Theo nghiên cứu mới của Đại học Bang Arizona (Arizona State University – ASU, Hoa Kỳ), cái chết có thể xảy ra ở các mức nhiệt độ thấp hơn so với ước tính khoa học đã được thiết lập về “khả năng sống sót trong môi trường nóng” [mà con người đang sử dụng].

Một nghiên cứu được công bố gần đây đăng trên Tập san khoa học Nature Communications cho thấy phương pháp chính để đo lường mức nhiệt độ chết người – còn được gọi là “nhiệt bầu ướt toàn cầu” (wet-bulb global temperature) – là không đủ [sức thuyết phục], dẫn đến việc ước tính tỷ lệ tử vong do các đợt nắng nóng cực độ trở nên thấp một cách giả tạo.

Theo Sở Sức khỏe Cộng đồng Hạt Maricopa, những phát hiện này, dựa trên mô hình khí hậu, đặc biệt phù hợp với tần suất và cường độ ngày càng tăng của các đợt sóng nhiệt trên khắp thế giới, bao gồm mùa hè năm ngoái đã giết chết ít nhất 579 người ở khu vực Tp. Phoenix (bang Arizona, Hoa Kỳ). Theo ước tính của cơ quan sức khỏe cộng đồng, đợt nắng nóng tương tự cũng có mối liên quan đến hơn 150 người chết ở bang Texas (Mỹ), khiến đây trở thành một trong những thảm họa tồi tệ nhất trong lịch sử bang này.

Chỉ số “nhiệt bầu ướt” là 95 độ Fahrenheit (khoảng 35 độ C) – hoặc khoảng 99 độ F (khoảng 37 độ C) khi dùng các phương pháp đo tiêu chuẩn – được xem là giới hạn cho khả năng sống sót của con người trong sáu giờ phơi nhiệt ngoài trời không có bóng râm. Các số liệu ghi nhận về mức nhiệt bầu ướt cho thấy đó là một sự kết hợp giữa nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối, góc chiếu của mặt trời, độ che phủ của mây và tốc độ gió.

Nhưng nghiên cứu cho thấy hàng triệu người Mỹ, đặc biệt là những người già và những người có sức khỏe kém, có thể chết ở mức nhiệt bầu ướt thấp hơn nhiều so với 95 độ F (35 độ C), đặc biệt là khi độ ẩm tăng lên và các yếu tố khác của [sức khỏe] con người cùng xuất hiện. Chẳng hạn như, theo nghiên cứu này, một thanh niên khỏe mạnh có thể chết sau sáu giờ tiếp xúc với mức nhiệt độ 92 độ F (33,3 độ C) kết hợp với độ ẩm 50%. Trong khi đó, một người già khỏe mạnh có thể chết ở mức nhiệt độ 91 độ F (32,7 độ C) với cùng mức độ ẩm này.

Các nhà nghiên cứu của ASU cho biết ngưỡng sống sót của nhiệt bầu ướt không tính đến các điều kiện thực tế. Nó giả định người bị phơi nhiễm hoàn toàn ít vận động, không mặc quần áo và không có bất kỳ yếu tố nguy cơ sức khỏe nào, ví dụ như chỉ số thể trọng cơ thể BMI (body mass index) hoặc tình trạng sức khỏe tim mạch.

Ts. Jennifer Vanos, chuyên gia khoa học cấp cao tại Phòng thí nghiệm Tương lai Toàn cầu của ASU và cũng là tác giả chính của báo cáo khoa học trên, cho biết trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại:

“Những gì chúng ta thấy trên toàn cầu là tác động sinh lý của nhiệt lượng khác nhau đến mức nào so với những gì được giả định trong thập kỷ qua. Con số đó [95 độ F] thực sự quá đơn giản hóa những gì thực tế xảy ra về mặt sinh lý trong cơ thể khi bạn tiếp xúc với mức nhiệt đó, và nó không tính đến những biến số quan trọng khác như tuổi tác hoặc các yếu tố dễ bị tổn thương.”

Ts. Vanos nói thêm:

“Con người có thể sống sót ở những mức nhiệt độ đó [trong phòng thí nghiệm], nhưng họ sẽ không thể sống sót trong thế giới thực. Chúng tôi không chỉ muốn hiểu rõ hơn về những điều kiện mà con người có thể sống sót. Chúng tôi muốn tìm hiểu những điều kiện cho phép mọi người đang sống như thực tế cuộc sống của họ.”

