Biến đổi khí hậu có thể đang tăng tốc lưu thông đại dương

Các nhà nghiên cứu cho biết gió đang thổi trên toàn thế giới và điều đó đang khiến nước mặt đại dương quay nhanh hơn một chút. Một phân tích mới về động năng của Đại dương, được đo bằng hàng ngàn phao trên khắp thế giới, cho thấy rằng tuần hoàn đại dương bề mặt đang tăng tốc kể từ đầu những năm 1990.

Một số lưu thông tăng tốc đó có thể là do các kiểu khí quyển đại dương tái diễn tự nhiên, chẳng hạn như Dao động Dec Phần Thái Bình Dương, các nhà nghiên cứu báo cáo ngày 5 tháng 2 trên tạp chí Science Advances. Nhưng sự gia tốc lớn hơn có thể được quy cho sự biến thiên tự nhiên - cho thấy sự nóng lên toàn cầu cũng có thể đóng một vai trò, một nhóm nghiên cứu do nhà hải dương học Shijian Hu thuộc Viện Khoa học Trung Quốc ở Thanh Đảo nói.

Hệ thống kết nối của các dòng chảy khổng lồ xoáy giữa các đại dương thế giới, đôi khi được gọi là Vành đai băng tải Đại dương, phân phối lại nhiệt và chất dinh dưỡng trên toàn cầu và có tác động mạnh mẽ đến khí hậu. Gió chiếm ưu thế trộn lẫn trong đại dương bề mặt: Chẳng hạn, gió ở vùng nhiệt đới, có thể đẩy các khối nước sang một bên, cho phép các vùng nước giàu dinh dưỡng sâu hơn dâng lên.

Trong đại dương sâu hơn, sự khác biệt về mật độ nước do hàm lượng muối và nhiệt giữ cho dòng chảy (SN: 1/4/17). Ví dụ, ở Bắc Đại Tây Dương, các dòng chảy bề mặt mang nhiệt ở phía bắc từ vùng nhiệt đới, giúp giữ ấm cho vùng tây bắc châu Âu. Khi nước đến biển Labrador, chúng nguội dần, chìm xuống và sau đó chảy về phía nam, giữ cho băng chuyền hoạt động tốt.


Làm thế nào thay đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến lưu thông quay vòng Đại Tây Dương, hay AMOC, đã thu hút được các tiêu đề, vì một số mô phỏng đã dự đoán rằng sự nóng lên toàn cầu sẽ dẫn đến sự chậm lại trong đó cuối cùng có thể mang lại cảm giác ớn lạnh cho châu Âu. Năm 2018, nhà cổ sinh vật học David Thornalley của Đại học College London và các đồng nghiệp đã báo cáo bằng chứng rằng AMOC đã suy yếu trong 150 năm qua, mặc dù câu hỏi vẫn chưa chắc chắn (SN: 1/31/19).

Tuy nhiên, nghiên cứu mới tập trung vào số lượng xoáy quanh vùng nước đại dương do gió, chứ không phải tốc độ của sự lưu thông đảo ngược đó, Thornalley, người không tham gia vào công việc cho biết.

Sự nóng lên toàn cầu từ lâu đã được dự đoán là làm chậm tốc độ gió toàn cầu, được gọi là tĩnh toàn cầu. Đó là vì các cực nóng lên nhanh hơn vùng xích đạo và độ dốc nhiệt độ nhỏ hơn giữa hai vùng có thể dẫn đến gió yếu hơn (SN: 16/03/18). Nhưng các nghiên cứu gần đây, chẳng hạn như một báo cáo được công bố vào tháng 11 năm 2019 trên tạp chí Nature Climate Change, cho thấy tốc độ gió trên khắp thế giới đã thực sự tăng tốc, ít nhất là kể từ khoảng năm 2010.

Nghiên cứu mới cho thấy gió thực sự đã thổi qua các đại dương trong nhiều thập kỷ, dẫn đến nước mặt xoáy nhanh hơn, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới. Nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu được thu thập bởi hơn 3.000 phao Argo, đo nhiệt độ, độ mặn và tốc độ dòng chảy xuống khoảng 2.000 mét, trong các đại dương trên khắp thế giới. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã kết hợp những dữ liệu này với nhiều mô phỏng khí hậu khác nhau để tính toán sự thay đổi của động năng năng lượng năng lượng từ chuyển động gió được truyền vào nước - ở phần trên của đại dương.

Mỗi phân tích mà nhóm thực hiện cho thấy cùng một xu hướng: Trung bình trên toàn thế giới, có một sự gia tăng rõ rệt về động năng bắt đầu vào khoảng năm 1990.

Các phân tích mới về tốc độ gió đến từ vệ tinh, tàu và các dữ liệu khác trước đây được thu thập và phân tích bởi các nhà khoa học khác. Nhóm nghiên cứu đã xem xét một thủ phạm có thể xảy ra đối với những cơn gió thay đổi đó: sự khởi đầu của những năm 1990 của giai đoạn lạnh lùng của El Niño, giống như mô hình khí quyển đại dương được gọi là Dao động Dec Phần Thái Bình Dương, có thể mang lại những cơn gió mạnh hơn cho vùng nhiệt đới. Nhưng, các nhà nghiên cứu cho biết, gia tốc quan sát được lớn hơn nhiều so với dự kiến ​​từ sự biến thiên tự nhiên, cho thấy rằng đó là một phần của xu hướng dài hạn.

Các mô phỏng về sự gia tăng khí thải nhà kính trong hai thập kỷ qua, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một sự gia tăng tương tự trong gió, cho thấy sự thay đổi khí hậu cũng có thể làm tăng tốc gió.

