Vùng nước lạnh bất thường ở Đại Tây Dương gây ra sự dịch chuyển chưa từng có trong quy luật gió mùa Ấn Độ

Sự dịch chuyển nguy hiểm trong mạch sống của Nam Á

Với hơn một tỷ người trên khắp Nam Á, mùa mưa gió mùa đến đánh dấu ranh giới giữa thịnh vượng và thảm họa. Trong 25 năm qua, nhịp điệu thời tiết cổ xưa này đã thay đổi theo những cách đe dọa đảo lộn cuộc sống từ dãy Himalaya đến Ấn Độ Dương. Tây Bắc Ấn Độ hiện nhận lượng mưa nhiều hơn đáng kể so với chỉ vài thập niên trước, trong khi đồng bằng sông Hằng màu mỡ ngày càng đối mặt với nguy cơ hạn hán. Sự ổn định kinh tế của cả khu vực đang bị đe dọa.

Lịch nông nghiệp trên khắp Ấn Độ, Pakistan và Bangladesh xoay quanh mùa gió mùa. Mùa mưa đến muộn hoặc yếu đi có thể phá hỏng vụ lúa và lúa mì, trong khi mưa quá lớn ở vùng tây bắc có thể gây ra lũ lụt và sạt lở đất tàn khốc. Đồng bằng sông Hằng, thường được xem là vựa lúa của Nam Á, đang đối mặt với một nghịch lý đặc biệt nghiệt ngã. Khu vực này cần mưa đều đặn để nuôi sống dân cư, nhưng quy luật đang thay đổi có nguy cơ khiến đồng ruộng khô cằn.

Các mô hình khí hậu thường được sử dụng đã không dự đoán được sự phân bố lại lượng mưa đã quan sát thấy trên tiểu lục địa, khiến các nhà khoa học phải tìm kiếm những mắt xích còn thiếu. Một nghiên cứu do Nimmakanti Mahendra và các cộng sự công bố trên tạp chí AGU Advances hiện chỉ ra một thủ phạm bất ngờ cách đó hàng nghìn dặm ở Bắc Đại Tây Dương. Các nhà nghiên cứu cho rằng những mô phỏng tiêu chuẩn thiếu thông tin quan trọng về một vùng nước lạnh bất thường ở phía nam Greenland, thường được gọi là vùng nước lạnh bất thường. Khi đưa đặc điểm này vào kết quả mô hình, các mô phỏng cuối cùng đã tái hiện được sự dịch chuyển của gió mùa. Cho đến nay, phần lớn dự báo cho rằng các yếu tố tại chỗ chi phối hành vi của gió mùa, nhưng bằng chứng mới đã bác bỏ giả định đó.

Dị thường Bắc Đại Tây Dương lộ rõ ngay trước mắt

Vùng nước lạnh bất thường, đôi khi được gọi là Hố Ấm lên Bắc Đại Tây Dương, hiện lên trên bản đồ nhiệt độ toàn cầu như một chấm xanh lì lợm giữa biển đỏ. Trong khi phần lớn thế giới ấm lên, khu vực cận cực này đã lạnh đi khoảng 0,3 độ C trong thế kỷ qua. Các nhà khoa học tranh luận về nguồn gốc của hiện tượng này suốt nhiều năm, đưa ra những giả thuyết từ sol khí trong khí quyển đến biến thiên tự nhiên. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây truy nguyên hiện tượng này đến sự chậm lại đáng kể của Hoàn lưu Đảo chiều Kinh tuyến Đại Tây Dương, hay AMOC. Hệ thống dòng hải lưu khổng lồ này vận chuyển nước ấm nhiệt đới về phía bắc và đưa nước lạnh tầng sâu trở lại gần xích đạo. Khi băng Greenland tan, nước ngọt đổ vào Bắc Đại Tây Dương, làm loãng độ mặn ở bề mặt và khiến khối nước khó chìm xuống hơn. Kết quả là dòng hải lưu suy yếu, đưa ít nhiệt hơn đến khu vực phía nam Greenland, tạo điều kiện cho vùng nước lạnh bất thường hình thành và tồn tại.

Một nghiên cứu trên tạp chí Nature sử dụng dữ liệu quan trắc và mô hình khí hậu để chứng minh rằng chỉ những mô phỏng có AMOC suy yếu mới tái hiện được tình trạng lạnh đi và giảm độ mặn đã quan sát thấy tại Hố Ấm lên. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng từ năm 1900 đến năm 2005, hoàn lưu này đã chậm lại từ 1,01 đến 2,97 Sverdrup mỗi thế kỷ. Một Sverdrup tương đương một triệu mét khối nước mỗi giây, cho thấy quy mô khổng lồ của lượng nhiệt đang được vận chuyển. Một phân tích gần đây khác, dựa trên dữ liệu tái phân tích từ quan trắc và công bố trên Geophysical Research Letters, xác nhận rằng tình trạng lạnh đi lan sâu xuống dưới bề mặt và bắt nguồn từ việc lượng nhiệt đại dương được vận chuyển giảm, chứ không phải do thất thoát nhiệt ở bề mặt.

Trong báo cáo Tình trạng Khí hậu Toàn cầu năm 2023, Tổ chức Khí tượng Thế giới nhấn mạnh sự tương phản này, lưu ý rằng trong khi nhiệt lượng tích trữ trong đại dương đạt mức cao kỷ lục vào năm ngoái, Bắc Đại Tây Dương cận cực lại đi ngược xu hướng với tình trạng lạnh đi lan xuống độ sâu hơn 800 mét. Nhà khoa học khí quyển Laifang Li thuộc Đại học Penn State cho biết việc tìm hiểu dị thường này rất quan trọng, bởi nó có thể làm xáo trộn dòng tia và thay đổi đường đi của bão trên nhiều châu lục. Trên thực tế, một nghiên cứu riêng của Penn State phát hiện rằng khí quyển và đại dương đóng góp gần như ngang nhau vào sự tồn tại dai dẳng của vùng nước lạnh bất thường. Khi bề mặt lạnh đi, lượng nước bốc hơi giảm, làm giảm hơi nước trong khí quyển. Vì hơi nước là một khí nhà kính, lượng hơi nước suy giảm khiến nhiều nhiệt thoát ra hơn, qua đó làm lạnh thêm bề mặt đại dương. Vòng phản hồi này giúp duy trì dị thường lạnh.

Dòng băng chuyền suy yếu tiến gần ngưỡng nguy hiểm

AMOC không chỉ đơn thuần đang mất cân bằng. Bằng chứng cho thấy hiện nay hệ thống này đang ở trạng thái yếu nhất trong ít nhất một thiên niên kỷ, và một số nhà nghiên cứu cảnh báo nó có thể đang tiến gần đến điểm tới hạn, vượt qua đó thì sự sụp đổ sẽ không thể tránh khỏi. Stefan Rahmstorf, nhà hải dương học vật lý tại Viện Nghiên cứu Tác động Khí hậu Potsdam, đã nghiên cứu hoàn lưu này suốt 35 năm. Gần đây, ông ước tính khả năng hệ thống ngừng hoạt động vào khoảng 50%, tăng mạnh so với mức 5% mà ông có thể đưa ra cách đây ba thập niên.

Trong 30 năm đầu, chúng tôi xem đây là một sự kiện ít có khả năng xảy ra. Giờ đây, khả năng gần như là 50/50. Tôi thậm chí còn cho rằng khả năng xảy ra cao hơn là không.

Cơ chế vật lý đằng sau điểm tới hạn đã được hiểu rõ. Khi nước mặn ấm chảy về phía bắc, nó tỏa nhiệt vào khí quyển và nguội đi. Mật độ cao hơn khiến nước chìm xuống, kéo theo nhiều nước ấm chảy về phía sau. Khi nước ngọt do băng Greenland tan làm loãng lớp nước mặt, nước trở nên nhẹ hơn và quá trình chìm chậm lại. Điều này tạo ra một vòng phản hồi. Nước chìm ít hơn đồng nghĩa với lượng muối được vận chuyển về phía bắc giảm, khiến nước càng khó chìm hơn, cho đến khi hoàn lưu chuyển sang một trạng thái mới yếu hơn nhiều và duy trì ở đó.

Năm 2023, các nhà nghiên cứu tại Viện Niels Bohr sử dụng những dấu hiệu cảnh báo sớm mang tính thống kê để dự đoán rằng nếu lượng phát thải tiếp tục ở mức cao, AMOC có thể vượt ngưỡng này trong giai đoạn từ năm 2037 đến năm 2109. Một nghiên cứu năm 2025 của van Westen và các cộng sự tại Đại học Utrecht càng làm dấy lên lo ngại khi chứng minh điểm tới hạn trong một mô hình đại dương độ phân giải cao, loại bỏ hy vọng rằng đây có thể chỉ là sản phẩm của các mô phỏng đơn giản hơn. Hậu quả của một sự sụp đổ hoàn toàn sẽ lan rộng khắp hành tinh. Nhiệt độ ở Bắc Âu có thể giảm mạnh trong khi khu vực khô hạn hơn, gây sức ép lên nông nghiệp và làm tăng nguy cơ cháy rừng. Mực nước biển dọc Bờ Đông Hoa Kỳ có thể dâng nhanh hơn mức trung bình toàn cầu. Trong khi đó, gió mùa ở châu Á và châu Phi có thể suy yếu, khiến hàng tỷ người thêm thiếu nước. Iceland đã xếp nguy cơ AMOC ngừng hoạt động là mối đe dọa an ninh quốc gia, cho thấy mức độ nghiêm trọng của vấn đề.

Vùng nước lạnh bất thường làm đổi hướng mưa ở Ấn Độ ra sao

Mối liên hệ giữa vùng biển lạnh gần Greenland và gió mùa Ấn Độ có thể có vẻ xa vời, nhưng vật lý khí quyển kết nối hai khu vực thông qua dòng tia. Dòng tia là dải gió mạnh hẹp bao quanh Trái Đất ở tầng cao trong tầng đối lưu, điều hướng các hệ thống thời tiết và vận chuyển hơi ẩm. Theo nghiên cứu trên AGU Advances do Mahendra dẫn đầu, việc đưa vùng nước lạnh bất thường vào các mô hình khí hậu làm thay đổi dòng tia theo cách kéo hơi ẩm trong khí quyển về phía tây bắc Ấn Độ. Đồng thời, hoàn lưu thay đổi khiến các hệ thống bão nhỏ hơn không thể hình thành trên đồng bằng sông Hằng. Sự điều khiển từ xa thời tiết nhiệt đới bởi điều kiện đại dương vùng cực này đi ngược những giả định trước đây, vốn cho rằng gió mùa chủ yếu phản ứng với nhiệt độ gần đó ở Ấn Độ Dương.

Các nhà nghiên cứu xác định quá trình này là cơ chế điều tiết barotropic. Barotropic mô tả trạng thái trong đó các mặt áp suất và mật độ trong khí quyển thẳng hàng, cho phép gió quy mô lớn trực tiếp kiểm soát các xoáy và ổ bão nhỏ hơn. Khi dòng khí quy mô lớn chiếm ưu thế đặc biệt, nó hoạt động như bộ điều tốc của động cơ, hạn chế sự phát triển của các nhiễu động nhỏ hơn. Trong bối cảnh gió mùa Ấn Độ, điều này có nghĩa là sự dịch chuyển của dòng tia không chỉ đẩy bão về phía tây bắc. Nó còn chủ động kìm hãm sự hình thành của các hệ thống gây mưa trên vùng đồng bằng. Đây chính xác là sự phân bố lại lượng mưa mà vệ tinh và các trạm quan trắc mặt đất đã ghi nhận kể từ cuối thập niên 1990.

Cơ chế này cũng giúp giải thích vì sao các khu vực vĩ độ trung bình trên khắp thế giới ghi nhận hoạt động bão nhiều hơn trong những năm gần đây. Khi hoàn lưu khí quyển quy mô lớn thay đổi, ảnh hưởng không chỉ giới hạn ở một khu vực. Nó sắp xếp lại các kiểu thời tiết trên toàn bộ bán cầu. Các tác giả viết rằng kết quả này cho thấy tầm quan trọng của việc kết nối những quá trình diễn ra ở các khu vực xa nhau trên địa cầu khi xây dựng mô hình khí hậu.

Cái giá của những dự báo sai lệch

Việc các mô hình khí hậu tiêu chuẩn không nắm bắt được sự dịch chuyển của gió mùa không chỉ là vấn đề học thuật. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến nông dân, nhà quản lý nguồn nước và các nhà hoạch định chính sách trên khắp Nam Á. Nếu mô hình không thể tái hiện những thay đổi đã xảy ra, các dự báo tương lai sẽ trở thành kim chỉ nam thiếu tin cậy cho việc quy hoạch cơ sở hạ tầng, lựa chọn cây trồng và chuẩn bị ứng phó thiên tai. Dự báo gió mùa không chính xác có thể làm chậm viện trợ lương thực khẩn cấp, đảo lộn lịch gieo trồng và làm tăng thiệt hại bảo hiểm trên toàn khu vực. Sự chênh lệch giữa lượng mưa được mô hình dự báo và lượng mưa quan sát được cũng làm xói mòn niềm tin của công chúng vào các cảnh báo khí hậu khi dự báo không khớp với trải nghiệm thực tế.

Dự án Đối chiếu Mô hình Khí hậu Kết hợp Giai đoạn 6, hay CMIP6, là nền tảng cho phần lớn các dự báo khí hậu toàn cầu được Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu sử dụng. Tuy vậy, ngay cả những mô phỏng tiên tiến này cũng gặp khó khăn trong việc khớp với xu hướng mưa ở Ấn Độ đã quan sát được. Sự sai lệch cho thấy các mô hình không chỉ thiếu một biến số, mà còn bỏ sót cả chuỗi tương tác kết nối tình trạng mất băng ở Bắc Cực với lượng mưa vùng nhiệt đới. Nghiên cứu của Mahendra nêu bật một thiếu sót cơ bản. Nhiều mô hình ghép nối chưa mô phỏng đầy đủ cả những thay đổi nhiệt độ ở Đại Tây Dương lẫn các mối liên kết từ xa nối những thay đổi đó với kiểu thời tiết khắp châu Á.

Các mối liên kết từ xa là cách những điều kiện khí quyển và đại dương ở một nơi trên thế giới tác động đến thời tiết ở nơi khác, thường thông qua các kiểu sóng hành tinh và sự dịch chuyển của các vành đai gió. Vùng nước lạnh bất thường ảnh hưởng đến Ấn Độ chính qua mối liên hệ đường dài như vậy. Khi loại bỏ vùng nước này khỏi mô phỏng hoặc mô phỏng sai cường độ của nó, các mô hình về cơ bản tự làm mù mình trước một động lực chính gây biến thiên gió mùa. Việc cải thiện các dự báo này đòi hỏi các nhà phát triển mô hình kết nối thận trọng hơn những quá trình diễn ra ở các khu vực xa nhau trên địa cầu. Các tác giả bài báo trên AGU Advances nhấn mạnh rằng dự báo gió mùa chính xác phụ thuộc vào việc nắm bắt đúng toàn bộ chuỗi sự kiện, từ nước băng tan ở Greenland đến sự lạnh đi của Đại Tây Dương rồi sự dịch chuyển của dòng tia phía trên dãy Himalaya.

Hệ lụy toàn cầu vượt xa tiểu lục địa

Sự dịch chuyển của gió mùa Ấn Độ là một trong những ví dụ rõ nét nhất về ảnh hưởng của vùng nước lạnh bất thường, nhưng AMOC suy yếu còn đe dọa gây xáo trộn khí hậu ở gần như mọi châu lục. Hồ sơ khí hậu cổ cho thấy AMOC từng suy yếu hoặc ngừng hoạt động, đáng chú ý nhất là khoảng 12.000 năm trước, vào cuối kỷ băng hà gần nhất. Sự kiện đó, do một lượng nước ngọt khổng lồ đổ vào đại dương gây ra, đã đẩy châu Âu trở lại điều kiện gần như thời kỳ băng hà và khiến lượng mưa ở vùng nhiệt đới thay đổi mạnh. Dù nguyên nhân và tốc độ của tình hình hiện nay khác trước, tiền lệ lịch sử cho thấy các kiểu khí hậu toàn cầu nhạy cảm đến mức nào trước sức mạnh của hoàn lưu Đại Tây Dương.

Ngày nay ở châu Âu, AMOC yếu hơn đồng nghĩa với việc ít nhiệt lượng nhiệt đới đến được vùng cực bắc. Robert Marsh, giáo sư hải dương học tại Đại học Southampton, cảnh báo các xã hội sẽ khó thích ứng với tốc độ thay đổi nhanh mà giới nghiên cứu dự báo trong thế kỷ tới. Dòng hải lưu yếu hơn có thể khiến một số khu vực ở châu Âu hứng chịu giá rét mùa đông khắc nghiệt, đồng thời làm mực nước biển dọc bờ đông Bắc Mỹ dâng cao hơn. Ở vùng nhiệt đới, những thay đổi của AMOC có thể làm hạn hán quanh xích đạo trầm trọng hơn do thay đổi phân bố lượng mưa trên lưu vực Đại Tây Dương. Một số nhà nghiên cứu lo ngại những thay đổi ở Nam Đại Dương có thể làm tình hình thêm nghiêm trọng khi giải phóng lượng carbon tích trữ vào khí quyển.

Một phân tích năm 2025 do Valentin Portmann tại Đại học Bordeaux dẫn đầu cho thấy khi các mô hình khí hậu được hiệu chỉnh bằng dữ liệu nhiệt độ và độ mặn thực tế ở Đại Tây Dương, chúng dự báo AMOC sẽ suy yếu 50% vào năm 2100, giảm mạnh hơn nhiều so với các ước tính trước đây của IPCC. Theo Rahmstorf, mức suy giảm như vậy rất có thể sẽ đẩy hệ thống vượt qua điểm tới hạn. Ngay cả khi không sụp đổ hoàn toàn, hoàn lưu chậm lại một phần cũng gây ra những rủi ro liên quan đến an ninh lương thực toàn cầu, cơ sở hạ tầng ven biển và nguồn nước ngọt. Vùng nước lạnh bất thường không chỉ là một hiện tượng địa phương đáng chú ý. Đó là tín hiệu cảnh báo thể hiện qua nhiệt độ đại dương.

Cải thiện dự báo trước khi hệ thống vượt ngưỡng

Các nhà khoa học nhất trí rằng muốn giảm bất định trong dự báo khí hậu thì cần mô phỏng tốt hơn mối liên kết giữa đại dương và khí quyển. Nghiên cứu của Penn State cho thấy các phản hồi khí quyển làm vùng nước lạnh bất thường mạnh thêm, bổ sung một lớp phức tạp mà các mô hình cần nắm bắt. Đồng thời, các mạng lưới quan trắc ở Bắc Đại Tây Dương cần được cấp kinh phí ổn định để các nhà nghiên cứu theo dõi thay đổi của AMOC theo thời gian thực. Các phép đo trực tiếp từ những dàn phao neo chỉ mới được thực hiện từ năm 2004, nên giới khoa học chỉ có hai thập niên dữ liệu dòng chảy đáng tin cậy.

Các nhà hoạch định chính sách phải giải quyết đồng thời hai nhiệm vụ. Họ cần đầu tư vào các chiến lược thích ứng với những dịch chuyển gió mùa đang diễn ra, từ giống cây trồng chịu hạn ở đồng bằng sông Hằng đến quản lý lũ lụt ở Tây Bắc Ấn Độ. Cơ sở hạ tầng trữ nước, chương trình bảo hiểm cây trồng và hệ thống cảnh báo sớm đều cần dự báo theo mùa đáng tin cậy. Nếu các mô hình tiếp tục bỏ sót ảnh hưởng của Đại Tây Dương, chính phủ có thể không chuẩn bị đầy đủ để ứng phó với lũ ở vùng tây bắc hoặc không triển khai cứu trợ hạn hán tại các vùng đồng bằng. Việc đưa vùng nước lạnh bất thường vào các dự báo vận hành có thể thu hẹp khoảng cách này, giúp cộng đồng có đủ thời gian bảo vệ tính mạng và sinh kế.

Đồng thời, các nhà lãnh đạo phải xem AMOC suy yếu là một rủi ro toàn cầu đòi hỏi phải cắt giảm mạnh lượng khí thải nhà kính. Nước ngọt từ băng tan đổ vào Bắc Đại Tây Dương là hệ quả trực tiếp của tình trạng ấm lên do con người gây ra. Mỗi phần nhỏ của một độ đều quan trọng. Neil Fraser, nhà hải dương học vật lý tại Hiệp hội Khoa học Biển Scotland, thừa nhận rằng dù thời điểm chính xác xảy ra sụp đổ vẫn chưa chắc chắn, chỉ riêng nguy cơ cũng đủ đòi hỏi hành động khẩn cấp.

Ngay cả khi không sụp đổ, AMOC suy yếu cũng có thể gây ra những tác động khí hậu nghiêm trọng.

Thông điệp từ nhiều nhóm nghiên cứu nhất quán với nhau. Vùng nước lạnh bất thường không phải một trục trặc riêng lẻ. Nó là triệu chứng của một hệ thống hoàn lưu toàn cầu đang chịu áp lực, và dấu vết của nó giờ đây đã xuất hiện trên bầu trời Ấn Độ.

Những điều cần biết

• Gió mùa Ấn Độ đã dịch chuyển trong 25 năm qua, mang theo mưa lớn hơn ở Tây Bắc Ấn Độ, đồng thời làm tăng nguy cơ hạn hán ở đồng bằng sông Hằng.
• Một vùng nước lạnh bất thường ở phía nam Greenland, có liên quan đến sự chậm lại của Hoàn lưu Đảo chiều Kinh tuyến Đại Tây Dương, dường như là động lực chính gây ra sự dịch chuyển này.
• Khi được đưa vào các mô hình khí hậu, vùng nước lạnh bất thường làm thay đổi dòng tia và kích hoạt cơ chế điều tiết barotropic, chuyển hướng hơi ẩm về phía Tây Bắc Ấn Độ.
• AMOC đang ở mức yếu nhất trong ít nhất 1.000 năm, và một số nghiên cứu cảnh báo hệ thống có thể tiến gần đến điểm tới hạn trong vài thập niên tới.
• Muốn cải thiện dự báo gió mùa, các mô hình cần mô phỏng tốt hơn những mối liên kết đường dài giữa Bắc Đại Tây Dương và Nam Á.