Hạn hán là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và bản chất của hạn hán

Hạn hán là hiện tượng thời tiết bất thường xảy ra khi lượng mưa ghi nhận thấp hơn mức trung bình nhiều năm trong một khoảng thời gian kéo dài, dẫn đến tình trạng thiếu hụt nước nghiêm trọng trong đất, sông, hồ, và tầng ngầm. Không giống các hiện tượng thiên tai cấp tính như lũ lụt hay bão, hạn hán diễn ra chậm, mang tính tích lũy, và khó xác định thời điểm bắt đầu hoặc kết thúc một cách rõ ràng.

Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) định nghĩa hạn hán không chỉ là hiện tượng khí hậu mà còn là một dạng rủi ro tổng hợp, phát sinh do mối liên kết giữa các yếu tố thời tiết, sinh thái và hoạt động của con người. Hạn hán có thể ảnh hưởng đến các ngành như nông nghiệp, năng lượng, y tế, môi trường và an ninh lương thực – khiến nó trở thành một trong những hiểm họa nghiêm trọng và tốn kém nhất trên thế giới.

Hạn hán không có một định nghĩa duy nhất vì nó phụ thuộc vào bối cảnh khí hậu, nhu cầu sử dụng nước và điều kiện sinh thái của từng khu vực. Do đó, các quốc gia và tổ chức quốc tế thường xây dựng các tiêu chí định lượng riêng để nhận diện và theo dõi hạn hán phù hợp với đặc điểm vùng lãnh thổ cụ thể.

Phân loại các dạng hạn hán

Hạn hán được phân loại dựa trên đối tượng chịu ảnh hưởng và quy mô tác động. Mỗi loại hạn phản ánh một khía cạnh khác nhau của sự thiếu hụt nước trong tự nhiên hoặc trong hệ thống kinh tế – xã hội. Phân loại hợp lý giúp xây dựng các công cụ giám sát, cảnh báo và ứng phó chuyên biệt, từ đó giảm thiểu thiệt hại.

Các loại hạn hán phổ biến bao gồm:

• Hạn khí tượng: Xảy ra khi lượng mưa thực tế giảm thấp hơn nhiều so với mức trung bình nhiều năm trong cùng kỳ.
• Hạn nông nghiệp: Thiếu hụt độ ẩm trong đất, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng và vật nuôi.
• Hạn thủy văn: Giảm lưu lượng nước mặt và nước ngầm, ảnh hưởng đến hồ chứa, sông ngòi và hệ sinh thái thủy sinh.
• Hạn kinh tế - xã hội: Xuất hiện khi ảnh hưởng của hạn lan rộng đến các hoạt động sản xuất – đời sống, gây tổn thất kinh tế và xã hội.

Các loại hạn này có thể xảy ra riêng biệt hoặc chồng lấn lên nhau. Ví dụ, hạn khí tượng kéo dài có thể dẫn đến hạn thủy văn và nông nghiệp, cuối cùng gây ra khủng hoảng kinh tế – xã hội. Việc nhận diện sớm loại hình hạn hán đang xảy ra là bước quan trọng trong thiết kế chính sách ứng phó hiệu quả.

Nguyên nhân gây ra hạn hán

Hạn hán có thể do các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo. Về tự nhiên, nguyên nhân chủ yếu là do rối loạn tuần hoàn khí quyển như sự suy yếu của gió mùa, lệch pha lượng mưa, biến động sóng Kelvin hay hiện tượng El Niño. El Niño làm tăng nhiệt độ bề mặt Thái Bình Dương, từ đó ảnh hưởng đến hình thái mưa tại nhiều khu vực, đặc biệt ở Đông Nam Á và Nam Mỹ.

Về mặt nhân tạo, các hoạt động như phá rừng, bê tông hóa bề mặt đô thị, khai thác nước ngầm không kiểm soát và sử dụng nước kém hiệu quả trong nông nghiệp góp phần làm trầm trọng thêm tình trạng hạn hán. Việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất không hợp lý cũng khiến vùng đất mất khả năng giữ ẩm, giảm độ che phủ sinh học và làm gián đoạn chu trình nước tự nhiên.

Một số nguyên nhân thường gặp:

• Giảm mưa theo chu kỳ dài hoặc phân bố mưa bất thường
• Nhiệt độ cao gây tăng bốc hơi nước
• Thay đổi độ ẩm tương đối và áp suất khí quyển
• Biến động dòng chảy sông suối xuyên biên giới do khai thác quá mức

Chỉ số và công cụ đo lường hạn hán

Hạn hán không thể đánh giá chỉ qua quan sát trực tiếp, mà cần sử dụng các chỉ số định lượng để xác định mức độ thiếu hụt nước và phạm vi ảnh hưởng. Các chỉ số này được phát triển dựa trên dữ liệu khí tượng, thủy văn, viễn thám và mô hình toán học, cho phép theo dõi tình hình hạn hán theo thời gian thực và dự báo xu hướng tương lai.

