Con số "Trái Đất ấm lên khoảng 1,1–1,2°C" đến từ hàng chục nghìn trạm khí tượng trên đất liền, hàng triệu phép đo mặt biển của tàu thuyền và phao, được các nhóm khoa học độc lập ở Anh, Mỹ, Nhật, châu Âu xử lý riêng rẽ — và các nhóm này ra kết quả rất sát nhau. Điểm mấu chốt: người ta không cộng trung bình nhiệt độ của mọi nhiệt kế, mà tính độ chênh so với "bình thường" của từng nơi rồi mới gộp lại.
Vì sao không thể lấy trung bình mọi nhiệt kế
Thử tưởng tượng lấy trung bình nhiệt độ của mọi trạm trên thế giới. Ngay lập tức gặp ba vấn đề:
- Trạm phân bố không đều. Châu Âu, Bắc Mỹ, Đông Á dày đặc trạm; đại dương, sa mạc, hai cực rất thưa. Lấy trung bình thô thì châu Âu "nặng ký" hơn cả Thái Bình Dương.
- Độ cao khác nhau. Trạm Sa Pa ở độ cao khoảng 1.500 m lạnh hơn trạm Hà Nội nhiều độ, chẳng vì khí hậu thay đổi mà vì nó ở trên núi. Thêm hay bớt một trạm núi cao là trung bình thô nhảy lên xuống.
- Trạm mở, trạm đóng. Mạng trạm thay đổi suốt 170 năm. Trung bình thô sẽ phản ánh chuyện trạm nào đang hoạt động hơn là khí hậu.
Lời giải: dị thường nhiệt độ
Thay vì dùng nhiệt độ tuyệt đối, các nhà khoa học dùng dị thường (anomaly): nhiệt độ tháng này ở trạm đó cao hay thấp hơn mức trung bình của chính trạm đó trong một giai đoạn chuẩn bao nhiêu độ. Sa Pa lạnh hơn Hà Nội khoảng 8 độ về trung bình năm, nhưng nếu cả hai cùng ấm hơn bình thường của chúng 1°C thì dị thường của cả hai đều là +1°C.
Dị thường có một tính chất rất có lợi: nó đồng đều trên khoảng cách lớn. Nếu tháng này Hà Nội ấm hơn bình thường, thì Hải Phòng, Nam Định cũng nhiều khả năng ấm hơn bình thường của chúng một lượng gần như vậy. Nhờ thế, chỉ cần một số lượng trạm vừa phải là ước được dị thường cho cả một vùng rộng.
Bước tiếp theo: chia bề mặt Trái Đất thành lưới ô (ví dụ 5° × 5° kinh vĩ độ), tính dị thường trung bình mỗi ô, rồi lấy trung bình có trọng số theo diện tích ô (ô gần cực nhỏ hơn ô gần xích đạo). Kết quả là một con số dị thường toàn cầu cho mỗi tháng, mỗi năm.
Cũng vì vậy, các tổ chức hiếm khi nói "nhiệt độ Trái Đất năm nay là 15,1°C". Nhiệt độ tuyệt đối trung bình toàn cầu — khoảng 14–15°C — có sai số tới vài phần mười độ, lớn hơn nhiều so với sai số của dị thường.
Đại dương: 70% bề mặt, đo bằng xô, ống và phao
Nhiệt độ toàn cầu gồm cả nhiệt độ mặt biển, và đây là phần có lịch sử đo thú vị nhất.
- Thế kỷ 19 – đầu thế kỷ 20: thuỷ thủ thả xô (gỗ, vải bạt, sau là cao su) xuống biển, kéo lên rồi cắm nhiệt kế. Nước trong xô vải bị gió làm nguội đi khi kéo lên boong, nên số đo thường thấp hơn thực tế một chút.
- Từ khoảng giữa thế kỷ 20: nhiều tàu đo nhiệt độ nước ở ống hút làm mát động cơ. Nước đi qua buồng máy hơi ấm lên, nên số đo có xu hướng cao hơn.
