Nhiều người dân tại các đô thị lớn thường có thói quen dậy sớm chạy bộ hoặc dạo phố để "hít thở không khí trong lành", với niềm tin rằng ban mai là thời điểm bầu khí quyển sạch nhất trong ngày. Bên cạnh đó, các hoạt động thể thao ngoài trời sau giờ tan sở cũng được nhiều gia đình lựa chọn nhằm tăng cường sức khỏe. Liệu các mốc thời gian này có thực sự sạch sẽ và an toàn cho hệ hô hấp như số đông vẫn nghĩ?

Thực tế dữ liệu quan trắc cho thấy điều hoàn toàn trái ngược. Nồng độ bụi mịn PM2.5 trong không khí không giữ nguyên mà dao động mạnh theo từng khung giờ nhất định, thường chạm đỉnh nguy hại vào sáng sớm và chập tối đến đêm, đồng thời giảm xuống mức thấp nhất vào buổi trưa và đầu giờ chiều [1], [2]. Hiện tượng này xảy ra do sự tương tác phức tạp giữa chu kỳ giao thông sinh hoạt và một cơ chế khí tượng học đặc biệt mang tên "nghịch nhiệt" [1], [3].

Bụi mịn PM2.5 biến thiên theo giờ như thế nào?

Chu kỳ biến thiên hàng ngày của bụi mịn PM2.5 tại các đô thị thường tạo thành mô hình "hai đỉnh - một đáy" vô cùng rõ ràng [1]. Nghiên cứu năm 2023 phân tích chất lượng không khí tại Việt Nam cho thấy nồng độ PM2.5 có xu hướng tăng cao và đạt đỉnh đầu tiên vào khoảng 6:00 đến 8:00 sáng [1]. Sau mốc thời gian này, lượng bụi mịn hạ dần và chạm mức thấp nhất trong ngày vào khoảng 13:00 đến 15:00 [1].

Bước sang cuối buổi chiều, mật độ bụi bắt đầu leo thang trở lại và tạo đỉnh thứ hai trong khoảng 18:00 đến 21:00 [1]. Mô hình biến thiên này phản ánh rất rõ tác động của lưu lượng phương tiện giao thông trên đường [1]. Dữ liệu cũng ghi nhận nồng độ PM2.5 tăng trong khung giờ cao điểm buổi sáng từ 7:00 đến 8:00 và buổi chiều từ 18:00 đến 19:00, nhưng giảm thấp vào khoảng giữa trưa từ 13:00 đến 14:00 [1].

Tại một nghiên cứu khác công bố năm 2018 tại Nam Kinh, đỉnh bụi sáng xuất hiện trong khoảng 8:00 đến 11:00 trùng với giờ cao điểm đi lại, sau đó giảm dần từ 12:00 đến 16:00 để đạt mức thấp nhất vào buổi chiều, rồi lại tiếp tục tăng đỉnh khi tối đến [2]. Tương tự, nghiên cứu tại miền đông Trung Quốc từ tập dữ liệu 2014-2020 ghi nhận thời điểm đỉnh của PM2.5 rơi vào khoảng 18:00 đến 22:00 [3]. Như vậy, những thời điểm người dân thường chọn để tập thể dục buổi sớm hay ra ngoài buổi tối lại chính là lúc chất lượng không khí ô nhiễm nặng nề nhất trong ngày [1], [3].

Hiện tượng nghịch nhiệt là gì và hoạt động ra sao?

Để hiểu tại sao bụi lại tích tụ đậm đặc vào sáng sớm và đêm tối, cần giải mã hiện tượng nghịch nhiệt (temperature inversion). Trong điều kiện bình thường vào ban ngày, mặt đất hấp thụ ánh nắng mặt trời nên nóng lên, khiến các lớp không khí sát đất ấm hơn các lớp không khí phía trên cao. Không khí ấm nhẹ hơn sẽ bốc lên, mang theo các hạt bụi phát tán lên cao và bị pha loãng bởi không khí sạch hơn từ tầng đối lưu [1], [4].

Tuy nhiên, vào ban đêm khi bức xạ mặt trời biến mất, bề mặt Trái Đất nhanh chóng tỏa nhiệt làm mát tầng khí quyển sát mặt đất. Lúc này xuất hiện lớp không khí lạnh nằm bên dưới lớp không khí ấm hơn bên trên, tạo ra trạng thái khí quyển ổn định hay còn gọi là nghịch nhiệt [1], [3], [4]. Lớp nghịch nhiệt đóng vai trò như một "chiếc nắp nồi vô hình" đè chặt khối khí lạnh bên dưới, ngăn cản hoàn toàn sự đối lưu và xáo trộn thẳng đứng [1], [4].

