Trong Vũ Trụ của chúng ta, có một công thức để hiểu cách bất kỳ hiện tượng vật lý nào hoạt động. Nếu chúng ta có thể xác định các quy luật cơ bản chi phối bất kỳ hệ vật lý nào, và nếu các quy luật đó vẫn không đổi theo thời gian, thì chúng ta có thể nhập các thông số có sẵn vào bất kỳ thời điểm nào và phát triển hệ thống đó về phía trước theo thời gian, cho phép chúng ta dự đoán hành vi trong tương lai của nó.
Các quy luật vật lý không thay đổi, nhưng điều kiện trái đất đã khác trước
Trong Vũ Trụ của chúng ta, có một công thức để hiểu cách bất kỳ hiện tượng vật lý nào hoạt động. Nếu chúng ta có thể xác định các quy luật cơ bản chi phối bất kỳ hệ vật lý nào, và nếu các quy luật đó vẫn không đổi theo thời gian, thì chúng ta có thể nhập các thông số có sẵn vào bất kỳ thời điểm nào và phát triển hệ thống đó về phía trước theo thời gian, cho phép chúng ta dự đoán hành vi trong tương lai của nó. Những quy luật này cho phép một số hiện tượng nhất định xuất hiện miễn là các điều kiện vật lý cụ thể được đáp ứng:
– Lực hấp dẫn và các thông số quỹ đạo quyết định thủy triều.
– Vật chất phóng ra từ Mặt Trời và kết nối từ tính giữa Trái Đất và Mặt Trời quyết định hiện tượng cực quang.
– Sự tương tác giữa khí quyển đầy gió của Trái Đất và vùng nước biển ấm quyết định sự hình thành và đặc tính của bão.
Các điều kiện cụ thể tại bất kỳ thời điểm nào sẽ giúp xác định các yếu tố như tần suất và cường độ của bất kỳ hiện tượng vật lý nào.
Đối với các hệ thống hỗn loạn như bão, luôn có một mức độ biến đổi và thay đổi nhất định từ sự kiện này đến sự kiện khác, từ năm này sang năm khác, và từ thập kỷ này sang thập kỷ khác. Nhưng nếu các điều kiện trên hành tinh của chúng ta có những thay đổi lâu dài và bền vững, điều đó sẽ ảnh hưởng đến hành vi tổng thể của các hiện tượng như bão.
Khi cơn bão Francine đang tiến đến bang Louisiana – khu vực từng bị tàn phá nghiêm trọng bởi bão Katrina vào năm 2005 – đã đến lúc chúng ta phải xem xét kỹ cách bão hình thành và lý do tại sao chúng ta không thể tiếp tục phớt lờ ảnh hưởng của biến đổi khí hậu trong các cuộc thảo luận về chúng.
Bão Ida đổ bộ vào ngày 29 tháng 8 năm 2021, tấn công Louisiana – khu vực mà bão Katrina đã tàn phá vào năm 2005. Với sức gió duy trì đạt khoảng 155 dặm/giờ (~250 km/h) và gió giật lên đến ít nhất 168 dặm/giờ (~270 km/h), đây là một ví dụ khác về cơn bão cấp 3, 4 hoặc 5 đã đổ bộ trong những năm gần đây. Biến đổi khí hậu rất có thể đã làm tăng tần suất các cơn bão cấp 3, 4 và 5 trong vài thập kỷ qua.
Trên Trái Đất, chúng ta hiểu khá rõ về hệ thống vật lý của khí quyển. Chúng ta biết:
– Lượng năng lượng từ Mặt Trời tác động lên khí quyển là bao nhiêu.
– Lượng nhiệt được hấp thụ ở bề mặt và lượng nhiệt phản xạ trở lại không gian – cả trung bình lẫn dưới các điều kiện cụ thể.
– Lượng nhiệt bị giữ lại và được tái phát xạ bởi bề mặt Trái Đất, mây và khí quyển nói chung là bao nhiêu.
– Cách hành tinh của chúng ta quay quanh Mặt Trời và tự quay quanh trục.
– Sự lưu thông khí quyển thay đổi theo vĩ độ như thế nào.