Các chuyên gia cho biết, một yếu tố quan trọng dẫn đến nguy cơ tử vong do nhiệt là khả năng tự làm mát của cơ thể bằng cách đổ mồ hôi. Khi độ ẩm môi trường tăng lên, cơ thể con người mất nước với tốc độ nhanh hơn mức có thể duy trì nhiệt độ trung tâm (core body temperature) của cơ thể dưới 109 độ F (43 độ C). Ở mức nhiệt độ trung tâm của cơ thể là 110 độ F (43,3 độ C), hệ thống sinh học bắt đầu ngừng hoạt động.

Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ (Centers for Disease Control and Prevention – CDC) ước tính có hơn 1.200 người ở Mỹ chết vì tình trạng nắng nóng cực độ hàng năm. Theo hướng dẫn của CDC, con số đó có thể tăng hơn gấp đôi vào cuối thế kỷ này dựa trên lộ trình dự báo hiện tại về phát thải khí nhà kính.

Ts. Vanos cho biết nghiên cứu mới nhất của nhóm này đã cung cấp viễn cảnh quan trọng trong tương lai cho các cơ quan chính phủ và giới hoạch định chính sách về mức độ ảnh hưởng của mức nhiệt độ môi trường cực cao “không chỉ đến việc sống sót [trong môi trường khắc nghiệt] mà còn cả khả năng sống thích nghi nữa”. Bà nói:

“Nếu cách an toàn duy nhất để sống ở một khu vực có nắng nóng cực độ là hoàn toàn ít vận động [không làm gì cả], thì mọi người sẽ không muốn sống ở đó đâu”.

Tình trạng nhiệt bầu ướt khác với “chỉ số nhiệt độ” – là con số thường được công chúng biết đến nhiều hơn. Nhiệt bầu ướt là sự kết hợp giữa nhiệt độ và độ ẩm tương đối ở các khu vực ngoài trời có bóng râm. Nó thường không được giới truyền thông sử dụng để giải thích về điều kiện sống hàng ngày hoặc trong các lời khuyên về sức khỏe.

Tuy nhiên, phương pháp tính toán nhiệt bầu ướt đã được các cơ quan và tổ chức, như Cơ quan Quản lý An toàn và Nguy hiểm Nghề nghiệp Hoa Kỳ (U.S. Occupational Safety and Hazard Administration) và Trường Cao đẳng Y học Thể thao Hoa Kỳ áp dụng, và trong một số trường hợp, nó đã được đưa vào các tiêu chuẩn an toàn khi con người phải gắng sức hoạt động ngoài trời.

Ts. Marshall Shepherd, giám đốc chương trình khoa học khí quyển tại Đại học Georgia (Hoa Kỳ) và là một chuyên gia về rủi ro tổn thương do khí hậu, cho biết trong một email:

“Về mặt khoa học, [phương pháp tính toán nhiệt bầu ướt] có lẽ là thước đo tốt hơn để truyền đạt mối rủi ro liên quan đến nền nhiệt, nhưng nó vẫn còn khá xa lạ với công chúng và những người quyết định về mặt chính sách. Vẫn cần có một chiến dịch giáo dục cộng đồng quan trọng khi số liệu ghi nhận về tình trạng nhiệt bầu ướt ngày càng xuất hiện nhiều hơn.”

Một nghiên cứu được công bố vào năm 2015 của người đồng nghiệp Andrew Grundstein của Ts. Shepherd – tập trung vào nguy cơ của nhiệt độ môi trường đối với các cầu thủ bóng đá – nhận thấy rằng nguy cơ này không xảy ra đồng nhất trên toàn nước Mỹ. Ví dụ như, các vận động viên ở những vùng có độ ẩm cao như miền Đông Nam Bộ [nước Mỹ] phải đối mặt với những rủi ro rất khác so với những người ở khu vực phía Tây Nam [nước Mỹ], nơi có mức nhiệt độ cao hơn nhưng độ ẩm thấp hơn.

Trong đợt nắng nóng mùa hè năm ngoái ở Tp. Phoenix, nền nhiệt độ đã tăng vọt lên tới 110 độ F (43.3 độ C) trong 31 ngày liên tiếp, trong đó có ba ngày lập kỷ lục ở mức 119 độ F (48,3 độ C). Và mức nhiệt cao đó đi kèm với độ ẩm tương đối thấp khoảng 10%.

Tuy nhiên, thành phố vẫn lập kỷ lục mới về số ca tử vong do nắng nóng, ngay cả khi hầu hết cư dân vẫn ở trong nhà và tránh hoạt động ngoài trời [trong suốt khoảng thời gian đó].

