Vào mùa đông, tin tức tại bang California của Mỹ thường đưa tin về những trận mưa xối xả kéo dài nhiều ngày và sạt lở đất. Khi đó, các dự báo viên thời tiết thường dùng cách nói “dòng sông trên trời lại đổ bộ”. Đây không phải dòng sông chảy trên mặt đất, mà là hiện tượng hơi nước vô hình tạo thành một dải dài trên bầu trời, vượt hàng nghìn kilômét qua đại dương. Hiện tượng này được gọi là “sông khí quyển (Atmospheric River)”.
Nói một cách dễ hiểu, sông khí quyển là “hành lang vận chuyển một lượng lớn hơi nước bốc lên từ vùng biển ấm, tập trung thành dải hẹp và dài rồi di chuyển đến nơi xa theo tầng khí quyển thấp”. Chiều dài thường lên đến hàng nghìn kilômét nhưng chiều rộng chỉ vài trăm kilômét, nên khi nhìn trên ảnh vệ tinh, chúng thực sự giống những dòng sông vắt ngang bầu trời.
Trong tài liệu này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu từ nguồn gốc tên gọi sông khí quyển đến cơ chế dải hơi nước này tạo mưa, các cấp phân loại cường độ, cùng những lợi ích và nguy cơ mà nó mang lại cho cuộc sống.
Bản chất của dải hơi nước chảy trên bầu trời
Dòng sông trên trời được vệ tinh phát hiện
Tên gọi sông khí quyển được các nhà khí tượng học Reginald Newell và Yong Zhu thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) của Mỹ sử dụng lần đầu vào đầu thập niên 1990. Khi phân tích dòng hơi nước trên đại dương, họ chú ý đến việc hơi nước không di chuyển phân tán trên diện rộng mà tập trung chảy trong một số dải hẹp.
- Sự tiến bộ trong quan trắc (Satellite Remote Sensing): Trước đây, việc quan trắc chủ yếu phải dựa vào các thiết bị khí tượng nên không thể đo chính xác hơi nước trên vùng biển rộng lớn. Tuy nhiên, khi cảm biến vi sóng trên các vệ tinh quỹ đạo cực thường xuyên đo lượng hơi nước trên toàn đại dương, các dải này đã hiện ra rõ rệt.
- Tên gọi khác (Pineapple Express): Sông khí quyển nối từ vùng biển nhiệt đới gần Hawaii đến bờ tây Bắc Mỹ còn được gọi là Pineapple Express, ví von với những quả dứa của Hawaii.
- Nhiều dải cùng lúc (Multiple Plumes): Thông thường, trên một bán cầu luôn có khoảng ba, bốn đến năm dải như vậy cùng chảy.
Cơ chế vận chuyển lượng nước lớn hơn sông Amazon
Sông khí quyển chủ yếu xuất hiện cùng các xoáy thuận ngoại nhiệt đới hình thành trên vùng biển ở vĩ độ trung bình. Khi gió mạnh thổi dọc ngay phía trước frông lạnh của xoáy thuận, hơi nước bốc lên từ các vùng biển nhiệt đới và cận nhiệt đới được gió cuốn đi, kéo thành một dải dài.
(1) Những dải hẹp vận chuyển phần lớn hơi nước
Sông khí quyển đảm nhiệm hơn 90% lượng hơi nước được vận chuyển theo hướng bắc–nam ở các vĩ độ trung bình. Thế nhưng tổng chiều rộng của những dải này còn chưa bằng 10% chu vi một vòng vĩ tuyến.
(2) Lượng nước sánh ngang những dòng sông khổng lồ
Lượng hơi nước mà một sông khí quyển mạnh vận chuyển đôi khi còn lớn hơn lưu lượng nước của sông Amazon, dòng sông lớn nhất Trái Đất. Chỉ khác ở chỗ nước lơ lửng và chảy trên bầu trời ở thể khí thay vì thể lỏng.
