Tổng hợp thông tin thời tiết để dự đoán sự trôi dạt của vật thể trong tìm kiếm cứu nạn

[2]. Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO): Công ước về an toàn sinh mạng con người trên biển-SOLAS<br /> 74<br /> [3]. Quốc hội: Luật đo lường số 04/2011/QH13.<br /> [4]. Chính phủ: Nghị định số 86/2012/NĐ-CP Quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành Luật Đo<br /> lường.<br /> [5]. Viện Cân đo quốc tế (BIPM): Hệ đơn vị quốc tế (SI), http://www.bipm.org/en/publications/si-<br /> brochure/table6.html.<br /> [6]. Bộ KHCN: Thông tư 21/2014/TT-BKHCN Quy định về đo lường đối với lượng của hàng đóng<br /> gói sẵn<br /> [7]. Bộ GTVT: QCVN 21: 2010/BGTVT Phần 2A-B Kết cấu thân tàu.<br /> [8]. Bộ KHCN: TCVN 7870-1:2010 (ISO 80000-1:2009) - Đại lượng và đơn vị, Phần 1: Quy định<br /> chung.<br /> [9]. Phan Văn Khôi: Sổ tay các đơn vị đo lường. NXB Bách khoa - Hà Nội 2011.<br /> <br /> Ngày nhận bài: 09/6/2017<br /> Ngày phản biện: 14/6/2017<br /> Ngày duyệt đăng: 12/7/2017<br /> <br /> TỔNG HỢP THÔNG TIN THỜI TIẾT ĐỂ DỰ ĐOÁN SỰ TRÔI DẠT CỦA<br /> VẬT THỂ TRONG TÌM KIẾM CỨU NẠN<br /> SUMMARY OF WEATHER INFORMATION FOR FORECASTING OBJECT<br /> DRIFT AT SEA IN THE SEARCH AND RESCURE OPERATION<br /> PHẠM NGỌC HÀ1, NGUYỄN MINH ĐỨC2<br /> 1TrườngĐại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh<br /> 2Viện Đào tạo Quốc tế, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam<br /> <br /> Tóm tắt<br /> Việc dự đoán quỹ đạo trôi dạt của vật thể bị nạn trên biển là hết sức quan trọng, có ý nghĩa rất<br /> lớn quyết định thành công của công tác tìm kiếm cứu nạn. Độ chính xác của công tác dự đoán<br /> quỹ đạo trôi dạt phụ thuộc nhiều vào thông tin dự báo thời tiết trên biển. Báo cáo này trình bày<br /> việc tổng hợp và đánh giá, đề xuất nguồn thông tin thời tiết mô hình mô phỏng Monte-Carlo sử<br /> dụng cho việc dự đoán sự trôi dạt của vật thể trên vùng biển phía Nam Việt Nam.<br /> Từ khóa: Thông tin thời tiết biển, mô phỏng Monte-Carlo, trôi dạt của vật thể.<br /> Abstract<br /> Drift estimation for objects in distress at sea is of great importance as it is the deciding factor of<br /> success search and rescue operation. The motion of a drifting object on the sea surface is<br /> dependent on the forcasted weather information. In this paper, the author focus on the collecting,<br /> classifying, evaluating and proposing the weather information source and Monte-Carlo simulation<br /> model for forecasting the drift of objects on the southern Part of Vietnamese sea.<br /> Keyworks: Ocean weather information, Drift of object, Monte-Carlo Simulation.<br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Tất cả các khâu trong<br /> công tác tìm kiếm cứu nạn trên<br /> biển đều được tiến hành hết<br /> sức khẩn trương, việc xây dựng<br /> kế hoạch tìm kiếm và kế hoạch<br /> cứu nạn diễn ra trong thời gian<br /> rất ngắn. Dựa vào các thông tin<br /> thời tiết hiện tại và thông tin dự<br /> báo thời tiết trên biển để dự<br /> đoán quỹ đạo trôi dạt của<br /> người, phao bè hay các<br /> phương tiện bị nạn. Việc dự<br /> đoán chính xác quỹ đạo trôi dạt<br /> của vật thể là hết sức quan<br /> trọng trong hoạt động tìm kiếm<br /> cứu nạn trên biển, có ý nghĩa Hình 1. Gió quan trắc tháng tại trạm hải văn DK I-7<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 105<br /> rất lớn quyết định thành công của việc cứu người, con tàu và hàng hoá và giúp giảm thiểu rủi ro,<br /> chi phí cho lực lượng tìm kiếm cứu nạn. Nhiều nghiên cứu khác nhau đã được thực hiện nhằm<br /> nâng cao độ chính xác dự đoán vị trí và được đưa thành các khuyến cáo chính thức [1][2][3], tuy<br /> nhiên, để áp dụng hiệu quả trong một vùng biển nhất định, cụ thể là vùng biển Nam Việt Nam, việc<br /> tổng hợp đánh giá chính xác mức độ tin cậy của thông tin thời tiết cho khu vực này có ý nghĩa hết<br /> sức quan trọng. Bài báo này trình bày việc tổng hợp, đánh giá và đề xuất nguồn thông tin thời tiết<br /> có thể được sử dụng trong dự đoán sự trôi dạt của vật thể trên vùng biển phía Nam Việt Nam.