AI dự đoán việc làm mát nhiệt độ mặt biển trong xoáy thuận nhiệt đới
Những xoáy thuận nhiệt đới là các sự kiện thời tiết cực đoan, được ghi nhận dưới hình thức hoàn lưu và hình thành ở các vùng biển ấm trong điều kiện áp suất khí quyển thấp, gió mạnh và mưa lớn, các xoáy thuận nhiệt đới vượt quá 39 dặm mỗi giờ, còn bão thì luôn có sức gió trên 74 dặm mỗi giờ.
Nước ấm trên biển tiếp năng lượng cho sự tiếp tục của xoáy thuận nhiệt đới, do đó làm lạnh bề mặt đại dương và tốc độ gió cao làm gia tăng các dòng hải lưu. Yếu tố thứ hai dẫn đến việc hòa trộn các tầng nước trong đại dương, đem nước ở dưới sâu hơn và mát hơn lên mặt biển. Theo cách đó, nó có thể giúp giảm đi việc tiếp nước ấm cho các xoáy thuận nhiệt đới, nguyên nhân khiến cho chúng chuyển động chậm hơn hoặc thậm chí là tạnh mưa.
Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Geophysical Research Letters đã đưa công nghệ để mô phỏng các hiệu ứng của xoáy thuận nhiệt đới trên đại dương, cụ thể là các mức nhiệt độ bề mặt biển. Đây là điều quan trọng vì nhiệt độ có thể tạo ra tác động cho những phản hồi của hệ sinh thái rộng lớn hơn, cũng như các sinh vật coi đại dương là nhà.
Phương pháp rừng ngẫu nhiên dựa trên học máy sử dụng dữ liệu trong thời kỳ 20 năm, bắt đầu từ năm 1998, để huấn luyện cho hệ này và giúp dự đoán sự tiến hóa của nhiệt độ bề mặt biển theo thời gian và không gian trong khu vực tây bắc Thái Bình Dương (gần xích đạo 30°N, 100–160°E), một trong những vùng hoạt động ‘tấp nập’ nhất của các xoáy thuận nhiệt đới.
Nghiên cứu sinh Hongxing Cui, Phòng thí nghiệm Khoa học và kỹ thuật biển Nam Quảng Đông, Trung Quốc và đồng nghiệp sử dụng 12 đặc điểm xoáy thuận nhiệt đới và các điều kiện trước bão để dự tính sự làm mát của mặt biển Thái bình dương.
Các đặc điểm này bao gồm: cường độ bão, tốc độ và hướng lốc chuyển động, các mức bán kính ngắn nhất của xoáy thuận nhiệt đới khi nó chạm đến tốc độ 30 hải lý mỗi giờ, kinh độ và vĩ độ của tâm xoáy thuận nhiệt đới, chiều sâu của lớp hỗn hợp, độ cao của bề mặt biển, nhiệt độ mặt biển, nhiệt độ đại dương, ở chiều sâu 75m và những thay đổi trong tốc độ dòng hải lưu. Trong số các yếu tố nói trên, cường độ xoáy thuận nhiệt đới, tốc độ di chuyển và kích thước, chiều sâu lớp trộn trước bão và nhiệt độ bề mặt biển được tìm thấy có tác động đáng kể nhất lên các hình thế nhiệt độ bề mặt biển họ quan sát được trên đại dương.
Mô hình sử dụng phương pháp rừng ngẫu nhiên được huấn luyện với dữ liệu lịch sử từ 627.400 cơn xoáy thuận nhiệt đới xuất hiện giữa năm 1998 và năm 2018, xem xét hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới từ trước ba ngày đến 14 ngày sau khi hết bão.
Nhóm nghiên cứu đã quan sát sự làm mát bắt đầu trong hai ngày trước khi diễn ra sự kiện xoáy thuận nhiệt đới, cường độ trong thời gian diễn ra xoáy thuận nhiệt đới và trên thực tế là lên đến đỉnh trong ngày diễn ra sự kiện, với việc suy giảm trên 1,3°C nhiệt độ bề mặt biển (chạm đến 2°C với những cơn bão được phân loại).
Suốt cùng thời kỳ, việc làm mát mở rộng trên bề mặt biển đã ảnh hưởng đến một diện tích lớn bề mặt đại dương, dẫu mức làm mát tối đa xuất hiện ngược hướng của xoáy thuận nhiệt đới, cách 50km về phía tay phải. Đến ngày thứ hai đến thứ tư, sự ấm lên nhanh chóng của đại dương khi chúng bắt đầu chuyển sang các điều kiện bình thương, với sự phục hồi chậm hơn tới ngày thứ 14 khi hiệu ứng làm mát giảm đi xuống 0,4°C so với mức nhiệt độ trung bình của khu vực.
Tóm lại, cường độ mạnh hơn, khu vực rộng hơn và các xoáy thuận nhiệt đới di chuyển chậm hơn với lớp trộn đại dương có xu hướng tạo ra hiệu ứng làm mát lớn hơn bên bề mặt biển. Cường độ bão và tốc độ di chuyển có một hiệu ứng cục bộ lớn hơn trong khi quy mô toàn thể của xoáy thuận nhiệt đới, chiều sâu lớp trộn trước bão và nhiệt độ bề mặt biển tác động đến hiệu ứng làm mát khắp khu vực lớn hơn.
So sánh kết quả dữ liệu thực với các dự đoán từ phương pháp rừng ngẫu nhiên, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy được mối tương quan giữa các kết quả và do đó tin tưởng vào năng lực của mô hình học máy cho dự đoán các sự kiện xoáy thuận nhiệt đới trong tương lai. Điều này cho thấy có thể sử dụng hiệu ứng mô hình trong những khu vực biển ở quy mô toàn cầu và hỗ trợ xác định tác động của xoáy thuận nhiệt đới trên những hoạt động của sinh vật quan trọng, như sự quang hợp của tảo, nơi hình thành các mạng lưới thức ăn phức hợp và cơ bản của các hệ sinh thái của đại dương.
Thanh Hương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2023-09-ai-sea-surface-temperature-cooling.html
https://phys.org/news/2023-08-decrease-indian-ocean-cyclones.html
——————————
1. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL104171
