Khoa học về Bão: Hiểu về Sự phát triển và Cường độ

Bão (hurricane), còn được gọi là bão Tây Thái Bình Dương (typhoon) và xoáy thuận (cyclone) (ở Nam Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương), là một trong những hiện tượng thời tiết mạnh mẽ và có sức tàn phá lớn nhất trên Trái Đất. Việc hiểu rõ sự hình thành, quá trình tăng cường độ và hoạt động của chúng là rất quan trọng để có thể dự báo hiệu quả, chuẩn bị phòng chống thiên tai và giảm thiểu tác động của những cơn bão tàn khốc này. Hướng dẫn toàn diện này khám phá khoa học đằng sau các cơn bão, cung cấp một góc nhìn toàn cầu về sự phát triển và cường độ của chúng.

Bão là gì?

Bão là một loại xoáy thuận nhiệt đới, đặc trưng bởi một trung tâm áp thấp (mắt bão) và nhiều cơn dông tạo ra gió mạnh và mưa lớn. Xoáy thuận nhiệt đới hình thành trên các vùng nước biển ấm gần xích đạo. Để được phân loại là bão (ở Đại Tây Dương và Đông Bắc Thái Bình Dương), một xoáy thuận nhiệt đới phải có sức gió duy trì tối đa ít nhất là 74 dặm một giờ (119 km một giờ).

Quy ước đặt tên

Các xoáy thuận nhiệt đới được đặt tên để giúp nhận dạng và liên lạc. Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) duy trì danh sách tên cho mỗi khu vực có xoáy thuận nhiệt đới. Các tên này thường được chọn theo thứ tự bảng chữ cái và xen kẽ giữa tên nam và tên nữ. Khi một cơn bão gây chết người hoặc thiệt hại đặc biệt nghiêm trọng, tên của nó thường được loại bỏ và thay thế để tránh gây ra sự đau buồn.

Sự hình thành của bão: Công thức cho một thảm họa

Cần có một số yếu tố chính để một cơn bão hình thành:

Nước biển ấm: Bão cần nước biển ấm (thường ít nhất là 26.5°C hoặc 80°F) để cung cấp nhiệt và độ ẩm cần thiết. Lượng nước ấm này bốc hơi, bay lên cao trong khí quyển và tiếp năng lượng cho cơn bão.
Sự bất ổn của khí quyển: Khí quyển phải ở trạng thái không ổn định, nghĩa là không khí ấm, ẩm gần bề mặt có thể bốc lên nhanh chóng. Luồng không khí bốc lên này nguội đi và ngưng tụ, giải phóng ẩn nhiệt, điều này càng tiếp thêm năng lượng cho cơn bão.
Không khí ẩm ở tầng đối lưu dưới và giữa: Không khí khô có thể cản trở sự phát triển của bão. Một môi trường ẩm ướt cho phép quá trình ngưng tụ và hình thành mây tiếp diễn.
Đứt gió theo chiều dọc thấp: Đứt gió là sự thay đổi tốc độ hoặc hướng gió theo độ cao. Đứt gió mạnh có thể làm gián đoạn cơn bão đang phát triển, xé tan nó. Đứt gió thấp cho phép cơn bão tổ chức và mạnh lên.
Hiệu ứng Coriolis: Hiệu ứng Coriolis, gây ra bởi sự tự quay của Trái Đất, làm lệch hướng không khí di chuyển sang phải ở Bắc bán cầu và sang trái ở Nam bán cầu. Sự lệch hướng này làm cho cơn bão xoay tròn. Hiệu ứng Coriolis yếu ở gần xích đạo, vì vậy bão hiếm khi hình thành trong phạm vi 5 độ vĩ tính từ xích đạo.
Nhiễu động có sẵn: Thường cần có một nhiễu động thời tiết tồn tại từ trước, chẳng hạn như sóng nhiệt đới hoặc một cụm dông, để khởi đầu cho sự hình thành bão.

Các giai đoạn phát triển

Một xoáy thuận nhiệt đới trải qua nhiều giai đoạn phát triển:

Nhiễu động nhiệt đới: Một cụm dông với sự xoáy yếu.
Áp thấp nhiệt đới: Một nhiễu động nhiệt đới với hoàn lưu khép kín và sức gió duy trì tối đa từ 38 dặm/giờ (61 km/h) trở xuống.
Bão nhiệt đới: Một áp thấp nhiệt đới với sức gió duy trì tối đa từ 39-73 dặm/giờ (63-117 km/h). Ở giai đoạn này, cơn bão được đặt tên.
Bão (hoặc Bão Tây Thái Bình Dương/Xoáy thuận): Một cơn bão nhiệt đới với sức gió duy trì tối đa từ 74 dặm/giờ (119 km/h) trở lên.

Sự tăng cường độ của bão: Từ bão nhiệt đới đến sức mạnh thảm khốc

Khi một xoáy thuận nhiệt đới đạt đến cấp độ bão nhiệt đới, một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến việc nó mạnh lên thành bão:

Nhiệt độ bề mặt biển (SST): Nhiệt độ bề mặt biển cao hơn cung cấp nhiều năng lượng hơn cho cơn bão, dẫn đến tăng cường bốc hơi và đối lưu.
Hàm lượng nhiệt đại dương (OHC): OHC là một thước đo lượng nhiệt được lưu trữ ở các lớp trên của đại dương. Bão có thể hút năng lượng từ OHC, ngay cả khi SST thấp hơn một chút.
Đứt gió theo chiều dọc thấp: Như đã đề cập trước đó, đứt gió thấp là yếu tố quan trọng để cơn bão có thể tổ chức và mạnh lên.
Dòng khí thổi ra ở trên cao: Một dòng khí thổi ra mạnh ở đỉnh cơn bão giúp thông gió cho hệ thống và loại bỏ không khí ấm, ẩm, cho phép bão tiếp tục mạnh lên.
Chu kỳ thay thế mắt bão (ERC): Một số cơn bão cường độ mạnh trải qua chu kỳ thay thế mắt bão, trong đó một thành mắt bão mới hình thành bên ngoài thành mắt bão ban đầu. Thành mắt bão ban đầu sau đó tan đi, và thành mắt bão mới co lại, dẫn đến sự suy yếu tạm thời của cơn bão sau đó là quá trình mạnh lên trở lại.

Thang gió bão Saffir-Simpson

Thang gió bão Saffir-Simpson là một thang đánh giá từ 1 đến 5 dựa trên tốc độ gió duy trì của một cơn bão. Thang đo này ước tính thiệt hại tài sản tiềm tàng. Các cơn bão đạt Cấp 3 trở lên được coi là bão lớn.

Cấp 1: 74-95 mph (119-153 km/h) - Thiệt hại tối thiểu
Cấp 2: 96-110 mph (154-177 km/h) - Thiệt hại vừa phải
Cấp 3: 111-129 mph (178-208 km/h) - Thiệt hại trên diện rộng
Cấp 4: 130-156 mph (209-251 km/h) - Thiệt hại cực lớn
Cấp 5: 157 mph (252 km/h) trở lên - Thiệt hại thảm khốc

Điều quan trọng cần lưu ý là thang Saffir-Simpson chỉ xem xét tốc độ gió. Các yếu tố khác, chẳng hạn như nước dâng do bão, lượng mưa và kích thước, cũng có thể góp phần vào tổng thiệt hại do bão gây ra.

Cấu trúc của bão: Nhìn vào bên trong 'Quái vật'

Bão có một cấu trúc riêng biệt:

Mắt bão: Mắt bão là trung tâm lặng gió, quang đãng của cơn bão. Đây là khu vực có áp suất tương đối thấp và gió nhẹ. Mắt bão thường có đường kính từ 20 đến 65 km (12 đến 40 dặm).
Thành mắt bão: Thành mắt bão là vòng dông dữ dội bao quanh mắt bão. Đây là khu vực có gió mạnh nhất và mưa lớn nhất của cơn bão.
Dải mưa: Dải mưa là các dải dông xoắn ốc kéo dài ra ngoài từ thành mắt bão. Các dải mưa này có thể gây ra mưa lớn và gió giật mạnh.

Dự báo bão: Dự đoán quỹ đạo và cường độ trong tương lai

Dự báo quỹ đạo và cường độ bão là một quá trình phức tạp dựa trên nhiều công cụ và kỹ thuật khác nhau:

Vệ tinh thời tiết: Vệ tinh cung cấp thông tin quý giá về vị trí, kích thước và cường độ của bão.
Trinh sát bằng máy bay: Các máy bay được trang bị đặc biệt, thường được gọi là 'những người săn bão,' bay vào trong các cơn bão để thu thập dữ liệu về tốc độ gió, áp suất, nhiệt độ và độ ẩm.
Phao và tàu thời tiết: Phao và tàu cung cấp dữ liệu về nhiệt độ bề mặt biển, tốc độ gió và độ cao sóng.
Mô hình thời tiết: Các mô hình máy tính được sử dụng để mô phỏng hoạt động của khí quyển và dự đoán quỹ đạo cũng như cường độ của bão trong tương lai. Các mô hình này sử dụng các phương trình toán học phức tạp và đòi hỏi sức mạnh tính toán đáng kể.

Những thách thức trong dự báo

Mặc dù có những tiến bộ trong công nghệ dự báo, việc dự đoán quỹ đạo và cường độ bão vẫn là một thách thức. Các yếu tố như:

Tương tác phức tạp: Bão là những hệ thống phức tạp tương tác với khí quyển và đại dương xung quanh theo những cách phức tạp.
Hạn chế về dữ liệu: Dữ liệu từ bên trong cơn bão còn hạn chế, gây khó khăn cho việc thể hiện chính xác các điều kiện ban đầu của cơn bão trong các mô hình thời tiết.
Hạn chế của mô hình: Các mô hình thời tiết không hoàn hảo và có thể có sai sót trong các mô phỏng của chúng.

Do những thách thức này, các dự báo bão luôn có sự không chắc chắn. Các nhà dự báo cung cấp một loạt các quỹ đạo và cường độ có thể xảy ra để phản ánh sự không chắc chắn này.

Tác động của Biến đổi Khí hậu đối với Bão

Biến đổi khí hậu được dự đoán sẽ có tác động đáng kể đến các cơn bão. Mặc dù tổng số cơn bão có thể không tăng, nhưng cường độ của những cơn bão mạnh nhất được cho là sẽ tăng lên. Biến đổi khí hậu cũng có thể khiến bão di chuyển chậm hơn và gây ra nhiều mưa hơn.

Các tác động tiềm tàng

Cường độ gia tăng: Nước biển ấm hơn cung cấp nhiều năng lượng hơn cho bão, dẫn đến cường độ gia tăng.
Mực nước biển dâng: Mực nước biển dâng làm trầm trọng thêm tình trạng nước dâng do bão, làm tăng nguy cơ ngập lụt ven biển.
Di chuyển chậm hơn: Một số nghiên cứu cho thấy rằng các cơn bão đang di chuyển chậm hơn, dẫn đến lượng mưa và lũ lụt gia tăng.
Thay đổi về quỹ đạo bão: Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi quỹ đạo của bão, có khả năng khiến các khu vực mới đối mặt với nguy cơ từ bão.

Cộng đồng khoa học đang tích cực nghiên cứu mối liên hệ giữa biến đổi khí hậu và bão để hiểu rõ hơn về những tác động tiềm tàng này.

Ví dụ về các cơn bão tàn phá trên khắp thế giới

Bão đã gây ra sự tàn phá khủng khiếp trên khắp thế giới. Dưới đây là một vài ví dụ:

Bão Katrina (2005, Hoa Kỳ): Một trong những cơn bão gây thiệt hại nặng nề nhất trong lịch sử Hoa Kỳ, gây ra thiệt hại trên diện rộng cho New Orleans và Bờ Vịnh.
Bão Haiyan (2013, Philippines): Một siêu bão đã tàn phá Philippines, gây ra sự phá hủy trên diện rộng và nhiều thương vong.
Bão Maria (2017, Puerto Rico): Một cơn bão thảm khốc đã gây ra thiệt hại trên diện rộng cho Puerto Rico, làm tê liệt cơ sở hạ tầng của hòn đảo.
Xoáy thuận Idai (2019, Mozambique, Zimbabwe, Malawi): Một xoáy thuận tàn phá đã gây ra lũ lụt và di dời trên diện rộng ở Mozambique, Zimbabwe và Malawi.
Xoáy thuận Nargis (2008, Myanmar): Gây ra sự phá hủy thảm khốc và số người thiệt mạng cao ở Myanmar

Đây chỉ là một vài ví dụ về tác động tàn khốc mà bão có thể gây ra. Hiểu biết về khoa học bão là rất quan trọng để bảo vệ cộng đồng và giảm thiểu các rủi ro liên quan đến những cơn bão mạnh mẽ này.

Phòng chống thiên tai: Bảo vệ bản thân và cộng đồng của bạn

Chuẩn bị sẵn sàng cho một cơn bão là điều cần thiết để bảo vệ bản thân, gia đình và cộng đồng của bạn. Dưới đây là một số bước bạn có thể thực hiện:

Biết rõ rủi ro của bạn: Tìm hiểu xem bạn có sống trong khu vực dễ bị ảnh hưởng bởi bão hay không.
Xây dựng kế hoạch: Tạo một kế hoạch phòng chống bão bao gồm các tuyến đường sơ tán, vật tư khẩn cấp và chiến lược liên lạc.
Chuẩn bị vật tư: Chuẩn bị một bộ dụng cụ phòng chống bão bao gồm thực phẩm, nước uống, thuốc men, bộ sơ cứu và đèn pin.
Cập nhật thông tin: Theo dõi các dự báo và cảnh báo thời tiết từ các nguồn chính thức, chẳng hạn như Trung tâm Bão quốc gia (NHC) và các cơ quan quản lý khẩn cấp địa phương.
Tuân thủ lệnh sơ tán: Nếu có lệnh sơ tán được ban hành, hãy sơ tán ngay lập tức.

Bằng cách thực hiện các bước này, bạn có thể tăng đáng kể cơ hội giữ an toàn trong một cơn bão.

Kết luận: Hiểu và Tôn trọng Sức mạnh của Bão

Bão là những hệ thống thời tiết mạnh mẽ và phức tạp có thể gây ra những tác động tàn khốc. Bằng cách hiểu rõ khoa học đằng sau sự hình thành, tăng cường độ và hoạt động của bão, chúng ta có thể cải thiện khả năng dự báo những cơn bão này, chuẩn bị cho các tác động của chúng và bảo vệ cộng đồng của chúng ta. Khi biến đổi khí hậu tiếp tục ảnh hưởng đến các hình thái thời tiết, việc đầu tư vào nghiên cứu bão và phòng chống thiên tai để giảm thiểu rủi ro liên quan đến những thế lực ghê gớm này của tự nhiên càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Từ vùng nước ấm của Đại Tây Dương đến vùng biển Thái Bình Dương rộng lớn, cộng đồng toàn cầu phải hợp tác để hiểu và tôn trọng sức mạnh của các cơn bão.