Nếu bạn từng thắc mắc làm thế nào các chuyên gia biết được khí hậu Trái đất sẽ như thế nào vào năm 2050 hoặc 2100, thì câu trả lời không phải là phỏng đoán mà là mô hình hóa. Mô hình khí hậu giống như hệ thống dự báo thời tiết tiên tiến nhất hành tinh, được xây dựng không phải từ phép thuật mà từ toán học, vật lý và lượng dữ liệu khổng lồ.

Những mô hình Trái Đất kỹ thuật số này giúp các nhà khoa học hiểu được nhiệt độ, lượng mưa, mực nước biển và thậm chí cả các hiện tượng cực đoan có thể diễn biến như thế nào trong các kịch bản khác nhau. Chúng không nhằm mục đích dự đoán một tương lai chính xác cụ thể, mà là để khám phá nhiều tương lai khả thi khác nhau—tùy thuộc vào cách nhân loại hành động ngày nay.

Xây dựng một hành tinh kỹ thuật số

Để mô phỏng tương lai của Trái đất, các nhà khoa học trước tiên cần tái tạo hiện tại của nó. Điều đó có nghĩa là thiết kế một hành tinh ảo với khí quyển, đất liền, băng và đại dương—tất cả tương tác với nhau như trong đời thực. Nó giống như xây dựng một mô phỏng sống động không ngừng phát triển.

Nền tảng: Vật lý và phương trình

Cốt lõi của mô hình khí hậu là các phương trình—hàng ngàn phương trình—mô tả cách không khí, nước và năng lượng di chuyển trên toàn cầu. Các công thức này bắt nguồn từ các định luật nhiệt động lực học, chuyển động chất lỏng và bức xạ. Sau đó, máy tính chia Trái đất thành một lưới gồm hàng triệu ô vuông, mỗi ô đại diện cho một phần nhỏ của hành tinh. Trong mỗi ô vuông, mô hình tính toán sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm và gió theo thời gian.

Bạn có thể hình dung nó giống như một trò chơi xếp hình 3D đang chuyển động: mỗi mảnh ghép ảnh hưởng đến mảnh ghép tiếp theo. Ví dụ, đại dương ấm lên ảnh hưởng đến mây, từ đó ảnh hưởng đến ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất. Mô hình liên tục lặp lại các tương tác này, dự đoán các mô hình ngày hôm nay có thể ảnh hưởng đến ngày mai như thế nào.

Dữ liệu: Cung cấp dữ liệu cho mô hình

Các mô hình khí hậu hoạt động dựa trên dữ liệu—cả quá khứ và hiện tại. Các nhà khoa học cung cấp cho chúng dữ liệu từ vệ tinh, trạm thời tiết và phao đại dương theo dõi nhiệt độ, áp suất không khí và nồng độ carbon dioxide. Dữ liệu lịch sử được sử dụng để "huấn luyện" mô hình, kiểm tra xem nó có thể tái tạo chính xác những thay đổi khí hậu trong quá khứ hay không, chẳng hạn như sự ấm lên được thấy từ thế kỷ 19.

Khi mô hình hoạt động tốt trong việc tái tạo quá khứ, các nhà khoa học sử dụng nó để khám phá tương lai. Họ điều chỉnh các yếu tố đầu vào như nồng độ khí nhà kính, sử dụng đất và mức độ ô nhiễm để xem khí hậu có thể phản ứng như thế nào dưới những lựa chọn khác nhau của con người.

Tại sao lại có nhiều mô hình như vậy?

Không có mô hình khí hậu "hoàn hảo" nào duy nhất—mỗi nhóm nghiên cứu sử dụng các giả định hoặc độ phân giải khác nhau. Đó là lý do tại sao các nhà khoa học dựa vào các tập hợp mô hình—các nhóm mô hình cùng nhau tạo nên một bức tranh đáng tin cậy hơn. Nếu nhiều mô hình cho thấy kết quả tương tự, độ tin cậy của dự đoán sẽ tăng lên. Điều này giống như việc hỏi ý kiến ​​của hàng chục chuyên gia thay vì tin tưởng vào dự báo của một người.

