Nâng cao năng lực dự báo của ngành khí tượng thủy văn

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng khốc liệt, thiên tai thời tiết diễn biến không theo quy luật, việc ứng dụng công nghệ cao là một trong những giải pháp đột phá nhằm nâng cao chất lượng dự báo của ngành khí tượng thủy văn (KTTV) trong những năm qua.

Tạo đột phá trong chuyển đổi số

Theo các chuyên gia môi trường, biến đổi khí hậu đang gây ra nhiều hiện tượng thời tiết và khí hậu khắc nghiệt hơn. Chẳng hạn như các đợt nắng nóng kéo dài với cường độ cao hơn, lượng mưa lớn hơn và hạn hán nghiêm trọng hơn. Tính dễ bị tổn thương của con người trước những tác động bất lợi của các hiện tượng thời tiết đang gia tăng ở nhiều khu vực.

Các chuyên gia, cán bộ, lãnh đạo của Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn quốc gia luôn làm việc tập trung cao độ để có bản tin dự báo sớm và chính xác nhất có thể giúp hạn chế rủi ro. Ảnh: Thương Huế

Có nhiều người dân hơn bao giờ hết hiện đang sinh sống tại các siêu đô thị hoặc ở các khu vực có nguy cơ cao như vùng trũng thấp, vùng ven biển lộ thiên và vùng đồng bằng lũ lụt. Vì vậy, việc cải thiện khả năng quan trắc, dự báo và truyền thông là vấn đề cần thiết để đáp ứng nhu cầu về thời tiết sẽ như thế nào và thời tiết sẽ gây ra những gì, đồng thời giúp xã hội hiểu, thích ứng với tác động của thời tiết có thể diễn ra trong tương lai.

Theo GS.TS Trần Hồng Thái - Tổng cục Trưởng Tổng cục KTTV Việt Nam, nhằm nâng cao chất lượng dự báo trong thời đại bùng nổ thông tin như hiện nay, ngành KTTV ngoài chú trọng đào tạo con người, hiện đại hóa trang thiết bị dự báo đã không ngừng đẩy mạnh sử dụng công nghệ thông tin, chuyển đổi số.

Chủ đề của Ngày Khí tượng Thế giới năm 2023 là “The Future of Weather, Climate and Water across Generations -Thời tiết, khí hậu và nước -Tương lai qua các thế hệ” và chủ đề tuyên truyền hưởng ứng Ngày Khí tượng thế giới năm 2023 do Việt Nam đề ra là "Thông tin thời tiết, khí hậu và tài nguyên nước góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho hôm nay và mai sau" nhằm phản ánh các vấn đề về tác động của biến đổi khí hậu đến biến động của thời tiết, tài nguyên nước đang diễn ra ngày càng rõ rệt trên thế giới. Nhiều người phải đối mặt với các mối nguy hiểm gia tăng hơn bao giờ hết do sự gia tăng dân số, đô thị hóa và suy thoái môi trường.

Hiện, chuyển đổi số trong ngành KTTV đã, đang tập trung chính vào phương thức sản xuất ra các bản tin dự báo KTTV, ở 2 khía cạnh gồm ứng dụng được phát triển mạnh của thời kỳ 4.0 (ví dụ nhưng các công cụ mới dựa trên Big-data, AI) trong quá trình tạo ra bản tin dự báo KTTV và cả việc tiếp cận cập nhật, hỗ trợ các sản phẩm cốt lõi để dự báo viên tạo ra các sản phẩm dự báo – là dữ liệu dự báo từ các mô hình số trị, dữ liệu viễn thám trong giám sát và cảnh báo - dự báo cực ngắn.

Sản phẩm cuối cùng của những sự thay đổi này chính là một cơ sở dữ liệu dự báo KTTV dạng số sẵn sàng ứng dụng một cách linh hoạt cho mọi nền tảng và làm đầu vào cho các loại mô hình cảnh báo dự báo khác (dự báo tác động, tài chính dựa trên dự báo…).

Tổng cục đã phối hợp với các viện nghiên cứu, trung tâm nghiên cứu toán, AI cập nhật, đưa vào các công cụ mới để tăng cường được tính tự động hóa, số hóa trong việc thiết lập các loại hình bản tin dự báo KTTV, bước đầu mang lại hiệu quả nhất định. Cụ thể như việc ứng dụng triển khai hệ thống cơ sở dữ liệu dùng chung hệ thống Center Data Hub (CDH) của ngành, công cụ hiệu chỉnh dự báo số trong hệ thống hỗ trợ dự báo SmartMET để tạo ra các bản tin dự báo điểm.

Hay ứng dụng công nghệ WEB-GIS trong việc tạo ra các bản tin cảnh báo cho Trung tâm hỗ trợ dự báo thời tiết nguy hiểm khu vực Đông Nam Á, thiết lập bổ sung các dự báo điểm và cho phép lựa chọn linh hoạt trên nền tảng web cho lãnh thổ nước Lào trong phạm vi của biên bản ghi nhớ giữa Việt Nam và Lào từ năm 2021 đến nay.

Trong việc bổ sung tăng cường chất lượng của các dự báo từ mô hình số trị (như dự báo định lượng mưa, dự báo cường độ bão, dự báo thời tiết tới 10 ngày), Tổng cục KTTV đang tiếp cận theo định hướng hợp tác, phát triển liên ngành giữa các cơ quan, đơn vị có kinh nghiệm trong việc áp dụng các công nghệ mới để cùng nhau giải quyết bài toán dự báo KTTV.

Cụ thể là việc đã thiết lập các đề tài, dự án từ cấp bộ đến cấp Nhà nước về ứng dụng AI trong dự báo các hiện tượng khí tượng - thủy văn - hải văn nguy hiểm (cảnh báo dông cực ngắn, nhận dạng bão/ap thấp nhiệt đới hoạt động trên Biển Đông, hậu xử lý mô hình, dự báo dị thường dòng chảy thủy văn, dự báo nước biển dâng - sóng lớn).

Điểm nhấn là hệ thống SmartMet

Đáng chú ý, Tổng cục KTTV cũng khai thác sử dụng hệ thống trực quan hóa và biên tập dữ liệu dự báo khí tượng (SmartMet) từ năm 2019. Điểm hỗ trợ quan trắc viên đắc lực nhất là SmartMet tích hợp nhiều loại số liệu quan trắc và số liệu của nhiều mô hình, có thể mở được cùng lúc trên một bản đồ làm việc, dễ dàng cho việc so sánh.

Phát thải khí nhà kính gây biến đổi khí hậu cũng như ảnh hướng tới sức khỏe con người. Ảnh: Thanh Hải

Với SmartMet, dự báo viên có thể tùy chỉnh hiển thị cho các thông số dự báo theo mục đích sử dụng cũng như việc thêm 2 - 3 thông số dự báo khác nhau trên cùng bản đồ làm việc. Ngoài ra, dự báo viên có thể sử dụng kinh nghiệm của mình trong quá trình thực hiện các sản phẩm dự báo.

GS.TS Trần Hồng Thái chia sẻ, để thực hiện các bài toán dự báo KTTV, ngành phải sử dụng các siêu máy tính với tốc độ tính toán cực lớn và cực nhanh. Trước đây, Tổng cục sử dụng các máy tính bó song song còn một số hạn chế thì nay đã được thay bằng hệ thống siêu máy tính CrayXC40 - hệ thống tính toán dành cho bài toán dự báo khí tượng mạnh trong khu vực Đông Nam Á. Hệ thống này được đánh giá tương đương với hệ thống CrayXC40 của Cơ quan khí tượng Singapore.

Hệ thống CrayXC40 của Việt Nam được trang bị 56 máy chủ tính toán với trên 2.100 bộ vi xử lý, cho phép đạt năng lực tính toán đạt xấp xỉ 80TFLOPS và thực hiện bài toán dự báo thời tiết ở quy mô 2 - 3km cho toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và Biển Đông, dự báo 3 ngày trong thời gian 30 - 40 phút.

Với hệ thống siêu máy tính này, ngành khí tượng thủy văn đã và đang thực hiện đồng hóa số liệu, tích hợp toàn bộ các hệ thống quan trắc thời gian thực, bao gồm vệ tinh, radar, quan trắc bề mặt, đo mưa tự động. Trên cơ sở đó đưa ra các tính toán, phân tích dự báo các hiện tượng thời tiết cực đoan trong tương lai, từ ngày, tuần đến tháng. “Đây cũng là hệ thống ứng dụng công nghệ “Xanh” để đảm bảo tiết kiệm năng lượng và ít tạo ra các nguồn độc hại cho môi trường làm việc” - GS.TS Trần Hồng Thái cho biết.

Hiện, ngành KTTV đang thực hiện cảnh báo bão sớm trước 5 ngày, dự báo, cảnh báo áp thấp nhiệt đới trước 3 ngày. Dự báo, cảnh báo mưa lớn trước 2 - 3 ngày với độ tin cậy khoảng 75%; cảnh báo rét đậm, rét hại trước 2 - 3 ngày với độ tin cậy 80 - 90%; cảnh báo lũ trên các sông khu vực miền Trung, Tây Nguyên trước 1 - 2 ngày, các sông khu vực Bắc Bộ, Nam Bộ trước 3 - 5 ngày thường đạt 70 - 80%; cảnh báo các đợt nắng nóng diện rộng trước từ 2 - 3 ngày có độ tin cậy 70%.

Chất lượng dự báo được nâng lên đã mang đến hiệu quả rõ ràng trong giảm thiểu thiệt hại thiên tai. Sự góp sức của ngành khí tượng thủy văn đã góp phần giảm khoảng 2/3 thiệt hại do thiên tai gây ra so với năm 2017, tương ứng với 40.000 tỷ đồng. Năm 2019, hạn hán và xâm nhập mặn xảy ra với quy mô lớn, mức độ khốc liệt nghiêm trọng nhất trong lịch sử, song nhờ dự báo sớm, mức độ thiệt hại về sản xuất nông nghiệp chỉ bằng khoảng 9% so với năm 2016.

Thương Huế