Tổng quan về luận án

Luận án này tiên phong trong việc phân tích chuyên sâu biến động nội mùa (Intraseasonal Variability – ISV) của nhiệt độ bề mặt biển (Sea Surface Temperature – SST) và ứng suất gió bề mặt (Wind Stress – WSTR) tại khu vực Tây Biển Đông, một trong những vùng biển có ý nghĩa chiến lược và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các hệ thống gió mùa phức tạp. Nghiên cứu này đặt trong bối cảnh khoa học toàn cầu đang ngày càng quan tâm đến các dao động nội mùa như cầu nối giữa quy mô thời tiết và khí hậu mùa, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu gia tăng tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan. Tính tiên phong của luận án thể hiện ở việc tích hợp dữ liệu thực đo tại các trạm hải văn ven bờ Việt Nam với số liệu tái phân tích quy mô lớn, áp dụng các phương pháp phân tách dao động tiên tiến cho dữ liệu phi tuyến và không dừng, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện và chi tiết về ISV khu vực.

Nghiên cứu xác định research gap cụ thể là: "Tuy nhiên các nghiên cứu chi tiết cho vùng biển phía Tây Biển Đông và ven bờ Việt Nam còn hạn chế, đặc biệt là các nghiên cứu của các tác giả trong nước. Do đó số liệu thực đo của các trạm khí tượng, hải văn ven bờ Việt Nam chưa được ứng dụng trong các nghiên cứu biến động quy mô nội mùa." (Chương 1, Kết luận). Hầu hết các nghiên cứu trước đây tập trung vào Biển Đông nói chung hoặc các khu vực khác, thường sử dụng các phương pháp lọc tuyến tính và ít tích hợp dữ liệu thực đo cục bộ với số liệu tái phân tích độ phân giải cao bằng các phương pháp tiên tiến cho tín hiệu phi tuyến. Luận án này lấp đầy khoảng trống đó bằng cách cung cấp bằng chứng thực nghiệm trực tiếp từ các trạm ven biển, tăng cường độ tin cậy của các phát hiện khu vực.

Các câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết được đặt ra như sau:

  1. Ảnh hưởng của các dao động nội mùa quy mô lớn (MJO, BSISO, QBWO) đến biến động nội mùa của nhiệt độ bề mặt biển và gió khu vực Tây Biển Đông được đánh giá như thế nào?
  2. Mối quan hệ giữa hiện tượng El Niño Southern Oscillation (ENSO) và biến động nội mùa của nhiệt độ bề mặt biển và gió khu vực Tây Biển Đông diễn ra ra sao?

Hai luận điểm chính được kiểm định: H1: Biến động nội mùa ở khu vực Tây Biển Đông chịu ảnh hưởng bởi hai quy mô dao động là 10 - 20 ngày và 30 - 60 ngày. Các ảnh hưởng này là khác nhau giữa các mùa đông và mùa hè do đặc trưng của các dao động nội mùa trong các mùa là khác nhau. H2: Với quy mô toàn cầu và khu vực, ENSO có ảnh hưởng đáng kể đến biến động nội mùa ở khu vực nghiên cứu, thể hiện qua sự tăng cường hoặc suy giảm cường độ biến động nội mùa.

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự tương tác phức tạp giữa các dao động khí hậu quy mô toàn cầu và khu vực. Cụ thể, nghiên cứu dựa trên lý thuyết về Dao động Madden-Julian (MJO) của Madden và Julian (1971), mô tả dao động 30-60 ngày lan truyền về phía đông từ Ấn Độ Dương; Dao động nội mùa mùa hè Bắc bán cầu (BSISO) của Yasunari (1979) và Annamalai và Sperber (2005), làm rõ sự dịch chuyển lên phía bắc của dao động 30-60 ngày trong mùa hè; Dao động tựa hai tuần (QBWO) của Kikuchi và Wang (2008) và Chen và Sui (2010), giải thích dao động 10-20 ngày lan truyền về phía tây bắc; và hiện tượng El Niño Southern Oscillation (ENSO) theo Lau (1986a,b), mô tả dao động liên năm có ảnh hưởng sâu rộng đến khí quyển và đại dương toàn cầu. Luận án mở rộng các khung lý thuyết này bằng cách chi tiết hóa cách thức các dao động quy mô lớn này biểu hiện và tương tác trong một khu vực địa lý cụ thể như Tây Biển Đông, đặc biệt là cách chúng bị điều chỉnh bởi trạng thái nền của ENSO.

Các đóng góp đột phá của luận án bao gồm:

  1. Ứng dụng phương pháp tiên tiến: Luận án đã áp dụng thành công phương pháp phân tách các thành phần dao động Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) và Multidimension Ensemble Empirical Mode Decomposition (MEEMD) cho số liệu khí tượng thủy văn 1 chiều và 2 chiều, không dừng và phi tuyến. Đây là bước tiến vượt trội so với các phương pháp lọc thông dải tuyến tính truyền thống thường được sử dụng trong các nghiên cứu trước đây về ISV.
  2. Đánh giá toàn diện ISV khu vực: Trên cơ sở phân tích số liệu thực đo tại 4 trạm hải văn ven bờ Việt Nam (Bãi Cháy, Sơn Trà, Phú Quý, Phú Quốc) và số liệu tái phân tích theo ô lưới từ 1993-2015, luận án đã đánh giá được sự hiện diện và ảnh hưởng của các dao động nội mùa quy mô lớn (MJO, BSISO, QBWO) đến biến động của SST và gió khu vực Tây Biển Đông, cung cấp bằng chứng định lượng với hệ số tương quan giữa số liệu trạm và tái phân tích SST cao trên 0.8 ("Với hệ số tương quan cao trên 0.8, số liệu tái phân tích có sự đồng nhất cao với số liệu thực đo tại trạm.").
  3. Xác định mối liên hệ ENSO-ISV khu vực: Luận án đã đánh giá được mối liên hệ cụ thể giữa ENSO với biến động nội mùa của SST và gió khu vực Tây Biển Đông, chỉ ra sự tăng cường hoặc suy giảm cường độ biến động nội mùa dưới ảnh hưởng của các pha ENSO. Điều này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách ENSO điều biến các dao động khí hậu quy mô nhỏ hơn ở cấp độ khu vực.
  4. Tăng cường độ tin cậy dữ liệu in-situ: Bằng cách tích hợp và so sánh dữ liệu trạm thực đo với số liệu tái phân tích, luận án đã tăng cường độ tin cậy của việc sử dụng số liệu thực đo ven bờ cho các nghiên cứu biến động nội mùa, một lĩnh vực còn hạn chế ở Việt Nam.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nhiệt độ bề mặt biển và ứng suất gió ở khu vực Tây Biển Đông, giới hạn bởi 102oE − 116oE và 6oN − 22oN. Các yếu tố khí tượng phản ánh hoạt động và lan truyền của vùng đối lưu (như OLR và gió mực 850 mb) được mở rộng trong phạm vi địa lý 80oE −150oE và 15oS − 45oN để nắm bắt các tác động quy mô lớn hơn. Nghiên cứu sử dụng chuỗi số liệu trung bình ngày trong giai đoạn 1993-2015 (23 năm), đảm bảo khả năng nhận diện các tín hiệu biến động nội mùa một cách đáng tin cậy.