– Nhiệt độ bề mặt đại dương tại từng thời điểm ra sao.
Nhờ các thiết bị đo lường trên bề mặt, trong khí quyển và từ không gian, chúng ta có một mạng lưới giám sát cực kỳ chính xác, cung cấp phạm vi bao phủ toàn cầu đối với những đặc tính vật lý này của Trái Đất.
Mặc dù từ tháng 6 đến tháng 11 được coi là mùa bão Đại Tây Dương, nhưng đỉnh điểm thường rơi vào giai đoạn từ tháng 8 đến tháng 10, khi số lượng và cường độ bão đạt mức cao nhất. Tùy thuộc vào nơi chúng hình thành trên thế giới, chúng có thể được gọi là hurricane (bão Đại Tây Dương), typhoon (bão Tây Thái Bình Dương) hoặc cyclone (bão Nam Bán Cầu và Ấn Độ Dương), nhưng tất cả đều thuộc cùng một hiện tượng, được xếp vào loại xoáy thuận nhiệt đới. Từ góc độ vật lý, chúng gần như giống hệt nhau.
Bản đồ cho thấy các khu vực nơi các cơn bão nhiệt đới hình thành, cùng với các tên gọi khác nhau như typhoon, cyclone, và hurricane được dùng để chỉ những cơn bão mạnh nhất. Mặc dù các vùng màu cam cho thấy phạm vi tiềm năng, chỉ có hai cơn xoáy thuận nhiệt đới từng được ghi nhận trong phạm vi khoảng 300 dặm (~500 km) gần xích đạo. Thông thường, chúng xuất hiện ở các vĩ độ cao hơn một chút.
Các yếu tố bắt buộc để hình thành một cơn xoáy thuận nhiệt đới
Nếu bạn muốn tạo ra một cơn xoáy thuận nhiệt đới trên Trái Đất, cần có một số yếu tố bắt buộc. Một số yếu tố khá phổ biến, trong khi những yếu tố khác thì hiếm gặp hơn. Cụ thể, bạn cần:
– Nước ấm, đặc biệt là các vùng nước biển sâu có nhiệt độ ít nhất 80°F (27°C) xuống đến độ sâu khoảng 50 mét (~150 feet).
– Một khí quyển có sự chênh lệch nhiệt độ rõ rệt, trong đó các tầng cao mát hơn đáng kể so với nhiệt độ bề mặt biển hoặc mặt đất.
– Gió, giúp di chuyển khối không khí qua bề mặt đại dương chủ yếu theo hướng đông – tây, đồng thời có sự cắt gió để tạo ra hiện tượng xoay.
– Không khí có độ ẩm cao ở các độ cao lớn (~5 km hoặc ~3 dặm).
Những yếu tố này thường dẫn đến sự hình thành bão vào mùa hè hoặc mùa thu ở cả hai bán cầu, trong các vùng nhiệt đới nơi nước biển ấm nhất. Các cơn bão thường xuất hiện cách xa xích đạo một khoảng nhất định (nơi lực Coriolis đủ mạnh để tạo ra chuyển động xoay), gần các bờ biển lục địa và các quần đảo (nơi có vùng nước đủ sâu), và chỉ xảy ra khi các điều kiện thuận lợi.
Bất kỳ sự gián đoạn nào trong các yếu tố trên đều có thể khiến một áp thấp nhiệt đới yếu dần và không phát triển thành một cơn bão mạnh có thể gây nguy hiểm.
Nhiệt độ nước biển ở các vùng gần xích đạo đủ ấm để tạo điều kiện hình thành các cơn xoáy thuận nhiệt đới vào những mùa thích hợp. Ở bất kỳ nơi nào mà nhiệt độ mặt nước biển vượt quá khoảng 80°F (27°C), đều có khả năng hình thành xoáy thuận nhiệt đới nếu các điều kiện cần thiết khác cũng được đáp ứng.
Câu chuyện bắt đầu từ gần bề mặt Trái Đất – nơi phần lớn ánh sáng Mặt Trời chiếu vào cuối cùng được hấp thụ. Bề mặt Trái Đất, dù là mực nước biển hay đất liền, thường nóng hơn lớp không khí ngay phía trên hoặc lớp vật chất rắn/lỏng ngay bên dưới.