<br /> 2. Các nguồn thông tin thời tiết<br /> 2.1. Thông tin thời tiết của Việt Nam<br /> Thông tin dự báo thời tiết biển của Trung tâm khí tượng thuỷ văn quốc gia gồm: tình trạng mưa,<br /> tầm nhìn xa và thông tin gió với tần suất hai ngày một lần. Thông tin gió không chi tiết chỉ dự báo trên 8<br /> hướng chính và tốc độ gió là cấp gió Beaufort.<br /> Hiện nay, nước ta có 23 trạm khí tượng hải văn được bố trí trên các đảo, dàn khoan để<br /> quan trắc các yếu tố hí tượng (gió, khí áp, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, bức xạ, tầm nhìn xa,<br /> sương mù,...) và các yếu tố Hải văn (mực nước, nhiệt độ, độ mặn nước biển tầng mặt, sóng biển).<br /> Thông tin gió được quan trắc với tần suất 4 lần/ngày: 01h00 (18h00 UTC); 07h00 (00h00 UTC);<br /> 13h00 (06h00 UTC) và 19h00 (12h00 UTC).<br /> 2.2. Thông tin thời tiết dịch vụ<br /> Một số hoạt động đặc thù cần thông tin dự báo thời tiết chi tiết và với độ chính xác cao (ví<br /> dụ ngành dầu khí) có sử dụng các dịch vụ quan trắc và dự báo thời tiết của Trung tâm khí tượng<br /> thuỷ văn quốc gia hoặc của các công ty cung cấp dịch vụ thời tiết của nước ngoài cho một vị trí cụ<br /> thể (ví dụ dàn khoan). Thông tin dự báo này rất chi tiết (hướng và tốc độ gió, tình trạng biển,<br /> hướng và độ cao sóng lừng,….) và có độ chính xác cao với tần suất dự báo 3 giờ hoặc 6 giờ.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Thông tin thời tiết dịch vụ lúc 0700 LT ngày 06 /03/ 2016 cho toạ độ 07 035’N, 102057’E<br /> 2.3. Thông tin thời tiết được chia sẻ phục<br /> vụ mục đích khoa học<br /> Hiện nay, các Trung tâm khí tượng thực<br /> hiện việc dự báo thời tiế t bằ ng phư ơng pháp<br /> số tri.̣ Đố i với phư ơng pháp này thì độ chính<br /> xác của số liệu đầ u vào là rấ t quan trọng. Nế u<br /> số liệu đầ u vào tố t thì sẽ cho kế t quả dự báo<br /> tố t và ngư ợ c lại. Để cải thiện độ chính xác của<br /> số liệu đầ u vào ngư ời ta dùng các kỹ thuật<br /> đồ ng hóa số liệu (data assimilation). Trong quá<br /> trình đó, các số liệu thu thập từ quan trắ c và<br /> các số liệu có đư ợ c từ kế t quả dự báo ngắ n<br /> trư ớc đó bằ ng mô hình sẽ đư ợ c kế t hợ p lại với<br /> nhau để tìm ra kế t quả tố t nhấ t làm điề u kiện<br /> Hình 3. Thông tin gió lúc 0300 UTC ngày 03/6/2017<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 106<br /> ban đầ u cho một dự báo mới. Kỹ thuật đồ ng hóa tiên tiế n và phức tạp nhấ t hiện nay là kỹ thuật<br /> đồ ng hóa biế n phân bố n chiề u, viế t tắ t là 4D-Var (Four Dimensional VARiational data assimilation).<br /> Tuy nhiên, để áp dụng 4D-Var trong thự c tế thì các cơ quan khí tư ợ ng cầ n có hệ thố ng máy tính rấ t<br /> mạnh. Vì vậy, hiện tại chỉ có một số trung tâm phát triể n mạnh về dự báo số tri ̣ trên thế giới như<br /> Trung tâm dự báo hạn vừa của Châu Âu (ECMWF - European Centre for Medium- range Weather<br /> Forecasts), Cơ quan Khí tư ợ ng của Nhật, Cơ quan Khí tư ợ ng của Pháp (Météo- France), cơ quan<br /> khí tượng Mỹ [5],... mới có đủ khả năng sử dụng 4D-Var cho mô hình toàn cầ u. Dữ liệu dự báo<br /> của một số cơ quan có thể tiếp cận và các cơ quan này cung cấp các dữ liệu thời tiết toàn cầu<br /> được mã hoá dạng Grib File. Tác giả tiếp cận được thông tin thời tiết dạng Grib File của Trung tâm<br /> Thông tin Môi trường Quốc gia Mỹ và Trung tâm dự báo hạn vừa của Châu Âu có kết quả mô<br /> phỏng thời tiết như hình 3.