Các nhà khoa học vừa phát triển phương pháp mới mang tên GOFLOW (Geostationary Ocean Flow), sử dụng công nghệ học sâu để phân tích ảnh nhiệt từ vệ tinh thời tiết hiện có. Nhờ tận dụng dữ liệu sẵn có, GOFLOW mang lại bước tiến lớn trong quan sát đại dương mà không cần triển khai thêm thiết bị mới.

Nghiên cứu do Luc Lenain (Viện Hải dương học Scripps, UC San Diego) và Kaushik Srinivasan (UCLA) dẫn đầu, được công bố trên Nature Geoscience. Các đồng tác giả gồm Roy Barkan (Đại học Tel Aviv) và Nick Pizzo (Đại học Rhode Island). Dự án nhận tài trợ từ Văn phòng Nghiên cứu Hải quân Mỹ, NASA và Hội đồng Nghiên cứu châu Âu.

Vì sao dòng hải lưu quan trọng?

Dòng hải lưu đóng vai trò trung tâm trong hệ thống khí hậu Trái đất:

• Vận chuyển nhiệt khắp hành tinh.
• Đưa carbon từ khí quyển xuống tầng sâu của đại dương.
• Lưu chuyển dưỡng chất nuôi sống hệ sinh thái biển.

Chúng cũng có ứng dụng thực tiễn như hỗ trợ tìm kiếm cứu nạn hay theo dõi sự lan rộng của các vụ tràn dầu. Tuy nhiên, việc đo lường dòng chảy trên diện rộng từ lâu gặp nhiều khó khăn. Các vệ tinh truyền thống chỉ cung cấp dữ liệu gián tiếp và thường mất đến 10 ngày mới quay lại cùng vị trí, bỏ lỡ những biến động xuất hiện và biến mất trong vài giờ.

Khoảng trống lớn trong quan sát nằm ở quy mô trộn thẳng đứng – khi nước mặt chìm xuống hoặc nước sâu trồi lên. Những hiện tượng này thường nhỏ hơn 10 km và thay đổi nhanh chóng. Đây là quá trình quan trọng giúp đưa dưỡng chất từ tầng sâu lên mặt biển, đồng thời vận chuyển CO₂ xuống đại dương để lưu trữ lâu dài.

Ý tưởng GOFLOW xuất hiện năm 2023 khi Lenain phân tích ảnh nhiệt từ vệ tinh GOES-East. Ảnh chụp mỗi 5 phút cho thấy không chỉ mây mà còn các mô hình nhiệt độ trên mặt biển, qua đó hé lộ những dòng hải lưu lớn như Gulf Stream. Từ đó, nhóm nghiên cứu phát triển cách chuyển đổi biến đổi nhiệt độ thành dữ liệu dòng chảy.

Mạng nơ-ron được huấn luyện bằng mô phỏng tuần hoàn đại dương độ phân giải cao, học cách nhận diện sự dịch chuyển và biến dạng của các mô hình nhiệt độ dưới tác động của dòng chảy. Bằng cách phân tích chuỗi ảnh vệ tinh, hệ thống có thể suy ra vận tốc và hướng của dòng nước.

Lenain cho biết: “Điểm đột phá là biến chuỗi ảnh thành bản đồ dòng chảy theo giờ, bằng cách theo dõi cách các mô hình nhiệt độ uốn cong, giãn ra và dịch chuyển.”

GOFLOW được thử nghiệm bằng cách so sánh với dữ liệu đo từ tàu trong khu vực Gulf Stream năm 2023 và với phương pháp vệ tinh truyền thống. Kết quả cho thấy sự tương đồng cao, đồng thời GOFLOW phát hiện chi tiết hơn nhiều, đặc biệt ở các xoáy nhỏ và lớp biên.

Nhờ đó, các nhà khoa học lần đầu tiên quan sát được những tín hiệu đặc trưng của dòng chảy nhỏ, mạnh – yếu tố thúc đẩy trộn thẳng đứng vốn trước đây chỉ thấy trong mô phỏng.

GOFLOW tận dụng dữ liệu từ vệ tinh địa tĩnh hiện có, mở ra khả năng tích hợp vào dự báo thời tiết và mô hình khí hậu. Công nghệ này hứa hẹn cải thiện dự đoán về tương tác khí quyển – đại dương, sự di chuyển của rác thải biển và biến động hệ sinh thái.

Thách thức còn lại là mây che phủ, vốn cản trở ảnh nhiệt. Nhóm nghiên cứu đang phát triển cách kết hợp thêm dữ liệu vệ tinh khác để khắc phục. Đồng thời, họ đã công bố dữ liệu và mã nguồn để cộng đồng khoa học tiếp tục mở rộng ứng dụng.