Thứ trưởng Bộ TN&MT Lê Công Thành chứng kiến Lễ ký thoả thuận hợp tác giữa Tổng cục Khí tượng Thủy văn và Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội về ứng dụng công nghệ thông tin.

Chuyển dần từ đo thủ công sang tự động

Phát triển mạng lưới quan trắc, nâng độ tin cậy của bản tin dự báo là 2 trụ cột quan trọng của lĩnh vực KTTV. Trong một thập kỷ qua, mạng lưới quan trắc được đan dày và tự động hóa; việc dự báo được ứng dụng nhiều công nghệ mới đã mang lại hiệu quả rõ rệt trong phòng chống thiên tai. Nhờ tự động hóa mạng lưới quan trắc, các quan trắc viên KTTV đã bớt đi nhiều vất vả khi mạng lưới quan trắc được chuyển dần từ đo thủ công sang tự động, đan dày các trạm quan trắc ở vùng núi, vùng sâu.

Đài KTTV Phù Liễn.

Theo Tổng cục KTTV, đến năm 2020, mạng lưới quan trắc quốc gia đã có 284 trạm khí tượng bề mặt; 29 trạm khí tượng nông nghiệp; 14 trạm bức xạ; gần 2000 trạm đo mưa tự động; 359 trạm thủy văn; 27 trạm khí tượng hải văn; có 180 trạm/điểm đo môi trường; mạng lưới trạm khí tượng cao không gồm có: 6 trạm thám không vô tuyến, 8 trạm đo gió trên cao bằng máy kinh vĩ quang học, 3 trạm đo tổng lượng ô zôn - bức xạ cực tím và 10 trạm ra đa thời tiết trải khắp mọi miền đất nước, 18 trạm định vị sét. Đặc biệt, các công nghệ quan trắc mới như ra đa, đo mưa tự động được đưa vào sử dụng để ghi nhận được nhiều dữ liệu hơn, nhanh hơn và đặc biệt bớt nhiều phần nguy hiểm cho quan trắc viên.

Hiện nay, với hệ thống 10 trạm ra đa thời tiết được nâng cấp, đầu tư, ngành KTTV có thể giám sát cấu trúc bão, đặc điểm các cơn bão, áp thấp nhiệt đới khi tiến vào gần đất liền, qua đó có thể cảnh báo chính xác hơn cường độ, hướng di chuyển của bão cũng như khả năng gây mưa lớn, gió mạnh đến các khu vực ven bờ và sâu trong đất liền. Với hệ thống ra đa này, Việt Nam đã từng bước nâng cao được chất lượng cảnh báo dông, lốc, sét, mưa đá hạn cực ngắn khi kết hợp với phân tích kết quả mô hình số trị và hệ thống 18 trạm định vị sét mới được đầu tư và đưa vào sử dụng từ cuối năm 2019.

Mạng lưới đo mưa tự động với gần 2000 điểm được đầu tư thay thế mạng lưới đo mưa nhân dân là một trong những bước tiến rõ rệt của ngành KTTV khi áp dụng thành tựu khoa học công nghệ mới, chuyển đổi số. Hiện nay, dù chưa được như yêu cầu thực tiễn nhưng với mạng lưới đo mưa tự động phủ khắp toàn quốc đã góp phần nâng cao hiệu quả trong cảnh báo nguy cơ lũ, ngập lụt, lũ quét và sạt lở đất. Mạng lưới quan trắc đo mặn, giúp công tác dự báo và giám sát hạn mặn được chủ động và hiệu quả hơn so với trước đây. Minh chứng rõ nhất là chúng ta đã cảnh báo sớm được tình trạng hạn mặn đặc biệt nghiêm trọng trong một số năm qua, góp phần giảm thiểu đáng kể thiệt hại về kinh tế, môi trường ở Đồng bằng sông Cửu Long.

Việc đầu tư nâng cấp tự động hóa các trạm quan trắc KTTV những năm qua giúp ngành KTTV có thể thu nhận nhanh các thông tin hiện trạng để đưa ra các cảnh báo, dự báo, đặc biệt là dự báo, cảnh báo mưa lớn, lũ, dông, lốc, bão và áp thấp nhiệt đới.

Xây dựng hệ thống quản trị dữ liệu tập trung và nâng cấp hệ thống tính toán

Trung tâm dữ liệu (Data center) của ngành được đầu tư xây dựng đã đạt gần tới tiêu chuẩn quốc tế Tier 3, đảm bảo hoạt động ổn định hạ tầng công nghệ thông tin bao gồm mạng máy tính, các máy chủ nghiệp vụ, hệ thống tính toán hiệu năng cao HPC, cơ sở dữ liệu Oracle và ArcGis Server, các phần mềm nghiệp vụ xử lý, lưu trữ và chia sẻ toàn bộ số liệu KTTV trong nước và quốc tế. Thông qua hệ thống này, toàn bộ hoạt động nghiệp vụ KTTV được tập trung, thống nhất trong toàn hệ thống dự báo. Toàn bộ dữ liệu KTTV trong và ngoài nước được tích hợp, tổ chức xử lý, lưu trữ, khai thác và cung cấp theo hướng tập trung, đồng bộ (dữ liệu được tập trung tại Trung tâm dữ liệu ngành KTTV), các công tác nghiệp vụ dự báo, cảnh báo KTTV đều sử dụng dữ liệu tại Trung tâm Thông tin và Dữ liệu KTTV, dữ liệu được chia sẻ đến các đơn vị phục vụ công tác điều hành, chỉ đạo về PCTT như: Tổng cục PCTT, Văn phòng Ban Chỉ đạo Trung ương về PCTT.

Triển khai trong nghiệp vụ hệ thống siêu máy tính (kiến trúc tính toán dạng MPP) đầu tiên tại Việt Nam (CrayXC40) và thay thế hoàn toàn các hệ thống tính toán hiệu năng cao dạng máy tính bó song song tại Tổng cục KTTV. Hệ thống CrayXC40 được trang bị 56 máy chủ tính toán với trên 2100 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 2-3 km cho toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và Biển Đông, dự báo 3 ngày trong thời gian 30-40 phút. Đây là hệ thống tính toán giành cho bài toán dự báo khí tượng mạnh trong khu vực Đông Nam Á, tương đương với hệ thống CrayXC40 của Cơ quan khí tượng Singapore. 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.

Hệ thống siêu máy tính đã góp phần nâng cao hiệu quả trong ứng dụng phương pháp dự báo số trị trong dự báo tác nghiệp. Nếu không có dự báo số trị, chúng ta rất khó đưa ra dự báo định lượng về mưa, cường độ bão, gió mạnh,… Với hệ thống siêu máy tính này, ngành KTTV 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, ra đa, 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.

Cảnh báo sớm, nâng độ tin cậy của thông tin dự báo

Một thập kỷ qua ghi nhận những nỗ lực của ngành KTTV trong việc nâng chất lượng dự báo, thể hiện rõ nét qua việc có thể dự báo xa và nâng độ chính xác của thông tin. Đối với dự báo thời tiết, ngành KTTV mở rộng thời hạn dự báo thời tiết, cảnh báo sớm thiên tai tới 10 ngày; 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. Các sản phẩm dự báo mùa cũng được mở rộng hạn dự báo, hàng năm đã có bản tin nhận định thiên tai năm (ban hành 2 lần/năm).

Dự báo, cảnh báo mưa lớn có thể thực hiện 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 2-3 giờ. Dự báo, cảnh báo rét đậm, rét hại gây ra bởi không khí lạnh trước 2-3 ngày với độ tin cậy 80-90%. Dự báo, cảnh báo các đợt nắng nóng diện rộng: Trước từ 2-3 ngày có độ tin cậy 70%, thời điểm kết thúc các đợt nắng nóng diện rộng chính xác từ 80-90%. Đối với bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ), giai đoạn đầu những năm 2000, ngành KTTV vẫn chỉ dự báo 24 giờ, nhưng đến hiện tại đã nâng dự báo bão/ ATNĐ lên 3 ngày, cảnh báo 5 ngày. Có thể kể đến bản tin dự báo bão (vị trí và cường độ bão) của Việt Nam đã có độ chính xác dần tiệm cận với trình độ dự báo bão của các nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới, giảm sai số từ 250-300 km trước những năm 2010 ở hạn dự báo 48 h xuống khoảng 120 -150 km trong những năm gần đây.

Chất lượng dự báo thủy văn hàng ngày đạt 80-85%; hạn vừa đạt từ 75- 80%; hạn dài đạt 65-70%. Công tác dự báo, cảnh báo lũ lụt, lũ quét, sạt lở đất, hiện tượng hạn hán và tình trạng xâm nhập mặn đáp ứng tốt những yêu cầu của công tác phòng chống thiên tai, góp phần giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây ra. Đã xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ lũ quét, sạt lở đất chi tiết đến cấp huyện phục vụ công tác dự báo, cảnh báo phòng chống thiên tai cho các tỉnh và người dân khu vực khi có mưa lớn.

Riêng dự báo hải văn, từ năm 2016 đã có những đổi mới vượt bậc do tiếp thu các công nghệ mới của nước ngoài. Độ phân giải cho mô hình dự báo sóng đã được chi tiết đến 4 km, và dự báo sóng theo cả phương án tất định và tổ hợp, thời hạn dự báo đến 10 ngày. Nước dâng và ngập lụt do nước dâng bão dựa trên mô hình tích hợp SuWAT với nhiều kịch bản về quỹ đạo di chuyển của bão, nước dâng do bão có tính đến ảnh hưởng của sóng, thủy triều nên đã nâng cao được độ tin cậy của bản tin dự báo, cảnh báo nước dâng bão. Đối với dự báo dòng chảy biển, nhiệt độ và độ mặn nước biển, mô hình mã nguồn mở ROMS3D được thiết lập chạy trên hệ thống siêu máy tính Cray XC40 đã cho phép đưa ra thông tin dự báo đến 10 ngày cho các vùng biển. Công nghệ dự báo về quỹ đạo vật thể trôi, lan truyền ô nhiễm cũng được xây dựng dựa trên các mô hình mã nguồn mở, phần mềm của nước ngoài.

Chuyển đổi số trong công tác điều hành, quản lý

Trong những năm qua, ngành KTTV đã ứng dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin trong công tác chỉ đạo, điều hành triển khai thực hiện nhiệm vụ chính trị, toàn ngành đã thực hiện xử lý văn bản điện tử và áp dụng chữ ký số. Ngành đã xây dựng hệ thống họp trực tuyến đến 9 Đài KTTV khu vực và 54 Đài KTTV tỉnh, đảm bảo công tác hội thảo trực tuyến nghiệp vụ dự báo, cảnh báo KTTV thông suốt đến các Đài KTTV khu vực và tỉnh, nhất là hội thảo khi có thiên tai KTTV xảy ra như bão, lũ. Hệ thống đã mang lại hiệu quả rất tốt, đảm bảo các hoạt động nghiệp vụ KTTV diễn ra bình thường ngay cả khi thực hiện giãn cách xã hội để ứng phó với tình hình diễn biến phức tạp của dịch Covid - 19. Đã ứng dụng công nghệ số trong phân tích các bản đồ synop thay cho bản đồ bằng synop giấy trước đây. Các quy trình thu nhận số liệu, phân tích khách quan các trường khí tượng được tin học hóa. Hơn nữa, các phần mềm còn hỗ trợ dự báo viên biên tập và hoàn thiện phân tích các bản đồ synop từ các sản phẩm phân tích khách quan. Các bản đồ này sau đó được lưu trữ dưới dạng số giúp dự báo viên thuận tiện và dễ dàng tìm kiếm, so sánh các hình thế thời tiết của các thiên tai trong quá khứ khi thực hiện các phân tích nghiệp vụ.

Từ năm 2019, hệ thống trực quan hóa và biên tập dữ liệu dự báo khí tượng (SmartMet) bắt đầu được sử dụng trong Hệ thống Dự báo KTTV quốc gia. Với SmartMet, dự báo viên có thể biên tập lại sản phẩm mô hình thời tiết số trị dựa trên số liệu quan trắc và kinh nghiệm của dự báo viên. SmartMet bao gồm nhiều tính năng và tùy chọn để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc hàng ngày của Dự báo viên và đảm bảo các sản phẩm và dự báo thời tiết được tạo từ dữ liệu đã biên tập có chất lượng tốt nhất.

Điều làm cho SmartMet trở nên độc đáo không chỉ là một công cụ trực quan hóa hỗ trợ dự báo viên phân tích tất cả dữ liệu khí tượng mà còn có thể thay đổi dữ liệu mô hình (tức là biên tập dữ liệu) và đưa ra dữ liệu được chỉnh sửa từ các tham số khác nhau. Từ những sản phẩm đó, dự báo viên đã biên tập, có thể tạo kịch bản dự báo thời tiết được thiết kế riêng cho từng đối tượng quan tâm. Hệ thống Smartmet tạo ra bộ số liệu dự báo thống nhất được chia sẻ giữa các đơn vị dự báo từ trung ương đến địa phương và dễ dàng chuyển sang các dạng bản tin, các ứng dụng điện thoại, mạng xã hội một cách nhanh nhất phù hợp với sự phát triển của khoa học số hiện nay.

MAI HOÀNG

Tổng cục Khí tượng Thủy Văn