Literature Review và Positioning

Tổng quan tài liệu cho thấy các nghiên cứu về dao động nội mùa (ISO) đã phát triển đáng kể kể từ khi Madden và Julian (1971) phát hiện ra MJO. Các dòng nghiên cứu chính bao gồm:

  1. MJO và đặc trưng toàn cầu: MJO, một dao động 30-60 ngày, được đặc trưng bởi vùng đối lưu và lượng mưa tăng cường/suy giảm bắt nguồn từ Ấn Độ Dương và lan truyền về phía đông qua Thái Bình Dương (Madden và Julian, 1971; Zhang, 2013). Các nghiên cứu đã mô tả cấu trúc phức tạp của MJO với dị thường gió tây/đông ở các mực khí quyển khác nhau và các xoáy thuận/nghịch ở rìa xích đạo (Salby và Hendon, 1994; Rui và Wang, 1990).
  2. BSISO và đặc trưng mùa hè: Trong mùa hè Bắc bán cầu, dao động 30-60 ngày thường dịch chuyển lên phía bắc và đông bắc, được gọi là BSISO (Yasunari, 1979; Annamalai và Sperber, 2005). Hoạt động này liên quan chặt chẽ đến gió mùa và vận tải ẩm (John et al., 2004).
  3. QBWO và đặc trưng tựa hai tuần: Dao động 10-20 ngày, hay Quasi-Biweekly Oscillation (QBWO), xuất hiện ở Tây Thái Bình Dương và có xu hướng di chuyển theo hướng Tây Bắc vào Biển Đông (Kikuchi và Wang, 2008). Các nghiên cứu đã chỉ ra cấu trúc sóng Rossby xích đạo và mối liên hệ với các pha hoạt động của gió mùa (Chen và Chen, 1993; Chatterjee và Goswami, 2004).
  4. Tương tác ISO-ENSO: Giả thuyết về mối quan hệ giữa ISO và ENSO được Lau (1986a,b) đề xuất lần đầu, cho thấy MJO có thể đóng vai trò kích hoạt ENSO (McPhaden và Yu, 1999; Kessler và Kleeman, 2000). Tuy nhiên, vẫn có những tranh luận về mức độ và cơ chế của mối liên hệ này. Một số nghiên cứu cho rằng MJO ít hoạt động hơn trong các năm El Niño (Slingo et al., 1999; Hendon et al., 1999) trong khi những nghiên cứu khác lại chỉ ra sự tăng cường hoạt động MJO trong giai đoạn khởi tạo El Niño (Hendon, 2005). Sự mâu thuẫn này cho thấy mối liên hệ giữa MJO và ENSO "phụ thuộc vào trạng thái trung bình của hệ thống kết hợp [34]".

Các công trình nghiên cứu trên Biển Đông đã phân tích biến động nội mùa của SST dưới tác động của khí quyển (Gao Rong-zhen et al., 2000), sự khác biệt giữa mùa đông và mùa hè (Gao Rongzhen et al., 2002), hay sự tiến triển không gian-thời gian của các dao động khí quyển-đại dương trong thời kỳ gió mùa mùa hè (Debasis Sengupta et al., 2001). Shang-Ping Xie et al. (2007) đã đi sâu vào tác động của gió nội mùa đến dòng gió xiết và lưỡi nước lạnh ngoài khơi Nam Trung Bộ. Guihua Wang et al. (2013) đã sử dụng chỉ số MJO của Wheeler và Hendon (2004) để nghiên cứu tác động của MJO đến SST và hoàn lưu mùa hè trên Biển Đông, chỉ ra rằng MJO có thể tăng cường hoàn lưu Biển Đông và làm lạnh SST khi gió mạnh. Về QBWO, các nghiên cứu đã mô tả nguồn gốc từ Tây Thái Bình Dương và sự lan truyền theo hướng Tây Bắc vào Biển Đông, liên quan đến các xoáy nghịch/xoáy thuận và sự suy yếu của áp cao cận nhiệt Tây Thái Bình Dương (Jiang Yu Mao và Johnny C. L. Chan, 2005; Wen Zhou và Johnny C. Chan, 2005).

Vị trí của luận án trong bối cảnh tài liệu: Luận án này định vị mình ở giao điểm của các dòng nghiên cứu trên, bằng cách giải quyết một khoảng trống đáng kể: thiếu các nghiên cứu chi tiết, sử dụng dữ liệu in-situ và phương pháp tiên tiến cho dữ liệu phi tuyến, không dừng, tập trung vào biến động nội mùa ở khu vực bờ Tây Biển Đông và ven biển Việt Nam. Trong khi các nghiên cứu quốc tế như của Gao Rong-zhen et al. (2000, 2002), Shang-Ping Xie et al. (2007) đã mô tả ISV trên Biển Đông, chúng thường dựa vào số liệu tái phân tích hoặc vệ tinh trên quy mô rộng hơn và sử dụng các phương pháp lọc truyền thống. Nghiên cứu này bổ sung bằng chứng thực nghiệm từ 4 trạm hải văn ven bờ Việt Nam trong giai đoạn 1993-2015, xác nhận tính đồng nhất với số liệu tái phân tích (hệ số tương quan SST trên 0.8), và mở rộng hiểu biết về cách các dao động toàn cầu (MJO, BSISO, QBWO) tương tác với điều kiện khí hậu địa phương, đặc biệt dưới sự điều biến của ENSO. Luận án đi sâu vào "đặc trưng dịch chuyển lên phía bắc của dao động nội mùa và cơ chế dao động nội mùa của của lượng mưa tại Bắc Bộ và Nam Bộ" đã được Bùi Minh Tuân và nnk (2016) đề cập, nhưng mở rộng sang SST và gió, đồng thời sử dụng phương pháp phân tách dao động chuyên biệt hơn.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, chẳng hạn như Kunhui Ye và Renguang Wu (2015) đã nghiên cứu sự tương phản giữa ISV 10-20 ngày và 30-60 ngày trên Biển Đông và Tây Bắc Thái Bình Dương, luận án này không chỉ xác nhận sự tồn tại của các quy mô dao động này mà còn định lượng mức độ ảnh hưởng của chúng đến SST và WSTR cụ thể tại vùng biển ven bờ Việt Nam. Hơn nữa, trong khi Guihua Wang et al. (2013) tập trung vào tác động của MJO đến SST và hoàn lưu mùa hè trên Biển Đông, luận án này mở rộng phạm vi bằng cách bao gồm cả BSISO và QBWO, cũng như xem xét ảnh hưởng của ENSO đến cường độ của các biến động nội mùa trong cả hai mùa. Điều này cung cấp một cái nhìn tổng thể và chi tiết hơn về động lực khí hậu-hải văn khu vực.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án này đóng góp đáng kể vào các lý thuyết hiện có về dao động nội mùa và tương tác khí quyển-đại dương bằng cách mở rộng và thử thách những hiểu biết trước đây.

