Ứng dụng hệ thống radar đo biển WERA trong dự báo thời tiết

Ở những quốc gia nông nghiệp như Việt Nam, thời tiết là yếu tố quyết định tới sự thành công của cả một mùa vụ. Chẳng hạn như đợt chuẩn bị đón Tết vừa qua, một trong những điều băn khoăn quen thuộc của người trồng hoa là “Xuân về trời sẽ nóng hay lạnh, liệu hoa có bị nở sớm/muộn không?”. Dưới góc độ của chuyên gia trong ngành khí tượng thủy văn, các nhà khoa học ở Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường (CEFD) – trường ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN) hiểu lợi ích của dự báo thời tiết trong nông nghiệp cũng như các hoạt động kinh tế xã hội hơn ai hết.

Tuy nhiên, việc đưa ra dự báo thời tiết chính xác không phải là điều dễ dàng. Để dự báo thời tiết, các nhà khoa học phải thu thập các dữ liệu khí tượng thủy văn như nhiệt độ, khí áp, độ ẩm, gió, mưa,… sau đó xử lý bằng các phương pháp phân tích và mô hình mô phỏng để đưa ra dự báo. Quá trình này phức tạp và đòi hỏi phải có dữ liệu quan trắc thường xuyên, chính xác, trong khi đó theo thống kê của Tổng cục Khí tượng thủy văn (Bộ TN&MT) hiện nay, dọc theo 3200 km bờ biển nước ta chỉ có 27 trạm hải văn, hầu hết là các trạm đo truyền thống, ảnh hưởng không nhỏ cho công tác dự báo và xử lý các bài toán về khí tượng, thủy văn và hải dương.

Cũng như các đơn vị khác trong ngành, CEFD cũng nỗ lực tìm cách lấp đầy khoảng trống này. Cơ hội đến với họ vào năm 2017, thông qua đề tài “Hiện đại hóa hệ thống quan trắc và mô phỏng/dự báo các điều kiện khí tượng hải văn – môi trường biển và đới ven bờ độ phân giải cao phục vụ khai thác bền vững tài nguyên biển và giảm thiểu rủi ro thiên tai” do Dự án FIRST (Bộ KH&CN) tài trợ. CEFD được trang bị hệ thống radar di động ven bờ quan trắc sóng và dòng chảy biển độ phân giải cao (300mx300m) với tầm quét từ 30-200 km (hệ thống WERA). “Đây là hệ thống radar di động duy nhất tại Việt Nam và Đông Nam Á được thiết kế với hai tần số riêng biệt 16,15 và 24,525 MHz, giúp vận hành linh hoạt lựa chọn giữa độ phân giải chi tiết và tầm xa. Hệ thống có thể thu thập các số liệu về sóng (độ cao, hướng), dòng chảy bề mặt (vận tốc, hướng), hướng gió trong bán kính từ 15 – 80km với độ phân giải 300m”, ThS. Phạm Huy Duy Bình, Phó trưởng Phòng Nghiên cứu Dịch vụ (CEFD) cho biết.

Về bản chất, hệ thống WERA sử dụng công nghệ radar vượt đường chân trời (radar có khả năng phát hiện mục tiêu ở phạm vi rất xa, từ hàng trăm đến hàng nghìn km, ngoài giới hạn khoảng cách đối với radar thông thường). Tầm quan trắc của hệ thống radar WERA phụ thuộc vào tần số hoạt động, tần số hoạt động càng nhỏ thì tầm quan sát của hệ thống radar càng xa (có thể lên tới trên 200 km).

Độ linh hoạt cao là điểm nổi bật nhất của hệ thống radar WERA. “Tính chất này rất phù hợp với điều kiện tự nhiên của Việt Nam, có bờ biển dài từ Bắc vào Nam qua nhiều vĩ độ, nên vùng biển Bắc Trung Nam cũng khác nhau. Trong khi đó, hệ thống WERA có thể di chuyển đến nhiều nơi khác nhau và thay đổi tần số phù hợp với từng vùng”, ThS. Bình giải thích. So với các thiết bị quan trắc phổ biến hiện nay thường được thả chìm dưới đáy biển, chỉ đo đạc ở một vị trí cố định trong điều kiện thời tiết bình thường, hệ thống radar WERA có thể hoạt động ngay cả khi thời tiết xấu. “Radar đo biển sử dụng sóng điện từ nên có khả năng đo ở khoảng cách xa, vị trí lắp đặt nằm trong đất liền nên an toàn hơn, có thể thu thập số liệu động lực biển (sóng, dòng chảy, gió) quan trọng tại những thời điểm thời tiết phức tạp”.

Việc lựa chọn một hệ thống radar linh hoạt cũng phù hợp với định hướng của một đơn vị tự chủ và năng động trong lĩnh vực khí tượng như CEFD: “Hiện nay trên thế giới thường đầu tư hệ thống radar quan trắc cố định để đo thời gian dài tại một vị trí. Tuy nhiên, mục tiêu của trung tâm là hệ thống có khả năng linh động cao, phù hợp với những dự án, hoạt động tư vấn ở nhiều nơi khác nhau, mình có thể đo ở chỗ này vài tháng rồi lại chuyển đi đo ở chỗ khác”, anh cho biết.

Định hướng ứng dụng thông tin dự báo khí tượng trong các hoạt động kinh tế xã hội là một trong những nguyên nhân quan trọng giúp CEFD được Dự án FIRST lựa chọn giữa hàng trăm hồ sơ gửi đến Dự án FIRST lúc đó. “Chúng tôi rất bất ngờ khi biết rằng các dữ liệu này có tiềm năng thương mại hóa lớn như vậy”, ông Lương Văn Thắng, Giám đốc Ban quản lý Dự án nhận xét trong phiên họp tổng kết dự án vào năm 2019.

Việc làm thế nào để triển khai hiệu quả trong thực tế rất nhiều thách thức, nhất là đối với một hệ thống hiện đại như radar WERA – “công nghệ này khá mới ở Việt Nam nên cũng phức tạp, yêu cầu nhân lực triển khai lắp đặt phải có trình độ cao”, ThS. Phạm Huy Duy Bình cho biết. Hệ thống radar WERA gồm hai trạm thu phát radar độc lập, mỗi trạm có 8 antenna phát, 12 antenna thu, 1 hệ thống thiết bị thu phát sóng trung tâm và máy tính trạm điều khiển. Ngoài hai trạm thu phát độc lập tại hiện trường, hệ thống còn server xử lý trung tâm để phân tích, xử lý và lưu trữ dữ liệu tại Hà Nội. Các số liệu đo đạc thời gian thực tại hiện trường sẽ được truyền liên tục về server này.

Trong suy nghĩ của các nhà khoa học ở CEFD, việc nâng cao năng lực chuyên môn là điểm mấu chốt để làm chủ và phát huy giá trị của các trang thiết bị. Do vậy, ngay cả khi những buổi tập huấn riêng cho cán bộ ở CEFD trong khuôn khổ Dự án FIRST đã khép lại sau khi kết thúc dự án, “chúng tôi vẫn thường xuyên tổ chức các buổi đào tạo, nên cán bộ của trung tâm hoàn toàn đủ khả năng để vận hành hệ thống này”, ThS. Bình cho biết.

Dù chuẩn bị kĩ càng đến mấy thì khi ra ngoài thực tế, “vẫn có nhiều thứ bất ngờ, vì phụ thuộc vào yếu tố thời tiết, hiện trường, con người,… nói chung nhiều cái mình không thể lường trước được. Chúng tôi vẫn cố gắng lên kịch bản cho nhiều trường hợp khác nhau, nên khi có sự cố thì vẫn có thể xử lý được”, ThS. Bình cho biết.

Sau đợt thử nghiệm đầu tiên ở Phú Yên năm 2019 thì đại dịch COVID-19 xuất hiện, đến cuối năm 2021, hệ thống radar WERA mới tiếp tục được triển khai ở Nam Định. Kết quả thử nghiệm đã giúp nhóm nghiên cứu thêm tự tin về khả năng triển khai hệ thống này.“Đợt đo ở Phú Yên cho thấy kết quả của hệ thống WERA tương đồng với thiết bị đo sóng và dòng chảy thả chìm (AWAC) và số liệu công bố khác. Trong quá trình đo ở Nam Định, chúng tôi cũng đối chiếu kết quả quan trắc với thiết bị khác, số liệu thu được có chất lượng rất tốt và ổn định”, nhóm nghiên cứu cho biết. Họ đã công bố kết quả quan trắc trên một số tạp chí khoa học trong nước.

Từ những kết quả bước đầu, các nhà nghiên cứu có thể mường tượng ra những gì họ sẽ làm trong tương lai với hệ thống radar WERA. “Hệ thống này sẽ giúp chúng tôi có số liệu quan trắc thực để kiểm định và hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng sóng và dòng chảy ven bờ chính xác hơn. Đây là những công cụ quan trọng để đưa ra các dự báo về các thông số cần thiết cho các hoạt động kinh tế xã hội khác, chẳng hạn như khi xây dựng các công trình ven biển, vận tải,…”, ThS. Bình cho biết.