Khi đại dương được làm nóng, cần một thời gian dài để nhiệt lan xuống các lớp sâu hơn vì nước ấm có mật độ thấp hơn và nổi lên trên lớp nước lạnh bên dưới. Trên đại dương, các lớp nước ấm ở bề mặt thường duy trì lâu do một nguyên lý vật lý đơn giản mà hầu hết chúng ta đều từng nghe: nhiệt độ nóng có xu hướng bốc lên trên.
Nhiệt cũng bốc lên trong khí quyển, nơi không khí nóng gần bề mặt bay lên cao, hoặc chính xác hơn là không khí lạnh, có mật độ cao hơn, chìm xuống và thay thế không khí nóng ở gần bề mặt. Khi không khí lạnh chìm xuống và không khí nóng bay lên, luồng không khí nóng này mang theo hơi nước lên cao vào khí quyển.
Khi không khí nóng nguội đi, hơi nước trong đó ngưng tụ thành các giọt nước nhỏ – đây là sự thay đổi trạng thái từ khí sang lỏng. Tương tự như việc đun sôi nước (chuyển từ lỏng sang khí) cần hấp thụ nhiệt, quá trình ngưng tụ nước (chuyển từ khí sang lỏng) giải phóng nhiệt, làm không khí xung quanh nóng hơn. Không khí nóng này tiếp tục bay lên, cho phép không khí ấm và ẩm phía dưới đại dương tiếp tục bốc lên.
Chỉ trong thời gian ngắn, bạn có thể thấy sự hình thành các đám mây dày đặc và các vùng không khí thay phiên nhau bốc lên (ấm) và chìm xuống (mát).
Sự hình thành của một cơn bão phụ thuộc vào không khí ấm, ẩm ở bề mặt nước, các luồng gió và sự thay đổi áp suất. Nếu lượng nhiệt từ không khí ẩm bị giảm đi, cơn bão sẽ nhỏ lại thay vì mạnh lên. Nhiệt độ nước biển càng ấm, cơn bão càng mạnh và mang theo nhiều hơi ẩm hơn.
Ở các vùng biển từ khoảng 10° đến 30° vĩ độ, cả phía bắc và phía nam xích đạo, các điều kiện này đôi khi được đáp ứng cùng lúc. Khi gió thổi qua bề mặt đại dương, nước bốc hơi – tốc độ bay hơi nhanh hơn khi nhiệt độ nước vượt ngưỡng 80°F (27°C). Không khí ấm trở nên ẩm, giàu hơi nước và bắt đầu bốc lên.
Khi không khí ấm bay lên, cả không khí và hơi nước đều nguội đi, khiến hơi nước ngưng tụ thành mây và làm phần không khí còn lại nóng lên (và bay lên) nhiều hơn nữa. Kết quả là hình thành các đám mây dày đặc, thường là mây tích vũ (cumulonimbus) – loại mây gây mưa.
Trong những điều kiện không thuận lợi để hình thành xoáy thuận nhiệt đới, quá trình này sẽ kết thúc ở đây. Nhưng khi các điều kiện thuận lợi, không khí nóng bốc lên khiến đỉnh các đám mây nóng hơn, làm tăng áp suất không khí. Không khí thường di chuyển từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp, tạo ra sự chuyển động ngang ra xa tâm bão.
Khi không khí không còn ở phía trên vùng nước ấm và đang bốc lên, nó có thể chìm xuống, tạo ra các vùng xếp chồng các đám mây lớn hơn và rộng hơn. Nếu có hiện tượng lưu thông không khí, điều này có thể dẫn đến chuyển động xoáy. Chuyển động xoáy giúp gió tăng tốc độ, làm cho các luồng không khí giàu độ ẩm bay lên và chìm xuống nhanh hơn.
Các tế bào mây, bao gồm các luồng không khí bốc lên và chìm xuống, xoay quanh mắt bão. Điều này cho thấy cấu trúc của một cơn bão cũng như các lớp mây xếp chồng được hình thành từ các quá trình vật lý điều khiển và duy trì xoáy thuận nhiệt đới.
Không khí giàu độ ẩm này sau đó có thể phát triển thành áp thấp nhiệt đới, bão gió nhiệt đới, và cuối cùng – nếu đủ mạnh – trở thành một xoáy thuận nhiệt đới hoàn chỉnh. Những cơn bão tấn công vào Đại Tây Dương và vùng Vịnh của châu Mỹ được gọi là hurricanes.
Sức mạnh và sự tàn phá của bão nhiệt đới
Bão không chỉ là những thảm họa tự nhiên cực kỳ mạnh mẽ mà còn thường xuyên gây ra sự tàn phá lớn. Bão Francine, tương tự như bão Katrina năm 2005, bão Isaac năm 2012 và bão Ida năm 2021, có khả năng trở thành một thảm họa trị giá hàng tỷ đô la, kèm theo lũ lụt, sóng thần dữ dội và thậm chí có thể làm đảo ngược tạm thời dòng chảy của sông Mississippi.
Không còn nghi ngờ gì rằng sự biến đổi tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong tần suất và cường độ của các cơn bão xảy ra mỗi năm. Các mô hình thời tiết, dòng tia (jet stream), dòng hải lưu, độ che phủ của mây, sự hiện diện hay vắng mặt của các hạt khí dung và nhiều yếu tố khác (bao gồm cả hiện tượng El Niño hay La Niña) đều có thể ảnh hưởng đến số lượng cơn bão và mức độ nghiêm trọng của chúng – cả khi đổ bộ lên đất liền lẫn khi còn trên đại dương – trong mỗi lần xảy ra.
Tuy nhiên, có những thay đổi do con người gây ra cho hành tinh, bao gồm sự thay đổi nhiệt độ trung bình toàn cầu, lượng nhiệt trong các đại dương, mực nước biển trung bình và sự thay đổi của các dòng khí và dòng nước… tất cả đều có khả năng ảnh hưởng đến các cơn bão nhiệt đới hình thành trên Trái Đất.
Dự đoán của các mô hình khí hậu khác nhau qua các năm (các đường màu) so với nhiệt độ trung bình toàn cầu được quan sát (đường màu đen, dày). Hãy chú ý xem các mô hình này đã hoạt động tốt như thế nào trong lịch sử và cách mà các quan sát thực tế tiếp tục khớp với dữ liệu.
Theo báo cáo mới nhất của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), có một số cách mà những thay đổi khí hậu do con người gây ra đã ảnh hưởng đến bão, cũng như một số cách mà chúng ta dự đoán những thay đổi này sẽ tác động đến bão trong phần còn lại của thế kỷ này. Tuy nhiên, không phải tuyên bố nào cũng được dữ liệu hỗ trợ, vì vậy đáng để xem xét kỹ lưỡng những gì khoa học đã chỉ ra rõ ràng và lý do đằng sau đó.
Chúng ta đã biết rằng con người đã làm Trái Đất ấm lên thêm khoảng từ 0,8 °C (1,4 °F) đến 1,3 °C (2,3 °F) kể từ cuối những năm 1800. Việc mực nước biển đã tăng cho thấy rằng tình trạng ngập lụt ven biển cũng đã trở nên tồi tệ hơn theo thời gian – và thực tế đúng là như vậy.
Tại lưu vực tây bắc Thái Bình Dương, các cơn bão nhiệt đới đã đạt cường độ đỉnh ở các vĩ độ ngày càng cao trong những năm gần đây – một sự thay đổi không thể giải thích chỉ bằng sự biến đổi tự nhiên. Tương tự, tỷ lệ các cơn bão nhiệt đới đạt ít nhất cấp độ 3 (với tốc độ gió khoảng 50 m/s hoặc cao hơn) cũng đã tăng lên trong bốn thập kỷ qua, điều này một lần nữa không phù hợp với các dự đoán từ sự biến đổi tự nhiên đơn thuần.
Ba tác động này – lũ lụt ven biển, sự dịch chuyển xa xích đạo của các cơn bão đạt cường độ đỉnh tại Thái Bình Dương và tỷ lệ bão nhiệt đới mạnh hơn – đều có thể, với mức độ tin cậy trung bình hoặc cao, được quy trực tiếp cho hiện tượng ấm lên toàn cầu.
Bốn thập kỷ qua của dữ liệu về tốc độ gió (trục hoành) so với xác suất bão nhiệt đới vượt qua tốc độ gió đó (trục tung), phân chia theo 20 năm gần đây nhất (màu đỏ) và 20 năm trước đó (màu xanh lam). Như bạn có thể thấy, có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy nhiều cơn bão đã xảy ra với tốc độ gió vượt ngưỡng nhất định trong những năm gần đây, phù hợp với dự đoán về sự gia tăng cường độ bão.
Tuy nhiên, trên toàn cầu, bão chưa trở nên thường xuyên hơn – đây thực chất là một mảnh ghép thông tin sai lệch về khí hậu, cùng với nhiều tuyên bố khác, đang được lan truyền bởi nhiều nguồn tin. Chúng ta thực sự chỉ bắt đầu theo dõi toàn bộ hành tinh – bao gồm cả các đại dương – để ghi nhận bão và các cơn bão nhiệt đới khác kể từ những năm 1970, có nghĩa là các hồ sơ trước đó còn rất thiếu sót.
Đã có ghi nhận rằng số lượng bão ở lưu vực Đại Tây Dương đã tăng lên kể từ những năm 1970, nhưng điều đó không thể quy cho hiện tượng ấm lên toàn cầu. Thay vào đó, hai nghiên cứu khác nhau cho thấy rằng các hạt khí dung từ hoạt động của con người và tác động từ các vụ phun trào núi lửa đã thúc đẩy sự gia tăng gần đây này.
Thực tế, tần suất của các cơn bão nhiệt đới ở Đại Tây Dương dự kiến sẽ giảm trong những thập kỷ tới, khi các mô hình dự đoán cho thấy bão sẽ ít xảy ra hơn nhưng mạnh hơn trên toàn thế giới trong phần còn lại của thế kỷ 21. Chúng ta hoàn toàn dự đoán rằng các cơn bão nhiệt đới sẽ gia tăng cả về cường độ trung bình lẫn cường độ tối đa và mang theo nhiều mưa hơn khi đổ bộ vào đất liền. Mức độ ngập lụt ven biển cũng sẽ tiếp tục tăng.
Tuy nhiên, không có bằng chứng thuyết phục nào cho thấy bão nhiệt đới đang trở nên thường xuyên hơn, rằng chúng đang mạnh lên nhanh chóng hơn trước đây hoặc rằng bão có khả năng đổ bộ vào đất liền cao hơn trước. Những tuyên bố ngược lại không được chứng minh bằng các bằng chứng khoa học hiện tại.
Trong suốt thế kỷ 21, chỉ số tiêu tán năng lượng (power dissipation index) của bão nhiệt đới dự kiến sẽ tăng cùng với nhiệt độ bề mặt biển (Sea surface temperatures – SSTs) như thể hiện trong biểu đồ trên. Tuy nhiên, nếu điều chỉnh đúng mức nhiệt SST sẽ không có thêm tác động nào khác xuất hiện.
Thay đổi lớn nhất do ấm lên toàn cầu
Thay đổi lớn nhất mà hiện tượng ấm lên toàn cầu mang lại, xét về bão và bão nhiệt đới, chính là điều mà bạn có thể đoán trước: thực tế rằng Trái Đất hiện nay ấm hơn so với trước đây. Một Trái Đất ấm hơn đồng nghĩa với các đại dương ấm hơn, điều này làm tăng diện tích các vùng biển có nhiệt độ bằng hoặc vượt ngưỡng 80 °F/27 °C, bao gồm cả ở các vĩ độ cao hơn.
Nước ấm chiếm nhiều thể tích hơn, vì vậy mực nước biển cao hơn và tình trạng ngập lụt ven biển trở nên phổ biến và nghiêm trọng hơn. Sự ấm lên liên tục có nghĩa là các vùng biển ấm nhất sẽ vượt qua ngưỡng 80 °F/27 °C với mức độ lớn hơn so với trước đây. Và nhiệt độ tăng cao đó thúc đẩy lượng nhiệt và hơi nước được đưa lên vào các hiện tượng thời tiết tạo ra bão nhiệt đới.
