Thợ săn bão và máy bay săn bão

Vào sáng sớm ngày 27/7/1943, Trung tá Joseph B. Duckworth cược một ly cocktail highball rằng ông có thể lái một chiếc máy bay huấn luyện AT-6 Texan của Mỹ vào mắt một cơn bão đang đổ bộ gần Galveston, Texas. Nhờ chuyên môn về bay theo thiết bị - hay khả năng về cơ bản là bay mù, chỉ sử dụng các thiết bị trong buồng lái của máy bay - Duckworth được giao nhiệm vụ huấn luyện phi công Anh cách bay mà không cần tín hiệu thị giác tại Sân bay Không quân Bryan ở Texas. Nhưng sau một câu chuyện cười quá nhiều về sự mong manh của máy bay AT-6, tình cờ bay ra khỏi đường đi của cơn bão vào sáng hôm đó, Duckworth quyết định chứng minh sức mạnh của máy bay. “Nhìn chung, không chuyến bay nào trong cơn bão lại khó chịu như một cơn giông bão dữ dội”, ông kể lại trong báo cáo chuyến bay sau khi hoàn thành thành công chiến công này.

Tất cả vì khoa học

Sau khi hạ cánh, sĩ quan thời tiết của căn cứ, Trung úy William Jones-Burdick, đã rất sửng sốt. Ông yêu cầu Duckworth hoàn thành chuyến bay thứ hai qua cơn bão để ông có thể đi cùng và ghi chép. Sau đó, ông trèo vào buồng lái với Duckworth và họ bay qua cơn bão một lần nữa, với Jones-Burdick ghi lại suy nghĩ của mình về cách sửa đổi máy bay để thu thập dữ liệu thời tiết tốt hơn. Một năm sau những chuyến bay huyền thoại năm 1943, quân đội Mỹ bắt đầu thường xuyên điều động máy bay để xuyên qua “bức tường” bão dữ dội nguy hiểm, đến tận mắt bão yên bình. Máy bay vẫn tiếp tục bay vào vùng nguy hiểm này ngày nay, không chỉ thoát ra mà còn quay lại và làm như vậy nhiều lần. Những “thợ săn bão” này sẽ quét những cơn bão nhiệt đới để tìm hiểu thông tin chi tiết có thể giúp chuyên gia dự báo chuyển động và cường độ của chúng chính xác hơn. Ngày nay, Mỹ duy trì 13 máy bay chuyên giám sát bão nhiệt đới.

Đây không hẳn là một hoạt động không có rủi ro như lời kể của Duckworth có thể gợi ý - những thợ săn bão đầu tiên đã mất tích cùng phi hành đoàn - nhưng mặc dù có một số trường hợp suýt xảy ra, không ai tử vong trên máy bay săn bão kể từ năm 1974. Trong khi Lực lượng Dự bị Không quân Mỹ thực hiện phần lớn các chuyến bay thu thập dữ liệu này, hai máy bay trinh sát thời tiết chuyên dụng WP-3D Orion thuộc NOAA thực hiện các hoạt động tinh vi nhất. Chúng bay ra khỏi Trung tâm Điều hành Không quân từ Sân bay Quốc tế Lakeland Linder ở Florida. Hai chiếc WP-3D của NOAA đã gần 50 năm tuổi. Chúng được đặt tên là “Miss Piggy” và “Kermit”, lấy cảm hứng từ công việc tuyệt vời của một đội bảo dưỡng khi đánh bóng vẻ ngoài thô ráp của một chiếc máy bay N43RF.

Đội bay bao gồm sự kết hợp giữa các sĩ quan mặc đồng phục, thường dân và thường là bảy phi hành đoàn và 12 chuyên gia khoa học. Một máy bay phản lực thương mại Gulfstream IV-SP nhỏ hơn, bay cao hơn có tên là Gonzo hỗ trợ cho WP-3D. Máy bay WP-3D được chế tạo riêng có thiết kế mạnh mẽ, lý tưởng để dành nhiều giờ thu thập dữ liệu trong khi đương đầu với sự nhiễu động dữ dội của một cơn bão nhiệt đới. Máy bay này bắt nguồn từ máy bay tuần tra hàng hải P-3 Orion của Hải quân Mỹ, được chế tạo để dành nhiều giờ tỉ mỉ rà soát trên biển để tìm tàu ngầm của đối phương, với khả năng chống chịu mưa và băng giá tuyệt vời trong những chuyến tuần tra dài.

Những chiếc máy bay lao thẳng vào cơn bão

Trong cách tiếp cận trực tiếp này, một radar Doppler đuôi X-band 60 kilowatt quay tròn nhìn thẳng xuống “cổ họng” của cơn bão. Một radar thân dưới băng tần C 70 kilowatt được đặt trong một mái vòm lớn hình bánh kếp quét từ một góc ngang truyền thống hơn. Cùng nhau, hai radar tạo ra một bức tranh “bánh nhiều lớp” 3D của cơn bão, giúp xác định vị trí và gió mạnh nhất cùng lượng mưa. Trong một nhiệm vụ thông thường, các radar liên tục xuyên qua cơn bão ở các góc độ khác nhau, chia nó thành nhiều lát cắt như một chiếc bánh pizza. Trong khi các bản quét như vậy ra mắt vào năm 1993, dữ liệu thu được chỉ có thể sử dụng được sau khi cơn bão tan.

