- Trang Chủ
- Vật lý
- Khí quyển và hải dương - Các nhà khoa học khí quyển và môn khoa học của họ
Xem mẫu
- Khí quyển và hải dương
Các nhà khoa học khí quyển và
môn khoa học của họ
Davis Sentman là một người theo đuổi các cơn mưa dông. Là nhà khoa học khí
quyển từ đại học Alaska tại Fairbanks, ông là một thành viên trong đội ngũ các
nhà khoa học sử dụng tuổi xuân của mình nghiên cứu - và mạo hiểm tiếp cận - các
cơn mưa dông.
Setman nói rằng cơn dông càng lớn càng tốt, vì những tia sáng có màu bí ẩn gọi là
ma trơi và tia xanh thường xuất hiện trong các cơn dông khổng lồ.
Setman và các đồng nghiệp của mình hiểu rõ những ánh sáng trong cơn mưa dông
mới được phát hiện này. Không may là không dễ gì nghiên cứu các ma trơi và tia
xanh. Chúng hiếm khi xuất hiện và xuất hiện trên vùng khí quyển cao hơn nhiều
so với những tia chớp bình thường.
- Khí quyển và hải dương
Những ngành nghiên cứu khiến dựng tóc gáy, như ngành của Sentman, đều là
những ngành hơi hiếm trong môn khoa học khí quyển hiện đại. Thực vậy, phần
lớn những nghiên cứu khí quyền đều thực hiện trong nhà - trong các phòng thí
nghiệm, trung tâm máy tính, và văn phòng - mặc dù vẫn cần có quan sát bên ngoài,
đặc biệt là để dự đoán thời tiết.
Một số các nhà khoa học khí quyển, như Sentman, đều thực sự cần phải xông vào
hiện trường. Nhiều nhà khoa học khí quyền khác đưa các thiết bị đo đạc của họ lên
trên cao bằng những khí cầu điều khiển từ xa. Một vài nhà nghiên cứu may mắn đã
thực sự đi xa hơn ra ngoài khí quyển, thực hiện những nghiên cứu của mình trên
khí cầu không gian.
Môn khoa học khí quyển là gì?
Môn khoa học khí quyển là một môn nghiên cứu khí quyển - một bầu khí bao bọc
Trái đất. Môn khoa học này đề cập đến những đặc tính vật lý của bầu khí quyển,
đặc tính hóa học của nó, và các quá trình động lực của nó. Các nhà khoa học khí
quyển thường được gọi là các nhà khí tượng học.
Theo nghĩa hẹp hơn thì họ là những người nghiên cứu các hiện tượng thuộc về khí
quyển, được biết như thời tiết. Những nhà khí tượng học được biết đến nhiều nhất
là những người dự đoán khí tượng xuất hiện trên đài phát sóng và truyền hình địa
phương. Họ dự đoán ngày mai sẽ mưa hay quang đãng.
Một lĩnh vực song song trong ngành khoa học khí quyển là ngành khí hậu học.
Ngành này nghiên cứu những thay đổi lâu dài của thời tiết qua các thời kỳ năm,
thập niên, thế kỷ, và thậm chí là thiên niên kỷ.
Trong những năm gần đây, ngành nghiên cứu khí tượng học đã được mở rộng, bao
gồm cả việc nghiên cứu các cách mà những hoạt động của con người tác động đến
- Khí quyển và hải dương
khí hậu toàn cầu như thế nào, và dự đoán những thay đổi đó có thể gây ra những
hậu quả gì trong tương lai gần và tương lai xa.
Những nghiên cứu khí quyển đầu tiên
Nhiều thế kỷ trước khi có bất cứ ai đặt ra thuật ngữ “khoa học khí quyển” hay “khí
tượng học”, người ta quan sát bầu trời và cố gắng dự đoán hôm sau trời sẽ như thế
nào. Những người nông dân và các thủy thủ đã từ lâu dựa vào khả năng của họ để
dự liệu thời tiết và chuẩn bị cho nó.
Năm 400 trước Công Nguyên, người Hy Lạp đã ghi lại các mẫu hình thời tiết và
đo đạc lượng nước mưa. Triết gia Hy Lạp cổ Aristotle đã tính toán chính xác rằng
sức nóng từ các tia của Mặt trời khiến cho hơi ẩm từ đất và biển bay vào không
khí. Hơn nữa ông còn cho rằng bầu không khí đầy hơi ẩm lạnh đi khi nó bay lên
và kết quả là phóng thích hơi ẩm của nó dưới dạng mưa.
Họ không nghiên cứu và tìm hiểu thêm một chút nào khác nữa về bầu khí quyển,
cho đến khi các nhà khoa học của thế kỷ 16 và 17 phát minh ra các công cụ đo
lường những đặc tính khác nhau của nó.
