Báo cáo tổng kết đề tài ĐT.NCCB-ĐHUD.2011-G/09

Việt Nam với hơn 3000 km bờ biển, nằm trong khu vực châu Á gió mùa, hàng năm phải đối mặt với sự hoạt động của bão, áp thấp nhiệt đới trên khu vực Tây bắc Thái Bình dương và biển Đông, chịu tác động của nhiều loại hình thế thời tiết phức tạp. Các hiện tượng thiên tai khí tượng xảy ra hầu như quanh năm và trên khắp mọi miền lãnh thổ trong đó chủ yếu liên quan đến sự xuất hiện của các hiện tượng thời tiết, khí hậu cực đoan. Việc nghiên cứu, tìm kiếm khả năng dự báo được các hiện tượng này, với thời hạn càng dài càng tốt, thực sự là một trong những bài toán hết sức cấp bách. Giải quyết bài toán này là một trong những nhiệm vụ hàng đầu của ngành Khí tượng Thuỷ văn.

Trong nghiệp vụ dự báo thời tiết, khí hậu người ta chia ra ba lớp bài toán là 1) Dự báo thời tiết (Weather forecast); 2) Dự báo tháng (Monthly forecast); và 3) Dự báo mùa (Seasonal forecast).

Dự báo thời tiết cần phải chỉ ra được trạng thái của khí quyển tại một địa điểm cụ thể, vào những thời điểm nhất định (từng ngày, thậm chí từng giờ) trong thời hạn dự báo. Thông thường hạn dự báo thời tiết vào khoảng 3 – 5 ngày (hạn ngắn – Short range forecast) hoặc khoảng 5 – 10 ngày (hạn vừa – Medium range forecast), nhưng tối đa không vượt quá 2 tuần. Nói chung các thông tin dự báo thời tiết ngoài 7 ngày thường chỉ mang ý nghĩa tham khảo.

Dự báo tháng có hạn dự báo nằm trong khoảng từ 10 ngày đến 1 tháng. Trước năm 2000, bài toán dự báo tháng hầu như chưa được đề cập đến, vì với thời hạn đó là quá dài đối với dự báo thời tiết nhưng lại quá ngắn đối với dự báo khí hậu. “Khoảng trống” này trong bài toán dự báo đã thu hút sự quan tâm của nhiều chuyên gia. Cho đến khoảng năm 2002 hệ thống dự báo tháng đầu tiên được đưa vào hoạt động ở ECMWF (Vitart Frédéric, 2004). Đây là hệ thống dự báo dựa trên việc phân tích sản phẩm dự báo hạn 32 ngày của mô hình kết hợp khí quyển – đại dương. Hệ thống hoạt động theo chu trình từng hai tuần một và đã được đưa vào đánh giá dựa trên 45 lần dự báo bắt đầu từ tháng 3 năm 2002 đến tháng 12 năm 2003.

Dự báo mùa, hay dự báo hạn mùa (Seasonal forecast), hay dự báo khí hậu hạn mùa (Seasonal Climate forecast) có hạn dự báo đến tối đa (hiện nay) là một năm. Khác với dự báo thời tiết, dự báo mùa không chỉ ra được trạng thái khí quyển vào những thời điểm cụ thể đến từng ngày, thay vào đó là thông tin chung về điều kiện thời tiết trong từng khoảng thời gian nhất định (chẳng hạn từng tháng, từng mùa – ba tháng) trong thời hạn dự báo. Nói cách khác, dự báo mùa cố gắng dự báo các trạng thái trung bình và các cực trị có thể xảy ra của thời tiết tương lai, có thể được hiểu như là dự báo những biến đổi của điều kiện thời tiết (Stockdale, 2000).

Bên cạnh việc dự báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm thì bài toán dự báo mùa có vị trí quan trọng đặc biệt, nhất là trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay ở Việt Nam, khi mà những hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng diễn biến phức tạp, khó lường. Những thông tin dự báo hạn mùa được kỳ vọng là sẽ góp phần nâng cao hiệu quả phòng tránh thiên tai, tạo tiền đề cho việc xây dựng các giải pháp giảm nhẹ và hạn chế những tác hại của chúng, cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách xác định chiến lược phát triển kinh tế bền vững và bảo đảm an sinh xã hội của đất nước.

