Phân loại khí hậu Köppen: các ngưỡng nhiệt độ, lượng mưa chia vùng

Phân loại khí hậu Köppen chia Trái Đất thành năm nhóm khí hậu lớn bằng vài ngưỡng số đơn giản: tháng lạnh nhất từ 18°C trở lên là nhiệt đới, tháng nóng nhất dưới 10°C là khí hậu cực, lượng mưa thấp hơn một ngưỡng tính theo nhiệt độ là khí hậu khô. Chỉ cần nhiệt độ trung bình và lượng mưa của 12 tháng là tự xếp loại được bằng tay. Theo cách chia này, Hà Nội thuộc kiểu Cwa (cận nhiệt đới ẩm, mùa đông khô) còn TP. Hồ Chí Minh thuộc kiểu Aw (xavan nhiệt đới).

Người vẽ ra các đường chia: Wladimir Köppen

Wladimir Köppen (1846–1940) sinh ở Saint Petersburg, học thực vật học rồi chuyển sang khí tượng và làm việc phần lớn đời ở Đức. Năm 1884 ông công bố bản đồ các đới nhiệt. Năm 1900 ông đưa ra hệ phân loại khí hậu đầu tiên, dựa trên ý tưởng rằng thảm thực vật là "máy đo" khí hậu tốt nhất: rừng mưa, xavan, thảo nguyên, rừng lá kim, đài nguyên đều tồn tại trong những khoảng nhiệt độ và độ ẩm nhất định. Ông chỉnh sửa lớn năm 1918, bản cuối năm 1936. Nhà khí hậu học Rudolf Geiger tiếp tục cập nhật trong thập niên 1950–1960, nên hệ thống thường được gọi là Köppen–Geiger.

Điểm hay của Köppen là biến một thứ liên tục và mơ hồ thành những đường chia rõ ràng, tính lại được. Điểm yếu cũng nằm ở đó: một nơi có tháng lạnh nhất 17,9°C và nơi có 18,1°C bị xếp vào hai nhóm khác nhau, dù khí hậu gần như y hệt.

Năm nhóm chính và các ngưỡng

Ngưỡng C/D có hai phiên bản: Köppen dùng −3°C, nhiều tác giả Mỹ dùng 0°C. Chuyện tưởng nhỏ này dời đường chia hàng trăm km ở Bắc Mỹ và châu Âu, nên khi so hai bản đồ Köppen phải xem chúng dùng ngưỡng nào.

Chữ thứ hai: mưa phân bố thế nào

• f: ẩm quanh năm, không có mùa khô rõ.
• m (chỉ cho nhóm A): gió mùa, có mùa khô ngắn nhưng tổng mưa lớn đủ bù.
• w: mùa khô rơi vào mùa đông.
• s: mùa khô rơi vào mùa hè, kiểu Địa Trung Hải.

Chữ thứ ba: mùa hè nóng cỡ nào (nhóm C và D)

• a: tháng nóng nhất ≥ 22°C.
• b: không đạt a, nhưng có ít nhất 4 tháng ≥ 10°C.
• c: chỉ 1–3 tháng ≥ 10°C.
• d: như c nhưng tháng lạnh nhất dưới −38°C, chỉ có ở vùng Siberia và lân cận.

Công thức ngưỡng khô: tính tay được

Nhóm B là nhóm duy nhất dùng công thức thay vì một con số cố định, vì cùng 500 mm mưa thì ở xứ lạnh là đủ ẩm mà ở xứ nóng là khô hạn. Theo bản được dùng rộng rãi của Peel và cộng sự (2007), với T là nhiệt độ trung bình năm (°C), ngưỡng Png (mm) là:

• Png = 20T nếu ít nhất 70% lượng mưa rơi vào nửa năm mùa đông;
• Png = 20T + 280 nếu ít nhất 70% rơi vào nửa năm mùa hè;
• Png = 20T + 140 trong các trường hợp còn lại.

Nếu lượng mưa năm P < Png thì là khí hậu khô. Nếu P còn dưới một nửa Png thì là hoang mạc (BW), nếu không thì là bán khô hạn, thảo nguyên (BS).

Ví dụ: một nơi nhiệt độ trung bình năm 25°C, mưa chủ yếu mùa hè. Png = 20 × 25 + 280 = 780 mm. Nếu P = 300 mm, nhỏ hơn 390 mm, là hoang mạc BW. Nếu P = 600 mm, là bán khô hạn BS. Nếu P = 900 mm, thoát khỏi nhóm B, xét tiếp nhóm A, C…

Ở Việt Nam, vùng ven biển quanh Phan Rang (nay thuộc tỉnh Khánh Hoà) là nơi khô nhất, lượng mưa năm chỉ khoảng 700–800 mm, nhiệt độ trung bình khoảng 27°C, mưa dồn vào cuối năm chứ không vào nửa năm mùa hè. Ngưỡng khô: 20 × 27 + 140 = 680 mm. Lượng mưa chỉ vượt ngưỡng chút ít, nên tuỳ chuỗi năm số liệu, nơi này có thể rơi vào nửa khô hạn BSh hoặc xavan Aw. Ví dụ cho thấy đường chia Köppen chạy qua đúng những nơi "lưng chừng".

