oscillation (El Nino - Dao động Nam) để chỉ cả 2 hai hiện tượng El Nino và La Nina và có liên quan với dao động của khí áp giữa 2 bờ phía Đông Thái Bình Dương với phía Tây Thái Bình Dương - Đông Ấn Độ Dương (Được gọi là Dao động Nam) để phân biệt với dao động khí áp ở Bắc Đại Tây Dương).

Hiện tượng El Nino và La Nina có ảnh hưởng đến thời tiết, khí hậu toàn cầu với mức độ khác nhau và rất đa dạng. Tuy nhiên, đối với từng khu vực cụ thể, vẫn có thể xác định được những ảnh hưởng chủ yếu có tính đặc trưng của mỗi hiện tượng nói trên.

Hiện tương El Nino và La Nina thể hiện sự biến động dị thường trong hệ thống khí quyển - đại dương với quy mô thời gian giữa các năm, có tính chu kỳ hoặc chuẩn chu kỳ. Trong tình hình biến đổi khí hậu - sự nóng lên toàn cầu, hiện tượng ENSO cũng có những biểu hiện dị thường về cường độ. Nghiên cứu hiện tượng ENSO để hiểu biết về cơ chế vật lý, đặc điểm và quy luật diễn biến cũng như những hậu quả tác động của chúng, chúng ta có thể cảnh báo trước sự xuất hiện của ENSO, những ảnh hưởng có thể xảy ra đối với thời tiết, khí hậu và kinh tế - xã hội để có những biện pháp phòng, tránh hiệu quả, hạn chế và giảm nhẹ thiệt hại do ENSO gây ra.

1. Khái quát về cơ chế vật lý của ENSO

a) Dao động Nam và Hoàn lưu Walker

Dao động Nam (Southern Oscillation) là sự dao động của khí áp quy mô lớn, từ năm này qua năm khác ở 2 phía Đông và Tây của khu vực xích đạo Thái Bình Dương, được Gilbert I.Walker phát hiện vào cuối những năm 20 của thế kỷ trước. Hơn 40 năm sau, Jacob Bjerknes (1966) thừa nhận có sự dao động cỡ lớn trong hoàn lưu tín phong của Bán cầu Bắc và Nam ở Thái Bình Dương và ông cho rằng nó có liên quan với Dao động Nam. 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. 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.

Hinh 1: Sơ đồ hiện tượng Walker trong điều kiện bình thường

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, thường được gọi là “nêm nhiệt” (the Thermocline). Độ sâu của nêm nhiệt ở 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 của nêm nhiệt giảm đi.

b) Tương tác đại dương - khí quyển

Tương tác đại dương - khí quyển là quá trình trao đổi nhiệt, ẩm, động lượng, năng lượng giữa lớp nước bề mặt đại dương với lớp không khí bên trên, chủ yếu thông qua hoạt động đối lưu và các xoáy khí quyển. Trên khu vực phía Tây xích đạo Thái Bình Dương (vùng bể nóng (the warm pool)), nơi có hội tụ của gió Đông và gió Tây tầng thấp, thường diễn ra hoạt động đối lưu sâu trong nhánh phía Tây của hoàn lưu Walker. Mây, mưa nhiều và lượng bức xạ phát xạ sóng dài (OLR) từ mặt biển thường không vượt quá 240w/m2. Do đó, lượng bức sóng ngắn từ mặt trời (Qsw) thường nhỏ hơn lượng tiềm nhiệt bốc hơi (Qe).

Trái lại, ở vùng xích đạo phía Đông Thái Bình Dương, trong nhánh phía Đông của Hoàn lưu Walker thường có chuyển động giáng của không khí, hoạt động đối lưu bị hạn chế, ít mây, mưa. Lượng bức xạ phát xạ sóng dài từ mặt biển thường đạt những giá trị cực đại (>280w/m2). Bức xạ sóng ngắn từ mặt trời cũng đạt những giá trị lớn nhất và thường lớn hơn lượng tiềm nhiệt bốc hơi.

