Các phương pháp dự báo thời tiết hàng không hiện nay ở Việt Nam

Dự báo thời tiết là một ngành khoa học áp dụng kết quả của nhiều ngành khoa học khác như: Vật lý, toán học, công nghệ thông tin… để mô phỏng trạng thái của khí quyển và tìm ra các quy luật của thiên nhiên từ đó đưa ra các bản tin dự báo, cảnh báo để chủ động phòng ngừa, giảm thiểu những thiệt hại do thiên nhiên gây ra.

Trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay, dự báo thời tiết nói chung và dự báo thời tiết phục vụ hàng không nói riêng, các dự báo viên chủ yếu áp dụng các phương pháp: Synop, thống kê, phân tích ảnh mây vệ tinh, sản phẩm Radar thời tiết, dự báo thời tiết bằng mô hình số trị.

Synop bắt nguồn từ tiếng Hylap cổ đại có nghĩa là quan sát tổng thể, đồng thời. Được hình thành từ cuối thế kỷ 19, phát triển mạnh ở thế kỷ 20 và hiện nay vẫn là nền tảng để dự báo thời tiết. Dựa trên các yếu tố khí tượng, hiện tượng thời tiết quan trắc, đo đạc được điền trên bản đồ địa lý, các dự báo viên sẽ phân tích vị trí, đặc điểm, tính chất của các hệ thống thời tiết, của các khối khí từ đó dự báo thời gian, cường độ, khu vực xuất hiện và chịu ảnh hưởng bởi các hiện tượng thời tiết kèm theo.

 Bản đồ Synop bề mặt khu vực biển Đông ngày 12/2/2018. Trên bản đồ cho thấy nước ta chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi khối không khí lạnh lục địa từ phía Bắc

Mặc dù phương pháp dự báo Synop là nền tảng của phương pháp dự báo thời tiết hiện nay nhưng phương pháp dự báo Synop mang tính định tính nên kết quả dự báo thời tiết vẫn có những hạn chế nhất định.

Dự báo thời tiết bằng phương pháp thống kê là phương pháp áp dụng toán học thống kê trên chuỗi số liệu thời tiết trong nhiều năm, từ đó tìm ra các mối tương quan thống kê giữa các yếu tố khí tượng và hiện tượng thời tiết đã xuất hiện trong quá khứ để dự báo sự xuất hiện trong tương lai. Với nhiều phần mềm tính toán thống kê miễn phí thậm chí sử dụng các công cụ thống kê sẵn có trong Microsoft Excel trên chuỗi số liệu khí tượng quan trắc nên phương pháp dự báo thời tiết bằng phương pháp thống kê dễ triển khai áp dụng. Tuy nhiên, để đảm bảo tính chính xác cao thì phương pháp dự báo này đòi hỏi chuỗi số liệu quan trắc phải đủ dài và thông thường là 30 năm, tối thiểu phải từ 10 - 15 năm. Với hạn chế không mô tả được bản chất vật lý của các hiện tượng thời tiết và do chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu nên các hiện tượng thời tiết có diễn biến khác với quy luật nhiều năm, do đó dự báo thời tiết bằng phương pháp thống kê cho kết quả dự báo không cao.

Có thể nói, gần giống như phân tích ảnh X-Quang trong y học, phương pháp theo dõi, phân tích ảnh mây vệ tinh là một phương pháp mang lại khá hiệu quả đối với công tác dự báo, cảnh báo thời tiết hàng không ở nước ta và đặc biệt hiệu quả khi Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam đầu tư hệ thống thu ảnh mây vệ tinh phân giải cao Himawari 8 từ Cơ quan khí tượng Nhật Bản. Với 16 kênh phổ (16 loại ảnh khác nhau) và tần suất khoảng 10 phút/ lần, độ phân giải cao tới 500m đối với ảnh thị phổ (Vis) và 1km đối với ảnh hồng ngoại (IR), ảnh mây vệ tinh giúp các dự báo viên chủ động theo dõi, phân tích, phát hiện các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, các hệ thống thời tiết nguy hiểm ảnh hưởng đến hoạt động bay trong 2 vùng thông báo bay (FIR) Hà Nội và Hồ Chí Minh từ đó đưa ra các bản tin dự báo, cảnh báo thời tiết nguy hiểm đối với hoạt động bay kịp thời, chính xác và hiệu quả.