Từ dự đoán đến Khả năng

Sau khi các mô hình được chạy, các nhà khoa học sử dụng chúng để khám phá cách Trái đất có thể hoạt động trong các tương lai khác nhau. Những kịch bản này không chỉ cho chúng ta biết "điều gì sẽ xảy ra" mà còn cho thấy "điều gì có thể xảy ra" nếu chúng ta chọn con đường này thay vì con đường khác.

Các kịch bản phát thải: Lựa chọn con đường

Bạn có thể đã nghe nói về các con đường "phát thải thấp" hoặc "phát thải cao". Chúng thể hiện lượng khí carbon dioxide mà nhân loại tiếp tục thải ra. Trong một thế giới phát thải thấp, năng lượng tái tạo sẽ nhanh chóng thay thế nhiên liệu hóa thạch và sự nóng lên toàn cầu ổn định dưới 2°C. Trong một thế giới phát thải cao, chúng ta đốt nhiều hơn, phát thải nhiều hơn và nhiệt độ tăng mạnh - mang đến những đợt nắng nóng mạnh hơn, băng tan và sự thay đổi mô hình lượng mưa.

Các mô hình khí hậu mô phỏng cả hai con đường, giúp chính phủ và các ngành công nghiệp lập kế hoạch trước. Ví dụ, các thành phố sử dụng những kết quả này để thiết kế hệ thống phòng chống lũ lụt, và nông dân điều chỉnh kế hoạch trồng trọt dựa trên những thay đổi lượng mưa được dự đoán. Vì vậy, mặc dù các mô hình có vẻ phức tạp, mục tiêu của chúng rất đơn giản: cung cấp cho chúng ta tầm nhìn xa để đưa ra những quyết định thông minh hơn ngay bây giờ.

Kiểm tra và cải thiện mô hình

Các mô hình không hoàn hảo. Thế giới thực đầy rẫy những điều bất ngờ—núi lửa phun trào, dòng hải lưu và hành vi khó lường của con người. Đó là lý do tại sao các nhà khoa học liên tục tinh chỉnh các mô hình của họ với dữ liệu tốt hơn, lưới có độ phân giải cao hơn và những khám phá mới về cách hệ sinh thái và mây phản ứng với sự nóng lên.

Bạn có thể hình dung mỗi phiên bản mới như một thấu kính sắc nét hơn: tầm nhìn về tương lai trở nên rõ ràng hơn, mặc dù không bao giờ tuyệt đối. Sự không chắc chắn còn lại không phải là thất bại—mà là sự trung thực. Các mô hình không hứa hẹn một sự thật duy nhất; chúng tiết lộ một loạt các kết quả có thể xảy ra, giúp chúng ta hiểu cả rủi ro và cơ hội.

Những điều bạn có thể học được từ các mô hình

Ngay cả khi bạn không phải là nhà khoa học, các mô hình khí hậu kể một câu chuyện ảnh hưởng đến tất cả mọi người. Chúng nhắc nhở chúng ta rằng tương lai không cố định—nó được định hình bởi hành động của chúng ta ngày hôm nay. Mỗi thay đổi nhỏ, từ việc giảm thiểu chất thải đến hỗ trợ năng lượng sạch, đều góp phần đưa chúng ta tiến gần hơn đến con đường phát thải thấp hơn mà các mô hình dự đoán.

Mô hình khí hậu là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất của nhân loại để hiểu về tương lai của hành tinh. Nó kết hợp dữ liệu, vật lý và trí tưởng tượng để biến các quá trình vô hình thành những khả năng hữu hình.

Mặc dù các mô hình không cho thấy một số phận duy nhất, nhưng chúng cho thấy một sự lựa chọn: một sự lựa chọn mà chúng ta nắm quyền kiểm soát, giảm phát thải và xây dựng khả năng phục hồi—hoặc một sự lựa chọn mà sự thiếu hành động sẽ định hình thế giới cho chúng ta. Việc biết rằng các nhà khoa học có thể mô phỏng nhịp đập của hành tinh mang lại cho chúng ta điều quý giá hơn cả dự đoán—nó mang lại cho chúng ta cái nhìn toàn diện. Tương lai vẫn đang được viết nên, và mỗi phương trình, chính sách và hành động cá nhân đều có thể giúp định hướng nó hướng tới một thế giới mát mẻ hơn, cân bằng hơn.