Các nhà khoa học khí quyển và môn khoa học khí quyển

Các nhà khoa học khí quyển và môn khoa học khí quyển Davis Sentman là một người theo đuổi các cơn mưa dông. Là nhà khoa học khí quyển từ đại học Alaska tại Fairbanks, ông là một thành viên trong đội ngũ các nhà khoa học sử dụng tuổi xuân của mình nghiên cứu - và mạo hiểm tiếp cận - các cơn mưa dông. Setman nói rằng cơn dông càng lớn càng tốt, vì những tia sáng có màu bí ẩn gọi là ma trơi và tia xanh thường xuất hiện trong các cơn dông khổng lồ. Setman và các đồng nghiệp của mình hiểu rõ những ánh sáng trong cơn mưa dông mới được phát hiện này. Không may là không dễ gì nghiên cứu các ma trơi và tia xanh. Chúng hiếm khi xuất hiện và xuất hiện trên vùng khí quyển cao hơn nhiều so với những tia chớp bình thường. Những ngành nghiên cứu khiến dựng tóc gáy, như ngành của Sentman, đều là những ngành hơi hiếm trong môn khoa học khí quyển hiện đại. Thực vậy, phần lớn những nghiên cứu khí quyền đều thực hiện trong nhà - trong các phòng thí nghiệm, trung tâm máy tính, và văn phòng - mặc dù vẫn cần có quan sát bên ngoài, đặc biệt là để dự đoán thời tiết. Một số các nhà khoa học khí quyển, như Sentman, đều thực sự cần phải xông vào hiện trường. Nhiều nhà khoa học khí quyền khác đưa các thiết bị đo đạc của họ lên trên cao bằng những khí cầu điều khiển từ xa. Một vài nhà nghiên cứu may mắn đã thực sự đi xa hơn ra ngoài khí quyển, thực hiện những nghiên cứu của mình trên khí cầu không gian. Môn khoa học khí quyển là gì? Môn khoa học khí quyển là một môn nghiên cứu khí quyển - một bầu khí bao bọc Trái đất. Môn khoa học này đề cập đến những đặc tính vật lý của bầu khí quyển, đặc tính hóa học của nó, và các quá trình động lực của nó. Các nhà khoa học khí quyển thường được gọi là các nhà khí tượng học. Theo nghĩa hẹp hơn thì họ là những người nghiên cứu các hiện tượng thuộc về khí quyển, được biết như thời tiết. Những nhà khí tượng học được biết đến nhiều nhất là những người dự đoán khí tượng xuất hiện trên đài phát sóng và truyền hình địa phương. Họ dự đoán ngày mai sẽ mưa hay quang đãng. Một lĩnh vực song song trong ngành khoa học khí quyển là ngành khí hậu học. Ngành này nghiên cứu những thay đổi lâu dài của thời tiết qua các thời kỳ năm, thập niên, thế kỷ, và thậm chí là thiên niên kỷ. Trong những năm gần đây, ngành nghiên cứu khí tượng học đã được mở rộng, bao gồm cả việc nghiên cứu các cách mà những hoạt động của con người tác động đến khí hậu toàn cầu như thế nào, và dự đoán những thay đổi đó có thể gây ra những hậu quả gì trong tương lai gần và tương lai xa. Những nghiên cứu khí quyển đầu tiên Nhiều thế kỷ trước khi có bất cứ ai đặt ra thuật ngữ “khoa học khí quyển” hay “khí tượng học”, người ta quan sát bầu trời và cố gắng dự đoán hôm sau trời sẽ như thế nào. Những người nông dân và các thủy thủ đã từ lâu dựa vào khả năng của họ để dự liệu thời tiết và chuẩn bị cho nó. Năm 400 trước Công Nguyên, người Hy Lạp đã ghi lại các mẫu hình thời tiết và đo đạc lượng nước mưa. Triết gia Hy Lạp cổ Aristotle đã tính toán chính xác rằng sức nóng từ các tia của Mặt trời khiến cho hơi ẩm từ đất và biển bay vào không khí. Hơn nữa ông còn cho rằng bầu không khí đầy hơi ẩm lạnh đi khi nó bay lên và kết quả là phóng thích hơi ẩm của nó dưới dạng mưa. Họ không nghiên cứu và tìm hiểu thêm một chút nào khác nữa về bầu khí quyển, cho đến khi các nhà khoa học của thế kỷ 16 và 17 phát minh ra các công cụ đo lường những đặc tính khác nhau của nó. Ví dụ, Galileo Galilei đã phát minh ra nhiệt kế vào năm 1593, Evangelista Torricelli phát minh ra máy đo áp suất không khí, hay phong vũ biểu, vào năm 1643. Cũng được phát triển trong suốt thời kỳ này là các thiết bị đo đơn giản để xác định tốc độ và hướng gió, và ẩm kế đầu tiêng dùng để đo độ ẩm tương đối. Bằng cách sử dụng dụng cụ để đo lường hàng ngày, thậm chí là hàng giờ, các nhà khí tượng học có thể quan sát một số những mối tương quan cơ bản giữa nhiệt độ, áp suất, gió và độ ẩm. Ví dụ, họ bắt đầu hiểu được áp suất không khí tăng lên và giảm xuống như thế nào trước khi có những thay đổi nào đó về khí hậu. Nhưng các nhà khoa học vẫn thiếu cái mà họ cần để có thể dự đoán đáng tin hơn: một phương pháp thu thập thông tin khí tượng từ những vùng đất xa xôi. Trước khi có thể dự đoán thời tiết của ngày mai với bất cứ độ chính xác nào, họ cũng cần phải biết loại thời tiết nào xảy ra trước đó. Tất cả đều đã thay đổi khi máy điện báo được phát minh vào năm 1837. Cho đến năm 1848, những người quản lý máy điện báo Hoa Kỳ đã bắt đầu gửi bản báo cáo thời tiết sáng hàng ngày cho Viện Nghiên Cứu Smithsonia tại Washinton, D.C. Bản báo cáo đơn giản chỉ có hai từ, như quang đãng, có mây, hay có mưa. Đầu tiên, các bản báo cáo được tập trung đơn giản thành một biểu đồ thời tiết, không có nỗ lực dự đoán nào. Những dự đoán thời tiết đều đặn đầu tiên có thể là do người Anh Robert Fitzroy thực hiện. Ông là người đã phát triển dịch vụ cảnh báo thời tiết đầu tiên của nước Anh vào năm 1859. Vào những ngày đầu, dịch vụ cảnh báo hướng những báo cáo của mình đến ngành công nghiệp vận chuyển đường thủy. Sau đó vào năm 1861, Fitzroy bắt đầu gửi các báo cáo hàng ngày của ông đến báo chí. Ông gọi chúng là “dự báo”, và giải thích kỹ càng cho các độc giả rằng những tiên đoán được thực hiện dựa trên cơ sở quan sát khoa học, chứ không phải là hiểu biết của con người hay niên giám của một người nông dân. Những nỗ lực đầu tiên trong việc dự đoán thời tiết hàng ngày tại Hoa Kỳ bắt đầu vào năm 1870, khi Dịch vụ Thời Tiết Công Cộng được thiết lập (hiện nay gọi là Dịch Vụ Thời Tiết Quốc Gia). Cho đến cuối những năm 1800, các nhà khoa học bắt đầu đo đạc bầu khí quyển bên trên mặt đất. Nhà khí tượng học giàu có người Pháp Léon Philipe Teisserenc de Bort có một niềm đam mê trong việc phóng các dụng cụ đo đạc thời tiết trên những chiếc diều hộp và khí cầu. Ông cột các trạm trên không với phòng thí nghiệm của mình bằng hàng dặm dây đàn - đôi khi các trạm trên không này đâm sầm xuống Trái đất và rơi tại vùng ngoại ô mà ông sống, Parisian. Chỉ qua những thí nghiệm như của Teisserenc mà các nhà khoa học mới biết được đặc tính của những nơi nằm phía bên trên tầng đối lưu - tầng thấp nhất của bầu khí quyển. Trong suốt thế kỷ 20, các nhà khoa học khí quyển cũng ứng dụng những tiến bộ trong kỹ thuật vào ngành hàng không. Họ đặt các công dụ đo đạc trong những khí cầu bay trên cao, trong máy bay, và cuối cùng là vệ tinh nhân tạo và tàu vũ trụ nhân tạo; họ cũng thăm dò bầu khí quyển bằng sóng radio, sóng âm, và những tia laser.