Khí hậu (Climate)

Các yếu tố quyết định khí hậu:

• Bức xạ mặt trời: Nguồn năng lượng chính chi phối khí hậu Trái Đất. Lượng bức xạ mặt trời nhận được phụ thuộc vào vĩ độ, thời gian trong năm và độ che phủ của mây.
• Vị trí địa lý (Vĩ độ, kinh độ, độ cao): Vĩ độ ảnh hưởng đến góc tới của tia mặt trời, do đó ảnh hưởng đến nhiệt độ. Kinh độ và độ cao ảnh hưởng đến lượng mưa và nhiệt độ. Ví dụ, các vùng gần xích đạo nhận được nhiều bức xạ mặt trời hơn, dẫn đến nhiệt độ cao hơn. Độ cao càng tăng, nhiệt độ càng giảm.
• Dòng biển: Dòng biển nóng và lạnh vận chuyển nhiệt trên toàn cầu, ảnh hưởng đến nhiệt độ và lượng mưa của các vùng ven biển. Dòng biển nóng làm tăng nhiệt độ và độ ẩm của các vùng ven biển, trong khi dòng biển lạnh có tác dụng ngược lại.
• Địa hình: Địa hình như núi non có thể ảnh hưởng đến lượng mưa, hướng gió và nhiệt độ. Hiệu ứng mưa orographic (mưa địa hình) là một ví dụ. Không khí ẩm bị buộc phải nâng lên khi gặp núi, ngưng tụ và tạo ra mưa ở sườn đón gió. Sườn khuất gió thường khô hơn.
• Thảm thực vật: Thảm thực vật ảnh hưởng đến lượng nước bốc hơi và albedo (độ phản xạ) của bề mặt, do đó ảnh hưởng đến nhiệt độ và lượng mưa. Rừng giúp duy trì độ ẩm và làm mát không khí, trong khi sa mạc có albedo cao, phản xạ nhiều bức xạ mặt trời và dẫn đến nhiệt độ cao.
• Thành phần khí quyển: Các khí nhà kính như CO₂, CH₄, N₂O giữ nhiệt trong khí quyển, góp phần vào hiệu ứng nhà kính và làm Trái Đất ấm lên.
• Hoạt động của con người: Các hoạt động như đốt nhiên liệu hóa thạch, phá rừng, nông nghiệp và công nghiệp đã làm thay đổi thành phần khí quyển và góp phần vào biến đổi khí hậu. Việc gia tăng nồng độ khí nhà kính do hoạt động của con người là nguyên nhân chính gây ra sự nóng lên toàn cầu.

Phân loại khí hậu

Có nhiều hệ thống phân loại khí hậu khác nhau, mỗi hệ thống sử dụng các tiêu chí và phương pháp khác nhau để phân chia Trái Đất thành các vùng khí hậu riêng biệt. Một số hệ thống phổ biến bao gồm:

• Phân loại khí hậu Köppen: Dựa trên nhiệt độ và lượng mưa trung bình hàng tháng. Hệ thống này phân loại khí hậu thành năm nhóm chính: A (khí hậu nhiệt đới), B (khí hậu khô hạn), C (khí hậu ôn đới ấm), D (khí hậu ôn đới lục địa) và E (khí hậu vùng cực). Mỗi nhóm chính lại được chia thành các nhóm phụ dựa trên các đặc điểm cụ thể của lượng mưa và nhiệt độ.
• Phân loại khí hậu Thornthwaite: Dựa trên chỉ số ẩm ướt và tiềm năng bốc hơi nước. Hệ thống này tập trung vào sự cân bằng nước trong đất và khả năng của thực vật để phát triển trong điều kiện khí hậu nhất định.

Biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu đề cập đến những thay đổi dài hạn trong các kiểu thời tiết trung bình của Trái Đất. Những thay đổi này có thể là do các quá trình tự nhiên, như thay đổi hoạt động của mặt trời và núi lửa phun trào, nhưng hoạt động của con người, đặc biệt là việc phát thải khí nhà kính, là nguyên nhân chính của biến đổi khí hậu hiện nay. Hậu quả của biến đổi khí hậu bao gồm:

• Nhiệt độ toàn cầu tăng: Nhiệt độ trung bình của Trái Đất đang tăng lên, chủ yếu do sự gia tăng nồng độ khí nhà kính trong khí quyển.
• Mực nước biển dâng: Băng tan ở các sông băng và dải băng, cùng với sự giãn nở nhiệt của nước biển do nhiệt độ tăng, làm cho mực nước biển dâng cao.
• Thời tiết cực đoan: Tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ lụt, hạn hán và sóng nhiệt đang gia tăng.
• Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: Biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng đến sự phân bố của các loài, chu kỳ sống và các tương tác sinh thái, gây ra sự mất đa dạng sinh học và phá vỡ các hệ sinh thái.

Nghiên cứu khí hậu

Nghiên cứu khí hậu sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để hiểu và dự đoán biến đổi khí hậu, bao gồm:

• Quan sát: Thu thập dữ liệu về các biến số khí hậu từ các trạm khí tượng, vệ tinh và các nguồn khác. Việc quan sát cung cấp thông tin về trạng thái hiện tại của khí hậu và các xu hướng thay đổi theo thời gian.
• Mô hình hóa: Sử dụng các mô hình máy tính để mô phỏng hệ thống khí hậu và dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai. Các mô hình này dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học để mô phỏng các quá trình phức tạp trong khí quyển, đại dương, đất liền và băng quyển.
• Phân tích dữ liệu cổ khí hậu: Nghiên cứu dữ liệu từ quá khứ, chẳng hạn như lõi băng và vòng cây, để hiểu được biến đổi khí hậu trong quá khứ. Dữ liệu cổ khí hậu cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự biến đổi khí hậu tự nhiên và giúp đánh giá tác động của hoạt động con người lên khí hậu hiện nay.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khí hậu chi tiết hơn

• Bức xạ mặt trời: Cường độ bức xạ mặt trời đạt cực đại tại xích đạo và giảm dần về phía hai cực. Độ nghiêng của trục Trái Đất (khoảng 23,5°) gây ra sự thay đổi theo mùa trong lượng bức xạ mặt trời nhận được ở các vĩ độ khác nhau, dẫn đến các mùa. Albedo, là tỉ lệ bức xạ mặt trời được phản xạ trở lại không gian, cũng đóng một vai trò quan trọng. Các bề mặt sáng màu như băng và tuyết có albedo cao, trong khi các bề mặt tối màu như đất và nước có albedo thấp.
• Dòng biển đại dương: Dòng biển đại dương vận chuyển nhiệt từ xích đạo về phía các cực và ngược lại, ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu của các vùng ven biển. El Niño-Southern Oscillation (ENSO) là một ví dụ về một kiểu khí hậu dao động liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ nước biển ở Thái Bình Dương nhiệt đới, có ảnh hưởng toàn cầu đến nhiệt độ và lượng mưa.
• Khí quyển: Thành phần khí quyển, đặc biệt là nồng độ của các khí nhà kính, có ảnh hưởng lớn đến khí hậu. Hiệu ứng nhà kính, một quá trình tự nhiên, giữ nhiệt trong khí quyển và làm cho Trái Đất đủ ấm để hỗ trợ sự sống. Tuy nhiên, hoạt động của con người đã làm tăng nồng độ khí nhà kính, dẫn đến sự nóng lên toàn cầu.

Các thang thời gian khí hậu

Khí hậu có thể được nghiên cứu trên nhiều thang thời gian khác nhau, từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm. Paleoclimatology (Nghiên cứu cổ khí hậu), nghiên cứu về khí hậu trong quá khứ, sử dụng nhiều proxy data như lõi băng, vòng cây, trầm tích đại dương và san hô để tái tạo lại khí hậu trong quá khứ.

Mô hình khí hậu

Các mô hình khí hậu là các chương trình máy tính phức tạp được sử dụng để mô phỏng hệ thống khí hậu và dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai. Các mô hình này dựa trên các định luật vật lý chi phối khí quyển, đại dương, đất liền, băng và sinh quyển. Chúng được sử dụng để nghiên cứu các tác động của các yếu tố khác nhau lên khí hậu, chẳng hạn như sự thay đổi nồng độ khí nhà kính.

Dự báo khí hậu

Dự báo khí hậu tập trung vào việc dự đoán các xu hướng khí hậu dài hạn, chứ không phải dự báo thời tiết trong vài ngày hoặc vài tuần. Các dự báo này được sử dụng để đánh giá tác động tiềm tăng của biến đổi khí hậu và hỗ trợ việc ra quyết định về thích ứng và giảm thiểu.