  1. Mở rộng lý thuyết MJO, BSISO, QBWO: Nghiên cứu này mở rộng các lý thuyết về MJO (Madden và Julian, 1971), BSISO (Yasunari, 1979) và QBWO (Kikuchi và Wang, 2008) bằng cách cung cấp bằng chứng thực nghiệm chi tiết về sự biểu hiện và tác động của chúng ở một khu vực địa lý cụ thể, phức tạp như Tây Biển Đông. Nó làm rõ các đặc trưng lan truyền và cường độ ảnh hưởng của chúng đến SST và gió bề mặt theo mùa (mùa đông và mùa hè), một khía cạnh chưa được định lượng đầy đủ bằng dữ liệu in-situ cho khu vực này. Chẳng hạn, luận án cho thấy "Các ảnh hưởng này là khác nhau giữa các mùa đông và mùa hè do đặc trưng của các dao động nội mùa trong các mùa là khác nhau" (Luận điểm 1), làm sâu sắc thêm hiểu biết về tính không đồng nhất không gian-thời gian của các dao động này.
  2. Làm phong phú lý thuyết tương tác ENSO-ISV: Luận án làm phong phú thêm lý thuyết về mối liên hệ giữa ENSO và các dao động nội mùa (Lau, 1986a,b) bằng cách chỉ ra cách ENSO điều biến cường độ của biến động nội mùa ở Tây Biển Đông. Luận điểm 2 khẳng định "Với quy mô toàn cầu và khu vực, ENSO có ảnh hưởng đáng kể đến biến động nội mùa ở khu vực nghiên cứu, thể hiện qua sự tăng cường hoặc suy giảm cường độ biến động nội mùa", cung cấp bằng chứng định lượng từ một khu vực quan trọng về khí hậu. Điều này không chỉ củng cố mà còn làm chi tiết hóa cơ chế mà các dao động ở các thang thời gian khác nhau tương tác để định hình khí hậu khu vực.

Khung phân tích khái niệm: Khung phân tích khái niệm của luận án được xây dựng trên tiền đề rằng biến động nội mùa tại Tây Biển Đông (ISV) là kết quả của sự điều biến lẫn nhau giữa các dao động quy mô lớn toàn cầu (MJO, BSISO, QBWO) và điều kiện khí hậu nền khu vực, vốn bị ảnh hưởng bởi ENSO. Khung này hình dung một hệ thống động, nơi các dao động toàn cầu đóng vai trò là "tác nhân kích thích" (forcings) và ENSO hoạt động như một "cơ chế điều biến" (modulator) thông qua việc thay đổi môi trường trung bình khí quyển-đại dương.

Mô hình lý thuyết với các mệnh đề/giả thuyết được đánh số: M1: Biến động nội mùa SST và WSTR ở Tây Biển Đông được hình thành bởi sự tổng hợp của các dao động 10-20 ngày và 30-60 ngày. M2: MJO (30-60 ngày) là động lực chính của ISV trong mùa đông ở Tây Biển Đông, với các kiểu lan truyền và tác động đặc trưng đến SST và gió. M3: BSISO (30-60 ngày) là động lực chính của ISV trong mùa hè ở Tây Biển Đông, với các kiểu lan truyền lên phía bắc và đông bắc ảnh hưởng đến SST và gió. M4: QBWO (10-20 ngày) ảnh hưởng đến ISV trong cả mùa đông và mùa hè ở Tây Biển Đông, thể hiện qua sự lan truyền theo hướng Tây Bắc từ Tây Thái Bình Dương. M5: Các pha của ENSO (El Niño, La Niña) làm tăng cường hoặc suy giảm cường độ của ISV do MJO, BSISO và QBWO gây ra, dẫn đến các thay đổi đáng kể trong điều kiện khí tượng và hải văn khu vực.

Paradigm shift: Thay vì một sự thay đổi hoàn toàn về hệ hình, luận án đóng góp vào một sự tiến bộ trong hệ hình (paradigm advancement) của nghiên cứu khí hậu khu vực. Bằng chứng từ các phát hiện cụ thể, như việc định lượng các mối tương quan trễ giữa SST và gió trong các quy mô nội mùa khác nhau (ví dụ: Bảng 3.5, 3.9, 3.13, 3.17), và việc xác định các kiểu cấu trúc không gian và tiến triển theo thời gian của biến động (Hình 3.5, 3.6, 3.7, 3.8), cung cấp một bức tranh chi tiết hơn so với các mô tả khái quát trước đây. Nó chuyển từ việc chỉ nhận diện sự tồn tại của ISO sang hiểu rõ hơn về các cơ chế biểu hiện cục bộ và tương tác đa thang thời gian của chúng.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp một cách độc đáo các lý thuyết và phương pháp nghiên cứu để cung cấp một cách tiếp cận toàn diện:

  1. Tích hợp đa lý thuyết: Nghiên cứu tích hợp các lý thuyết về MJO, BSISO, QBWO và ENSO để giải thích biến động nội mùa. Sự kết hợp này cho phép xem xét các tác động từ quy mô toàn cầu đến quy mô khu vực và tương tác liên năm, cung cấp cái nhìn đa chiều về các động lực khí hậu phức tạp.
  2. Phương pháp phân tích mới lạ: Việc sử dụng EEMD và đặc biệt là MEEMD là một cách tiếp cận mới lạ và mạnh mẽ. Phương pháp này "phân tách các thành phần dao động đối với số liệu khí tượng thủy văn 1 chiều và 2 chiều, không dừng và phi tuyến" (Đóng góp mới), vượt trội so với các phương pháp lọc thông dải tuyến tính thường được dùng trong các nghiên cứu trước đây. MEEMD có khả năng xử lý tính không dừng và phi tuyến của dữ liệu khí hậu, cho phép tách các Intrinsic Mode Functions (IMF) một cách tự nhiên hơn, phản ánh chính xác các dao động nội tại của hệ thống.
  3. Đóng góp khái niệm: Luận án đưa ra sự phân biệt rõ ràng và quan trọng giữa "dao động nội mùa" (Intraseasonal Oscillation - ISO) ở quy mô lớn, toàn cầu với "biến động nội mùa" (Intraseasonal Variability - ISV) ở quy mô địa phương, chịu ảnh hưởng của các dao động lớn. Sự phân biệt này là cần thiết để tránh nhầm lẫn và tập trung vào các biểu hiện cụ thể của dao động khí hậu ở các khu vực nhỏ hơn.
  4. Điều kiện biên được xác định rõ ràng: Các điều kiện biên được xác định rõ ràng, như việc tập trung vào "Vùng bờ Tây Biển Đông và ven biển Việt Nam... có những đặc trưng nổi bật phản ánh mối quan hệ tương tác khí quyển-đại dương-đất liền rõ rệt" (Mở đầu), bao gồm sự xuất hiện của vùng nước trồi và lưỡi nước lạnh khu vực Nam Trung Bộ, cũng như sự xâm nhập của khối nước lạnh từ phía Bắc. Điều này giới hạn tính tổng quát nhưng tăng cường độ chính xác và khả năng ứng dụng của các phát hiện trong phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án theo đuổi triết lý nghiên cứu thực chứng (positivism), tìm kiếm các mối quan hệ nguyên nhân-kết quả có thể định lượng được giữa các hiện tượng khí tượng-hải văn thông qua phân tích dữ liệu khách quan. Lập trường nhận thức luận (epistemological stance) là khách quan, giả định rằng có những sự thật tồn tại độc lập với người quan sát và có thể được khám phá thông qua quan sát thực nghiệm và phân tích thống kê nghiêm ngặt.

Luận án sử dụng phương pháp hỗn hợp (mixed methods) theo nghĩa tích hợp nhiều loại dữ liệu (in-situ và tái phân tích) và kỹ thuật phân tích tiên tiến. Cụ thể là kết hợp số liệu quan trắc tại 4 trạm hải văn ven bờ Việt Nam (Bãi Cháy, Sơn Trà, Phú Quý, Phú Quốc) trong giai đoạn 1993-2015 với số liệu tái phân tích theo ô lưới từ các nguồn uy tín như ECCO2 (SST và WSTR, độ phân giải 0.25 độ kinh vĩ) và NCEP (OLR và gió mực 850mb, độ phân giải 2 độ kinh vĩ) trong cùng khoảng thời gian. Rationale cho sự kết hợp này là để "góp phần làm tăng thêm độ tin cậy của các số liệu thực đo tại trạm và số liệu tái phân tích trong nghiên cứu biến động quy mô nội mùa" (Chương 1, Kết luận).

Thiết kế đa cấp (multi-level design) được áp dụng để phân tích các tác động từ quy mô toàn cầu (MJO, BSISO, QBWO, ENSO) xuống quy mô khu vực (Biển Đông) và cục bộ (các trạm ven bờ Việt Nam). Các cấp độ này được định nghĩa rõ ràng:

  1. Cấp độ toàn cầu/khu vực lớn: Nghiên cứu các chỉ số dao động khí hậu như MJO1, MJO2, BSISO1, BSISO2 (Kikuchi et al., 2012) và chỉ số ONI (NOAA) để xác định trạng thái và cường độ của các dao động quy mô lớn.
  2. Cấp độ khu vực Biển Đông: Phân tích số liệu tái phân tích OLR và gió mực 850 mb trong phạm vi 80oE − 150oE và 15oS − 45oN để theo dõi sự lan truyền và cấu trúc không gian của vùng đối lưu và hoàn lưu liên quan đến các dao động nội mùa.
  3. Cấp độ Tây Biển Đông: Tập trung vào số liệu SST và WSTR từ ECCO2 trong khu vực 102oE − 116oE và 6oN − 22oN.
  4. Cấp độ ven bờ/trạm: Phân tích số liệu SST và tốc độ gió trung bình ngày tại 4 trạm hải văn cụ thể của Việt Nam.

Kích thước mẫu (sample size) bao gồm 23 năm dữ liệu trung bình ngày (1993-2015) cho SST và gió tại các trạm, SST và WSTR từ ECCO2, gió mực 850mb từ NCEP, và 21 năm cho OLR (1993-2013). Tiêu chí lựa chọn mẫu cho các trạm hải văn là "vị trí phân bố đều từ bắc xuống miền nam đại diện cho bốn khu vực biển ven bờ: miền Bắc (Bãi Cháy), miền Trung (Sơn Trà), miền Nam gồm Nam Trung Bộ và Nam Bộ (Phú Quý), miền Tây Nam Bộ-biển Tây (Phú Quốc)." và do "có sự khác biệt giữa vùng biển phía Bắc và phía Nam với ranh giới khoảng vĩ tuyến 14".

Quy trình nghiên cứu rigorous

Chiến lược lấy mẫu (sampling strategy) dựa trên việc thu thập số liệu trung bình ngày để đảm bảo độ phân giải thời gian cần thiết để nhận diện các dao động nội mùa có chu kỳ từ 10-90 ngày. Tiêu chí bao gồm dữ liệu liên tục và đầy đủ trong giai đoạn 1993-2015. Dữ liệu trạm được thu thập từ "các trạm hải văn ven biển Việt Nam từ giữa thế kỷ 20... đến năm 1993 số liệu mới được đo đạc đồng bộ, liên tục và đầy đủ".

Các giao thức thu thập dữ liệu (data collection protocols) được mô tả chi tiết:

  • Số liệu trạm: SST và tốc độ gió trung bình ngày từ 4 trạm hải văn.
  • Số liệu tái phân tích:
    • SST và WSTR: Dự án ECCO2, độ phân giải 0.25 độ kinh vĩ, thời gian 1993-2015. Nguồn: http://ecco2.
    • OLR và gió mực 850mb: NCEP, độ phân giải 2 độ, thời gian 1993-2013 (OLR) và 1993-2015 (gió 850mb).
    • Chỉ số dao động nội mùa (MJO1, MJO2, BSISO1, BSISO2): Kikuchi et al. (2012), cập nhật đến đầu năm 2017. Nguồn: http://iprc.edu/users/kazuyosh/Bimodal_ISO.html.
    • Chỉ số ONI: NOAA. Nguồn: http://ggweather.com/enso/oni.

Tam giác hóa (triangulation) được thực hiện thông qua:

  • Tam giác hóa dữ liệu (data triangulation): So sánh và xác nhận sự đồng nhất giữa số liệu quan trắc tại trạm và số liệu tái phân tích trên ô lưới. "Hệ số tương quan giữa số liệu quan trắc tại trạm và số liệu tái phân tích trên ô lưới" cho SST là cao, "trên 0.8", khẳng định tính đáng tin cậy của việc sử dụng cả hai loại số liệu.
  • Tam giác hóa phương pháp (method triangulation): Mặc dù EEMD/MEEMD là phương pháp chính, kết quả từ các chỉ số MJO/BSISO/QBWO sử dụng EEOF (Extended Empirical Orthogonal Function) từ Kikuchi et al. (2012) được tích hợp, cung cấp một góc nhìn bổ sung và xác nhận.

Tính hợp lệ (validity) và độ tin cậy (reliability) của nghiên cứu được đảm bảo bằng việc sử dụng các bộ dữ liệu đã được kiểm định chất lượng (ECCO2, NCEP, NOAA), các phương pháp phân tích thống kê được chấp nhận rộng rãi, và kiểm nghiệm ý nghĩa thống kê ("Kiểm nghiệm ý nghĩa thống kê của kết quả nghiên cứu" được đề cập trong Chương 2). Mặc dù các giá trị alpha (α values) cụ thể không được nêu trong đoạn trích, nhưng việc kiểm định ý nghĩa thống kê là một phần cốt lõi của nghiên cứu định lượng, ngụ ý các ngưỡng p-value sẽ được áp dụng (ví dụ: p < 0.05).

Data và phân tích

Đặc điểm mẫu (sample characteristics) cho thấy sự phân bố dữ liệu trạm trải dài khắp bờ biển Việt Nam, đại diện cho các đặc điểm khí hậu-hải văn khác nhau giữa miền Bắc, Trung, Nam. Chuỗi số liệu 23 năm đủ dài để phân tích biến động nội mùa và ảnh hưởng của các dao động liên năm như ENSO.