Theo dõi, phân tích ảnh mây vệ tinh dự báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm

Bên cạnh những ưu điểm của phương pháp theo dõi, phân tích ảnh mây vệ tinh trên thì một số hiện tượng thời tiết nguy hiểm rất khó nhận biết trên ảnh mây vệ tinh như hiện tượng nhiễu động trời trong (Clear air turbulence - CAT), sóng núi… cũng như khó nhận biết được cường độ, đặc tính của hiện tượng.

Radar thời tiết là một công cụ vô cùng quan trọng đối với dự báo tức thời - Nowcasting (00h - 12h) các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như: Dông, lốc, mưa đá, mưa lớn… Dựa vào vị trí, khoảng cách, hình dạng, cường độ phản hồi vô tuyến của sóng điện từ mà Radar thời tiết thu được khi gặp các giọt nước, giọt nước siêu lạnh, tinh thể đá trong mây, các Dự báo viên sẽ sớm đưa ra các cảnh báo, dự báo nhanh chóng, chính xác và kịp thời các hiện tượng thời tiết nguy hiểm sắp xảy ra khá chính xác.

Theo dõi, phân tích ảnh Radar thời tiết để dự báo, cảnh báo thời tiết nguy hiểm

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều Radar thời tiết khá hiện đại với nhiều chức năng, sản phẩm dự báo khá chính xác cho các hiện tượng thời tiết nguy hiểm mà các Radar thời tiết thông thường không có như cảnh báo gió đứt tầng thấp, gió đứt tầng cao, phát hiện sét… Ở Việt Nam, Radar thời tiết hàng không đã được đầu tư lắp đặt tại hai sân bay lớn Nội Bài và Tân Sơn Nhất. Với các sản phẩm như: Quét ngang (PPI), quét đứng (RHI), phản hồi vô tuyến cực đại (CMAX), độ phản hồi vô tuyến trên mặt ngang (CAPPI), Radar thời tiết đã giúp các Dự báo viên khá hiệu quả trong việc dự báo, cảnh báo thời tiết tại hai sân bay Nội Bài và Tân Sơn Nhất. Tuy nhiên, là Radar thế hệ cũ, tầm phủ có hạn (khoảng 400km đối với Radar Nội Bài, 480km đối với Radar Tân Sơn Nhất) không bao phủ toàn bộ hai vùng thông báo bay Hà Nội và Hồ Chí Minh nên sử dụng Radar thời tiết phục vụ công tác dự báo, cảnh báo thời tiết hàng không vẫn còn những hạn chế nhất định. Hiện nay, Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam và Tổng công ty Cảng hàng không Việt Nam đang hoàn thành thủ tục đầu tư, lắp đặt mới 03 Radar thời tiết thế hệ mới tại các sân bay Nội Bài, Đà Nẵng, Tân Sơn Nhất. Sau khi đưa vào khai thác, sản phẩm 03 Radar thời tiết trên chắc chắn sẽ đóng góp vai trò quan trọng giúp các dự báo viên cải thiện và nâng cao hơn nữa chất lượng các bản tin dự báo, cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm phục vụ công tác điều hành bay.

Sử dụng mô hình dự báo thời tiết số trị (NWP - Numerical Weather Prediction Model) là phương pháp dự báo thời tiết tiên tiến nhất hiện nay. Mô hình dự báo NWP là một chương trình máy tính mô phỏng trạng thái của bầu khí quyển dựa trên hệ phương trình toán học Navier-Stokes, từ đó tính toán, dự báo  định lượng các yếu tố khí tượng, hiện tượng thời tiết tại các điểm nút lưới không gian và thời gian hoặc nội suy về bất kỳ một điểm (sân bay) bất kỳ.

