Khoa học công nghệ giúp hoàn thiện hệ thống cảnh báo sớm thiên tai

Khả năng cảnh báo sớm đóng vai trò then chốt trong giảm thiểu thiệt hại do thiên tai khí tượng thủy văn (KTTV), nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của bão, mưa lớn, lũ lụt, lũ quét, sạt lở, dông, sét.

Tại Việt Nam, hệ thống quan trắc gồm trên 3.500 trạm quan trắc mưa tự động và 10 trạm radar thời tiết hiện đại đã được nâng cấp nhằm theo dõi bão, mưa, lũ, lũ quét, sạt lở đất, dông, sét. Việc ứng dụng, phát triển các mô hình dự báo số, công nghệ viễn thám (vệ tinh, radar), trí tuệ nhân tạo (AI) và nền tảng số (đám mây, cơ sở dữ liệu lớn) đã cải thiện rõ rệt độ chính xác và phạm vi cảnh báo trong thời gian qua. 

“Trụ cột phòng vệ" trước thiên tai

Hiện nay, hệ thống khí tượng thuỷ văn quốc gia là trung tâm điều phối dữ liệu, phân tích, tính toán và đưa ra các thông tin cảnh báo sớm cho các ngành, lĩnh vực và toàn xã hội. Dựa vào thông tin dự báo, người dân, doanh nghiệp và các ngành sản xuất – từ nông nghiệp đến năng lượng có thể ra quyết định kịp thời. 

Để có được thành quả đó, trong nhiều năm qua, ngành khí tượng thuỷ văn kịp thời ứng dụng các công nghệ, kỹ thuật mới để xây dựng hệ thống cảnh báo sớm ngày càng hoàn thiện hơn.

Dự báo bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn

Đến nay, dự báo bão của Việt Nam đã đạt được những bước tiến đáng kể như đưa thời gian dự báo bão tới 120h (5 ngày). Độ tin cậy trong dự báo bão khoảng 100-150km trong 24h; 150-250km trong 48h và 250-350km trong 72h.

Hiện, dự báo bão được thực hiện dựa trên dự báo bằng các mô hình đơn lẻ và hệ thống dự báo tổ hợp. Sản phẩm từ hệ thống mô hình dự báo số hiện đại có độ phân giải cao kết hợp đồng hóa số liệu trên siêu máy tính duy nhất tại Việt Nam CRAY-XC40, cho phép tính toán hàng triệu phép tính mỗi ngày, và đưa ra tổ hợp dự báo 31 thành phần, với độ phân giải ô lưới có thể lên tới 3km x 3km. 

Các sản phẩm mô hình chính bao gồm lớp các mô hình toàn cầu GSM của Cơ quan Khí tượng Nhật Bản; GFS của Trung tâm Dự báo môi trường quốc gia Hoa Kỳ, và mô hình của Trung tâm Dự báo hạn vừa Châu Âu (ECMWF). Một số kết quả đã được áp dụng cho hai hệ thống dự báo tổ hợp khu vực SREPS và tổ hợp toàn cầu Var_EPS của Trung tâm Dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu. 

Ngoài ra, các nghiên cứu ứng dụng AI đang tập trung vào các công đoạn, từ giám sát sự hình thành bão trên dữ liệu biển Đông theo thời gian thực đến bài toán tăng cường dự báo cường độ bão - vấn đề mà các mô hình dự báo thời tiết toàn cầu đang còn hạn chế. 

Hiện nay, công nghệ dự báo bão dựa trên các sản phẩm mô hình số tổ hợp - phân giải cao cho thời hạn dự báo từ 1-10 ngày. Công nghệ dự báo mưa phân giải cao phục vụ bài toán dự báo định lượng và làm đầu vào cho mô hình thủy văn và dự báo, cảnh báo sạt lở đất. Công nghệ giám sát và phân tích có thể đưa ra dự báo vị trí, cường độ bão/áp thấp nhiệt đới hoạt động trên biển Đông và đổ bộ lên lãnh thổ Việt Nam.

Để nâng cao độ chính xác cho dự báo, cơ quan khí tượng thủy văn liên tục cập nhật các cảnh báo từ radar, vệ tinh với tần suất 5-10 phút và tăng cường quan trắc khi bão hoạt động sát bờ. Bên cạnh đó, hoạt động trao đổi với các đơn vị KTTV quốc tế như Nhật Bản, Trung Quốc được thực hiện thường xuyên nhằm giúp công tác giám sát bão hiệu quả hơn và sớm hơn.

Cảnh báo sớm dông, sét

Trong những năm qua, ngành khí tượng thuỷ văn đã xây dựng mạng lưới cảnh báo dông, sét tương đối toàn diện, bao gồm 10 radar thời tiết và 18 trạm định vị sét tự động. Kết hợp với công nghệ phân tích, xử lý tiên tiến đã góp phần nâng cao hiệu quả cảnh báo dông, sét trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam.