Một lộ trình mới cho thấy Hoa Kỳ có thể trung hòa carbon vào năm 2050 như thế nào

Hoa Kỳ có thể giảm lượng khí thải carbon xuống 0% vào năm 2050 - nhưng chỉ khi nước này đầu tư nhanh chóng và sâu sắc vào các công nghệ mới nổi rút khí carbon dioxide ra khỏi khí quyển.

Theo một báo cáo phát hành ngày 31 tháng 1 của Thế giới, tài trợ của liên bang cho một loạt các công nghệ loại bỏ carbon, lên tới 6 tỷ đô la mỗi năm trong vòng 10 năm tới, có thể đưa Hoa Kỳ đi vào con đường trung lập carbon vào giữa thế kỷ. Viện Tài nguyên, có trụ sở tại Washington, DC Trung hòa carbon có nghĩa là lượng khí thải carbon của Hoa Kỳ - chủ yếu từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và khí đốt được bù đắp hoàn toàn bởi lượng carbon được loại bỏ khỏi khí quyển.

Tuy nhiên, điều hướng một con đường thực tế đến tính trung lập carbon là khó khăn, với nhiều bất ổn về khoa học, kinh tế và chính trị xung quanh các công nghệ có sẵn. Nhưng bằng cách kết hợp nhiều chiến lược khác nhau để loại bỏ carbon, báo cáo đã hình dung rằng Hoa Kỳ có thể tăng cường loại bỏ tới 2 gigat CO2 mỗi năm khỏi khí quyển vào năm 2050.

Lộ trình này đối với tính trung lập carbon sẽ dành khoảng hai phần ba thập kỷ tài trợ ban đầu, tương đương 4 tỷ đô la mỗi năm, để hỗ trợ các dự án phục hồi cây xanh trên khắp Hoa Kỳ. Các chiến lược để tích hợp cây vào các vùng trồng trọt và đồng cỏ, ví dụ, đã được hiểu rõ. Bằng cách bắt đầu với những cái cây, báo cáo cho thấy, quốc gia cuối cùng có thể loại bỏ tới 7 gigat CO2 vào năm 2050 - nhiều hơn bất kỳ con đường loại bỏ carbon nào khác.


Các công nghệ loại bỏ carbon khác có khả năng loại bỏ nhiều CO2 hơn so với trồng cây, nhưng sẽ cần đầu tư đáng kể của liên bang để trở nên khả thi về mặt thương mại, báo cáo lưu ý. Tùy thuộc vào mức độ trưởng thành của công nghệ, ví dụ, một số khoản tài trợ được đề xuất sẽ dành cho các khoản tín dụng thuế để hỗ trợ các công nghệ mới nổi như thu khí trực tiếp, trong đó CO2 được hút trực tiếp từ không khí xung quanh bằng quạt khổng lồ (SN: 12 / 17/18). Công nghệ này đã được thử nghiệm trong các dự án thí điểm nhưng chưa tạo ra bước nhảy vọt cho phát triển quy mô thương mại.

Các khoản tài trợ khác sẽ hỗ trợ các chiến lược không chắc chắn về mặt khoa học nhưng có khả năng thay đổi trò chơi, như khoáng hóa carbon. Khái niệm lưu trữ CO2 này liên quan đến việc khoáng hóa trên nền tảng khí đốt, chuyển đổi nó thành khoáng chất cacbonat, sau đó cô lập nó dưới lòng đất (SN: 8/22/18). Đó là một chiến lược vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, khi các nhà khoa học loay hoay với những thách thức công nghệ của nó.

James Mulligan, một cộng tác viên cao cấp của chương trình thực phẩm, rừng và nước của WRI, cho biết, báo cáo mới của Carbon CarbonShot chụp có trọng lượng chi phí và lợi ích của các phương pháp khác nhau này. Báo cáo thực sự tập trung vào [tìm kiếm] một nhóm nhỏ các lựa chọn chính sách liên bang của Hoa Kỳ, đó là khởi đầu cho sự bùng nổ công nghệ loại bỏ carbon, Mulligan, người trước đây làm việc tại Văn phòng Quản lý và Ngân sách Hoa Kỳ từ tháng 4 năm 2014 đến tháng 7 năm 2017.

Science News đã hỏi Mulligan về một số chi tiết trong báo cáo của nhóm của anh ấy, và tại sao các tác giả cảm thấy phương pháp này là cần thiết cho Hoa Kỳ. Câu trả lời của ông được chỉnh sửa cho ngắn gọn và rõ ràng.

SN: Why is removing 2 gigatons of CO2 a year the target?

Mulligan: Các nghiên cứu như Chiến lược khử cacbon sâu năm 2016 đã liên tục chỉ ra rằng, ngay cả khi chúng ta thực hiện thành công các chiến lược để giảm lượng khí thải, sẽ vẫn còn một lượng phát thải khá lớn vào khoảng năm 2050. Chúng ta vẫn cần phải loại bỏ chúng [để trở thành carbon trung tính]. Tất nhiên, điều này có thể hiểu được rằng Hoa Kỳ sẽ cần phải loại bỏ nhiều hơn, nếu chúng ta không thể giảm đáng kể lượng khí thải.

SN: Tại sao báo cáo thảo luận về các công nghệ loại bỏ carbon mà vẫn chưa sẵn sàng để sử dụng?