Trên thế giới, việc ứng dụng dự báo thời tiết bằng mô hình số trị được áp dụng khá sớm từ những thập niên 60-70 của thế kỉ trước và không ngừng phát triển cùng với sự phát triển của khoa học máy tính. Trong khu vực và trên thế giới, các Cơ quan khí tượng có thể áp dụng nhiều mô hình dự báo thời tiết khác nhau. Tuy nhiên, mô hình dự báo thời tiết số trị NWP hiện nay thường có 4 loại mô hình chính: mô hình dự báo thời tiết toàn cầu, mô hình dự báo thời tiết khu vực, mô hình dự báo bão, mô hình dự báo mùa. Việc đầu tư để chạy nghiệp vụ các mô hình dự báo thời tiết NWP thường rất tốn kém. Phụ thuộc vào mục đích và khả năng tài chính mà mỗi Quốc gia hoặc Cơ quan khí tượng sẽ lựa chọn mô hình NWP phù hợp để chạy nghiệp vụ. Hiện nay, mô hình dự báo thời tiết toàn cầu mới được chạy nghiệp vụ ở một số nước như Mỹ, Nhật Bản, Cơ quan dự báo hạn vừa Châu Âu (ECMRWF - European Centre for Medium Range Weather Forecasts)... Do có độ phân giải thưa nên mô hình NWP toàn cầu thường dự báo được các hiện tượng thời quy mô mang tính toàn cầu như sóng Rossby… nên số liệu đầu ra từ mô hình dự báo toàn cầu được dùng làm số liệu đầu vào cho mô hình dự báo khu vực. Hiện nay, việc lựa chọn đầu tư chạy mô hình dự báo thời tiết quy mô khu vực là lựa chọn hàng đầu của hầu hết các quốc gia, cơ quan khí tượng trong khu vực và trên thế giới do đáp ứng được mục đích, yêu cầu của công tác dự báo thời tiết cũng như nâng cao chất lượng công tác dự báo, cảnh báo thời tiết. Đây cũng là khuyến cáo của Tổ chức hàng không dân dụng Quốc tế (ICAO) đối với dịch vụ khí tượng hàng không tại phụ ước 3, Doc 8896. Với những ưu điểm nổi bật mà mô hình dự báo thời tiết số trị mang lại như: định lượng, dự báo hạn dài (dự báo tuần, hoặc dự báo tháng đối với các mô hình dự báo mùa), dự báo điểm (sân bay) bất kỳ trong miền tính với độ chính xác cao. Tuy nhiên, mô hình dự báo thời tiết số trị NWP cũng có những sai số nhất định và mỗi một mô hình có những sai số và hạn chế riêng. Do đó, để dự báo, cảnh báo thời tiết được chính xác thì cùng với kiến thức về chuyên môn khí tượng, kinh nghiệm của mỗi cá nhân, các Dự báo viên phải kết hợp sử dụng tất cả các phương pháp dự báo thời tiết trên từ đó đưa ra các bản tin dự báo, cảnh báo chính xác và kịp thời.

Trước 01/01/2017, dịch vụ Khí tượng hàng không Việt Nam do Tổng công ty Cảng hàng không Việt Nam và Tổng Công ty Quản lý bay Việt Nam bảo đảm cung cấp. Nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng công tác khí tượng đảm bảo hoạt động bay, Bộ giao thông vận tải quyết định chuyển toàn bộ hệ thống cung cấp dịch vụ khí tượng hàng không từ Tổng công ty Cảng hàng không Việt Nam về trực thuộc Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam từ ngày 01/01/2017. Và hiện nay, dịch vụ khí tượng hàng không là một trong năm dịch vụ bảo đảm hoạt động bay do Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam bảo đảm cung cấp trong toàn bộ hai vùng thông báo bay (FIR) Hà Nội và Hồ Chí Minh.

Với đội ngũ nhân viên khí tượng ngày càng trẻ hóa, có trình độ năng lực, yêu ngành yêu nghề và được đào tạo khá bài bản cùng với sự quan tâm của các cấp Lãnh đạo đối với lĩnh vực khí tượng như: đào tạo, phát triển nguồn nhân lực, đầu tư trang thiết bị kỹ thuật, xây dựng cơ sở dữ liệu khí tượng hàng không, ứng dụng các công nghệ dự báo thời tiết tiên tiến (NWP, Radar thời tiết tiên tiến, cảnh báo gió đứt tầng thấp…), tăng cường trao đổi và hợp tác quốc tế về lĩnh vực khí tượng hàng không…do đó, dịch vụ khí tượng hàng không đang dần dần khẳng định vị thế, đảm bảo chất lượng hiệu quả, đáp ứng khuyến cáo của ICAO và yêu cầu của người sử dụng trong và ngoài nước góp phần vào bảo đảm hoạt động bay An toàn - Điều hòa - Hiệu quả.     

                                                                   Văn Hồng - TT CBTT