Vì sao chẳng ai tin dự báo thời tiết?


Tại sao các nhà khoa học có thể tính toán chính xác để đưa con người lên mặt trăng, có thể biết được hành trình của các hành tinh trước nhiều năm, nhưng lại chưa bao giờ thực sự dự đoán chính xác được thời tiết?

Trong khi các nhà khoa học thường được tôn vinh vì những đóng góp giúp nhân loại càng ngày càng hiểu hơn về cách mà vũ trụ phức tạp vận hành, thì những đồng nghiệp bên mảng khí tượng học lại thường không được mọi người xung quanh công nhận và đánh giá cao như vậy.

Đầu tiên, phải thực sự ghi nhận một điều: Các nhà dự báo thời tiết đã cải thiện khả năng dự báo của họ trong 20 năm qua. Những dự báo thời tiết cho 3 ngày tiếp theo giờ đây còn chính xác hơn những dự báo cho ngày hôm sau của 20 năm về trước. Chúng ta cũng được trang bị tốt hơn để đưa ra các cảnh báo sớm hơn cho những hiện tượng thời tiết khắc nghiệt, ví dụ như có thêm gấp đôi thời gian để chuẩn bị cho một cơn bão lốc xoáy, hay giúp mọi người có thêm 40 phút để chuẩn bị trước khi đợt lũ quét ập tới.

Các nhà khí tượng học đương đại không thể đưa ra các dự báo chính xác đến như vậy nếu không có sự trợ giúp từ các tiến bộ trong toán học, tức là dùng những phương trình số để dự báo thời tiết. Những dự đoán này đòi hỏi những cỗ máy vi tính mạnh mẽ và rất nhiều dữ liệu quan sát thu thập được từ đất liền, trên biển hay trong bầu khí quyển. Một trạm khí tượng không bao giờ có thể thu thập đủ lượng dữ liệu như vậy để dự báo, mà phải có đến hàng ngàn trạm trên toàn cầu được liên kết và chia sẻ dữ liệu với nhau. Một số trạm thậm chí chỉ đơn giản là những chiếc máy đo gió trên mặt đất (anemometers), máy thu mưa, hay những cảm biến nhiệt giống như những thiết bị được sử dụng bởi những người theo dõi thời tiết nghiệp dư. Một số trạm khác cũng là những thiết bị như vậy được buộc vào phao thả trôi trên biển. Và một số khác được gắn trên những chiếc máy bay thương mại hoặc tàu vận chuyển, nhằm thu thập dữ liệu thời tiết khi chúng di chuyển từ điểm A qua điểm B. Và cuối cùng là các vệ tinh hoặc khinh khí cầu thời tiết, cung cấp thông tin ở những vùng thượng tầng của khí quyển.

Nói chung, tất cả những cảm biến và máy đo này gom lại được hơn 1 triệu quan sát liên quan đến thời tiết mỗi ngày. Lượng dữ liệu này là quá sức để xử lý đối với một chiếc máy vi tính thông thường (loại mà bạn có thể mua ở bất kỳ cửa hàng máy tính nào). Các nhà khí tượng học sẽ phải dùng đến những siêu máy tính, những cổ máy nhanh cực kỳ, có thể thực hiện hàng triệu phép tính mỗi giây. Tại Hoa Kỳ, những siêu máy tính này được đặt tại Trung tâm dự báo môi trường quốc gia (NCEP), nằm ở Camp Springs, Md. Các dữ liệu khí tượng khổng lồ này sẽ được đưa vào siêu máy tính và xử lý bằng các mô hình toán phức tạp để dự báo những thay đổi về thời tiết trong tương lai. Sau đó, những kết quả thu được sẽ là cơ sở của các dự báo thời tiết được phát trên truyền hình và sóng phát thanh trên khắp nước Mỹ.

