Phát triển công nghệ dự báo số để phát triển ngành Khí tượng thủy văn

Theo ông Mai Văn Khiêm - Giám đốc Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia, trong công tác dự báo của ngành KTTV hiện nay, bên cạnh việc ứng dụng các công nghệ quan trắc, giám sát liên tục các hiện tượng thời tiết nguy hiểm dựa trên mạng lưới quan trắc tự động, hệ thống ra đa thời tiết, vệ tinh hiện đại, công nghệ dự báo thời tiết dựa trên các mô hình thời tiết số đã được thực hiện trên hệ thống siêu máy tính đóng vai trò chính trong việc dự báo được xu thế, hiện tượng mưa lớn, mưa cực trị.

Để giải quyết các bài toán dự báo số cần có các hệ thống tính toán song song hiệu năng cao chuyên biệt để có thể thực hiện dự báo với thời gian nhanh nhất và cung cấp kịp thời cho các dự báo viên.

Đến nay, các hệ thống mô hình dự báo thời tiết số trị của Việt Nam đã được hiện đại hóa với hệ thống đồng hoá số liệu địa phương cho mô hình khu vực độ phân giải cao (hiện nay, mức độ chi tiết đã đạt đến 3 km và trong tương lai gần sẽ đạt mức 1-2 km) cho phép nâng cao được khả năng chất lượng dự báo mưa lớn, mưa cực trị, qua đó tiếp tục nâng cao năng lực dự báo cảnh báo các hệ quả liên quan đến ngập lụt, lũ, lũ quét và sạt lở đất ở Việt Nam.

Đồng thời, tận dụng tối đa các nguồn số liệu có chất lượng cao đã được đầu tư (số liệu dự báo của Trung tâm Dự báo hạn vừa Châu Âu) để làm tiền đề cho các bài toán chi tiết hóa đối với dự báo hạn vừa đến hạn tháng và tăng cường chất lượng dự báo quỹ đạo và cường độ bão trên khu vực Biển Đông.

Ông Mai Văn Khiêm cho biết: Với hệ thống dự báo số trị kết hợp đồng hóa số liệu hiện nay của Việt Nam, chúng ta đã giảm được sự phụ thuộc vào thời gian có được sản phẩm từ mô hình toàn cầu (trễ từ 5-8 tiếng) của quốc tế, cho phép giảm độ trễ sản phẩm số xuống chỉ còn 2-3 tiếng sau khi có quan trắc so với phiên dự báo chính thức. Đối với dự báo quy mô đối lưu (chi tiết xuống cấp xã, điểm, phục vụ bài toán dự báo lũ quét và sạt lở đất), từ năm 2021 đã thử nghiệm đồng hóa số liệu ra đa thời tiết ở điều kiện nghiệp vụ, mức độ cập nhật từ 3-6 tiếng một lần với hạn dự báo 24h, độ phân giải mô hình 1-3 km. Đặc biệt, rất nhiều nguồn số liệu quan trắc địa phương đã được đồng hóa, qua đó nâng cao được khả năng nắm bắt các hiện tượng qui mô nhỏ, chất lượng dự báo của các hệ thống mô hình dự báo số trị khu vực độ phân giải cao cũng được tăng lên.

Đáng chú ý, từ năm 2020, các sản phẩm dự báo độ phân giải cao được kết hợp với các dữ liệu ước lượng mưa phân tích chi tiết trên lưới tính 1km × 1km từ quan trắc mưa tự động, sản phẩm ước lượng mưa từ hệ thống radar thời tiết đồng bộ hiện đại và sản phẩm mưa ước lượng từ vệ tinh và các sản phẩm dự báo mưa hạn cực ngắn ngoại suy từ số liệu radar (hạn 1-6 giờ) để tạo ra được sản phẩm bản đồ mưa chi tiết định lượng cho các bài toán cảnh báo lũ quét và sạt lở đất.

Ngoài ra, Tổng cục KTTV đã triển khai công nghệ dự báo tổ hợp cho phép đưa ra được khoảng biến động của dự báo từ mô hình số dựa trên việc xây dựng và triển khai áp dụng hệ thống dự báo tổ hợp từ hạn ngắn, hạn vừa đến hạn mùa, gồm các hệ thống dự báo tổ hợp thời tiết hạn ngắn phân giải cao (SREPS) có 32 dự báo thành phần với độ phân giải 9 km và hệ thống dự báo tổ hợp thời tiết hạn vừa từ 5-10 ngày của Châu Âu gồm 51 dự báo thành phần với độ phân giải 16 km.

