Làm sao để các dữ liệu đo đạc nhiệt độ bề mặt toàn cầu và từng khu vực của Trái Đất chính xác trong thời gian lâu dài không phải là điều dễ dàng, đòi hỏi phải liên tục cải tiến. Quá trình đo đạc bằng các phương pháp khoa học đã được các nhà nghiên cứ áp dụng từ hai thế kỷ này, ở hết mức mà công nghệ đương thời cho phép.
Có nhiều lý do khiến cho việc đo đạc chính xác là một thách thức, trong đó có thể kể đến các vấn đề như thay đổi dữ liệu hiện tại, công nghệ đo đạc nhiệt độ biển và đất liền phát triển, các khu đô thị ra đời, và những thay đổi về địa điểm và thời gian thu thập dữ liệu nhiệt độ. Qua thời gian, những thay đổi này sẽ làm cho dữ liệu đo đạc thiếu nhất quán, tác động đến hồ sơ dữ liệu nhiệt độ.
Các nhà khoa học đã hoàn thành các tính toán nhiệt độ trung bình toàn cầu cho hơn một thế kỷ nay, thông qua các hồ sơ nhiệt độ thu thập từ những trạm khí tượng. Nhưng trước năm 1880, họ không có đủ dữ liệu để thực hiện các tính toán chính xác, khiến cho hồ sơ nhiệt độ của những năm tháng xa xưa ấy không được chắc chắn. May mắn là các tính toán nhiệt độ nhất quán đo đạc bởi các nhà cổ khí hậu học (paleoclimatologist – ngành khoa học nghiên cứu khí hậu Trái Đất trong quá khứ, thông qua những manh mối về môi trường như lõi băng và vòng cây) đã cung cấp cho các nhà khoa học bối cảnh và kiến thức về tình trạng ấm lên toàn cầu đang xảy ra ngày nay và chưa từng có trong lịch sử.
Trong hơn 140 năm, chúng ta đo đạc nhiệt độ bằng tay đúng nghĩa đen, sau đó mới dần dần chuyển qua đo bằng công nghệ vệ tinh tân tiến. Dữ liệu nhiệt độ ngày nay đến từ nhiều nguồn, trong đó có hơn 32,000 trạm khí tượng, khinh khí cầu thời tiết, radar, tàu thuyền, phao khí tượng, và những quan sát viên thời tiết tình nguyện.
Để có thể tính được hết các thay đổi, và đảm bảo sự nhất quán và chính xác cho hồ sơ các biến đổi nhiệt độ của hành tinh chúng ta, các nhà khoa học phải sử dụng đa dạng các nguồn thông tin để thực hiện các điều chỉnh trước khi áp dụng dữ liệu nhiệt độ ấy vào việc phân tích nhiệt độ bề mặt toàn cầu và khu vực. Hay hiểu đơn giản, để làm được điều này họ phải thực hiện so sánh “từng quả táo một với nhau”.
Ta hãy tìm hiểu kỹ hơn lý do tại sao người ta phải thực hiện những điều chỉnh này.
Để bắt đầu, một số dữ liệu nhiệt độ được thu thập bởi con người. Như tất cả chúng ta đều biết, con người có thể mắc sai lầm, và thường xuyên mắc sai lầm, khi ghi chép và mô tả các quan sát của mình. Vậy nên, bước đầu tiên trong quá trình xử lý dữ liệu nhiệt độ đó là phải kiểm soát chất lượng nhằm xác định và loại trừ hết sức có thể những dữ liệu bị lỗi – chẳng hạn như thiếu dấu (-), đọc sai chỉ số v.v.
Các điều chỉnh đối với dữ liệu nhiệt độ từ trạm khí tượng mặt đất
Tiếp theo là các thay đổi đối với những trạm khí tượng mặt đất. Chỉ báo nhiệt độ tại các trạm khí tượng có thể bị ảnh hưởng do vị trí địa lý lắp đặt chúng, những gì xảy ra chung quanh chúng, và thậm chí tùy thuộc cả việc chúng ghi nhận các chỉ báo đó lúc nào trong ngày.
Ví dụ, nếu một trạm khí tượng đặt ở chân núi, và một trạm khác được xây trên cùng ngọn núi đó nhưng đặt cao hơn, thì khác biệt về độ cao có thể ảnh hưởng đến số đo của chúng. Nếu bạn tính trung bình các bộ dữ liệu mới và cũ, thì chỉ số nhiệt độ của trạm khí tượng sẽ thấp hơn bắt đầu từ khi trạm mới mở ra. Tương tự vậy, nếu trạm khí tượng được di chuyển ra xa khỏi trung tâm thành phố, đến một vùng ít phát triển hơn, như gần sân bay, thì nó sẽ cho các chỉ số lạnh hơn, còn nếu xung quanh trạm dân cư phát triển, thì chỉ số sẽ nóng hơn. Các khác biệt ấy là bởi môi trường khác nhau sẽ giữ và tán nhiệt khác nhau.
Vậy như ta thấy, luôn xảy ra những thay đổi đối với với cách thu thập dữ liệu nhiệt độ của những trạm khí tượng này. Công nghệ cũ sẽ lỗi thời, hoặc thiết bị hết hạn và phải thay thế. Việc sử dụng thiết bị mới với các đặc tính hơi khác một chút cũng có thể tác động đến những đo đạc.
Cũng có thể cần phải điều chỉnh dữ liệu nếu xảy ra các thay đổi về thời điểm trong ngày khi thực hiện quan sát. Chẳng hạn, nếu một mạng lưới trạm khí tượng cũng thực hiện quan sát vào một thời điểm cụ thể trong ngày, như tại Mỹ, thì nếu thay đổi thời điểm đo đạc , dữ liệu sẽ bị ảnh hưởng, vì nhiệt độ trong ngày thay đổi từng giờ.
Các nhà khoa học cũng cần phải điều chỉnh để có thể tính tới dữ liệu nhiệt độ cao hoặc thấp bất thường so với các trạm gần đó. Các chỉ báo nhiệt độ bất thường này về cơ bạn không liên quan gì tới biến đổi khí hậu, nhưng là do con người tạo ra. Khi so sánh dữ liệu với các trạm xung quanh, các nhà khoa học có thể xác định được những số đo bất thường, và đảm bảo rằng chúng sẽ không làm sai lệch các tính toán nhiệt độ khu vực hoặc toàn cầu.
Ngoài ra, vì số trạm khí tượng mặt đất tăng dần theo thời gian, nên việc hình thành các mạng lưới có mật độ cao sẽ giúp tăng độ chính xác cho các tính toán nhiệt độ. Giới khoa học gia cũng liên tục thực hiện các cải tiến để làm sao đó có thể so sánh dữ liệu ở những vùng đặt nhiều trạm khí tượng với những vùng có mật độ thưa hơn.
Thay đổi đối với các đo đạc nhiệt độ bề mặt biển
Tương tự trên cạn, việc đo đạc nhiệt độ bề mặt đại dương cũng đã thay đổi đáng kể.
Trước năm 1940, phương pháp phổ biến nhất để đo nhiệt độ bề mặt đại dương là dùng một thùng như hình bên dưới, buộc vào một sợi dây rồi đứng trên tàu thả xuống biển. Sau đó người ta kéo cái thùng lên rồi đo nhiệt độ nước. Phương pháp này khó mà chính xác được, vì nhiệt độ của nước khi kéo thùng lên sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không khí lúc đó.
Trong thập niên 1930 và 1940, các nhà khoa học bắt đầu đo nhiệt độ nước biển bằng cách hút nước vào trong một khoang mát trên tàu. Phương pháp này chính xác hơn. Phương pháp này về lâu dài hạn chế xu hướng ấm lên của nhiệt độ nước biển mà người ta quan sát thấy bằng phương pháp đo đạc trước đó. Vì các chỉ báo nhiệt độ của nước múc bằng gàu trung bình thường lạnh hơn 1/10 độ C so với nước thu bằng phương pháp van hút của tàu.
