Mực nước biển là gì? Các nghiên cứu về Mực nước biển

Định nghĩa mực nước biển

Mực nước biển là độ cao trung bình của mặt biển được tính toán từ nhiều quan sát khác nhau trong khoảng thời gian dài. Đây là một trong những chuẩn mực quan trọng nhất để đo lường độ cao địa hình, xây dựng bản đồ và nghiên cứu các hiện tượng khí hậu toàn cầu. Khác với khái niệm mực nước tại một thời điểm, mực nước biển mang tính chất thống kê trung bình, loại bỏ dao động ngắn hạn do thủy triều hay sóng.

Mực nước biển có thể được định nghĩa theo phạm vi toàn cầu hoặc khu vực. Mực nước biển trung bình toàn cầu (Global Mean Sea Level – GMSL) là thước đo dùng trong nghiên cứu biến đổi khí hậu, còn mực nước biển khu vực chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố địa phương như hải lưu, gió mùa, sự lún sụt địa chất. Chính sự khác biệt này giải thích tại sao ở cùng thời điểm, có nơi nước biển dâng nhanh hơn và có nơi chậm hơn.

Từ góc độ khoa học, mực nước biển phản ánh cân bằng khối lượng và năng lượng của hệ thống đại dương – khí quyển – băng quyển. Đây là một chỉ số tổng hợp, cho thấy tác động của biến đổi khí hậu, sự nóng lên toàn cầu và thay đổi tự nhiên trong hành tinh. Do đó, nghiên cứu mực nước biển không chỉ có giá trị hải dương học mà còn mang ý nghĩa chiến lược cho chính sách môi trường và phát triển bền vững.

Bảng minh họa phạm vi khái niệm:

Khái niệm	Đặc điểm	Ứng dụng
Mực nước biển trung bình toàn cầu	Tính từ dữ liệu vệ tinh và trạm đo trên toàn thế giới	Nghiên cứu biến đổi khí hậu, báo cáo IPCC
Mực nước biển khu vực	Bị ảnh hưởng bởi địa hình, hải lưu, gió	Quy hoạch ven biển, phòng chống ngập

Phương pháp đo mực nước biển

Một trong những cách cổ điển để đo mực nước biển là sử dụng trạm thủy triều ven biển. Các trạm này ghi lại mực nước theo chu kỳ thủy triều và lưu trữ dữ liệu nhiều năm. Ưu điểm là cung cấp dữ liệu dài hạn, nhưng nhược điểm là chỉ phản ánh phạm vi địa phương và bị ảnh hưởng bởi sự dịch chuyển kiến tạo hoặc lún đất.

Phương pháp hiện đại hơn là vệ tinh đo cao radar (satellite altimetry). Vệ tinh phát tín hiệu radar xuống bề mặt biển và đo thời gian phản hồi để tính khoảng cách từ vệ tinh đến mặt nước. Kết hợp với dữ liệu quỹ đạo chính xác, các nhà khoa học có thể tính toán mực nước biển trung bình toàn cầu. Các vệ tinh như TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2 và Jason-3 đã cung cấp dữ liệu liên tục từ năm 1992, cho phép theo dõi xu hướng dâng nước biển với độ chính xác từng milimet.

Một số phương pháp bổ sung khác bao gồm cảm biến áp suất đáy biển và máy đo GPS kết hợp. Cảm biến áp suất đặt dưới đáy đại dương có thể đo sự thay đổi áp lực do khối lượng nước, còn GPS giúp hiệu chỉnh các sai lệch từ chuyển động thẳng đứng của đất. Sự kết hợp các công nghệ này tạo nên mạng lưới đo đạc đa dạng, giảm thiểu sai số và nâng cao độ tin cậy.

Danh sách phương pháp chính:

• Trạm thủy triều: dữ liệu lịch sử dài hạn, phạm vi địa phương.
• Vệ tinh đo cao: phạm vi toàn cầu, độ chính xác cao.
• Cảm biến áp suất đáy biển: theo dõi biến đổi sâu dưới đại dương.
• GPS kết hợp: hiệu chỉnh chuyển động kiến tạo và lún đất.

Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước biển

Mực nước biển không phải là một giá trị bất biến, mà thay đổi liên tục do nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Thủy triều là nguyên nhân dao động ngắn hạn rõ rệt nhất, xuất phát từ lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời. Bên cạnh đó, sóng, bão và áp suất khí quyển cũng có thể làm mực nước biển dao động trong thời gian ngắn.

Ở quy mô dài hạn, mực nước biển chịu ảnh hưởng mạnh từ hai yếu tố chính: băng tan và giãn nở nhiệt. Khi khí hậu nóng lên, băng ở Greenland, Nam Cực và sông băng toàn cầu tan chảy, bổ sung khối lượng nước vào đại dương. Đồng thời, sự tăng nhiệt độ làm nước biển giãn nở, chiếm thể tích lớn hơn, góp phần vào xu hướng dâng mực nước biển toàn cầu.

Bên cạnh đó, các yếu tố địa phương như dòng hải lưu, gió mùa, mưa bão, và sự khai thác nước ngầm cũng ảnh hưởng đáng kể. Ở một số khu vực, mực nước biển dâng nhanh hơn do kết hợp giữa nước biển dâng toàn cầu và sụt lún đất địa phương.

Bảng tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng:

Yếu tố	Thời gian tác động	Mức ảnh hưởng
Thủy triều	Ngắn hạn (giờ, ngày)	Dao động chu kỳ, biên độ có thể đến vài mét
Áp suất khí quyển	Ngắn hạn (ngày, tuần)	Ảnh hưởng đến dâng bão, thay đổi cục bộ
Băng tan	Dài hạn (thập kỷ, thế kỷ)	Tăng khối lượng nước biển, tác động toàn cầu
Giãn nở nhiệt	Dài hạn (thập kỷ, thế kỷ)	Tăng thể tích nước biển, tác động toàn cầu

Mực nước biển trung bình toàn cầu

Mực nước biển trung bình toàn cầu (GMSL) là chỉ số tổng hợp dùng để đánh giá xu hướng biến đổi trên toàn hành tinh. Nó được tính toán từ dữ liệu vệ tinh kết hợp với trạm thủy triều, cho phép loại bỏ ảnh hưởng ngắn hạn và tập trung vào xu hướng dài hạn. Đây là thước đo quan trọng trong các báo cáo biến đổi khí hậu quốc tế, đặc biệt trong đánh giá của IPCC.

Theo NASA, GMSL đã tăng khoảng 20 cm trong thế kỷ 20 và tốc độ dâng đang ngày càng nhanh. Dữ liệu vệ tinh từ năm 1992 cho thấy tốc độ trung bình hiện nay khoảng 3,3 mm mỗi năm. Xu hướng này chủ yếu do sự nóng lên toàn cầu, băng tan và giãn nở nhiệt.

Biểu thức toán học thường dùng để tính tốc độ dâng trung bình là:

$\Delta h = \frac{h_t - h_0}{t}$

Trong đó $h_t$ là mực nước tại thời điểm $t$, $h_0$ là mực nước ban đầu. Công thức này cho phép xác định tốc độ dâng trung bình qua một giai đoạn nhất định, thường được báo cáo theo đơn vị mm/năm.

Bảng tóm tắt dữ liệu lịch sử:

Thời kỳ	Xu hướng dâng trung bình	Nguồn dữ liệu
1900–2000	~1,4 mm/năm	Trạm thủy triều
1992–nay	~3,3 mm/năm	Vệ tinh altimetry

Tác động của biến đổi khí hậu

Sự gia tăng nồng độ khí nhà kính trong khí quyển do hoạt động của con người đã thúc đẩy quá trình nóng lên toàn cầu, kéo theo nhiều hệ quả đối với mực nước biển. Băng tan ở Greenland và Nam Cực là một trong những yếu tố góp phần lớn nhất vào việc gia tăng khối lượng nước biển. Các nghiên cứu của IPCC cho thấy từ năm 1992 đến nay, hai khu vực băng lớn này đã mất hàng nghìn tỷ tấn băng, tương đương với hàng milimet nước biển dâng lên toàn cầu.

Bên cạnh đó, sự giãn nở nhiệt của nước biển cũng là một nhân tố quan trọng. Khi nhiệt độ nước tăng, các phân tử nước giãn nở làm thể tích nước lớn hơn, góp phần làm mực nước biển tăng. Hiện tượng này chiếm khoảng 30–40% tổng mức tăng trong thế kỷ 20. Sự kết hợp của băng tan và giãn nở nhiệt tạo ra tốc độ dâng nhanh hơn trong thế kỷ 21 so với thế kỷ trước.

Ngoài ra, biến đổi khí hậu còn làm thay đổi mô hình gió và dòng hải lưu, khiến mực nước biển không dâng đồng đều ở mọi nơi. Một số khu vực như Tây Thái Bình Dương ghi nhận tốc độ dâng cao gấp đôi mức trung bình toàn cầu, trong khi những nơi khác có thể dâng chậm hơn hoặc thậm chí tạm thời giảm.

Ảnh hưởng đến hệ sinh thái và con người

Dâng mực nước biển có những tác động sâu rộng đến cả hệ sinh thái tự nhiên và đời sống xã hội. Các khu rừng ngập mặn, đầm phá và rạn san hô là những hệ sinh thái ven biển đặc biệt nhạy cảm. Khi mực nước biển dâng, sự ngập úng kéo dài có thể làm suy giảm diện tích rừng ngập mặn và gây chết san hô do hiện tượng tẩy trắng.