Một số chỉ số đo lường phổ biến:

• SPI (Standardized Precipitation Index): Đánh giá sự thiếu hụt lượng mưa so với trung bình lịch sử trong các khoảng thời gian 1, 3, 6, 12 tháng.
• PDSI (Palmer Drought Severity Index): Xác định mức độ hạn dựa trên cân bằng độ ẩm đất và lượng mưa – nhiệt độ.
• NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Phân tích độ xanh của thực vật từ ảnh vệ tinh để đánh giá stress sinh học do thiếu nước.
• VHI (Vegetation Health Index): Kết hợp nhiệt độ và độ xanh để đánh giá sức khỏe thảm thực vật.

Bảng tổng hợp các chỉ số đo hạn hán phổ biến:

Chỉ số	Thành phần dữ liệu	Ứng dụng chính
SPI	Lượng mưa	Phát hiện sớm hạn khí tượng
PDSI	Mưa, nhiệt độ, độ ẩm đất	Đánh giá hạn khí tượng – nông nghiệp
NDVI	Ảnh vệ tinh (MODIS, Landsat)	Giám sát thảm thực vật
VHI	NDVI + nhiệt độ bề mặt	Phát hiện stress sinh học

Ngoài ra, các cơ quan như U.S. Drought Monitor hay European Drought Observatory cung cấp bản đồ hạn hán theo thời gian thực dựa trên tổng hợp dữ liệu nhiều nguồn, hỗ trợ chính phủ và người dân có biện pháp ứng phó phù hợp.

Tác động của hạn hán đến nông nghiệp

Nông nghiệp là lĩnh vực chịu ảnh hưởng trực tiếp và nghiêm trọng nhất từ hạn hán. Khi lượng mưa giảm và độ ẩm đất không đủ, cây trồng không thể sinh trưởng bình thường, dẫn đến giảm năng suất, hư hại mùa vụ, thậm chí mất trắng. Hạn hán kéo dài trong mùa gieo trồng có thể gây thiệt hại về kinh tế hàng tỷ USD, đặc biệt tại các quốc gia phụ thuộc vào nông nghiệp mưa phụ thuộc.

Chăn nuôi cũng bị ảnh hưởng do thiếu nước uống, đồng cỏ khô cạn và gia tăng chi phí thức ăn bổ sung. Các loại cây trồng có nhu cầu nước cao như lúa, ngô, mía, cà phê và các loại rau màu dễ bị tổn thương nhất. Ngoài ra, hạn hán còn tạo điều kiện cho dịch bệnh cây trồng bùng phát do suy yếu sức đề kháng và thay đổi hệ vi sinh vật trong đất.

Thống kê thiệt hại nông nghiệp điển hình:

Khu vực	Năm	Thiệt hại ước tính	Loại cây trồng chịu ảnh hưởng
Ấn Độ	2016	~5 tỷ USD	Lúa, ngô, đậu tương
California (Mỹ)	2015	~2,7 tỷ USD	Cây ăn quả, rau màu
Việt Nam – Tây Nguyên	2020	~3.000 tỷ VND	Cà phê, hồ tiêu

Tác động của hạn hán đến tài nguyên nước và môi trường

Hạn hán kéo dài làm suy giảm nghiêm trọng mực nước sông, hồ chứa, tầng nước ngầm và các hệ thống thủy lợi. Điều này không chỉ gây thiếu nước cho sinh hoạt và sản xuất mà còn ảnh hưởng đến sự cân bằng sinh thái trong các vùng đất ngập nước, rừng ngập mặn và lưu vực sông nội địa.

Các hệ sinh thái thủy sinh bị tổn thương do nhiệt độ nước tăng, nồng độ ô nhiễm gia tăng và thiếu oxy hòa tan. Hạn hán cũng làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn tại các vùng ven biển khi lưu lượng nước ngọt sụt giảm, đặc biệt trong bối cảnh mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu. Đồng bằng sông Cửu Long tại Việt Nam là một ví dụ điển hình cho mối liên hệ giữa hạn hán và xâm nhập mặn nghiêm trọng.

Tình trạng cạn kiệt nước còn thúc đẩy khai thác nước ngầm không kiểm soát, gây sụt lún đất, suy giảm chất lượng nước, nhiễm mặn tầng chứa nước và ảnh hưởng lâu dài đến an ninh nguồn nước của các đô thị lớn. Một số thành phố lớn như Jakarta, Bangkok và TP. Hồ Chí Minh đang đối mặt với các rủi ro này.

