Vào những tháng cuối năm 1997 và đầu năm 1998, hiện tượng El Nino đã gây nhiều nơi ở Úc, Indonesia bị khô hơn bình thường, hạn hán đã xảy ra và gây ra thiệt hại kinh tế nặng nề ở Úc, cũng như cháy rừng chưa từng có ở Indonesia. Ảnh hưởng của hiện tượng El Nino không chỉ giới hạn ở trong vùng Indonesia, Úc châu mà còn khắp nhiều nơi trên thế giới. Vì tầm quan trọng của hiện tượng này trên khí hậu trái đất, nhiều nước trên thế giới đã và đang đầu tư tài chánh và nhân lực rất nhiều để nghiên cứu, tìm hiểu nguyên do, hậu quả của El Nino và tiên đoán sự hình thành của hiện tượng này.

Hiện tượng El Nino, còn được gọi là Dao động phương Nam (Southern Oscillation) trong khí tượng học, xuất hiện từ khi có sự thành hình của các lục địa châu Á, châu Mỹ và biển Thái Bình Dương. Vì thế nó đã có từ lâu rồi. Tuy vậy hiện tượng El Nino chỉ được biết rõ và nghiên cứu bắt đầu từ cuối thập niên 1960. Người thổ dân Inca ở Nam Mỹ trong các thế kỷ trước đã áp dụng kiến thức về hiện tượng này và thích ứng vào sinh hoạt canh nông. Khi chòm sao Pleiades trong đêm vào tháng sáu trông rất rõ (kể cả các sao không sáng) thì vài tháng sau từ lúc ấy sẽ có nhiều mưa. Ngược lại khi chúng bị mờ, hạn hán thường xảy ra sau đó. Ngày nay ta biết rằng trong lúc có hiện tượng El Nino, mây rất cao loại cirrus thường có trên dãy núi Andes, do các mưa bão từ xa ở phía đông Thái bình dương mang đến. Chính những mây này làm mờ đi chòm sao Pleiades.

Hiện tượng El Nino bắt nguồn từ sự thay đổi nhiệt độ nước biển ở Nam Thái Bình Dương dọc theo đường xích đạo từ Indonesia đến Peru (Nam Mỹ). Bình thường thì gió mùa thổi từ Đông sang Tây với hệ quả là nhiệt độ nước biển gần Indonesia thường cao hơn ở bờ biển Nam Mỹ và giữa Thái Bình Dương khoảng 4⁰C. Mực nước biển ở Indonesia cũng cao hơn ở Peru khoảng 0.5 mét. Như ta biết, ở vùng nước biển nóng ấm gần Indonesia, nước bốc hơi lên tầng khí quyển và tuần hòa về phía Tây và Đông gây ra mưa bình thường ở Đông Nam Á và bắc Úc. Hiện tượng El Nino xảy ra khi vùng nước biển nóng ấm di chuyển xa khỏi Indonesia về phía Đông đến giữa Nam Thái Bình Dương và gần bờ biển Nam Mỹ.

Hậu quả là mưa xảy ra nhiều hơn ở giữa Nam Thái Bình Dương và Nam Mỹ nhưng mưa lại có rất ít có ở Đông Nam Á và bắc Úc. El Nino, tiếng Tây Ban Nha có nghĩa là “bé trai” là từ do các ngư phủ ở bờ biển Peru đặt tên cho hiện tượng này khi nước biển dọc Peru trở nên nóng ấm lạ thường lúc gần Giáng Sinh (“bé trai” là chúa Giê Su lúc sanh ra đời). Trong giai đoạn này, biển dọc Peru và Chile rất ít có cá và có nhiều mưa lũ xảy ra dọc Nam Mỹ. Hiện tượng El Nino thường kéo dài khoảng gần 1 năm, sau đó trở ngược lại tình trạng bình thường (được gọi là La Nina, “bé gái”). Chu kỳ tuần hoàn El Nino, La Nina lại tiếp tục tái diễn. Chu kỳ dao động này xảy ra với chu kỳ từ 2 đến 6 năm ở Nam Thái Bình Dương vì thế được các nhà khoa học gọi là “Dao động phương Nam” (Southern Oscillation). Hiện tượng dao động thời tiết này được gọi tắt là ENSO (El Nino Southern Oscillation).

Khi hiện tượng El Nino xảy ra, áp suất không khí ở Tahiti (giữa Nam Thái Bình Dương) thấp hơn ở Darwin (bắc Úc). Khi có La Nina, áp suất ở Tahiti lại cao hơn. Nhà khoa học Walker đầu thế kỷ 20 đã khám phá ra điều này khi nghiên cứu so sánh các dữ kiện khí tượng đo được ở hai nơi này trong nhiều năm qua các cơ quan khí tượng địa phương. Chỉ số dao động phương nam (Southern Oscillation Index, SOI) là sự khác biệt giữa áp suất không khí ở Tahiti và Darwịn Chỉ số SOI sẽ là âm khi có El Nino.

Hiện tượng El Nino lần cuối xảy ra là năm 1997/1998 với cường độ mạnh nhất (còn được gọi là ENSO của thế kỷ 20). Ở Đông Nam Á, nạn hạn hán xảy ra ở nhiều nơi, kể cả Việt Nạm Hệ quả trầm trọng nhất là ở Indonesia, gây ra nạn cháy rừng kéo dài cả tháng. Cũng trong năm 1997, ở thành phố Hồ Chí Minh nhiệt độ đạt kỷ lục cao nhất  đến 40⁰6 C. Ảnh hưởng khí hậu của hiện tượng El Nino không những ở vùng Đông Nam Á mà còn thay đổi khí tượng ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia dọc bờ Tây và Đông của Thái Bình Dương từ Úc, Nam Mỹ, bắc Mỹ đến Nhật Bản, Trung Quốc. Trong khi ở Đông Nam Á và Úc có hạn hán thì ở Nam Mỹ mưa lũ, lụt lội xảy ra trên mức bình thường.

Theo bản tường trình của Nha Khí tượng, Thủy văn và Trung tâm nghiên cứu Môi trường, Giáo dục và Phát triển ở Việt Nam cho thấy là hiện tượng El Nino vào năm 1997/1998 đã gây hạn hán và thiếu nước trầm trọng ở nhiều nơi. Đồng bằng sông Cửu Long bị nước mặn lấn vào từ biển. Mực nước ở các đập thủy điện Hoà Bình, Trị An, Thác Bà đã xuống đến mức báo động. Ước tính thiệt hại kinh tế(kể cả nông nghiệp) là vào khoảng 5000 tỉ đồng Việt Nam. Ngoài ra trong những năm El Nino, mặc dầu giông bão ít xảy ra, nhưng nếu có thì cường độ sẽ mạnh hơn. Thí dụ như trong năm El Nino 1997/1998, ở miền nam Việt nam, cơn bão lớn Linda đã xảy ra nhanh chóng và bất ngờ gây những thiệt hại nặng nề về nhân mạng và kinh tế. Sản xuất nông nghiệp đã có bị ảnh hưởng nhưng không hại bằng các thiệt hại kinh tế khác.

Bản tường trình của Nha Khí tượng, nằm trong chương trình nghiên cứu hợp tác với các nước do Liên Hiệp Quốc tổ chức (3), cũng đã đề nghị là các cơ quan ở Việt Nam như Bộ Nông nghiệp, Bộ Khoa học và Môi trường, Bộ Kế hoạch, các công ty cung cấp điện nước có liên hệ trực tiếp về hệ quả của hiện tượng El Nino nên đầu tư vào nhân lực, tài nguyên, cũng như tăng cường sự hiểu biết và thông tin về El Nino để có thể dự kiến, quản lý, đáp ứng có hiệu quả hơn trong giai đoạn có El Nino. 

Vì hiện tượng El Nino là hiện tượng thiên nhiên có chu kỳ (như hiện tượng mùa mỗi năm), chúng ta không thể nào ngăn chặn El Nino tái phát. Tuy nhiên chúng ta có thể nghiên cứu để hiểu biết các nguyên tố, tác năng tạo thành El Nino và từ đó tiên đoán khi nào El Nino trở lại và sửa soạn phòng ngừa hay giảm bớt những hậu quả nghiêm trọng của nó. Giai đoạn El Nino năm 1997/1998, ước lượng thiệt hại do ô nhiểm bụi cháy rừng là 9 tỉ đô la Mỹ từ thiệt hại nông nghiệp, y tế, du lịch, vận chuyển giao thông và những hoạt động kinh tế khác. Với kinh nghiệm trên, trong chương trình dự kiến phòng ngừa El Nino, tổ chức ASEAN đã thành lập một Trung tâm chuyên ngành về khí tượng đặt ở Singapore để liên lạc và điều hành với các bộ phận, cơ quan ở các nước Indonesia, Mã Lai, Brunei trong sự thi hành lệnh cấm đốt lửa trong các tháng 6 đến tháng 9 trong năm El Nino. Tổ chức ASEAN cũng đã thành lập các đội Liên quốc gia chống cháy rừng.

Ở Việt Nam, dự án phòng ngừa và chương trình quản lý khẩn cấp là do Nha Khí tượng và Thuỷ văn điều hành với sự hợp tác của các chính quyền địa phương. Đã có những hội thảo được tổ chức để rút ra các kinh nghiệm từ El Nino 1997/1998.

Hình 1. Các vùng bị ảnh hưởng trực tiếp của hiện tượng El Nino

Sự hiểu biết khoa học về El Nino

Nhà toán học về khí tượng Gilbert Walker	Nhà khí tượng học Jacob Bjerknes

Nghiên cứu về El Nino lúc đầu không phát xuất từ hiện tượng này xảy ra ở Nam Mỹ mà tập trung ở Ấn độ chú trọng vào sự thay đổi không khí qua gió, áp suất khí quyển, nhiệt độ không khí gây ra sự chậm trễ bất thường của gió mùa và mưa nhiệt đới ở vùng Ấn độ dương. Sau này chúng ta mới biết là hai hiện tượng này đều có liên quan với  nhau và liên hệ chặc chẻ qua sự chuyển động và thay đổi nhiệt độ nước biển ở Nam Thái Bình Dương. Năm 1887, gió mùa mang theo mưa nhiệt đới đã đến trễ hay không đến được một số vùng ở Nam Á, gây ra nạn đói lớn trầm trọng.

Vì tầm quan trọng của gió mùa và mưa ở Ấn Độ, nghiên cứu về khí tượng của chúng đã được đặt lên hàng đầu. Nhà toán học Gilbert Walker, xuất thân từ Cambridge, đến Ấn Độ năm 1904 nhậm chức ở Cơ quan khí tượng (1). Ông bắt tay nghiên cứu về khí tượng gió mùa dùng toán học trên cơ sở các dữ kiện khí tương. Trong các năm của thập niên 1920 và 1930, dùng các dữ kiện từ các trạm khí tượng đo được trong 40 năm dài, ông Walker đã phát hiện ra một sự dao động tuần hoàn, mà ông gọi là dao động phương nam (Southern Oscillation).

Ông đã đặt ra một chỉ số gọi là chỉ số dao động phương nam để biểu hiện hiện tượng này. Chỉ số này dựa vào một hệ thống phương trình khá phức tạp dùng dữ kiện từ các trạm không những ở Thái bình dương và Ấn độ dương mà còn ở các nơi khác như Phi châu và Nam Mỹ. Ông cho rằng dùng chỉ số này, ta có thể tiên đoán được hiện tượng thời tiết về lâu dài. Ông phát triển và dùng phương pháp toán học, gọi là tự tương quan (autocorrelation), cho thấy một hệ thống tự nó có thể có một chuyển động tuần hoàn. Phương trình Yule-Walker trong toán học hiện nay bắt nguồn từ công trình nghiên cứu khí tượng gió mùa này của ông Walker. Sau này phương trình của chỉ số dao động phương nam đã được đơn giản hoá bởi Willet và Bodurtha vào năm 1952 chỉ dùng  áp suất khí quyển ở hai nơi, Darwin (bắc Úc) và đảo Tahiti.

Trong các thập niên 1950 đến 1960, các nhà khoa học đã ra sức tìm hiểu vì đâu gây ra sự tuần hoàn của dao động được thể hiện bởi chỉ số trên. Sự liên hệ giữa đại dương và khí quyển là một mấu chốt quan trọng qua nhiệt độ nước biển và áp suất khí quyển ở các nơi khác nhau gây ra sự chuyển động của gió mùa.

J. Bjerknes, nhà khí tượng học nổi tiếng trong các thập niên từ 1950 đến 1980, cuối cùng đã thành công giải thích và phát họa được một hình ảnh tổng thể gắn liền hiện tượng  nước biển ấm lúc có El Nino ở Đông Thái bình dương với sự thay đổi áp suất, sự yếu đi của gió mùa, và vũ lượng tăng cao ở Nam Mỹ khi chỉ số dao động phương Nam xuống thấp. Khám phá của Bjerknes là một đột phá lớn trong khoa học khí tượng. Dùng những dữ kiện thâu thập được trong năm địa chất quốc tế (International Geophysical Year, IGY), ông nhận ra rằng nhiệt độ nước biển rất ấm ở đông Thái bình dương trong thời kỳ El Nino 1957/1958 trùng hợp với giai đoạn âm rất lớn của chỉ số dao động phương nam. Hai hiện tượng này thật ra có liên hệ rất mật thiết và từ đó được cộng đồng khoa học gọi là ENSO (El Nino Southern Oscillation). Ông Bjerknes đã đưa ra sự liên hệ giữa đại dương và khí quyển qua sự lưu thông trực tiếp, mà ông gọi là sự lưu thông Walker (Walker Circulation). Ông để ý rằng lúc La Nina (lúc nước biển Nam Mỹ còn lạnh), không khí trên mặt nước biển lạnh ở đông Thái bình dương chuyển động về phía tây đến vùng biển ấm ở tây Thái bình dương. Ở đấy không khí sẽ được hâm nóng và bị ẩm cao trên mặt nước biển ấm. Vì thế không khí sẽ bốc lên cao gây ra mưa và chuyển dộng trở lại phía đông ở độ cao. Sự lưu thông tuần hoàn này cũng gây ra nước lạnh từ đáy sâu trồi lên ở đông Thái bình dương và làm nước biển lạnh thêm và tiếp tục gây ra sự chuyển động của không khí và sự bắt đầu của chu kỳ lưu thông Walker.

Khác với các đại dương khác, Thái Bình Dương có một chiều ngang rất dài ở dọc xích đạo (dài gấp 2 lần chiều ngang Đại Tây Dương), vì thế có thể mang đến một chuyển động cơ học tuần hoàn qua sóng ngầm gây ra bởi gió mùa hay các cơn gió mạnh đôi khi xảy ra trong thời gian dài khoảng 1 tháng ở các vùng dọc xích đạo trên Thái Bình Dương. Gió mùa thổi dọc đường xích đạo từ hướng đông đến hướng tây. Vì thế ở Thái Bình Dương, mực nước biển ở hướng tây cao hơn ở phía đông.

Khi gió hay gió mùa chấm dứt, sóng ngầm vẫn tiếp tục chuyển động và thường phải mất 3 tháng để di chuyển qua hết chiều dài rộng lớn của Thái Bình Dương. Khi sóng ngầm từ xa đến một vùng địa phương, nhiệt độ nước biển vùng đó sẽ thay đổi làm môi sinh và thời tiết nơi đó cũng phải thay đổi. Nhà hải dương học Klaus Wyertki ở Đại học Hawai trong các năm 1970s đã khám phá ra sự liên hệ giữa hiện tượng ENSO và sư chuyển động của dòng nước biển ở Thái bình dương. Khi sóng đến và phản hồi giữa hai điểm, ta sẽ có sự thiết lập của một chu kỳ. Chu kỳ này là El Nino và La Nina. Sóng ngầm rất dài này trong khoa học được gọi là sóng Kevin và sóng Rossby. Sóng Kevin rất dài (khoảng 1000 km bề dài) chuyển động qua đông mang nước ấm từ vùng nhiệt đới ở tây Thái bình dương. Khi sóng Kevin đến Nam Mỹ, chúng phản hồi lại và thành sóng Rossby. Sóng Rossby chuyển động trở lại phía tây và cuối cùng sẽ làm chấm dứt hiện tượng El Nino.

Lượng nước biển ấm ở Thái Bình Dương rất khổng lồ, nên khi vị trí của lượng nước biển ấm thay đổi, thì thời tiết chung quanh vùng Thái Bình Dương sẽ thay đổi và có ảnh hưởng khắp thế giới. Thường thì dòng nước lạnh Humbold chảy từ Nam cực lên dọc theo bờ biển Nam Mỹ và lên gần đường xích đao. Vì thế nước lạnh từ đáy sâu trổi lên mang theo nhiều sinh liệu và làm phong phú sinh sôi các loài sinh vật như cá ở tầng nước ấm phía trên. Vì nước lạnh ở dưới trộn với nước ấm ở trên, nên nhiệt độ nước biển ở Đông Thái Bình Dương thường thì lạnh hơn khoảng 2 hay 3 độ celsius so với ở Tây Thái Bình Dương. Tuy nhiên khi hiện tượng El Nino xảy ra, thì ngược lại nước biển ở Nam Mỹ sẽ nóng ấm hơn qua sự di chuyển của khối nước ấm khổng lồ từ Tây Thái Bình Dương và từ xích đạo xuống phía Nam dọc Nam Mỹ.

Tiên đoán hiện tượng El Nino và dao động phương nam

Trong thập niên 1920s, khi ông Walker để ý rằng chỉ số dao động phương nam lúc cực âm cũng là lúc mà hạn hán thường xảy ra ở Australia, Indonesia, Ấn độ và một phần ở Phi châu. Ông cũng cho rằng nó cũng liên hệ đến mùa đông không lạnh lắm ở tây Canada. Ông đã bị đồng nghiệp chỉ trích về sự tiên đoán qua một liên hệ quá xa này. Hơn nửa thế kỷ sau này, chúng ta mới biết là ông thật sự đúng.

Khoa học ngày nay với các mô hình về sư tác động giữa khí quyển và đại dương với đất liền, cộng với sự phát triển của máy tính và dữ kiện lấy được từ các trạm khí tượng, tàu bè hay máy bay, đã cho phép con người có thể tiên đoán dấu hiệu báo trước sự hình thành của El Nino trong vòng 9 đến 12 tháng trước đó (2).

Trong đầu năm 2002, theo dự đoán của các cơ quan chính phủ như National Ocean and Atmosphere Administration, NOAA (cơ quan Quản lý Đại dương và khí quyển quốc gia ở Mỹ và các viện nghiên cứu như Universities Consortium of Atmospheric Research, UCAR (Tổ hợp các đại học nghiên cứu khí quyển) hay các tổ chức phi chính phủ như Center of Ocean, Land and Atmosphere, COLA (Trung tâm nghiên cứu Đại dương, lục địa và khí quyển) thì khoảng giữa năm 2002 đến đầu năm 2003, hiện tượng El Nino sẽ trở lại.

Theo tiên đoán vào tháng 3/2002, thì đã có dấu hiệu hiện tượng El Nino xuất hiện ở thời kỳ đầu qua các mô hình tiên đóan, nhiệt độ nước biển đo được ở Nam Thái bình dương gần bờ biển Nam Mỹ đã tăng lên trên mức bình thường, và quan trọng hơn nữa là chỉ số dao động Nam Thái Bình Dương (SOI) trong tháng 3/2002 đã đột ngột xuống mức âm dưới zero.Tiên đoán là chỉ số SOI đa số sẽ ở mức âm cho đến cuối năm hoặc đầu năm 2003 khi hiện tượng El Nino mạnh nhất và sau đó sẽ chấm dứt.  Nhưng cường độ thì không tiên đoán được. Kết quả là hiện tượng El Nino 2002/2003 đã xảy ra có cường độ rất nhẹ so với các hiện tượng trước kia.

Hiện nay đã có những bước tiến lớn trong ngành tiên đoán khí tượng, đặc biệt với hiện tượng ENSO, qua các dữ kiện thu thập ở nhiều nơi và bằng nhiều phương pháp khác nhau và các mô hình rất chi tiết và đầy đủ giữa sự liên hệ đại dương và khí quyển chạy trên những siêu máy tính (supercomputer). Những tiên đoán này đã và sẽ giúp con người phù hợp và thích ứng trong các hoạt động kinh tế với sự thay đổi thời tiết qua chu kỳ El Nino dao động phương nam (ENSO) và giảm đi hệ quả tác hại của hiện tượng này vào đời sống con người (2).

Tham khảo

(1)   R. Katz, Sir Gilbert Walker and a connection between El Nino and statistics, Statistical Science, 2002, Vol 17, no 1, 97-112

(2)   R. Kerr, Signs of success in forecasting El Nino, Science, 26 July 2002, Vol 297, 497-498

(3)   UN report, Oct 2002, Reducing the Impact of Environmental Emergencies Through Early Warning and Preparedness – The Case of El Niño-Southern Oscillation (ENSO), Vietnam Country Case Studỵ http://www.esịg.ucar.edu

(4)   K. Trentberth, D. Stepaniak, Indices of El Nino evolution, Journal of Climate, Vol 14, 15 April 2001, 1697-1701.