Mulligan: Nó có thể hiểu được rằng chúng ta có thể lấy 2 gigat CO2 ra khỏi khí quyển chỉ bằng cách trồng cây và thu khí trực tiếp, nhưng đó là một con đường khá hẹp để thành công. Chúng tôi tiếp cận loại bỏ carbon khỏi khuôn khổ quản lý rủi ro, làm thế nào để đưa thêm tùy chọn lên bàn. Nếu quá trình khoáng hóa carbon xuất hiện trực tuyến, nó cuối cùng sẽ tiết kiệm chi phí hơn và loại bỏ nhiều CO2 hơn khỏi khí quyển [hơn là trồng cây]. Tôi muốn có toàn bộ các tùy chọn mà chúng ta có thể tham gia.

SN: Lộ trình kêu gọi chi 4 tỷ đô la một năm trong thập kỷ tới để phục hồi cây. Sao nhiều thế?

Mulligan: Nó không chỉ là trồng rừng truyền thống. Chúng tôi đã thực hiện quét sạch cảnh quan để có cơ hội có được nhiều cây xanh hơn, đặc biệt là trồng lại các khu rừng phía đông và tích hợp cây vào các đồng cỏ. Tất cả đã nói, có rất nhiều điều không chắc chắn, nhưng chúng tôi đang nhìn vào 60 tỷ cây. Cây xanh tốn tiền, đặc biệt là khi chúng sẽ không được thu hoạch. Chi phí phục hồi sẽ vượt quá lợi ích cho chủ đất tư nhân, nhưng có một lợi ích công cộng rất lớn.

SN: Người Mỹ hỗ trợ tổng thể đầu tư vào cây xanh, nhưng công nghệ loại bỏ carbon ít hơn. Tại sao?

Mulligan: Mọi người không hiểu về công nghệ; Nó không có thật. Họ chỉ cần đưa nó ra khỏi tâm trí cho đến khi ai đó phát triển nó. Nhưng tôi nghĩ rằng các nhà hoạch định chính sách hiểu cơ hội ở đây và chúng tôi đang có được lực kéo thực sự. Nó sẽ thấm vào ý thức cộng đồng khi chúng ta bắt đầu có thêm các dự án thí điểm, các cơ sở thực tế mà mọi người có thể nhìn thấy và hiểu được.

SN: Tại sao tập trung quá nhiều vào đô la liên bang? Thế còn đầu tư nhà nước và địa phương hơn?

Mulligan: Các bang sẽ đóng một vai trò rất lớn ở đây, đặc biệt là trong lĩnh vực đất đai. Lãnh đạo nhà nước là rất quan trọng. Nhưng chúng tôi nhớ rằng các quốc gia phải cân đối ngân sách của mình, rằng họ ở trong một môi trường rất hạn chế về ngân sách. Với quy mô đầu tư cần thiết để triển khai, nó sẽ phải đến từ đầu tư trực tiếp của liên bang nếu chúng tôi sẽ tham gia vào khu vực tư nhân. Tuy nhiên, về mặt công nghệ, có những điều mà các quốc gia có thể làm để tạo ra một môi trường thuận lợi cho đầu tư, chẳng hạn như đặt ưu tiên nghiên cứu cho các trường đại học nhà nước.

SN: Làm thế nào có khả năng lộ trình này sẽ nhận được hỗ trợ từ các chính trị gia và chính phủ?

Mulligan: Tôi nghĩ rằng nó khá khả thi. Phần lớn nhất là 4 tỷ đô la một năm cho cây, tương đương với những gì chúng ta chi cho quang điện [tấm pin mặt trời] hoặc trong các khoản trợ cấp nhiên liệu hóa thạch. Kích thước loại bỏ carbon rất có thể là một đồng lợi ích ở đó, ngoài những thứ như chất lượng không khí và lợi ích chất lượng nước. Và chúng tôi đã nhận được sự quan tâm từ [các chính trị gia].

Về mặt công nghệ, có mối quan tâm tương tự, và từ cả hai bên, điều này thực sự quan trọng.

SN: Mọi người nên lấy gì khác từ báo cáo này?

Mulligan: Điều quan trọng đối với mọi người là hãy nhớ rằng chúng ta cần phải làm điều này ngoài việc giảm khí thải. Ngoài ra, với những gì mà nhóm đang bị đe dọa [với biến đổi khí hậu], điều quan trọng là chúng ta phải thực hiện phương pháp quản lý rủi ro này, đặt càng nhiều lựa chọn lên bàn càng tốt.

Ở đây, cách thức biến đổi khí hậu có thể làm cho cháy rừng ở Úc

Mùa cháy của Úc thường đạt cực đại vào cuối tháng 1 - nhưng kể từ tháng 1 năm 2020, các vụ cháy rừng đã hoành hành ở nước này trong bốn tháng, đặc biệt là ở phía đông. Cho đến nay, đám cháy đã phá hủy hơn 1.300 ngôi nhà, đốt cháy khoảng 6 triệu ha và giết chết ít nhất 24 người.

Những vụ cháy rừng này đang được thúc đẩy bởi sự kết hợp của nhiệt độ cao kỷ lục, hạn hán dài hạn, không khí rất thấp và độ ẩm của đất đi vào mùa cháy thông thường và sự bất cẩn của con người. Nhưng sự thay đổi khí hậu, các nhà khoa học cho rằng, có thể khiến những cơn bão cực đoan, chết chóc như vậy gấp ba lần vào cuối thế kỷ.

Nó khó có thể xác định trực tiếp dấu vân tay của biến đổi khí hậu trong các vệt sáng. Nhưng trong nhiều năm, các nhà quản lý lửa của Úc đã để mắt đến một thủ phạm đằng sau những năm khô nóng đặc biệt ở miền đông Australia và có thể bị ảnh hưởng bởi sự nóng lên toàn cầu: một kiểu thời tiết khí quyển đại dương bắt đầu ở Ấn Độ Dương .

Giống như El Niño, mẫu lưỡng cực Ấn Độ Dương này có các pha dương, âm và trung tính, tùy thuộc vào việc nước biển phía đông hay phía tây Ấn Độ Dương ấm hơn trung bình. Chênh lệch nhiệt độ giữa vùng phía đông và phía tây biển cực kỳ khắc nghiệt, pha càng mạnh. Khi nhà lưỡng cực Ấn Độ Dương đang ở giai đoạn tích cực đặc biệt mạnh mẽ - như năm 2019 - nó có liên quan đến một số mùa cháy tồi tệ nhất của Úc, nhà khoa học khí hậu Wenju Cai thuộc CSIRO có trụ sở tại Melbourne, Australia cho biết.

Cai nóng lên toàn cầu có thể làm cho các giai đoạn cực kỳ tích cực như vậy phổ biến hơn nhiều, Cai nói. Trong một nghiên cứu năm 2014 trên tạp chí Nature, ông và các đồng nghiệp đã mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ mặt nước biển trong tương lai ở Ấn Độ Dương trong một thế giới nơi khí thải nhà kính tiếp tục diễn ra trên đường ray kinh doanh bình thường (SN: 1/7/20). Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, theo kịch bản đó, tần suất của các sự kiện pha cực dương có thể tăng từ khoảng 17 năm một lần lên khoảng sáu năm một lần.

Science News đã nói chuyện với Cai về mối liên hệ lịch sử giữa lưỡng cực Ấn Độ Dương và hỏa hoạn ở Úc, và triển vọng cho mùa cháy hiện tại. Phản ứng của ông được chỉnh sửa cho ngắn gọn và rõ ràng.

SN: Chính xác thì pha dương của lưỡng cực Ấn Độ Dương là gì?

Cai: Nó khi mà phía đông Ấn Độ Dương mát hơn bình thường và phía tây ấm hơn bình thường. Khi bạn có [đó], mưa di chuyển về phía tây. Đó là lý do tại sao chúng ta lại thấy những tác động to lớn ở các nước Đông Phi. Năm nay, những cơn mưa, lũ lụt và lở đất đã giết chết hơn 300 người và ảnh hưởng đến hàng trăm ngàn người.

Ở phía đông, chúng ta có xu hướng bị hạn hán và cháy rừng ở Indonesia và Úc. Ở đông nam Australia, ví dụ ở Melbourne, mùa mưa thường từ tháng 6 đến tháng 11. Đó cũng là khi lưỡng cực Ấn Độ Dương thường phát triển.

Vì vậy, nếu có mưa trong những tháng đó, nó sẽ tích tụ những điều kiện khô ráo này. Cây cối và thảm thực vật chết, và nhiên liệu [cháy rừng] tích tụ. Mùa hè dù sao cũng là mùa khô và chúng ta thường có những trận cháy rừng. Nhưng [không có mưa mùa xuân], chúng trở nên nghiêm trọng và gây hại hơn rất nhiều bởi vì nó rất dễ bị thực vật đốt cháy.

Bushfires (marked in red) continued to rage in the southeastern Australian states of New South Wales and Victoria on January 6.NASA

SN: Meanwhile, one of the worst droughts on record is also occurring in southeastern Australia.

Cai:

Vâng, chúng ta đang ở trong một mùa khô đã phải chịu tác động của hai mùa khô trước đó. Chúng tôi có loại hạn hán ba năm thường xuyên ở Úc. Dù sao thì nó cũng là một lục địa rất khô, đặc biệt là ở phía nam. Nó là một trong những vùng khô nhất trên thế giới.

Nhưng bây giờ bạn có hiệu ứng tích lũy, vì độ ẩm của đất rất thấp, và sau đó lưỡng cực này xuất hiện, và chúng tôi cũng tích lũy rất nhiều nhiên liệu [cháy rừng].

SN: Có mối liên hệ nào giữa lưỡng cực pha dương và cháy rừng ở miền đông Australia không?

Cai: Có một mối tương quan rất tốt: Tất cả các vụ cháy rừng lớn ở đông nam Australia đều có trước một lưỡng cực Ấn Độ Dương. Ví dụ, vào năm 2009, [một lưỡng cực như vậy xảy ra trước đó] một vụ cháy rừng có tên Thứ bảy đen đã giết chết 173 người ở Melbourne chỉ trong vài giờ và phá hủy hơn 2.000 ngôi nhà.

Ngoài ra còn có một lưỡng cực [tích cực] trước trận cháy rừng năm 1997 ở Indonesia, kéo dài nhiều tháng và tạo ra khói mù ảnh hưởng đến hàng chục triệu người và thực sự tấn công nền kinh tế ở đó. Lưỡng cực 2019 là lần thứ hai [về sức mạnh] chỉ sau năm 1997 trong hồ sơ lịch sử trở lại năm 1870.

SN: Vậy điều gì liên quan đến biến đổi khí hậu?

Cai: Thông điệp lớn của bài báo năm 2014 của chúng tôi là, dưới sự nóng lên toàn cầu, loại lưỡng cực khổng lồ ở Ấn Độ Dương sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2100.

Trong một bài báo tiếp theo trên tạp chí Nature Communications, chúng tôi cũng đã xem xét tần số của lưỡng cực sẽ thay đổi như thế nào nếu nhiệt độ ổn định [ở] 1,5 đến 2 độ C [trên thời gian tiền chế độ]. Tin tốt là thực sự cắt giảm khí thải nhà kính thực sự rất hiệu quả! Khi bạn cắt chúng, nó sẽ ổn định [lưỡng cực].

SN: Đỉnh điểm của mùa lửa Úc Úc vẫn còn ở phía trước. Điều gì có khả năng xảy ra?

Cai: Lưỡng cực đã lắng xuống - nó không tồn tại vào tháng 12. Nhưng mùa khô thường kéo dài đến tháng ba. Những gì thực sự có thể ngăn chặn đám cháy là mưa đáng kể. Nếu chúng ta may mắn, chúng ta có thể có một vài cơn mưa mùa thu. Nhưng mưa mùa thu [ở đông nam Australia] cũng đã giảm trong 40 năm qua. Điều đó do một cơ chế khác mà mà còn liên quan đến sự nóng lên của nhà kính.

Rain deficit

Năm 2019 là cả hai năm nóng nhất và khô nhất trong lịch sử của Úc. Đông Nam Úc được đặc biệt chuẩn bị cho hỏa hoạn, nhờ vào đợt hạn hán kéo dài ba năm: Nhiều khu vực trong khu vực đã thấy lượng mưa thấp kỷ lục (đỏ sẫm) từ năm 2017 đến 2019.

© COMMONWEALTH OF AUSTRALIA 2020/BUREAU OF METEOROLOGY

SN: What mechanism is that?

Cai: Không khí trên vùng nhiệt đới, nhiệt đới Thái Bình Dương chẳng hạn, tăng lên và mang theo rất nhiều độ ẩm và nhiệt được vận chuyển đến các vĩ độ trung bình. Khi nó khô và lạnh, không khí chìm xuống. Vì vậy, [trong cái nóng mùa hè], nơi Melbourne ngồi, không khí rất khô.

[Trong lịch sử, vùng khô đó di chuyển về phía bắc trong những tháng lạnh hơn, mang theo mưa đến miền đông nam Australia.] Nhưng [mùa lạnh] lượng mưa đã giảm trong khu vực. Xu hướng dài hạn là vùng khô hạn đã được mở rộng, từ Bắc xuống Nam, do sự nóng lên của nhà kính. Về cơ bản, tôi đã hy vọng có mưa mùa thu, nhưng dự đoán nó rất khó.

Mô hình khí hậu đồng ý mọi thứ sẽ trở nên tồi tệ. Nắm bắt như thế nào là xấu là khó khăn

Tương lai khí hậu Trái đất không chắc chắn, nhưng thế giới cần chuẩn bị cho sự thay đổi.

Nhập các mô phỏng khí hậu, tạo lại các tương tác vật lý giữa đất, biển và bầu trời bằng cách sử dụng các định luật và phương trình vật lý nổi tiếng. Những mô hình như vậy có thể nhìn vào quá khứ và tái tạo lại thời kỳ băng hà cổ đại hoặc thế giới nhà kính với sự trợ giúp của dữ liệu lượm lặt được từ đá và lõi băng.

Nhưng các nhà khoa học khí hậu cũng sử dụng các mô phỏng này để hình dung ra một loạt các tương lai có thể khác nhau, đặc biệt là để đối phó với khí thải nhà kính biến đổi khí hậu. Các kịch bản loại Chọn trò chơi phiêu lưu của riêng bạn nhằm mục đích dự đoán những gì sắp xảy ra do các mức phát thải khác nhau trong vài thập kỷ tới. Điều đó có nghĩa là đặt ranh giới trên và dưới cho câu trả lời cho các câu hỏi như: Nó sẽ nóng đến mức nào? Biển sẽ dâng cao đến mức nào?

Tin tốt là các mô phỏng khí hậu đang trở nên tốt hơn trong việc tái tạo ngay cả các khía cạnh tinh vi nhất của biến đổi khí hậu, chẳng hạn như vật lý phức tạp của các đám mây, tác động của aerosol và khả năng hấp thụ nhiệt từ khí quyển.

Nhưng cũng có tin xấu: Nhiều thông tin hơn không có nghĩa là luôn rõ ràng hơn. Và điều đó hiện đang gây ra sự không chắc chắn về mức độ tồi tệ của kịch bản tình huống xấu nhất có thể xảy ra đối với khí hậu Trái đất.

Năm năm trước, các kịch bản khí hậu trong trường hợp xấu nhất có thể xảy ra là đáng lo ngại. Theo một kịch bản được gọi là kịch bản kinh doanh thông thường, mà nhân loại không có hành động nào để giảm phát thải khí nhà kính, đến năm 2100, hành tinh này được dự đoán sẽ ấm lên từ 2,6 độ đến 4,8 độ C so với nhiệt độ trung bình của Trái đất từ ​​năm 1986 đến 2005 (SN: 4/13/14). Theo báo cáo năm 2014 của Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu, hay IPCC, mực nước biển trung bình toàn cầu được cho là có thể tăng lên tới một mét trong cùng một kịch bản.

Nhưng thế hệ mô hình khí hậu mới nhất cho thấy khí hậu Trái đất có thể còn nhạy cảm hơn với lượng carbon dioxide trong khí quyển rất cao so với trước đây. Và điều đó, đến lượt nó, đang gia tăng dự đoán về mức độ nóng của nó.

Andrew Gettelman, một nhà khoa học khí hậu thuộc Trung tâm nghiên cứu khí quyển quốc gia, hay NCAR, ở Boulder, Colo, nói.