Ví dụ, Galileo Galilei đã phát minh ra nhiệt kế vào năm 1593, Evangelista
Torricelli phát minh ra máy đo áp suất không khí, hay phong vũ biểu, vào năm
1643. Cũng được phát triển trong suốt thời kỳ này là các thiết bị đo đơn giản để
xác định tốc độ và hướng gió, và ẩm kế đầu tiêng dùng để đo độ ẩm tương đối.
Bằng cách sử dụng dụng cụ để đo lường hàng ngày, thậm chí là hàng giờ, các nhà
khí tượng học có thể quan sát một số những mối tương quan cơ bản giữa nhiệt độ,
áp suất, gió và độ ẩm. Ví dụ, họ bắt đầu hiểu được áp suất không khí tăng lên và
giảm xuống như thế nào trước khi có những thay đổi nào đó về khí hậu.
- Khí quyển và hải dương
Nhưng các nhà khoa học vẫn thiếu cái mà họ cần để có thể dự đoán đáng tin hơn:
một phương pháp thu thập thông tin khí tượng từ những vùng đất xa xôi. Trước
khi có thể dự đoán thời tiết của ngày mai với bất cứ độ chính xác nào, họ cũng cần
phải biết loại thời tiết nào xảy ra trước đó.
Tất cả đều đã thay đổi khi máy điện báo được phát minh vào năm 1837. Cho đến
năm 1848, những người quản lý máy điện báo Hoa Kỳ đã bắt đầu gửi bản báo cáo
thời tiết sáng hàng ngày cho Viện Nghiên Cứu Smithsonia tại Washinton, D.C.
Bản báo cáo đơn giản chỉ có hai từ, như quang đãng, có mây, hay có mưa. Đầu
tiên, các bản báo cáo được tập trung đơn giản thành một biểu đồ thời tiết, không
có nỗ lực dự đoán nào.
Những dự đoán thời tiết đều đặn đầu tiên có thể là do người Anh Robert Fitzroy
thực hiện. Ông là người đã phát triển dịch vụ cảnh báo thời tiết đầu tiên của nước
Anh vào năm 1859. Vào những ngày đầu, dịch vụ cảnh báo hướng những báo cáo
của mình đến ngành công nghiệp vận chuyển đường thủy.
Sau đó vào năm 1861, Fitzroy bắt đầu gửi các báo cáo hàng ngày của ông đến báo
chí. Ông gọi chúng là “dự báo”, và giải thích kỹ càng cho các độc giả rằng những
tiên đoán được thực hiện dựa trên cơ sở quan sát khoa học, chứ không phải là hiểu
biết của con người hay niên giám của một người nông dân. Những nỗ lực đầu tiên
trong việc dự đoán thời tiết hàng ngày tại Hoa Kỳ bắt đầu vào năm 1870, khi Dịch
vụ Thời Tiết Công Cộng được thiết lập (hiện nay gọi là Dịch Vụ Thời Tiết Quốc
Gia).
Cho đến cuối những năm 1800, các nhà khoa học bắt đầu đo đạc bầu khí quyển
bên trên mặt đất. Nhà khí tượng học giàu có người Pháp Léon Philipe Teisserenc
de Bort có một niềm đam mê trong việc phóng các dụng cụ đo đạc thời tiết trên
những chiếc diều hộp và khí cầu. Ông cột các trạm trên không với phòng thí
- Khí quyển và hải dương
nghiệm của mình bằng hàng dặm dây đàn - đôi khi các trạm trên không này đâm
sầm xuống Trái đất và rơi tại vùng ngoại ô mà ông sống, Parisian.
Chỉ qua những thí nghiệm như của Teisserenc mà các nhà khoa học mới biết được
đặc tính của những nơi nằm phía bên trên tầng đối lưu - tầng thấp nhất của bầu khí
quyển.
Trong suốt thế kỷ 20, các nhà khoa học khí quyển cũng ứng dụng những tiến bộ
trong kỹ thuật vào ngành hàng không. Họ đặt các công dụ đo đạc trong những khí
cầu bay trên cao, trong máy bay, và cuối cùng là vệ tinh nhân tạo và tàu vũ trụ
nhân tạo; họ cũng thăm dò bầu khí quyển bằng sóng radio, sóng âm, và những tia
laser.
NGUYỄN ĐĂNG KHOA biên dịch
- Khí quyển và hải dương
Khí hậu học
Những nhà khí hậu học nghiên cứu khí hậu, là thời tiết xảy ra trong một vùng qua
một thời gian dài. Nền tảng của khoa khí hậu học là một sự hiểu biết về những
khác biệt trong thời tiết theo mùa của vùng này với vùng tiếp theo của thế giới.
(Xem mục “Khí hậu của thế giới”).
Trọng tâm của môn khí hậu học ngày nay là về thay đổi khí hậu. Một phương pháp
mà các nhà khoa học sử dụng để dự đoán sự thay đổi khí hậu là bằng cách nhận
biết sự thay đổi trong các kiểu hình thời tiết. Ví dụ, nhiệt độ trung bình tại những
vùng bị sa mạc hóa đôi khi tăng lên, còn lượng mưa thì giảm xuống.
Những nhà khí hậu học cũng nghiên cứu những thay đổi trong khí hậu toàn cầu.
Có phải hành tinh này đang trải qua xu hướng ấm dần lên? Nếu vậy thì tại sao? Để
trả lời, các nhà khí hậu học nhìn vào những hiện tượng như mây núi lửa, những
dao động về cường độ của Mặt trời, và những hoạt động của con người - những
vấn đề có thể tác động đến thời tiết.
Nhiều nhà khí hậu học làm việc chặt chẽ với những nhà sinh vật học và những nhà
hải dương học nhằm tìm hiểu bầu khí quyển bị ảnh hưởng thế nào bởi những thứ
như thảm thực vật, chăn thả gia súc, và dòng chảy của đại dương.
Các nhà khí hậu học cũng nghiên cứu kỹ quá khứ nhằm so sánh với bầu khí quyển
hiện tại với bầu khí quyển của nhiều kỷ trước đây. Tại Nam Cực, ví dụ, các nhà
khí hậu học nghiên cứu tầng không khí bị kẹt trong các mẫu băng sông băng cổ.
Một trong những phát hiện của họ là lượng methane trong tầng khí quyển thấp
ngày nay cao hơn gấp 2,5 lần so với tầng khí quyển như vậy của bất kỳ thời đại
- Khí quyển và hải dương
nào trong 160.000 năm qua. Methane là một loại khí góp phần vào làm ấm dần trái
đất. Tại sao lượng khí methane ngày nay lại tăng lên?
Một lực lượng lớn con người đang đốt cháy dầu và than. Với sự giúp đỡ của các
nhà sinh vật học, các nhà khí hậu học đã tìm thấy một lực lượng đáng ngạc nhiên
hơn: gia súc, chúng sản xuất - và thải ra - những khối methane lớn như là một
phần thường lệ trong quá trình tiêu hóa của chúng. Các nhà khoa học ước tính,
trong thế kỷ qua, việc mở rộng chăn nuôi gia súc đã làm tăng lượng methane do
chúng thải ra lên 435%.
Mô phỏng thời tiết và khí hậu. Ngày nay phần lớn thông tin về cái gì điều khiển
thời tiết và khí hậu đều có được từ những mẫu hình toán học phức tạp thực hiện
trên một số siêu máy tính mạnh nhất trên thế giới. Những máy tính này tạo ra
những bản mô phỏng giống thật một cách đáng ngạc nhiên, mô phỏng hoạt động
của bầu khí quyển.
Ví dụ, sử dụng các mẫu máy tính này, các nhà khoa học có thể quan sát thực tế
mức tăng lên của carbon dioxide, và dự đoán chi tiết sự thay đổi này có thể tác
động đến khí hậu thế giới như thế nào qua thời gian.
Một trong những siêu máy tính mạnh nhất trong khí tượng học được vận hành bởi
Trung Tâm Quốc Gia Nghiên Cứu Khí Quyển (NCAR) tại Boulder, Colorado. Các
nhà khoa hoc từ khắp đất nước và trên thế giới sử dụng siêu máy tính của NCAR
qua Internet.
Khoa học khí quyển trong tương lai
Những người nông dân, thủy thủ và phi công sẽ luôn cần có dự báo thời tiết để
thực hiện công việc của mình một cách an toàn và có hiệu quả. Các chính quyền
trên thế giới cần có dự báo chính xác để di dời cộng đồng đến nơi an toàn khi có
- Khí quyển và hải dương
thời tiết nguy hiểm, và để lên kế hoạch cho những khi có hạn hán và các điều kiện
bất lợi.
Một mục đích trước mắt của các nhà khí tượng trên khắp thế giới là nhằm cải thiện
độ chính xác của những dự báo lâu dài. Những dự báo một ngày khá là đáng tin
cậy, phần lớn nhờ vào hình ảnh gửi về từ vệ tinh và kỹ thuật máy tính. Nhưng một
bản dự báo ba ngày chính xác vẫn hơi khó nắm bắt được.
Những lĩnh vực trong ngành khí hậu học và ngành nghiên cứu những thay đổi thời
tiết càng ngày càng trở nên quan trọng trong thế kỷ 21. Những hoạt động nào - cả
của con người và thiên nhiên - tạo ra những thay đổi trong bầu khí quyển, và lớp
vỏ bảo vệ lớn của Trái đất phản ứng lại với những thay đổi này như thế nào đều là
nhu cầu của những ai quan tâm đến khí hậu học.
NGUYỄN ĐĂNG KHOA biên dịch
nguon tai.lieu . vn
