Vì sao lượng hơi nước chưa đủ để dự báo mưa cực đoan?

Các mô hình khí hậu dự báo rằng tại nhiều nơi ở Mỹ và châu Âu, mưa cực đoan vào mùa hè tăng ít hơn so với những mùa khác. Điều này có vẻ trái với suy nghĩ quen thuộc rằng không khí càng ấm, chứa càng nhiều hơi nước thì mưa lớn càng dễ tăng. Nghiên cứu của nhóm Paul O’Gorman tại MIT chỉ ra phần còn thiếu trong cách hiểu đó: ngoài lượng hơi nước, cần biết không khí đang gần trạng thái bão hòa đến mức nào. [1]

Đại lượng thể hiện khoảng cách tới trạng thái bão hòa là độ ẩm tương đối. Nó chịu tác động của hoàn lưu không khí, mức nóng lên khác nhau giữa đất và biển, độ ẩm đất cùng thảm thực vật. Vì các yếu tố này thay đổi theo mùa và khu vực, cùng một xu hướng ấm lên không nhất thiết tạo ra mức biến đổi mưa cực đoan giống nhau ở mọi nơi. [1]

Hai cách đo độ ẩm khác nhau thế nào?

Độ ẩm riêng mô tả lượng hơi nước có trong không khí. Đối với mưa, đây là thông tin quan trọng vì hơi nước là nguồn nước có thể ngưng tụ. Tuy nhiên, đại lượng này chưa cho biết khối không khí đã gần bão hòa hay chưa. Nói cách khác, nó cho biết khí quyển đang mang bao nhiêu nước ở thể khí, nhưng không tự trả lời liệu điều kiện hiện tại có thuận lợi để lượng nước ấy chuyển thành mưa hay không. [1]

Độ ẩm tương đối mô tả mức độ không khí tiến gần trạng thái bão hòa. Hai khối không khí có lượng hơi nước tương đương vẫn có thể khác nhau về đại lượng này nếu trạng thái nhiệt của chúng khác nhau. Nhóm O’Gorman nhận thấy thay đổi độ ẩm tương đối đóng vai trò lớn trong sự khác biệt theo mùa của mưa cực đoan. Vì vậy, chỉ theo dõi lượng hơi nước có thể làm mất một phần quan trọng của tín hiệu khí hậu. [1]

Tại sao mùa hè không luôn tăng mạnh nhất?

Tại nhiều khu vực ở Mỹ và châu Âu, các mô hình cho thấy mức tăng mưa cực đoan mùa hè thấp hơn mức tăng trong những mùa khác. Đây là một mẫu hình trên phạm vi rộng, không phải lời khẳng định rằng mưa lớn mùa hè sẽ giảm tại mọi địa điểm. Nó cũng không dùng để giải thích riêng một trận mưa, bởi mỗi sự kiện còn phụ thuộc vào diễn biến thời tiết cụ thể vào lúc hình thành. [1]

Nếu chỉ dựa vào khả năng chứa thêm hơi nước của không khí ấm, người ta có thể chờ đợi mưa cực đoan tăng tương tự giữa các mùa. Nhưng độ ẩm tương đối không đứng yên khi khí hậu thay đổi. Trong mùa hè, bề mặt đất, lượng nước trong đất và cây cối cùng tương tác với lớp không khí phía trên. Những thay đổi đó có thể khiến trạng thái khí quyển không tiến gần bão hòa theo đúng mức mà chỉ riêng lượng hơi nước gợi ra. [1]

Đất, biển và hoàn lưu tác động ra sao?

Độ ẩm tương đối không phải một nút điều chỉnh độc lập. Theo O’Gorman, nó phụ thuộc vào hoàn lưu không khí, tốc độ đất liền nóng lên so với đại dương, độ ẩm đất và thảm thực vật. Hoàn lưu có thể đưa các khối không khí giữa những khu vực khác nhau, nên trạng thái ẩm tại một nơi không chỉ gắn với nhiệt độ ngay tại đó mà còn liên quan đến đường đi và nguồn gốc của không khí. [1]

Chênh lệch nóng lên giữa đất và biển bổ sung một lớp phức tạp khác. Nếu hai bề mặt không ấm lên cùng tốc độ, không khí chịu ảnh hưởng của chúng cũng không biến đổi giống nhau. Trong khi đó, độ ẩm đất và thảm thực vật nằm ở ranh giới trao đổi nước giữa bề mặt với khí quyển. Sự kết hợp của các yếu tố này giúp giải thích vì sao mức tăng mưa cực đoan có thể khác nhau giữa các vùng dù đều nằm trong một khí hậu đang ấm lên. [1]

Kết quả mô hình được dùng thế nào?

Việc nhận ra vai trò của độ ẩm tương đối làm thay đổi cách đọc kết quả dự báo. Câu hỏi không còn chỉ là nơi nào sẽ nóng hơn hoặc có thêm nhiều hơi nước, mà còn là không khí tại đó có tiến gần bão hòa hơn hay không. Muốn đánh giá một khu vực, mô hình phải tính đến tác động của hoàn lưu và bề mặt thay vì áp dụng một quan hệ đơn giản giữa nhiệt độ với mưa cực đoan cho mọi mùa. [1]

Chương trình Weather and Climate Extremes của MIT còn kết nối nghiên cứu dự báo với các công cụ đánh giá nguy cơ tại địa phương. Nhóm tham gia chương trình đã phát triển công cụ web tương tác cùng các bên ở Boston và Broward County, Florida, để hỗ trợ lập kế hoạch cho nhiều kịch bản ngập lụt. Người dùng có thể đặt câu hỏi thực tế, chẳng hạn trường học nào có khả năng ít bị ngập hơn trong các kịch bản khác nhau, dựa trên mô hình lũ và dữ liệu đô thị. [1]

Vì sao một biến số không thể kể hết câu chuyện?

Độ ẩm tương đối không thay thế độ ẩm riêng. Hai đại lượng trả lời hai câu hỏi bổ sung cho nhau: không khí có bao nhiêu hơi nước và đang gần bão hòa đến đâu. Đặt chúng cạnh nhau giúp tránh kết luận rằng chỉ cần nhiệt độ tăng và khí quyển chứa thêm nước thì mưa cực đoan chắc chắn sẽ tăng cùng mức ở mọi nơi. [1]

Điểm đáng chú ý không nằm ở một công thức mới có thể áp dụng đồng loạt, mà ở việc xác định đúng các mắt xích cần theo dõi. Lượng hơi nước vẫn là nguyên liệu của mưa, nhưng hoàn lưu, đất, biển, độ ẩm đất và cây cối góp phần quyết định trạng thái của nguyên liệu ấy. Bởi vậy, dự báo hữu ích phải trả lời thêm hơi nước xuất hiện ở đâu, vào mùa nào và trong một bầu khí quyển gần bão hòa tới mức nào. [1]