Biến đổi khí hậu làm giảm chênh lệch nhiệt độ ngày: Sự thay đổi của mây có thể là nguyên nhân?

Các báo cáo về tình trạng biến đổi khí hậu đã cho chúng ta thấy một bức tranh tổng quan về sự ấm lên toàn cầu, khi mức nhiệt trung bình có thể tăng từ 1,5°C - 4,4°C vào cuối thế kỉ. Song, có lẽ nhiều người sẽ ngạc nhiên khi biết rằng, mức tăng nhiệt này có sự khác biệt đáng kể giữa ngày và đêm. “Khi nghĩ về biến đổi khí hậu, có một hình dung phổ biến là nếu nhiệt độ Trái đất tăng lên bao nhiêu thì nhiệt độ ban ngày và ban đêm đều tăng thêm bấy nhiêu. Thế nhưng bản chất của hiện tượng ấm lên toàn cầu không đơn giản như vậy”, TS. Đoàn Quang Văn, Trung tâm Khoa học Máy tính, Đại học Tsukuba, Nhật Bản, cho biết.

Thực tế, chênh lệch nhiệt độ ngày – hay là chênh lệch giữa nhiệt độ không khí tối cao và tối thấp trong ngày (diurnal temperature range - DTR) chi phối trực tiếp các hiện tượng khí quyển địa phương như hoàn lưu biển đất liền, núi và thung lũng, hay các hoạt động của hệ sinh thái cũng như kinh tế xã hội, ví dụ thời điểm bắt đầu mùa sinh trưởng và năng suất cây trồng. “Sự trao đổi chất của cơ thể con người và động vật cũng bị chi phối bởi chênh lệch nhiệt độ ngày đêm“, TS. Văn cho hay. Sự chênh lệch này ảnh hưởng đến sự tiêu thụ năng lượng, đặc biệt liên quan đến việc làm mát hoặc sưởi ấm trong khu dân cư.

Cũng bởi vậy, việc dự tính được sự thay đổi (hoặc không thay đổi) của DRT trong tương lai là bài toán vô cùng quan trọng trong nghiên cứu biến đổi khí hậu. Trước đây, đã có một số nghiên cứu chỉ ra: sự nóng lên bất cân xứng (asymmetrical warming) giữa nhiệt đội tối cao và tối thấp dẫn đến sự co lại của chênh lệch ngày, TS. Văn cho hay.

Tuy nhiên, việc tìm ra được nguyên nhân giải thích hiện tượng trên lại vô cùng phức tạp. “Thứ nhất là bởi sự thiếu dữ liệu quan trắc, nhất là quan trắc mây trong một thời gian dài và liên tục để trả lời được câu hỏi về quan hệ nhân quả giữa sự thay đổi mây và nhiệt độ.”, TS. Văn giải thích. Bên cạnh đó, mô phỏng máy tính - một phương pháp tiếp cận chủ đạo trong dự báo khí hậu - lại có nhược điểm nằm ở độ phân giải rất thấp của mô hình dự báo khí hậu toàn cầu. “Độ phân giải của các mô hình này thường ở cỡ 100km nên không thể nào phân giải được những hiện tượng hình thành ở quy mô km như mây đối lưu”, TS. Văn nói thêm. Thế nên cho đến nay, nguyên nhân gây ra sự co hẹp chênh lệch nhiệt độ ngày với biến đổi khí hậu vẫn là một bí ẩn chưa có lời giải.

“Bí ẩn” chưa nhận được nhiều sự chú ý này đã khiến cho nhóm nghiên cứu do TS. Đoàn Quang Văn dẫn dắt cùng các cộng sự ở đại học Tsukuba (Nhật), Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc Gia (Mỹ), Đại học Texas tại Austin (Mỹ) và một số đơn vị khác bắt tay vào tìm câu trả lời.

Trong bài báo “Causes for Asymmetric Warming of Sub-Diurnal Temperature Responding to Global Warming” mới công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters của hội Liên Hiệp Vật Lí Địa Cầu Hoa Kỳ (American Geophysical Union), nhóm nghiên cứu tin rằng họ đã tìm thấy nguyên nhân dẫn đến sự co hẹp khoảng cách nhiệt ấy: sự gia tăng của các mật độ mây, từ đó làm giảm bức xạ sóng ngắn từ Mặt trời lên bề mặt Trái đất vào ban ngày.

“Bản chất của chênh lệch nhiệt giữa ngày - đêm là do bức xạ Mặt trời: ban ngày Trái đất nhận nhiều năng lượng bức xạ từ Mặt trời hơn, dẫn đến nhiệt độ tăng cao hơn so với ban đêm”, TS. Văn phân tích. Tuy nhiên có thể trong tương lai, khi khí quyển trở nên ấm, nó sẽ có khả năng giữ được nhiều hơi ẩm hơn, từ đó tạo ra nhiều mây và chặn một phần bức xạ sóng ngắn Mặt trời xuống đất.

Điều này có nghĩa, mặc dù cả nhiệt độ tối cao và tối thấp trong ngày dự kiến ​​sẽ tiếp tục tăng do biến đổi khí hậu, tuy nhiên mức nhiệt độ ban ngày sẽ tăng với tốc độ chậm hơn so với nhiệt độ ban đêm. Theo nhóm nghiên cứu, sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm vào cuối thế kỷ sẽ tiếp tục giảm ở nhiều nơi trên thế giới, dù cho những thay đổi này sẽ khác nhau tùy thuộc vào các điều kiện của địa phương.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu tập trung vào hai khu vực: vùng Kanto của Nhật Bản và bán đảo Malaysia. “Do bản chất các cơ chế của khí quyển khác nhau ở vùng ôn đới và nhiệt đới, nhất là sự hình thành mây và mưa, do đó chúng tôi đã chọn hai địa điểm này để đại diện cho khu vực ôn đới và nhiệt đới”, TS. Văn cho biết. Nhóm nghiên cứu đã chạy các kịch bản khí hậu khác nhau 10 năm từ 2005-2014 và cuối thế kỉ 21. Kết quả cho thấy, khoảng cách nhiệt độ ngày đêm sẽ thu hẹp khoảng 0,5°C ở vùng ôn đới Kanto và 0,25°C ở bán đảo nhiệt đới Malaysia.

Để tìm ra được những kết quả này, TS. Văn và các đồng nghiệp đã lần đầu tiên sử dụng mô hình khí hậu cho phép đối lưu độ phân giải cao - với các lưới 2 km vuông thay vì 100 km như hầu hết các mô hình khí hậu toàn cầu – và siêu máy tính để mô hình hóa sự tương tác phức tạp giữa các quá trình vật lí bề mặt đất với khí quyển (Các quá trình này bao gồm những thay đổi về việc sử dụng đất (chẳng hạn như nạn phá rừng), độ ẩm của đất, lượng mưa, độ che phủ mây và các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ ở một khu vực).

Tuy nhiên siêu máy tính cũng chỉ là công cụ để hỗ trợ nghiên cứu. “Trong bài toán này, cái khó nằm ở tính không chắc chắn (uncertainty) của mô hình, nhất là mô hình với độ phân giải cao, trong khi cơ chế hình thành mây và đối lưu rất nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ của thiết định ban đầu”, TS. Văn cho biết.

Với nhóm của TS. Văn, họ đặt ra hai giả thuyết và tìm cách giải thích: giả thuyết thứ nhất là nhiệt độ ban ngày ấm lên quá ít (underwarming) và giả thuyết thứ hai là nhiệt độ ban đêm ấm lên quá nhiều (overwarming). Theo TS. Văn, có rất nhiều lý do chi phối nhiệt độ không khí nhưng bản chất đó là sự thay đổi hiển nhiệt (năng lượng trực tiếp đốt nóng không khí) có nguyên nhân từ sự trao đổi bức xạ ở bề mặt đất, hoặc do hoàn lưu khí quyển. “Nhóm nghiên cứu đã loại dần những giả thuyết không chắc chắn và đi đến kết luân là sự suy giảm của bức xạ sóng ngắn trực tiếp từ Mặt trời dường như là nguyên nhân chủ đạo dẫn đến sự ấm lên quá ít của nhiệt độ ban ngày”, TS. Văn giải thích về cách nhóm lý giải được nguyên nhân của hiện tượng.

Do nghiên cứu này mới chỉ tập trung vào hai vùng ở Nhật Bản và bán đảo Malaysia, trong khi đó đặc trưng khí quyển ở các khu vực lại khác nhau, thế nên “chúng ta vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu nữa để có được bức tranh tổng quát về quá trình vật lí liên quan”, TS. Văn nhận định. Tuy nhiên, nhóm tác giả cho rằng, những phát hiện mới này sẽ góp phần nâng cao hiểu biết về tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu tới các hiện tượng khí hậu quy mô không - thời gian nhỏ hơn như chênh lệch nhiệt độ ngày đêm. “Chúng tôi muốn nhấn mạnh là tác động của sự nóng lên toàn cầu tới các hiện tượng thời tiết, khí hậu quy mô vừa và nhỏ phức tạp hơn những gì mà chúng ta hiểu biết. Bởi vậy, tôi cho rằng cần thêm nhiều nghiên cứu hơn nữa đi theo hướng nghiên cứu này, cũng như các nghiên cứu đánh giá tác động của sự thay đổi khí hậu lên các yếu tố môi trường sinh thái và xã hội”, TS. Văn nói.