Lượng mưa là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa lượng mưa

Lượng mưa là thuật ngữ chỉ tổng lượng nước rơi xuống từ khí quyển xuống bề mặt Trái Đất dưới dạng giáng thủy, bao gồm mưa, tuyết, mưa đá và sương mù đọng. Trong khí tượng học, lượng mưa thường được hiểu là lượng nước rơi xuống dưới dạng lỏng hoặc chuyển đổi thành nước sau khi tan chảy (như tuyết hoặc băng). Đơn vị đo phổ biến nhất là milimét (mm), tương đương với chiều cao cột nước tích tụ trong một khu vực phẳng không có hiện tượng bốc hơi hoặc thấm nước.

Theo định nghĩa chính thức từ Hiệp hội Khí tượng Hoa Kỳ (AMS), lượng mưa là một dạng giáng thủy (precipitation) – là kết quả của quá trình ngưng tụ hơi nước trong khí quyển, đóng vai trò quan trọng trong chu trình nước toàn cầu. Việc hiểu và đo lường lượng mưa chính xác là yếu tố thiết yếu để dự báo thời tiết, quản lý nguồn nước và xây dựng các chiến lược thích ứng với biến đổi khí hậu.

Một số dạng lượng mưa phổ biến:

• Mưa lỏng (rain): giọt nước có đường kính > 0.5 mm.
• Mưa phùn (drizzle): giọt nước nhỏ hơn 0.5 mm, rơi nhẹ và đều.
• Mưa đá (hail): nước đông cứng thành cục đá, thường xuất hiện trong giông mạnh.
• Tuyết (snow): tinh thể băng kết tụ rơi xuống khi nhiệt độ thấp.

Cơ chế hình thành lượng mưa

Lượng mưa hình thành khi hơi nước trong khí quyển ngưng tụ lại thành các giọt nước hoặc tinh thể băng xung quanh hạt nhân ngưng tụ như bụi, muối biển hoặc bồ hóng. Khi những hạt này đủ lớn và nặng, chúng rơi xuống mặt đất do trọng lực. Có ba cơ chế chính dẫn đến hiện tượng mưa: mưa đối lưu, mưa tầng và mưa địa hình – mỗi loại phụ thuộc vào cách không khí nâng lên và nguội đi.

Quá trình ngưng tụ và kết tụ giọt nước trong mây được hỗ trợ bởi sự chênh lệch nhiệt độ, áp suất khí quyển và mức bão hòa hơi nước. Các điều kiện này được xác định bằng các đại lượng vật lý như độ ẩm tương đối, chỉ số bất ổn định (CAPE) và gradient nhiệt độ theo độ cao. Một mô hình tổng quát hóa cân bằng nước khí quyển được biểu diễn như sau:

$P = E + T - R - I$

Trong đó:

• $P$ – lượng mưa thực tế.
• $E$ – lượng nước bay hơi từ mặt đất và mặt nước.
• $T$ – lượng nước thoát hơi qua thực vật (transpiration).
• $R$ – dòng chảy mặt.
• $I$ – lượng nước thấm vào đất.

Quá trình mưa là phần thể hiện rõ rệt nhất của sự chuyển pha từ hơi nước sang thể lỏng hoặc rắn trong khí quyển – phản ánh chu trình thủy văn toàn cầu từ bay hơi đến ngưng tụ và giáng thủy.

Phân loại lượng mưa

Lượng mưa có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, tùy theo cơ chế hình thành, tính chất vật lý hoặc điều kiện thời tiết đi kèm. Trong khí tượng học, ba loại lượng mưa chính được phân loại dựa trên quá trình nâng không khí gồm:

• Mưa đối lưu (convective rain): Xảy ra do không khí nóng bốc lên nhanh và mạnh, tạo thành mây cumulonimbus. Mưa đối lưu thường dữ dội, thời gian ngắn, phổ biến ở vùng nhiệt đới.
• Mưa tầng (stratiform rain): Sinh ra từ mây tầng (stratus), có cường độ nhẹ đến vừa, kéo dài nhiều giờ hoặc nhiều ngày, thường gắn liền với các hệ thống áp thấp quy mô lớn.
• Mưa địa hình (orographic rain): Hình thành khi khối không khí ẩm bị ép lên cao bởi địa hình đồi núi, gây ngưng tụ và mưa ở phía đón gió.

Một số loại lượng mưa khác ít phổ biến hơn:

• Mưa giông (thunderstorm rain): kết hợp giữa mưa và sấm sét, thường kèm theo gió giật mạnh.
• Mưa lạnh (freezing rain): giọt mưa đóng băng ngay khi chạm mặt đất có nhiệt độ dưới 0°C.
• Sương mù ướt (drizzle from fog): hạt mưa nhỏ sinh ra từ mây tầng thấp hoặc sương mù dày.

Phân loại lượng mưa giúp ích trong dự báo thời tiết chính xác, quản lý rủi ro thiên tai và thiết kế hạ tầng kỹ thuật như thoát nước đô thị.

Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng mưa

Lượng mưa chịu tác động bởi nhiều yếu tố khí tượng và địa lý. Trong đó, độ ẩm và nhiệt độ là hai yếu tố quyết định khả năng hình thành và duy trì hệ mây mưa. Không khí nóng có thể giữ nhiều hơi nước hơn, do đó vùng khí hậu nhiệt đới thường có lượng mưa cao.

Các yếu tố chính ảnh hưởng bao gồm:

• Độ ẩm: Không khí bão hòa dễ sinh mưa khi có nhân ngưng tụ.
• Nhiệt độ: Ảnh hưởng đến khả năng giữ hơi nước, sự chênh lệch nhiệt tạo đối lưu.
• Áp suất khí quyển: Áp suất thấp hỗ trợ quá trình nâng không khí và hình thành mây.
• Vị trí địa lý: Các vùng gần xích đạo có hoàn lưu Hadley hoạt động mạnh nên mưa nhiều hơn.
• Địa hình: Núi cao làm không khí bị nâng cưỡng bức, gây mưa nhiều ở sườn đón gió.

Bảng dưới đây tóm tắt mối quan hệ giữa các yếu tố và tác động đến lượng mưa:

Yếu tố	Tác động đến lượng mưa
Độ ẩm cao	Tăng khả năng hình thành mây mưa
Chênh lệch nhiệt độ lớn	Kích hoạt đối lưu mạnh, gây mưa đối lưu
Địa hình núi	Gây mưa địa hình phía đón gió, vùng khuất gió thường khô
Vĩ độ thấp (nhiệt đới)	Lượng mưa trung bình cao trong năm

Những yếu tố này cũng là đầu vào quan trọng cho các mô hình khí hậu số và dự báo lượng mưa trong tương lai.

Phương pháp đo và quan trắc lượng mưa

Lượng mưa được đo lường thông qua nhiều phương pháp khác nhau, từ công cụ thủ công đến công nghệ viễn thám hiện đại. Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng về độ chính xác, độ phủ không gian và chi phí triển khai. Dữ liệu đo mưa là yếu tố đầu vào quan trọng trong dự báo thời tiết, mô hình thủy văn và quản lý thiên tai.

Các phương pháp phổ biến bao gồm:

• Vũ kế tiêu chuẩn (Standard Rain Gauge): Dụng cụ đo mưa cơ bản gồm một phễu hứng mưa dẫn vào ống chia vạch. Đơn vị đo thường là mm.
• Vũ kế tự ghi (Tipping Bucket): Mỗi khi một lượng nước nhất định được tích lũy, xô sẽ lật và ghi lại số lần lật như một đơn vị mưa. Phù hợp với giám sát thời gian thực.
• Radar thời tiết (Weather Radar): Dựa trên sóng điện từ phản xạ từ hạt mưa để ước lượng cường độ và phân bố mưa theo khu vực rộng.
• Vệ tinh quan trắc: Cung cấp dữ liệu lượng mưa toàn cầu, đặc biệt hữu ích ở khu vực hải đảo hoặc vùng khó tiếp cận. Chương trình GPM của NASA là ví dụ điển hình.

Dữ liệu đo mưa được lưu trữ và chia sẻ qua các hệ thống dữ liệu khí tượng toàn cầu như NASA Climate Data và WMO Global Observing System.

Phân bố lượng mưa trên Trái Đất

Lượng mưa không phân bố đều giữa các vùng lãnh thổ và thay đổi theo vĩ độ, địa hình, khí hậu địa phương và hoàn lưu khí quyển. Những vùng gần xích đạo, như Amazon, Trung Phi hay Đông Nam Á, có lượng mưa cao quanh năm nhờ hoàn lưu Hadley và hoạt động đối lưu mạnh.

Ngược lại, các khu vực nằm trong vùng áp cao cận nhiệt như Sahara, Trung Đông hay Tây Úc có khí hậu khô hạn với lượng mưa rất thấp. Ở vùng núi, bên đón gió thường mưa nhiều hơn bên khuất gió. Ở Việt Nam, địa hình chia cắt và tác động của gió mùa khiến phân bố lượng mưa rất không đồng đều giữa các vùng.