Các khí thải từ xe cộ, khói bếp và hoạt động sinh hoạt bị giam giữ lại ở sát mặt đất mà không thể thoát đi đâu được [1], [4]. Nghiên cứu năm 2023 chỉ ra nghịch nhiệt thường xảy ra nhiều nhất vào sáng sớm [3]. Độ dốc nhiệt độ (TLR) và độ sâu của lớp nghịch nhiệt có mối tương quan chặt chẽ với nồng độ đỉnh của bụi PM2.5 do chúng có thời điểm đạt đỉnh trùng nhau [3]. Cường độ của hiện tượng nghịch nhiệt đóng vai trò then chốt hơn tần suất xuất hiện của nó trong việc chi phối nồng độ PM2.5 [3].

Bằng chứng khoa học về sự tương tác khí tượng và ô nhiễm

Tại Hà Nội, số liệu quan trắc cho thấy nồng độ PM2.5 vào ban đêm cao hơn rõ rệt so với ban ngày [1]. Lý do chính được xác định là do tính ổn định của khí quyển [1]. Cụ thể, nghịch nhiệt bức xạ ban đêm thường xuất hiện từ tháng 10 đến tháng 12, và nghịch nhiệt do sụt lún khí quyển diễn ra từ tháng 1 đến tháng 3 [1]. Trong các đợt nghịch nhiệt này, nồng độ PM2.5 tăng cường rất mạnh vào ban đêm [1].

Tại miền đông Trung Quốc, các nhà nghiên cứu dựa trên dữ liệu tái phân tích toàn cầu ERA5 và trạm quan trắc quốc gia giai đoạn 2014-2020 đã phân loại nghịch nhiệt sát bề mặt (SBTI) và nghịch nhiệt trên cao (ElTI) [3]. Nghịch nhiệt sát bề mặt thường có độ dốc nhiệt lớn và tăng cường mạnh mẽ nồng độ PM2.5 trên toàn khu vực nghiên cứu, trong khi nghịch nhiệt trên cao ảnh hưởng rõ nét đến nồng độ PM2.5 ban đêm ở miền bắc Trung Quốc [3].

Nghiên cứu tại Varanasi (Ấn Độ) tiến hành trên 104 lần đo trong năm 2014 ghi nhận nhiệt độ có mối quan hệ nghịch đảo rất mạnh với nồng độ bụi PM2.5 với hệ số tương quan r = -0.87 [5]. Những ngày có nồng độ bụi rất cao (PM2.5 trên 150 microgam/m3) thường trùng với thời điểm lớp biên khí quyển mỏng (trung bình 660 m), nhiệt độ tối thiểu dưới 22,6 độ C và độ ẩm tương đối cao khoảng 79% [5].

Vào ban ngày, bức xạ mặt trời làm tăng chiều cao lớp biên khí quyển, từ đó pha loãng và phân tán bụi [1], [2]. Đến cuối buổi chiều, quá trình xáo trộn thẳng đứng suy yếu, lớp biên hạ thấp và các hạt PM2.5 thứ cấp hình thành từ tiền chất khiến nồng độ ô nhiễm tăng vọt trở lại [1], [2].

Yếu tố mùa vụ khuếch đại mức độ nguy hại

Sự tích tụ bụi mịn không chỉ khác nhau giữa các giờ mà còn phụ thuộc chặt chẽ vào mùa trong năm [6], [2], [5]. Báo cáo tại Nam Kinh cho thấy nồng độ PM2.5 trung bình năm từ 2014 đến 2016 lần lượt là 71, 55 và 45 microgam/m3 [2]. Mùa đông có nồng độ PM2.5 cao nhất đạt 74 microgam/m3, trong khi mùa hè chỉ đạt 45 microgam/m3 [2]. Tình trạng này do phát thải gia tăng và điều kiện khí tượng bất lợi vào mùa lạnh như thời tiết lặng gió và nghịch nhiệt thường xuyên hơn [2].

Dữ liệu tại Hồng Kông cũng xác nhận nồng độ PM2.5 theo giờ vào mùa hè thấp hơn mùa đông, đồng thời mức ô nhiễm vào mùa thu và mùa đông cao hơn mùa xuân và mùa hè [6]. Tại Varanasi, tỷ lệ PM2.5 trên PM10 vào mùa đông là 0.62, cao hơn đáng kể so với mùa hè là 0.38 [5]. Độ ẩm không khí cao kết hợp với lớp khí quyển nghịch nhiệt vào ban đêm mùa lạnh làm tầm nhìn giảm sâu, hệ số tương quan giữa tầm nhìn và PM2.5 lên tới -0.84 [5].

Đáng chú ý, nghiên cứu tại Việt Nam cho thấy mô hình biến thiên ngày đêm của PM2.5 không có nhiều khác biệt giữa ngày trong tuần và ngày cuối tuần do các trạm quan trắc đều chịu tác động lớn từ giao thông [1]. Dù vậy, tại Hồng Kông, giá trị đỉnh ô nhiễm vào ngày thường vẫn cao hơn ngày cuối tuần do các hoạt động nhân sinh diễn ra sôi động hơn [6].

Những hiểu lầm phổ biến của người dân

Sai lầm phổ biến nhất là quan niệm "sáng sớm trời mát mẻ, sương mù là không khí sạch". Nhiều người nhầm lẫn lớp sương mờ mờ vào buổi sáng mùa đông là hơi ẩm tự nhiên tinh khiết. Thực chất, trong các đợt nghịch nhiệt, lớp sương đó thường là sương mù quang hóa kết hợp khói bụi bị giữ lại sát mặt đất [1], [3]. Việc tập thể dục hít thở sâu vào khung giờ 6:00-8:00 sáng vô tình khiến phổi nạp vào lượng bụi mịn khổng lồ ở thời điểm nồng độ đỉnh [1].

Một hiểu lầm khác là mở toang cửa sổ nhà vào ban đêm để đón gió mát. Vào các tháng mùa đông có hiện tượng nghịch nhiệt, nồng độ PM2.5 ban đêm tăng rất cao, đặc biệt ở các đô thị như Hà Nội [1]. Mở cửa sổ lúc này có thể khiến không khí ô nhiễm tràn vào không gian sống.

Ngoài ra, nhiều người nghĩ rằng giờ trưa nắng gắt thì không khí sẽ bẩn nhất. Dữ liệu khoa học lại chứng minh điều ngược lại: khung giờ từ 13:00 đến 15:00 là lúc nồng độ PM2.5 thấp nhất trong ngày do đối lưu khí quyển mạnh mẽ giúp pha loãng các chất ô nhiễm lên cao [1], [2].

Nhóm đối tượng cần đặc biệt cẩn trọng

Bụi mịn PM2.5 có kích thước siêu nhỏ, dễ dàng xâm nhập sâu vào phế nang phổi và đi vào hệ tuần hoàn. Các đợt bùng phát ô nhiễm theo giờ gây nguy cơ cao cho nhiều đối tượng nhạy cảm:

  • Người mắc bệnh đường hô hấp mãn tính như hen suyễn, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD). Hít phải bụi mịn trong các khung giờ nghịch nhiệt có thể kích hoạt các cơn co thắt phế quản cấp tính.
  • Người có tiền sử bệnh tim mạch. Sự gia tăng nồng độ PM2.5 đột ngột vào các khung giờ cao điểm làm tăng nguy cơ biến cố tim mạch.
  • Trẻ em và người cao tuổi. Trẻ em có tần số thở nhanh hơn người lớn và hệ miễn dịch chưa hoàn thiện, trong khi người cao tuổi thường có nhiều bệnh nền kết hợp.
  • Phụ nữ mang thai và những người làm việc ngoài trời trong thời gian dài như cảnh sát giao thông, người giao hàng.

Những người thuộc nhóm nguy cơ cao nếu xuất hiện các triệu chứng như ho kéo dài, khó thở, tức ngực cần tham khảo ý kiến bác sĩ chuyên khoa để được hướng dẫn điều chỉnh phác đồ kiểm soát bệnh nền kịp thời.

Hướng dẫn áp dụng thực tế bảo vệ sức khỏe

Để giảm thiểu tối đa tác hại từ các chu kỳ biến thiên của bụi mịn PM2.5, người dân có thể chủ động sắp xếp sinh hoạt theo các khuyến cáo sau:

  • Điều chỉnh giờ tập luyện ngoài trời: Tránh tập thể dục ngoài trời vào khung giờ 6:00-8:00 sáng và 18:00-21:00 tối, đặc biệt vào mùa thu đông [1]. Thay vào đó, nên tập luyện trong nhà có máy lọc không khí hoặc chuyển lịch vận động ngoài trời sang khung giờ chiều muộn trước khi giao thông tắc nghẽn.
  • Thông gió nhà cửa đúng thời điểm: Thời điểm lý tưởng nhất để mở cửa sổ đón khí tươi và thông gió tự nhiên là từ 12:00 đến 15:00, khi nồng độ PM2.5 chạm đáy nhờ sự pha loãng của khí quyển [1], [2]. Cần đóng kín cửa vào ban đêm và sáng sớm trong những ngày nghịch nhiệt [1].
  • Bảo hộ khi ra đường: Nếu bắt buộc phải di chuyển trong các khung giờ cao điểm giao thông (7:00-8:00 sáng và 18:00-19:00 chiều), nên đeo khẩu trang chuyên dụng có khả năng lọc hạt mịn chuẩn N95 hoặc tương đương, đeo khít mặt [1].
  • Theo dõi trạm quan trắc: Thường xuyên kiểm tra chỉ số chất lượng không khí (AQI) từ các ứng dụng hoặc trạm quan trắc uy tín trước khi lên kế hoạch cho các hoạt động ngoại khóa ngoài trời.

Nắm bắt quy luật nghịch nhiệt và sự biến động của bụi mịn theo từng giờ là chìa khóa đơn giản giúp bảo vệ hệ hô hấp cho bản thân và gia đình một cách hiệu quả và khoa học.