Điều đó bởi vì các mô phỏng sử dụng các phương trình tương tự để xem xét các điều kiện khí hậu trong quá khứ và tương lai. Và nhiều mô phỏng vẫn đấu tranh để tạo lại chính xác khí hậu của những khoảng thời gian rất ấm áp trong quá khứ, như Kỷ nguyên Eocene (SN: 11/3/15). Khi thế giới trở nên nóng hơn, hóa ra, những điều không chắc chắn bắt đầu lan tràn. Không có ai tranh cãi về việc [sự gia tăng nhiệt độ sẽ] dưới 2 độ, theo ông Gettelman. Voi Chúng tôi tranh luận về sự cao cấp.

Turning up the heat

Lần đầu tiên mà một điều gì đó rất kỳ lạ xảy ra với các mô hình mới nhất đã diễn ra vào tháng 3, tại một cuộc họp ở Barcelona của các nhà khoa học và nhà tạo mẫu làm việc trên các mô phỏng khí hậu thế hệ tiếp theo. Nhiều mô phỏng được định sẵn để đưa vào báo cáo đánh giá IPCC tiếp theo, phần đầu tiên được lên kế hoạch phát hành vào tháng 4 năm 2021.

Tất cả các mô phỏng bao gồm các ước tính về một thứ gọi là độ nhạy khí hậu cân bằng, hoặc ECS. Điều đó về cơ bản có nghĩa là khí hậu trong tương lai của Trái đất dự kiến ​​sẽ phản ứng như thế nào với một điều bình thường mới - cụ thể là một bầu không khí chứa lượng carbon dioxide gấp đôi so với thời kỳ tiền chế tạo.

Một xu hướng tương tự được thể hiện qua một số mô phỏng nổi tiếng, được phát triển bởi các nhóm tại NCAR, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Trung tâm Dự đoán và Nghiên cứu Khí hậu của Anh, Had Hadley ở Exeter và Viện nghiên cứu Pierre Simon Laplace, hoặc IPSL. Trong các mô hình đó, ECS cao hơn, có nghĩa là Trái đất nhạy cảm hơn với carbon dioxide, so với các thế hệ mô hình trước đó. Nếu có thật, điều đó cho thấy rằng các loại khí có thể gây ảnh hưởng thậm chí nhiều hơn đến bầu khí quyển Trái đất hơn là suy nghĩ. Cuối cùng, điều đó có thể có nghĩa là nhiệt độ có thể nóng hơn cả những dự đoán cao nhất trước đây được đề xuất.

Vào tháng 9, các nhà khoa học với IPSL và Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp, hay CNRS, cũng ở Paris, đã công khai với các mô phỏng của họ. Dựa trên các dự báo từ hai mô hình khí hậu riêng biệt, các nhóm nghiên cứu đã báo cáo rằng sự nóng lên toàn cầu trung bình vào năm 2100 có thể lên tới 6 đến 7 độ C (hoặc khoảng 11 đến 13 độ F) so với thời kỳ tiền chế độ.

Giống như nhiều mô phỏng khí hậu thế hệ mới, hai mô hình của Pháp có độ phân giải ở mức độ tốt hơn và thể hiện tốt hơn các điều kiện trong thế giới thực so với các mô phỏng trong quá khứ. Khi được thử nghiệm chống lại các quan sát khí hậu ngày nay, các mô phỏng mới cũng làm tốt hơn việc tái tạo những quan sát đó, nhà khí hậu học CNRS Olivier Boucher nói.

Nhưng ECS ​​cao vẫn là một bất ngờ. Boucher [mô hình] của chúng tôi tốt hơn về mặt vật lý, Boucher nói. Tuy nhiên, nhưng nó không tự động chuyển thành tự tin hơn cho các dự đoán trong tương lai.

Câu hỏi hóc búa về ECS này, mà rất nhiều mô hình vẫn thể hiện, đã xuất hiện trở lại vào ngày 21 tháng 11 tại một cuộc họp của hội đồng khoa học khí quyển và khí quyển của Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia ở Washington, DC Nguyên nhân dễ nhất của ECS cao, Gettelman nói tại cuộc họp, là trong bao nhiêu mô hình ước tính rằng các đám mây sẽ tăng cường sự ấm lên (SN: 3/22/14). Trong số các yếu tố khác, các đám mây trong bầu khí quyển có vấn đề như thế nào: Các đám mây ở độ cao thấp hơn có thể phản chiếu ánh sáng mặt trời vào không gian, trong khi các đám mây ở độ cao cao hơn có thể giữ nhiệt. Gettelman và các đồng nghiệp của ông cũng thảo luận về tầm quan trọng của các đám mây trong mô hình ECS vào tháng 7 trong Thư nghiên cứu địa vật lý.

Mây Mây ở vĩ độ cao trông giống như chúng rất quan trọng, theo ông Gettelman. Khu vực trên Nam Đại Dương là một trong những mối quan tâm đặc biệt, nhưng hiện nay có nhiều nghiên cứu đang tiến hành để kiểm tra ảnh hưởng của các đám mây trên cao ở Bắc Cực cũng như các đám mây ở độ cao thấp hơn ở vùng nhiệt đới.

Một mô hình mới

Băn khoăn làm thế nào để thảo luận về các mô hình ECS cao có thể sẽ là một vấn đề đau đầu cho các tác giả của báo cáo IPCC tiếp theo. Cảnh quan mô phỏng khí hậu cũng trở nên phức tạp hơn theo những cách khác.