- Từ cuối thế kỷ 20: phao trôi và phao neo tự động đo liên tục, chính xác hơn. Từ đầu những năm 2000, mạng Argo với khoảng bốn nghìn phao tự lặn xuống sâu tới 2.000 m rồi nổi lên đo nhiệt độ, độ mặn của cả cột nước.
Mỗi lần đổi phương pháp đo tạo ra một "bậc" giả trong chuỗi số liệu. Các nhóm nghiên cứu phải hiệu chỉnh những sai lệch có hệ thống này, dựa vào hồ sơ tàu, thí nghiệm lại với xô cổ, và so các tàu, phao cùng đi qua một vùng biển.
Làm sạch số liệu: trạm dời chỗ, phố bao quanh
Một trạm có số liệu 100 năm hiếm khi giữ nguyên mọi thứ: trạm dời ra ngoại ô, lều khí tượng đổi kiểu, giờ quan trắc đổi, nhiệt kế thuỷ ngân thay bằng cảm biến điện tử. Mỗi thay đổi có thể tạo một bậc nhảy vài phần mười độ không liên quan gì tới khí hậu.
Quá trình phát hiện và sửa các bậc này gọi là đồng nhất hoá số liệu: so một trạm với các trạm lân cận, nếu nó đột ngột lệch hẳn khỏi hàng xóm vào đúng năm dời trạm thì đó là lỗi đo, không phải khí hậu.
Còn hiệu ứng đảo nhiệt đô thị — trạm bị phố bao quanh, nóng dần lên vì bê tông? Đây là câu hỏi được kiểm tra rất kỹ. Các phân tích so trạm thành phố với trạm nông thôn, và so chuỗi đất liền với chuỗi đại dương (biển không có đô thị) đều cho thấy đảo nhiệt chỉ ảnh hưởng rất nhỏ tới con số toàn cầu sau hiệu chỉnh. Điều đó không có nghĩa đảo nhiệt không có thật — với người sống trong phố, nó rất thật.
Các bộ số liệu: ai tính, ra sao
| Bộ số liệu | Ai làm | Đặc điểm |
|---|---|---|
| HadCRUT5 | Cơ quan Khí tượng Anh (Met Office) và Đại học East Anglia | Một trong những chuỗi lâu đời nhất, từ năm 1850 |
| NOAAGlobalTemp | Cơ quan Khí quyển và Đại dương Hoa Kỳ (NOAA) | Từ năm 1850 |
| GISTEMP | Viện Goddard, NASA | Từ năm 1880; nội suy mạnh cho vùng cực thưa trạm |
| Berkeley Earth | Nhóm độc lập ở California | Dùng rất nhiều trạm, phương pháp thống kê riêng |
| ERA5 | Dịch vụ Biến đổi khí hậu Copernicus / Trung tâm Dự báo thời tiết hạn vừa châu Âu (ECMWF) | Tái phân tích: dùng mô hình dự báo "tua lại" quá khứ với mọi số liệu đo |
| JRA-3Q | Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) | Tái phân tích |
WMO tổng hợp sáu bộ số liệu như trên khi công bố nhiệt độ toàn cầu mỗi năm. Ví dụ năm 2024, WMO tính được khoảng 1,55°C trên mức 1850–1900, với sai số khoảng ±0,13°C. Các bộ khác nhau về phương pháp, có bộ dựa vào trạm đo, có bộ dựa vào mô hình — nhưng đường xu hướng của chúng gần như chồng lên nhau.
Chuyện nhóm Berkeley Earth
Berkeley Earth được lập đầu những năm 2010 bởi nhà vật lý Richard Muller, khi đó công khai hoài nghi về chất lượng các chuỗi nhiệt độ hiện có. Nhóm tự xây dựng lại từ đầu, dùng số liệu của hàng chục nghìn trạm và phương pháp thống kê riêng. Kết quả họ công bố khớp với các bộ số liệu cũ. Đây là ví dụ hay về cách khoa học tự kiểm: một nhóm nghi ngờ kiểm tra lại và đi tới cùng kết luận.