Khi hoàn lưu Walker hoạt động yếu hơn bình thường (gió Đông tầng thấp yếu, trong khi gió Tây ở vùng phía Tây Thái Bình Dương xích đạo phát triển mạnh lên), vùng đối lưu sâu ở Tây Thái Bình Dương bị dịch chuyển về phía Đông đến trung tâm Thái Bình Dương, làm tăng cường các chuyển động xoáy của khí quyển ở vùng này, lượng mây và mưa tăng lên; OLR giảm, lượng nhiệt và lượng ẩm từ đại dương chuyển vào khí quyển giảm đi. Trái lại, ở vùng phía Tây Thái Bình Dương xích đạo, đối lưu bị hạn chế, lượng mây và mưa giảm đi; OLR tăng, lượng nhiệt và ẩm từ đại dương chuyển vào khí quyển tăng lên.

c) Cơ chế hoạt động của ENSO

Dưới áp lực của gió Đông tầng thấp, mặt biển khu vực xích đạo Thái Bình Dương nghiêng về phía Đông (mực nước biển ở bờ phía Tây Thái Bình Dương cao hơn ở bờ phía Đông khoảng 30 - 70cm). Khi hoàn lưu Walker suy yếu hoặc bị tách thành 2 phần, áp lực của gió Đông lên mặt biển giảm đi, kéo theo sự suy yếu của nước trồi và dòng chảy hướng Tây, nước biển từ vùng bể nóng Tây Thái Bình Dương nhanh chóng đổ dồn về phía Đông, tạo thành một sóng đại dương xích đạo (sóng Kelvin) lan truyền về phía Đông và nhiệt từ vùng bể nóng được vận chuyển về vùng trung tâm và Đông Thái Bình Dương, làm cho nước biển bề mặt ở vùng này nóng lên dị thường. Kết quả là chênh lệch nhiệt độ nước biển giữa vùng phía Đông và phía Tây giảm đi, độ sâu của nêm nhiệt ở bờ phía Tây giảm đi, trong khi ở bờ phía Đông tăng lên, trao đổi nhiệt thẳng đứng trong lớp nước xáo trộn đại dương mạnh mẽ hơn.

Hinh 2: Sơ đồ hiện tượng Walker trong điều kiện El NIno

Sóng Kelvin lan truyền tới bờ phía Đông Thái Bình Dương trung bình mất khoảng 50 ngày và bị phản xạ trở lại. Sự phản xạ này gây ra một sóng đại dương (sóng Rossby) chuyển động về phía Tây với thời gian trung bình khoảng 6 tháng, qua đó, lớp nước bề mặt ấm lại được vận chuyển về phía Tây. Sự phản xạ qua lại của các sóng Kelvin và Rossby ở 2 bờ của Thái Bình Dương quyết định độ dài và tính không ổn định trong các pha của một chu trình El Nino. Như vậy, có thể thấy sóng Kelvin làm giảm chênh lệch nhiệt độ giữa Đông và Tây Thái Bình Dương (hiệu ứng âm), trái lại, sóng Rossby cho hiệu ứng dương. Trên thực tế, sự duy trì một thời gian dài (12 - 14 tháng) hiện tượng nóng lên dị thường của nhiệt độ nước biển bề mặt ở trung tâm và Đông Thái Bình Dương xích đạo (1 chu trình El Nino) chứng tỏ hiệu ứng nhiệt bình lưu do sóng Kelvin tạo ra lớn hơn hiệu ứng nước trồi do sóng Rossby gây ra ở vùng biển này. Ở vùng biển phía Tây Thái Bình Dương xích đạo, sự thay đổi (giảm đi) của nhiệt độ mặt nước biển trong chu trình El Nino không lớn như ở vùng trung tâm và Đông Thái Bình Dương xích đạo, chứng tỏ hiệu ứng nhiệt do các sóng Kelvin và sóng Rossby bị triệt tiêu nhiều.

