Tiến sĩ 8X đếm gió, đo mưa

TS Bùi Minh Tuân chọn phương pháp nghiên cứu này với kỳ vọng góp phần vào công tác cảnh báo, dự báo sớm thời tiết, thiên tai.

Trả lời những câu hỏi còn bỏ ngỏ

TS Bùi Minh Tuân (sinh năm 1988) công tác tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học (KTTV&HDH), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội). Anh vừa lọt vào danh sách nhà khoa học được đề cử giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2021 với nghiên cứu về quá trình vật lí trong khí quyển để cải thiện khả năng dự báo.

TS Bùi Minh Tuân cho biết, các quá trình vật lí trong khí quyển rất đa dạng, trải dài trên nhiều quy mô thời gian khác nhau, từ các xoáy rối nhỏ có chu kì sống vài giây tới các dao động dài hàng thập kỉ thậm chí thiên niên kỉ.

Nghiên cứu của anh chỉ tập trung vào các quá trình sóng trong khí quyển với chu kì từ 10 - 90 ngày, hướng tới mục đích cuối cùng là cải thiện khả năng dự báo mưa tại Việt Nam ở quy mô thời gian tương đương (từ 2 tuần tới 3 tháng).

Khác với dự báo hạn ngắn (từ 1 đến 7 ngày) và dự báo hạn dài (3 tháng trở lên), hạn dự báo 10 - 90 ngày được xếp vào dự báo hạn vừa và là hạn dự báo thách thức nhất.

Trong khi dự báo hạn ngắn có thể bỏ qua tương tác khí quyển - đại dương, còn trong dự báo hạn dài, sự chính xác của trường số liệu đầu vào không quá quan trọng, thì dự báo hạn vừa lại liên quan đến cả hai vấn đề này. Hơn nữa, cơ chế vật lí các quá trình đối lưu ẩm trong quy mô thời gian này vẫn chưa được hiểu rõ.

Công tác dự báo khí tượng thủy văn đã có sự phát triển vượt bậc trong những thập kỉ qua, tuy nhiên mưa vẫn là yếu tố khó dự báo nhất.

Đặc biệt, khác với dự báo hạn ngắn (từ 1 - 7 ngày) và dự báo hạn dài (3 tháng trở lên), dự báo hạn mở rộng (10 - 90 ngày) vẫn là thách thức lớn. Đây được coi là khoảng trống. Từ năm 2013 đến nay, TS Bùi Minh Tuân một mình nghiên cứu làm sao lấp đầy khoảng trống dự báo đó.

“Ý tưởng ban đầu của tôi xuất phát từ sự phức tạp của hệ thống khí hậu Việt Nam. Trên thế giới, các hệ thống gió mùa lớn như gió mùa Đông Á, gió mùa Nam Á và gió mùa Tây Bắc Thái Bình Dương được nghiên cứu rất nhiều.

Tuy nhiên, Việt Nam nằm trong khu vực giao tranh của các hệ thống gió mùa này, các nghiên cứu về mưa ở Việt Nam lại tương đối ít. Những vấn đề về các đặc trưng mưa và cơ chế gây mưa ở Việt Nam vẫn còn gây ra nhiều tranh cãi trong cộng đồng khí tượng”, nhà khoa học trẻ chia sẻ.

Mong muốn của Bùi Minh Tuân là trả lời các câu hỏi còn đang bỏ ngỏ như: Mưa ở Việt Nam có sự biến động theo quy luật hoặc chu kì nào trong khoảng 10 - 90 ngày hay không? Nguyên nhân của sự biến động này là gì?

Có tồn tại mối liên hệ của mưa lớn ở Việt Nam với các biến động ở quy mô thời gian này hay không? Điều này có ý nghĩa rất quan trọng, bởi vì mưa lớn được coi là hiện tượng “dị thường”, xuất hiện không có quy luật, gây ra hậu quả rất nghiêm trọng nhưng lại rất khó dự báo.

Nghiên cứu thời tiết kiêm kỹ sư IT

TS Tuân cho biết, khó khăn đầu tiên gặp phải đó là việc lập trình để phân tích một khối lượng dữ liệu lớn. Các phương pháp phân tích được sử dụng đều mới, dựa trên các thuật toán phức tạp, do đó đòi hỏi thời gian lập trình và tính toán rất lớn.

Anh đã dành toàn bộ 1 năm đầu tiên để đọc hiểu các thuật toán và xây dựng các chương trình tính toán cho bộ số liệu. Sau khi đã có được kết quả tính toán, việc phân tích các quá trình vật lí dựa trên các kết quả đó cũng là một thách thức.

Khí hậu Việt Nam chịu tác động bởi nhiều hệ thống hoàn lưu lớn và có sự phân hóa mạnh giữa các vùng miền, việc chọn lựa các khía cạnh quan trọng để phân tích cũng đòi hỏi rất nhiều thời gian.

Trở ngại tiếp theo là anh có quá ít đồng nghiệp để chia sẻ về nghề, trao đổi học thuật, trong khi lượng dữ liệu nghiên cứu lại quá lớn nên nhiều khi anh thấy nản. TS Tuân gọi đó là sự cô đơn trong nghiên cứu khoa học.

Nhiều khi bế tắc mà không biết hỏi ai, đành lại tự mày mò tìm hiểu, thời gian có câu trả lời kéo dài hơn nhiều so với việc trao đổi với đồng nghiệp. May mắn đổi lại, anh được làm việc trong môi trường khoa học tuyệt vời. Những người thầy ở Khoa KTTV&HDH đều là những nhà khoa học đầy nhiệt huyết.

Một may mắn nữa đó là sự phát triển vượt bậc của ngành Khí tượng trong những năm gần đây. Tại nơi TS Tuân làm việc có hệ thống siêu máy tính có giá hàng chục tỷ đồng để phục vụ nghiên cứu.

Những thành tựu mới nhất trong các lĩnh vực như viễn thám, đồng hóa số liệu, tính toán hiệu năng cao, trí thông minh nhân tạo… đều được áp dụng trong dự báo thời tiết. Đây là một tiền đề lớn để Tuân có được những kết quả nghiên cứu như đã được công bố.

“Có hệ thống máy móc hiện đại nhưng lại khó khăn về nhân sự vận hành. Chi phí thuê một kỹ sư công nghệ thông tin để vận hành hệ thống lên đến 30 - 40 triệu đồng/tháng, nhà trường không có khả năng.

Buộc cán bộ trong trường phải tự nghiên cứu. Thế là bất đắc dĩ, từ nghiên cứu khoa học đơn thuần, mình lại phải kiêm cả nhân viên IT để điều khiển hệ thống máy tính”, TS Tuân chia sẻ.

Tháng 4/2019, công trình nghiên cứu của Tuân được công bố trên tạp chí khí hậu của Hoa Kỳ, một trong những tạp chí có truyền thống nhất của ngành Khoa học khí quyển. Những kết quả chính của nghiên cứu chỉ ra rằng, mưa ở Việt Nam có sự biến động theo quy luật với chu kì trong khoảng 10 - 25 ngày.

Cơ chế vật lý của các biến động này đã được chỉ ra. Quan trọng hơn, các dao động có mối liên hệ chặt chẽ với sự xuất hiện của mưa lớn ở Việt Nam. Đây là cơ sở lý thuyết quan trọng để cải thiện khả năng dự báo mưa và mưa lớn ở hạn mở rộng cho khu vực Việt Nam.

TS Tuân hy vọng nghiên cứu của mình sẽ sớm được ứng dụng nhằm giúp tăng độ chính xác trong dự báo, cảnh báo sớm và chính xác thời tiết, thiên tai.