Những cơn mưa lớn bất ngờ không chỉ khiến người đi đường bối rối mà còn đặt ra một bài toán hóc búa với các nhà khoa học trong ngành khí tượng. "Nghiên cứu và dự báo mưa luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầu của các nhà khí tượng trên thế giới. Mặc dù khoa học kỹ thuật đã mang lại những thành tựu rất lớn hỗ trợ công tác dự báo song việc dự báo mưa, đặc biệt là dự báo mưa cực đoan vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế”, GS.TS Phan Văn Tân ở trường ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN) nhận xét.

Chính vì vậy, không có gì quá bất ngờ khi công trình "Extratropical Forcing of Submonthly Variations of Rainfall in Vietnam” (Tác động ngoại nhiệt đới trong dao động nội mùa của trường mưa Việt Nam) trên tạp chí Journal of Climate - tạp chí Q1 trong danh mục ISI, của TS. Bùi Minh Tuân thu hút sự chú ý khi được đề cử giải trẻ Giải thưởng Tạ Quang Bửu 2021. Với nội dung tập trung vào cơ chế biến động mưa chu kỳ 10-90 ngày ở Việt Nam, "công trình này đã đánh dấu những bước tiến mới của nghiên cứu khí tượng học trong nước, góp phần quan trọng để nâng cao độ chính xác trong công tác dự báo mưa dài hạn”, theo đánh giá của một số chuyên gia. Công trình này không chỉ ghi nhận nỗ lực của một nhà nghiên cứu trẻ mới ở giai đoạn đầu sự nghiệp mà còn giúp TS. Bùi Minh Tuân thêm vững tin vào hướng đi mình đã chọn: nghiên cứu dao động nội mùa ở Việt Nam.

Mặc dù được coi là "cầu nối giữa thời tiết và khí hậu” song dao động nội mùa - những dao động khí quyển có quy mô từ 10 đến 90 ngày lại là một "lãnh địa” vắng dấu chân người ở Việt Nam, dẫn đến một "khoảng trống giữa dự báo thời tiết và dự báo hạn mùa”, TS. Bùi Minh Tuân cho biết. Do vậy, "chúng ta có thể dự báo thời tiết trong khoảng một vài ngày, hoặc dự báo hạn mùa từ vài tháng trở lên tương đối tốt, song dự báo mưa hoặc các yếu tố khác trong quy mô nội mùa gặp không ít khó khăn, vì chúng ta chẳng biết quy luật dao động của nó là gì cả”.

Thực ra, nếu có đủ nhân lực và trang thiết bị như các quốc gia phát triển trên thế giới, có lẽ "khoảng trống” này đã sớm được thu hẹp hơn nhưng trong bối cảnh của Việt Nam, các nhà nghiên cứu chỉ có thể nỗ lực xoay xở giải quyết những bài toán trong tầm tay của mình.

Với TS. Bùi Minh Tuân, việc tìm hiểu cơ chế dao động nội mùa của mưa ở Việt Nam đã được đặt vào tay "khi còn là sinh viên, tôi đã được thầy hướng dẫn là PGS.TS Nguyễn Minh Trường định hướng nghiên cứu về gió mùa và các biến động của mưa, trong đó tập trung nhiều vào các vấn đề liên quan đến mưa”. Theo đuổi chủ đề này trong suốt quá trình nghiên cứu từ cho đến khi là tiến sĩ, anh kỳ vọng có được một bức tranh tổng thể cho vấn đề này ở Việt Nam.

Việc lựa chọn một hướng như vậy là cơ hội để TS. Bùi Minh Tuân có cơ hội giải quyết những bài toán "đẹp” của ngành khí tượng, một ngành vốn dĩ rất đẹp "khi nó mang đến một sân chơi để sử dụng năng lực tính toán, phân tích, thống kê,... trên những bài toán rất đẹp”. Quan trọng hơn, điều này còn góp phần mang lại những kết quả có giá trị ứng dụng thực tế trong ngành khí tượng Việt Nam. Đây cũng là một lý do anh quyết định lựa chọn học cao học cũng như làm nghiên cứu sinh ở trong nước. Ngoài lợi thế là được các nhà nghiên cứu giàu kinh nghiệm ở trường ĐH Khoa học Tự nhiên dẫn dắt, "ở Việt Nam, tôi có thể làm theo hướng mình yêu thích và gắn với Việt Nam. Nếu ở nước ngoài, chủ đề nghiên cứu sẽ phải theo họ đặt ra, mà chẳng mấy ai trả tiền để mình nghiên cứu một vùng chẳng liên quan gì đến họ”.

Cũng giống như đa phần các bài toán khác của ngành khí tượng, vấn đề đầu tiên mà TS. Bùi Minh Tuân phải đối mặt khi tìm hiểu về cơ chế dao động mùa của mưa ở Việt Nam là thiếu nguồn dữ liệu. Chẳng hạn, trong nghiên cứu này, cần đến số liệu mưa trong một giai đoạn dài để phân tích và "tìm ra những quy luật chung nhất đại diện cho tính khí hậu của từng khu vực”, anh giải thích. Do vậy, chất lượng dữ liệu là một trong những yếu tố mang tính quyết định tới kết quả nghiên cứu.