Hạn hán và biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang làm gia tăng tần suất, cường độ và thời gian kéo dài của các đợt hạn hán nghiêm trọng. Báo cáo của IPCC năm 2021 cho biết, các khu vực như Nam Âu, Trung Đông, Bắc Phi, Trung Á và Tây Hoa Kỳ có nguy cơ đối mặt với siêu hạn kéo dài (megadrought) trong thế kỷ 21, đặc biệt dưới các kịch bản phát thải cao.

Cơ chế vật lý đằng sau mối liên hệ này liên quan đến quá trình bốc hơi nước gia tăng khi nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng. Tốc độ bốc hơi (E) có thể được mô tả bởi phương trình: $E = k \cdot (e_s - e_a)$ trong đó $e_s$ là áp suất hơi bão hòa phụ thuộc vào nhiệt độ, còn $e_a$ là áp suất hơi thực tế. Khi nhiệt độ tăng, sự chênh lệch $e_s - e_a$ tăng theo, làm tăng tốc độ mất nước từ mặt đất và thực vật.

Sự biến đổi về hình thái mưa cũng là một yếu tố then chốt: mưa trở nên bất thường, tập trung ngắn hạn với cường độ cao thay vì phân bố đều, làm tăng nguy cơ hạn giữa mùa hoặc sau hạn là lũ. Biến đổi khí hậu vì vậy không chỉ gây hạn mà còn làm tăng tính cực đoan của các hiện tượng thủy văn.

Chiến lược quản lý và thích ứng hạn hán

Quản lý hạn hán hiệu quả đòi hỏi sự tích hợp giữa giám sát, dự báo, quy hoạch tài nguyên và hành vi sử dụng nước bền vững. Các chiến lược cần được triển khai cả ở cấp quốc gia và địa phương, với sự tham gia của nhà nước, cộng đồng và khu vực tư nhân. Nhiều quốc gia đã xây dựng Kế hoạch Hành động Quốc gia về Hạn hán (NDAP – National Drought Action Plan) theo khuyến nghị của FAO.

Các giải pháp điển hình:

• Phát triển hệ thống cảnh báo sớm đa nguồn dữ liệu (vệ tinh, mô hình khí hậu, cảm biến đất)
• Đa dạng hóa cơ cấu cây trồng, chuyển sang giống chịu hạn hoặc chu kỳ ngắn
• Xây dựng công trình trữ nước quy mô nhỏ như hồ nông nghiệp, ao sinh thái
• Thúc đẩy nông nghiệp thông minh thích ứng với khí hậu (climate-smart agriculture)
• Ban hành chính sách khuyến khích sử dụng nước hiệu quả và phân bổ nước công bằng

Kinh nghiệm từ các nước như Israel (tái sử dụng nước thải, tưới nhỏ giọt), Tây Ban Nha (luật phân bổ nước vùng khô), và Úc (quản lý lưu vực Murray-Darling) cho thấy quản lý hạn hiệu quả cần kết hợp khoa học – công nghệ với thể chế minh bạch và sự đồng thuận xã hội.

Vai trò của công nghệ và dữ liệu vệ tinh

Sự phát triển của công nghệ viễn thám, trí tuệ nhân tạo (AI) và dữ liệu lớn (Big Data) đã mở ra nhiều khả năng mới trong giám sát và dự báo hạn hán. Dữ liệu vệ tinh từ các hệ thống như MODIS, Sentinel, Landsat, hoặc SMAP được sử dụng để tính toán chỉ số thực vật (NDVI), độ ẩm đất, nhiệt độ bề mặt và thay đổi lớp phủ đất theo thời gian thực.

Các nền tảng như European Drought Observatory hoặc U.S. Drought Monitor cung cấp bản đồ hạn hán tương tác, dữ liệu theo thời gian thực và công cụ phân tích xu hướng – hỗ trợ hiệu quả cho cơ quan hoạch định chính sách và người dân trong quản lý rủi ro.

AI và học máy đang được ứng dụng để phát hiện sớm hạn hán dựa trên nhận diện mô hình thời tiết, ảnh vệ tinh và dữ liệu lịch sử. Các mô hình dự báo như SPI forecasting, soil moisture modeling hay crop yield prediction đều có thể cải thiện độ chính xác nhờ thuật toán học sâu.

Tài liệu tham khảo

1. World Meteorological Organization (WMO). https://public.wmo.int/en
2. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). https://www.ipcc.ch/
3. FAO – Drought Management. https://www.fao.org/drought/en/
4. NASA Earth Observatory – El Niño. https://climate.nasa.gov/
5. U.S. Drought Monitor. https://droughtmonitor.unl.edu/
6. European Drought Observatory. https://edo.jrc.ec.europa.eu/