<br /> Để phục vụ mục đích nghiên cứu khoa học,<br /> Viện nghiên cứu phát triển bền vững khí quyển nhân<br /> loại (Research institute for sustainable humanoshere<br /> - RISH) thuộc đại học Kyoto, Nhật Bản [6] xây dựng<br /> và cập nhật, duy trì một hệ thống cơ sở dữ liệu về<br /> dự báo và phân tích thời tiết bao gồm nhiều loại dự<br /> báo khác nhau và được lưu theo định dạng Grib2.<br /> Các dữ liệu thời tiết này do Cơ quan khí tượng Nhật<br /> Bản (JMA) dự báo và cung cấp. Theo quy định của<br /> Viện này cùng các cơ quan hợp tác JMA, các dữ<br /> liệu này được cung cấp miễn phí cho mục đích hợp<br /> tác nghiên cứu khoa học. Nếu sử dụng cho mục<br /> đích thương mại, cần có thỏa thuận riêng và phải<br /> nộp phí. Trong các loại bản tin dự báo do Viện này<br /> cung cấp, có thể sử dụng bản tin dự báo gió với các<br /> thời điểm dự báo cách nhau 3 giờ để dự báo trôi dạt Hình 4. Thông tin phân tích gió, lúc 15:00<br /> trên biển. UTC ngày 03/05/ 2017<br /> 3. Sử dụng thông tin thời tiết của JMA dự đoán<br /> sự trôi dạt vật thể trên biển<br /> 3.1. Thông tin thời tiết Mã hóa dạng Grib File<br /> GRIB (GRIdded Binary hoặc General Regularly-distributed Information in Binary form) là định<br /> dạng số liệu chính xác thường được sử dụng trong khí tượng để lưu trữ dữ liệu về thời tiết quá khứ<br /> cũng như dữ liệu dự báo thời tiết. Định dạng Grib đã được tổ chức khí tượng thế giới WMO (world<br /> meteorology organization) tiêu chuẩn hóa theo quy định về mã hóa số 306 (WMO Manual on Codes<br /> No. 306). Phiên bản định dạng Grib 2 là phiên bản đang được sử dụng bởi hầu hết các trung tâm khí<br /> tượng thủy văn trên toàn thế giới để lưu<br /> trữ và trao đổi, chia sẻ hoặc phát hành<br /> thông tin dự báo khí tượng thu được từ<br /> các mô hình dự báo số NWP (Numerical<br /> Weather Prediction).<br /> Từ các đặc trưng của Grib 2 và<br /> mức độ phổ biển trong việc sử dụng<br /> Grib 2 của các cơ quan dự báo khí<br /> tượng, ta thấy việc hiểu rõ và giải mã<br /> được định dạng này sẽ giúp ta tiếp cận<br /> được các thông tin thời tiết đầy đủ, với<br /> độ phân giải theo không gian và thời<br /> gian hợp lý, làm cơ sở cho các dự đoán<br /> trôi dạt của vật thể. Để có thể sử dụng<br /> các thông tin thời tiết thu được dưới<br /> dạng Gib file, tác giả đã viết chương<br /> trình giải mã file có định dạng Grib bằng<br /> ngôn ngữ lập trình VB 2010. Thông tin<br /> gió sau khi đã giải mã từ Grib file, được<br /> thể hiện cho vùng biển Việt Nam như Hình 5. Thông tin phân tích gió,lúc 12:00 UTC<br /> hình 5. ngày 01 /01/ 2016<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 107<br /> 3.2. So sánh thông tin thời tiết từ Grib file và thông tin thời tiết quan trắc<br /> Kết quản so sánh thông tin thời tiết từ bản tin thời tiết Grib file của Trường Đại học Kyoto -<br /> Nhật Bản (JMA dự báo, cung cấp) và kết quả quan trắc thời tiết của Trung tâm khí tượng thuỷ văn<br /> Quốc gia với hai thông số là tốc độ gió và hướng gió như hình 6. Trên khu vực biển phía Nam Việt<br /> Nam có 05 trạm quan trắc: Trạm Côn Đảo (08040'51"N - 106036'33"E), trạm Vũng Tàu (10020'21"N<br /> - 107004'15"E), trạm DKI-7 (08001'03"N - 110037'14"E), trạm Phú Quốc (10013'02"N - 103057'23"E),<br /> trạm Thổ Chu (09017'07"N - 103029'06"E). Tác giả tiến hành tính toán độ lệch chuẩn của số liệu<br /> thời tiết Grib File với số liệu quan trắc thời tiết của 05 trạm quan trắc này trong năm 2016. Độ lệch<br /> 1<br /> chuẩn được tính theo công thức sau: