Bài giảng Sự hiểu biết khoa học về El Nino

NGUYỄN THANH TÙNG SƯ PHẠM ĐỊA LÍ K34 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Nghiên cứu về El Nino lúc đầu không phát xuất từ hiện tượng này xảy ra ở Nam Mỹ mà tập trung ở Ấn độ chú trọng vào sự thay đổi không khí qua gió, áp xuất khí quyển, nhiệt độ không khí gây ra sự chậm trễ bất thường của gió mùa và mưa nhiệt đới ở vùng Ấn độ dương. Sau này chúng ta mới biết là hai hiện tượng này đều có liên quan với  nhau và liên hệ chặc chẻ qua sự chuyển động và thay đổi nhiệt độ nước biển ở Nam Thái Bình Dương. Năm 1887, gió mùa mang theo mưa nhiệt đới đã đến trễ hay không đến được một số vùng ở Nam Á, gây ra nạn đói lớn trầm trọng. Vì tầm quan trọng của gió mùa và mưa ở Ấn Độ, nghiên cứu về khí tượng của chúng đã được đặt lên hàng đầu. Nhà toán học Gilbert Walker, xuất thân từ Cambridge, đến Ấn Độ năm 1904 nhậm chức ở Cơ quan khí tượng Ông bắt tay nghiên cứu về khí tượng gió mùa dùng toán học trên cơ sở các dữ kiện khí tương. Trong các năm của thập niên 1920 và 1930, dùng các dữ kiện từ các trạm khí tượng đo được trong 40 năm dài, ông Walker đã phát hiện ra một sự dao động tuần hoàn, mà ông gọi là dao động phương nam (Southern Oscillation). Nhà toán học về khí tượng Gilbert Walker Nhà khí tượng học Jacob Bjerknes Ông đã đặt ra một chỉ số gọi là chỉ số dao động phương nam để biểu hiện hiện tượng này. Chỉ số này dựa vào một hệ thống phương trình khá phức tạp dùng dữ kiện từ các trạm không những ở Thái bình dương và Ấn độ dương mà còn ở các nơi khác như Phi châu và Nam Mỹ. Ông cho rằng dùng chỉ số này, ta có thể tiên đoán được hiện tượng thời tiết về lâu dài. Ông phát triển và dùng phương pháp toán học, gọi là tự tương quan (autocorrelation), cho thấy một hệ thống tự nó có thể có một chuyển động tuần hoàn. Phương trình Yule-Walker trong toán học hiện nay bắt nguồn từ công trình nghiên cứu khí tượng gió mùa này của ông Walker. Sau này phương trình của chỉ số dao động phương nam đã được đơn giản hoá bởi Willet và Bodurtha vào năm 1952 chỉ dùng  áp xuất khí quyển ở hai nơi, Darwin (bắc Úc) và đảo Tahiti. Trong các thập niên 1950 đến 1960, các nhà khoa học đã ra sức tìm hiểu vì đâu gây ra sự tuần hoàn của dao động được thể hiện bởi chỉ số trên. Sự liên hệ giữa đại dương và khí quyển là một mấu chốt quan trọng qua nhiệt độ nước biển và áp xuất khí quyển ở các nơi khác nhau gây ra sự chuyển động của gió mùa. J. Bjerknes, nhà khí tượng học nổi tiếng trong các thập niên từ 1950 đến 1980, cuối cùng đã thành công giải thích và phát họa được một hình ảnh tổng thể gă‘n liền hiện tượng  nước biển ấm lúc có El Nino ở Đông Thái bình dương với sự thay đổi áp xuất, sự yếu đi của gió mùa, và vũ lượng tăng cao ở Nam Mỹ khi chỉ số dao động phương Nam xuống thấp. Khám phá của Bjerknes là một đột phá lớn trong khoa học khí tượng Dùng những dữ kiện thâu thập được trong năm địa chất quốc tế (International Geophysical Year, IGY), ông nhận ra rằng nhiệt độ nước biển rất ấm ở đông Thái bình dương trong thời kỳ El Nino 1957/1958 trùng hợp với giai đoạn âm rất lớn của chỉ số dao động phương nam. Hai hiện tượng này thật ra có liên hệ rất mật thiết và từ đó được cộng đồng khoa học gọi là ENSO (El Nino Southern Oscillation). Ông Bjerknes đã đưa ra sự liên hệ giữa đại dương và khí quyển qua sự lưu thông trực tiếp, mà ông gọi là sự lưu thông Walker (Walker Circulation). Ông để ý rằng lúc La Nina (lúc nước biển Nam Mỹ còn lạnh), không khí trên mặt nước biển lạnh ở đông Thái bình dương chuyển động về phía tây đến vùng biển ấm ở tây Thái bình dương. Ở đấy không khí sẽ được hâm nóng và bị ẩm cao trên mặt nước biển ấm. Vì thế không khí sẽ bốc lên cao gây ra mưa và chuyển dộng trở lại phía đông ở độ cao . Sự lưu thông tuần hoàn này cũng gây ra nước lạnh từ đáy sâu trồi lên ở đông Thái bình dương và làm nước biển lạnh thêm và tiếp tục gây ra sự chuyển động của không khí và sự bắt đầu của chu kỳ lưu thông Walker. Khác với các đại dương khác, Thái Bình Dương có một chiều ngang rất dài ở dọc xích đạo (dài gấp 2 lần chiều ngang Đại Tây Dương), vì thế có thể mang đến một chuyển động cơ học tuần hoàn qua sóng ngầm gây ra bởi gió mùa hay các cơn gió mạnh đôi khi xảy ra trong thời gian dài khoảng 1 tháng ở các vùng dọc xích đạo trên Thái Bình Dương. Gió mùa thổi dọc đường xích đạo từ hướng đông đến hướng tây. Vì thế ở Thái Bình Dương, mực nước biển ở hướng tây cao hơn ở phía đông. Khi gió hay gió mùa chấm dứt, sóng ngầm vẫn tiếp tục chuyển động và thường phải mất 3 tháng để di chuyển qua hết chiều dài rộng lớn của Thái Bình Dương. Khi sóng ngầm từ xa đến một vùng địa phương, nhiệt độ nước biển vùng đó sẽ thay đổi làm môi sinh và thời tiết nơi đó cũng phải thay đổi. Nhà hải dương học Klaus Wyertki ở Đại học Hawai trong các năm 1970s đã khám phá ra sự liên hệ giữa hiện tượng ENSO và sư chuyển động của dòng nước biển ở Thái bình dương. Khi sóng đến và phản hồi giữa hai điểm, ta sẽ có sự thiết lập của một chu kỳ. Chu kỳ này là El Nino và El Nina. Sóng ngầm rất dài này trong khoa học được gọi là sóng Kevin và sóng Rossby. Sóng Kevin rất dài (khoảng 1000 km bề dài) chuyển động qua đông mang nước ấm từ vùng nhiệt đới ở tây Thái bình dương. Khi sóng Kevin đến Nam Mỹ, chúng phản hồi lại và thành sóng Rossby. Sóng Rossby chuyển động trở lại phía tây và cuối cùng sẽ làm chấm dứt hiện tượng El Nino. Lượng nước biển ấm ở Thái Bình Dương rất khổng lồ, nên khi vị trí của lượng nước biển ấm thay đổi, thì thời tiết chung quanh vùng Thái Bình Dương sẽ thay đổi và có ảnh hưởng khắp thế giới. Thường thì dòng nước lạnh Humbold chảy từ Nam cực lên dọc theo bờ biển Nam Mỹ và lên gần đường xích đao. Vì thế nước lạnh từ đáy sâu trổi lên mang theo nhiều sinh liệu và làm phong phú sinh sôi các loài sinh vật như cá ở tầng nước ấm phía trên. Vì nước lạnh ở dưới trộn với nước ấm ở trên, nên nhiệt độ nước biển ở Đông Thái Bình Dương thường thì lạnh hơn khoảng 2 hay 3 độ celsius so với ở Tây Thái Bình Dương. Tuy nhiên khi hiện tượng El