Xếp loại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh bằng tay

Dùng số tròn minh hoạ, gần với các chuẩn khí hậu thường được công bố:

Hà Nội. Bước 1: mưa nhiều hơn hẳn ngưỡng khô (khoảng 20 × 23,5 + 280 ≈ 750 mm), không phải B. Bước 2: tháng lạnh nhất dưới 18°C, không phải A; trên 0°C, tháng nóng nhất trên 10°C, nên là C. Bước 3: tháng khô nhất mùa đông (khoảng 20 mm) nhỏ hơn một phần mười tháng mưa nhất mùa hè (30 mm), nên là w. Bước 4: tháng nóng nhất ≥ 22°C, nên là a. Kết quả: Cwa, cùng kiểu với Hồng Kông và nhiều nơi ở đồng bằng miền bắc Ấn Độ.

TP. Hồ Chí Minh. Không phải B. Tháng lạnh nhất khoảng 26°C, nên là A. Tháng khô nhất dưới 60 mm, không phải Af. Ngưỡng gió mùa: 100 − (1.950 / 25) = 100 − 78 = 22 mm. Tháng khô nhất dưới 22 mm, nên không đủ là Am, mà là Aw: xavan nhiệt đới, mùa khô rõ.

Hà Nội chỉ "trượt" nhóm A vì tháng 1 lạnh hơn 18°C chừng một, hai độ. Đó là dấu vết của gió mùa đông bắc, thứ làm miền Bắc khác hẳn các nơi cùng vĩ độ ở Ấn Độ hay Mexico. Vùng núi cao phía bắc như Sa Pa thường được xếp vào kiểu Cwb, mùa hè mát. Như vậy chỉ trong lãnh thổ Việt Nam đã có cả nhóm A, nhóm C, và ở những nơi khô nhất thì chạm ngưỡng nhóm B.

Bức tranh toàn cầu: nhóm nào rộng nhất

Theo bản đồ của Peel và cộng sự năm 2007, nhóm khô B chiếm diện tích đất liền lớn nhất, khoảng 30%. Xét từng kiểu, hoang mạc nóng BWh đứng đầu với khoảng 14% diện tích đất liền, tiếp theo là xavan Aw khoảng 11–12%.

Năm 2018, nhóm của Hylke Beck công bố trên tạp chí Scientific Data bản đồ Köppen–Geiger độ phân giải 1 km cho giai đoạn 1980–2016, kèm bản dự báo cho 2071–2100 theo các kịch bản phát thải. Các nghiên cứu kiểu này cho thấy đường chia giữa các nhóm đang dịch dần về phía cực và lên cao: vùng E co lại, vùng khô ở rìa cận nhiệt mở rộng ở nhiều nơi. Đường chia khí hậu, giống chí tuyến hay vòng cực, cũng không đứng yên.

Giới hạn của cách chia này

• Ranh giới sắc mà thực tế thì mờ. Khí hậu chuyển tiếp dần; ranh giới Köppen là một quy ước tiện lợi, không phải bức tường.
• Chỉ dùng trung bình tháng. Bão, rét đậm, nắng nóng cực đoan, độ ẩm không khí, gió không có mặt trong công thức. Hai nơi cùng kiểu Aw có thể khác nhau nhiều về bão.
• Phụ thuộc chuỗi số liệu. Cùng một trạm, lấy giai đoạn 1961–1990 hay 1991–2020 có thể ra kiểu khác nhau, nhất là ở nơi sát ngưỡng.
• Có các hệ khác. Thornthwaite (1948) dựa trên cân bằng nước và bốc hơi tiềm năng; Trewartha (1966) chỉnh lại ngưỡng của Köppen. Sách địa lý Việt Nam thường dùng cách phân vùng riêng theo đặc điểm gió mùa và địa hình, với các miền khí hậu phía Bắc, phía Nam và các vùng nhỏ hơn.

Góc nhìn hôm nay: tự xếp loại nơi mình ở

1. Lấy nhiệt độ trung bình và lượng mưa trung bình 12 tháng của trạm khí tượng gần nhất (niên giám thống kê tỉnh, tài liệu khí tượng thuỷ văn).
2. Tính ngưỡng khô, xét B trước.
3. Xét tháng lạnh nhất để chọn A, C hay D; tháng nóng nhất để loại E.
4. Xét tháng khô nhất để chọn chữ thứ hai, tháng nóng nhất để chọn chữ thứ ba.

Bài tập này hợp với học sinh trung học: chỉ cần cộng, nhân, so sánh, nhưng buộc người làm hiểu vì sao miền Bắc có mùa đông còn miền Nam thì không. Ai muốn đọc sâu có thể tìm bài của Peel và cộng sự (2007) trên tạp chí Hydrology and Earth System Sciences, viết rõ ràng và có bảng tiêu chí đầy đủ.