Phải đến cơn bão Katrina năm 2005, thuật toán mới được phát triển để xử lý dữ liệu và lọc nhiễu nền đủ để WP-3D của NOAA bắt đầu truyền một số dữ liệu phân tích gió theo thời gian thực cho chuyên gia dự báo. Phải mất thêm 5 năm nữa để các chương trình đó xử lý toàn bộ phổ dữ liệu radar và tích hợp hoàn toàn mọi bản cập nhật theo thời gian thực đó vào hệ thống dự báo. Một công cụ quan trọng khác trên máy bay WP-3D được gọi là dropwindsonde - đây là hộp chứa đầy máy phát và cảm biến thường nặng chưa đến một pound (453,59g). Máy bay thường thả 40 hộp này, gắn vào dù, từ độ cao khoảng 2,438 mét đến 3.048 mét. Khi rơi, các hộp này truyền dữ liệu trở lại về áp suất không khí, nhiệt độ, độ ẩm và sự thay đổi tần số Doppler của GPS.

Sự thay đổi Doppler giúp tính toán cường độ tương đối của gió ngang và gió dọc. WP-3D cũng triển khai máy bay không người lái điều khiển từ xa, cảm biến dùng một lần để đo nhiệt độ đại dương ở độ sâu và Máy đo bức xạ vi sóng tần số bước dùng một lần. Những thiết bị này xác định tốc độ gió trên bề mặt đại dương bằng cách đo bức xạ mà bọt biển phát ra trong gió mạnh. Bụng của WP-3D gắn một mảng cảm biến tán xạ C-Band có khả năng quét bề mặt đại dương ở góc 20 đến 50 độ sau mỗi hai giây. Cạnh cánh trước chứa mạng cảm biến hạt đo mật độ mưa và băng.

Tác động của những máy bay săn bão không thể cường điệu hóa

Bão là những sự kiện cực kỳ phức tạp, thách thức một số dự đoán nhất định và do biến đổi khí hậu, chúng liên tục trở nên dữ dội hơn. Nhưng nhà nghiên cứu và dự báo càng thu thập được nhiều dữ liệu thì họ càng có thể giảm yếu tố không thể dự đoán. Mặc dù radar mặt đất và vệ tinh thời tiết hiện có thể phát hiện bão từ xa, nhưng các cảm biến đó vẫn có những khoảng trống và hạn chế - ví dụ, vệ tinh không thể nhìn xuyên qua lớp mây. Máy bay săn bão lớn giúp lấp đầy những khoảng trống dữ liệu đó. Sử dụng truyền thông vệ tinh, chúng có thể liên tục truyền những phát hiện của mình trở lại Trung tâm Bão Quốc gia ở Miami, Florida, cung cấp cho chuyên gia phân tích dữ liệu dự báo quan trọng. Ngay cả việc cải thiện độ chính xác ở mức độ vừa phải cũng có hậu quả rất lớn.

Bão thường gây ra thiệt hại hàng tỉ USD và giết chết hàng chục người - tính đến giữa tháng 10/2024, hơn 320 người đã mất mạng do bão. Sử dụng các số liệu tính đến tác động gián tiếp rộng hơn trong thời gian dài hơn, những cơn bão lớn có thể gây ra trung bình tới 11.000 ca tử vong do gián đoạn tiếp cận dịch vụ chăm sóc sức khỏe, căng thẳng và tổn thất kinh tế - theo một nghiên cứu gần đây trên tạp chí Nature vào tháng 10/2024. Nạn nhân chính là trẻ sơ sinh và người già.

Jonathan Shannon, chuyên gia về quan hệ công chúng tại NOAA, cho biết: “Khi có dữ liệu máy bay, dự báo về đường đi và cường độ bão được cải thiện hơn 15-20% về độ chính xác của đường đi và 10-15% về dự báo cường độ”. Mỗi cải tiến đối với hệ thống theo dõi và cảnh báo sớm đều cung cấp thời gian chuẩn bị lâu hơn cho mọi quyết định về việc cộng đồng nào nên sơ tán và khi nào sơ tán - những quyết định có thể cứu sống và ngăn chặn hàng triệu USD thiệt hại.

Trong khi đó, NOAA có kế hoạch thay thế các máy bay săn bão hiện tại vào đầu những năm 2030 bằng hai máy bay C-130J được trang bị độc đáo có thể chứa các tải trọng nhiệm vụ lớn hơn và có thể có thêm các cảm biến. Và G550 được NOAA lên kế hoạch trang bị thêm sẽ có thêm các cảm biến và thiết bị vào đầu mùa xuân năm 2025. Nó sẽ có khả năng phóng và điều khiển máy bay không người lái bay vào những cơn bão để thu thập dữ liệu từ các khu vực chưa được khảo sát nhiều hơn. Ngay cả khi vệ tinh, radar mặt đất và giờ là máy bay không người lái có thể phát hiện và phân tích bão từ khoảng cách an toàn, máy bay có người lái lớn dường như có vị trí tốt nhất để thăm dò các lực lượng hủy diệt nhất của thiên nhiên thông qua mọi cuộc chạm trán gần.

Nghĩa là, miễn là có phi hành đoàn và nhà khoa học đủ can đảm để tiếp tục lao vào tâm bão.