Khi hoàn lưu Walker mạnh hơn bình thường, áp lực gió Đông lên mặt biển tăng lên, có thể dẫn đến một chu trình ngược lại với chu trình El Nino (chu trình La Nina) do hoạt động của nước trồi mạnh hơn và bình lưu lạnh hướng Tây tăng lên, làm cho vùng biển trung tâm và Đông Thái Bình Dương lạnh đi dị thường.

d) Những nhân tố bất ổn định chính có tác động đến hoàn lưu Walker trên khu vực Thái Bình Dương, khởi động cho một chu trình ENSO

- Sự biến động của áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương về cường độ, phạm vi và vị trí tâm áp cao, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của tín phong 2 bán cầu.

- Sự bạo phát gió Tây trên vùng biển xích đạo Tây Thái Bình Dương, liên quan đến hoạt động của các áp cao Nam Ấn Độ Dương và áp cao Châu Úc.

- Dao động trong mùa Madden - Julian (MJO) với chu kỳ 30 - 60 ngày trên khu vực Đông Ấn Độ Dương và Tây Thái Bình Dương xích đạo.

- Hoạt động dị thường của các xoáy thuận nhiệt đới trên vùng biển xa xích đạo, khu vực trung tâm Thái Bình Dương, liên quan đến hoạt động của đới gió Tây vĩ độ trung bình.

2. Ảnh hưởng của ENSO đến lượng mưa

Mức thâm hụt lượng mưa trong từng đợt ENSO được định nghĩa là hiệu số giữa tổng lượng mưa thực tế trong từng đợt ENSO với tổng lượng mưa trung bình nhiều năm của cùng thời kỳ, ở một địa điểm nào đó, biểu thị bằng % (DR). Kết quả nghiên cứu cho thấy, hầu hết các đợt El Nino gây thâm hụt lượng mưa ở hầu hết các vùng, DR phổ biến từ 25 đến 50%, hầu hết các đợt La Nina gây ra lượng mưa vượt trung bình nhiều năm ở các tỉnh ven biển Trung Bộ và Tây Nam Bộ, nhưng gây ra thâm hụt lượng mưa ở Bắc Bộ, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ (bảng 6: Mức thâm hụt lượng mưa trong các đợt ENSO ở một số địa điểm).

Đáng chú ý là, đa số các đợt ENSO gây ra tình trạng hụt mưa, song một số đợt El Nino, La Nina đã cho những kỷ lục về lượng mưa lớn nhất trong 24h và số tháng liên tục hụt mưa ở một số nơi, cho thấy ENSO làm tăng tính biến động của mưa ở Việt Nam.

a) Ảnh hưởng của ENSO đến độ mặn nước biển vùng ven biển và hải đảo Việt Nam.

Nhìn chung, ảnh hưởng của El Nino làm tăng độ mặn, trái lại La Nina là giảm độ mặn của nước biển ở vùng ven biển và hải đảo nước ta.

b) Ảnh hưởng của ENSO đến dòng chảy sông ngòi ở Việt Nam.

- Trong những năm El Nino, phần lớn các trạm có dòng chảy năm nhỏ hơn trung bình nhiều năm từ 10% trở lên, những năm El Nino mạnh có thể giảm tới 50 - 60%.

- Trong những năm La Nina, dòng chảy năm các sông thường lớn hơn trung bình nhiều năm, có năm, ở một số sông, lớn hơn tới 80 - 100%.

- Đối với dòng chảy mùa lũ cũng có đặc điểm tương tự: trong những năm El Nino thường nhỏ hơn giá trị dòng chảy trung bình nhiều năm, tỷ lệ (%) giữa dòng chảy mùa lũ và dòng chảy trung bình nhiều năm đạt 65 - 95%, trái lại, trong những năm La Nina, tỷ lệ này thường là 101 - 110%, ở một số vùng lên tới 130 - 140% (vùng núi Bắc Bộ, Trung Bộ và Tây Nguyên). Tuy nhiên, tính biến động của đặc trưng này trong điều kiện ENSO rất lớn, không loại trừ có năm El Nino, dòng chảy mùa lũ lớn hơn dòng dảy trung bình nhiều năm, ngược lại, trong những năm La Nina, dòng chảy mùa lũ nhỏ hơn dòng chảy trung bình nhiều năm.