Mạng lưới dùng phương pháp đo gián tiếp (đa trạm) để xác định vị trí các tia sét trong mây (IC) và sét đánh xuống đất (CG) theo thời gian thực. Các trạm này có tầm thu nhận sét đến khoảng 400-600 km, tức là ngoài đất liền Việt Nam còn đo được sét trên biển và vùng giáp biên giới. Dữ liệu từ mạng lưới định vị (như GLD360, Vaisala IMPACT) cung cấp số liệu thống kê sét hàng ngày và cảnh báo khi tần suất sét tại một khu vực vượt mức nguy hiểm. Độ chính xác định vị sét của mạng lưới thường ở mức vài trăm mét đến 1km.

Ảnh nhiệt độ đám mây và tập hợp sóng điện từ do các vệ tinh khí tượng địa tĩnh (như Himawari-8 của Nhật Bản) cung cấp cũng được dùng hỗ trợ cảnh báo. Ví dụ, hệ thống cảnh báo sớm mới của Việt Nam tích hợp liên tục ảnh vệ tinh vào mô hình giám sát thời tiết. Dựa trên ảnh mây (hệ trái đất, khí hậu toàn cầu), công cụ phân tích có thể phát hiện vùng đối lưu phát triển mạnh - dấu hiệu báo trước của dông, sét. Nhiều nghiên cứu trong nước cũng đã dùng dữ liệu vệ tinh Himawari để dự báo mưa dông cục bộ, tuy độ phân giải không bằng radar nhưng bù lại quan sát được toàn miền.

Để đạt được các bước tiến nêu trên, mô hình dự báo mưa cực ngắn hạn dùng kỹ thuật ensemble kết hợp dữ liệu quan trắc (radar, mưa, sét) để dự báo vị trí mưa dông trong 1-6 giờ tới. Tại Việt Nam, các thử nghiệm đã ứng dụng hệ thống SWIRLS (Short-range Warning of Intense Rainstorms) từ Nhật Bản phối hợp với mô hình WRF và dữ liệu radar để cải thiện dự báo mưa lớn dưới 6 giờ. 

Thông tin cảnh báo sớm hiện nay đã được truyền tải qua các nền tảng khác nhau website/app di động, tin nhắn SMS, truyền hình, phát thanh và phương tiện thông tin đại chúng khác. Từ năm 2003, trang iWeather.gov.vn đã chính thức vận hành và cung cấp thông tin dông, sét. Người dân có thể xem bản đồ sét theo thời gian thực qua máy tính hoặc điện thoại.

Cảnh báo sớm lũ quét và sạt lở đất 

Lũ quét và sạt lở đất là loại hình thiên tai đặc biệt nguy hiểm, thường xảy ra trong phạm vi nhỏ, thời gian xảy ra ngắn nên rất khó dự báo, cảnh báo. 

Trước năm 2022, các sản phẩm cảnh báo lũ quét dựa trên Hệ thống hỗ trợ cảnh báo lũ quét Đông Nam Á (SEAFFGS) của Hoa Kỳ, thông qua dự án của Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO). Đây là hệ thống hỗ trợ cảnh báo lũ quét đầu tiên sử dụng dữ liệu dự báo cực ngắn và được tích hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau. Các dữ liệu của Việt Nam đã được tích hợp vào hệ thống gồm số liệu ước lượng mưa từ 10 radar, hơn 1.500 trạm đo mưa tự động. Bên cạnh đó, sản phẩm Nowcasting dự báo mưa, sản phẩm dự báo mưa số trị từ mô hình WRF đã được ứng dụng như một công cụ hỗ trợ cảnh báo chi tiết đến cấp huyện.

Từ năm 2023 đến nay, ngành khí tượng thuỷ văn đã triển khai đồng bộ các giải pháp để chi tiết hóa hơn nữa và thông tin nhanh nhất cảnh báo lũ quét, sạt lở đất. Hệ thống tích hợp các công nghệ hiện đại, cho phép theo dõi thời gian thực thông tin cảnh báo nguy cơ lũ quét, sạt lở đất và độ ẩm đất tại các khu vực trung du và miền núi Việt Nam, trên cơ sở kế thừa công nghệ SEAFFGS và phát triển để cảnh báo chi tiết đến cấp xã. 

Cụ thể, hệ thống đã tích hợp dữ liệu đa nguồn với trên 3.500 trạm quan trắc mưa tự động với tần suất 10 phút/lần; phản hồi từ 10 radar thời tiết, ước lượng mưa radar, vệ tinh và sản phẩm dự báo mưa hạn cực ngắn đến 6h trên cơ sở ứng dụng công nghệ AI; dữ liệu dự báo mưa từ mô hình số độ phân giải cao từ 1-3km cho phép dự báo mưa đến 72h. Hệ thống cũng tích hợp các module giám sát, phân tích, xử lý dữ liệu, hỗ trợ nghiệp vụ để cảnh báo và truyền tin thiên tai trên nền tảng WebGIS.

Trên trang thông tin luquetsatlo.nchmf.gov.vn, các địa phương và người dân có thể truy cập thông tin cảnh báo chi tiết đến cấp xã và các vị trí xung yếu với tần suất cập nhật 1 giờ/lần.

Đồng thời, hệ thống đã thiết lập các địa chỉ API để các địa phương có thể tích hợp vào các nền tảng số, phục vụ truyền tin thiên tai đến cộng đồng hiệu quả hơn.

Cơ hội, thách thức ứng dụng công nghệ trong cảnh báo sớm

Xu hướng toàn cầu hiện nay là đẩy mạnh chuyển đổi số trong ngành khí tượng – thủy văn để thu hẹp khoảng trống cảnh báo sớm. Cơ hội bao gồm việc khai thác các nguồn lực công nghệ mới: AI, IoT, tính toán đám mây, 5G/6G… để phát triển các hệ thống cảnh báo sớm hiện đại và nâng cao chất lượng của dự báo, cảnh báo. 

Hợp tác quốc tế và sự quan tâm của khu vực tư nhân (Big Tech) đã và đang tạo nguồn lực tài chính - công nghệ, giúp tăng cường năng lực của các cơ quan dự báo, cảnh báo khí tượng thuỷ văn quốc gia. Trong bối cảnh đó, Nghị quyết 57-NQ/TW về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia của Bộ Chính trị đã tạo khung pháp lý để đổi mới phương thức quản lý, ứng dụng công nghệ hiện đại vào dự báo, cảnh báo thiên tai.

Tuy nhiên, nhiều thách thức kỹ thuật và xã hội vẫn tồn tại. Chất lượng dự báo lệ thuộc rất lớn vào dữ liệu đầu vào. Tuy nhiên, khu vực vùng cao, hải đảo thiếu trạm quan trắc và thiếu quan trắc thực tế, làm giảm độ tin cậy của các công nghệ mô phỏng vật lý, mô hình AI. Các chuyên gia cảnh báo, AI không thể hiệu quả khi dữ liệu huấn luyện hạn chế hoặc hiện tượng biến đổi không theo quy luật đã được học máy. 

Nhân lực về dự báo, cảnh báo và phân tích dữ liệu lớn còn hạn chế, trong khi chi phí duy trì mạng lưới công nghệ cao (radar, siêu máy tính) rất lớn. Vấn đề truyền tải thông tin cũng được đặt ra: Làm thế nào để cảnh báo tiếp cận người dân nghèo vùng xa, những nhóm không nắm rõ công nghệ? Nhận thức của cộng đồng về cảnh báo số cũng là thách thức khi thông tin ảo và hiểu nhầm có thể gây hoang mang. Cuối cùng, vấn đề chia sẻ dữ liệu liên ngành, xuyên biên giới (như thông tin xả lũ của các sông liên quốc gia) vẫn còn hạn chế.

Hướng tới hệ thống cảnh báo “4.0”

Mỗi cảnh báo đến sớm 10 phút có thể cứu sống hàng trăm người. Mỗi thông tin chính xác hơn, kịp thời hơn có thể giúp chính quyền ứng phó nhanh hơn, hiệu quả hơn. Đó là lý do vì sao việc ứng dụng khoa học công nghệ vào cảnh báo sớm thiên tai cần được ưu tiên, đầu tư và lan tỏa đến từng người dân. 

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, ngành khí tượng thuỷ văn Việt Nam đang từng bước xây dựng hệ thống cảnh báo sớm liên thông, thông minh và hướng tới người dân.

Các trụ cột của hệ thống cảnh báo sớm bao gồm: 

Dữ liệu thời gian thực từ trạm đo, vệ tinh, radar trên cơ sở ứng dụng các công nghệ hiện đại.

Mô hình dự báo hiện đại kết hợp AI để nâng cao độ tin cậy và kịp thời.

Truyền tin đa kênh trên nền tảng số kết hợp mạng xã hội đến cơ sở.

Tăng cường thông tin cộng đồng, giúp người dân hiểu và hành động đúng khi nhận cảnh báo.

Khi làm được điều này, khoa học công nghệ không chỉ là “trợ thủ” cho công tác cảnh báo sớm, mà đang dần trở thành “hàng rào phòng vệ” chủ động của mỗi người dân trước thiên tai.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và thời tiết cực đoan, cảnh báo sớm không chỉ là nhiệm vụ của ngành khí tượng thủy văn, mà là trách nhiệm chung của xã hội - nơi công nghệ hiện đại trở thành chiếc “chuông báo động” vì an toàn và tương lai bền vững cho cộng đồng.

Hoàng Văn Đại - Hoàng Phúc Lâm (Cục Khí tượng Thủy văn)