Đến khoảng năm 1990, các số đo từ hàng ngàn phao khí tượng bắt đầu thay thế các số đo bằng phương pháp hút nước vào tàu vừa nói ở trên. Ngày nay, những phao khí tượng này cung cấp khoảng 80% dữ liệu nhiệt độ đại dương. Nhiệt độ mà các phao khí tượng ghi nhận hơi thấp hơn nhiệt độ đo bằng phương pháp hút nước khoang tàu, vì hai lý do. Thứ nhất, mẫu nước của các phao khí tượng sâu hơn một chút, và vì thế lạnh hơn. Thứ hai, quá trình hút nước vào khoang có thể làm nóng nước đôi chút. Để bù trừ dữ liệu nhiệt độ lạnh hơn của các phao khí tượng đối với nhiệt độ ấm hơn của dữ liệu thu bằng tàu, nhiệt độ đại dương đo bằng phao khí tượng trong những năm gần đây đã được điều chỉnh cao hơn một chút để nhất quán với các đo đạc bằng tàu.
Tuy nhiều bộ dữ liệu nhiệt độ, nhưng ít khác biệt
Hiện nay, có nhiều tổ chức nghiên cứu khí hậu độc lập khắp thế giới, mỗi tổ chức có một bộ dữ liệu dài hạn về nhiệt độ đại dương và toàn cầu. Nổi tiếng nhất trong số đó là bộ dữ liệu của NASA, Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA), Trung tâm Hadley của Ủy ban Khí tượng Anh/ Phòng Nghiên cứu Khí hậu (CRU) của Đại học Tây Anglia, và tổ chức phi lợi nhuật Berkeley Earth có trụ sở ở California.
Mỗi tổ chức lại sử dụng các kỹ thuật khác nhau để thực hiện các tính toán và điều chỉnh dữ liệu đầu vào nhằm bù trù cho các biến đổi về điều kiện quan sát, bằng các phương pháp xử lý dữ liệu mô tả trong nguồn tư liệu đánh giá trong ngành.
Đáng nói là, tuy các tổ chức nghiên cứu độc lập này áp dụng các phương pháp khác nhau, nhưng nhiệt độ toàn cầu mà họ đo đạc được lại rất thống nhất. Hơn thế nữa, các bộ dữ liệu của họ cũng ăn khớp với các bộ dữ liệu độc lập đo bằng vệ tinh và các thiết bị dự báo thời tiết.
Phân tích GISTEMP của NASA
Một trong những bộ dữ liệu hàng đầu được dùng để phân tích nhiệt độ bề mặt toàn cầu đó là chương trình phân tích dữ liệu bề mặt của Viện Nghiên cứu Không gian Goddard, thuộc NASA, gọi tắt là GISTEMP.
GISTEMP sử dụng phương pháp thống kê cho ra chuỗi biến thiên nhiệt độ được tính toán ổn định kể từ năm 1880 đến nay. “Biến thiên nhiệt độ” (temperature anomaly) là thông số cho biết nhiệt độ tại một trạm khí tượng cụ thể đã lạnh hơn hoặc ấm hơn bao nhiêu so với giá trị trung bình của của khu vực đó vào thời gian đó, được tính toán trong quãng thời gian 30 năm (1951-1980). Phiên bản hiện tại của GISTEMP bao gồm dữ liệu trung bình hàng tháng mới nhất thu thập từ các NOAA/Trung tâm Quốc gia về Thông tin Môi trường (NCEI), Mạng lưới Lịch sử Khí hậu toàn cầu và các dữ liệu Nhiệt độ Bề mặt Đại dương Tái Cấu trúc Mở rộng của cơ quan này.
