Sự kiện băng tuyết tại Texas có phải do xoáy cực?

Vào đầu tháng 2/2021, một trận bão tuyết lớn đã đổ bộ vào vùng đông bắc Hoa Kỳ, với một số khu vực có tuyết dày hơn nửa mét. Chỉ vài tuần trước đó, Tây Ban Nha đã trải qua một trận bão tuyết lịch sử chết chóc và nhiệt độ xuống thấp đến mức nguy hiểm. Miền bắc Siberia không còn xa lạ với cái lạnh, nhưng vào giữa tháng 1/2021, một số thành phố ở Siberia báo cáo nhiệt độ xuống dưới -70 độ F (-56 độ C). Tiêu đề các bài báo cho rằng xoáy cực (polar vortex) đã đến, như thể nó là một loại lốc xoáy băng nào đó tàn phá bất cứ nơi nào nó tấn công.

Với tư cách là các nhà khoa học về khí quyển, chúng tôi quặn lòng khi thuật ngữ “xoáy cực” bị lạm dụng để chỉ những cơn băng tuyết giá lạnh. Xoáy cực thực tế không thể làm tuyết rơi xuống sân nhà bạn, nhưng những thay đổi về xoáy cực có thể đóng góp phần nào vào cái giá lạnh của thời tiết, và năm nay, đóng góp đó dường như là to lớn nhất.

Những cơn gió mùa đông

Xoáy cực là một vòng gió ba chiều khổng lồ bao quanh các cực Bắc và Nam trong suốt mùa đông của mỗi bán cầu. Những cơn gió nằm khoảng từ 10 đến 30 dặm (16–50 km) cách bề mặt Trái Đất và trong lớp khí quyển được gọi là tầng bình lưu. Chúng thổi từ Tây sang Đông với tốc độ duy trì vượt quá 100 dặm/giờ (160 km/h). Trong bóng tối của đêm cực đông, nhiệt độ trong vòng xoáy cực có thể dễ dàng xuống thấp hơn -110 độ F (-79 độ C).

Thật may mắn là bản thân dòng xoáy cực tầng bình lưu sẽ không xuất hiện trước cửa nhà bạn. Xoáy cực có ảnh hưởng đến thời tiết mùa đông, nhưng nó giống như một quân cờ domino – khi nó bị làm đổ, nó có thể khởi phát một chuỗi sự kiện mà sau đó dẫn đến thời tiết khắc nghiệt.

Sức mạnh của xoáy cực có thể thay đổi nhiều trong mùa đông, và những thay đổi này dẫn đến sự thay đổi về cường độ và vị trí của dòng tia (jet stream) – các luồng gió thổi nhanh trong tầng đối lưu bên dưới xoáy cực. Khi dòng tia thay đổi, nó ảnh hưởng đến chuyển động của các hệ thống thời tiết, khiến các khu vực khác nhau trên thế giới trở nên ấm hơn hoặc lạnh hơn, hoặc ẩm ướt hơn hoặc khô hơn nhiều.

Hiệu ứng Domino

Vì bầu khí quyển của Trái Đất là một lớp vỏ không khí khổng lồ chuyển động giống như chất lỏng, nên xoáy cực có liên đới với thời tiết ở độ cao thấp hơn trên Trái Đất. Những biến động thông thường của dòng tia và thời tiết có thể làm xáo trộn cấu trúc của xoáy cực tại tầng bình lưu. Giống như một sợi dây đàn hồi, dòng xoáy thường dễ dàng bật trở lại hình dạng và kích thước thông thường của nó, duy trì luồng gió mạnh và nhiệt độ thấp.

Nhưng đôi khi, những biến đổi về thời tiết và dòng tia này có thể khiến xoáy cực mất cân bằng, gây ra những dao động đáng kể về hình dạng, vị trí, nhiệt độ, và luồng gió của nó. Khi điều này xảy ra, tính toàn vẹn trong cấu trúc của xoáy cực bắt đầu bị phá vỡ. Và nếu nó xảy ra đủ thường xuyên trong một khoảng thời gian, mọi thứ có thể bị tác động theo xoáy cực khi các cơn gió tan ra và dòng xoáy nóng lên.

Đây chính xác là những gì đã diễn ra trong năm nay: Vào ngày 05/01/2021, xoáy cực đã hoàn toàn bị mất kiểm soát bởi một sự kiện gọi là sự nóng lên đột ngột của tầng bình lưu (SSWs). Sự nóng lên đột ngột của tầng bình lưu là thuật ngữ mô tả những nhiễu loạn dữ dội làm biến dạng và suy yếu nghiêm trọng dòng xoáy, hất văng nó ra khỏi cực hoặc thậm chí xé toạc nó. Khi điều này xảy ra, nhiệt độ trong tầng bình lưu tại vùng cực lạnh tăng đột biến lên tới 90 độ F (50 độ C) trong khoảng thời gian vài ngày – do đó những sự kiện này mới có tên như vậy.

Here is my "official" 3D animation of this year's stratospheric #PolarVortex split. Another beautiful event! pic.twitter.com/ml59N1cDoh

— Zac Lawrence (@zd1awrence) January 14, 2019

Tại thời điểm này, quân cờ domino đã lật ngược: Cuối cùng thì dòng tia cảm thấy tác động của xoáy cực ở phía trên nó đang suy yếu dần, và nó có thể bắt đầu lên xuống bất định. Khi dòng tia trở nên gợn sóng, nó có thể hạ thấp xuống sâu hơn về phía nam, đem theo không khí lạnh và những cơn bão mùa đông.

Sự kiện tháng 1/2021 đã đẩy xoáy cực từ vị trí vốn có của nó qua Bắc Cực tới Âu Châu và Siberia, quá trình này khiến nó phân tách ra thành nhiều mảnh. Có thể mất vài tuần hoặc vài tháng để xoáy cực phục hồi nguyên trạng sau sự kiện này. Trong khi chờ đợi các phần của xoáy cực tự hợp lại với nhau, thì những dòng tia bất định, uốn lượn có thể đem không khí lạnh Bắc Cực và các cơn bão mùa đông đến Hoa Kỳ và Âu Châu, nhưng lại khiến thời tiết ấm áp bất thường tại các vùng xa nhất về phía Bắc.

Xoáy cực mạnh có nghĩa là thời tiết ấm hơn, chứ không lạnh hơn

Trong một số mùa đông, các hệ thống thời tiết hầu như không ảnh hưởng đến xoáy cực, cho phép xoáy này lạnh hơn với những luồng gió mạnh hơn. Điều này có tác động trái ngược đối với dòng tia, khiến nó giữ không khí lạnh vùng Bắc Cực từ các vùng cực bị “nhốt” ở phía bắc. Đây là những gì đã xảy ra trong mùa đông ở Bắc bán cầu năm 2020, khi xoáy cực mạnh bất thường, và nhiều khu vực trải qua một mùa đông đặc biệt ấm áp và ôn hòa.

Gọi bất kỳ luồng khí lạnh nào là xoáy cực là sai. Hoạt động của xoáy cực không chỉ báo hiệu thời tiết lạnh hơn mà còn có thể báo trước thời tiết ấm hơn nhiều. Nhìn chung, các xoáy cực có ảnh hưởng rất ít đến thời tiết mùa đông khi nó hoạt động như bình thường, cách xa bề mặt Trái Đất hàng dặm. Nhưng dự báo và theo dõi những nhiễu động lớn đối với xoáy cực giúp chúng ta dự đoán chuỗi sự kiện gây ra lớp băng tuyết dày và thời tiết lạnh giá ngay trước cửa nhà bạn.

This is an absolute *must read* for people confidently linking polar air outbreaks to climate change.

Please be careful. The science on this is not conclusive at all, and adding more years of data has weakened the case according to this study. https://t.co/Fag4QAGR7R

— Dr. Jonathan Foley (@GlobalEcoGuy) February 16, 2021

Zachary Lawrence là nhà nghiên cứu khoa học tại Đại học Colorado Boulder, và Amy Butler là nhà nghiên cứu hóa học và khí hậu tại Cơ quan Theo dõi Khí quyển và Đại dương Quốc gia.