Nghe qua thì có vẻ như tiến bộ khoa học và sức mạnh kinh khủng của các siêu máy tính đã giúp con người giải được bài toán dự báo chính xác thời tiết. Nhưng không, sự thật là với những gì tiên tiến nhất hiện nay, chúng ta vẫn chưa là gì so với những thách thức khổng lồ của việc dự báo thời tiết. Đó là bởi vì việc dự báo thời tiết bị tác động bởi rất nhiều hiện tượng ở quy mô lớn, và mỗi hiện tượng đó lại chịu ảnh hưởng bởi hằng hà những biến số và yếu tố khác nhau. Ví dụ thử cho các bạn hình dung. Các nhà khí tượng phải xem xét xem Mặt trời sẽ làm nóng bề mặt Trái đất như thế nào, chênh lệch áp suất không khí hình thành gió ra sao, hay những giai đoạn chuyển trang thái của nước (từ rắn tan chảy sang lỏng, từ lỏng bay hơi thành khí) ảnh hưởng đến các dòng năng lượng như thế nào. Thậm chí, họ còn phải cố gắng tính toán đến tác động của sự xoay của các hành tinh trong không gian đối với bề mặt Trái đất ra sao. Chỉ cần thay đổi nhỏ trong bất kỳ biến số trong bất kỳ tính toán phức tạp nào cũng có thể ảnh hưởng sâu sắc đến diễn biến thời tiết trong tương lai.

Thập niên 60 của thế kỷ trước, nhà khí tượng học Edward Lorenz thuộc trường MIT, đã đưa ra mô tả phù hợp cho vấn đề này. Ông gọi đó là Hiệu ứng cánh bướm (Butterfly Effect), liên quan đến việc một con bướm đập cánh ở châu Á có thể làm thay đổi đáng kể thời tiết ở New York. Ngày nay, Lorenz được xem như cha đẻ của Thuyết hỗn mang (chaos theory) – một tập hợp các nguyên tắc khoa học mô tả các hệ thống rất phức tạp, chẳng hạn như hệ thống thời tiết, nơi những thay đổi nhỏ trong điều kiện ban đầu cũng có thể thay đổi hoàn toàn kết quả cuối cùng. Bởi vì tính hỗn loạn này, nên mức độ chính xác của dự báo thời tiết chỉ nằm trong một giới hạn nhất định. Lorenz đặt giới hạn chính xác này trong khoảng thời gian 2 tuần.

Các nhà khí tượng học đương đại sử dụng các công nghệ và phương pháp tiên tiến để chế ngự tính hỗn loạn, ví dụ như phương pháp dự báo tổ hợp (ensemble forecast). Đây là phương pháp bao gồm nhiều dự báo, mà mỗi dự báo sẽ có những điều kiện đầu vào khác nhau. Nếu mỗi dự báo trong tổ hợp cho kết quả trông giống nhau, thì thời tiết có khả năng sẽ xảy ra theo hướng được dự báo. Nếu có bất kỳ dự báo nào có vẻ hoàn toàn khác, thì kết quả thực tế nhiều khả năng không xảy ra theo kỳ vọng.

Các nhà khí tượng học cũng dựa vào radar Doppler để theo dõi điều kiện thời tiết hiệu quả hơn và cải thiện kết quả dự báo. Radar Doppler cần một máy phát để phát sóng vô tuyến lên bầu trời. Sóng đập vào các vật thể trong bầu khí quyển và dội lại. Những đám mây di chuyển ra xa máy phát sẽ phản xạ sóng khác với những đám mây di chuyển về hướng máy phát. Một máy tính tích hợp trong radar chuyển đổi dữ liệu sóng phản xạ thành hình ảnh hiển thị độ che phủ của mây, dải lượng mưa, tốc độ và hướng gió.

Nhờ công nghệ này, các nhà khí tượng học có thể dự báo thời tiết chính xác hơn bao giờ hết, đặc biệt khi họ giới hạn lại thời gian dự báo trước. Ví dụ, những dự báo thời tiết trong vòng 12 giờ sắp tới sẽ khá tin cậy với những điều kiện và xu hướng chung. Nhưng thật không may, chính vì sự hỗn loạn, họ sẽ không bao giờ có thể dự đoán thời tiết chắc chắn một cách tuyệt đối, đó là lý do vì sao mà những cơn bão, lốc xoáy và mưa lũ xối xả vẫn bất chợt ập tới và tàn phá cộng đồng mà không có chút cảnh báo nào.

Cho nên, tốt nhất là bạn vẫn nên mang theo một cây dù, kể cả khi dự báo thời tiết nói hôm nay trời quang mây tạnh.

Tác giả: William Harris

Nguồn: How Stuff Works


Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *