Phòng thí nghiệm Việt - Pháp LOTUS: Kết nối những mảnh ghép rời

Tọa lạc tại trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội USTH (còn gọi là Đại học Việt - Pháp), LOTUS (Land Ocean aTmosphere coUpled System - Hệ thống kết hợp khí quyển đại dương trên đất liền) là một phòng thí nghiệm quốc tế chung của các nhà khoa học Pháp và Việt Nam. Được thành lập từ năm 2018, phòng thí nghiệm này nhận được tài trợ hằng năm từ Viện Nghiên cứu và Phát triển (IRD) của Pháp. LOTUS khởi nguồn từ các hợp tác sẵn có tại USTH, tập hợp các nhà nghiên cứu từ các nhóm Việt Nam và Pháp để xây dựng một phòng thí nghiệm chung liên kết nhằm góp phần đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững của Việt Nam. Phòng thí nghiệm LOTUS có 2 đồng giám đốc là PGS. Ngô Đức Thành (Khoa Vũ trụ và Ứng dụng, USTH) và TS. Marine Herrmann (LEGOS, Pháp, giám đốc nghiên cứu của IRD), và một phó giám đốc là TS. Sylvain Ouillon (Khoa Nước, Môi trường và Hải dương học, USTH, giám đốc nghiên cứu của IRD).

Cụ thể hơn, mục tiêu mà phòng thí nghiệm này hướng đến là: tìm hiểu và giám sát các đặc tính cũng như sự biến đổi của quá trình vận chuyển nước và các vật chất liên quan trong hệ thống kết hợp khí quyển-lục địa-đại dương ở các vùng ven biển của Việt Nam và Đông Nam Á. Trong đó, đồng bằng châu thổ là những khu vực chính của hệ thống này, bởi chúng nằm ở giữa lục địa và đại dương và chịu nhiều ảnh hưởng tự nhiên và nhân tạo. “Do đó, việc xác định và hiểu sâu các quá trình kiểm soát dòng chảy của nước và vật chất trong các khu vực đó và các tương tác của chúng với đại dương và lục địa có tầm quan trọng hàng đầu”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Theo đó, nhóm nghiên cứu tập trung vào khu vực liên tục đi từ cửa sông đến đại dương rộng mở, bằng cách giải quyết ba câu hỏi chính: Các quá trình vật lý và địa hóa sinh nào kiểm soát sự vận chuyển nước và vật chất qua sông - cửa sông - vùng ven biển - vùng biển mở? Làm thế nào để chúng tương tác? Những yếu tố tự nhiên và nhân tạo nào có liên quan đến các quy mô biến đổi khác nhau của sự vận chuyển này? Làm thế nào các quá trình và quy mô biến đổi đó có thể được quan sát thông qua các quan sát viễn thám và tại chỗ và được thể hiện thông qua mô hình hóa?”, nhóm nghiên cứu mô tả về dự án trên website. Nói cách khác, ý tưởng của nhóm là phát triển các mô hình kết hợp giữa đại dương và khí quyển có sự tương tác và phản hồi lẫn nhau, trong khi các mô hình tiêu chuẩn có xu hướng đánh giá thấp tầm quan trọng của phản hồi như vậy. Đây là bài toán ở “tiền tuyến” của lĩnh vực khoa học và là những câu hỏi lớn mà các nghiên cứu đơn lẻ trước đây chưa giải quyết được.

Nghiên cứu bên trong LOTUS được tổ chức thông qua bốn nhóm, với tên gọi lần lượt là A, B, C, D, có mối liên hệ mật thiết với nhau. Trong đó, nhóm A tập trung vào thành phần của nước tự nhiên trong vùng liên tục đầu nguồn đại dương, nhóm B tập trung về các dòng thông lượng khí quyển, nhóm C và D nghiên cứu về đặc tính và sự vận chuyển của nước cũng như các vật chất liên quan qua các vùng lục địa và cửa sông - biển tương ứng.