Một điều may mắn là nỗ lực góp nhặt từ các thế hệ đi trước đã phần nào khắc phục được khó khăn này. Số liệu mưa Vietnam Gridded Precipitation (VnGP) với độ phân giải 0.1 x 0.10 kinh-vĩ trong khoảng thời gian 29 năm (1981–2009) mà TS. Bùi Minh Tuân sử dụng trong nghiên cứu này là kết quả từ nhóm nghiên cứu của GS.TS Phan Văn Tân. "Đây là bộ số liệu có độ phân giải cao, cực kỳ chi tiết và dễ sử dụng”, anh cho biết. Nếu chỉ sử dụng các dữ liệu thô như trước đây, quá trình xử lý sẽ phức tạp và tốn nhiều thời gian hơn. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sử dụng thêm số liệu quan trắc tại trạm và một số nguồn miễn phí do châu Âu và Hoa Kỳ cung cấp.

Bằng thuật toán tìm những thành phần chính EOF (Empirical orthogonal functions) và phần mềm lập trình trên ngôn ngữ Fortran90 tự phát triển – một ngôn ngữ rất phổ biến với lợi thế là tính toán được những số liệu rất lớn”, TS. Bùi Minh Tuân đã nhận diện được bốn hình thế mưa chính ở Việt Nam tương ứng với các pha hoạt động của dao động nội mùa 10-20 ngày do sóng Rossby xích đạo gây ra. Thoạt nghe ngắn gọn song thực chất, quá trình này tốn không ít thời gian và công sức bởi lập trình phần mềm vốn phức tạp, đặc biệt là phần mềm cho những bài toán đặc thù của ngành khí tượng. Một điều thuận lợi là "ở khoa dạy lập trình từ rất sớm, trong quá trình học đại học, thạc sỹ ở đây, tôi được học lập trình rất nhiều để tính toán”, TS. Bùi Minh Tuân cho biết.

Tuy nhiên, nhận diện hình thế mưa chỉ là bước đầu. Để hướng tới mục tiêu cải thiện khả năng dự báo mưa cho Việt Nam, điều quan trọng là phải chỉ ra được cơ chế của các dao động nội mùa trên. "Những dao động này có quy luật, và có liên hệ với sự xuất hiện của mưa lớn. Để dự báo những hiện tượng không có quy luật như mưa lớn, chúng ta phải dựa vào những yếu tố có quy luật tác động đến nó”, TS. Bùi Minh Tuân giải thích. Để "nhìn ra” các cơ chế này không phải là điều dễ dàng, nhất là khi đặc thù khí hậu Việt Nam vốn phức tạp do nằm ở vị trí giao tranh giữa nhiều hệ thống khí hậu khác nhau.

Có lẽ, cũng giống như bất kì lĩnh vực nào khác, sự cần mẫn của nhà nghiên cứu là cách hiệu quả nhất để đối phó với những bài toán khó. Bằng cách tìm hiểu rất nhiều tài liệu khác nhau để nắm vững cơ chế dịch chuyển của các sóng gây ra các dao động nội mùa trong khí quyển, TS. Bùi Minh Tuân đã chỉ ra cơ chế biến động mưa trong các hình thế tương ứng với các khu vực ở Việt Nam. "Vào mùa đông, tương tác giữa xâm nhập lạnh từ Siberia và nhiễu động nhiệt đới ở Biển Đông đã tạo ra hội tụ mạnh ở tầng thấp, gặp dãy Trường Sơn, do tác động của rào cản địa hình dẫn đến mưa lớn dọc theo bờ biển phía đông miền Trung. Trong hình thế thứ hai, vào mùa hè, sự tăng cường của sóng dạng nhiễu động nhiệt đới tại Biển Đông đẩy các không khí cực về phía nam, hội tụ với áp thấp nhiệt đới qua Biển Đông gây mưa ở đồng bằng sông Hồng và một số vùng phía Bắc. Trong hình thế thứ ba, hiệu ứng nâng tựa địa chuyển của chuỗi sóng ngoại nhiệt đới và sóng dạng nhiễu động nhiệt đới gây ra mưa ở vùng núi phía đông bắc. Cuối cùng, sự phát triển ngược dòng của chuỗi sóng ngoại nhiệt đới từ Bắc Thái Bình Dương tới sóng dạng nhiễu động nhiệt đới gây ra mưa ở miền Nam. Điều đáng chú ý là cao nguyên Tây Tạng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hướng các nhiễu động về phía Nam do tác động của sóng bờ lục địa (continental shelf wave)”, anh giải thích.

Không chỉ giải thích được biến động mưa ở ba vùng địa lý, công trình của anh được đánh giá là cơ sở cho những nghiên cứu cơ bản tiếp theo về mưa ở Việt Nam cũng như có định hướng ứng dụng trong các chương trình dự báo mưa. Mặc dù ý thức được tác động đó nhưng TS. Bùi Minh Tuân cho rằng, mình vẫn cần làm được những bài toán có nhiều ý nghĩa hơn nữa: "Bây giờ mới xong ở pha nghiên cứu thôi, mong muốn lớn nhất của tôi là làm thế nào để áp dụng được nghiên cứu này vào dự báo thực tế, nhưng từ thực tế đến lý thuyết còn nhiều khó khăn lắm, trên thế giới cũng làm nhiều mà chưa đi đến đâu cả. Nói chung, quãng đường còn rất dài”.