Đối với báo cáo IPCC 2014, các nhà lập mô hình khí hậu cũng tham gia vào lần lặp thứ năm của một dự án để thiết lập các tiêu chuẩn và kịch bản cho các dự báo khí hậu. Dự án đó được gọi là Dự án nghiên cứu khí hậu thế giới theo chương trình nghiên cứu khí hậu thế giới, hay viết tắt là CMIP5.

Các dự đoán trong tương lai của CMIP5 đã được tổ chức bằng cách sử dụng một khái niệm gọi là con đường tập trung đại diện, tên hay RCPs. Mỗi con đường vạch ra một tương lai khí hậu có thể dựa trên các tác động vật lý của khí nhà kính, như carbon dioxide và metan, khi chúng tồn tại trong khí quyển và bẫy bức xạ từ mặt trời. Một trái đất trong đó phát thải khí nhà kính được kiềm chế đáng kể và nhanh chóng được thể hiện bằng một kịch bản gọi là RCP 2.6. Kịch bản kinh doanh như thường lệ được gọi là RCP 8.5.

Báo cáo đánh giá thứ sáu sắp tới của IPCC sẽ dựa trên các dự báo từ CMIP6, các mô hình mới nhạy hơn. Và trong đó, RCP đã ra ngoài, và một mô hình mới có tên là lộ trình kinh tế xã hội chia sẻ, ED hay SSP, được đưa vào.

Biến đổi khí hậu đang mang lại những lò xo sớm hơn, có thể kích hoạt mùa hè khô hơn

Sự xuất hiện sớm của mùa xuân thường là nguyên nhân cho lễ kỷ niệm ở vùng khí hậu phía bắc. Nhưng nó có thể đến với chi phí của những ngày khô hơn, nóng hơn ở một số khu vực vào mùa hè.

Khi những chiếc lá và lá mùa đông bắt đầu ló ra khỏi cành cây, cây cối ngày càng hút nước từ đất và di chuyển lên bầu trời - một quá trình được gọi là thoát hơi nước. Nhưng khi quá trình phủ xanh này bắt đầu sớm hơn trong năm dương lịch, các nhà khoa học lo ngại rằng độ ẩm có thể bị hút ra khỏi đất nhiều hơn nếu mùa bắt đầu muộn hơn.

Bây giờ, các phân tích dữ liệu vệ tinh và mô phỏng khí hậu cho thấy rằng việc phủ xanh mùa xuân sớm hơn có thể khiến đất khô hơn vào mùa hè trên phần lớn Bắc bán cầu. Điều đó, đến lượt nó, có thể dẫn đến những đợt nắng nóng mùa hè thường xuyên và dữ dội hơn, các nhà nghiên cứu báo cáo ngày 3 tháng 1 trên tạp chí Science Advances.

Khi khí hậu ấm lên, các nhà khoa học hy vọng sẽ nhìn thấy những con suối sớm hơn và mùa phát triển dài hơn. Một nghiên cứu cho thấy rằng, mùa phát triển ở Bắc bán cầu đã được kéo dài trung bình khoảng 10 ngày trong ba thập kỷ qua.

Chris Huntingford, một người lập mô hình khí hậu tại Trung tâm Sinh thái và Thủy văn học U.K. ở Wallingford, Anh cho biết, nhiều màu xanh lá cây trên mặt đất hơn. Nhưng rõ ràng là nếu nước tăng cục bộ được bơm vào khí quyển do thoát hơi nước sẽ được bù đắp bởi mưa rơi trở lại Trái đất, hoặc liệu một số khu vực địa lý có thể bị ảnh hưởng nhiều hơn những vùng khác.

Vì vậy, Huntingford, nhà nghiên cứu khí hậu Xu Lian tại Đại học Bắc Kinh ở Bắc Kinh và các đồng nghiệp của họ đã phân tích dữ liệu vệ tinh về lớp phủ thực vật và độ khô của đất trên khắp Bắc bán cầu từ 1982 trận2011. Trên khắp, nhưng không phải tất cả, của nửa trên cùng của địa cầu, họ thấy rằng việc phủ xanh mùa xuân sớm hơn có liên quan đến đất khô hơn vào mùa hè so với những năm khi mùa xuân đến muộn hơn.

Các nhà nghiên cứu cho biết, hiệp hội đã không tổ chức ở những nơi bị chi phối bởi các vùng trồng trọt, chẳng hạn như một phần của trung tâm châu Âu và vùng đồng bằng lớn ở Hoa Kỳ đang được tưới tiêu mạnh mẽ. Thời tiết cũng có thể ảnh hưởng đến những ảnh hưởng của một mùa xuân sớm hơn ở một số vùng nhất định. Siberia, ví dụ, trải qua nhiều suối sớm mà không bị khô mùa hè, có lẽ vì các kiểu thời tiết luôn mang lại độ ẩm dư thừa từ châu Âu.

Làm khô đất có thể có vô số hậu quả, bao gồm tăng nhiệt độ không khí cục bộ gần bề mặt Trái đất và gây ra sóng nhiệt hoặc làm cho chúng tồi tệ hơn (SN: 3/8/16). Các nhà nghiên cứu ước tính, dựa trên các mô phỏng khí hậu, việc khô đất do phủ xanh mùa xuân sớm hơn có thể làm tăng số ngày hè cực kỳ nóng cho một khu vực gần một ngày mỗi thập kỷ và có thể tăng nhiệt độ tối đa ở mức 0,07 độ C mỗi thập kỷ.

Sebastian Sippel, một nhà khoa học khí hậu tại ETH Zurich, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết, điều đó có vẻ rất nhiều, nhưng trong bốn hoặc năm thập kỷ, sóng nhiệt có thể mạnh đến mức tăng nhẹ như thế này. Nghiên cứu mới cho thấy, đối với hầu hết toàn bộ Bắc bán cầu, việc phủ xanh vào mùa xuân sớm hơn có thể làm thay đổi đáng kể hàm lượng nước mùa hè của đất, ông nói.

Tuy nhiên, nghiên cứu có thể cân nhắc tác động tương đối của việc phủ xanh vào mùa xuân đối với độ khô của đất so với các yếu tố khác, như mùa nóng hoặc khô đặc biệt, Sippel nói.

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch lặp lại phân tích cho Nam bán cầu, để có khả năng xác định xem việc phủ xanh và khô đất sớm hơn có thể làm tăng nguy cơ thảm họa liên quan đến nhiệt, như cháy rừng hay không.

Biến đổi khí hậu có thể là lý do tại sao các loài chim di cư sớm hơn trên khắp Hoa Kỳ

Một phân tích quy mô lớn về sự di cư của các loài chim ở Hoa Kỳ tiếp giáp xác nhận những gì các nhà nghiên cứu về chim và chó nghiệp dư đã nghi ngờ: Nhìn chung, các chuyến bay đường dài theo mùa của chim đang diễn ra sớm hơn một phần tư thế kỷ trước.

Sự thay đổi này có lẽ là do nhiệt độ cao hơn, đã tăng trung bình khoảng nửa độ C mỗi thập kỷ, các nhà nghiên cứu báo cáo ngày 16 tháng 12 trong Thay đổi khí hậu tự nhiên. Nhìn lại hơn 24 năm, các nhà nghiên cứu thấy rằng mùa ấm hơn thường dự đoán di cư sớm hơn. Một lý do cho điều này có thể là chim có thể dựa vào nhiều tín hiệu khác nhau, bao gồm nhiệt độ và độ dài trong ngày, để đồng bộ các chuyến bay của chúng với sự sẵn có của thức ăn và điều kiện thân thiện với tổ.

Các nghiên cứu trước đây về các loài riêng lẻ đã chỉ ra rằng một số loài chim đang di cư vào đầu năm. Tuy nhiên, Andrew mà bạn có thể thấy những loại dịch chuyển này ở quy mô rộng lớn, đó là một tuyên bố nổi bật về tác động của biến đổi khí hậu có thể mạnh đến mức nào, ông Andrew Farnsworth, một nhà sinh thái học di cư tại Đại học Cornell nói.

Farnsworth và các đồng nghiệp đã thu thập dữ liệu từ 13 triệu lần quét radar được thực hiện vào 2.115 đêm mùa xuân và 2.152 đêm mùa thu của 143 trạm giám sát thời tiết trên khắp lục địa Hoa Kỳ từ năm 1995 đến 2018. Trong các bản đồ radar, các nhóm chim di cư xuất hiện dưới dạng đốm tròn, trong khi đó bão và lượng mưa trông giống như các mảng không đều. Trong khi các nhà nghiên cứu không thể xác định được các loài cụ thể từ các đốm radar, thì độ rộng của dữ liệu có nghĩa là phân tích của chúng bao gồm hàng trăm loài.

Wilson War Warbler

K. HORTON / UNADADO NHÀ NƯỚC.

Wilson War Warers (Cardellina pusilla) đi qua mọi tiểu bang ở dưới 48 khi họ di cư đến Canada và Alaska.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, vào mùa xuân, chim di cư sớm hơn nửa ngày trung bình mỗi thập kỷ. Hiệu quả rõ rệt nhất là khoảng 45⁰ N vĩ độ (gần như biên giới ngăn cách Montana và Wyoming), trong đó trung bình là khoảng 1,5 ngày trước đó. Ở đó, đỉnh điểm di cư về phía bắc - có nghĩa là một nửa số chim đã vượt qua đầu - xảy ra vào khoảng ngày 10 tháng 5 vào giữa những năm 1990, nhưng đã tiến gần hơn đến ngày 5 tháng 5 năm 2018.

Xu hướng di cư trước đó cũng tương tự, nhưng yếu hơn vào mùa thu, khi những con chim ra đi về phía nam thường bị mưa bão và những con chim non được thêm vào hỗn hợp di cư. Các nhà nghiên cứu đã không thấy một mối liên hệ mạnh mẽ giữa thay đổi nhiệt độ và thời gian di chuyển vào mùa thu.

Các thay đổi trong hiện tượng học, hoặc cách các sinh vật phản ứng với các chu kỳ theo mùa, có thể loại bỏ sự đồng bộ tinh tế của hệ thống di cư ra khỏi đòn đánh (SN: 3/4/03). Ví dụ, chim có thể đến nơi sinh sản phía bắc của chúng trước khi tăng đột biến trong quần thể côn trùng và tìm thấy rất ít để ăn, hoặc đến đó muộn và bỏ lỡ bữa tiệc. Trong trường hợp xấu nhất, những con chim non có thể chết đói, hoặc quần thể chim có thể suy giảm, ông Nathan Senner, nhà sinh thái học dân số tại Đại học South Carolina ở Columbia, người đã tham gia vào công việc cho biết.

Một số loài có thể thích nghi hoặc di cư để đối phó với sự không phù hợp theo thời gian gây ra bởi nhiệt độ trung bình ấm hơn (SN: 7/11/14). Nhưng họ có thể không thay đổi đủ nhanh để theo kịp các nguồn lực mà họ dựa vào, ông cho biết, đồng tác giả nghiên cứu Kyle Horton, một nhà nghiên cứu về loài chim tại Đại học bang Colorado ở Fort Collins.