SÓNG NHIỆT – MỐI ĐE DỌA NGÀY CÀNG TĂNG ĐỐI VỚI XÃ HỘI VÀ MÔI TRƯỜNG

Sóng nhiệt là hiện tượng khí hậu cực đoan đã trở thành mối quan tâm lớn của xã hội [loài người] vì chúng được dự báo sẽ gia tăng về tần suất, cường độ và thời gian trong thế kỷ 21. Một nghiên cứu gần đây trên tập san khoa học Reviews of Geophysics (Bình duyệt các nghiên cứu trong lĩnh vực Địa vật lý học – Geophysics) tập trung khám phá những hiểu biết hiện nay về sóng nhiệt và các thách thức khoa học chính trong lĩnh vực này. Ở đây, chúng tôi đã yêu cầu các tác giả của nghiên cứu đưa ra cái nhìn tổng quan về các đợt nắng nóng, mối quan hệ của chúng với những mối nguy hiểm khác và nền khí hậu, cũng như đặt ra các câu hỏi còn tồn tại.

Nói một cách đơn giản, sóng nhiệt là gì và loại tiêu chí nào được sử dụng để xác định chúng?

Sóng nhiệt là những khoảng thời gian có xuất hiện nền nhiệt độ cao hơn đáng kể so với giá trị thông thường được ghi nhận ở một nơi chốn nhất định. Điều này có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong năm, nhưng ở những vùng có đặc tính phân biệt mùa thời tiết rõ rệt, thuật ngữ này thường được áp dụng cho những hiện tượng xảy ra vào mùa hè. Hiện không có định nghĩa chung về sóng nhiệt (xem Hình 1), nhưng cường độ tối thiểu (là mức nhiệt độ vượt trên một ngưỡng nhất định) và thời lượng diễn ra (thường là trong ba ngày liên tiếp trở lên) là những tiêu chí chung [để chỉ một đợt sóng nhiệt]. Tùy thuộc vào mục đích, các điều kiện hoặc biến số bổ sung có thể được xem xét để đánh giá những đặc điểm của chúng (ví dụ như: phạm vi/diện tích ảnh hưởng) hoặc các tác động liên quan (ví dụ: độ sốc nhiệt).

Nguyên nhân chính nào gây ra sóng nhiệt?

Sóng nhiệt là hậu quả của mối tương tác giữa các động lực mang tính chất khác nhau, hoạt động ở những quy mô không gian-thời gian khác nhau (Hình 2). Trong những năm gần đây, hiện tượng nóng lên toàn cầu là nguyên nhân chính khiến các đợt sóng nhiệt xảy ra thường xuyên và dữ dội hơn ở hầu hết khu vực trên thế giới. Những biến động khí hậu tự nhiên, như hiện tượng El Niño–Dao động phương Nam (ENSO), cũng ảnh hưởng đến các đợt nắng nóng ở quy mô từ nhiều năm cho đến nhiều thập kỷ. Sóng khí quyển hành tinh và hệ thống áp cao thời tiết là những nguyên nhân trực tiếp phổ biến [dẫn đến sóng nhiệt] ở khu vực ngoại nhiệt đới. Các yếu tố gần khác, chẳng hạn như độ phủ của thảm thực vật và độ ẩm của đất, có thể gây ra và làm trầm trọng thêm các đợt nắng nóng thông qua hiệu ứng phản hồi phức tạp với bầu khí quyển. Các yếu tố thúc đẩy và tầm quan trọng tương đối của chúng có thể khác nhau tùy theo vùng và tùy theo sự kiện.

Sóng nhiệt làm trầm trọng thêm các mối nguy hiểm tự nhiên khác như thế nào?

Sóng nhiệt có thể tình cờ xảy ra [cùng một lúc] với các rủi ro khác, chẳng hạn như hạn hán, bão bụi, nạn ô nhiễm hoặc cháy rừng. Tuy nhiên, thường thì, sự xuất hiện kết hợp của chúng là để đáp trả lại những yếu tố thúc đẩy khí quyển chung hoặc phản hồi mặt đất-khí quyển, khiến những mối nguy hiểm này gia tăng thêm cường độ cho nhau. Ví dụ như, các đợt sóng nhiệt góp phần làm cho đất khô cằn và làm tăng mức độ nghiêm trọng của hạn hán, mà do đó lại trở thành dấu hiệu báo trước phổ biến của các đợt nắng nóng [tiếp theo]; sự xuất hiện đồng thời của chúng là một ví dụ điển hình về cách mà một sự kiện phức hợp gây mất cân bằng xã hội và hệ sinh thái.

