Hiểu được thời tiết có thể quyết định đến sự tồn vong của cả một đế chế, trong thế kỷ 19, một thế lực siêu cường đã quyết tâm lật mở toàn bộ những mảnh ghép về El Niño: Đế quốc Anh.

Với lãnh thổ xấp xỉ 33,67 triệu km2, tương đương với 24% diện tích toàn cầu, đế quốc Anh trong thế kỷ 19 đã sở hữu một hệ thống thuộc địa trải dài trên khắp các châu lục, từ Á sang Âu, từ Châu Mỹ đến Châu Đại Dương.

Mặt trời không bao giờ lặn trên lãnh thổ của họ. Hơn ai hết, Đế quốc Anh hiểu vai trò quan trọng của thời tiết. Và các nhà khoa học Anh biết rằng để có được những dự báo sớm và chính xác cho toàn bộ đế chế, họ cần dựa vào các mô hình khí hậu lớn diễn ra trên quy mô hành tinh. 

Trước đó, mọi dự báo thời tiết đều chỉ là cục bộ.

Những mô hình khí hậu là thứ quyết định đến sự hoạt động hiệu quả của mạng lưới kinh tế hàng hải "nội địa", cắt ngang qua bốn đại dương và kết nối bốn châu lục lớn. Mô hình khí hậu cũng ảnh hưởng tới hoạt động và chiến lược quân sự. Và đặc biệt, nó còn liên quan đến vấn đề an ninh lương thực.

Các nhà lãnh đạo của Đế Quốc Anh quan tâm đến thời tiết vì nó quyết định nền nông nghiệp của các thuộc địa có nuôi sống được 450 triệu công dân của đế chế lớn nhất lịch sử này hay không?

Vì vậy, vào năm 1854, sau khi Văn phòng Khí tượng Anh được thành lập, họ đã xây dựng hàng loạt các chi nhánh khác tại thuộc địa, trải dài từ Canada, Ấn Độ cho tới Australia.

Các chi nhánh đều được điều hành bởi những nhà khí tượng học chuyên nghiệp, những người được đào tạo để thu thập dữ liệu từ nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió cho đến áp suất khí quyển và lượng mưa theo các khoảng thời gian đều đặn.

Trong hệ thống giám sát của Văn phòng Khí tượng Anh, những dữ liệu có thể được truyền về văn phòng khí tượng trung ương thông qua mạng lưới điện báo đang rất phát triển ở thời điểm đó. Điều này cho phép trao đổi dữ liệu nhanh hơn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổng hợp các biểu đồ thời tiết khái quát.

Trên thực tế, các nhà khí tượng học của Đế quốc Anh chính là những người đầu tiên phát triển bản đồ thời tiết. Những bản đồ này đã giúp họ hình dung được các kiểu thời tiết, xác định các hệ thống áp suất cao và thấp, đồng thời theo dõi sự chuyển động của các hệ thống thời tiết trên quy mô lục địa và các đại dương.

Kể từ đây, những hiện tượng thời tiết rời rạc do El Niño gây ra mới dần được ghép lại, trên phạm vi toàn cầu.

Người đầu tiên có công phát hiện ra bức tranh lớn của El Niño là Gilbert Walker, một nhà toán học người Anh. Năm 1903, ông được điều chuyển từ Đại học Cambridge tới Ấn Độ để nhậm chức giám đốc Cục khí tượng thuộc địa.

Trước đó vào năm 1896 và 1899, Ấn Độ đã trải qua hai đợt hạn hán nặng nề dẫn đến mất mùa. Hậu quả là hàng triệu người đã chết trong nạn đói 1896-1897 và 1899-1900. Nhiệm vụ của Walker sau khi tới Ấn Độ là phải tìm ra được cách dự đoán trước những đợt hạn hán và thiên tai này.

Để làm được điều đó, ông đã tiến hành thu thập và xử lý hàng núi dữ liệu, bao gồm áp suất khí quyển, lượng mưa và nhiệt độ từ các trạm khí tượng đặt rải rác khắp thế giới. Tới năm 1909, các dữ liệu đã đủ giúp Walker viết được phương trình hồi quy đầu tiên có khả năng dự báo thời tiết.

