5. Biến đổi khí hậu toàn cầu

Giới thiệu về cơ sở khoa học của biến đổi khí hậu

Các yếu tố chi phối khí hậu toàn cầu

Cân bằng bức xạ (radiation budget) là động lực cơ bản quyết định trạng thái và hoạt động của hệ thống khí hậu. Cân bằng bức xạ được chi phối bởi 3 yếu tố dưới đây:

1. Bức xạ tới (insolation)

Bức xạ tới ảnh hưởng thế nào đến hệ thống khí hậu?

Khi Mặt Trời ở đỉnh đầu (góc tới ≈ 90°) → ánh sáng chiếu gần vuông góc, năng lượng tập trung nhất.
Khi góc tới nhỏ (Mặt Trời thấp gần đường chân trời) → cùng một lượng năng lượng bị trải trên diện tích lớn hơn → cường độ giảm.
Phân bố không đồng đều của góc tới Mặt Trời là nguyên nhân trực tiếp tạo nên các đới khí hậu trên Trái Đất.
- Góc tới lớn → nhiệt năng tập trung, làm không khí nóng, bốc lên → hình thành vùng áp thấp.
- Góc tới nhỏ → ít nhiệt, không khí lạnh, nặng, chìm xuống → vùng áp cao.
- Từ chênh lệch này hình thành gió, dòng hoàn lưu khí quyển, ảnh hưởng sâu rộng đến khí hậu toàn cầu.
Do trục Trái Đất nghiêng 23,5°, nên góc chiếu sáng thay đổi theo thời gian trong năm. Đây là nguyên nhân của hiện tượng mùa.

Tóm lại: Góc tới của bức xạ Mặt Trời quyết định lượng năng lượng nhận được trên mỗi vùng, từ đó:

Tạo ra sự phân hóa đới khí hậu (nhiệt đới – ôn đới – hàn đới);
Quy định chu kỳ mùa trong năm;
Ảnh hưởng đến phân bố nhiệt độ, áp suất, gió và lượng mưa trên Trái Đất.

2. Albedo

Albedo là gì?

Albedo (từ tiếng Latin albus = “trắng”) là tỷ lệ phần trăm bức xạ Mặt Trời bị phản xạ trở lại không gian bởi bề mặt Trái Đất hoặc vật thể.
Giá trị của albedo nằm trong khoảng 0 → 1 (hoặc 0% → 100%): Albedo = 0: hấp thụ hoàn toàn (bề mặt rất tối, như đại dương sâu); Albedo = 1: phản xạ hoàn toàn (bề mặt rất sáng, như tuyết trắng).

Albedo ảnh hướng như thế nào đến khí hậu?

Điều tiết nhiệt độ Trái Đất
Phản hồi băng – tuyết (Ice–Albedo Feedback):
- Khi Trái Đất ấm lên, băng tuyết tan chảy → bề mặt tối hơn (nước, đất, đá lộ ra) → albedo giảm → hấp thụ nhiều nhiệt hơn → Trái Đất càng ấm hơn.
- Khi Trái Đất lạnh đi, băng tuyết tăng, albedo tăng, phản xạ nhiều năng lượng hơn → Trái Đất càng lạnh hơn.
Ảnh hưởng của mây và aerosol: Mây trắng có albedo cao → làm mát Trái Đất (phản xạ bức xạ Mặt Trời). Nhưng mây cao hoặc bụi mịn (aerosol) có thể giữ nhiệt hồng ngoại → làm ấm.
Tác động của con người: Phá rừng, đô thị hóa, bê tông hóa → thay đổi màu và kết cấu bề mặt

3. Khí nhà kính và hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính là gì và ảnh hướng như thế nào đến khí hậu?

Hiệu ứng nhà kính (greenhouse effect) là một hiện tượng tự nhiên giúp Trái Đất giữ lại một phần nhiệt từ Mặt Trời để duy trì nhiệt độ ổn định, cho phép sự sống tồn tại.
Cơ chế tự nhiên:
- Mặt Trời phát ra bức xạ → Trái Đất hấp thu.
- Trái Đất phát ngược lại bức xạ hồng ngoại (nhiệt).
- Các khí nhà kính (GHG) trong khí quyển giữ lại một phần nhiệt này, giúp Trái Đất ấm khoảng +33°C so với nếu không có khí quyển. Nhiệt độ bề mặt Trái Đất trung bình là -18°C nếu không có hiệu ứng nhà kính, và bằng 15°C trong trường hợp có hiệu ứng nhà kính.

Earth’s average temperature with and without the natural greenhouse effect

Các khí nhà kính chính?

CO₂ (carbon dioxide)
CH₄ (methane)
N₂O (nitrous oxide)
Hơi nước (H₂O vapor) — quan trọng nhất nhưng phản hồi theo nhiệt độ
O₃ (ozone)
Các khí công nghiệp: CFCs, HFCs…

Có một số loại khí nhà kính có thể tồn tại hàng nghìn năm trong khí quyển như CO2. Do đó sự dư thừa CO2 trong khí quyển từ các hoạt động nhân sinh có tác động mạnh mẽ đến sự ấm lên toàn cầu.

Biến đổi khí hậu trong quá khứ

Vì sao Trái Đất trải qua nhiều thời kỳ khí hậu nóng và lạnh trong suốt kỷ Đệ Tứ?

Ice age temperature changes. Source: [Robert A. Rohde / Wikipedia](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ice_Age_Temperature.png) — Ice age temperature changes. Source: Robert A. Rohde / Wikipedia

Các nhà khoa học tin rằng sự thay đổi về bức xạ tới (insolation) là nguyên nhân gây ra những biến động khí hậu ở kỷ Đệ Tứ. Sự thay đổi về bức xạ tới có quan hệ chặt chẽ với những chu kỳ thay đổi quỹ đạo và trục của Trái Đất, được gọi là các chu kỳ Milankovic.

Các chu kỳ Milankovic

Eccentricity. Source: [NASA](https://science.nasa.gov/science-research/earth-science/milankovitch-orbital-cycles-and-their-role-in-earths-climate/) — Eccentricity. Source: NASA

Obliquity. Source: [NASA](https://science.nasa.gov/science-research/earth-science/milankovitch-orbital-cycles-and-their-role-in-earths-climate/) — Obliquity. Source: NASA

Axial Precession. Source: [NASA](https://science.nasa.gov/science-research/earth-science/milankovitch-orbital-cycles-and-their-role-in-earths-climate/) — Axial Precession. Source: NASA

Biến đổi khí hậu hiện nay

Trong kỷ Đệ Tứ, biến đổi khí hậu chủ yếu do các nguyên nhân tự nhiên. Tuy nhiên, xu hướng nóng lên toàn cầu từ sau Cách mạng Công nghiệp (từ khoảng 1850 đến nay) chủ yếu do các hoạt động của con người, đặc biệt là phát thải khí nhà kính từ việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch và thay đổi sử dụng đất.

History of CO2 concentration in our Atmosphere. Source: [NASA / Data: Luthi, D., et al.. 2008; Etheridge, D.M., et al. 2010; Vostok ice core data/J.R. Petit et al.; NOAA Mauna Loa CO2 record. Some description adapted from the Scripps CO2 Program website, Keeling Curve Lessons.](https://science.nasa.gov/resource/graphic-the-relentless-rise-of-carbon-dioxide/) — History of CO2 concentration in our Atmosphere. Source: NASA / Data: Luthi, D., et al.. 2008; Etheridge, D.M., et al. 2010; Vostok ice core data/J.R. Petit et al.; NOAA Mauna Loa CO2 record. Some description adapted from the Scripps CO2 Program website, Keeling Curve Lessons.

Biến đổi khí hậu hiện tại là do hoạt động nhân sinh

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới các hệ sinh thái

Hoa anh đào hiện đang nở hoa sớm hơn vài ngày so với thời điểm nở hoa truyền thống kể từ những năm 1800.
Nhiều loài chim đang sinh sản và hót sớm hơn trong năm.
Chim di cư đến sớm hơn
Một số loài lưỡng cư đang sinh sản sớm hơn nhiều tuần so với lịch trình trước đây của chúng.
Muỗi mang mầm bệnh sốt rét ở Châu Phi, kiến lửa hiện đang được tìm thấy ở độ cao/nơi từng quá lạnh đối với chúng.
San hô bị tẩy trắng (coral bleaching)

👉 Theo dõi page Thầy Tùng HANU: GIS / Data Analysis https://www.facebook.com/thayTungHANU để trao đổi thông tin và nhận thông báo các bài viết mới về GIS, Sustainability & Climate Change, Data Analysis!