From 2016 to 2019, meteorologists saw record-breaking heat waves around the globe, rampant wildfires in California and Australia, and the longest run of category 5 tropical cyclones on record. The number of extreme weather events has been increasing for the last 40 years, and current predictions suggest that trend will continue. But are these natural disasters simply bad weather? Or are they due to our changing climate? To answer this question we need to understand the differences between weather and climate— what they are, how we predict them, and what those predictions can tell us.
Từ năm 2016 đến năm 2019, các nhà khí tượng học đã chứng kiến những đợt sóng nhiệt kỷ lục vòng quanh thế giới, những cơn cháy rừng tràn lan ở California và Úc, và các cơn xoáy thuận nhiệt đới loại 5 có thời gian hoạt động kỷ lục. Số hiện tượng thời tiết cực đoan đang tăng lên đáng kể trong 40 năm qua, và những dự đoán hiện tại chỉ ra rằng xu hướng này sẽ còn tiếp diễn. Nhưng liệu các thảm họa tự nhiên này có đơn giản chỉ là thời tiết xấu không? Hay đó là do khí hậu của chúng ta đang thay đổi? Để trả lời cho câu hỏi này, chúng ta cần hiểu rõ sự khác biệt giữa thời tiết và khí hậu. Chúng là gì? Ta dự đoán chúng như thế nào? Và những dự đoán ấy cho ta biết điều gì?
Meteorologists define weather as the conditions of the atmosphere at a particular time and place. Currently, researchers can predict a region’s weather for the next week with roughly 80% accuracy. Climate describes a region’s average atmospheric conditions over periods of a month or more. Climate predictions can forecast average temperatures for decades to come, but they can’t tell us what specific weather events to expect.
Các nhà khí tượng định nghĩa thời tiết là những trạng thái của khí quyển vào một thời gian và địa điểm cụ thể. Hiện tại, các nhà nghiên cứu có thể dự báo thời tiết của một vùng cho tuần tới với độ chính xác gần 80%. Khí hậu miêu tả tình trạng thời tiết trung bình của một khu vực trong vòng một tháng hoặc hơn. Các dự báo về khí hậu có thể dự đoán nhiệt độ trung bình của hàng thập kỉ sắp tới, nhưng chúng không thể dự đoán chính xác các hiện tượng thời tiết cụ thể.
These two types of predictions give us such different information because they’re based on different data.
Hai loại dự báo này cho ta biết các thông tin khác nhau bởi vì chúng được dựa trên những dữ liệu khác nhau.
To forecast weather, meteorologists need to measure the atmosphere’s initial conditions. These are the current levels of precipitation, air pressure, humidity, wind speed and wind direction that determine a region’s weather. Twice every day, meteorologists from over 800 stations around the globe release balloons into the atmosphere. These balloons carry instruments called radiosondes, which measure initial conditions and transmit their findings to international weather centers. Meteorologists then run the data through predictive physics models that generate the final weather forecast.
Để dự báo thời tiết, các nhà khí tượng cần phải đánh giá những tình trạng ban đầu của khí quyển. Đó là những mức độ hiện tại của lượng mưa, áp suất không khí, độ ẩm, vận tốc gió và hướng gió - các yếu tố xác định thời tiết của một khu vực. Hai lần mỗi ngày, các nhà khí tượng từ hơn 800 trạm khí tượng trên thế giới phải thả những quả bóng bay vào trong bầu khí quyển. Những quả bóng thám không này mang theo các dụng cụ gọi là máy do thám để đo lường tình trạng ban đầu và chuyển những dữ liệu đó đến các trung tâm khí tượng quốc tế. Sau đó, các nhà khí tượng sẽ cho chạy dữ liệu qua các mô hình vật lý dự đoán để cho ra kết quả dự báo thời tiết cuối cùng.
Unfortunately, there’s something stopping this global web of data from producing a perfect prediction: weather is a fundamentally chaotic system. This means it’s incredibly sensitive and impossible to perfectly forecast without absolute knowledge of all the system’s elements. In a period of just ten days, even incredibly small disturbances can massively impact atmospheric conditions— making it impossible to reliably predict weather beyond two weeks.
Thật không may, có điều gì đó đã ngăn chặn mạng lưới dữ liệu toàn cầu trong việc đưa ra một dự báo hoàn hảo: rằng thời tiết, về cơ bản, là một hệ thống lộn xộn. Điều này có nghĩa là thời tiết cực kì thất thường và ta không thể dự đoán nó một cách hoàn hảo mà không có kiến thức tuyệt đối về toàn bộ các nhân tố trong hệ thống. Chỉ trong khoảng 10 ngày, ngay cả những tác động nhỏ nhất cũng có thể gây ảnh hưởng lớn đến các tình trạng khí quyển, và khiến ta không thể dự đoán chắc chắn thời tiết trong hơn hai tuần.
Climate prediction, on the other hand, is far less turbulent. This is partly because a region’s climate is, by definition, the average of all its weather data. But also because climate forecasts ignore what’s currently happening in the atmosphere, and focus on the range of what could happen. These parameters are known as boundary conditions, and as their name suggests, they act as constraints on climate and weather.
Mặt khác, dự đoán khí hậu thì ít thất thường hơn. Một phần là bởi vì, về định nghĩa, khí hậu của một khu vực là trung bình chung tất cả các yếu tố thời tiết của vùng đó. Nhưng cũng bởi vì các dự đoán khí hậu đã bỏ qua những gì đang xảy ra trong bầu khí quyển, và chỉ tập trung vào phạm vi những gì có thể xảy ra. Những thông số này được biết đến như là các điều kiện biên, và theo như cái tên, chúng là những ràng buộc về khí hậu và thời tiết.
One example of a boundary condition is solar radiation. By analyzing the precise distance and angle between a location and the sun, we can determine the amount of heat that area will receive. And since we know how the sun behaves throughout the year, we can accurately predict its effects on temperature. Averaged across years of data, this reveals periodic patterns, including seasons.
Một ví dụ của điều kiện biên chính là bức xạ mặt trời. Bằng việc phân tích khoảng cách và góc độ chính xác giữa một vị trí đến mặt trời, chúng ta có thể xác định lượng nhiệt mà khu vực đó sẽ hấp thụ. Và vì ta biết cách mà mặt trời vận hành trong suốt năm, ta có thể dự đoán chính xác những tác động của nó đến nhiệt độ. Dữ liệu trung bình qua nhiều năm đã cho thấy những đặc điểm theo chu kỳ, bao gồm các mùa.
Most boundary conditions have well-defined values that change slowly, if at all. This allows researchers to reliably predict climate years into the future. But here’s where it gets tricky. Even the slightest change in these boundary conditions represents a much larger shift for the chaotic weather system. For example, Earth’s surface temperature has warmed by almost 1 degree Celsius over the last 150 years. This might seem like a minor shift, but this 1-degree change has added the energy equivalent of roughly one million nuclear warheads into the atmosphere. This massive surge of energy has already led to a dramatic increase in the number of heatwaves, droughts, and storm surges.
Hầu hết các điều kiện biên đều có giá trị xác định nếu chúng có thay đổi thì cũng sẽ thay đổi rất chậm. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu dự báo chính xác khí hậu của những năm tới. Nhưng đây là điều khiến việc đó trở nên khó nhằn. Ngay cả sự thay đổi nhỏ nhất trong các điều kiện biên cũng có thể gây ra sự chuyển biến lớn trong hệ thống thời tiết hỗn loạn này. Ví dụ, nhiệt độ của bề mặt Trái Đất đã nóng thêm gần 1°C trong 150 năm qua. Nó có vẻ như là một sự thay đổi nhỏ, nhưng 1°C này đã làm tăng thêm nguồn năng lượng tương đương với gần một triệu đầu đạn hạt nhân vào trong bầu khí quyển. Nguồn năng lượng tăng vọt này đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong lượng sóng nhiệt, hạn hán và các đợt nước dâng do bão.
So, is the increase in extreme weather due to random chance, or changing climate? The answer is that— while weather will always be a chaotic system— shifts in our climate do increase the likelihood of extreme weather events.
Vậy, liệu sự gia tăng của các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt là do ngẫu nhiên? Hay là do thay đổi khí hậu? Câu trả lời chính là: Trong khi thời tiết sẽ luôn là một hệ thống thất thường, những thay đổi về khí hậu
Scientists are in near universal agreement that our climate is changing
có làm gia tăng tỉ lệ xuất hiện của các hiện tượng thời tiết cực đoan.
and that human activity is accelerating those changes. But fortunately, we can identify what human behaviors are impacting the climate most by tracking which boundary conditions are shifting. So even though next month’s weather might always be a mystery, we can work together to protect the climate for centuries to come.
Các nhà khoa học gần như đạt được thỏa thuận chung rằng khí hậu của chúng ta đang thay đổi và những hoạt động của con người đang làm gia tăng những sự thay đổi ấy. Nhưng may mắn thay, ta có thể xác định được các hoạt động nào của con người gây ảnh hưởng đến khí hậu nhiều nhất bằng cách theo dõi xem những điều kiện biên nào đang thay đổi. Vậy nên cho dù thời tiết của tháng sau có thể luôn là một bí ẩn, thì ta vẫn có thể hành động cùng nhau để bảo vệ khí hậu hàng thế kỷ tiếp theo.