Báo cáo: Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo khí tượng thủy văn ppt

Ban Khoa học Khí quyển Commission for Atmospheric Science Ban Các Hệ thống Cơ sở Commission for Basic Systems Chất lượng xu thế Chất lượng dự báo Chất lượng dự báo trị số Phương pháp d

Bộ tài nguyên và môi trường trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia

Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ

xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo khí tượng thủy văn

Chủ nhiệm đề tài: Ks dương liên châu

6734

19/02/2008

hà nội - 2007

Ban Khoa học Khí quyển

(Commission for Atmospheric Science)

Ban Các Hệ thống Cơ sở

(Commission for Basic Systems)

Chất lượng xu thế Chất lượng dự báo Chất lượng dự báo trị số Phương pháp dự báo quán tính

Cơ sở dữ liệu

Dự báo khí tượng hạn vừa

Dự báo khí tượng hạn dài Sai số khoảng cách giữa tâm bão dự báo và tâm thực tế Sai số vị trí tâm bão dự báo theo hướng đông-tây Sai số vị trí tâm bão dự báo theo hướng bắc-nam

Trung tâm Dự báo Hạn vừa Châu Âu

(European Center for Medium-range Weather Forecast )

Chỉ số tỷ lệ báo động sai

(False Alarm Ratio)

Trung tâm Liên hợp Cảnh báo bão của Hải quân Mỹ

(Joint Typhoon Warning Center)

Sai số tuyệt đối trung bình

(Mean Absolute Error)

Mức chính xác

Sai số trung bình

(Mean Error)

Phương pháp hồi quy đa tuyến tính

Sai số bình phương trung bình

(Mean Square Error)

Chỉ số phần trăm đúng

(Percentage of Correct)

Chỉ số khả năng phát hiện

(Probability of Detection)

Sai số bình phương trung bình căn

(Root Mean Square Error)

Trung tâm Khí tượng Chuyên ngành Khu vực Tokyo

(Regional Specialized Meteorological Center)

Độ lệch chuẩn

(Standard Deviation)

Sai số cho phép Trung bình nhiều năm Thời tiết nguy hiểm

Tổ chức Khí tượng Thế giới

(World Meteorological Organization)

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu

Chương I: Tổng quan chung về công tác đánh giá chất lượng

dự báo khí tượng thủy văn

1.1 Công tác đánh giá chất lượng dự báo khí tượng thủy văn trên

thế giới

1.1.1 Tổng quan chung

1.1.2 Các phương pháp và quy định về đánh giá chất lượng dự

báo KTTV trên thế giới

1.1.2.6 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn ngắn và dự báo lũ

1.1.2.7 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài

1.2 Thực trạng và những vấn đề bất hợp lý trong công tác đánh

giá chất lượng dự báo khí tượng thủy văn ở nước ta

1.2.1 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn ngắn

1.2.2 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài

1.2.3 Lĩnh vực dự báo không khí lạnh, dự báo bão, dự báo số trị

1.2.4 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn ngắn và dự báo lũ

1.2.5 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài

2.1.3 Nguyên tắc xây dựng chỉ tiêu

2.2 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài

2.2.1 Cơ sở của phương pháp

2.3.2 Các khái niệm và đặc trưng chính

2.3.3 Nguyên tắc xây dựng chỉ tiêu

2.4 Lĩnh vực dự báo bão

2.5 Lĩnh vực dự báo số trị

2.6 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn ngắn và dự báo lũ

2.6.1 Cơ sở của phương pháp

2.6.2 Các khái niệm và đặc trưng chính

2.6.3 Số liệu tính toán

2.7 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài

2.7.1 Cơ sở của phương pháp

2.7.2 Các khái niệm và đặc trưng chính

2.7.3 Nguyên tắc xây dựng chỉ tiêu

Chương III: Quy định về đánh giá chất lượng dự báo KTTV

3.1 Đánh giá chất lượng dự báo khí tượng hạn ngắn

3.1.1 Quy định chung

3.1.2 Quy định về thuật ngữ

3.1.3 Quy định về đánh giá dự báo thời tiết hạn ngắn

3.2 Đánh giá chất lượng dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài

3.2.1 Đánh giá dự báo thời tiết hạn vừa

3.2.2 Đánh giá dự báo thời tiết hạn dài

3.3 Đánh giá chất lượng dự báo không khí lạnh

3.3.1 Quy định chung

3.3.2 Quy định về thuật ngữ

3.3.3 Quy định về đánh giá chất lượng dự báo không khí lạnh

3.4 Đánh giá chất lượng dự báo bão

3.4.1 Quy định chung

3.4.2 Quy định về đánh giá vị trí tâm bão 24h

3.5 Đánh giá chất lượng dự báo số trị

3.5.1 Quy định chung

3.5.2 Quy định về phương thức đánh giá

3.6 Đánh giá chất lượng dự báo thủy văn hạn ngắn và dự báo lũ

3.6.1 Quy định về cách tính sai số cho phép

3.6.2 Quy định về đánh giá chất lượng dự báo thủy văn hạn ngắn

3.7 Đánh giá chất lượng dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài

3.7.1 Quy định chung

3.7.2 Cách đánh giá bản tin dự báo thủy văn hạn vừa

3.7.3 Cách đánh giá bản tin dự báo thủy văn hạn dài

Chương IV: Chương trình đánh giá dự báo KTTV

4.1 Giới thiệu chung

4.2 Thiết kế hệ thống và xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL)

4.3.3 Phương thức thực hiện đánh giá

Chương V: Chương trình đánh giá dự báo bão

5.1 Đặc tính kỹ thuật của chương trình TCInfo

5.2 Giới thiệu chương trình

5.2.1 Phương pháp quán tính khí hậu CLIPER

5.2.2 Các phương pháp đánh giá dự báo bão

5.2.3 Thực hiện đánh giá dự báo bão

tượng hạn vừa và hạn dài Phụ lục III: Kết quả tính toán các đặc trưng thống kê thủy văn

hạn ngắn và chỉ tiêu đánh giá dự báo lũ trên các sông chính

Phụ lục IV: Một số kết quả tính toán sai số cho phép cho một số

trạm trong dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài Phụ lục V: Giải trình tiếp thu ý kiến đóng góp của các Đài

KTTV Khu vực và các chuyên gia

Phụ lục VI: Một số kết quả đánh giá thử nghiệm

Phụ lục VII: Hướng dẫn sử dụng chương trình đánh giá chất

lượng dự báo KTTV Phụ lục VIII: Hướng dẫn sử dụng chương trình đánh giá dự báo

MỞ ĐẦU

Từ lâu, người ta đã nhận thấy tầm quan trọng của công tác dự báo khí tượng thuỷ văn (KTTV) đối với sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng và đặc biệt trong công tác chủ động phòng chống thiên tai, giảm nhẹ thiệt hại Trong điều kiện xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đòi hỏi thông tin về dự báo KTTV ngày càng cao, không chỉ phong phú về mặt nội dung mà cả về độ chính xác của bản tin dự báo Vì vậy, việc đánh giá chất lượng bản tin dự báo KTTV là một việc rất cần thiết và ngày càng được các Cơ quan KTTV Quốc gia quan tâm chú ý hơn

Việc đánh giá chất lượng bản tin dự báo KTTV là một trong các chỉ tiêu

cơ bản để đánh giá công việc của các Cơ quan KTTV quốc gia, đồng thời, thông qua chất lượng dự báo KTTV, có thể định hướng được công tác nghiên cứu và nâng cao chất lượng dự báo một khi biết được chi tiết chỗ mạnh yếu của các sản phẩm dự báo Tuy nhiên, vấn đề đánh giá chất lượng dự báo KTTV là một vấn

đề hết sức phức tạp vì trên thực tế, không có một phương pháp hay quy phạm đánh giá nào bao quát được mọi mục đích của việc đánh giá dự báo Nhiều chuyên gia KTTV cho rằng việc đánh giá chất lượng dự báo cũng khó khăn phức tạp chẳng kém gì việc làm ra các bản tin dự báo Sự khó khăn này thể hiện

- Các phương pháp và chỉ tiêu đánh giá không phải là duy nhất;

- Các quy ước về giới hạn cường độ, không gian và thời gian chưa thống nhất;

- Quá trình phát triển kinh tế xã hội và khoa học công nghệ làm cho công tác dự báo nghiệp vụ KTTV thay đổi, yêu cầu của xã hội, của người dùng cũng thay đổi Sự thay đổi đó lại kéo theo những thay đổi về thuật ngữ, về những quy ước theo không gian, thời gian, về tính chất bản tin…

Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO), có 3 lý do quan trọng nhất cần phải đánh giá chất lượng dự báo KTTV là:

1 Để theo dõi chất lượng dự báo: xem các bản tin dự báo chính xác đến mức nào và mức chính xác có ngày càng tốt hơn không?

2 Để nâng cao chất lượng dự báo: vì trước hết phải tìm ra dự báo sai cái

gì, sai như thế nào thì mới có thể cải tiến công nghệ dự báo

3 Để so sánh chất lượng dự báo của các hệ thống dự báo khác nhau

Mục đích chính của việc đánh giá dự báo bao gồm 2 mặt: để biết rằng những bản tin dự báo là chính xác, mang tính chuyên nghiệp trên quan điểm kỹ thuật và đáp ứng được yêu cầu của người tiêu dùng, và rằng người sử dụng hiểu được bản tin dự báo và thoả mãn với sản phẩm dự báo Một bản tin dự báo mang tính chuyên nghiệp cao và chính xác chưa chắc đã phục vụ hiệu quả nếu nó không đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng Do vậy, đánh giá chất lượng bản tin dự báo và đánh giá hiệu quả dự báo phục vụ là hai phạm trù hoàn toàn khác nhau Trên thực tế, đánh giá chất lượng dự báo phục vụ là một vấn đề hết sức khó khăn, ngay cả đối với các nước tiên tiến trên thế giới và cho đến nay, chưa có một phương pháp đánh giá dự báo phục vụ nào đảm bảo tính tối ưu có thể chấp nhận được, vì điều này không chỉ phụ thuộc vào chất lượng bản tin dự báo mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như vấn đề truyền phát tin dự báo, nhận thức của người sử dụng cũng như các biện pháp xử lý của người được phục

vụ Vì vậy, cho đến nay trong lĩnh vực đánh giá chất lượng dự báo KTTV người

ta đi sâu vào 2 vấn đề: đánh giá phương pháp dự báo và đánh giá chất lượng bản tin dự báo Nội dung Đề tài thực hiện là đánh giá chất lượng bản tin dự báo KTTV đang được thực hiện nghiệp vụ tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương, với thời hạn dự báo cho từng lĩnh vực như sau:

- Dự báo khí tượng hạn ngắn: 24 giờ

- Dự báo khí tượng hạn vừa: 5 ngày, 10 ngày (hoặc 11 ngày nếu tháng có

31 ngày; 8 ngày nếu tháng có 28 ngày)

- Dự báo khí tượng hạn dài: 1 tháng

- Dự báo thủy văn hạn ngắn và dự báo lũ: 24 - 48 giờ (riêng đối với sông

Mê Kông là 5 ngày)

- Dự báo thủy văn hạn vừa: 5 ngày, 10 ngày (riêng sông Mê Kông 10 ngày)

- Dự báo thủy văn hạn dài: 1 tháng

- Dự báo bão: 24 - 48 giờ

Theo đề cương được Bộ Tài nguyên và Môi trường phê duyệt, nhóm thực hiện Đề tài đã thực hiện đầy đủ các hạng mục của Đề tài: “Xây dựng hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo khí tượng thuỷ văn” Đề tài đã được đưa vào khai thác thử nghiệm trong nghiệp vụ dự báo KTTV tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương từ tháng 5 năm 2005, góp phần làm cho công tác đánh giá chất lượng dự báo KTTV được dễ dàng và thuận tiện hơn

Đây là lần đầu tiên ngành KTTV xây dựng một hệ thống chỉ tiêu đánh giá chất lượng các bản tin dự báo KTTV một cách thống nhất và đồng bộ trên các lĩnh vực: dự báo khí tượng (hạn ngắn, hạn vừa và hạn dài, không khí lạnh, bão

và áp thấp nhiệt đới); dự báo thuỷ văn (hạn ngắn, lũ, hạn vừa và hạn dài) và đánh giá mô hình dự báo số Đề tài góp phần tạo ra những chỉ tiêu, quy định

nhằm xây dựng ngành KTTV theo hướng hiện đại hoá, thúc đẩy sự phát triển khoa học công nghệ dự báo nhằm nâng cao năng lực dự báo, phục vụ sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội và phòng chống thiên tai

Nội dung báo cáo trình bày kết quả thực hiện Đề tài bao gồm các phần:

Mở đầu

Chương I: Tổng quan chung về công tác đánh giá chất lượng dự báo KTTV Chương II: Xây dựng chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo KTTV ở nước ta Chương III: Các quy định về đánh giá chất lượng dự báo KTTV

Chương IV: Chương trình đánh giá dự báo KTTV

Chương V: Chương trình đánh giá dự báo bão

tư vấn của nhiều chuyên gia KTTV Chủ nhiệm Đề tài xin chân thành cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo Bộ Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm KTTV Quốc gia, Trung tâm Dự báo KTTV TW, các cơ quan chức năng liên quan, các nhà khoa học KTTV, các cộng tác viên và đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để Chủ nhiệm hoàn tất Đề tài, đảm bảo chất lượng và đúng tiến

độ

CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

1.1 CÔNG TÁC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO KTTV TRÊN THẾ GIỚI

1.1.1 Tổng quan chung

Theo “Tổng quan về kỹ thuật đánh giá dự báo” của WMO [33], trong lịch

sử phát triển ngành KTTV, vấn đề đánh giá chất lượng bản tin dự báo đã được thực hiện ngay từ khi các bản tin dự báo được thực hiện trong nghiệp vụ hàng ngày Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, vấn đề này càng ngày càng được quan tâm hơn Có rất nhiều lý do, trong đó có thể kể đến một số như sau:

1 Số lượng các loại bản tin dự báo KTTV ngày càng tăng, từ các bản tin dự báo bão, lũ đến các dự báo độ ẩm tích luỹ cho nông nghiệp, dự báo nhiệt

độ tăng đột biến, dự báo tình trạng biển…;

2 Ngày càng có nhiều phương pháp để dự báo cùng một hiện tượng;

3 Người ta ngày càng đánh giá cao tầm quan trọng của các nhân tố KTTV trong việc hoạch định và thiết lập các biện pháp trong rất nhiều lĩnh vực hoạt động của con người, và đặc biệt là tính hiệu quả kinh tế của công việc của các cơ quan khí tượng thuỷ văn quốc gia;

4 Việc cố gắng xây dựng các phương pháp khách quan (dựa vào việc sử dụng các mô hình toán lý) để miêu tả các quá trình xảy ra trong tự nhiên,

và các phương pháp khách quan để so sánh mức độ thành công trong việc

mô tả các quá trình đó;

5 Sự hợp tác giữa các cơ quan khí tượng thủy văn các nước không chỉ trên lĩnh vực tổ chức và thực hiện các chương trình như Chương trình “Theo dõi Thời tiết Toàn cầu” và Chương trình “Nghiên cứu Khí quyển Toàn cầu”, mà còn trong việc trao đổi rộng rãi các thông tin về phương pháp phân tích và dự báo các yếu tố cũng như các hiện tượng khí quyển

Ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, các Cơ quan KTTV quốc gia đều tự xây dựng cho riêng mình một hệ thống đánh giá bản tin dự báo KTTV Theo kết quả điều tra trên quy mô toàn cầu vào năm 1997 của WMO [37], 57% các Cơ quan KTTV quốc gia có hệ thống đánh giá dự báo được chính thức dùng trong nghiệp vụ Tuy nhiên, có sự khác biệt rất lớn về phương thức và bản chất của

cách đánh giá giữa quốc gia này với quốc gia khác Sở dĩ có sự khác biệt đó là

do các phương pháp đánh giá được sử dụng hoàn toàn phụ thuộc vào đặc trưng riêng của từng loại bản tin dự báo, yếu tố dự báo, cách xây dựng phương pháp

dự báo, và đôi khi còn do yếu tố chủ quan của người xây dựng phương pháp đánh giá dự báo Trong nhiều năm qua, WMO đã có những cố gắng để đưa ra những chuẩn mực thống nhất về đánh giá chất lượng dự báo cho các cơ quan KTTV Quốc gia nhưng vẫn chưa đạt được kết quả mong muốn Gần đây, các chuyên gia thuộc Ban Các Hệ thống Cơ sở (CBS) đã phối hợp với Ban Khoa học Khí quyển (CAS) và Ban Khí hậu (CCL) của WMO đã đưa ra “Hệ thống đánh giá chuẩn cho dự báo hạn dài” [44] Mục tiêu quan trọng ban đầu của các chuẩn mực này là phục vụ cho việc trao đổi thông tin dự báo giữa các Trung tâm và thống kê báo cáo hàng năm cho CBS Song vì nhiều lý do khác nhau, nước nào cũng có những quy định, quy tắc riêng trong đánh giá chất lượng dự báo KTTV cho riêng quốc gia mình

Như chúng ta đã biết, sản phẩm chính của các Cơ quan KTTV quốc gia gồm rất nhiều loại và phần lớn các bản tin này là rất cần thiết cho các hoạt động của con người Ở hầu hết các nước trên thế giới, các bản tin dự báo được chính thức chia làm 2 loại:

sự kiện thể thao quốc tế quan trọng (một trận đá bóng), về một mức độ nào đó

có thể vừa là Dự báo phục vụ mục đích chung vừa là Dự báo chuyên ngành Trong trường hợp này, việc phân chia bản tin dự báo thành 2 nhóm riêng biệt là không cần thiết, nhưng định nghĩa chính xác từng thuật ngữ dùng trong dự báo

là thiết yếu để hiểu, sử dụng và đánh giá đúng Hiện tại rất nhiều thuật ngữ đã được định nghĩa rõ ràng và được người sử dụng chấp nhận, nhưng cũng còn một

số lượng rất lớn thuật ngữ vẫn chưa được định nghĩa, ví dụ như mưa tuyết, bão cát (nhỏ, vừa và lớn)

1.1.2 Các phương pháp và quy định về đánh giá chất lượng dự báo KTTV trên thế giới

Theo [33], vấn đề phương pháp đánh giá chất lượng dự báo KTTV đã được thảo luận từ thập kỷ 60 của thế kỷ XX tại các cuộc họp lần thứ 3 và 4 của

Uỷ ban Đặc biệt thuộc WMO (1966) Tại Liên Xô (cũ), ngay từ những năm cuối của thập kỷ 70, Cơ quan KTTV Liên Xô đã thay đổi cơ bản về cách đánh giá chất lượng bản tin dự báo, từ đánh giá mang tính tổng quát đồng đều giữa các yếu tố dự báo sang đánh giá trọng lượng theo mức nguy hiểm và được tính theo điểm Tại Nhật Bản và một số nước tiên tiến khác, khi dự báo các yếu tố KTTV đều kèm theo mức tin cậy, vì vậy trong việc đánh giá chất lượng bản tin dự báo

có đánh giá mức tin cậy của bản tin dự báo Đối với phần lớn các nước đang phát triển, công tác đánh giá chất lượng dự báo phụ thuộc nhiều vào trình độ KHCN dự báo của nước đó và cơ sở đánh giá chủ yếu là vận dụng toàn bộ hay một phần các văn bản hướng dẫn đánh giá của WMO và các Tổ chức Quốc tế liên quan Ngày nay, hầu hết các nước thành viên của WMO đều tổ chức đánh giá dự báo theo những tiêu chí chung và theo tình hình cụ thể của từng nước

Có rất nhiều phương pháp để đánh giá chất lượng dự báo KTTV Các phương pháp khác nhau được dùng để đánh giá các yếu tố dự báo khác nhau WMO chia các bản tin dự báo làm 4 loại:

a) Loại dự báo giá trị: dùng để dự báo các yếu tố khí tượng thủy văn như khí áp, nhiệt độ, độ ẩm, gió, mực nước, lưu lượng;

b) Loại dự báo có hay không: dùng để dự báo các hiện tượng như mưa, dông, sương mù…;

c) Loại dự báo các hiện tượng theo từng hạn dự báo khác nhau: như hạn ngắn (tới 3 ngày), hạn vừa (từ 4 đến 7 hoặc 10 ngày), hạn dài (từ 10 ngày đến 1 tháng hoặc dài hơn);

d) Loại dự báo các hiện tượng gồm nhiều đặc trưng, bản chất khác nhau như đối với mưa (mưa nhỏ, mưa phùn, mưa rào, mưa to, …),

lũ (lũ lớn, lũ trung bình, lũ nhỏ), xảy ra vào ngày hay đêm, trên một phạm vi rộng hay hẹp…

Các phương pháp đánh giá cũng được chia làm 2 loại: phương pháp đánh giá chuẩn và phương pháp khoa học Phương pháp đánh giá chuẩn bao gồm các phương pháp dùng cho dự báo có/không, dự báo theo nhiều cấp, dự báo các yếu

tố thay đổi và dự báo xác suất Phương pháp đánh giá khoa học bao gồm các phương pháp dùng cho dự báo theo không gian, hệ thống dự báo tổ hợp và các phương pháp khác Phương pháp đánh giá khoa học thường phức tạp hơn phương pháp đánh giá chuẩn và đi sâu vào cốt lõi của sai số dự báo Ví dụ đối với dự báo khí áp mặt đất, độ cao địa thế vị, mực nước hay lưu lượng người ta thường dùng phương pháp bình phương tối thiểu hoặc hệ số tương quan Còn đối với dự báo mưa hay sương mù, người ta lại dùng phương pháp “có/không”

Tuy nhiên, WMO cũng khuyến cáo là cho đến hiện nay, vẫn chưa có phương pháp đánh giá dự báo nào mang đủ tính khoa học và đủ độ tin cậy cho từng loại dự báo khác nhau Một trong những khó khăn chính là chưa có sự thống nhất quốc tế về thuật ngữ và về sự phân loại theo bản chất hiện tượng khi

ra các bản tin dự báo phục vụ mục đích chung và các bản tin chuyên ngành

1.1.2.1 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn ngắn

Ngay từ những năm cuối của thập kỷ 70 (thế kỷ XX), Liên Xô đã đưa ra phương pháp đánh giá mang tính trọng số có nghĩa là, tuỳ thuộc vào mức độ quan trọng và tính chất nguy hiểm của yếu tố dự báo để quy định số điểm tối đa

mà yếu tố đó có được khi được dự báo đúng Tổng số điểm đạt được trong bản tin được tính % theo thang điểm 100 (mức chính xác) Chất lượng một bản tin

dự báo được đánh giá dựa trên mức độ chính xác tổng cộng của tất cả các yếu tố

dự báo và được đánh giá theo 3 mức: xấu, trung bình và tốt Có các chỉ tiêu riêng cho dự báo điểm và dự báo khu vực Cách đánh giá này mang tính khách quan và thể hiện được giá trị phục vụ của các bản tin dự báo

Theo Philippe B [37], mỗi quốc gia đều có những quy định riêng về các yếu tố khí tượng cần được đánh giá Bảy yếu tố thời tiết được nhiều Cơ quan Khí tượng Quốc gia đánh giá là: bản đồ dự báo khí áp mặt đất, bản đồ dự báo trên cao, mưa, nhiệt độ, hướng gió, tốc độ gió và tầm nhìn xa Phương pháp đánh giá các yếu tố này được miêu tả chi tiết trong “Tổng quan về kỹ thuật đánh giá dự báo” [33] Trong tài liệu này, WMO khuyến cáo nên chia bản tin dự báo 24h thành 2 thời đoạn 12h để đánh giá Các yếu tố dự báo được đánh giá là

“đúng” hoặc “sai” phụ thuộc vào độ lệch của giá trị dự báo so với giá trị quan trắc và mức độ “đúng” của hiện tượng thời tiết được dự báo Sai số của các yếu

tố dự báo cũng như sai số về cường độ của các hiện tượng thời tiết được xác định trên cơ sở yêu cầu của người sử dụng bản tin Mỗi yếu tố dự báo được đánh giá theo 1 quy định riêng, thường được chia ra thành các cấp (được lập theo bảng) và dự báo được coi là “đúng” khi trị số dự báo ở trong khoảng ± 1 cấp so với trị số dự báo Tuy nhiên, WMO cũng khuyến cáo mỗi nước nên xây dựng phương pháp và tiêu chuẩn đánh giá cho riêng nước mình sao cho phù hợp với trình độ khoa học dự báo của nước đó

1.1.2.2 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài

™ Dự báo thời tiết hạn vừa

Theo [33], WMO đã khuyến cáo sử dụng phương pháp đánh giá thời tiết hạn vừa như sau:

a) Qui định chung về thuật ngữ: bao gồm các chuẩn mực về thuật ngữ dự

báo và ý nghĩa của chúng

o Tiến hành đánh giá cho các địa điểm trên khu vực dự báo Nếu khu vực dự báo rộng và đồng nhất thì có thể đánh giá cho nơi được coi là đặc trưng Đánh giá này thường sử dụng đối với Trung tâm dự báo Khu vực Nếu khu vực không đồng nhất về hoàn cảnh địa lý, thì chọn những vùng phản ánh điều kiện không đồng nhất và đánh giá riêng cho những vùng đó

• Đánh giá dự báo mưa: vì việc dự báo cường độ mưa là rất khó nên

chỉ đánh giá trên cơ sở diện (%) xảy ra mưa

o Đánh giá dự báo mưa cho từng thời đoạn 12h, xác định số trạm hoặc vùng (%) mưa quan trắc thực tế Nếu trạm hay vùng nằm trong khoảng dự báo, thì đánh giá dự báo mưa cho thời đoạn 12h đạt 100%

o Tổng số giá trị của mỗi thời đoạn 12h trên tổng số thời đoạn 12h là chất lượng trung bình của toàn bộ thời kỳ hiệu lực bản tin dự báo (%)

• Đánh giá dự báo nhiệt độ không khí: cho từng thời đoạn 12h, thực

hiện tính số trạm (%) có nhiệt độ nằm trong khoảng dự báo, với sai

khác bằng một nửa biến thiên 5 ngày trong tháng đó

™ Dự báo thời tiết hạn dài

a) Nội dung dự báo:

Hiện nay ở hầu hết các nước, trong bản tin dự báo hạn dài phục vụ mục đích chung chủ yếu chỉ dự báo xu thế của các yếu tố nhiệt độ và lượng mưa so với trung bình nhiều năm (TBNN) hoặc so với thời kỳ chuẩn 1960 - 1999, gồm

3 cấp: trên TBNN, xấp xỉ TBNN, dưới TBNN Riêng tại Trung tâm Dự báo Hạn

vừa Châu Âu (ECMWF) còn dự báo hạn dài các yếu tố như trường chuẩn sai của độ cao địa thế vị H500mb, H700mb, H850mb, khí áp mặt đất , nhưng Trung tâm này không công bố kết quả đánh giá

b) Phương pháp đánh giá: dựa vào dấu chuẩn sai của các yếu tố dự báo

Cách đánh giá được thể hiện trong Bảng 1.1.1

Bảng 1.1.1: Cách đánh giá dựa vào dấu chuẩn sai của các yếu tố dự báo

Dự báo

Số lần quan trắc

Số tin dự báo n11 + n21 n12 + n22 N

Trong đó: n11 - số lần (trạm) dự báo đúng chuẩn sai dương

n12 - số lần (trạm) sai về dự báo chuẩn sai âm

n21- số lần (trạm) sai về dự báo chuẩn sai dương

n22 - số lần (trạm) dự báo đúng chuẩn sai âm N: tổng số lần dự báo (tổng số trạm dự báo) Mức chính xác dự báo sẽ được tính theo công thức:

Vì dự báo không khí lạnh (Gió mùa đông bắc) mang tính quốc gia nên cho đến nay, chưa tìm thấy văn bản hoặc tài liệu nào quy định về cách đánh giá

dự báo không khí lạnh trên thế giới

1.1.2.4 Lĩnh vực dự báo bão

Để đánh giá dự báo quỹ đạo bão (thực chất là vị trí tâm bão), người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau Các phương pháp đánh giá này đưa ra những thông tin rất cần thiết trong nghiệp vụ dự báo bão nhằm mục đích:

• Phân tích các phương pháp dự báo mới và kiểm tra kết quả dự báo được cải thiện từ các phương pháp mới;

• Cung cấp một cơ sở khách quan cho việc điều chỉnh các cảnh báo

và dự báo, đặc biệt là đối với các vùng bị ảnh hưởng trực tiếp;

• So sánh các phương pháp dự báo

Các phương pháp đánh giá quỹ đạo bão (vị trí tâm bão) chủ yếu được dùng bao gồm đánh giá sai số khoảng cách giữa đường đi dự báo và đường đi thực tế, sai số theo kinh hướng, vĩ hướng, sai số theo hướng di chuyển hay tốc

độ di chuyển, sai số theo phương di chuyển của bão và sai số theo phương pháp tuyến với quĩ đạo chuyển động của bão Người ta sử dụng phương pháp dự báo quán tính (CLIPER) để đánh giá kỹ năng (“Skill”) dự báo cho một cơn bão hay một mùa bão Trên thực tế, hiện nay ở các Trung tâm Dự báo bão Quốc tế như Trung tâm Dự báo Hạn vừa Châu Âu (ECMWF), UK MetOffice, Guam, RSMC Tokyo , các phương pháp này đã được đưa vào dự báo nghiệp vụ

Hình 1.1.1 minh hoạ vị trí tâm bão thực tế, tâm bão dự báo và các dạng sai số được tính, trong đó dấu của các trị số có ý nghĩa như sau:

DPE : luôn có giá trị dương, cho biết quỹ đạo dự báo chính xác đến mức nào, nhưng không cho biết sai số đó là do dự báo quỹ đạo quá

nhanh hoặc quá chậm, hoặc có xu hướng lệch nhanh về phía cực

DX : cho biết sai số dự báo theo hướng đông - tây, có giá trị dương khi tâm dự báo nằm ở phía đông so với tâm bão thực tế

Hình 3: Sơ đồ vị trí tâm bão quan trắc, vị trí dự báo và các dạng sai số

OB0-T : Các vị trí tâm bão quan trắc được

FCT : Vị trí tâm bão được dự báo DPE : Sai số khoảng cách (km)

DX : Sai số theo vĩ hướng (độ hoặc km)

DY : Sai số theo kinh hướng (độ hoặc km)

AT : Sai số dọc theo hướng di chuyển của bão (km)

CT : Sai số theo hướng pháp tuyến so với quỹ đạo chuyển động

của bão

FCT OBT

OBT-1

OBT+1

Hình 1.1.1: Sơ đồ vị trí tâm bão quan trắc, vị trí dự báo và các dạng sai số

OB0-T : Các vị trí tâm bão quan trắc

FCT : Vị trí tâm bão dự báo DPE : Sai số khoảng cách (km)

DX : Sai số theo vĩ hướng (độ hoặc km)

DY : Sai số theo kinh hướng (độ hoặc km)

AT : Sai số dọc theo hướng di chuyển của bão (km)

CT : Sai số theo hướng pháp tuyến so với quỹ đạo chuyển động của của bão

FCT OBT

OBT-1

OBT+1

DY : cho biết sai số dự báo theo hướng bắc - nam, có giá trị dương khi tâm dự báo nằm ở phía gần cực hơn so với tâm bão thực tế

AT : cho biết quỹ đạo dự báo là quá nhanh hay quá chậm, có giá trị

dương khi tâm bão dự báo nằm ở phía trước so với tâm bão thực tế (theo hướng di chuyển của bão)

CT : cho biết xu hướng chuyển hướng của bão, có giá trị dương khi tâm

bão dự báo nằm ở phía bên phải so với tâm bão thực tế (theo hướng

di chuyển của bão)

Một số công thức chung được sử dụng để tính các sai số bao gồm:

• Khoảng cách giữa hai điểm AB:

B A B

A

dlat − = φ − φ

B A B A

B A dlong

dlat acrtg B

A

ang( ) (1.1.2)

• Sai số dự báo theo kinh hướng (Dlong, DX): được tính bằng công thức:

Dlong = Long_FCT - Long_OBST,

DX = mφ Dlong (1.1.3) trong đó: Long_FCT là kinh độ tâm bão được dự báo cho thời điểm T

Long_OBST là kinh độ tâm bão quan trắc được tại thời điểm T

DX có đơn vị là km

• Sai số dự báo theo vĩ hướng (Dlat, DY): được tính bằng công thức:

Dlat = Lat_FCT - Lat_OBST,

DY = mφ Dlat (1.1.4) trong đó:

Lat_FCT là vĩ độ tâm bão được dự báo cho thời điểm T

Lat_OBST là vĩ độ tâm bão quan trắc được tại thời điểm T

• Sai số dự báo theo khoảng cách (DPE): có đơn vị là km và được tính

bằng công thức:

DPE = d(FCT - OBST) (1.1.5) trong đó, các ký hiệu được sử dụng giống như trên

• Sai số dự báo theo hướng di chuyển (ANG ERR )

Sai số theo hướng di chuyển (ANGERR) là góc nằm giữa vector dịch chuyển của tâm bão thực và vector dự báo hướng chuyển động của bão như được minh hoạ trong Hình 2 Do vị trí tâm ban đầu của bão có thể được xác định khác nhau, điểm bắt đầu của vector dự báo hướng dịch chuyển không nhất thiết phải trùng với điểm bắt đầu của tâm bão quan trắc được Hay nói một cách khác,

FC0 và OB0 không luôn luôn trùng nhau Vì vậy, đôi khi sai số về hướng dự báo

có thể nhỏ nhưng sai số về khoảng cách lại lớn và ngược lại do vị trí tâm bão

của nguồn dự báo và quan trắc đã khác nhau ngay từ thời điểm ban đầu

Trị số của ANGERR dương khi hướng chuyển động được dự báo lệch về bên phải hơn so với hướng di chuyển thật của bão

• Sai số dự báo theo vận tốc di chuyển (SPEED ERR ): được tính bằng công

thức:

dT

OBS OBS

d dT

FC FC d

ERR

) (

)

= (1.1.6)

trong đó dT là khoảng thời gian giữa các thời điểm được xét từ 0 đến T

Trị số của SPEEDERR có giá trị dương khi chuyển động của bão được dự báo nhanh hơn thực tế

• Sai số dự báo theo phương pháp tuyến với quỹ đạo bão (CT): được tính

theo công thức sau:

CT = d(OB0-FCT) * tg(ANGERR) (1.1.7)

• Sai số dự báo theo phương di chuyển của bão (AT)

AT = d(OB0-FCT) / cos(ANGERR)- d(OB0-OBT) (1.1.8)

FC T

OB T

OB 0 AT

Trong các loại sai số trên, sai số khoảng cách (DPE) được sử dụng nhiều nhất Sai số về tốc độ dịch chuyển (SPEEDERR) tương ứng với sai số theo phương chuyển động AT, và sai số về góc (ANGERR) tương ứng với các sai số

CT, AT và CT thường được sử dụng để tổng kết và phân tích sai số sau khi đã

có quĩ đạo chuẩn (best track) Sai số SPEEDERR và ANGERR thường được sử dụng trong nghiệp vụ nhằm giúp dự báo viên hiệu chỉnh dự báo trong phiên làm việc

1.1.2.5 Lĩnh vực dự báo số trị

Các sản phẩm dự báo từ mô hình số là kết quả của việc máy tính tích hợp các phương trình khống chế các quá trình vật lý xảy ra trong khí quyển Nhìn chung, các sản phẩm dự báo này không bao giờ là một dự báo hoàn hảo các yếu

tố thực của khí quyển, vì một trong các nguyên nhân chính là do sự hiểu biết của chúng ta về mặt toán học các quá trình vật lý là chưa đầy đủ Ngày nay, sự phát triển của công nghệ máy tính, đặc biệt là các siêu máy tính và sự hiểu biết sâu hơn về các quá trình vật lý khí quyển đã đưa ra được những mô hình số “hoàn hảo” hơn và do vậy, chất lượng các sản phẩm dự báo từ các mô hình này cũng ngày càng được nâng cao

Cùng với sự tiến bộ của các dự báo từ mô hình số, các kỹ thuật để đánh giá kỹ năng của các sản phẩm này cũng không ngừng phát triển Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có một phương pháp đơn lẻ nào là thích hợp để áp dụng chung cho việc đánh giá các sản phẩm dự báo khách quan từ mô hình Theo Stanski và đồng nghiệp [38], cần phải có một vài cách khác nhau để đánh giá mô hình và bất kỳ một sự đánh giá nào về kỹ năng của mô hình khí quyển đều phụ thuộc vào kích thước về thời gian và không gian được sử dụng để đánh giá, và điều này lại phụ thuộc vào mối quan tâm của người sử dụng Ví dụ, dự báo viên chủ yếu chỉ quan tâm đến kỹ năng của mô hình trong việc dự báo hệ thống khí áp cho vùng mà họ có trách nhiệm dự báo và thường trong khoảng thời gian 3 ngày, trong khi đó các nhà khoa học lại quan tâm đến kỹ năng của mô hình đối

với tất cả quy mô về không gian và thời gian

Philippe B [37] đưa ra kết quả điều tra về các phương pháp đánh giá cũng như các yếu tố dự báo thường được đánh giá tại một số nước trên thế giới Tại Australia, dự báo mưa được đánh giá so với lượng mưa quan trắc 24 giờ trên toàn lãnh thổ; độ phân giải của trường phân tích là 0.25°, và trường phân tích được quy về độ phân giải của mô hình Các chỉ số đánh giá cơ bản là BIAS, RMSE và một số chỉ số được tính từ bảng “Contingency table” Tại Canada, người ta sử dụng các chỉ số BIAS và RMSE đối với các yếu tố như gió, nhiệt độ, điểm sương, khí áp mặt đất và độ cao địa thế vị; các chỉ số BIAS và TS cho các ngưỡng khác nhau được sử dụng để đánh giá mưa Tại Trung Quốc, 400 trạm

quan trắc đã được lựa chọn kỹ càng để dùng vào việc đánh giá mưa Các sản

phẩm dự báo số và dự báo khách quan được nội suy về vị trí các trạm này Các

chỉ số được sử dụng là BIAS và TS cho 1 số ngưỡng (0,1; 10; 25; 50 và 100

mm/24 giờ) Tại Pháp, người ta đánh giá các yếu tố mưa, lượng mây, nhiệt độ và

độ ẩm tại 2m, tốc độ gió, hướng gió, và cường độ gió giật Điểm lưới gần điểm

quan trắc nhất được sử dụng để đánh giá với các chỉ số BIAS, RMSE và bảng

“Contingency table” Tại Nhật Bản chỉ đánh giá mưa và nhiệt độ Số liệu quan

trắc được biến đổi thành một lưới số liệu đồng nhất độ phân giải 80 km, và số

liệu dự báo được so sánh với số liệu quan trắc này sử dụng các chỉ số BIAS, TS

và ETS Tại Anh, MSE được sử dụng để đánh giá nhiệt độ và gió, trong khi đó

ETS lại được dùng để đánh giá mưa, lượng mây và tầm nhìn xa với các ngưỡng

khác nhau Tại Mỹ, chỉ có các yếu tố như nhiệt độ, gió, độ ẩm, lượng mưa,

trường khí áp, độ cao địa thế vị được đánh giá Các chỉ số được sử dụng là

BIAS, ETS, POD, FAR và Odds ratio Như vậy, tại mỗi quốc gia, việc lựa chọn

phương pháp đánh giá cũng như các yếu tố dự báo cần được đánh giá là hoàn

toàn phụ thuộc vào mục đích, yêu cầu, thực trạng công tác quan trắc đo đạc,

công tác dự báo và trình độ khoa học công nghệ dự báo của quốc gia đó

Người ta thường sử dụng các phương pháp khác nhau để đánh giá các yếu

tố khí tượng khác nhau Thông thường, các yếu tố này được phân loại thành các

yếu tố liên tục như gió, nhiệt độ, độ cao địa thế vị …và các yếu tố rời rạc được

dự báo theo ngưỡng hoặc theo xác suất như lượng mưa, dạng mưa…

a) Phương pháp đánh giá cho các yếu tố liên tục: thường được áp dụng

đối với các yếu tố khí tượng như gió, nhiệt độ và các yếu tố trên cao Một số chỉ

số thường được dùng bao gồm:

• Sai số trung bình (Bias, Mean Error - ME):

1 ( )

1

i N

i

i O F N

Chỉ số Bias chỉ ra sai số trung bình so với giá trị quan trắc, nhưng không

phản ánh biên độ của sai số Giá trị dương của Bias tức là trung bình giá trị dự

báo lớn hơn giá trị quan trắc, giá trị âm của Bias tương ứng với việc dự báo thấp

hơn giá trị quan trắc Chỉ số Bias có giá trị từ - ∞ đến + ∞ , với 0 là giá trị “hoàn

hảo” Tuy nhiên, đôi khi một dự báo sai lại nhận được giá trị ME = 0 khi trong

đó có những sai số triệt tiêu nhau, do vậy, không bao giờ người ta sử dụng chỉ số

Chỉ số này cho biết biên độ trung bình của sai số dự báo, nhưng không cho biết hướng của độ lệch Giá trị 0 cho biết dự báo là “hoàn hảo” Thông thường, chỉ số MAE được sử dụng cùng với chỉ số ME (Bias) để đưa ra ước lượng về độ tin cậy khi hiệu chỉnh sản phẩm bằng chỉ số Bias Ví dụ như khi giá trị MAE và ME tương đối gần nhau, chúng ta có thể tin tưởng để hiệu chỉnh sản phẩm bằng độ lệch, còn khi hai giá trị này khác xa nhau thì nên cẩn thận khi hiệu chỉnh bằng độ lệch

• Sai số bình phương trung bình (Mean Square Error - MSE) là một

trong những công cụ cơ bản nhất và hay sử dụng nhất để đánh giá các sản phẩm mô hình MSE được tính như sau:

2

1

) (

1

i N

i

i O F N

MSE= ∑ −

=

(1.1.11) Chỉ số này cho biết sai số bình phương trung bình giữa dự báo và quan trắc Giá trị 0 là dự báo “hoàn hảo”

• Sai số bình phương trung bình căn (Root Mean Square Error -

RMSE): là căn bậc hai của MSE và là thước đo của biên độ sai số

Chỉ số này cho biết biên độ trung bình của sai số dự báo, nhưng không cho biết hướng của độ lệch MSE và RMSE có thể được tính toán trên bất kỳ hay tất cả các hướng theo không gian hoặc theo thời gian Lưu ý rằng cả hai giá trị MSE và RMSE bằng 0 chỉ khi có sự tương đồng tuyệt đối ở mọi nơi giữa dự báo và quan trắc, còn không, chúng đều có giá trị lớn hơn 0

• Độ lệch chuẩn (Standard Deviation - SD)

Độ lệch chuẩn là công cụ thống kê cơ bản của mức độ thay đổi của dữ liệu so với giá trị trung bình Nếu tính độ lệch chuẩn của sai số trong dự báo số,

xu hướng của độ lệch chuẩn trong khoảng thời gian vài năm cho biết mức độ tốt lên của mô hình Độ lệch chuẩn của sai số dự báo càng nhỏ thì dự báo càng đáng tin cậy khi so sánh trong thời gian khoảng vài năm

b) Phương pháp đánh giá đối với các yếu tố dự báo theo ngưỡng hoặc dự báo xác suất

Các phương pháp này thường được áp dụng đối với các yếu tố rời rạc của các hiện tượng thời tiết như dạng mưa, lượng mây, lượng mưa hoặc xác suất mưa Một số chỉ số thường được sử dụng bao gồm:

• Chỉ số BIAS (Bias Score)

• Chỉ số PC (Percentage of Correct)

• Chỉ số POD (Probability of Detection)

• Chỉ số FAR (False Alarm Ratio)

• Chỉ số TS (Threat Score)

• Chỉ số ETS (Equitable Threat Score)

• Chỉ số HSS (Heidke Skill Score)

Đối với các hiện tượng được dự báo theo 2 pha có/không như mưa, sương mù… người ta thường sử dụng bảng phân loại (Contigency table) để biết tần suất xảy ra của hiện tượng dự báo:

Trong đó:

H (Hit): Dự báo trúng

M (Miss): Dự báo sai

F (False Alarm): Dự báo khống

N (Correct Negative): Dự báo không xảy ra, và thực tế không xảy ra hiện tượng

Bảng phân loại này rất hữu ích vì nó cho biết loại sai số thường hay gặp Một hệ thống dự báo được coi là hoàn hảo khi đưa ra các dự báo chỉ gồm toàn

“Hit” và “Correct negative”, và không có “Miss” hoặc “False Alarm” Dựa vào bảng phân loại, người ta có thể tính toán một số các chỉ số để biết những đặc điểm riêng của các dự báo

• Chỉ số Bias (BIAS):

BIAS = (H + F)/(H + M) (1.1.13) Chỉ số này cho biết tần suất giữa số lần dự báo “có” và thực tế quan trắc

“có” BIAS có giá trị từ 0 đến + ∞ Giá trị “hoàn hảo” là 1

• Chỉ số PC (Percentage of Correct):

PC = (H+N)/ (H+M+F+N) (1.1.14) Chỉ số này cho biết tỷ lệ phần trăm dự báo đúng trên tổng số dự báo; Giá trị “hoàn hảo” là 1

• Chỉ số POD (Probability of Detection):

POD = H/(H + M) (1.1.15)

Quan trắc

Có Không

Dự Báo Có Không

Chỉ số này cho biết tỷ lệ dự báo đúng hiện tượng “có” Giá trị “hoàn hảo”

là 1

• Chỉ số FAR (False Alarm Ratio):

FAR = F/(H + F) (1.1.16) Chỉ số này cho biết tỷ lệ không xảy ra của các lần dự báo “có” Giá trị

“hoàn hảo” là 0

• Chỉ số TS (Threat Score):

TS = H/(H + M + F) (1.1.17) Chỉ số này cho biết mối quan hệ giữa số lần dự báo “có” và số lần quan trắc “có” trong thực tế Giá trị 0 là dự báo “kém” Giá trị 1 là dự báo “hoàn hảo”

• Chỉ số ETS (Equitable Threat Score):

ETS = (H - Hr) / (H + M + F - Hr) (1.1.18) Trong đó: Hr = (H + M) (H + F)/ (H + M + F + N)

Chỉ số này cho biết mối quan hệ giữa dự báo “có” là đúng so với quan trắc “có” (kể cả đúng do ngẫu nhiên) Giá trị 0 là dự báo kém Giá trị 1 là dự báo

“hoàn hảo” Chỉ số ETS thường được sử dụng để đánh giá sản phẩm dự báo mưa trong mô hình số trị vì tính “công bằng” của nó Chỉ số này rất nhạy cảm với các

dự báo đúng, vì nó xử lý “M” và “F” theo cùng 1 cách, không phân biệt nguồn gốc của sai số dự báo

• Chỉ số HSS (Heidke Skill Score)

Chỉ số HSS đặc trưng cho độ chính xác của dự báo tương đối so với lựa

chọn ngẫu nhiên

HSS = (H+N-R)/ (H+M+F+N-R) (1.1.19) Trong đó: R = (H+M)*(H+F)+(F+N)*(M+N)/ (H+M+F+N);

1.1.2.6 Lĩnh vực dự báo thuỷ văn hạn ngắn và dự báo lũ

Có nhiều cách quy định sai số cho phép của dự báo tác nghiệp và tính mức bảo đảm của dự báo, song phổ biến nhất là các chỉ tiêu đánh giá được quy định trong Quy phạm Dự báo Thuỷ văn của Liên Xô (cũ) [17], các nước Đông

Âu và Trung Quốc Về cơ bản, một số chỉ tiêu chính trong số các chỉ tiêu đánh giá của WMO hướng dẫn cũng tương tư như Quy phạm Dự báo lũ của Liên Xô

và của nước ta

Có 2 phương pháp chính để đánh giá dự báo:

1) Đánh giá theo biên độ tính toán

2) Đánh giá sai số dựa vào thống kê toán học

™ Đánh giá theo biên độ tính toán

a) Đánh giá sai số yếu tố dự báo

Theo định nghĩa, biên độ tính toán của yếu tố dự báo là tổng các đại lượng

thay đổi của yếu tố đó trong thời gian dự kiến ứng với tần suất 95% Biên độ

tính toán được tính từ chuỗi biến đổi của yếu tố trong thời gian dự kiến τ:

∆Ht= Ht- Ht-τ (1.1.20)

Sử dụng khoảng 100 - 200 trị số ∆Ht của5 - 10 năm có biên độ thay đổi

lớn, trung bình và nhỏ, sau đó phân ra nhiều cấp (ít nhất là 8 cấp) và tính số tần

suất tương ứng

Xác định biên độ ứng với tần suất 95% (khi dùng đường tần suất chung)

hoặc ứng với tần xuất (P+max –2.5%) và (P-max –2.5%) (khi dùng đường tần suất

riêng cho phần ∆H+ và ∆H-)

Scf = 20%AP (p = 95%) (1.1.21) trong đó Scf là sai số cho phép

Ví dụ: tính Scf chung để dự báo mực nước Hà Nội trước 48h

(Hình 1.1.3 và 1.1.4)

0 10 20 30 40 50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Hình 1.1.3: Tần suất biến đổi ∆H+

Theo kết quả trên hình 1.1.3, P+max = 43,4% Khi đó P+max - 2,5% =

40,9% Tra theo đồ thị được A40.9% = 151 cm

Cấp ∆H+

0 20 40 60

-170 -150 -130 -110 -90 -70 -50 -30 -10

Hình 1.1.4: Tần suất biến đổi ∆H-

Theo kết quả tính toán ta có P-max = 56,6% và P-max - 2,5% = 54,1% Tra theo đồ thị hình 1.1.4 ta có A54,1% = 77 cm Vậy:

A95% = 151 cm + 77 cm = 228 cm Từ đó có:

Scf = 20% A95% = 20% x 228cm = 46cm

b) Đánh giá phương án dự báo

• Mức đảm bảo phương án là tỷ số giữa số lần dự báo đạt yêu cầu

(tức là số lần có sai số nhỏ hơn sai số cho phép) và toàn bộ số lần

dự báo theo phương án Để tính mức bảo đảm phương án cần tiến hành không ít hơn 200 lần dự báo (dùng tài liệu quan trắc trong 3 -

5 năm gần nhất)

• Mức đảm bảo thiên nhiên của yếu tố dự báo là tần suất bảo đảm giá

trị biến đổi của yếu tố dự báo trong thời gian dự kiến không vượt quá Scf (Dự báo thiên nhiên là lấy giá trị yếu tố dự báo tại thời điểm phát báo làm trị số dự báo)

• Mức đảm bảo hiệu dụng của phương án dự báo là hiệu số của mức

đảm bảo phương án và mức đảm bảo thiên nhiên

Bất kỳ một phương án dự báo nào được xem là hợp lý và có thể được dùng trong tác nghiệp đều phải có mức đảm bảo ≥ 80% [2] và thoả mãn tỷ lệ thống kê trong Bảng 1.1.2 giữa mức đảm bảo phương án (PA) và mức đảm bảo thiên nhiên (TN)

Bảng 1.1.2: Quy định về tỷ lệ giữa mức đảm bảo của phương án

và mức đảm bảo thiên nhiên

PTN% 60 70 80 88 96

PPA% ≥ 80 ≥ 85 ≥ 90 ≥ 95 100

Cấp ∆H-

Phương pháp này có thể dùng để đánh giá bất kỳ dự báo nào, không phụ

thuộc vào yếu tố dự báo và đặc điểm chế độ thuỷ văn Nó có thể được sử dụng

để đánh giá phương pháp và cho từng lần dự báo, tức là có sự phù hợp về

nguyên tắc đánh giá sai số yếu tố dự báo tác nghiệp với đánh giá mức hiệu dụng

phương án Tuy nhiên, phương pháp chưa có cơ sở lập luận toán học chặt chẽ và

việc qui định tỷ số giữa mức bảo đảm phương án với mức bảo đảm thiên nhiên

cũng chưa có tiêu chuẩn rõ ràng, còn phụ thuộc vào trình độ phát triển của

phương pháp dự báo

™ Đánh giá sai số dựa vào thống kê toán học

a) Đánh giá sai số yếu tố

Coi các đại lượng dự báo mang tính chất ngẫu nhiên, sử dụng đặc trưng

thống kê cơ bản của sự biến đổi các đại lượng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn là

khoảng lệch quân phương của chuỗi trị số thay đổi yếu tố dự báo trong khoảng

thời gian dự kiến làm cơ sở tính sai số cho phép

Theo Quy phạm dự báo lũ hiện hành của Trung Quốc, sai số cho phép

được lấy trong khoảng (0,3 ÷ 1) σ∆ tùy thuộc vào kỹ thuật, khả năng dự báo và

nhu cầu của đối tượng phục vụ, nhưng Scf không nhỏ hơn 10cm

b) Đánh giá mức độ hiệu quả của phương án: sử dụng các chỉ tiêu thống

kê sau:

• Tỷ số σ’/σ

Trong đó σ’ là khoảng lệch quân phương của chuỗi sai số:

σ’ = [Σ(Hdb – Htđ)2 /n]1/2 (1.1.23)

và σ là khoảng lệch quân phương của chuỗi biến đổi yếu tố dự báo

trong khoảng thời gian dự kiến:

Bảng 1.1.3: Quy định về đánh giá phương án dự báo theo η và σ’/σ

m: số lần dự báo đúng

n: tổng số lần dự báo

Phương pháp này có cơ sở lập luận chặt chẽ, cho phép đánh giá được độ chính xác các phương án dự báo đối với nhiều hiện tượng thủy văn khác nhau Các tiêu chuẩn đánh giá đều xuất phát từ số liệu thực đo và chất lượng dự báo của phương pháp nên mang tính khách quan Tuy nhiên, yếu điểm của cả 2 phương pháp là việc chọn sai số dự báo lưu lượng cố định là không hợp lý, các giá trị rất lớn, hoặc rất nhỏ đều có cùng sai số cho phép như nhau, nhưng trên thực tế, mức độ khó khăn trong dự báo lại khác nhau, đặc biệt đôi khi giá trị thực đo lại nhỏ hơn Scf nên việc đánh giá kém ý nghĩa

™ Hướng dẫn của WMO

a) Đánh giá sai số yếu tố

Miền tin cậy của trị số dự báo được tính theo

Hdb = H'db ± t(p) x S (1.1.27) Trong đó:

H'db : kỳ vọng của yếu tố dự báo

t(p): độ lệch chuẩn của phân bố xác suất đã cho

S: quân phương sai số của các trị số dự báo, tính theo công thức:

S = [ ( ∑ ( Hdbi - Hdb0)2 / n ]1/2 (1.1.28)

Với phân bố Student, nên lấy miền tin cậy trong phạm vi 90%, khi bậc tự

do là 9 thì độ lệch chuẩn t(p) = 1,383; với phân bố chuẩn, miền tin cậy trong phạm vi 80% thì t(p) = 1,282

Như vậy, theo hướng dẫn của WMO, sai số cho phép được tính bằng:

Scf = 1,383 x S - Khi theo phân bố Student

hoặc Scf = 1,282 x S - Khi theo phân bố chuẩn

b) Đánh giá phương án dự báo

Các hệ số xác định tính hiệu quả của dự báo cũng thường được dùng để

đánh giá dự báo

• Chỉ tiêu D: căn bậc hai của hệ số quyết định (S/Sf):

D = [ 1 - (S / Sf)2 ]1/2 (1.1.29) trong đó : S - Quân phương sai số của các trị số dự báo, tính theo (1.1.28)

Sf - Quân phương độ lệch chuẩn của các trị số biến đổi mực nước

trong thời gian dự kiến, tương đương với σ tính theo (1.1.23)

Theo quy phạm của nhiều nước đang sử dụng, khi D > 0,87 thì chất lượng

dự báo được xem là tốt; khi D = 0,86 - 0,60 là đạt yêu cầu; D < 0,6 là kém

• Chỉ số hiệu ích (E)

E = [1 - ( S / Sy(τ) )2 ]1/2 (1.1.30) Trong đó : S - Quân phương sai số của các trị số dự báo, tính theo

(1.1.28);

Sy(τ) - Độ lệch quân phương của chuỗi yếu tố tại thời điểm

phát báo và dự báo, tính theo công thức:

Sy(τ) = [ ∑ ( H t+τ - H t)2 / (N - τ) ]1/2 (1.1.31) Theo Viện Thủy văn Hungari, khi E > 0,9 thì dự báo được xem là tốt,

E = 0,89 - 0,6 là đạt yêu cầu; E < 0,6 là kém

Như vậy, chỉ tiêu E cũng tương tự như chỉ tiêu D Chỉ tiêu D trùng với chỉ

tiêu tươngquan η

• Chỉ tiêu phương sai dư (MSE)

MSE = (1/n) Σ (Hi – H’i)2 (1.1.32)

Trong đó Hi và H’i là giá trị thực đo và dự báo tại cùng thời điểm i

• Chỉ tiêu tổng sai số tuyệt đối (MAD)

S0 là phương sai của chuỗi yếu tố dự báo

S0 = Σ (Hi – Htb)2 (1.1.36)

S1 là phương sai sai số dự báo (phương sai dư)

S1 = Σ (Hi – H’i )2 (1.1.37)

S2 là phương sai của chuỗi biến đổi yếu tố dự báo trong thời

gian dự kiến

S2 = Σ (Hi – Hi -τ)2 (1.1.38) Mức đảm bảo của phương án dự báo theo công thức (1.1.26)

1.1.2.7 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài

Cho đến nay, có rất ít tài liệu nước ngoài nói về công tác đánh giá chất

lượng dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài Theo tài liệu của Liên Xô (cũ), công

thức tính sai số cho phép của dự báo thủy văn bằng 0,674σ của chuỗi biến đổi

của yếu tố dự báo

“Quy phạm Dự báo thuỷ văn” (Bộ Thuỷ Lợi và Điện lực Trung Quốc) [2]

quy định sai số cho phép của dự báo lưu lượng nước tháng, mùa bằng 20% trị số

thực đo; sai số cho phép của dự báo dòng chảy mùa kiệt bằng 30% trị số thực

đo Quy phạm này quy định phân loại chất lượng dự báo thành 4 cấp: loại ưu,

loại tốt, loại đạt và loại không đạt

1.2 THỰC TRẠNG VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ BẤT HỢP LÝ TRONG CÔNG

TÁC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO KTTV Ở NƯỚC TA

Phân tích, đánh giá thực trạng công tác đánh giá dự báo KTTV trong

nhiều năm qua là vấn đề cần thiết, không những chỉ để các nhà quản lý và các

nhà chuyên môn biết được thực trạng chất lượng các bản tin dự báo của chúng ta

đạt đến mức chính xác nào, mà còn là cơ sở để xây dựng, hoàn chỉnh một văn

bản pháp quy về kỹ thuật thực hiện trong ngành KTTV, đồng thời là cơ sở để

hoạch định chỉ tiêu kế hoạch hàng năm cho các đơn vị làm công tác dự báo

KTTV và góp phần nâng cao năng lực dự báo phục vụ

Hơn 50 năm qua, cùng với sự phát triển của ngành KTTV, công tác dự

báo KTTV nước ta không ngừng được đẩy mạnh và ngày càng đáp ứng tốt hơn

yêu cầu phục vụ sự phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng của đất nước,

công tác phòng chống thiên tai, giảm nhẹ thiệt hại và góp phần xây dựng xã hội

mang tính bền vững Công tác đánh giá chất lượng dự báo KTTV cũng đã được

thực hiện từ những năm 60 và 70 của thế kỷ trước tại Cục Dự báo KTTV trước

đây (nay là Trung tâm Dự báo KTTV TW), các Đài KTTV Khu vực, các Trung

tâm Dự báo KTTV và phục vụ Tỉnh, Thành phố Tuy nhiên, do các chỉ tiêu đánh

giá và cách đánh giá không thống nhất nên chất lượng dự báo chưa được phản

ánh một cách đầy đủ, đúng thực chất, kể cả kết quả công tác dự báo KTTV Kết

quả đánh giá hiện nay phổ biến là đánh giá định tính một cách tương đối và phụ

thuộc nhiều vào hiệu quả dự báo phục vụ Hầu hết các đơn vị làm công tác dự

báo từ Trung ương đến địa phương đều căn cứ vào các văn bản cũ, được soạn thảo từ những năm 60 (thế kỷ XX) để tự quy định cách đánh giá cho đơn vị mình

Do tầm quan trọng của công tác đánh giá chất lượng dự báo KTTV nên trong nhiều năm qua, ngành KTTV đã có nhiều cố gắng trong việc đưa ra một chuẩn thống nhất về vấn đề này Một số đề tài về đánh giá chất lượng dự báo đã được thực hiện tại Tổng cục KTTV (cũ) Về khí tượng, đề tài cấp Tổng cục “Qui phạm phục vụ và đánh giá dự báo thời tiết Hạn vừa và Hạn dài” của Đinh Văn Loan (1993) [6] chưa được nghiệm thu và chưa được ban hành Đề tài “Quy phạm dự báo không khí lạnh” của Phạm Vũ Anh (1995) có một mục về đánh giá

dự báo không khí lạnh cũng chưa được nghiệm thu Đề tài “Quy phạm dự báo khí tượng hạn ngắn” của Lê Văn Thảo (1998) trong đó có mục về đánh giá dự báo khí tượng hạn ngắn đã bảo vệ nghiệm thu nhưng chưa được ban hành Đề tài cấp Tổng cục “Quy định đánh giá chất lượng dự báo KTTV” do Vụ Khoa học

Kỹ thuật (cũ) chủ trì (2000), chưa được nghiệm thu và ban hành Về thuỷ văn, trong “Quy phạm dự báo lũ” có một mục về đánh giá dự báo lũ Đề tài cấp Tổng cục “Quy phạm dự báo thủy văn hạn vừa” (1999) của Ngô Bá Trác cũng có phần

đề cập đến đánh giá dự báo thuỷ văn hạn vừa (mới được nghiệm thu cấp cơ sở, chưa ban hành) Đề tài “Quy phạm dự báo mùa cạn” (1999) của Phạm Xuân Viên có một phần đề cập đến công tác đánh giá (chưa nghiệm thu) Đài KTTV Khu vực Trung Trung Bộ cũng đã ban hành “Quy định tạm thời về đánh giá dự báo KTTV” tháng 3/2003 thực hiện trong phạm vi Đài Sở dĩ một số đề tài chưa được nghiệm thu hoặc đã nghiệm thu nhưng chưa được ban hành chủ yếu là do quan điểm về cách đánh giá cũng như các tiêu chí đánh giá chưa thống nhất

1.2.1 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn ngắn

Hơn 30 năm qua, công tác đánh giá chất lượng dự báo khí tượng hạn ngắn tại Trung ương cũng như địa phương được thực hiện chủ yếu theo “Quy định tạm thời Đánh giá chất lượng dự báo thời tiết hạn ngắn” ban hành năm 1976

1.2.1.1 Các quy định

• “Quy chế tạm thời đánh giá chất lượng dự báo thời tiết hạn ngắn” [13],

do Nha Khí tượng cũ (nay là Trung tâm KTTV Quốc gia) ban hành năm

1966 được soạn thảo theo tiêu chuẩn đánh giá chất lượng dự báo của Liên

Xô (cũ) và Trung Quốc Quy chế gồm hai phần chính: các thuật ngữ sử dụng trong dự báo khí tượng và tiêu chuẩn đánh giá cho vùng, khu vực và địa điểm cho dự báo 24h

o Đánh giá hiện tượng thời tiết được chia làm hai thời đoạn: ban ngày (từ 7h - 19h) và ban đêm (từ 19h ngày hôm trước đến 7 h sáng hôm sau)

o Các yếu tố quy định đánh giá là mây, hiện tượng thời tiết, gió, nhiệt

độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất Nếu một yếu tố dự báo sai thì bản tin dự báo cho khoảng thời gian đó được coi là sai

o Quy chế cũng đã quy định việc ưu tiên khi dự báo đúng hiện tượng thời tiết nguy hiểm và những bắt buộc đối với các yếu tố cần dự báo đúng khi có thời tiết nguy hiểm như khi có gió mạnh ≥ 10m/s,

có bão, dông mạnh từ mã số 97 - 99, mưa vừa với lượng mưa ≥ 8mm/12h, gió mùa đông bắc, sương mù kéo dài 6h liền

• “Quy định tạm thời về Đánh giá dự báo hạn ngắn” (Nha Khí tượng, 1976) [16] về cơ bản giống như bản Quy chế năm 1966, chỉ có 1 số điểm khác như sau:

o Sửa chữa một số tiêu chuẩn đánh giá cho phù hợp các quy định quốc tế như các cấp mưa; sửa ngưỡng sai số đối với dự báo nhiệt độ

• Việc xác định thời gian để đánh giá bản tin dự báo (ngày hoặc đêm) được xác định cứng với thời điểm 7 hay 19h là chưa hợp lý vì thời tiết thường xảy ra cả trước và sau thời điểm đó Ví dụ như dự báo không mưa, nhưng trên thực tế mưa lại xảy ra vào lúc 18h30 đến 19h30, và do quy định đánh giá thì cả hai bản tin dự báo cho ngày và đêm đều được coi là sai

• Chưa có quy định cụ thể, rõ ràng về mạng lưới trạm quan trắc được đưa vào đánh giá cho từng vùng miền nên kết quả đánh giá chưa phản ánh thực chất của bản tin