Ứng dụng của nghiên cứu khí hậu

Kiến thức về khí hậu có tầm quan trọng sống còn đối với nhiều lĩnh vực, bao gồm:

• Nông nghiệp: Hiểu biết về khí hậu giúp tối ưu hóa sản xuất nông nghiệp và thích ứng với biến đổi khí hậu. Ví dụ, lựa chọn giống cây trồng phù hợp với điều kiện khí hậu thay đổi.
• Quản lý tài nguyên nước: Dự đoán lượng mưa và dòng chảy là cần thiết cho việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Điều này bao gồm việc xây dựng đập, hệ thống tưới tiêu và quản lý nước ngầm.
• Sức khỏe cộng đồng: Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua sóng nhiệt, bệnh truyền nhiễm và ô nhiễm không khí.
• Quy hoạch đô thị: Thiết kế đô thị bền vững cần xem xét các tác động của biến đổi khí hậu như lũ lụt và sóng nhiệt. Ví dụ, xây dựng hệ thống thoát nước tốt và trồng cây xanh để giảm nhiệt độ đô thị.

• IPCC. (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press.
• Ahrens, C. D. (2017). Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate, and the Environment. Cengage Learning.
• Ruddiman, W. F. (2014). Earth’s Climate: Past and Future. W. H. Freeman and Company.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào để phân biệt giữa biến đổi khí hậu và biến động khí hậu tự nhiên?

Trả lời: Biến động khí hậu tự nhiên xảy ra do các yếu tố tự nhiên như hoạt động của mặt trời, núi lửa phun trào và dao động nội tại trong hệ thống khí hậu (ví dụ như El Niño). Biến đổi khí hậu, mặt khác, đề cập đến những thay đổi dài hạn trong các kiểu khí hậu do hoạt động của con người, chủ yếu là do phát thải khí nhà kính. Sự khác biệt chính nằm ở nguyên nhân gây ra sự thay đổi và tốc độ thay đổi, với biến đổi khí hậu do con người gây ra diễn ra nhanh hơn nhiều so với biến động tự nhiên.

Ngoài CO$_2$, còn những khí nhà kính nào khác và tác động của chúng như thế nào?

Trả lời: Ngoài carbon dioxide (CO$_2$), các khí nhà kính quan trọng khác bao gồm metan (CH$_4$), nitơ oxit (N$_2$O), ozone (O$_3$) và các khí fluor hóa (như hydrofluorocarbons – HFCs). Mặc dù CO$_2$ là khí nhà kính dồi dào nhất do hoạt động của con người, các khí khác có tiềm năng làm nóng lên toàn cầu cao hơn. Ví dụ, metan có tiềm năng làm nóng lên toàn cầu gấp 25 lần so với CO$_2$ trong khoảng thời gian 100 năm.

Các mô hình khí hậu hoạt động như thế nào và độ tin cậy của chúng ra sao?

Trả lời: Mô hình khí hậu là các chương trình máy tính phức tạp dựa trên các định luật vật lý chi phối khí quyển, đại dương, đất liền, băng và sinh quyển. Chúng chia Trái Đất thành một mạng lưới 3 chiều và sử dụng các phương trình toán học để mô phỏng các tương tác giữa các thành phần khác nhau của hệ thống khí hậu. Độ tin cậy của mô hình khí hậu được đánh giá bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với các quan sát khí hậu trong quá khứ và hiện tại. Mặc dù không hoàn hảo, các mô hình khí hậu là công cụ quan trọng để hiểu và dự đoán biến đổi khí hậu.

Những tác động cụ thể của biến đổi khí hậu đối với Việt Nam là gì?

Trả lời: Việt Nam là một trong những quốc gia dễ bị tổn thương nhất trước biến đổi khí hậu. Các tác động dự kiến bao gồm mực nước biển dâng, xâm nhập mặn, gia tăng tần suất và cường độ của bão, lũ lụt, hạn hán và sóng nhiệt. Những tác động này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến nông nghiệp, an ninh lương thực, tài nguyên nước, sức khỏe cộng đồng và cơ sở hạ tầng.

Ngoài việc giảm phát thải khí nhà kính, còn những biện pháp nào khác để thích ứng với biến đổi khí hậu?

Trả lời: Thích ứng với biến đổi khí hậu bao gồm việc thực hiện các biện pháp để giảm thiểu tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu. Một số ví dụ bao gồm xây dựng cơ sở hạ tầng chống chịu với biến đổi khí hậu (như đê biển, hệ thống thoát nước), phát triển các giống cây trồng chịu hạn và mặn, đa dạng hóa sinh kế, nâng cao nhận thức cộng đồng và tăng cường năng lực quản lý rủi ro thiên tai.