Các phương trình của ông chỉ ra những đợt hạn hán ở Ấn Độ thường trùng với hạn hán xảy ra ở Australia. Trong khi đó, có một mô hình khí hậu cứ vài năm lại lặp đi lặp lại, thể hiện trên những dữ liệu đối lập ghi nhận được ở trạm khí tượng Australia và Tahiti, một hòn đảo nằm ở trung tâm Thái Bình Dương.

Khi áp suất khí quyển thấp ngự trị miền bắc Australia, Walker nhận thấy mưa sẽ rơi nhiều ở Tahiti cách đó 6.000 km. Khi trung tâm áp suất thấp xoay hàng ngàn km về phía đông, gió mùa sẽ yếu đi hoặc biến mất hoàn toàn.

Khí hậu giữa hai khu vực này đối lập nhau như một chiếc bập bênh. Vì vậy, Walker đặt tên cho nó là hiện tượng "Dao động nam" (Southern Oscillation). Ông trình bày phát hiện của mình trong một loạt bài báo xuất bản trên Kỷ yếu của Cục Khí tượng Ấn Độ vào năm 1923 và 1924:

"Dao động nam có nghĩa là xu hướng áp suất tại các trạm ở Thái Bình Dương (San Francisco, Tokio, Honolulu, Samoa và Nam Mỹ), và lượng mưa ở Ấn Độ và Java (có lẽ bao gồm thêm cả ở Úc và Abyssinia) tăng lên, trong khi áp suất ở khu vực Ấn Độ Dương (Cairo, Tây Bắc Ấn Độ, Cảng Darwin, Mauritius, Đông Nam Úc và Mũi Cape) giảm", Walker viết.

Trên thực tế, mô hình dao động mà Walker tìm ra chính là một nửa bức tranh El Niño tổng thể mà chúng ta biết tới ngày nay. Các nhà khoa học gọi nó với cái tên đầy đủ là ENSO (El Niño – Southern Oscillation).

Walker đã tìm ra "SO", một nửa của vòng tuần hoàn diễn ra phía tây Thái Bình Dương. Một nửa còn lại, "EN" (đại diện cho El Niño) diễn ra ở phía đông, phải đợi thêm một thế hệ các nhà khoa học nữa mới có thể hoàn tất.

Gilbert Walker qua đời vào năm ông 90 tuổi, trùng với khoảng thời gian cuối của một đợt El Niño đang diễn ra ở Peru năm 1958. Đó cũng là Năm Địa vật lý Quốc tế (International Geophysical Year - IGY), một nỗ lực được tổ chức nhằm hàn gắn cộng đồng khoa học quốc tế trong những năm Chiến Tranh Lạnh.

Trước đó, vì rào cản chính trị mà các nhà khoa học ở Phương Tây và Phương Đông đã không còn trao đổi dữ liệu với nhau. Chiến Tranh Lạnh vô tình làm gián đoạn hiểu biết của con người trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt là khí tượng học đòi hỏi các dữ liệu thời tiết cần phải được ghi lại và chia sẻ trong thời gian thực.

Nhắm đến nỗ lực hàn gắn vết rạn nứt này, IGY trong hai năm 1957 và 1958 đã vận động hàng ngàn nhà khoa học, tổ chức nghiên cứu và trường đại học tại 67 quốc gia kết nối lại với nhau trong một diễn đàn trao đổi.

Họ đã cùng nhau thành lập Trung tâm Dữ liệu Thế giới (WDC). Trung tâm này có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ và chia sẻ dữ liệu khoa học tới tất cả các quốc gia thành viên. Dữ liệu sẽ tập trung vào 11 ngành khoa học Trái Đất, có thể kể đến như hải dương học, địa chấn học và khí tượng học.

Jacob Bjerknes, một nhà khí tượng học người Mỹ gốc Na Uy, đã tìm thấy cơ hội của mình từ WDC. Trong khi phân tích sự kiện El Niño năm 1957-1958 ở Peru, ông đã sử dụng phương pháp thống kê giống của Walker cho dữ liệu thời tiết ở các trạm phía đông Thái Bình Dương.

Kết quả, Bjerknes đã giải được câu đố của Federico Alfonso Pezet từ 60 năm trước, tìm ra điểm kết thúc của dòng hải lưu ấm. Theo Bjerknes, trong những năm El Niño xuất hiện, dòng biển ngoài khơi Peru đã thổi một luồng nước ấm vào tận trung tâm Thái Bình Dương, cách bờ biển Peru hàng ngàn km.

Điều này có nghĩa là dòng hải lưu này có thể chạm tới đảo Tahiti và giao nhau với Dao động nam của Walker. Trong suy nghĩ của mình, Bjerknes chắc chắn El Niño và Dao động nam phải có liên hệ với nhau.

Ông phát triển một giả thuyết để giải thích mối liên hệ này và gọi nó là "Vòng tuần hoàn Walker". Chiếu theo giả thuyết của Bjerknes, mọi chuyện đã bắt đầu như sau:

Bởi Trái Đất có hình cầu, phần xích đạo của nó sẽ bị Mặt Trời làm nóng nhiều hơn phần còn lại, tạo nên một vành đai nhiệt đới. Không khí trong vành đai nhiệt đới nhận được nhiều nhiệt từ Mặt Trời hơn nên sẽ trở nên nóng hơn. Chúng bốc lên cao tạo thành một khối áp thấp ở mặt đất, hút không khí lạnh hơn từ hai vùng cận nhiệt ở các vĩ độ Nam và Bắc Bán cầu thổi về.

Đây chính là câu trả lời cho câu hỏi "Gió bắt đầu từ đâu?" và gió mà chúng ta đang nói tới được gọi là gió mậu dịch – cái tên phản ánh việc loại gió này đã giúp các thương nhân giong thuyền buồm ra khơi, đi từ lục địa này sang lục địa khác để buôn bán.

Lẽ ra, gió mậu dịch sẽ thổi từ Bắc xuống Nam ở Bán Cầu Bắc và từ Nam lên Bắc ở Bán Cầu Nam. Nhưng do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis từ chuyển động tự quay của Trái Đất, ở cả hai bán cầu, chúng đều sẽ thổi lệch từ Đông sang Tây.

Tiếp theo, bởi gió mậu dịch thổi từ Đông sang Tây, nó sẽ đẩy dòng nước biển đang bị Mặt Trời làm nóng từ Đông sang Tây, nghĩa là từ vùng ven biển Nam Mỹ sang phía Australia và Đông Nam Á.

Điều này làm lớp nước ấm trên bề mặt đại dương ở phía đông mỏng đi. Trên thực tế, mặt biển ở Peru thường thấp hơn mặt biển ở Indonesia khoảng nửa mét. Nhưng sự chênh lệch của đường thủy phân tầng nhiệt (thermocline) giữa hai khu vực này mới quan trọng.

Đường thủy phân tầng nhiệt là ranh giới giữa vùng nước ấm hơn ở bề mặt đại dương (được mặt trời chiếu sáng nên ấm hơn vào ban ngày và nguội đi vào ban đêm) với vùng nước lạnh sâu (nơi không nhận được nhiệt từ ánh sáng mặt trời) có nhiệt độ thấp quanh năm bất kể ngày và đêm.

Vì gió mậu dịch đẩy nước ấm từ Đông sang Tây, nó khiến đường thủy phân tầng nhiệt ở phía Đông trở nên nông hơn (-30 mét) trong khi đẩy đường thủy phân tầng nhiệt ở phía Tây xuống sâu hơn (-150 mét).

Hệ quả là phần nước lạnh bên dưới đại dương sẽ dễ trồi lên ở phía Đông, đem theo chất dinh dưỡng, nuôi sống sinh vật biển và khiến sự sống ở phía Đông trở nên trù phú.

Vòng tuần hoàn Walker tới đây đã đi được một nửa. Một nửa còn lại tiếp tục xảy ra: 

Nước mát trồi lên ở phía Đông lại bị Mặt Trời làm nóng và đẩy về phía Tây. Không khí phía Tây lại trở lên nóng hơn. Vì không khí nóng hơn, khối áp thấp ở phía Tây lại được củng cố. Gió mậu dịch lại thổi mạnh hơn từ Đông sang Tây. 

Tới đây, vòng tuần hoàn khổng lồ của Walker đóng lại và mọi thứ cứ lại lặp lại như câu chuyện con gà và quả trứng.

Nếu bạn hỏi "Tại sao bình thường lại có gió mậu dịch?", câu trả lời sẽ là "Vì nước ở phía Đông Thái Bình Dương lạnh hơn ở phía Tây". Nhưng nếu bạn hỏi "Tại sao nước ở phía Đông Thái Bình Dương lạnh hơn ở phía Tây", câu trả lời là "Vì có gió mậu dịch".

Thái Bình Dương và bầu khí quyển phía trên đó đã cùng nhảy với nhau trong một vũ điệu uyển chuyển. Sau đó, vũ điệu này quyết định lượng mưa mà các quốc gia ở hai bên bờ đại dương nhận được.

Trong những năm bình thường, không có El Niño, Vòng tuần hoàn Walker đẩy dòng biển ấm chảy về phía Australia và Đông Nam Á. Dòng biển ấm làm ấm không khí, không khí mang hơi nước bốc lên cao, ngưng tự tạo thành mây và mưa rơi xuống.

Đây là điều kiện để giúp nền nông nghiệp của các quốc gia Đông Nam Á phát triển.

Trong khi đó, dòng biển lạnh ở phía Đông khiến các quốc gia như Peru và Chile trở nên khô hạn hơn, phơi ra những sa mạc ven biển Nam Mỹ. 

Bù lại, biển lạnh trồi lên đồng nghĩa với dinh dưỡng dồi dào và nghề cá ở những khu vực này sẽ trở nên thịnh vượng.

Giả thuyết của Bjerknes nhấn mạnh Vòng tuần hoàn Walker là mô hình khí hậu chính ngự trị Thái Bình Dương. Nó có thể được hiểu là những năm "mưa thuận gió hòa" đối với các quốc gia ở bờ Đông, bờ Tây và cả các quốc đảo rải khắp vành đai nhiệt đới.

Thế nhưng, vì những lý do cho tới nay vẫn còn là bí ẩn, cứ sau một vài năm Vòng tuần hoàn Walker lại bị phá vỡ. Giống như cách nó bắt đầu bằng câu chuyện con gà và quả trứng, vũ điệu cộng hưởng giữa gió và biển bị lệch pha ở bất cứ bước nào cũng dẫn tới hiệu ứng domino sụp đổ.

Vòng tuần hoàn Walker sau đó bắt đầu nghịch hành.

Hãy bắt đầu giả thuyết bằng một cơn bão ở bờ tây Thái Bình Dương - loại bão hàng năm vẫn đổ bộ vào Việt Nam. 

Do các cơn bão có tính chất địa tĩnh (xoay theo sự tự quay của Trái Đất, nghĩa là chúng quay theo chiều kim đồng hồ ở bán cầu nam và ngược chiều kim đồng hồ ở bán cầu bắc), gió bão trên xích đạo sẽ luôn thổi về phía đông.

Nếu các cơn bão đủ mạnh hoặc kéo dài đủ lâu, thì chúng có thể tích lũy đủ năng lượng để tạo ra một luồng gió đông làm yếu gió mậu dịch.

Gió thổi từ tây sang đông sẽ khiến nước biển ấm ở phía tây bị đẩy về phía đông. Vì dòng nước biển ẩm di chuyển về phía đông, nó khiến vùng áp suất ở trên mặt biển di chuyển theo. Gió mậu dịch vì thế lại càng bị làm yếu.

Những cơn mưa ở trên dòng biển ấm vì thế cũng trôi dần ra khỏi khu vực Đông Nam Á và Australia, để lại hạn hán ở khu vực này. Thay vào đó, mưa sẽ rơi dần về phía đông, trên đảo Tahiti ở trung tâm Thái Bình Dương.

Đây là nửa vòng Dao động nam mà Walker đã quan sát thấy trong thế kỷ 19.

Nhưng mọi chuyện đến đó vẫn chưa dừng lại. Vì gió mậu dịch ngày càng yếu, dòng biển ấm tiếp tục trôi về hướng đông. Nó san phẳng đường thủy phân nhiệt, khiến nước lạnh không còn trồi lên ở phía đông bờ biển Peru nữa.

Mặt biển trên toàn bộ Thái Bình Dương vì vậy đều trở nên ấm hơn. Dòng biển lạnh ở ngoài khơi Peru bị thay thế bằng nước biển ấm. Mưa cũng dần trôi về phía Nam Mỹ, bắt đầu chuỗi thiên tai mà họ phải gánh chịu.

Đây chính là hiện tượng El Niño:

Xảy ra trên vành đai nhiệt đới của Thái Bình Dương, El Niño gây ảnh hưởng lớn nhất tới các quốc gia ở gần xích đạo như Peru, Chile, Ecuador ở phía Đông và Australia, Philippines, Indonesia ở phía Tây.

Trong những năm mà El Niño xuất hiện, các quốc gia Nam Mỹ thường phải đối mặt với tình trạng bão lũ, mưa lớn kéo dài. Việc nước biển lạnh không còn nổi lên khiến cá chết hàng loạt, suy giảm ngư nghiệp trong khi Peru vốn là một trong những quốc gia có nghề cá năng suất cao nhất thế giới.

Trái ngược với họ, ở phía lục địa Australia và Đông Nam Á, mưa sẽ rút đi khi vòng tuần hoàn Walker dần dịch chuyển về phía đông, gây ra hạn hán và suy giảm sản lượng nông nghiệp. Các quốc gia này thường phải đối mặt với nguy cơ mất mùa, cháy rừng và xâm nhập mặn cao vào những năm bị El Niño ảnh hưởng.

Tuy nhiên, bởi Thái Bình Dương bao phủ tới một phần ba diện tích Trái Đất, những biến động lớn xảy ra ở đó sẽ kích hoạt những phản ứng khí hậu trên quy mô toàn cầu. Gần nhất, hiệu ứng El Niño có thể vượt qua lãnh thổ của các nước Đông Nam Á để ảnh hưởng tới Ấn Độ Dương.

Ngay trong thế kỷ 19, các nhà khí tượng của Đế Quốc Anh đã phát hiện những đợt hạn hán xảy ra ở Ấn Độ trùng với hạn hán ở Australia. Ngày nay, chúng ta biết đó là bởi El Niño làm suy yếu gió mùa ở Ấn Độ, khiến tiểu lục địa này rơi vào một thời kỳ khô hạn khốc liệt.

Trong những năm El Niño mạnh, sự ảnh hưởng có thể tiếp tục vắt ngang qua Ấn Độ Dương để tới Châu Phi. Các nước ở phía Đông lục địa bao gồm Kenya, Tanzania và lưu vực sông Nile Trắng sẽ có những trận mưa kéo dài từ tháng 3 đến tháng 5, điều kiện ẩm ướt hơn bình thường.

Ngược lại, từ Trung Nam Châu Phi trở xuống, các nước như Zambia, Zimbabwe, Mozambique và Botswana đối mặt với hạn hán và thời tiết khô hơn bình thường từ tháng 12 tới tháng 2 dương lịch.

Đại Tây Dương có lẽ là khu vực hiếm hoi được hưởng lợi từ hiện tượng El Nino. Thống kê cho thấy những năm mà El Niño xuất hiện, số lượng cơn bão hình thành trên Đại Tây Dương có xu hướng giảm.

Một giả thuyết cho rằng El Niño đã tạo ra những cơn gió mạnh hơn trên tầng khí quyển Đại Tây Dương. Những cơn gió này có thể xé toạc một số cơn bão nhiệt đới trước khi chúng hình thành hoặc ngăn chúng trở nên quá mạnh.

***

Chia sẻ 3.260 km bờ biển giáp với phía tây Thái Bình Dương, Việt Nam là một trong những quốc gia nằm trong vùng ảnh hưởng trực tiếp của El Niño .

Vậy điều gì sẽ xảy ra với chúng ta vào những năm El Niño ghé thăm? Thời tiết nửa cuối năm 2023 và đầu năm 2024 tại Việt Nam sẽ bị ảnh hưởng như thế nào? Các nhà khoa học đang làm gì để giúp chúng ta ứng phó với El Niño?

Mời bạn đọc đón xem trong kỳ tiếp theo: "El Niño in your area": Điều gì sẽ xảy đến với Việt Nam trong năm 2023-2024?