GISTEMP sử dụng một quy trình tự động để gắn cờ cho những ghi chép biến thiên nhiệt độ có khả năng không chính xác. Sau đó các nhà khoa học sẽ thực hiện quan sát cụ thể đối với dữ liệu nghi ngờ.
GISMTEMP cũng thực hiện các điều chỉnh để tính tới những tác động của những đảo nhiệt đô thị (urban heat islands), tức là những khác biệt rõ rệt về nhiệt độ giữa vùng đô thị và vùng nông thôn.
Quy trình dùng để tính toán GISTEMP không thay đổi gì đáng kể kể từ giữa thập niên 1980, ngoại trừ việc cải thiện dữ liệu từ các khu đô thị. Tuy các tính toán nhiệt độ trung bình khu vực của GISTEMP liên tục được cải thiện nhờ dữ liệu thu thập được ngày càng chính xác, nhưng các điều chỉnh nhiệt độ này không tác động đáng kể tới các đo đạc trung bình toàn cầu của GISTEMP.
Tuy người ta không bao giờ chỉnh sửa dữ liệu thô từ một trạm khí tượng, nhưng bất kỳ trạm nào có dữ liệu bất thường do những thay đổi về phương pháp đo đạc, môi trường xung quanh, lỗi kỹ thuật, đều sẽ được so sánh với dữ liệu của các trạm xung quanh có cùng những điều kiện khí hậu, nhằm phát hiện và loại bỏ những dữ liệu bất thường trước khi chúng được đưa vào trong hệ thống tính toán GISTEMP. Các điều chỉnh dữ liệu như vậy có thể phần nào tác động đến một số trạm khí tượng và khu vực nhỏ, nhưng khó có thể nào thay đổi bất kỳ xu hướng nhiệt độ trung bình toàn cầu.
Ngoài ra, các kết quả từ những mô hình khí hậu toàn cầu không được dùng trong bất kỳ công đoạn nào của quy trình GISTEMP, nên có thể so sánh giữa GISTEMP và các dự phóng mô hình. Tất cả dữ liệu mà GISTEMP sử dụng đều thuộc phạm vi cộng đồng, và mọi mã được dùng đều có thể xác minh độc lập.
Lời kết
Các phân tích độc lập kết luận rằng tác động của việc điều chỉnh dữ liệu nhiệt độ của các trạm khí tượng là không đáng kể. Những điều chỉnh tăng đối với chỉ số nhiệt độ toàn cầu trước năm 1950 nhìn chung giảm thiểu rất nhỏ xu hướng nhiệt độ toàn cầu ở quy mô thế kỷ. Tuy nhiên, kể từ năm 1950, các điều chỉnh đối với dữ liệu đầu vào đã làm tăng nhẹ tốc độ ấm lên toàn cầu ở mức nhỏ hơn 0.1 độ C.
Cuối cùng, tuy các điều chỉnh được áp dụng cho những dữ liệu nhiệt độ trạm khí tượng dùng trong phân tích toàn cầu, nhưng dữ liệu thô từ những trạm này không bao giờ thay đổi trừ khi có dữ liệu khác tốt hơn thu thập được. Khi dữ liệu nhiệt độ toàn cầu được xử lý thì các ghi chép gốc vẫn được lưu trữ và bất kỳ ai muốn cũng có thể truy cập trực tuyến và miễn phí. Ví dụ, dữ liệu của Trung tâm Dữ liệu Khí hậu Quốc gia NOAA, Mỹ, và các hồ sơ toàn cầu đều có tại đây.
Bài gốc từ website chuyên về Biến đổi khí hậu của Cơ quan Không gian Hoa Kỳ – NASA, được dịch bởi nhóm dịch thuật Lightway, nhóm chuyên cung cấp dịch vụ dịch thuật các tài liệu khoa học công nghệ với giá rẻ nhất. Tìm hiểu về dịch vụ của nhóm.