Bảng dưới đây minh họa so sánh lượng mưa trung bình năm ở một số khu vực đại diện:

Khu vực	Vĩ độ	Lượng mưa trung bình (mm/năm)
Rừng Amazon (Brazil)	~3°S	2.200–3.000
Miền Bắc Việt Nam	21°N	1.800–2.500
Sa mạc Sahara	15–30°N	<100
Đông Bắc Ấn Độ (Cherrapunji)	25°N	>11.000

Sự chênh lệch lớn này ảnh hưởng mạnh đến sinh thái, dân cư, nông nghiệp và chiến lược phát triển bền vững của từng khu vực.

Vai trò của lượng mưa trong hệ sinh thái

Lượng mưa là yếu tố nền tảng trong cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái. Nó kiểm soát quá trình sinh trưởng của thực vật, khả năng tái tạo rừng, cân bằng nước ngầm và duy trì sông suối. Các hệ sinh thái như rừng mưa nhiệt đới, đồng cỏ, đầm lầy hay hoang mạc đều hình thành dưới ảnh hưởng trực tiếp của mô hình lượng mưa.

Mưa đều và đủ tạo điều kiện cho thảm thực vật phát triển, làm giảm xói mòn đất và giữ nước cho tầng ngậm nước. Trong khi đó, mưa cực đoan hoặc bất thường (mưa lớn, mưa ngắt quãng) có thể gây lũ quét, lở đất và phá vỡ cấu trúc đất – ảnh hưởng tiêu cực đến đa dạng sinh học.

Trong chu trình dinh dưỡng sinh học (biogeochemical cycle), nước từ mưa là phương tiện vận chuyển chính của khoáng chất, chất hữu cơ và vi sinh vật trong đất, giúp tái tạo và duy trì hệ sinh thái ổn định.

Lượng mưa và biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang làm thay đổi mô hình lượng mưa một cách rõ rệt. Theo Báo cáo AR6 của IPCC, nhiệt độ trung bình tăng dẫn đến tốc độ bốc hơi cao hơn, làm tăng độ ẩm khí quyển và gia tăng xác suất các hiện tượng mưa lớn cực đoan.

Một số khu vực vốn mưa nhiều có thể tiếp tục ẩm ướt hơn, trong khi các vùng khô lại càng hạn hán nghiêm trọng. Hiện tượng ENSO (El Niño và La Niña) cũng thay đổi tần suất và cường độ, gây ra các chuỗi hạn – lũ luân phiên ở châu Á, châu Phi và Nam Mỹ.

Mô phỏng từ các mô hình khí hậu cho thấy sự thay đổi trong chỉ số lượng mưa theo vùng:

Vùng	Xu hướng lượng mưa (2100, theo SSP2-4.5)
Đông Nam Á	Tăng nhẹ (5–10%)
Nam Âu & Trung Đông	Giảm mạnh (10–30%)
Sahel (Châu Phi)	Tăng nhưng không ổn định
Nam Mỹ (Amazon)	Giảm rõ rệt, rủi ro sa mạc hóa

Thay đổi lượng mưa gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực, tài nguyên nước và khả năng thích ứng của cộng đồng dân cư.

Ứng dụng dữ liệu lượng mưa

Dữ liệu lượng mưa đóng vai trò chiến lược trong nhiều ngành kinh tế và lĩnh vực khoa học. Việc thu thập và phân tích dữ liệu mưa giúp ra quyết định chính xác, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa nguồn lực trong các ngành như nông nghiệp, giao thông, đô thị và thủy lợi.

Các ứng dụng điển hình:

• Nông nghiệp: lập kế hoạch gieo trồng, điều chỉnh chế độ tưới tiêu, phòng ngừa sâu bệnh.
• Quản lý lũ lụt: mô phỏng kịch bản lũ dựa trên chuỗi dữ liệu lượng mưa, nâng cao khả năng cảnh báo sớm.
• Thiết kế hạ tầng: xây dựng hệ thống thoát nước, hồ điều hòa, công trình kiểm soát mưa lớn.
• Khí hậu học: nghiên cứu chu kỳ hạn – mưa và mối liên hệ với biến đổi khí hậu dài hạn.

Nguồn dữ liệu có thể đến từ mạng lưới khí tượng quốc gia, vệ tinh quốc tế, hoặc các nền tảng mở như NASA Climate và NOAA Climate Data Online.

Tài liệu tham khảo

1. AMS. (n.d.). Glossary of Meteorology: Precipitation. Link
2. NASA. (n.d.). Global Precipitation Measurement (GPM). Link
3. IPCC. (2021). Sixth Assessment Report (AR6), Working Group I. Link
4. WMO. (2023). State of the Global Climate. Link
5. NOAA. (n.d.). Climate Data Online. Link