Vệ tinh và "nhiệt kế tự nhiên"
Từ năm 1979, các vệ tinh đo bức xạ vi sóng do ôxy trong khí quyển phát ra, từ đó suy ra nhiệt độ trung bình của cả lớp không khí dày vài km — không phải nhiệt độ sát mặt đất như trạm. Hai nhóm chính xử lý số liệu này (UAH và RSS) từng chênh nhau đáng kể vì cách hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh trôi dần, nhưng cả hai đều cho thấy tầng đối lưu ấm lên.
Trước khi có nhiệt kế, các nhà khoa học dựa vào dữ liệu đại diện (proxy): vòng gỗ cây cổ thụ, san hô, trầm tích hồ và đáy biển, măng đá trong hang động, và lõi băng. Lõi băng khoan ở Nam Cực (dự án EPICA ở Dome C) lưu bọt khí cổ cho phép đo CO₂ trong khoảng 800.000 năm qua. Nhờ các "nhiệt kế tự nhiên" này, IPCC mới có thể nói nhiệt độ hiện nay so với hàng nghìn năm trước ra sao.
Góc nhìn hôm nay: Việt Nam nằm ở đâu trong bức tranh này
Các trạm khí tượng Việt Nam trao đổi số liệu quốc tế qua hệ thống viễn thông toàn cầu của WMO, góp vào các bộ số liệu nói trên. Một số trạm có chuỗi quan trắc từ đầu thế kỷ 20, rất quý cho việc theo dõi khí hậu khu vực. Các bản kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường dựa trên chính chuỗi số liệu trạm này.
Muốn tự xem số liệu: các trang của NASA GISTEMP, Berkeley Earth, Copernicus đều cho tải số liệu, có biểu đồ tương tác theo từng vùng. Thử tìm ô lưới chứa nơi mình sống, so đường nhiệt độ ở đó với đường toàn cầu — một cách học thống kê khí hậu rất trực quan cho học sinh cấp ba.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt độ toàn cầu được đo như thế nào?
Bằng cách tổng hợp số liệu từ hàng chục nghìn trạm trên đất liền và hàng triệu phép đo mặt biển của tàu, phao. Các nhà khoa học tính dị thường nhiệt độ của từng nơi so với mức bình thường của chính nơi đó, chia lưới ô, rồi lấy trung bình có trọng số theo diện tích.
Dị thường nhiệt độ là gì?
Là độ chênh giữa nhiệt độ đo được và mức trung bình của chính nơi đó trong một giai đoạn chuẩn. Dùng dị thường giúp so sánh được trạm núi với trạm đồng bằng, và ít bị ảnh hưởng khi mạng trạm thay đổi.
Vì sao lấy mốc 1850–1900?
Vì từ khoảng giữa thế kỷ 19, số liệu đo nhiệt độ trên đất liền và mặt biển mới đủ rộng để tính trung bình toàn cầu. IPCC dùng giai đoạn này làm mốc gần đúng cho thời kỳ tiền công nghiệp.
Đảo nhiệt đô thị có làm sai số liệu nóng lên toàn cầu không?
Ảnh hưởng rất nhỏ sau hiệu chỉnh. Các phân tích so trạm thành phố với trạm nông thôn, và so đất liền với đại dương nơi không có đô thị, đều cho kết quả ấm lên tương tự.
Có bao nhiêu bộ số liệu nhiệt độ toàn cầu?
Có nhiều bộ do các nhóm độc lập tính, phổ biến nhất là HadCRUT5 (Anh), NOAAGlobalTemp và GISTEMP (Mỹ), Berkeley Earth, ERA5 (châu Âu) và JRA-3Q (Nhật Bản). WMO tổng hợp sáu bộ khi công bố nhiệt độ hằng năm, và các bộ cho xu hướng rất sát nhau.