Điều này đồng nghĩa với:
– Nhiều lượng mưa hơn liên quan đến các cơn bão này,
– Các cơn bão mạnh hơn và tốc độ gió cao hơn,
– Nhiều trận lũ lụt ven biển nghiêm trọng hơn và thiệt hại lớn hơn.
Đây là ba trong số những dự đoán chắc chắn nhất liên quan đến hiện tượng ấm lên toàn cầu và bão nhiệt đới được nêu trong báo cáo mới nhất của IPCC. Khi nhiệt độ bề mặt biển – hay còn gọi là SSTs theo thuật ngữ của các nhà khí hậu học – tiếp tục tăng, chúng sẽ thúc đẩy sự gia tăng cường độ gió, lượng mưa và mức độ nghiêm trọng của lũ lụt do bão nhiệt đới gây ra. Xu hướng này dự kiến sẽ tiếp tục kéo dài suốt thế kỷ này, với tần suất các cơn bão cấp 4 và 5 có thể tăng khoảng 30% so với tỉ lệ xuất hiện hiện nay.
Trong cùng khoảng thời gian nhưng với điều kiện khí hậu được quan sát ở đầu thế kỷ 21 (biểu đồ trên) hoặc dự đoán vào cuối thế kỷ 21 (biểu đồ dưới), sự khác biệt về số lượng các cơn bão nhiệt đới cường độ mạnh, đạt cấp độ 4 hoặc 5, là rất rõ ràng. Ngay cả với kịch bản khí hậu tương đối lạc quan (RCP4.5), chúng ta vẫn sẽ chứng kiến sự gia tăng khoảng 30% tần suất các cơn bão nhiệt đới nghiêm trọng nhất.
Bất cứ khi nào có một hiện tượng tự nhiên ảnh hưởng đến sức khỏe và sự an toàn của con người trên Trái Đất, việc phân tích hiện tượng đó một cách khoa học và cẩn trọng là điều vô cùng quan trọng. Thực tế rằng chúng ta chỉ có dữ liệu toàn cầu chất lượng về các cơn bão nhiệt đới từ những năm 1970 hoặc 1980 – nhưng vẫn có thể đưa ra những kết luận với mức độ tin cậy vừa phải – cho thấy rõ mức độ nghiêm trọng của những tác động này.
Xét về lượng mưa, tốc độ gió và tác động lên các vùng ven biển, hiện tượng ấm lên toàn cầu có khả năng đã ảnh hưởng đến các cơn bão nhiệt đới mà chúng ta đã chứng kiến trong những năm gần đây và có nguy cơ làm trầm trọng thêm các tác động của chúng trong tương lai. Nhiệt độ cao hơn đồng nghĩa với không khí trên đại dương ấm hơn, và điều đó thúc đẩy cường độ tổng thể của các cơn bão, xoáy thuận nhiệt đới và bão lớn.
Tuy nhiên, việc cho rằng các cơn bão nhiệt đới đang trở nên thường xuyên hơn là không chính xác. Không những tuyên bố này không được dữ liệu chứng minh mà các mô phỏng mô hình khí hậu còn tiếp tục dự đoán rằng khi nhiệt độ toàn cầu tiếp tục tăng, số lượng tổng thể các cơn bão nhiệt đới thực tế sẽ giảm. Tuy nhiên, cường độ của cả các cơn bão thông thường và cực đoan đều được dự đoán sẽ tăng lên, với mức độ thiệt hại do cả hai loại bão này dự kiến sẽ nghiêm trọng hơn.
Đây là một bức tranh trái chiều: mỗi cơn bão riêng lẻ sẽ có sức tàn phá lớn hơn, nhưng tổng số cơn bão nói chung lại không nhiều hơn. Vẫn còn rất nhiều điều cần học hỏi và nghiên cứu thêm, nhưng việc ngăn chặn Trái Đất tiếp tục ấm lên vẫn là hành động khí hậu quan trọng nhất cần thực hiện. Chúng ta có thể đạt được điều đó mà không cần phải phóng đại hay hiểu sai sự thật – thực tế đã đủ khắc nghiệt rồi.