Đối với con người, một trong những hệ quả trực tiếp nhất là ngập lụt và mất đất ven biển. Các thành phố ven biển lớn như New York, Tokyo, Mumbai và Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong danh sách dễ bị tổn thương. Sự xâm nhập mặn vào nguồn nước ngọt là một thách thức nghiêm trọng, ảnh hưởng đến nông nghiệp và sinh kế của hàng trăm triệu người sống ở các đồng bằng châu thổ.

Danh sách các khu vực chịu rủi ro cao:

• Đồng bằng sông Cửu Long (Việt Nam): nguy cơ ngập mặn, ảnh hưởng đến sản xuất lúa gạo.
• Châu thổ sông Hằng – Brahmaputra (Bangladesh): hàng chục triệu người đối mặt với nguy cơ mất nhà cửa.
• Châu thổ sông Nile (Ai Cập): đe dọa an ninh lương thực và hệ thống đô thị cổ đại.
• Các quốc đảo thấp như Maldives, Tuvalu: nguy cơ biến mất hoàn toàn trong vài thập kỷ tới.

Các phương pháp mô hình hóa và dự báo

Dự báo mực nước biển trong tương lai là một nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp của mô hình khí hậu toàn cầu, dữ liệu quan sát và phân tích thống kê. Các mô hình khí hậu sử dụng phương trình vật lý để mô phỏng sự tương tác giữa khí quyển, đại dương và băng quyển. Từ đó, các nhà khoa học đưa ra nhiều kịch bản dự báo khác nhau dựa trên mức phát thải khí nhà kính.

Báo cáo của IPCC AR6 cho thấy đến năm 2100, mực nước biển có thể dâng thêm 0,6–1,1 mét tùy theo kịch bản. Sự khác biệt này phụ thuộc nhiều vào tốc độ tan chảy của băng ở Nam Cực, vốn vẫn còn chứa nhiều bất định khoa học. Một số nghiên cứu gần đây cảnh báo rằng nếu tốc độ tan chảy tăng nhanh, mực nước biển có thể vượt quá dự báo hiện nay.

Các công cụ hiện đại như NASA Sea Level Change Portal cung cấp bản đồ và dữ liệu trực quan, giúp theo dõi xu hướng mực nước biển theo khu vực. Những dữ liệu này hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách xây dựng kế hoạch ứng phó cụ thể cho từng địa phương.

Bảng so sánh các kịch bản dự báo:

Kịch bản	Phát thải khí nhà kính	Mực nước biển dâng đến 2100
Thấp (RCP2.6)	Phát thải giảm mạnh, kiểm soát dưới 2°C	~0,6 mét
Trung bình (RCP4.5)	Phát thải ổn định sau 2050	~0,8 mét
Cao (RCP8.5)	Phát thải tiếp tục tăng	~1,1 mét hoặc hơn

Chiến lược thích ứng và giảm thiểu

Trước nguy cơ dâng mực nước biển, các quốc gia đã áp dụng nhiều chiến lược thích ứng khác nhau. Một trong những biện pháp phổ biến là xây dựng công trình phòng chống ngập như đê biển, cống ngăn triều và hệ thống thoát nước. Hà Lan là ví dụ điển hình với hệ thống đê biển và đập chắn sóng hiện đại, giúp bảo vệ đất nước nằm phần lớn dưới mực nước biển.

Bên cạnh công trình nhân tạo, giải pháp dựa vào thiên nhiên đang được khuyến khích rộng rãi. Bảo tồn và phục hồi rừng ngập mặn, đầm phá và rạn san hô không chỉ giúp giảm sóng, bảo vệ bờ biển mà còn tăng cường đa dạng sinh học. Đây là những “hàng rào sinh học” tự nhiên chống lại tác động của nước biển dâng.

Một chiến lược khác là quy hoạch đô thị và sử dụng đất hợp lý. Việc hạn chế phát triển ở các khu vực dễ bị ngập, kết hợp với xây dựng cơ sở hạ tầng bền vững, giúp giảm thiểu thiệt hại. Đồng thời, cắt giảm khí thải nhà kính toàn cầu là biện pháp căn cơ để làm chậm lại tốc độ biến đổi khí hậu và dâng mực nước biển.

Tài liệu tham khảo

• NASA – Sea Level Change Portal. https://sealevel.nasa.gov/
• NOAA – Sea Level Rise Information. https://www.noaa.gov/
• IPCC (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. https://www.ipcc.ch/
• European Space Agency (ESA) – Satellite Altimetry Missions. https://www.esa.int/
• United Nations Environment Programme (UNEP) – Coastal Impacts of Sea Level Rise. https://www.unep.org/
• Climate Central – Coastal Risk Research. https://www.climatecentral.org/