Sóng nhiệt cũng thường có mối liên hệ với tình trạng đình trệ bầu khí quyển (tức là các khối không khí bị mắc kẹt bên trên một khu vực nhất định), cản trở sự lưu thông và khuếch tán những chất ô nhiễm ở trong tầng khí quyển thấp hơn, dẫn đến tình trạng suy giảm đáng kể chất lượng không khí (ví dụ như: nồng độ các chất ô nhiễm ozon và dạng hạt ở gần bề mặt tăng cao). Nền nhiệt độ cực cao, kết hợp với độ ẩm thấp và gió lớn, là tác nhân đến từ khí quyển gây ra thảm họa cháy rừng, đe dọa nghiêm trọng đến những khu vực có thảm thực vật khô hạn như thảo nguyên Địa Trung Hải ở Châu Âu, Australia và Châu Mỹ.

Tại sao việc nghiên cứu hiện tượng sóng nhiệt ở các quy mô không gian và thời gian khác nhau lại hữu ích?

Việc đánh giá sóng nhiệt ở các quy mô khác nhau đều gặp phải những vấn đề và thách thức riêng (xem Hình 2), nhưng tất cả chúng có thể mang lại những kiến thức bổ sung và nhiều lợi ích cho khả năng dự báo được sóng nhiệt, dự đoán kịch bản trong tương lai, cũng như việc triển khai các hệ thống cảnh báo sớm và đề ra chiến lược thích ứng hiệu quả. Ví dụ như, ở các khu vực thành thị, nơi nhiệt độ [môi trường] tăng cao do hiệu ứng cô lập nhiệt trong môi trường [bê tông] đô thị, giới nghiên cứu phải xem xét đến những yếu tố địa phương (ví dụ như: thiết kế đô thị, phân bố không gian cây xanh, mức độ dân số) để giảm thiểu tác động của sóng nhiệt đối với sức khỏe, năng suất lao động, nhu cầu năng lượng điện, hoặc cơ sở hạ tầng.

Ở quy mô không gian-thời gian lớn hơn, hiểu biết về sóng nhiệt mang lại lợi ích dự báo chính xác ngoài phạm vi lĩnh vực thời tiết, vốn cần thiết để dự đoán các đợt tăng nhiệt cực lớn với tác động tàn phá đến hệ sinh thái tự nhiên, phá hủy chu trình tuần hoàn carbon, và ảnh hưởng đến một số lĩnh vực kinh tế xã hội. Cuối cùng, việc đánh giá khí hậu toàn cầu cho phép giới nghiên cứu thiết lập được mối liên kết chặt chẽ với hiện tượng nóng lên toàn cầu, cải thiện các dự báo trong tương lai, khám phá các ngưỡng trong khả năng thích ứng và hướng dẫn phát triển các chiến lược giảm nhẹ tình hình chung.

Dự kiến tình trạng sóng nhiệt sẽ thay đổi như thế nào trong tương lai?

Các mô hình khí hậu cho phép giới nghiên cứu đánh giá được những thay đổi trong tương lai của các đợt nắng nóng ở quy mô toàn cầu và khu vực. Hiện tượng nóng lên toàn cầu không suy giảm (unabated global warming) sẽ dẫn đến các đợt nắng nóng kéo dài hơn, dữ dội hơn, trên diện rộng và ở tần số thường xuyên hơn trên hầu hết các vùng đất liền, ngay cả khi nền nhiệt độ [trung bình toàn cầu] tăng thêm +0,5 độ C [so với thời kỳ tiền công nghiệp]. Chúng sẽ làm trầm trọng thêm những thay đổi được quan sát thấy, với các sự kiện chưa từng có sẽ phá vỡ những kỷ lục mới được thiết lập gần đây (Hình 3).

Bất kể kịch bản phát thải khí nhà kính như thế nào, thì cường độ của các thái cực nóng ấm sẽ có xu hướng gia tăng tuyến tính với tình trạng nóng lên toàn cầu, mặc dù có sự khác biệt đáng kể giữa các khu vực và đặc điểm sóng nhiệt. Mức tăng dự kiến thường thay đổi tùy theo xác suất hiếm [xảy ra] của sự kiện. Ví dụ như, đối với diện tích đất liền trên toàn cầu, một ngày nóng xuất hiện mỗi 20 năm một lần trong điều kiện khí hậu ngày nay sẽ có khả năng xảy ra cao hơn khoảng 2,5 lần trong một thế giới nóng thêm 2°C.

Mặc dù xu hướng của những thay đổi trong tương lai là không còn nghi ngờ gì nữa, nhưng mức độ của chúng vẫn chưa chắc chắn ở quy mô khu vực, một phần là do thiếu các tác động hoặc chu trình diễn đạt sai lệch trong mô hình khí hậu. Tình trạng không chắc chắn này mang ý nghĩa là, đối với một số khu vực, những thay đổi trong tương lai có thể lớn hơn dự kiến hiện tại, điều này càng nhấn mạnh đến nhu cầu cấp thiết là giảm phát thải nhà kính để đối phó với sự trầm trọng không thể tránh khỏi của các đợt nắng nóng.

Làm thế nào kiến thức khoa học hiện tại về sóng nhiệt có thể được sử dụng để cung cấp thông tin hướng dẫn cho chính sách địa phương hoặc khu vực nhằm quản lý rủi ro này?

Trong vài năm qua, thế giới đã chứng kiến sự tiến bộ đáng kể về hiểu biết quy trình, khả năng quan trắc, thống kê số liệu và phát triển mô hình vật lý [của khí hậu]. Điều này góp phần dự đoán thời tiết chính xác hơn và cải thiện khả năng dự đoán các đợt nắng nóng ở quy mô “dưới mùa/nội mùa” – subseasonal (trong khoảng thời gian trên hai tuần). Sau đợt sóng nhiệt vào năm 2003, nhiều nước Châu Âu đã triển khai thành công các hệ thống cảnh báo sức khỏe do nền nhiệt nóng, nhằm giảm thiểu các tác động liên quan đến nhiệt đối với người dân.

Các dự báo dưới mùa/nội mùa có tiềm năng cung cấp thông tin dự đoán hữu ích cho việc triển khai hệ thống cảnh báo sớm trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội liên quan đến nông nghiệp, công việc trồng trọt, năng lượng và nước (ví dụ như: quản lý rủi ro cháy rừng, nhu cầu năng lượng điện hoặc tài nguyên nước). Ở quy mô thời gian dài hơn, kiến thức hiện tại về những thay đổi trong tương lai của sóng nhiệt rất hữu ích để hướng dẫn việc ra quyết định các chiến lược giảm thiểu (mitigation) và thích ứng (adaptation) (ví dụ như: thiết kế các thành phố xanh hơn để giảm hiệu ứng “cô lập nhiệt đô thị”).

Một số vấn đề [liên quan đến sóng nhiệt] chưa được giải quyết và cần nghiên cứu, tìm kiếm dữ liệu hoặc mô hình hóa bổ sung là gì?

Hiểu biết của chúng ta về sóng nhiệt đã được cải thiện đáng kể trong những năm gần đây. Tuy nhiên, vẫn còn những khó khăn liên quan đến định nghĩa, mô phỏng sóng nhiệt, quy kết do biến đổi khí hậu, hoặc khả năng dự báo trong tương lai.

Nhìn chung, người ta vẫn chưa thấu hiểu được những nguyên nhân gây ra sóng nhiệt, và chưa rõ các quá trình tiềm ẩn [diễn tiến đến sóng nhiệt] có thể bị thay đổi như thế nào trong tương lai. Theo đó, thật chính đáng khi đặt câu hỏi liệu việc trình bày cảnh báo hợp lý các đợt nắng nóng trong những mô hình hiện tại có xảy ra vì những nguyên nhân chính xác hay không, và cách hiểu mang tính rời rạc này sẽ ảnh hưởng đến các dự báo trong tương lai như thế nào.

Những câu hỏi quan trọng liên quan đến các khía cạnh động lực không chắc chắn của sóng nhiệt, chẳng hạn như những thay đổi trong tương lai của hoàn lưu khí quyển và vai trò động lực của lớp thực vật, cũng như các áp lực khác xảy ra tùy theo khu vực (ví dụ: bụi khí ô nhiễm, tình trạng tưới tiêu). Tuy nhiên, những thách thức lớn liên quan đến các câu hỏi cơ bản này đòi hỏi phải nghiên cứu liên ngành. Chúng bao gồm kiến thức thu được từ quá trình [nghiên cứu], đòi hỏi nỗ lực phối hợp hướng tới phát triển lý thuyết, quan sát và mô hình hóa, cũng như việc thiết lập các khung rủi ro dựa trên tác động [của sóng nhiệt], có tích hợp kiến thức này với các yếu tố gây thêm tình trạng căng thẳng không liên quan đến khí hậu (ví dụ: mức độ phơi nhiễm, tính dễ bị tổn thương, khả năng thích ứng) để cung cấp thông tin hành động phù hợp với các lĩnh vực cụ thể.