- Đối với dòng chảy mùa cạn, trong những năm El Nino, lượng dòng chảy 3 tháng liên tục nhỏ nhất ở hầu hết các trạm đều nhỏ hơn trị số trung bình nhiều năm của thời kỳ tương ứng và đạt khoảng 80 - 90%, trái lại, trong những năm La Nina - lớn hơn trị số trung bình nhiều năm và đạt 101 - 140%. Đối với dòng chảy tháng nhỏ nhất cũng có tình hình tương tự.

c) Ảnh hưởng của ENSO đến sản xuất nông nghiệp.

- Trong điều kiện El Nino, năng suất lúa bình quân của vụ Đông Xuân giảm so với vụ trước đó, nhất là ở vùng trung du Bắc Bộ, trái lại năng suất lúa vụ mùa tăng, nhất là ở vùng Bắc Trung Bộ.

- Trong điều kiện La Nina, năng suất lúa bình quân vụ Đông Xuân và vụ mùa đều tăng so với vụ trước đó, trong đó vụ Đông Xuân rõ nhất ở đồng bằng Bắc Bộ, vụ mùa rõ nhất ở đồng bằng sông Cửu Long.

- Trong điều kiện ENSO, diện tích cà phê cho thu hoạch và sản lượng cà phê đều tăng so với vụ trước: những năm La Nina, diện tích cà phê lớn hơn những năm El Nino, song sản lượng cà phê những năm El Nino cao hơn những năm La Nina.

3. Khả năng dự báo sự tác động của ENSO đến các yếu tố và hiện tượng khí tượng thủy văn.

Trên cơ sở phân tích mối quan hệ giữa các đặc trưng của ENSO (chỉ số Dao động Nam SOI, độ lệch chuẩn nhiệt độ mặt nước biển ở các vùng NiNo) với các yếu tố khí hậu và hiện tượng khí tượng thủy văn, đã xây dựng được một số mô hình thống kê dự báo mùa (3 tháng) trên cơ sở các thông tin về ENSO đối với các yếu tố và hiện tượng khí tượng thủy văn sau đây:

- Tần suất xoáy thuận nhiệt đới trên khu vực Biển Đông và Việt Nam.

- Nhiệt độ không khí trung bình và cực trị.

- Lượng mưa (tổng lượng và cực đại).

- Lưu lượng dòng chảy tại một số điểm trên lưu vực sông Hồng.

- Hạn hán.

Các kết quả dự báo đều được đánh giá bằng các chỉ số đánh giá dự báo: FI (Forecasting Index), tỷ lệ thành công HR (Hit Rate), sai số quân phương (RMSE), phương sai rút gọn (RV) và độ tinh xảo (Heidke) và cho kết quả tốt.

4. Một số giải pháp nhằm hạn chế tác động xấu và thiệt hại do ENSO gây ra

Ngoài các giải pháp công trình liên quan đến thủy lợi, rừng phòng hộ, bảo vệ giải ven biển... các giải pháp phi công trình chủ yếu là:

- Quy hoạch và quản lý tổng thể các lưu vực sông, hệ thống các hồ chứa nước.

- Điều chỉnh cơ cấu sản xuất, mùa vụ ở một số vùng nhằm thích ứng với ảnh hưởng của ENSO.

- Xây dựng và hoàn thiện các phương án theo dõi, cảnh báo, dự báo tác động của ENSO.

- Tăng cường công tác tổ chức, quản lý thiên tai của Nhà nước và của các ngành đối với tác động của ENSO như một bộ phận của chiến lược quốc gia về phát triển bền vững.

- Tiếp tục tăng cường công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức cho công chúng về ENSO và những giải pháp phòng tránh.

Nguyễn Đức Thịnh