Về mặt phương pháp, để mô tả và nghiên cứu các quá trình vật lý và sinh địa hóa liên quan đến chu trình và đặc tính của nước và các vật chất liên quan từ lưu vực sông ra đại dương, nhóm nghiên cứu sử dụng kết hợp các mô hình số, vệ tinh và nguồn số liệu quan trắc tại chỗ. Cụ thể, các phép đo vệ tinh cung cấp các quan sát có độ bao phủ không gian và thời gian tốt và trong thời gian dài nhưng bị hạn chế do là phép đo từ xa và chịu các sai số từ các thuật toán được sử dụng để xử lý chúng. Với mô hình số: Các mô hình thường biểu diễn thông tin theo ba chiều không gian và một chiều thời gian, cho phép biểu diễn các quan hệ vật lý giữa các yếu tố được mô phỏng và các đặc tính của hệ thống trong các giai đoạn quá khứ và tương lai mà các quan sát không thể tiếp cận được. Tuy nhiên kết quả mô hình vẫn chứa đựng nhiều tính bất định do các phép tính gần đúng, các quá trình tham số hoá, v.v. gây nên các sai số của mô hình. Việc kết hợp với quan sát thực địa, các phép đo tại chỗ có thể giúp khám phá và cung cấp dữ liệu thực (theo thời gian và/hoặc không gian), đồng thời giúp bổ sung, kiểm nghiệm nguồn số liệu vệ tinh và mô hình.

Và nếu muốn hiểu rõ hơn về vai trò của việc hợp tác giữa các nhóm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm LOTUS, hãy xem một ví dụ đơn giản về nghiên cứu tại khu vực Đông Nam Á mà các nhà khoa học ở đây đang thực hiện. “Chúng tôi đang thực hiện việc kết nối một mô hình đại dương và một mô hình khí quyển. Hiện nay, trên toàn khu vực Đông Nam Á, chưa có một nghiên cứu nào kết hợp được cả đại dương và khí quyển cho bài toán khí hậu. Chúng tôi là nhóm đầu tiên bắt đầu thiết lập và đặt bài toán đó”, PGS. TS Ngô Đức Thành cho biết.

Lý do là bởi, việc kết hợp được hai mô hình đại dương và khí quyển như vậy là một kỹ thuật rất khó, ngay cả khi nhóm nghiên cứu của PGS. TS Thành và nhóm nghiên cứu của TS. Marine Herrmann (Khoa Nước-Môi trường-Hải dương học của USTH) đã nghiên cứu về từng mô hình theo chuyên môn của mình trong nhiều năm trước đó. “Có thể tưởng tượng rằng, hai mô hình này giống như hai phần mềm khác nhau (và phức tạp hơn thế nhiều). Bây giờ nếu muốn hai mô hình ‘nói chuyện’ được với nhau, chúng ta cần phải thiết kế được một lớp tương tác để chúng trao đổi các thông tin với nhau, đầu ra của mô hình này là đầu vào của mô hình kia và ngược lại, và làm sao để ‘chống sốc’ cho việc truyền - nhận thông tin đó”, PGS.TS Thành giải thích.

Nhờ có dự án LOTUS tạo nền tảng cho việc hợp tác, nhóm của PGS.TS Thành và TS. Marine đã thiết kế được một chủ đề nghiên cứu và nhận một nghiên cứu sinh tiến sỹ để tập trung giải quyết việc giao tiếp giữa hai mô hình khí quyển và đại dương. “Và riêng nội dung này đã mất gần ba năm trời chỉ để hoàn thiện về mặt kỹ thuật”, PGS.TS Thành kể lại, qua đó có lẽ cũng đủ để thấy mức độ phức tạp của bài toán này.

Sau hơn năm năm triển khai, dự án LOTUS hiện đã kết thúc pha một của nghiên cứu tại khu vực Đồng bằng sông Hồng và vịnh Bắc Bộ của Việt Nam và đang nộp đề xuất nghiên cứu cho pha hai ở phạm vi khu vực Đông Nam Á.

Nhìn lại những kết quả đã đạt được sau năm năm, dự án kết hợp các nhóm nghiên cứu này có thành công như mong đợi? “Chúng tôi có thể nói rằng, các kết quả đã đạt được thậm chí đã vượt xa các mục tiêu đề ra”, PGS.TS Thành cho biết.

Kết quả nổi bật nhất từ dự án chắc chắn là những kết quả nghiên cứu khoa học mới, được hiện thực hóa thông qua các công trình công bố. Sau năm năm, Phòng thí nghiệm LOTUS đã có 76 công bố, nổi bật trong số đó là những công trình như “The distinct impacts of the two types of ENSO on rainfall variability over Southeast Asia” (Tác động khác biệt của hai loại ENSO đối với sự thay đổi lượng mưa ở Đông Nam Á) công bố trên tạp chí Climate Dynamics, “Multi-scale variability of circulation in the Gulf of Tonkin from remote sensing of surface currents by high-frequency radars” (Biến động đa quy mô của hoàn lưu Vịnh Bắc Bộ từ số liệu viễn thám dòng chảy bề mặt quan trắc bởi ra đa tần số cao) đăng tải trên tạp chíOcean Dynamics,... Bên cạnh đó, dự án cũng giúp đào tạo thành công 13 tiến sỹ thông qua các đề tài nghiên cứu.

Lý giải về thành công của mô hình hợp tác, PGS.TS Thành gói gọn trong câu “thiên thời địa lợi nhân hòa”. Sự suôn sẻ nghe có vẻ tình cờ: anh và TS. Marine là bạn học cùng từ thời đại học ở bên Pháp, sau rất nhiều năm thì tình cờ gặp lại khi cùng làm việc tại USTH và có mối quan tâm chung trong lĩnh vực nghiên cứu; bản thân trường USTH ngay từ khi thành lập đã được đặt trong những khuôn khổ pháp lý hướng đến việc hợp tác với các nhà khoa học Pháp; Viện IRD - đơn vị tài trợ cho LOTUS đang có sẵn chương trình tài trợ cho một số phòng thí nghiệm trên toàn cầu,... Tuy nhiên, ẩn đằng sau đó là những điều cốt lõi mà nếu không nhờ có nó thì dự án có lẽ đã không thể thành công được như vậy: cơ chế tạo thuận lợi cho việc hợp tác; những con người sẵn sàng hợp tác; việc cấp và sử dụng kinh phí dựa trên một hệ thống tin tưởng hoàn toàn vào các nhà khoa học và những người điều hành phòng thí nghiệm.

Cụ thể, mỗi năm, LOTUS nhận được 50,000 Euro cho chi phí vận hành phòng thí nghiệm. Dù khoản kinh phí này chỉ chiếm một số nhỏ so với tổng tài trợ khoảng 2 triệu USD mà nhóm nhận được từ tất cả các đề tài nghiên cứu khác, tuy nhiên, nhờ có sự tự do nhất định trong việc sử dụng kinh phí để chi trả các hợp đồng, trao đổi sinh viên hoặc cho các chi phí khi nghiên cứu (chẳng hạn như việc thuê thuyền bè), nhóm nghiên cứu có thể linh hoạt trong việc sử dụng nguồn ngân sách mình có để phòng thí nghiệm hoạt động hiệu quả. Bên cạnh đó, do nhóm nghiên cứu cần sử dụng một hệ thống máy tính hiệu năng cao vận hành 24/24, khoản chi phí linh hoạt này cũng giúp LOTUS nhanh chóng giải quyết được vấn đề về máy móc như thay ổ cứng, lắp điều hòa công suất lớn chỉ trong vài ngày ngay khi hệ thống lớn gặp trục trặc.

Về mặt hành chính, LOTUS có một hội đồng giám sát (monitoring commitee), mỗi năm nhóm sẽ viết báo cáo để hội đồng tổ chức họp và cùng thảo luận, lắng nghe xem các ý tưởng nghiên cứu có đi chệch hướng hay không và có góp ý gì cho nhóm nghiên cứu hay không. Nhưng điều quan trọng là “sự hợp tác giữa các nhóm ở LOTUS là sự bình đẳng, hai chiều”, PGS.TS Thành cho biết. “Vai trò của người Pháp cũng quan trọng và vai trò của người Việt cũng quan trọng. Tất nhiên là đội ngũ phía Pháp tham gia vào vẫn có kinh nghiệm nghề nhiều hơn so với mặt bằng chung của đội ngũ Việt Nam - có nhiều cán bộ trẻ hơn, cho nên đối với phía Việt Nam thì mình vẫn học được rất nhiều từ việc hợp tác này”.