1.2.2 Lĩnh vực dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài

Ở nước ta, công tác đánh giá dự báo thời tiết hạn vừa, hạn dài đã được thực hiện từ rất sớm Ngày 1/1/1967, Nha Khí tượng (cũ) đã ban hành “Quy chế tạm thời về đánh giá mức chính xác bản tin dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài” [14] cho 3 hạn dự báo: 10 ngày, tháng và mùa (áp dụng cho các tỉnh Miền Bắc) Sau đó, Quy chế này được chỉnh sửa, bổ sung và được ký ban hành lại ngày 1/9/1969 và được thực hiện ở Cục Dự báo (cũ) và tất cả các Đài, Trạm KTTV trên toàn quốc Từ năm 1982, công tác này được chuyển giao cho Phòng Quản lý dự báo địa phương, Cục Dự báo (nay là Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương) đảm nhiệm Năm 1996, Phòng Quản lý dự báo địa phương (Cục

Dự báo KTTV) giải thể nên công tác đánh giá dự báo khí tượng hạn vừa và hạn dài do Phòng Dự báo Khí tượng hạn vừa và hạn dài (Trung tâm Dự báo KTTV TW) đảm nhiệm Tháng 12/2006, Phòng Quản lý Dự báo (Trung tâm Dự báo KTTV TW) được thành lập với chức năng chính là đánh giá chất lượng dự báo nghiệp vụ KTTV của Trung tâm Dự báo KTTV TW

1.2.2.1 Các quy định

• Quy chế ban hành năm 1969 [15]: dựa vào Quy chế đánh giá dự báo thời

tiết của Trung Quốc và Liên xô (cũ)

o Dự báo thời tiết hạn vừa (10 ngày):

+ Đánh giá dự báo quá trình thời tiết: chia làm 3 thời kỳ (3 ngày đầu, 3 - 4 ngày giữa, những ngày còn lại)

+ Đánh giá nhiệt độ: gồm 5 đặc trưng về nhiệt độ (nhiệt độ trung bình, nhiệt độ tối cao trung bình, nhiệt độ tối thấp trung bình, nhiệt độ tối cao tuyệt đối, nhiệt độ tối thấp tuyệt đối)

+ Đánh giá lượng mưa

o Dự báo thời tiết hạn dài (1 tháng):

+ Đánh giá dự báo xu thế nhiệt độ

+ Đánh giá dự báo xu thế lượng mưa

• Cách đánh giá đề xuất năm 1993 (Đề tài cấp Tổng cục “Quy phạm phục

vụ và đánh giá dự báo thời tiết Hạn vừa và Hạn dài” [6], chưa được nghiệm thu và ban hành)

o Dự báo thời tiết hạn vừa (10 ngày):

+ Đánh giá dự báo các quá trình thời tiết theo thời đoạn 12 giờ cho

mỗi địa điểm, từ đó đánh giá cho một khu vực

+ Đánh giá dự báo hiện tượng thời tiết nguy hiểm được xét riêng

Tác giả đưa ra công thức:

PNH = (PHT(%) + PTG(%))/ 2

và PNN(%) = (P1 + P2 + + Pk) / k (1.2.1)

để xác định mức chính xác dự báo hiện tượng PNH

Trong đó: PHT - mức chính xác về hiện tượng

PTG - mức chính xác về thời gian xảy ra

P1, P1, Pk - mức chính xác từng địa điểm trong khu vực dự báo + Sau khi đánh giá dự báo hiện tượng thời tiết nguy hiểm, tiến hành đánh giá mức chính xác phần xu thế PXT theo công thức sau:

PXT = [n+ / (n+ + n- )] x 100% (1.2.2) Trong đó: n+ - tổng số thời đoạn 12h dự báo đúng

n– - tổng số thời đoạn 12h dự báo sai + Tiếp sau là bước đánh giá mức chính xác phần định lượng:

PĐL = [n+ / (n+ + n- )] x 100% (1.2.3) + Bước cuối cùng là đánh giá mức chính xác toàn bộ bản tin:

P (%) = (PXT + PĐL ) / 2 (1.2.4) Hoặc:

P (%) = (PNH + PĐL ) / 2 (1.2.5)

o Dự báo thời tiết hạn dài (1 tháng):

+ Đánh giá dự báo xu thế của hai yếu tố nhiệt độ và lượng mưa theo 3 bước:

Bước 1: Đánh giá dự báo đối với từng địa điểm trong khu vực dự báo

chung cho hai yếu tố nhiệt độ và lượng mưa theo công thức:

P(%) = (P∆T %+ P∆R %) / 2 (1.2.6)

Bước 2: Đánh giá mức chính xác cho một khu vực theo công thức:

P∆T (%) = [(P∆T1% + P∆T2% + + P∆Tn%) / n

P∆R (%) = [(P∆R1 % + P∆R2% + + P∆Rn%) / n (1.2.7) Bước 3: Đánh giá mức chính xác toàn bộ bản tin theo công thức:

P (%) = (P∆T + P∆R) / 2 (1.2.8)

• Cách đánh giá đề xuất năm 2000 (Đề tài cấp Tổng cục “Quy định đánh

giá chất lượng dự báo KTTV”, Vụ Khoa học Kỹ thuật, Tổng cục KTTV chủ trì, chưa ban hành)

+ Quy định riêng cho đánh giá cho địa điểm và khu vực

+ Quy định đánh giá dự báo định tính và định lượng yếu tố nhiệt

độ, lượng mưa

+ Đánh giá định lượng được quy định cho 3 vùng có biến động khí hậu khác nhau, dựa trên độ lệch chuẩn của chuỗi số liệu lịch sử ở mỗi vùng (nhằm đánh giákhách quan và hợp lý với khả năng dự báo ở mỗi vùng).

+ Đối với yếu tố mưa, để phản ánh đầy đủ về diện mưa xảy ra trong thực tế, tác giả đề xuất sử dụng hết số liệu quan trắc của tất cả các trạm trong toàn mạng lưới KTTV để đánh giá (trước đây chỉ dùng số liệu của một số trạm tiêu biểu)

1.2.2.2 Phân tích đánh giá những vấn đề bất hợp lý

• Đối với dự báo hạn vừa:

o Việc đánh giá chung phần dự báo xu thế hiện tượng thời tiết và dự báo định lượng của hai yếu tố nhiệt độ và lượng mưa (chia làm 5 phần, mỗi phần bằng 20% mức chính xác toàn bản tin) là không có

cơ sở khoa học và thiếu tính thuyết phục

o Đối với xu thế thời tiết: trong 1 thời kỳ, nếu có bất kỳ một yếu tố nào sai (mây, mưa, gió, hiện tượng đặc biệt ) thì thời kỳ đó được coi là dự báo sai (đánh giá 0%) là không hợp lý

o Chưa có chỉ tiêu đánh giá cho các miền khác nhau, nên nhiều khi kết quả đánh giá ít có ý nghĩa ở những miền mà yếu tố dự báo ít biến động, ví dụ như đối với nhiệt độ ở Nam Bộ, chỉ cần dự báo theo trung bình khí hậu cũng luôn luôn đạt mức cao (thậm chí có khi đạt 100%)

o Việc đánh giá bản tin dự báo hạn vừa một cách chi tiết như dự báo hạn ngắn, như đánh giá về dự báo mây, gió, cường độ không khí lạnh, cường độ giáng thủy theo từng thời đoạn 12h theo hướng dẫn của WMO là chưa phù hợp với trình độ kỹ thuật dự báo hạn vừa ở

nước ta - một nước nhiệt đới gió mùa có thời tiết phức tạp, nhất là đối với thời đoạn từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 10

• Đối với dự báo hạn dài:

o Đánh giá dự báo định lượng về nhiệt độ và lượng mưa chỉ có 3 khoảng sai số cho phép là 0%, 50% và 100% là chưa phù hợp với điều kiện kỹ thuật hiện nay, mà cần phải tính đến mức độ sai nhiều

hay sai ít

o Đánh giá gộp chung dự báo định lượng yếu tố nhiệt độ với yếu tố lượng mưa là chưa phù hợp, do phương pháp dự báo hai yếu tố này khác nhau

o Vận dụng hướng dẫn của WMO (đánh giá theo thời đoạn 12h) là chưa phù hợp với trình độ và kỹ thuật dự báo hạn dài ở nước ta hiện

nay

1.2.3 Lĩnh vực dự báo không khí lạnh, dự báo bão, dự báo số trị

Đối với các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như bão, áp thấp nhiệt đới và không khí lạnh thì cho đến nay, ở nước ta chưa có quy định cụ thể nào về cách đánh giá được ban hành Việc đánh giá chất lượng dự báo các hiện tượng này trong các báo cáo tổng kết cuối năm đều mang tính chất đánh giá hiệu quả của công tác dự báo phục vụ, chứ chưa có các quy định đánh giá mang tính kỹ thuật

Từ năm 1997, các sản phẩm từ các mô hình dự báo số được chính thức đưa vào khai thác sử dụng trong nghiệp vụ dự báo KTTV tại Trung tâm Dự báo KTTV TW Tuy nhiên, mãi đến tháng 5/2002, mô hình dự báo thời tiết số đầu tiên (HRM - High resolution Regional Model) mới được đưa vào chạy nghiệp vụ tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương nên cũng chưa có các chỉ tiêu và quy định cụ thể để đánh giá mô hình

1.2.4 Lĩnh vực dự báo thuỷ văn hạn ngắn và dự báo lũ

Mặc dù công tác dự báo thuỷ văn đã được thực hiện trong gần 60 năm nay, nhưng cho đến nay, việc đánh giá dự báo thuỷ văn ở Việt Nam mới chỉ được quy định trong “Quy phạm dự báo lũ” [18] trên cơ sở các giáo trình dự báo

và Quy phạm dự báo của Liên Xô (cũ) và Trung Quốc, mà chưa được nghiên cứu cụ thể cho điều kiện sông ngòi của Việt Nam

1.2.4.1 Các quy định

• Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương

Trong dự báo tác nghiệp, đánh giá dự báo thủy văn hạn ngắn được thực hiện theo quy định trong “Quy phạm dự báo lũ” [18] Về cơ bản, Quy phạm đã

quy định được các thuật ngữ dùng trong dự báo và đánh giá yếu tố dự báo Tuy nhiên, các thuật ngữ sử dụng trong đánh giá phương án dự báo như mức đảm bảo thiên nhiên, mức đảm bảo của phương án, mức đảm bảo hiệu quả, thời gian hiệu quả thì lại chưa được đề cập đến

Cũng như tại Liên Xô (cũ) và Trung Quốc, công tác đánh giá dự báo thủy văn hạn ngắn ở nước ta sử dụng đánh giá sai số dựa vào thống kê toán học

o Quá trình lũ: Sai số cho phép với thời gian dự kiến τ được tính bằng độ lệch quân phương của chuỗi biến đổi yếu tố dự báo trong thời gian dự kiến τ, tính theo công thức:

Scf = 0.674 σ1 (1.2.9) Trong đó σ1, được tính từ chuỗi: ∆H = Ht – Ht-τ

Tính riêng cho phần nước lên và nước xuống

o Biên độ lũ: Sai số cho phép được tính bằng công thức (1.2.9),

nhưng σ1 được tính từ chuỗi biên độ lũ (hiệu số giữa trị số đỉnh lũ

và trị số chân lũ): ∆H’ = Hđ – Hc

o Dự báo đỉnh lũ: Sai số cho phép tại một vị trí được tính bằng công

thức:

Scf = 0.674 σ2 (1.2.10) Trong đó σ2 là độ lệch quân phương của chuỗi đỉnh lũ (Hđ1, Hđ2 )

o Dự báo tổng lượng: Sai số cho phép ở một vị trí được lấy bằng

20% tổng lượng thực đo tại vị trí đó

o Dự báo thời gian xuất hiện đỉnh: Sai số cho phép được tính bằng

25% thời gian dự kiến Chất lượng của từng lần dự báo được quy định theo các mức: tốt, khá, đạt, kém và quá kém

Theo đề xuất trong Đề tài “Quy định đánh giá chất lượng dự báo KTTV” (Vụ Khoa học Kỹ thuật, Tổng cục KTTV, chưa ban hành) [20], sai số dự báo lưu lượng được lấy bằng 15% lưu lượng thực đo khi lũ lên và 10% lưu lượng thực đo khi lũ xuống

o Đánh giá phương án dự báo lũ: Chất lượng của phương án dự báo

được đánh giá thông qua tỷ số σ’/σ, trong đó σ’ và σ được tính theo công thức (1.1.23) và (1.1.24), hệ số tương quan η tính theo công thức (1.1.25) và mức đảm bảo của phương án dự báo tính theo công thức (1.1.26) Trên cơ sở đó, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phương án dự báo lũ hạn ngắn được quy định theo các mức: tốt, đạt, dùng tạm và không dùng được

• Tại các Đài KTTV Khu vực: Về cơ bản, các Đài KTTV Khu vực cũng

đánh giá dự báo theo “Quy phạm dự báo lũ” [18] Tuy nhiên, việc tính sai

số cho phép còn chưa thống nhất và chưa có những quy định chung trong việc đánh giá dự báo đỉnh lũ đối với các sông ở miền Trung Vì vậy, mỗi Đài thường có những quy định riêng của mình

o Các Đài KTTV Khu vực Tây Bắc, Việt Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, việc đánh giá dự báo thuỷ văn hạn ngắn được thực hiện theo quy định trong “Quy phạm dự báo lũ” [18] Sai số cho phép được tính bằng công thức (1.1.22) và mức đảm bảo dự báo tính theo công thức (1.1.26)

o Đài KTTV Khu vực Tây Nguyên cũng thực hiện đánh giá dự báo thuỷ văn hạn ngắn theo quy định trong [18] Tuy nhiên, Scf không tính theo công thức (1.1.22) mà sử dụng công thức tính sai số cho phép của dự báo hạn dài

o Đài KTTV Khu vực Bắc Trung Bộ đánh giá dự báo theo xu thế và định lượng với quy định sau:

+ Theo xu thế: Nếu đúng về xu thế thì đánh dấu (+) Nếu sai về xu thế thì đánh dấu (-)

+ Theo định lượng: Sai số cho phép và mức bảo đảm được

+ Chất lượng dự báo trị số (CLTS): Đánh giá theo Scf do Đài

quy định cụ thể cho từng trạm, phụ thuộc vào thời gian dự kiến và yêu cầu phục vụ dự báo

Tổng hợp chất lượng dự báo (CLDB) lũ được tính cho từng trạm như sau:

CLDB lũ = 0.6 CLXT + 0.4 CLTS (%)

o Đài KTTV Khu vực NamTrung Bộ cũng đánh giá chất lượng dự báo theo 2 phần:

+ Chất lượng nhận định xu thế (CLXT): Nếu đúng cho điểm 50%

Nếu sai cho điểm 0% + Chất lượng dự báo trị số (CLTS): Đánh giá chất lượng dự báo mực nước theo Scf, chất lượng dự báo lưu lượng lấy Scf = 20% Q thực đo Nếu dự báo đúng cho điểm 50%, sai cho điểm 0% Tổng hợp chất lượng dự báo (CLDB) lũ được tính cho từng trạm như sau:

CLDB lũ = CLXT + CLTS (%)

1.2.4.2 Phân tích đánh giá những vấn đề bất hợp lý

Nhìn chung, quy định tính sai số cho phép của Liên Xô, Trung Quốc cũng như của Việt Nam là khá khách quan và chặt chẽ Sai số cho phép chỉ phụ thuộc vào đặc điểm biến đổi của yếu tố dự báo và thời gian dự kiến, không phụ thuộc vào khả năng của phương án dự báo và trình độ dự báo viên Nó cho phép đánh giá được chất lượng của phương án dự báo và khả năng dự báo của dự báo viên

Quy định của WMO tính trên cơ sở chuỗi sai số dự báo theo phân phối chuẩn hoặc theo phân phối Student mềm dẻo hơn, nhưng lại phụ thuộc vào chất lượng của phương án dự báo và trình độ của dự báo viên Ngoài ra, sai số cho phép lại được hiệu chỉnh bằng cách lấy giới hạn trên của miền tin cậy, làm cho chất lượng dự báo không khách quan Hơn nữa, do tính từ chuỗi sai số dự báo, Quy định của WMO không đánh giá được chất lượng của các phương pháp khác nhau, cũng như không đánh giá được khả năng, trình độ của dự báo viên

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của phương án dự báo thường không khác nhau và thường là hệ quả của nhau Các chỉ tiêu η, D, E có thể coi là trùng nhau, vì đều tính từ tỷ số của phương sai dư và phương sai toàn phần Chỉ tiêu MSE là phương sai dư, tương đương với (σ’)2; Chỉ tiêu MAD tương đương với trung bình sai số tuyệt đối; Chỉ tiêu N và chỉ tiêu kinh nghiệm Ek là tỷ số giữa phương sai mô phỏng và phương sai toàn phần Tỉ số σ’/σ và hệ số tương quan

η là hệ quả của nhau, biết σ’/σ có thể tìm ra η và ngược lại Chính vì vậy, tuy nhiều các chỉ tiêu khác nhau nhưng thực tế chúng đều tương tự nhau và có thể dùng một trong các chỉ tiêu trên để đánh giá các phương án dự báo, sao cho thuận lợi nhất Các chỉ tiêu D, E, N, Ek, MSE thường hay được sử dụng trong nghiên cứu xây dựng các phương án dự báo, còn trong dự báo tác nghiệp thường hay sử dụng tỷ số σ’/σ và hệ số tương quan η

Từ những phân tích trên, chúng tôi có thể đưa ra những nhược điểm cần khắc phục như sau:

• Sai số cho phép tính toán cho các sông miền núi thường rất lớn, không phù hợp với thực tế và hiệu quả phục vụ kém Khi sử dụng, mỗi nơi đều

tự điều chỉnh theo chủ quan của đơn vị mình để phù hợp với điều kiện thực tế phục vụ công tác phòng chống thiên tai;

• Chưa có quy định công thức tính Scf cho toàn chuỗi (cả lũ lên và lũ xuống);

• Sai số đánh giá dự báo đỉnh lũ chưa tính đến thời gian dự kiến;

• Quy định đánh giá thời gian dự báo đỉnh lũ chỉ căn cứ vào điều kiện thực

tế phục vụ công tác phòng tránh thiên tai;

• Chưa có quy định đánh giá sai số dự báo vùng triều;

• Hiện nay đối với phần lớn các sông miền Trung và các sông miền núi Bắc

Bộ, chưa dự báo được quá trình lũ, mà chỉ dự báo đỉnh lũ theo cấp báo động nhưng lại chưa có quy định để đánh giá dự báo lũ cho phù hợp;

• Việc chọn sai số cố định trong dự báo lưu lượng là không hợp lý vì thực

tế mức độ khó khăn trong dự báo các giá trị rất lớn hoặc rất nhỏ lại khác nhau, đặc biệt đôi khi giá trị thực đo lại nhỏ hơn Scf làm cho việc đánh giá kém ý nghĩa;

• Trong “Quy phạm dự báo lũ” quy định khi dự báo tổng lượng lấy sai số cho phép bằng 20% thực đo, cũng như trong [20] phần về Quy định đánh giá chất lượng các bản tin dự báo thuỷ văn (chưa được ban hành) đề xuất lấy sai số cho phép bằng 15% Q thực đo khi lũ lên và 10% Q thực đo khi

lũ xuống chưa khách quan và chưa tính đến thời gian dự kiến;

• Còn một số thuật ngữ chưa được định nghĩa hoặc quy định, làm cho mỗi

dự báo viên, mỗi cơ quan hiểu khác nhau, nhiều khi sử dụng, thực hiện đánh giá không đúng với quy định chung;

• Chưa có các phần mềm đánh giá khách quan

1.2.5 Lĩnh vực dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài

Trước năm 1980, dự báo thủy văn hạn vừa, hạn dài chỉ được thực hiện trong mùa lũ, mang tính tham khảo và không được đánh giá chất lượng Từ năm

1981 đến nay, công tác dự báo thủy văn hạn vừa, hạn dài đã không ngừng phát triển do yêu cầu của công tác phòng chống thiên tai và phục vụ nền kinh tế quốc dân nên công tác đánh giá đã được thực hiện ở cả Trung ương và địa phương Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa đạt được sự thống nhất về các loại bản tin dự báo, phương pháp đánh giá cũng như cách tính sai số cho phép của dự báo

1.2.5.1 Các quy định

• “Dự thảo quy định về công tác thông tin và dự báo thủy văn” [7] quy định sai số cho phép các yếu tố dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài (đặc trưng giá trị trung bình của dự báo) được tính theo công thức:

1

) (

674 , 0

Trong đó: ∆i là biến đổi của yếu tố dự báo trong thời gian dự kiến

Scp là sai số cho phép của dự báo

Không có quy định về đánh giá dự báo giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất

• “Quy định tạm thời về hồ sơ kỹ thuật và đánh giá dự báo thuỷ văn địa phương” [4] chỉ quy định cách xác định sai số cho phép của dự báo thủy văn hạn vừa, hạn dài về mùa cạn, và cách tính sai số cho phép cũng tương

tự như trên

• Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương:

o Đối với dự báo thủy văn hạn vừa: sai số cho phép được tính theo công thức:

1 n

) H H (

674 , 0 S

2 i

σ

=

∆

(1.2.12)

Trong đó: Scp là sai số cho phép của dự báo

σ∆ là độ lệch chuẩn biến đổi của yếu tố dự báo theo thời gian dự kiến

∆Hi là đại lượng biến đổi của yếu tố dự báo trong thời gian dự kiến

Nếu đặc trưng dự báo là Hmax của kỳ dự báo thì ∆Hi = Hmax - H7h

Nếu đặc trưng dự báo là Hmin của kỳ dự báo thì ∆Hi = Hmin - H7h

Nếu đặc trưng dự báo là HTB của kỳ dự báo thì ∆Hi = HTB - H7h

H7h là mực nước thực đo lúc 7 giờ của ngày làm dự báo

) Y Y (

674 , 0 S

2 i cp

−

−

∑

= σ

• Một số Đài KTTV Khu vực tự quy định cách đánh giá dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài riêng cho Đài mình Đài KTTV Khu vực Trung Trung

Bộ [9] quy định chung cho cả dự báo hạn vừa và hạn dài như sau:

o Đánh giá riêng dự báo xu thế và dự báo trị số (đối với dự báo thủy văn 5 ngày, 10 ngày, tháng):

+ Đánh giá xu thế dự báo: Đánh giá việc nhận định xu thế

dòng chảy cho các sông