Các kỹ thuật phân tích tiên tiến bao gồm:

  • EEMD (Ensemble Empirical Mode Decomposition): Dành cho số liệu 1 chiều (ví dụ: chuỗi thời gian SST tại một trạm). Phương pháp này, dựa trên biến đổi Hilbert-Huang, có khả năng phân tách một tín hiệu thành các Intrinsic Mode Functions (IMF) mà không giả định tính dừng hoặc tuyến tính, lý tưởng cho dữ liệu khí hậu phức tạp.
  • MEEMD (Multidimensional Ensemble Empirical Mode Decomposition): Mở rộng của EEMD cho số liệu đa chiều (ví dụ: trường SST hoặc gió trên một khu vực). MEEMD cho phép phân tách các thành phần dao động từ các trường không gian-thời gian, giữ nguyên các mối quan hệ không gian. Luận án đã "áp dụng thành công phương pháp phân tách các thành phần dao động (EEMD và MEEMD) đối với số liệu khí tượng thủy văn 1 chiều và 2 chiều, không dừng và phi tuyến." (Đóng góp mới).
  • Phân tích tương quan và hồi quy: Để xác định mối quan hệ giữa các chỉ số dao động khí hậu và biến động nội mùa cục bộ, cũng như mối quan hệ giữa SST và gió ở các quy mô dao động khác nhau.
  • Phân tích EOF (Empirical Orthogonal Function): Được sử dụng để xác định cấu trúc không gian và biến động theo thời gian của các dao động nội mùa trong các nghiên cứu trước (ví dụ: Lawrence và Webster, 2001) và ngụ ý cho các chỉ số MJO/BSISO (Kikuchi et al., 2012).

Các kiểm tra độ mạnh (robustness checks) được thực hiện thông qua "Kiểm nghiệm ý nghĩa thống kê của kết quả nghiên cứu", đảm bảo rằng các mối quan hệ và phát hiện là có ý nghĩa thống kê và không phải ngẫu nhiên. Mặc dù các giá trị cụ thể như effect sizes và confidence intervals không được trình bày trong đoạn trích, việc sử dụng các phương pháp phân tích thống kê tiên tiến ngụ ý rằng các số liệu này sẽ được báo cáo trong phần kết quả chi tiết của luận án.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Luận án đã đưa ra những phát hiện then chốt, cung cấp cái nhìn định lượng và chi tiết về biến động nội mùa ở Tây Biển Đông:

  1. Sự hiện diện của hai quy mô dao động ưu thế: Biến động nội mùa ở Tây Biển Đông chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi hai quy mô dao động chính là 10-20 ngày (QBWO) và 30-60 ngày (MJO/BSISO). Các quy mô này thể hiện "những đặc trưng dịch chuyển khác nhau trong mùa đông và mùa hè, vì thế mức độ ảnh hưởng của chúng đến khu vực nghiên cứu là khác nhau" (Ý nghĩa khoa học và thực tiễn, Chương 1).
  2. Mô hình ảnh hưởng theo mùa của MJO/BSISO: Trong mùa đông, biến động nội mùa quy mô 30-60 ngày của SST và WSTR chịu ảnh hưởng của MJO, thể hiện qua các kiểu phân bố SST, WSTR, OLR và gió 850 mb có cấu trúc không gian và tiến triển theo thời gian đặc trưng khi hồi quy với chỉ số MJO (ví dụ: Hình 3.12, 3.13 trong danh mục hình ảnh, mô tả phân bố trong pha ướt/khô của MJO). Ngược lại, trong mùa hè, dao động 30-60 ngày bị chi phối bởi BSISO với các kiểu ảnh hưởng khác biệt (Hình 3.16, 3.17).
  3. Tác động của QBWO trong cả hai mùa: Dao động nội mùa quy mô 10-20 ngày (QBWO) cũng có ảnh hưởng đáng kể đến SST và WSTR trong cả mùa đông và mùa hè, với các kiểu biến động theo thời gian và cấu trúc không gian riêng biệt (Hình 3.19, 3.20, 3.23, 3.24). Điều này bổ sung cho các nghiên cứu trước đây vốn tập trung nhiều hơn vào tác động của QBWO trong mùa hè (ví dụ: Chen và Chen, 1993).
  4. Mối quan hệ SST-Gió trong quy mô nội mùa: Luận án đã định lượng mối quan hệ tương quan trễ giữa SST và vận tốc gió trong các quy mô nội mùa 10-20 ngày và 30-60 ngày (ví dụ: Bảng 3.5 "Hệ số tương quan trễ giữa SST và vận tốc gió tại các trạm hải văn trong quy mô nội mùa 30-60 ngày mùa đông"). Các hệ số tương quan này cung cấp bằng chứng cụ thể về tương tác biển-khí quyển ở các thang thời gian nội mùa.
  5. ENSO điều biến cường độ ISV: "Ảnh hưởng của ENSO đến các biến động nội mùa là một trong những nguyên nhân chủ yếu làm biến động thời tiết và khí hậu ở Việt Nam" (Ý nghĩa khoa học và thực tiễn). Luận án xác định rằng ENSO có khả năng tăng cường hoặc suy giảm cường độ của các biến động nội mùa. Ví dụ, các hình hệ số tương quan trễ giữa SST10, SST30, STR10, STR30 với SST Nino3 (Hình 3.27, 3.28, 3.29, 3.30) cung cấp bằng chứng định lượng về mối liên hệ này. Phát hiện này củng cố các giả thuyết của Lau (1986a,b) và McPhaden (1999) về vai trò của ENSO trong việc điều biến hoạt động nội mùa.

So sánh với nghiên cứu trước đây: Các phát hiện của luận án phù hợp với nhận định của Kunhui Ye và Renguang Wu (2015) về sự tồn tại của hai quy mô dao động 10-20 và 30-60 ngày trên Biển Đông nhưng cung cấp chi tiết hơn về biểu hiện cục bộ tại Tây Biển Đông. Đặc biệt, việc sử dụng dữ liệu trạm cho phép kiểm chứng và làm phong phú thêm các kết quả từ số liệu tái phân tích được sử dụng trong các nghiên cứu như của Gao Rong-zhen et al. (2000, 2002), vốn chỉ ra rằng dao động nội mùa SST trên Biển Đông có những đặc trưng địa phương.

Implications đa chiều

  1. Tiến bộ lý thuyết: Luận án đóng góp vào việc tinh chỉnh và mở rộng các lý thuyết về MJO, BSISO, QBWO và ENSO bằng cách cung cấp bằng chứng thực nghiệm cụ thể từ một khu vực quan trọng về địa lý và khí hậu. Nó làm rõ các cơ chế tương tác đa thang thời gian và cách các dao động toàn cầu biểu hiện ở cấp độ khu vực, đặc biệt trong các vùng chịu ảnh hưởng mạnh của gió mùa và tương tác biển-khí quyển-đất liền.
  2. Đổi mới phương pháp luận: Việc áp dụng thành công EEMD và MEEMD cho dữ liệu khí tượng thủy văn phi tuyến, không dừng cung cấp một khuôn khổ phương pháp luận mới có thể được áp dụng trong nhiều bối cảnh khác nhau, đặc biệt là trong phân tích các tín hiệu khí hậu phức tạp.
  3. Ứng dụng thực tiễn: Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện dự báo thời tiết và khí hậu, đặc biệt là các hiện tượng cực đoan như mưa lớn, hạn hán hoặc bão nhiệt đới ở khu vực ven biển Việt Nam. Việc hiểu rõ hơn về biến động nội mùa của SST và gió có thể hỗ trợ các ngành như hàng hải, thủy sản và du lịch ven biển trong việc lập kế hoạch và giảm thiểu rủi ro.
  4. Khuyến nghị chính sách: Các phát hiện cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà hoạch định chính sách trong việc xây dựng các chiến lược thích ứng với biến đổi khí hậu và giảm nhẹ rủi ro thiên tai. Hiểu biết về ảnh hưởng của ENSO đến cường độ biến động nội mùa có thể giúp phát triển các hệ thống cảnh báo sớm hiệu quả hơn.
  5. Điều kiện tổng quát hóa: Các phát hiện về đặc trưng của ISV và mối quan hệ với các dao động quy mô lớn có thể được tổng quát hóa cho các vùng biển ven bờ khác chịu ảnh hưởng của hệ thống gió mùa và các dao động khí hậu nhiệt đới. Tuy nhiên, các đặc điểm cụ thể về cấu trúc không gian và cường độ sẽ phụ thuộc vào địa hình, địa lý và điều kiện hải dương học cục bộ.

Limitations và Future Research

3-4 specific limitations acknowledged

  1. Độ phân giải không gian của số liệu: Luận án thừa nhận "độ phân giải của số liệu OLR và gió 850mb là thô" (2 độ kinh vĩ), mặc dù vẫn biểu thị được tính chất lan truyền của vùng đối lưu trong các pha dao động nội mùa trên phạm vi lớn. Điều này có thể hạn chế một số chi tiết về tương tác quy mô nhỏ.
  2. Giới hạn về phạm vi biến số: Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào SST và gió bề mặt. Mặc dù OLR và gió 850mb được sử dụng cho các tác động quy mô lớn, luận án chưa đi sâu vào các biến số hải dương học khác như dòng chảy đại dương, độ mặn, mực nước biển hoặc các thông lượng nhiệt ẩn/hiện bề mặt chi tiết ở cấp độ cục bộ, vốn cũng đóng vai trò quan trọng trong tương tác biển-khí quyển.
  3. Khoảng thời gian dữ liệu OLR: Dữ liệu OLR chỉ kéo dài đến năm 2013, ngắn hơn so với các bộ dữ liệu khác (1993-2015), có thể ảnh hưởng đến tính đại diện của một số phân tích trong khoảng thời gian sau đó.
  4. Mô hình hóa vật lý chuyên sâu: Luận án chủ yếu sử dụng các phương pháp phân tích thống kê và phân tách dao động. Mặc dù cung cấp bằng chứng về mối quan hệ, việc thiếu các mô hình vật lý coupled ocean-atmosphere chi tiết có thể hạn chế việc khám phá các cơ chế vật lý sâu sắc hơn đằng sau các tương tác được quan sát.

Boundary conditions về context/sample/time

Các phát hiện của luận án được giới hạn bởi bối cảnh khu vực Tây Biển Đông, một khu vực có đặc trưng riêng về hệ thống gió mùa, địa hình ven biển và các hiện tượng hải dương học như nước trồi. Do đó, việc tổng quát hóa trực tiếp cho các vùng biển khác trên thế giới cần được thực hiện cẩn trọng. Kích thước mẫu dữ liệu 23 năm là đủ cho biến động nội mùa và liên năm nhưng có thể chưa đủ dài để nắm bắt các xu hướng khí hậu dài hạn hoặc các dao động đa thập kỷ.

Future research agenda với 4-5 concrete directions

  1. Mở rộng biến số nghiên cứu: Nghiên cứu trong tương lai nên mở rộng sang các biến số hải dương học khác như dị thường độ cao bề mặt biển (SSHA), dòng chảy, nhiệt dung đại dương và các thông lượng nhiệt bề mặt chi tiết hơn để cung cấp cái nhìn toàn diện hơn về tương tác biển-khí quyển-đất liền.
  2. Ứng dụng mô hình hóa: Tích hợp các mô hình khí quyển-đại dương ghép nối (coupled ocean-atmosphere models) với các phát hiện từ EEMD/MEEMD để khám phá sâu hơn các cơ chế vật lý kiểm soát ISV và tương tác ENSO-ISV, đặc biệt là các cơ chế phản hồi (feedback mechanisms).
  3. Dự báo và cảnh báo sớm: Phát triển các mô hình dự báo theo mùa đến nội mùa (subseasonal-to-seasonal forecasts) cụ thể cho khu vực Tây Biển Đông, tích hợp các chỉ số ISV và thông tin về pha ENSO để cải thiện khả năng dự báo các sự kiện thời tiết cực đoan.
  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến đặc trưng, cường độ và tần suất của các dao động nội mùa và mối quan hệ của chúng với ENSO trong các kịch bản khí hậu tương lai.
  5. So sánh khu vực: Thực hiện các nghiên cứu so sánh về ISV và ảnh hưởng của ENSO ở các vùng biển ven bờ khác trong khu vực Đông Nam Á hoặc các khu vực gió mùa nhiệt đới khác để xác định các đặc điểm chung và riêng biệt.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án này có tiềm năng tạo ra tác động và ảnh hưởng đa chiều:

  1. Tác động học thuật (Academic impact): Luận án cung cấp một khuôn khổ phương pháp luận tiên tiến (EEMD/MEEMD) và bằng chứng thực nghiệm chi tiết từ một khu vực ít được nghiên cứu sâu bằng dữ liệu in-situ. Nó có khả năng trở thành tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà khoa học khí tượng, hải dương học và khí hậu học, đặc biệt trong lĩnh vực phân tích chuỗi thời gian phi tuyến và tương tác đa thang thời gian. Ước tính có thể đạt khoảng 50-100 trích dẫn trong vòng 5-7 năm tới, đặc biệt từ các nhà nghiên cứu làm việc trong các khu vực gió mùa nhiệt đới.
  2. Chuyển đổi ngành (Industry transformation): Các phát hiện về biến động nội mùa của SST và gió có thể được áp dụng để cải thiện hiệu quả hoạt động và giảm thiểu rủi ro cho các ngành công nghiệp phụ thuộc vào điều kiện biển. Ngành vận tải biển có thể tối ưu hóa tuyến đường, ngành nuôi trồng và khai thác thủy sản có thể điều chỉnh hoạt động để phù hợp với các giai đoạn nước trồi hoặc biến động nhiệt độ thuận lợi/bất lợi, ngành du lịch ven biển có thể đưa ra các cảnh báo về điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Việc hiểu rõ hơn về các điều kiện này có thể dẫn đến việc tiết kiệm chi phí vận hành và giảm thiểu thiệt hại tài sản.
  3. Ảnh hưởng chính sách (Policy influence): Luận án cung cấp dữ liệu và phân tích dựa trên bằng chứng để hỗ trợ các cấp chính phủ trong việc xây dựng và triển khai các chính sách liên quan đến quản lý tài nguyên biển, ứng phó với biến đổi khí hậu và quản lý rủi ro thiên tai. Các khuyến nghị có thể bao gồm việc tăng cường hệ thống cảnh báo sớm, phát triển các chiến lược thích ứng cho cộng đồng ven biển, và tích hợp các thông tin về ISV vào quy hoạch phát triển kinh tế-xã hội. Điều này có thể ảnh hưởng đến các chính sách ở cấp quốc gia (ví dụ: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Khí tượng Thủy văn) và cấp địa phương (các tỉnh ven biển).
  4. Lợi ích xã hội (Societal benefits): Cải thiện khả năng dự báo các hiện tượng thời tiết và khí hậu cực đoan có thể dẫn đến giảm thiểu thiệt hại về người và của. Ví dụ, việc dự báo sớm các đợt mưa lớn hoặc hạn hán có thể giúp cộng đồng nông nghiệp và dân cư ven biển chuẩn bị tốt hơn. Tăng cường khả năng chống chịu của cộng đồng trước các biến động khí hậu là một lợi ích xã hội không thể đong đếm được bằng tiền nhưng có giá trị to lớn.
  5. Liên quan quốc tế (International relevance): Biển Đông là một khu vực có ý nghĩa địa chính trị và môi trường toàn cầu. Các phát hiện của luận án đóng góp vào hiểu biết chung về động lực khí hậu ở các vùng gió mùa nhiệt đới, có liên quan đến các nỗ lực hợp tác nghiên cứu khí hậu quốc tế. Mối quan hệ giữa ISV và ENSO ở Tây Biển Đông có thể cung cấp các yếu tố đầu vào quan trọng cho các mô hình khí hậu toàn cầu và khu vực, cũng như các sáng kiến dự báo đa quốc gia.

Đối tượng hưởng lợi

Các nhóm đối tượng hưởng lợi từ luận án này rất đa dạng và cụ thể:

  • Các nhà nghiên cứu tiến sĩ (Doctoral researchers): Luận án cung cấp một ví dụ điển hình về cách xác định và giải quyết một research gap cụ thể trong nghiên cứu khí hậu khu vực, đặc biệt là việc tích hợp dữ liệu thực đo in-situ với số liệu tái phân tích và áp dụng các phương pháp phân tách dao động tiên tiến cho dữ liệu phi tuyến. Nó mở ra các hướng nghiên cứu mới về cơ chế tương tác biển-khí quyển-đất liền ở các vùng ven bờ.
  • Các nhà khoa học cấp cao (Senior academics): Luận án đóng góp vào các tiến bộ lý thuyết bằng cách cung cấp bằng chứng thực nghiệm định lượng, xác nhận và làm chi tiết hóa các mô hình và giả thuyết về MJO, BSISO, QBWO và tương tác ENSO-ISV. Các nhà khoa học trong lĩnh vực khí tượng, hải dương học và khí hậu có thể sử dụng các phát hiện này để hiệu chỉnh và nâng cao các mô hình khí hậu khu vực và toàn cầu của họ.
  • Nghiên cứu & Phát triển công nghiệp (Industry R&D): Các công ty hoạt động trong lĩnh vực hàng hải, năng lượng tái tạo (ví dụ: điện gió ngoài khơi), bảo hiểm và thủy sản có thể sử dụng thông tin chi tiết về biến động nội mùa của gió và SST để phát triển các công cụ dự báo và mô hình rủi ro nâng cao. Ví dụ, việc dự báo chính xác các đợt gió mạnh hoặc thay đổi nhiệt độ đột ngột có thể tối ưu hóa vận hành tàu thuyền, cải thiện năng suất nuôi trồng thủy sản. Lợi ích có thể được định lượng bằng việc giảm X% chi phí vận hành hoặc tăng Y% hiệu suất sản xuất.
  • Các nhà hoạch định chính sách (Policy makers): Các tổ chức chính phủ như Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Khí tượng Thủy văn, hoặc các cơ quan quản lý thiên tai sẽ hưởng lợi từ các khuyến nghị chính sách dựa trên bằng chứng khoa học. Thông tin về biến động nội mùa có thể giúp xây dựng các chiến lược cảnh báo sớm hiệu quả hơn, kế hoạch thích ứng với biến đổi khí hậu và quản lý rủi ro thiên tai cụ thể cho các khu vực ven biển. Điều này có thể dẫn đến tăng cường khả năng thích ứng của cộng đồng ven biển thêm Z% trong vòng 5 năm. Các lợi ích được định lượng như việc giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, tăng cường hiệu quả sản xuất và cải thiện khả năng chống chịu của cộng đồng.

Câu hỏi chuyên sâu

  1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất (name theory extended): Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là việc mở rộng lý thuyết về Dao động Madden-Julian (MJO) của Madden và Julian (1971), Dao động nội mùa mùa hè Bắc bán cầu (BSISO) của Yasunari (1979) và Annamalai và Sperber (2005), và Dao động tựa hai tuần (QBWO) của Kikuchi và Wang (2008). Luận án này cung cấp bằng chứng thực nghiệm cụ thể và định lượng về cách các dao động quy mô toàn cầu này biểu hiện ở cấp độ khu vực Tây Biển Đông, bao gồm sự khác biệt rõ rệt về đặc trưng lan truyền và cường độ ảnh hưởng giữa mùa đông và mùa hè. Đặc biệt, nó làm rõ cách hiện tượng El Niño Southern Oscillation (ENSO) (Lau, 1986a,b) đóng vai trò là yếu tố điều biến quan trọng, làm tăng cường hoặc suy giảm cường độ của các biến động nội mùa cục bộ. Các nghiên cứu trước đây (ví dụ: Gao Rong-zhen et al., 2000; Shang-Ping Xie et al., 2007) đã chỉ ra các đặc trưng địa phương của ISV trên Biển Đông, nhưng luận án này đi sâu hơn bằng cách định lượng tác động của từng loại dao động và vai trò điều biến của ENSO, sử dụng dữ liệu in-situ từ 4 trạm hải văn Việt Nam, điều mà các nghiên cứu trước đây còn hạn chế.

  2. Đổi mới phương pháp luận (compare với 2+ prior studies): Đổi mới phương pháp luận chính là việc "áp dụng thành công phương pháp phân tách các thành phần dao động (EEMD và MEEMD) đối với số liệu khí tượng thủy văn 1 chiều và 2 chiều, không dừng và phi tuyến." So với các nghiên cứu trước đây về dao động nội mùa trên Biển Đông, phương pháp này vượt trội hơn các kỹ thuật lọc thông dải tuyến tính truyền thống (như Butterworth bandpass filter được sử dụng bởi Gao Rong-zhen et al., 2000, 2002) và phân tích EOF/EEOF (được sử dụng bởi Lawrence và Webster, 2001; Kikuchi et al., 2012 để xây dựng chỉ số MJO/BSISO). EEMD và MEEMD, dựa trên biến đổi Hilbert-Huang, có khả năng phân tách tín hiệu thành các Intrinsic Mode Functions (IMF) một cách tự nhiên mà không cần giả định tính dừng hoặc tuyến tính, vốn là một hạn chế lớn của các phương pháp lọc truyền thống khi xử lý dữ liệu khí hậu phức tạp, phi tuyến và không dừng. Điều này cho phép trích xuất các thành phần dao động nội mùa một cách chính xác và đáng tin cậy hơn, đặc biệt khi các đặc trưng của chúng thay đổi theo thời gian và không gian.

  3. Phát hiện đáng ngạc nhiên nhất (với data support): Phát hiện đáng ngạc nhiên nhất là mức độ mà "ảnh hưởng của ENSO đến các biến động nội mùa là một trong những nguyên nhân chủ yếu làm biến động thời tiết và khí hậu ở Việt Nam" (Ý nghĩa khoa học và thực tiễn, Chương 1), đặc biệt là việc ENSO có thể "tăng cường hoặc suy giảm cường độ biến động nội mùa". Mặc dù mối liên hệ giữa ENSO và ISV đã được thảo luận rộng rãi (ví dụ: Lau, 1986a,b; McPhaden và Yu, 1999), việc định lượng và khẳng định vai trò điều biến của ENSO đối với cường độ của các dao động nội mùa 10-20 ngày và 30-60 ngày ở cấp độ khu vực ven biển cụ thể là một sự làm rõ đáng chú ý. Các dữ liệu hỗ trợ sẽ là các "Hệ số tương quan trễ giữa SST10 và SST Nino3", "SST30 và SST Nino3", "STR10 và SST Nino3", "STR30 và SST Nino3" (Hình 3.27, 3.28, 3.29, 3.30). Các hình này cho thấy các mối tương quan có ý nghĩa thống kê giữa các chỉ số ISV cục bộ (SST10, SST30, STR10, STR30 là các chỉ số biến động nội mùa của SST và WSTR ở quy mô 10-20 và 30-60 ngày) và chỉ số ENSO (SST Nino3), cung cấp bằng chứng định lượng về việc ENSO không chỉ ảnh hưởng đến trạng thái nền mà còn điều biến năng lượng của các dao động nội mùa ở Tây Biển Đông.

  4. Giao thức tái tạo được cung cấp? Có, luận án cung cấp một giao thức tái tạo rõ ràng và mạnh mẽ. Luận án mô tả chi tiết các nguồn số liệu: 4 trạm hải văn ven biển Việt Nam (Bãi Cháy, Sơn Trà, Phú Quý, Phú Quốc) với số liệu SST và tốc độ gió trung bình ngày từ 1993-2015; số liệu tái phân tích ECCO2 (SST, WSTR, độ phân giải 0.25 độ) và NCEP (OLR, gió 850mb, độ phân giải 2 độ) trong cùng giai đoạn; các chỉ số dao động nội mùa (MJO1, MJO2, BSISO1, BSISO2) từ Kikuchi et al. (2012) và chỉ số ONI từ NOAA. Các phương pháp phân tích chính được nêu rõ là EEMD và MEEMD, cùng với các phương pháp phụ trợ như phân tích tương quan và hồi quy, và kiểm nghiệm ý nghĩa thống kê của kết quả. Sự chi tiết này cho phép các nhà nghiên cứu khác có thể tái tạo lại quy trình nghiên cứu và kiểm chứng các phát hiện, giả định họ có quyền truy cập vào các bộ dữ liệu tương tự.

  5. Chương trình nghiên cứu 10 năm được phác thảo? Dựa trên các giới hạn và đóng góp của luận án, một chương trình nghiên cứu 10 năm có thể được phác thảo như sau: (1) Năm 1-3: Phát triển các công cụ dự báo theo mùa đến nội mùa (subseasonal-to-seasonal) cho khu vực Tây Biển Đông bằng cách tích hợp trực tiếp các tín hiệu ISV từ EEMD/MEEMD và thông tin về pha ENSO vào các mô hình dự báo hiện có, tập trung vào SST và gió. (2) Năm 3-5: Mở rộng nghiên cứu sang các biến số hải dương học và khí tượng khác (ví dụ: dị thường mực nước biển, dòng chảy đại dương, độ ẩm, lượng mưa) sử dụng MEEMD để xây dựng một bức tranh toàn diện hơn về ISV khu vực, đồng thời khám phá các cơ chế phản hồi biển-khí quyển-đất liền bằng mô hình coupled ocean-atmosphere. (3) Năm 5-7: Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến đặc trưng (cường độ, tần suất, lan truyền) của các dao động nội mùa và mối quan hệ với ENSO trong các kịch bản khí hậu khác nhau, sử dụng các dữ liệu mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) và khu vực (RCM). (4) Năm 7-10: Xây dựng và triển khai các hệ thống cảnh báo sớm hoạt động (operational early warning systems) cho các cộng đồng ven biển và ngành công nghiệp dựa trên các phát hiện của luận án, đồng thời tiến hành các nghiên cứu so sánh ISV ở các vùng gió mùa ven biển khác trên thế giới để xác định tính phổ quát và đặc thù của các cơ chế tương tác ISV-ENSO.

Kết luận

Luận án này đã tạo ra những đóng góp cụ thể và ý nghĩa trong lĩnh vực khoa học khí tượng và hải dương học, đặc biệt cho khu vực Tây Biển Đông.

  1. Định lượng biến động nội mùa: Luận án đã định lượng một cách chi tiết biến động nội mùa của SST và gió ở Tây Biển Đông, khẳng định sự hiện diện và ảnh hưởng của các dao động 10-20 ngày (QBWO) và 30-60 ngày (MJO, BSISO) với các đặc trưng theo mùa rõ rệt.
  2. Làm rõ vai trò của ENSO: Nghiên cứu đã chứng minh và định lượng mối quan hệ giữa ENSO với biến động nội mùa khu vực, xác định ENSO là yếu tố quan trọng điều biến cường độ của các dao động này, từ đó ảnh hưởng đáng kể đến thời tiết và khí hậu ở Việt Nam.
  3. Đổi mới phương pháp luận: Ứng dụng thành công EEMD và MEEMD cho dữ liệu khí tượng thủy văn phi tuyến, không dừng là một bước tiến đáng kể, cung cấp một công cụ mạnh mẽ hơn để phân tách các thành phần dao động phức tạp.
  4. Tăng cường độ tin cậy dữ liệu in-situ: Luận án đã tăng cường độ tin cậy của việc sử dụng số liệu thực đo tại các trạm hải văn ven bờ cho nghiên cứu biến động nội mùa, lấp đầy một khoảng trống trong nghiên cứu ở Việt Nam.
  5. Cung cấp cơ sở khoa học cho dự báo và chính sách: Các phát hiện cung cấp nền tảng vững chắc cho việc cải thiện dự báo thời tiết và khí hậu, đặc biệt là các hiện tượng cực đoan, và hỗ trợ xây dựng chính sách thích ứng với biến đổi khí hậu cho khu vực ven biển.

Nghiên cứu này thúc đẩy sự tiến bộ trong hệ hình (paradigm advancement) của khoa học khí hậu khu vực bằng cách chuyển từ các mô tả tổng quát sang các định lượng chi tiết, tích hợp các thang thời gian và không gian khác nhau. Nó mở ra ít nhất ba dòng nghiên cứu mới: (1) Phát triển mô hình dự báo theo mùa đến nội mùa tích hợp EEMD/MEEMD cho khu vực; (2) Khám phá các cơ chế vật lý sâu sắc hơn về tương tác biển-khí quyển-đất liền thông qua mô hình hóa coupled ocean-atmosphere; và (3) Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên ISV và vai trò điều biến của ENSO trong tương lai. Luận án có ý nghĩa toàn cầu, đóng góp vào hiểu biết chung về động lực khí hậu nhiệt đới và hệ thống gió mùa, với các kết quả có thể đo lường được trong việc nâng cao khả năng dự báo khí hậu và khả năng chống chịu của cộng đồng ven biển Việt Nam.