Ông Nguyễn Xuân Tiến - Phó Giám đốc Đài KTTV Khu vực Bắc Trung Bộ: Áp dụng công nghệ dự báo số kết hợp đồng hoá số liệu giúp giảm thiểu những sai số lớn

Đối với dự báo thời tiết bằng phương pháp số trị thì độ chính xác của số liệu đầu vào có vai trò rất quan trọng, nếu có số liệu đầu vào tốt sẽ cho kết quả dự báo tốt và ngược lại. Bên cạnh đó, các loại số liệu này khá đa dạng và khác nhau bởi nhận được từ nhiều nguồn, nhiều loại thiết bị quan trắc khác nhau. Do đó, để hòa hợp các dữ liệu thành một bộ dữ liệu tương đối đồng nhất về tính chất rồi đưa vào các mô hình tính toán, chúng ta cần đồng hóa dữ liệu.

Hiện nay, ngoài việc sử dụng công nghệ giám sát và ước lượng mưa từ các hệ thống quan trắc radar JMA-272, vệ tinh Himawari của Nhật, mưa tự động… Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã phối hợp với Trung tâm Dự báo KTTV Quốc gia phát triển hệ thống dự báo mô hình số trị có đồng hóa các loại số liệu bề mặt và viễn thám như mô hình WRF, EC, GFS…, từng bước triển khai áp dụng trong nghiệp vụ để giảm thiểu những sai số lớn, tập trung nâng cao chất lượng dự báo định lượng mưa ở các thời hạn dự báo từ cực ngắn đến dự báo trước từ 2-3 ngày; xây dựng, cập nhật bộ số liệu chuẩn khí hậu quốc gia và giám sát biến đổi khí hậu; tăng mức chi tiết các dự báo sớm, dài hạn diễn biến khí hậu quy mô mùa đến 1 năm.

Tuy vậy, bài toán dự báo mô hình số kết hợp đồng hóa số liệu hiện nay gặp rất nhiều khó khăn như: Hệ thống các trạm quan trắc của chúng ta còn thưa, công nghệ quan trắc chưa hiện đại, tỷ lệ những trạm khí tượng, những trạm báo mưa, trạm quan trắc về mực nước tự động còn rất ít, làm cho việc tiếp nhận số liệu không đầy đủ, không chính xác và không kịp thời… Mặt khác, các dữ liệu này đều ở các định dạng rất khác nhau.

Ông Trần Duy Hưng - Giám đốc Đài khí tượng thuỷ văn tỉnh Yên Bái: Áp dụng công nghệ dự báo số kết hợp đồng hoá số liệu giúp công tác dự báo, cảnh báo thiên tai sớm và chính xác hơn

Nhờ ứng dụng kịp thời và hiệu quả các thành tựu tiến bộ khoa học, công tác dự báo, cảnh báo ở tỉnh Yên Bái đã có những chuyển biến rõ rệt cả về lượng và chất cũng như đa dạng hóa hình thức thông tin hướng đến từng đối tượng sử dụng.

Cụ thể 10 điểm đo mưa nhân dân được thay thế hoàn toàn bằng 134 điểm đo mưa tự động và thêm một trạm khí tượng tự động đã phủ gần hết các khu vực trọng điểm có nguy cơ sạt lở, lũ ống, lũ quét.

Cùng với số liệu trong tỉnh, số liệu các khu vực lân cận, số liệu mô hình số, số liệu vệ tinh ở các nguồn khác nhau, việc đồng hoá số liệu kết hợp với dự báo số đã giúp các dự báo viên dễ dàng nắm bắt được thông tin thời tiết tổng thể, thời tiết thuỷ văn chi tiết từ khu vực nhỏ. Từ đó, mở rộng được thời hạn dự báo thời tiết, cảnh báo sớm thiên tai tới 10 ngày. Cùng với đó, nội dung và hình thức bản tin đã có nhiều thay đổi, tập trung cung cấp các thông tin dự báo ở quy mô nhỏ hơn (cấp huyện, cấp xã) và thời gian dài hơn.

Việc dự báo, cảnh báo các thiên tai KTTV nguy hiểm cũng có nhiều cải tiến như mưa lớn diện rộng đã được cảnh báo trước 2-3 ngày với độ tin cậy khoảng 75%; đối với mưa lớn cục bộ hoặc mưa lớn trong cơn dông, cảnh báo trước từ 30 phút đến 3 giờ đồng hồ; dự báo, cảnh báo rét đậm, rét hại gây ra bởi không khí lạnh trước từ 2-3 ngày với độ tin cậy 80-90%... Các bản tin được cập nhật kịp thời trên trang web cổng thông tin điện tử của tỉnh và gửi đến zalo của các cá nhân đăng ký nhận tin dự báo cảnh báo tự động.

Nhờ ứng dụng các công nghệ mới, việc dự báo KTTV hiện nay đã chuyển sang phương thức dự báo tác động của các loại hình thiên tai dần thay thế cho các dự báo hiện tượng, mang lại hiệu quả cao hơn trong phòng chống thiên tai.