(3) Gặp núi, hơi nước trút xuống thành mưa
Khi không khí chứa đầy hơi nước gặp các dãy núi ven biển và bị đẩy lên cao, nó nguội đi, tạo thành mây rồi trút xuống một lượng mưa hoặc tuyết khổng lồ trong thời gian ngắn. Với cùng một sông khí quyển, nơi có núi càng cao và dốc thì lượng mưa càng lớn hơn nhiều.
Năm cấp từ yếu đến đặc biệt
Cũng như bão có các cấp phân loại, sông khí quyển cũng có tiêu chuẩn phân chia cường độ. Năm 2019, Trung tâm các hiện tượng khí tượng và thủy văn cực đoan miền Tây (CW3E) thuộc Viện Hải dương học Scripps của Mỹ, với F. Martin Ralph giữ vai trò chủ chốt, đã công bố thang phân loại sông khí quyển thành năm cấp.
Xét cả lượng hơi nước và thời gian
Thang đo này xét đồng thời lượng hơi nước mà sông khí quyển vận chuyển và thời gian trạng thái đó kéo dài. Trước hết, cấp độ được xác định theo lượng hơi nước vận chuyển, sau đó giảm một cấp nếu kéo dài chưa đến 24 giờ và tăng một cấp nếu vượt quá 48 giờ. Đó là vì với cùng một lượng hơi nước, hiện tượng càng lưu lại lâu thì thiệt hại càng lớn.
Từ lợi ích đến nguy cơ
Cấp 1 là “yếu”, nhìn chung mang đến những cơn mưa có lợi; cấp 3 có lợi ích và nguy cơ tương đương nhau; còn cấp 5 là “đặc biệt”, chủ yếu gây thiệt hại lớn. Đợt mưa lớn kéo dài khoảng 100 giờ từ cuối năm 1996 đến đầu năm 1997, gây thiệt hại nghiêm trọng, được xem là trường hợp tiêu biểu của cấp 5.
Cơn mưa chấm dứt hạn hán, cơn mưa gây lũ lụt
Sông khí quyển vừa là dòng nước quý giá, vừa là nguyên nhân gây ra những thiên tai đáng sợ.
(1) Nguồn cung cấp nước
Ở bờ tây nước Mỹ, 30–40% lượng giáng thủy và tuyết tích tụ hằng năm đến từ sông khí quyển. Vì vậy, số lần sông khí quyển xuất hiện có thể quyết định việc một đợt hạn hán kéo dài có chấm dứt hay không; ngược lại, khi sông khí quyển không xuất hiện, hạn hán có thể trở nên nghiêm trọng hơn.
(2) Lũ lụt và sạt lở đất
Vào tháng 11 năm 2021, tại tỉnh British Columbia của Canada, các sông khí quyển liên tiếp xuất hiện đã làm tan tuyết tích tụ và gây lũ lụt nghiêm trọng. Vào tháng 3 năm 2019, tại Iran, một sông khí quyển hiếm gặp vượt khoảng 9,000 kilômét từ Đại Tây Dương đã gây ra trận lũ kỷ lục, khiến 76 người thiệt mạng.
(3) Càng ấm lên, càng mạnh hơn
Khi nhiệt độ tăng, lượng hơi nước mà không khí có thể chứa cũng tăng theo. Vì vậy, các nhà khoa học dự đoán rằng khi Trái Đất nóng lên, sông khí quyển có nhiều khả năng đổ bộ thường xuyên hơn và mạnh hơn, đồng thời nghiên cứu cả công tác dự báo lẫn các biện pháp quản lý nước.
Sông khí quyển cho thấy nước chúng ta uống và những trận lũ đe dọa chúng ta đều bắt nguồn từ cùng một dòng chảy trên bầu trời. Nhờ sự phát triển của vệ tinh và công nghệ dự báo, giờ đây chúng ta có thể dự đoán trước vài ngày dòng sông trên trời sẽ hướng đến đâu.
Đọc được những dòng sông vô hình trên bầu trời chính là bước đầu tiên của khoa học Trái Đất trong việc quản lý đồng thời tài nguyên nước và thiên tai.