Nino xảy ra, thì ngược lại nước biển ở Nam Mỹ sẽ nóng ấm hơn qua sự di chuyển của khối nước ấm khổng lồ từ Tây Thái Bình Dương và từ xích đạo xuống phía Nam dọc Nam Mỹ. Trong thập niên 1920s, khi ông Walker để ý rằng chỉ số dao động phương nam lúc cực âm cũng là lúc mà hạn hán thường xảy ra ở Australia, Indonesia, Ấn độ và một phần ở Phi châu. Ông cũng cho rằng nó cũng liên hệ đến mùa đông không lạnh lắm ở tây Canada. Ông đã bị đồng nghiệp chỉ trích về sự tiên đoán qua một liên hệ quá xa này. Hơn nữa thế kỷ sau này, chúng ta mới biết là ông thật sự đúng . Khoa học ngày nay với các mô hình về sư tác động giữa khí quyển và đại dương với đất liền, cộng với sự phát triển của máy tính và dữ kiện lấy được từ các trạm khí tượng, tàu bè hay máy bay, đã cho phép con người có thể tiên đoán dấu hiệu báo trước sự hình thành của El Nino trong vòng 9 đến 12 tháng trước đó. Trong đầu năm 2002, theo dự đoán của các cơ quan chính phủ như National Ocean and Atmosphere Administration, NOAA (cơ quan Quản lý Đại dương và khí quyển quốc gia ở Mỹ và các viện nghiên cứu như Universities Consortium of Atmospheric Research, UCAR (Tổ hợp các đại học nghiên cứu khí quyển) hay các tổ chức phi chính phủ như Center of Ocean, Land and Atmosphere, COLA (Trung tâm nghiên cứu Đại dương, lục địa và khí quyển) thì khoảng giữa năm 2002 đến đầu năm 2003, hiện tượng El Nino sẽ trở lại. Theo tiên đoán vào tháng 3/2002, thì đã có dấu hiệu hiện tượng El Nino xuất hiện ở thời kỳ đầu qua các mô hình tiên đóan, nhiệt độ nước biển đo được ở Nam Thái bình dương gần bờ biển Nam Mỹ đã tăng lên trên mức bình thường, và quan trọng hơn nữa là chỉ số dao động Nam Thái Bình Dương (SOI) trong tháng 3/2002 đã đột ngột xuống mức âm dưới zero. Tiên đoán là chỉ số SOI đa số sẽ ở mức âm cho đến cuối năm hoặc đầu năm 2003 khi hiện tượng El Nino mạnh nhất và sau đó sẽ chấm dứt.  Nhưng cường độ thì không tiên đoán được. Kết quả là hiện tượng El Nino 2002/2003 đã xảy ra có cường độ rất nhẹ so với các hiện tượng trước kia. Hiện nay đã có những bước tiến lớn trong ngành tiên đoán khí tượng, đặc biệt với hiện tượng ENSO, qua các dữ kiện thu thập ở nhiều nơi và bằng nhiều phương pháp khác nhau và các mô hình rất chi tiết và đầy đủ giữa sự liên hệ đại dương và khí quyển chạy trên những siêu máy tính (supercomputer). Những tiên đoán này đã và sẽ giúp con người phù hợp và thích ứng trong các hoạt động kinh tế với sự thay đổi thời tiết qua chu kỳ El Nino dao động phương nam (ENSO) và giảm đi hệ quả tác hại của hiện tượng này vào đời sống con người. Hiện nay môi trường đang ô nhiễm nghiêm trọng, mõi người chúng ta hãy góp phần bảo vệ, làm sạch, làm đẹp môi trường sống của chúng ta. Bằng những việc rất đơn giản: Để rác đúng nơi qui định, bảo vệ nguồn nước, giữ cho bầu không khí chúng ta trong lành hơn. Bảo vệ môi trường là trách nhiệm của mõi người, hãy làm cho cuocj sống của chúng ta tốt đẹp hơn!!!!! Vì một ngày mai tốt đẹp văn minh. Hãy chung tay bảo vệ môi trường. I love you iu