Bông tuyết, tuyết và bão tuyết

Hai tuần trước báo Người Việt có đăng một sự kiện hy hữu là tuyết rơi ở Los Angeles. Mới đây lại đăng tin là 39 tiểu bang Hoa Kỳ bị ảnh hưởng trong trận bão tuyết và băng đá. Tại sao có tuyết, tuyết được hình thành ra sao?

Tuyết bắt đầu từ những bông tuyết nhỏ li ti trên trời cao, tích tụ lại rồi rơi xuống đất. Ngồi trong nhà ngắm tuyết rơi ngoài trời thì rất đẹp, nhưng khi tuyết rơi xuống dưới đất thì cũng gây ra nhiều điều phiền toái. Theo thống kê của cơ quan Quản Lý Xa Lộ Liên Bang (Federal Highway Administration) của Hoa Kỳ thì mỗi năm có gần 900 người bị thiệt mạng và gần 76,000 người bị thương trong tai nạn xe cộ khi đang có tuyết hay đá băng. Theo một thống kê khác thì còn có khoảng 100 người chết khi đang xúc tuyết.

Sự hình thành của bông tuyết

Tuyết được tạo thành bởi những thành phần rất nhỏ gọi là bông tuyết (snowflake). Ở nhiệt độ lạnh dưới 0 độ C bông tuyết thành hình khi những hạt bụi nhỏ li ti hay phấn hoa tiếp xúc với hơi nước ở trên cao trong bầu khí quyển. Hơi nước bao quanh hạt bụi nhỏ và đông lại thành một tinh thể nước đá. Tinh thể nước đá này nặng hơn không khí chung quanh nên từ từ rơi xuống. Trong khi rơi thì có nhiều hơi nước tụ thêm vào làm cho tinh thể nước đá lớn hơn rồi trở thành bông tuyết. Một sự kiện đặc thù của bông tuyết là các bông tuyết đều có hình sáu cạnh (hexagon), nhưng không cái nào giống cái nào. Tại sao như vậy?

Tại sao bông tuyết có hình sáu cạnh

Khi tinh thể nước đá bắt đầu thành hình thì các phân tử nước vì có hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy nên kết hợp với nhau theo một hình lục giác. Tinh thể nước đá hình lục giác lớn dần lên khi có nhiều hơi nước dính vào và hóa đá. Đến một độ lớn nào đó thì những nhánh bắt đầu mọc ra từ những góc của hình lục giác. Xin xem hình minh họa sau đây.

Tại sao bông tuyết không giống nhau

Khi bông tuyết rơi từ từ xuống và lớn dần lên thì tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của những vùng chung quanh mà có hình dạng khác nhau. Mỗi một nhánh của bông tuyết lớn lên hoàn toàn độc lập với những nhánh khác, nên trên nguyên tắc hình dạng mỗi nhánh có thể khác nhau. Nhưng vì bông tuyết quá nhỏ, nên sáu nhánh của bông tuyết đều ở cùng môi trường do đó các nhánh đều mọc ra cùng một dạng. Tuy nhiên hai bông tuyết không khi nào giống nhau vì mỗi bông tuyết rơi theo một đường khác và tiếp xúc với môi trường không giống nhau.

Tại sao tuyết có màu trắng

Trước khi nói về tuyết trắng thì tôi xin nói sơ qua về màu. Khi ánh sáng chiếu vào trái táo thì vỏ trái táo hấp thụ những màu khác trừ màu đỏ. Ánh sáng đỏ phản chiếu lại và con người nhìn thấy trái táo màu đỏ. Con người nhìn những vật có màu sắc vì sự hấp thụ và phản chiếu các màu đỏ, xanh và xanh lá cây khác nhau. Vật có màu đen là vì vật đó hấp thụ tất cả các màu. Nếu vật nào phản chiếu tất cả các màu thì vật đó có màu trắng.

Tuyết trông như có màu trắng, nhưng thật sự nhìn kỹ một bông tuyết thì nó trong như thủy tinh chứ không có màu trắng, nhưng không hoàn toàn trong suốt mà chỉ trong mờ. Ánh sáng đi tới tuyết thì một phần bị phản chiếu. Vì một đống tuyết có rất nhiều bông tuyết và có rất nhiều mặt phản chiếu và vì màu sắc trong quang phổ đều khuếch tán bằng nhau nên tuyết trông như trắng.

Điều kiện cần có bông tuyết

Trong mùa Đông không khí rất lạnh, càng lên cao thì càng lạnh. Tuy nhiên để có tuyết thì cần phải hội đủ ba điều kiện. Ngoài điều kiện lạnh dưới 0 độ C cần phải có độ ẩm cao, tức là có hơi nước và cần có bụi li ti hay phấn hoa để hơi nước bám vào và sinh ra bông tuyết.

Không phải là càng lạnh thì càng có nhiều tuyết. Có nhiều tuyết hay không là tùy theo có nhiều hơi nước hay không. Có một vùng dưới Nam Cực gọi là Dry Valleys (Thung Lũng Khô). Tuyết rơi rất ít ở vùng Thung Lũng Khô vì tuy là rất lạnh nhưng độ ẩm rất thấp.

Thành phố Buffalo, New York thì ngược lại, tuy không lạnh bằng Nam Cực nhưng là thành phố có nhiều tuyết nhất nước Mỹ. Buffalo vì ở gần hồ Erie nên bị hiện tượng hiệu ứng-hồ (lake-effect snow). Tuyết sinh ra bởi hiệu ứng hồ khi không khí lạnh dưới 0 độ C thổi qua mặt hồ làm nước hồ bay hơi. Không khí đầy hơi nước này bay ra khỏi hồ và bay lên cao. Hơi nước gặp không khí lạnh trên cao nên trở thành tuyết.

Tuyết có thể trở thành mưa hay đá

Bông tuyết được hình thành ở trên cao bầu khí quyển, muốn bông tuyết rơi xuống tới đất thì nhiệt độ từ trên xuống dưới phải ở dưới 0 độ C. Nếu ở một khoảng nào đó nhiệt độ cao hơn 0 độ C thì bông tuyết sẽ bị chảy ra thành nước. Nếu chỉ bị chảy ra một phần rồi lại gặp không khí lạnh dưới không độ và bị đông trở lại thành những cục nước đá nhỏ. Khi ấy ta có mưa tuyết (sleet).

Nếu vùng khí nóng nhiều đủ để làm tan bông tuyết thành mưa. Mưa xuống đất lạnh dưới không độ sẽ bị đông lại thành băng, đó là mưa băng đá (freezing rain).

Việc tiên đoán tuyết

Tiên đoán khí tượng mùa Đông là một quá trình rất phức tạp, nhưng rất cần thiết cho nhiều hoạt động trong xã hội ở xứ lạnh. Các phương tiện chuyên chở như hàng không hay vận tải đều muốn biết là có tuyết hay đá không và có an toàn không. Trường học cũng vậy, nếu có tuyết nhiều thường là trường học đóng cửa, nếu đang trong giờ học thì phải cho học sinh về sớm.

Như đã nói ở trên chỉ ở trong một tình trạng nào đó mới có tuyết, thí dụ nếu trời ấm hơn một chút thì có thể mưa nên tiên đoán về tuyết rất là khó chính xác, mặc dù đã có những dụng cụ đắt tiền và những máy tính và thuật toán tinh vi. Bản thân tôi cũng đã chứng kiến nhiều trường hợp tiên đoán tuyết sai. Có khi tiên đoán bão tuyết mà chỉ là mưa. Có khi thì ngược lại, tiên đoán tuyết lất phất mà trời lại đổ tuyết dày.

Trung Tâm Khí Tượng Quốc Gia (National Weather Service) thuộc Cơ quan Quản Lý Khí Quyển và Đại Dương Quốc Gia (National Oceanic and Atmospheric Administration viết tắt là NOAA) của Hoa Kỳ có phát triển 8 công cụ phần mềm tiên đoán tuyết để cho mọi người dùng trên điện thoại thông minh hay máy tính.

1- Mạng Weather.gov https://www.weather.gov/– đây là công cụ cho bạn biết về tiên đoán khí tượng không những tuyết mà còn trong mọi trường hợp. Bạn cho vào một mã bưu điện (zip code) là biết tiên đoán khí tượng ở vùng đó.

2- Biểu đồ thời tiết hàng giờ https://www.weather.gov/wrn/hourly-weather-graph

3- Tiên đoán xác suất tuyết trong 1-3 ngày https://www.wpc.ncep.noaa.gov/pwpf/wwd_accum_probs.php?fpd=24&ptype=snow&amt=1&day=1&ftype=probabilities

4- Dự đoán thời tiết mùa Đông xa ngày 4-7 https://www.wpc.ncep.noaa.gov/wwd/pwpf_d47/pwpf_medr.php

5- Khả năng tích tụ tuyết https://www.weather.gov/news/160712-winter-probabilistic-snow

6- Chỉ số khắc nghiệt của bão tuyết https://www.weather.gov/news/160712-winter-probabilistic-snow

7- Cảnh báo cơn bão giật tuyết (snow squall) https://www.noaa.gov/stories/snow-squall-warnings-now-available-nationwide – bão giật tuyết là một cơn bão tuyết mạnh nhưng rất ngắn hạn và cục bộ đi kèm với các cơn gió thổi mạnh.

8- Bản đồ vùng phủ tuyết https://www.nohrsc.noaa.gov/nsa/– đây là công cụ thích hợp cho người thích trượt tuyết muốn biết chỗ nào tuyết phủ nhiều.

Ngoài những công cụ trên bạn có thể xem tiên đoán khí tượng trên mạng của The Weather Channel: https://weather.com/

Nguồn tài liệu
https://scijinks.gov
https://nsidc.org
https://www.noaa.gov