Do nhiều nguyên nhân khác nhau, cả khách quan và chủ quan, công tác dự báo hạn mùa ở Việt Nam hầu như chưa có gì đáng ghi nhận. Đầu những năm 2000, bài toán dự báo khí hậu hạn mùa đầu tiên được thực hiện trong khuôn khổ đề tài cấp Tổng cục Khí tượng Thủy văn trước đây do TSKH Nguyễn Duy Chinh (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường) làm chủ nhiệm. Phương pháp chủ đạo được sử dụng là các mô hình thống kê truyền thống. Kết quả của đề tài đã được đưa vào nghiệp vụ. Sản phẩm của hệ thống dự báo này là dị thường tổng lượng mưa mùa và nhiệt độ trung bình mùa (tổng hoặc trung bình từng 3 tháng liên tiếp nhau). Tiếp theo đó, trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường của TS Nguyễn Văn Thắng, cũng bằng phương pháp thống kê nhưng tập các nhân tố dự báo là bộ số liệu tái phân tích và yếu tố dự báo cũng là dị thường nhiệt độ và lượng mưa trung bình trượt từng ba tháng một, được gọi là mùa. Kết quả dự báo của các công trình trên được biên tập thành “Thông báo khí hậu” ra hàng tháng và được cập nhật lên website của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, http://www.nchmf.gov.vn/khihau/TBKH.htm. Khách quan mà nói, bản tin vẫn còn khá nghèo nàn, tính ứng dụng chưa cao, và đặc biệt là chưa thể có những thông tin dự báo về các điều kiện khí hậu cực đoan do bản chất “thống kê” của phương pháp nên dù các mô hình có thể dự báo tốt trạng thái trung bình vẫn khó có thể nắm bắt được các sự kiện cực trị.

Trước tình hình đó, đòi hỏi phải nghiên cứu, xây dựng, thử nghiệm được một hệ thống các mô hình động lực có khả năng dự báo hạn mùa, chú trọng vào việc dự báo các hiện tượng thời tiết cực đoan, tiến tới đưa vào ứng dụng nghiệp vụ cho Việt Nam. Tuy nhiên, đây là một nhiệm vụ hết sức phức tạp và khó khăn. Nó đòi hỏi phải có một sự kết hợp chặt chẽ giữa các nhà khí tượng, khí hậu học, các nhà mô hình hoá, các chuyên gia về toán và tin học, …. cũng như phương tiện tính toán hiệu năng cao, đường truyền Internet đảm bảo tốc độ cần thiết.

Như là một sự khởi đầu, đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ thống mô hình dự báo hạn mùa một số hiện tượng khí hậu cực đoan phục vụ phòng tránh thiên tai ở Việt Nam” mang mã số ĐT.NCCB-ĐHUD.2011-G/09 đã được Bộ Khoa học và Công nghệ chấp thuận cấp kinh phí và cho phép triển khai dưới dạng một đề tài độc lập cấp Nhà nước theo hướng “Nghiên cứu Cơ bản Định hướng Ứng dụng”, và giao cho Đại học Quốc gia Hà Nội là Cơ quan Chủ quản, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên là Cơ quan Chủ trì, GS. TS. Phan Văn Tân làm Chủ nhiệm. Thời gian thực hiện đề tài là 36 tháng, từ 08/2011 đến 08/2014. Mục tiêu đặt ra của đề tài là: 1) Ứng dụng và xây dựng được hệ thống mô hình có khả năng dự báo hạn mùa các trường khí hậu với hạn dự báo 1, 3, 6 tháng ở Việt Nam; và 2) Xây dựng được hệ thống nghiệp vụ dự báo một số hiện tượng khí hậu cực đoan ở Việt Nam, như nắng nóng, rét đậm, rét hại, hạn hán, mưa lớn.

Những công việc chính mà đề tài đã thực hiện và hoàn thành bao gồm: 1) Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến các vấn đề khoa học của đề tài, trong đó hầu hết là các công trình được đăng gần đây; 2) Xây dựng được một cơ sở dữ liệu khá đầy đủ, bao gồm số liệu quan trắc hàng ngày thu thập từ mạng lưới trạm khí tượng Việt Nam, số liệu phân tích và tái phân tích toàn cầu, số liệu dự báo hạn 6 tháng toàn cầu của mô hình CFS trong thời gian từ tháng 1 năm 2011 đến nay với tần suất 7 ngày một bộ được dùng làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho các mô hình khu vực; 3) Kết quả mô phỏng 30 năm, 1980-2100, của 3 mô hình khu vực (RegCM, clWRF và MM5CL) chạy với số liệu CFSR độ phân giải 0.5 độ được sử dụng để xác định khí hậu mô hình; 4) Sản phẩm dự báo thô và các sản phẩm đã hiệu chỉnh của các mô hình khu vực chạy với số liệu CFS từ tháng 1 năm 2011 đến nay; 5) Hệ thống các chương trình điều khiển tự động tải số liệu, tiền xử lý và vận hành các mô hình chạy dự báo theo chế độ nghiệp vụ; và 6) Website đăng tải sản phẩm dự báo của đề tài.

– Trích một phần mở đầu của Báo cáo tổng kết đề tài ĐT.NCCB-ĐHUD.2011-G/09.
– Trích dẫn Báo cáo này như sau:
Phan Văn Tân và CS, 2014: Nghiên cứu xây dựng hệ thống mô hình dự báo hạn mùa một số hiện tượng khí hậu cực đoan phục vụ phòng tránh thiên tai ở Việt Nam. Báo cáo Tổng kết Đề tài cấp Nhà nước, mã số ĐT.NCCB-ĐHUD.2011-G/09, Bộ Khoa học và Công nghệ, Hà Nội, 2014.