Vì sao phải tiến hành "thí nghiệm thời tiết toàn cầu"?

Dự báo thiên tai như gió lốc, mưa bão, tuyết rơi, gió rồng cuốn (vòi rồng), mưa đá, hạn hán và lũ lụt để đề phòng là nhiệm vụ đầu tiên quan trọng nhất của khoa học khí tượng. Muốn dự báo biến đổi thời tiết chính xác thì phải có thông tin đo đạc trên phạm vi rộng, thậm chí cả toàn cầu. Ví dụ thường ngày chúng ta đưa tin dự báo thời tiết, tức là căn cứ những kết quả đo đạc được về áp suất không khí, nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, tốc độ gió, v.v. qua phân tích, phán đoán để rút ra kết quả.

Nhưng mãi cho đến nay, độ chính xác và tính kịp thời của dự báo thời tiết đều chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế của các nước trên thế giới. Về mặt này một mặt vì bản thân sự vận động của bầu khí quyển vô cùng phức tạp, dự báo rất khó, mặt khác cũng vì các kết quả đo được còn bị hạn chế, đặc biệt là các tư liệu đo được ở các vùng cực và vùng biển mênh mông trên Nam bán cầu vô cùng ít. Con người từ trong các tài liệu khí tượng thưa thớt đó rất khó quy nạp đầy đủ quy luật biến đổi chi tiết của khí quyển.

Để thu được tư liệu đo đạc toàn cầu, cải thiện tình trạng tư liệu không đầy đủ này, Tổ chức Khí tượng thế giới đã vạch ra một quy hoạch hợp tác quốc tế trên quy mô lớn, trong đó quy hoạch lớn nhất gọi là "Kế hoạch nghiên cứu khí tượng toàn cầu". "Thí nghiệm khí quyển toàn cầu" là kế hoạch đo đạc tổng hợp đầu tiên có tính toàn cầu của hạng mục kế hoạch này. Mục đích của nó là tập trung trong một thời gian đo tổng hợp, toàn diện khí quyển toàn cầu.

Trái Đất khổng lồ, tầng khí quyển mênh mông. Ta muốn trong cùng một thời gian biết rõ bộ mặt của nó là điều không dễ. Vậy "Thí nghiệm thời tiết toàn cầu" sẽ được tiến hành như thế nào?

Muốn biết được toàn bộ bộ mặt của khí quyển, trước hết phải ra bên ngoài bầu khí quyển để đo đạc. Do đó cuộc "Thí nghiệm thời tiết toàn cầu" ngoài dựa vào những trạm đo đạc trên mặt đất còn phải sử dụng đến một số biện pháp đo đạc đặc biệt, trong đó quan trọng nhất là vệ tinh khí tượng.

Trong thời gian thí nghiệm phải sử dụng hai loại vệ tinh đo đạc. Một loại gọi là vệ tinh địa tĩnh, gồm năm vệ tinh phân bố trên những khoảng cách đều nhau nằm phía trên đường xích đạo cách mặt đất 36.000 km. Loại vệ tinh này bay quanh Trái Đất một vòng mất 24 giờ, giống như chu kỳ tự quay của Trái Đất. Từ Trái Đất nhìn lên giống như chúng cố định trên không cho nên gọi là vệ tinh địa tĩnh. Phạm vi đo đạc của mỗi vệ tinh theo chiều đông-tây mỗi chiều 50 kinh độ, nam-bắc mỗi chiều 50 vĩ độ. Do đó năm vệ tinh này phân bố trên không gian xích đạo đã có thể đo đạc toàn bộ một vùng rộng lớn 50 vĩ độ ở hai bên đường xích đạo.

Một loại vệ tinh khác gọi là vệ tinh quỹ đạo cực, gồm có hai nhóm, độ cao lần lượt là 830 km và 1.000 km. Vì quỹ đạo của nó quay quanh Trái Đất đi qua trên không của hai cực Trái Đất nên gọi là vệ tinh quỹ đạo cực.

Hai loại vệ tinh này không những đo ban ngày mà cả ban đêm, có thể dùng bức xạ hồng ngoại để đo các hạng mục chủ yếu và chụp ảnh mây và từ đó tính toán ra gió trên tầng cao, quan sát lượng mây toàn cầu, sự phân bố băng tuyết, đồng thời gián tiếp đo bầu khí quyển phân bố thay đổi theo chiều cao.

Ở vùng nhiệt đới còn đặt hơn 300 quả khí cầu ở độ cao nhất định để đo đạc. Đó là loại khí cầu luôn bay ở độ cao cố định 14 km, khinh khí cầu mang các máy quan trắc. Trên vùng biển rộng lớn ở Nam bán cầu đặt 300 phao nổi dùng để đo đạc nhiệt độ và áp suất không khí mặt biển. Ngoài ra còn có 50 tàu biển chuyên dụng, hàng trăm máy bay trang bị máy móc đặc biệt để tham gia quan trắc. Thêm nữa còn có hàng nghìn chuyến bay và một lượng lớn tàu buôn trên biển tham gia quan trắc bổ sung. Phần lớn tài liệu được vệ tinh thu nhận, sau đó truyền về trạm thu mặt đất.

Qua đó có thể thấy "Hệ thống quan trắc thí nghiệm toàn cầu" được thiết kế chặt chẽ biết bao. Bên trên có vệ tinh quan sát xuống, ở giữa có khí cầu, máy bay qua lại tuần sát, ở dưới có thuyền biển, phao nổi phân bố đồng đều trên một khu vực biển rộng lớn, tầng nào cũng được bố trí chặt chẽ, mỗi chỗ như vậy chúng ta có thể biết rõ từng sự biến đổi nhỏ nhất của khí tượng toàn cầu.

Trong thời gian thí nghiệm toàn cầu, khối lượng tài liệu hằng ngày thu được vô cùng đồ sộ, cần phải dùng máy tính để xử lý. Trong đó phần lớn tư liệu có thể cung cấp cho bộ phận nghiệp vụ dự báo thời tiết hằng ngày dùng. Toàn bộ tư liệu quan trắc được cuối cùng tập trung vào hai Trung tâm bảo tồn trên thế giới, đó là Archeweir của Mỹ và Matxcơva của Nga để cung cấp cho công tác nghiên cứu sau này.

Có hơn 140 nước trên thế giới tham gia "Thí nghiệm thời tiết toàn cầu", kéo dài trong một năm. Các nhà khoa học khí tượng Trung Quốc đã tham gia hoạt động này bằng cách phái hai tàu biển tham gia quan trắc ở vùng xích đạo nhiệt đới.

Lần nghiên cứu thí nghiệm này sẽ nâng cao đáng kể chất lượng và hiệu quả của dự báo thời tiết, đồng thời còn giúp ta nhận thức sâu thêm về nguyên nhân vật lý của sự biến đổi khí hậu.